KR20210132519A - 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터 - Google Patents

차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터 Download PDF

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KR20210132519A
KR20210132519A KR1020200051020A KR20200051020A KR20210132519A KR 20210132519 A KR20210132519 A KR 20210132519A KR 1020200051020 A KR1020200051020 A KR 1020200051020A KR 20200051020 A KR20200051020 A KR 20200051020A KR 20210132519 A KR20210132519 A KR 20210132519A
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Abstract

본 발명은 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터에 관한 것으로서, 상세하게는 토크 전달 효율을 높이는 한편, 백래쉬를 저감시킬 수 있는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 하우징과; 하우징에 설치되며, 브러쉬리스 모터로 구성되는 모터와; 모터의 로터축에 마련되는 편심부와 결합되어 로터축의 회전에 따라서 편심 회전하며, 그 외주면에 외치가 형성되고 일면에 복수의 돌출부가 형성되는 회전 기어와; 상기 회전 기어를 둘러싸도록 마련되며 내주면에 내치가 형성되는 링 기어와; 상기 회전 기어의 돌출부가 삽입되는 삽입공이 형성되며, 상기 회전 기어의 회전에 따라서 감속회전하는 출력판과; 상기 출력판과 연결되어 외부로 힘을 전달하는 출력축을 포함하되, 상기 내치기어 및 외치기어의 형상은 기준원을 기준으로 기준원 바깥에서는 에피사이클로이드 곡선을 그리고, 기준원 안쪽에서는 하이포 사이클로이드 곡선을 그리되, 상기 로터축 및 출력축의 회전 중심에 대하여 상기 로터축의 편심부가 갖는 편심량 α은
α = ((2×r1)+R1+(2×r2)-R2)/2
( r1 = 내치 에피사이클로이드 곡선 롤링원 반경, R1= 내치 에피사이클로이드 곡선 기초원 반경, r2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 롤링원 반경,R2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 기초원 반경, 단, r1≠r2, R1≠R2 )의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터를 제공한다.

Description

차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터{ An acutator for controlling electronic transmission of a vechicle }
본 발명은 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터에 관한 것으로서, 상세하게는 토크 전달 효율을 높이는 한편, 백래쉬를 저감시킬 수 있는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터에 관한 것이다.
차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터의 경우, 일본 등록 특허 제4112461호 및 아래 선행문헌 리스트 상의 다수의 특허 문헌에서 나타난 사이클로이드 기어 감속기를 구비한 구조가, 일본 등록 특허 제 4560743호 및 아래 선행문헌 리스트 상의 다수의 특허 문헌에서 나타난 회전식 액츄에이터에 적용되어 제공된다.
이러한 회전식 액츄에이터의 경우, 사이클로이드 감속기가 적용되어 큰 감속비 및 안정적인 동력 전달이 가능하다라는 이점이 있다. 한편, 일본 등록 특허 제4112461호의 경우, 편심부의 편심량α은, 상기 내치기어의 이수를 M, 상기 외치기어의 이수를 N, 상기 외치 기어의 피치 원 써클의 직경을 φD1으로 하는 경우에, (φD1/N)*0.5*(M-N)으로 나타내는 이론값을 기준으로 하여 이보다 크게 설정된 것을 제공한다.
사이클로이드 감속기는 편심 회전하는 회전기어와 이를 둘러싸면서 회전기어가 맞물리는 링기어를 구비하고, 회전기어에는 출력판 및 이에 연결된 출력축이 연결되어, 회전기어의 빠른 회전이 출력축의 느린 회전으로 전환된다.
회전기어의 외치나, 링 기어의 내치 형상은 각각의 기초원을 기준으로 하여, 기초원의 바깥은 에피 사이클로이드 곡선의 치형, 안쪽은 하이포 사이클로이드 곡선의 치형으로 이루어진다.
통상 에피 사이클로이드 곡선의 롤링원의 반경(또는 직경)과, 하이포 사이클로이드 곡선의 롤링원의 반경(또는 직경)이 동일하고, 에피 사이클로이드 곡선의 기초원의 반경(또는 직경)과, 하이포 사이클로이드 곡선의 기초원의 반경(또는 직경)이 동일하다.
이러한 경우 나타난 링 기어의 내치의 형상은 도10과 도11의 녹색 곡선형태로 구현된다. 이러한 구조에서도 토크 전달의 효율성 제고와, 백래시 감소에 대한 필요성이 제기되었다.
