KR20220024537A - 전동공구 및 전동공구용 토크 응답 기어 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 유성 기어(18), 및 고토크/저속도 모드에서 유성 기어를 통해 또는 저토크/고속도 모드에서 유성 기어를 지나서 토크를 전달하기 위한 토크 응답 기어 변속 기구(19)를 포함하는 전동공구용 2단 동력 변속기에 관한 것으로서, 상기 전동공구용 2단 동력 변속기는 구동 부재, 피동 부재(27), 및 제1 위치에서 구동 부재(26)와 피동 부재를 상호 결합하도록 배열되고 그리고 제2 위치에서 유성 기어와 피동 부재를 상호 결합하도록 배열된 다수의 결합 요소(30)를 포함하며, 상기 구동 부재는 제1 위치에서 형성된 부분에 결합 요소와 협력하기 위한 축방향으로 작용하는 제1 캠 수단(35)과 다수의 리세스(39)를 포함한다. 본원은 또한 이러한 기어 장치를 포함하는 전동공구 및 이러한 전동공구의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

전동공구 및 전동공구용 토크 응답 기어 장치

본 발명은 일반적으로 전동공구(power tool)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동공구용 토크 응답 기어 장치(torque-responsive gear unit)에 관한 것이다.

다양한 유형의 전동공구가 다양한 산업 분야에서 사용되고 있는 것으로 알려져 있으며, 그 중 하나의 일반적인 유형으로 나사 또는 볼트를 체결하는 데 사용되는 전동공구가 있다.

현장에서 다양한 설계상의 과제를 일으키는 것으로 알려진 한 가지 문제는, 작업 조건 및 예상 출력에 대한 요건이, 예를 들어 일반적인 작업 동작을 하는 다양한 부분에서 필요로 하는 속도 및 토크와 관련하여, 사용 중에 크게 달라지는 경향이 있는 것이다. 이것은 예를 들어 위에서 언급한 체결 공구인 경우, 체결 초기 단계 즉, 소위 런다운 동안에 나사 또는 너트를 조이는 동안에, 필요한 토크는 작지만, 회전 속도는 작동하는 데 필요한 시간을 줄이기 위해 이상적으로는 높아야 하고, 실제 체결 단계 동안에는, 즉 실제 조인트를 조이는 단계에서 필요한 토크는 높아진다.

그러나 이러한 유형의 다양한 요구에 따르는 전동공구는 예를 들어 원하는 토크 레벨을 제공할 수 있게 하기 위해서 예를 들어 직렬로 연결된 하나 이상의 유성 기어 단(planetary gear steps)과 같은 하나 이상의 변속기(transmissions)를 포함하는 것으로 알려져 있다.

그러나, 높은 토크를 제공하기 위해서 그러한 변속기를 사용하게 되면, 제공되는 회전 속도가 그에 따라 감소하기 때문에, 런다운 중에도 바람직하지 않은 낮은 회전 속도가 된다. 이것은 특히 큰 나사를 매우 높은 토크 값으로 조이도록 구성된 전동공구 분야에서는 중요한 문제가 되고, 일반적으로 매우 낮은 RPM이 필요한 높은 토크의 제공으로 인해, 결과적으로 런다운 단계가 부당하게 일반적으로 늦어지게 된다.

따라서 이러한 문제 중 일부를 완화하기 위해, 토크 응답 기어 변속 기구를 포함하는 2단 동력 변속기를 사용하려는 시도가 있어왔다. 즉, 힘이 기어 장치를 통해 전달되고 그리고 그에 따른 기어비가 제공될 수 있는 변속기가 토크 레벨에 따르게 하여, 높은 회전속도가 런다운 중에 사용될 수 있고 그리고 필요 시에만 고토크/저속도 모드를 사용할 수 있게 한 것이다.

그러나 이러한 변속기와 관련하여서는 많은 문제가 남아 있다. 예를 들어, 공지된 많은 변속기가 작업자가 고속도/저토크 모드와 저속도/고토크 모드 사이를 수동으로 전환해야 하기 때문에, 작업자가 공구를 취급하는 데 있어 복잡성이 증가한다. 또한, 이러한 변속기는 정의상 내구성, 강도 및 허용 오차에 대한 높은 요구 사항이 적용되므로 설계가 복잡해지며, 이러한 요구 사항은 또한 일반적으로 이러한 변속기가 많은 공간을 필요로 하고, 전체 공구의 크기에 상당히 추가되는 경향이 있음을 의미한다. 따라서 전동공구용 토크 응답 기어 장치 분야에서 개선이 필요하다.