<사이클로이드 기어 감속기를 구비한 구조> 일본 등록 특허 제4112461호 (2008. 7. 2) 일본 등록 특허 제4218561호 (2009. 2. 4) 일본 등록 특허 제6217577호 (2017. 10. 25) 일본 등록 특허 제6369874호 (2018. 8. 8) 일본 등록 특허 제6330698호 (2018. 5. 30) 일본 공개 특허 제2019-2413호 (2019. 1. 10) <회전식 액츄에이터> 일본 등록 특허 제4560743호 (2010. 10. 13) 일본 등록 특허 제5093156호 (2012. 12. 5) 일본 등록 특허 제5488931호 (2014. 5. 14) 일본 등록 특허 제5648564호 (2015. 1. 7) 일본 등록 특허 제5733179호 (2015. 6. 10) 일본 등록 특허 제5483217호 (2014. 5. 7) 일본 등록 특허 제5598735호 (2014. 10. 1) 일본 등록 특허 제6398440호 (2018. 10. 3) 일본 등록 특허 제6358054호 (2018. 7. 18) 일본 등록 특허 제6327130호 (2018. 5. 23) 일본 등록 특허 제6506174호 (2019. 4. 24) 일본 등록 특허 제6485365호 (2019. 3. 20) 일본 공개 특허 제2018-80727호 (2018. 5. 24) 일본 등록 특허 제6506174 (2019. 4. 24) 일본 등록 특허 제4107895호 (2008. 6. 25) 미국 등록 특허 US8816551 (2014. 8. 26) 미국 등록 특허 US9303728 (2016. 4. 5) 미국 공개 특허 US2010/0170355 (2010. 7. 8) 일본 공개 특허 제2004-52928호 (2004. 2. 19) 미국 등록 특허 US6857981 (2005. 2. 22)
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 토크 전달 효율을 높이는 한편, 백래쉬를 저감시킬 수 있는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 하우징과; 하우징에 설치되며, 브러쉬리스 모터로 구성되는 모터와; 모터의 로터축에 마련되는 편심부와 결합되어 로터축의 회전에 따라서 편심 회전하며, 그 외주면에 외치가 형성되고 일면에 복수의 돌출부가 형성되는 회전 기어와; 상기 회전 기어를 둘러싸도록 마련되며 내주면에 내치가 형성되는 링 기어와; 상기 회전 기어의 돌출부가 삽입되는 삽입공이 형성되며, 상기 회전 기어의 회전에 따라서 감속회전하는 출력판과; 상기 출력판과 연결되어 외부로 힘을 전달하는 출력축을 포함하되, 상기 내치기어 및 외치기어의 형상은 기준원을 기준으로 기준원 바깥에서는 에피사이클로이드 곡선을 그리고, 기준원 안쪽에서는 하이포 사이클로이드 곡선을 그리되, 상기 로터축 및 출력축의 회전 중심에 대하여 상기 로터축의 편심부가 갖는 편심량 α은 α = ((2×r1)+R1+(2×r2)-R2)/2 ( r1 = 내치 에피사이클로이드 곡선 롤링원 반경, R1= 내치 에피사이클로이드 곡선 기초원 반경, r2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 롤링원 반경,R2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 기초원 반경, 단, r1≠r2, R1≠R2 )의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터를 제공한다.
내치 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값(R2)은 내치 에피사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값(R1)보다 크게 형성되되, 내치 에피사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값과 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값 사이의 반경 값을 갖는 기준원이 마련되되, 기준원에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선과 내치 에피 사이클로이드 곡선이 만나는 지점에서의 가상의 접선은, 기준원의 중심점에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선에 대해서 소정 각도를 갖는 경사각을 갖는 접선인 것을 특징으로 한다.