발명의 요약

따라서, 기어 변속이 자동으로, 즉 작업자에 의한 수동 개입 없이 수행되는 그러한 전동공구를 위한 기어 장치 또는 동력 변속기를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 콤팩트하고 신뢰할 수 있는 설계로 이루어진 그러한 변속기를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 체결 공구용 기어 장치에 대한 이러한 문제들 중 하나 이상을 더 잘 다루기 위해, 이러한 기어 장치를 포함하는 전동공구 및 독립 청구항에 정의된 바와 같은 전동공구를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 바람직한 실시예는 종속항에 정의되어 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 하우징, 입력 샤프트 및 출력 샤프트를 포함하는 전동공구용 2단 동력 변속기(two-speed power transmission)가 제공된다. 2단 동력 변속기는 유성 기어 및, 고토크/저속도 구동 모드에서 유성 기어를 통해 또는 저토크/고속도 구동 모드에서 유성 기어를 지나, 토크를 전달하기 위한 토크 응답 기어 변속 기구(torque responsive gear shift mechanism)를 포함한다. 유성 기어는, 입력 샤프트에 연결된 선 휠(sun wheel), 하우징에 고정된 링 기어 및 유성 휠 캐리어를 포함한다. 기어 변속 기구는 유성 기어의 선 휠에 연결된 구동 부재, 출력 샤프트에 연결된 피동 부재, 및 제1 위치에서 구동 부재와 피동 부재를 상호 결합하고 그리고 제2 위치에서 유성 휠 캐리어와 피동 부재가 상호 결합하게 배열된 다수의 결합 요소를 포함한다. 피동 부재는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 결합 요소의 축방향 변위를 위해 결합 요소를 지지하도록 배열된 다수의 축방향 연장 그루브를 포함하며, 구동 부재는 결합 요소의 제1 위치에서 결합 요소와 협력하기 위한 축방향으로 작용하는 제1 캠 수단을 포함한다. 제1 축방향으로 작용하는 스프링 수단은 결합 요소의 제1 위치를 향한 방향으로 결합 요소를 편향시키도록 배열되고, 이에 의해 제1 스프링 수단의 작용은, 결합 요소가 미리 결정된 레벨 미만의 토크 값에서 제1 위치에 유지되지만, 미리 결정된 레벨 위의 토크 값에서는 제1 캠 수단에 의해 제1 위치에서 강제로 벗어나도록, 결합 요소에 대해 제1 캠 수단에 의해 발생된 축방향 힘에 반작용하며, 상기 피동 부재는 추가로, 결합 요소가 미리 결정된 레벨 위의 토크 값으로 제1 위치를 벗어났을 때 스프링 수단의 편향 작용에 대해 결합 요소의 제2 위치쪽으로 결합요소에 축방향 시프트 력이 미치도록 배열된 축방향으로 작용하는 제2 캠 수단을 포함한다. 상기 유성 휠 캐리어는, 상기 결합 요소의 제2 위치에서 상기 결합 요소에 대한 반경방향 지지를 제공하고 그리고 상기 결합 요소의 제2 위치에서 상기 결합 요소와 협력하기 위해 다수의 축방향으로 연장되는 트랙이 제공되는 결합 슬리브에 결합된다. 상기 구동 부재는 다수의 리세스를 포함하고, 축방향으로 작용하는 제1 캠 요소(들)는 각각 상기 리세스 중 각각의 하나에 대한 부분을 형성하고, 상기 리세스 각각은 상기 결합 요소의 제1 위치에 결합 요소 중 하나를 수용하여 반경방향으로 지지하도록 구성된다.

제1 양태에 따르면, 2단 변속기는, 토크 레벨에 따른 고토크/저속도 구동 모드로 유성 기어를 통해 또는 저토크/고속도 구동 모드로 유성 기어를 지나서 토크를 자동적으로 전달하는 토크 응답 기어 변속 기구를 포함하는 설계로 상술한 문제에 대한 본 발명의 해결책을 제공하며, 여기서 결합 요소 등의 고속 회전으로 회전하는 구성요소와 저속으로 회전하는 구성요소와의 사이에 제공되는 효율적인 회전 결합해제 또는 분리로 견고성과 신뢰성이 향상된다.

구체적으로, 본 발명의 변속기의 구동 부재가 고속도/저토크 모드에서 결합 요소를 수용하고 반경방향으로 지지하도록 구성된 다수의 리세스를 포함하고 있어서, 결합 요소는 추가 구성요소를 제공하지 않고 상이한 속도로 회전하는 구성요소로부터 효율적으로 차폐, 즉 분리된다. 따라서 본원은 콤팩트하고 신뢰성 있는 설계로 이루어진 2단 동력 변속기를 바람직하게 제공한다.