상기 경사각의 각도는 10~30도 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내치 곡선의 기준원의 바깥쪽에 위치하는 내치 에피 사이클로이드 곡선의 위치는 r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 에피 사이클로이드 곡선에 비해서 기준원에 더 가깝게 배치되고, 본 발명의 내치 곡선의 기준원의 안쪽에 위치하는 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 위치는 r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 하이포 사이클로이드 곡선에 비해서 기준원에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내치 곡선의 기준원의 바깥쪽에 위치하는 내치 에피 사이클로이드 곡선과, r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 에피 사이클로이드 곡선과의 이격 거리는, 내치 곡선의 기준원의 안쪽에 위치하는 내치 하이포 사이클로이드 곡선과, r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 하이포 사이클로이드 곡선과의 이격 거리보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
기준원에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선과 내치 에피 사이클로이드 곡선이 만나는 지점에서의 가상의 접선이, 기준원의 중심점에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선과 동일한 선상에 배치되는 특성을 갖는 내치 곡선과 비교하여 , 기준원에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선과 내치 에피 사이클로이드 곡선이 만나는 지점에서의 가상의 접선이, 기준원의 중심점에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선에 대해서 소정의 경사각을 갖는 특성을 갖는 내치 곡선이 기준원에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 같은 편심 조건 및 접선의 경사각 조건에 의하여 내치와 외치 간의 오프셋이 감소하고, 내치와 외치 간의 접촉면적이 늘어나서 백래시가 감소하며 , 토크 전달 효율이 증가할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 액츄에이터의 전면 및 후면 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 액츄에이터의 측단면도이다.
도3(a)는 본 발명에 따른 제2하우징을 제거한 상태에서 액츄에이터의 후면도이다.
도3(b)는 본 발명에 따른 제2하우징 및 모터부를 제거한 상태에서 액츄에이터의 후면도이다.
도3(c)는 본 발명에 따른 액츄에이터의 편심부를 확대한 후면도이다.
도4는 본 발명에 따른 액츄에이터의 정면도이다.
도5 내지 도6은 본 발명에 따른 액츄에이터의 동작 상태를 나타낸 정면도 및 후면도이다.
도7은 본 발명의 링기어 내치와 회전 기어 외치 및 이들의 기준원의 윤곽을 도시한 도면이다.
도8은 본 발명에 따른 액츄에이터에 사용되는 링 기어의 내치 곡선을 구성하는 내치 하이포 사이클로이드 곡선 및 내치 에피사이클로이드 곡선의 작도 방식을 도시한 도면이다.
도9는 본 발명과 종래기술의 링기어의 내치 형상을 비교한 도면이다.
도10(a)는 종래 기술의 링 기어 내치 형상을 도시한 도면이다.
도10(b)는 본 발명의 링 기어 내치 형상을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터(이하, '액츄에이터'라고 한다)(1)는 차량 변속기의 측면에 장착되고, 전자식 버튼식으로 마련되는 변속기 조작 장치의 제어부와 연결되어, 버튼 동작에 의하여 변속기의 동작을 제어하는 장치이다.
도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 액츄에이터(1)는 제1하우징(11)과, 제2하우징(12)이 결합되어 그 외관을 이루고, 제1,2하우징(11, 12)의 아래에는 차량의 제어 유닛과 케이블로 연결될 수 있는 케이블 연결부(13)가 마련된다.
한펴, 제1하우징(11)의 중심에는 파이프 형태의 플랜지부(11a)가 마련되고, 플랜지부(11a) 내부에는 출력축(200)이 마련된다. 출력축(200)은 변속기와 연결되어 변속기에 동력을 제공하는 역할을 한다.
도2에서 도시한 바와 같이, 제2하우징(12)의 내부에는 BLCD모터로 구현되는 모터(100)가 마련된다. 모터(100)는 스테이터(101)와, 스테이터(101) 내부에 회전가능하게 마련되는 로터(102)와, 로터(102)에 결합되어 로터(102)와 함께 회전하는 로터축(103)을 포함한다. 로터축(103)은 로터(102)에 결합되는 몸체부(103a)와, 후단부(103b)와, 전단부(103c)와, 편심부(103d)를 포함한다.
로터축(103)의 후단부(103b)는 제2하우징(12)의 후면을 덮는 하우징 커버(14)에 장착되는 후방 베어링(111)에 지지되고, 로터축(103)의 전단부(103c)는 출력축(200) 내부에 마련되는 전방 베어링(112)이 지지된다.
편심부(103d)는 로터축(103)의 몸체부(103a)와 전단부(103c) 사이에 마련되며, 로터축(103)의 회전중심에 대해서 일정 거리만큼 편심되게 마련된다. 편심부(103d)의 외주면에는 중간 베어링(113)이 회동 가능하게 마련된다.
중간 베어링(113)은 회전 기어(300)에 설치된다. 회전 기어(300)는 원판 형태로 마련되며, 중간 베어링(113)이 삽입되어 설치되는 베어링 설치부(302)가 그 중심부에 형성되어 있으며, 베어링 설치부(302)는 관 형태의 플랜지 형태로 마련된다.