일 실시예에 따르면, 결합 슬리브가 축방향으로 이동 가능하게 배열된다. 이로써, 결합 요소와 결합 슬리브의 발생할 수 있는 각도 오정렬(어긋남)을 처리하기 위해 차례로 이용할 수 있는 약간의 유격을 가질 수 있게 할 수 있다. 특히 결합 요소가 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때, 결합 요소와 피동 부재의 축방향 연장 그루브 사이의 오정렬은, 부품 사이에 걸림(jamming)을 유발하는 대신 축방향으로 이동 가능한 슬리브에 의해 처리될 수 있다. 오정렬에 의해, 결합 요소의 각도 위치와 제1 위치에서 결합 요소를 수용하도록 배열된 리세스의 각도 위치와의 사이의 약간의 각도 불일치는 이해해야 한다.

일 실시예에 따르면, 2단 동력 변속기는, 결합 요소에 대해 축방향으로 이동 가능한 결합 슬리브를 편향시키기 위한 축방향으로 작용하는 제2 스프링 수단을 더 포함한다. 이에 의해, 결합 슬리브가 결합 요소에 대해 약간 미는 동작에 따라 오정렬이 훨씬 더 효율적으로 처리될 수 있고, 따라서 올바른 방향으로 결합 요소에 작용하는 약간의 힘에 의해 리세스로의 복귀를 용이하게 할 수 있다. 결합 슬리브는 일반적으로 디폴트 위치, 즉 구동 부재에 인접한 위치에서 유지되지만, 결합 요소가 잘못 정렬되면, 결합 슬리브가 스프링 편향에 의해 튀거나(spring) 또는 축 방향으로 약간 이동하여 결합 요소를 올바른 위치로 밀어낼 수 있다.

일 실시예에 따르면, 유성 휠 캐리어는 외부 슬리브를 포함하고, 슬리브는 축방향으로 연장되고 제2 위치에서 유성 휠 캐리어와 피동 부재를 상호 결합하기 위해 결합 슬리브에 회전식으로 고정된다. 일 실시예에서, 외부 슬리브는 결합 슬리브의 외부에 형성된 트랙에 배치되는 다수의 볼 또는 다른 롤링 요소에 의해 결합 슬리브에 회전식으로 고정된다. 따라서, 저속도/고토크 모드에서 토크는 유성 캐리어, 전달 볼, 결합 슬리브를 통해 그리고 부가로 결합 요소를 통해 피동 부재로 전달된다. 또한, 외부 슬리브는 일부 실시예에서 피동 및 구동 부재와 동축으로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 외부 슬리브와 리세스가 배열되는 구동부재 부분 및/또는 결합 슬리브의 적어도 일부와의 사이에는 축방향으로 중첩부가 있다.

일 실시예에 따르면, 유성 휠 캐리어에 대해 구동 요소, 즉 구동 부재를 지지하는 제1 액시얼 베어링이 제공되고 그리고 하우징에 대해 외부 슬리브를 지지하기 위해 제2 액시얼 베어링이 제공되어, 결합 요소에 작용하는 제1 스프링 수단으로부터의 힘이 제1 및 제2 베어링을 통해 공구 하우징에 흡수될 수 있다. 이로써 스프링(즉, 결합 요소)과 모터 액슬 사이의 유리한 분리동작(decoupling)이 이루어지며, 스프링에 의해 가해지는 축방향 힘으로부터 모터 액슬(즉, 입력 샤프트)이 완화된다. 대신, 이 힘은 공구 하우징에 의해 흡수될 수 있다. 추가 이점에는 더 짧은 공차 체인(tolerance chains), 즉 공차 누적이 적은 설계를 제공할 수 있다는 유리한 면이 있다.

일 실시예에 따르면, 결합 요소는 동일한 크기의 볼을 포함한다. 볼의 수는 예를 들어 공구의 크기에 따라 자유롭게 선택할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 결합 슬리브의 트랙의 수는 결합 요소의 수의 2배 이다. 이로써, 오정렬의 위험 및 그에 따른 걸림(jamming) 가능성이 감소된다.

일 실시예에 따르면, 구동 부재는 축방향 플랜지를 포함하고, 상기 축방향 플랜지는 결합 요소를 반경방향으로 지지하도록 배열된다. 이것은 개선된 반경방향 지지 및 회전 분리가 제공된다는 점에서 유리한 설계이다.