회전 기어(300)의 외주면에는 다수의 외치(303)가 형성되어 있으며, 회전 기어(300)의 일면에는 핀 형태의 돌출부(304)가 마련되고, 돌출부(304)는 회전 기어(300)의 일면에 다수 형성되며 상호 이격되어 배치된다.
로터축(103)의 편심부(103d)의 외주면에 중간 베어링(113)이 설치되고, 중간 베어링(113)이 회전 기어(300)에 설치되기 때문에, 로터축(103)이 회전하면, 편심부(103d) 및 이와 연계된 회전 기어(300)가 회전하되, 편심부(103d)와 회전 기어(300)는 로터축(103)의 회전 중심(C1)에 대해서 편심 회전을 한다.
회전 기어(300)의 외곽에는 링 형태의 링 기어(400)가 마련되며, 링 기어(400)의 내주면에는 내치(403)가 마련된다. 내치(403)는 회전 기어(300)의 외치(304)와 맞물릴 수 있는 구성이다.
링 기어(400)는 본체(401)와, 본체(401)의 내주면에 마련되는 내치(404)와, 본체(401) 외주면에 설치되는 실린더부(402)를 포함하고 있으며, 본체(401)의 외주면 및 실린더(402)의 외주면에 외곽 방향으로 돌출되어 형성되는 외곽 돌출부(404)를 포함한다.
링 기어(400)의 외곽에는 링 형태의 홀더(410)가 마련된다. 홀더(410)는 제1하우징(11) 내면에 고정되며, 홀더(410)의 내주면와 외주면에는 각각 내부홈(미도시)과 외부홈(미도시)에 마련된다. 외부홈(미도시)은 제1하우징(11)에 고정되는 부분이고, 내부홈(미도시)은 링 기어(400)의 외곽 돌출부(304)가 삽입되어 링 기어(400)를 고정하는 부분이다.
홀더(410)는 제1하우징(11)에 인서트 사출되거나 결합될 수 있으며, 홀더(410)에 의하여 링 기어(400)가 제1하우징(11) 내부에 고정될 수 있다.
제1하우징(11)과 제2하우징(12)의 결합면에는 실링링(420)이 마련된다.
한편, 회전 기어(300)의 일면(돌출부(304)가 형성된 면)이 대면하는 방향에는 출력판(500)이 마련되어 있다. 출력판(500)은 원판 형태로 마련되며, 그 중심에는 개구부(502)가 형성되어 있고, 그 개구부(502)를 로터축(103)의 전단부(103c)가 관통하며, 그 개구부(502)에는 후술할 출력축(200)이 결합된다. 출력축(200)은 출력판(500)과 일체로 구성될 수도 있고, 체결부재나 용접에 의하여 출력축(200)과 출력판(500)이 고정 결합될 수 있다.
출력판(500)에는 회전 기어(300)의 돌출부(304)가 삽입되는 삽입공(503)이 마련되어 있다. 삽입공(503)의 수량 및 배치는 돌출부(304)의 수량 및 배치에 대응된다. 다만, 삽입공(503)의 내경은 돌출부(304)의 외경보다 크게 형성된다.
출력축(200)의 후단 내부에는 전단 베어링(112)이 수용되는 전단 베어링 수용부(201)가 마련되고, 출력축(200)의 전단 내부에는 변속기 쪽에 마련되는 동력 전달 부품이 삽입되어 결합되는 결합홈(202)이 마련된다.
출력축(200)의 외주면에는 지지부싱(210)이 마련되어 출력축(200)이 제1하우징(11)의 플랜지(11a)내부에 회동 가능하게 설치되도록 지지하는 역할을 한다. 그리고, 지지부싱(210)의 앞에는 실링링(211)이 마련되어 이물질이 플랜지(11a)와 출력축(200) 사이로 진입하는 것을 방지한다.
이러한 구조에 의한 액츄에이터는 사이클로이드 기어 감속기 구조를 제공하고 있다.
상기 로터축(103)의 회전 중심(C1)과, 출력판(500) 및 출력축(200)의 회전 중심은 동축관계를 가지며, 편심부(103d) 및 회전 기어(300)의 회전 중심(C2)은 로터축(103)의 회전 중심(C1)에 대해서 소정 간격 이격되어 편심 상태가 된다.
도3(a)는 제2하우징(12)을 제거한 상태에서, 모터(100) 방향에서 바라본 후면도이다. 도3(b)는 도4(a)상태에서 모터(100)를 제거하고 바라본 후면 단면도이다. 그리고, 도3(c)는 도4(b)의 중심영역을 확대한 것인데, 도3(c)에서 보면, 편심부(103d)가 로터축(103)의 회전 중심에 대해서 편심되게 설정되어 있는 것을 알 수 있다.
편심부(103d)는 중간 베어링(113)에 의하여 둘러싸이고, 중간 베어링(113)은 회전 기어(300)에 있는 베어링 설치부(302)에 의하여 둘러싸인다.
상술한 바와 같이, 회전 기어(300)가 링 기어(400)에 대해서 편심 회전을 하기 때문에 회전 기어(300)의 외치(304) 중 일부과 링 기어(400)의 내치(404) 중 일부가 맞물리는 한편, 맞물리는 반대편의 내치(404)와 외치(304)는 서로 이격되어 있다. 이는 링 기어(400)의 내경이 회전 기어(300)의 외경보다 크고, 링 기어(400) 내치(404)의 수량이 회전 기어(300) 외치(304)의 수량보다 많기 때문에 가능하다(예, 내치 수량 61개, 외치 수량 60개)
도4는 출력축(200) 방향에서 바라본 전면도이다.
도4에서 도시한 바와 같이, 출력판(500)의 삽입공(503)에 회전 기어(300)의 돌출부(304)가 삽입되어 있으며, 삽입공(503)의 내경은 돌출부(304)의 외경보다 크기 때문에, 회전 기어(300)의 외치(304)가 링 기어(400)의 내치에 맞물리면서 편심 회전을 하면, 돌출부(304)도 삽입공(503) 내주면을 따라서 공전을 한다.
도4 기준으로 회전 기어(300)가 반시계 방향으로 자전 및 공전 회전하면, 돌출부(304)는 삽입공(503) 기준으로 삽입공(503) 내부에서 시계 방향으로 공전 회전을 한다. 돌출부(304)가 삽입공(503) 내주면에 닿으면서 가하는 힘이 출력판(500)에 전달되고, 이에 의하여 출력판(500)은 시계 반대 방향으로 회전하며, 그에 따라서 출력축(200)도 시계반대방향으로 감속되어 회전한다.
그러한 운동 상태가 도5 및 도6에서 나타난다.
도5(a)내지 5(d)는 오른쪽으로 갈수록 순차적인 변화를 나타내고, 도6(a)는 도5(d)의 다음 상태를 나타내며, 도6(a) 내지 도6(c)도 오른쪽으로 갈수록 순차적인 변화를 나타낸다.
도5 및 도6에서 상부 도면(도면 배치상 오른쪽)들은 전면방향에서 출력축(200) 및 출력판(500)을 제거한 후면에서 회전 기어(300)가 링 기어(400)에 선택적으로 치합되면서 편심회전(시계 방향 편심 회전) 하는 것을 도시한 도면이다.
그리고, 하부 도면들은 전면 방향에서 바라봤을 때 출력축(200)과 연결된 출력판(500)이 회전 기어(300)에 결합되어 있는 상태에서 회전 기어(300)가 링 기어(400)에서 선택적으로 치합되면서 편심회전(시계 방향 회전) 하는 과정에서, 회전 기어(300)의 회전으로 인하여 출력판(500) 및 출력축(200)이 반시계 방향으로 회전하는 모습을 도시한 것이다. 이 경우, 상술하였다시피, 돌출부(304)가 삽입공(503) 내부에서 삽입공(503) 내주면을 따라서 시계 방향으로 회전하는 모습을 볼 수 있다.
도7은 외치(304)가 있는 회전 기어(300)와 내치(404)가 있는 링 기어(400)의 치형 윤곽을 도시한 것이다. 여기서 녹색 곡선은 링 기어(400)의 내치(403)를 형성하는 곡선이고, 빨간색 곡선은 회전 기어(300)의 외치(303)를 형성하는 곡선이다.
그리고, 내치(404)를 관통하여 배열된 바깥쪽의 원은 링 기어(400) 내치(403) 곡선의 내치 기준원(SC1)이고, 외치(304)를 관통하여 배열된 안쪽의 원은 회전 기어(300)의 외치(303) 곡선의 외치 기준원(SC2)이다.
내치(403)의 곡선 및 외치(303)의 곡선 형상은 각각의 내치 기준원(SC1)과 외치 기준원(SC2)을 기준으로 각각의 기준원(SC1, SC2)바깥에서는 에피 사이클로이드 곡선을 그리고, 기준원(SC1, SC2) 안쪽에서는 하이포 사이클로이드 곡선을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도7에서 좌표계의 중심은 로터축(103) 및 출력축(200)의 회전 중심(도2, C1)을 의미하고, 빨간색 점은 편심부(103d)의 중심(C2)을 의미한다.
한편, 로터축(103) 및 출력축(200)의 회전 중심에 대하여 편심부(103d)의 중심부가 갖는 편심량 α은
α = ((2×r1)+R1+(2×r2)-R2)/2 의 관계식을 갖는다.
여기서, r1 = 내치 에피사이클로이드 곡선 롤링원 반경, R1= 내치 에피사이클로이드 곡선 기초원 반경, r2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 롤링원 반경, R2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 기초원 반경, 단, r1≠r2, R1≠R2의 조건을 갖는다.
도8에서 도시한 바와 같이, 내치(403)의 곡선은 내치 기준원(SC)을 중심으로 하여 바깥으로는 내치 에피사이클로이드 곡선(E)을 형성하고, 안쪽으로는 내치 하이포 사이클로이드 곡선(H)을 형성한다.
다만, 내치 에피 사이클로이드 곡선의 기초원(이하, '내치 제1기초원'이라고 한다)(EBC)과 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 기초원(이하, '내치 제2기초원'이라고 한다)(HBC)은 서로 다른 크기가 되며, 내치 제2기초원(HBC)이 내치 제1기초원(EBC)보다 크다. 따라서 R2 > R1이 되는 것이 바람직하다.
내치 제2기초원(HBC) 안쪽에 접하는 소정의 반경을 갖는 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 롤링원(이하, '내치 제2롤링원'이라고 한다)(HRC)을 배치히고, 내치 제2롤링원(HRC) 상의 어느 한점을 지정한 뒤, 내치 제2롤링원(HRC)을 내치 제2기초원(HBC) 안쪽을 따라 굴리면, 그 점이 지나는 궤적을 따라서 내치 제2기초원(HBC) 안쪽에 내치 하이포 사이클로이드 곡선이 작도된다.
한편, 내치 제1기초원(EBC) 바깥쪽에 접하는 소정의 반경을 갖는 내치 에피 사이클로이드 곡선의 롤링원(이하, '내치 제1롤링원'이라고 한다)(ERC)을 배치히고, 내치 제1롤링원(ERC) 상의 어느 한점을 지정한 뒤, 내치 제1롤링원(ERC)을 내치 제1기초원(EBC) 바깥쪽을 따라 굴리면, 그 점이 지나는 궤적을 따라서 내치 제1기초원(EBC) 안쪽에 내치 에피 사이클로이드 곡선이 작도된다.
내치 제1기초원(EBC)과 내치 제2기초원(HBC) 사이에는 내치 기준원(SC)이 마련되고, 내치 에피 사이클로이드 곡선(E)과 기준원이 교차하는 지점(제1교차점)(P1) 및 내치 하이포 사이클로이드 곡선이 교차하는 지점(제2교차점)(P2)이 발생한다.
내치 기준원(SC)의 크기는 내치 제1기초원(EBC) 및 내치 제2기초원(HBC)의 사이 값을 갖는다.
제2교차점(P2)과 제1교차점(P2)은 서로 떨어져 있는데, 본 발명에 따른 내치(403)의 곡선에 따른 내치(404)를 설계하는 경우, 두 교차점(P1, P2)이 내치 기준원을 따라서 이동하여 만나도록 하여(화살표로 표시된 m1, m2 만큼 이동) 상호 근접하게 배치된 내치 하이포 사이클로이드 곡선(H)과, 내치 에피 사이클로이드 곡선(E)을 연결함으로써, 도8과 같은 녹색 곡선과 같은 내치 곡선을 설계할 수 있다.
한편, 기준원(SC)의 중심점과 P1점을 잇는 가상의 직선과, P1점에서의 내치 에피 사이클로이드 곡선의 접선은 소정 각도의 경사각을 이룬다. 그리고, 또한, 기준원(SC)의 중심점과 P2점을 잇는 가상의 직선과, P2점에서의 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 접선도 소정 각도의 경사각(또는 접선각)을 이룬다. 이 두 개의 경사각(접선각)은 동일한 각도(θ)를 형성한다.
이는 외치 곡선에서도 동일하게 될 수 있다.
외치 에피 사이클로이드 곡선의 기초원(이하, '외치 제1기초원'이라고 한다)과 외치 하이포 사이클로이드 곡선의 기초원(이하, '외치 제2기초원'이라고 한다) 서로 다른 크기가 되며, 외치 제2기초원이 외치 제1기초원보다 크다.
외치 제2기초원 안쪽에 접하는 소정의 반경을 갖는 외치 하이포 사이클로이드 곡선의 롤링원(이하, '외치 제2롤링원'이라고 한다)을 배치히고, 외치 제2롤링원 상의 어느 한점을 지정한 뒤, 외치 제2롤링원을 외치 제2기초원 안쪽을 따라 굴리면, 그 점이 지나는 궤적을 따라서 외치 제2기초원 안쪽에 외치 하이포 사이클로이드 곡선이 작도된다.
한편, 외치 제1기초원 바깥쪽에 접하는 소정의 반경을 갖는 외치 에피 사이클로이드 곡선의 롤링원(이하, '외치 제1롤링원'이라고 한다)을 배치히고, 외치 제1롤링원상의 어느 한점을 지정한 뒤, 외치 제1롤링원을 내치 외치 제1기초원 바깥쪽 따라 굴리면, 그 점이 지나는 궤적을 따라서 외치 제1기초원 안쪽에 외치 에피 사이클로이드 곡선이 작도된다.
외치 제1기초원과 외치 제2기초원 사이에는 외치 기준원이 마련되고, 외치 에피 사이클로이드 곡선과 외치 기준원이 교차하는 지점(제1교차점) 및 외치 하이포 사이클로이드 곡선이 교차하는 지점(제2교차점)이 발생한다.
제2교차점과 제1교차점은 서로 떨어져 있는데, 본 발명에 따른 외치 곡선에 따른 외치를 설계하는 경우, 두 교차점이 외치 기준원을 따라서 이동하여 만나도록 하여 상호 근접하게 배치된 외치 하이포 사이클로이드 곡선과, 외치 에피 사이클로이드 곡선을 연결함으로써, 도8과 같은 붉은 곡선과 같은 외치 곡선을 설계할 수 있다.
한편, 내치 기준원(SC1)에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선(H)과 내치 에피 사이클로이드 곡선(E)이 만나는 지점에서의 가상의 접선(TL)은, 내치 기준원(SC1)의 중심점()에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선에 대해서 소정 각도를 갖는 경사각을 갖는 접선이며, 경사각의 각도는 10~30도인 것이 바람직하다.
도9와 도10은 종래 기술과 본 발명의 비교도면이다.
도9와 도10에서 도시한 바와 같이 종래 기술의 경우, 내치 에피 사이클로이드 곡선의 기초원(EBC)의 직경 R1과 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 기초원(HBC)의 직경 R2가 동일하고, 내치 에피 사이클로이드 곡선의 롤링원(ERC)의 직경 r1과 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 롤링원(HRC)의 직경 r1가 동일한 특성을 갖는다.
이러한 조건 하에서 설계된 내치 곡선과 본 발명에 의하여 설계된 내치 곡선을 동일한 기준원(SC)에 배치하는 경우, 도10에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 에피 사이클로이드 곡선(E)이 종래 기술의 에피 사이클로이드 곡선(PE)보다 안쪽으로 들어가고(즉, 기준원에 가깝고), 본 발명의 하이포 사이클로이드 곡선(H)이 종래 기술의 하이포 사이클로이드 곡선(PH)보다 바깥에 위치한다(즉, 기준원에 가깝다).
그리고, 본 발명의 내치 곡선의 기준원의 바깥쪽에 위치하는 내치 에피 사이클로이드 곡선의 최외곽점과, r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 에피 사이클로이드 곡선의 최외곽점 간의 이격 거리를 G1이라고 하고, ,
내치 곡선의 기준원의 안쪽에 위치하는 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 최내점과, r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 하이포 사이클로이드 곡선의 최내점과의 이격 거리를 G2라고 하면, G1은 G2보다 크게 형성된다.
그리고, 기준원(SC)의 중심점(SCC)에서 내치(403)의 곡선과 기준원(SC1)과의 교차점으로 연결 선분(CL)을 그은 경우, 종래 기술의 경우, 그 교차점(CP)에서의 접선(TL1)은 연결 선분(CL)에 겹쳐진다. 즉, 연결 선분(CL)과 경사각을 형성하지 않고, 연결 선분(CL)과 평행한 상태가 된다.
그러나, 본 발명의 경우, 교차점(CP)에서 접선(TL2)을 그으면, 그 접선(TL2)은 연결 선분(CL)에 대해서 소정 각도 경사각을 갖는다. 위와 같은 편심 조건 및 접선의 경사각 조건에 의하여 내치(404)와 외치(304) 간의 오프셋이 감소하고, 내치(404)와 외치(304) 간의 접촉면적이 늘어나서 백래시가 감소하고, 토크 전달 효율이 증가할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
11: 제1하우징 12: 제2하우징
100: 모터부 200: 출력축
300: 회전 기어 400: 링기어
410: 홀더 500: 출력판

Claims (6)

  1. 하우징과;
    하우징에 설치되며, 브러쉬리스 모터로 구성되는 모터와;
    모터의 로터축에 마련되는 편심부와 결합되어 로터축의 회전에 따라서 편심 회전하며, 그 외주면에 외치가 형성되고 일면에 복수의 돌출부가 형성되는 회전 기어와;
    상기 회전 기어를 둘러싸도록 마련되며 내주면에 내치가 형성되는 링 기어와;
    상기 회전 기어의 돌출부가 삽입되는 삽입공이 형성되며, 상기 회전 기어의 회전에 따라서 감속회전하는 출력판과;
    상기 출력판과 연결되어 외부로 힘을 전달하는 출력축을 포함하되,
    상기 내치기어 및 외치기어의 형상은 기준원을 기준으로 기준원 바깥에서는 에피사이클로이드 곡선을 그리고, 기준원 안쪽에서는 하이포 사이클로이드 곡선을 그리되,
    상기 로터축 및 출력축의 회전 중심에 대하여 상기 로터축의 편심부가 갖는 편심량 α은
    α = ((2×r1)+R1+(2×r2)-R2)/2
    ( r1 = 내치 에피사이클로이드 곡선 롤링원 반경,
    R1= 내치 에피사이클로이드 곡선 기초원 반경,
    r2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 롤링원 반경,
    R2 = 내치 하이포사이클로이드 곡선 기초원 반경,
    단, r1≠r2, R1≠R2 )
    의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    내치 하이포사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값(R2)은
    내치 에피사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값(R1)보다 크게 형성되되,
    내치 에피사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값과 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 기초원의 반경값 사이의 반경 값을 갖는 기준원이 마련되되,
    기준원에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선과 내치 에피 사이클로이드 곡선이 만나는 지점에서의 가상의 접선은, 기준원의 중심점에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선에 대해서 소정 각도를 갖는 경사각을 갖는 접선인 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경사각의 각도는 10~30도 인 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터.
  4. 제2항에 있어서,
    본 발명의 내치 곡선의 기준원의 바깥쪽에 위치하는 내치 에피 사이클로이드 곡선의 위치는 r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 에피 사이클로이드 곡선에 비해서 기준원에 더 가깝게 배치되고,
    본 발명의 내치 곡선의 기준원의 안쪽에 위치하는 내치 하이포 사이클로이드 곡선의 위치는 r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 하이포 사이클로이드 곡선에 비해서 기준원에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터.
  5. 제2항에 있어서,
    본 발명의 내치 곡선의 기준원의 바깥쪽에 위치하는 내치 에피 사이클로이드 곡선과, r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 에피 사이클로이드 곡선과의 이격 거리는,
    내치 곡선의 기준원의 안쪽에 위치하는 내치 하이포 사이클로이드 곡선과, r1과 r2이 동일하고, R1과 R2가 동일한 경우에 작도되는 하이포 사이클로이드 곡선과의 이격 거리보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터.
  6. 제2항에 있어서,
    기준원에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선과 내치 에피 사이클로이드 곡선이 만나는 지점에서의 가상의 접선이, 기준원의 중심점에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선과 동일한 선상에 배치되는 특성을 갖는 내치 곡선과 비교하여 ,
    기준원에서 내치 하이포 사이클로이드 곡선과 내치 에피 사이클로이드 곡선이 만나는 지점에서의 가상의 접선이, 기준원의 중심점에서 두 곡선이 기준원 상에서 만나는 지점을 연결하는 가상의 직선에 대해서 소정의 경사각을 갖는 특성을 갖는 내치 곡선이 기준원에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 변속기 제어용 액츄에이터.
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