일 실시예에 따르면, 플랜지의 결합된 축방향 연장부 및 리세스의 깊이는 볼의 반경보다 더 크다. 이에 의해, 고속도 모드에서 다른 회전 속도로 회전하는 구성요소와 볼 사이의 완전한 반경방향으로의 분리뿐만 아니라, 충분한 반경방향으로의 지지도 보장된다.

일 실시예에 따르면, 제1 스프링 수단은, 피동 부재와 동축 관계로 배열되고 그리고 볼에 편향력을 발휘하는 제1 코일 스프링을 포함한다. 이것은 예를 들어 보다 콤팩트한 설계를 할 수 있게 한다는 점에서 유리한 것이다. 일 실시예에서, 제1 코일 스프링은 결합 요소에 대해 직접적으로 지지된다. 다른 실시예에서, 제1 코일 스프링은 결합 요소와 연속적으로 접촉하는 접촉 요소를 통해 결합 요소에 대해 지지되며, 예를 들어 평평한 링 요소를 포함한다. 또한, 일부 실시예에서는 스프링에 의해 가해지는 편향력의 설정을 변경하기 위한 수단이 제공될 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 링 기어(또는 기어 림(rim))는 전달된 토크의 판독값이 얻어질 수 있도록, 토크 변환기에 의해 하우징에 고정되도록 구성될 수 있다. 제공된 데이터는 예를 들어 추적 가능성(traceability)을 제공하거나, 작업자 피드백을 제공하거나, 도구를 제어하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 전술한 실시예 중 어느 하나에 따른 2단 동력 변속기를 포함하는 전동공구가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 전동공구는 2단 변속기, 모터, 공구에 의해 전달되는 토크를 나타내는 양을 모니터링하기 위한 수단, 및 상기 토크를 나타내는 상기 모니터링된 양에 기초한 모터의 회전 속도를 제어하도록 작동하는 제어 유닛을 포함한다.

일 실시예에서, 도구에 의해 전달되는 토크를 나타내는 양을 모니터링하기 위한 수단은 전달되는 토크를 나타내는 양을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급한 바와 같이, 링 기어는 전달된 토크의 판독값을 얻을 수 있도록 토크 변환기(torque transducer)에 의해 하우징에 고정될 수 있다. 또한, 토크를 나타내는 양을 모니터링하기 위한 수단은, 모터 전류 또는 모터의 성능과 관련된 내부적으로 제공된 다른 데이터를 모니터링하도록 구성된 회로(즉, 회로 장치)를 포함할 수 있다.

따라서, 제어 유닛은 센서로부터 구해진 양의 값을 미리 결정된 임계값과 비교함으로써 공구를 제어하고 그리고 측정된 값이 임계값에 근접할 때 모터의 회전 속도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 이로써, 변속기의 구동 모드 사이의 전환이 용이해지게 할 수 있다.

예를 들어, 저토크/고속도 구동 모드에서, 감지된 양은 토크를 나타내는 모터 전류일 수 있어서, 전류가 임계값에 가까워짐에 따라, 이 경우의 토크가 증가하여서, 모터의 회전 속도가 낮아져 고토크/저속도 구동 모드로의 전환을 용이하게 할 수 있다. 유사하게, 고토크/저속도 구동 모드에서, 감지되는 양은 토크 변환기로부터의 토크 값일 수 있어서, 토크 값이 임계값에 가까워짐에 따라, 이 경우의 토크가 감소하여서, 모터의 회전 속도가 저토크/고속도 구동 모드로의 복귀가 용이하도록 감소될 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 센서는 또한 모터 전류를 감지하기 위한 센서 또는 토크 센서, 즉 토크 변환기, 또는 일반적으로 말해서 전류 또는 다른 모터 파라미터를 구동하는 제어 유닛의 내부 기능도 있을 수 있다. 일 실시예에서, 토크 변환기는 고토크/저속도 구동 모드에서만 작동한다. 이러한 변환기의 작동은 변속기가 고토크/저속도 모드로 전환되었음을 제어 장치에 표시하는 표시기로 사용할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 토크 응답 변속기는 1단 기어 장치이다. 즉, 이러한 실시예에서의 입력 샤프트는 모터에 직접 연결되거나, 일부 경우에는 공구의 모터 모듈에 배치된다. 이것은 공구의 보다 콤팩트하고 슬림한 디자인을 이룰 수 있다는 점에서 특히 유리하다.

일 실시예에 따르면, 전동공구는 전방 기어 장치 또는 2단 기어 장치를 더 포함한다. 이러한 실시예에서 토크 응답 변속기는 모터와 전방 또는 제2단 기어 장치와의 사이에 배치될 수 있다. 이는 그러한 공구에 대한 전방 기어 장치가 상호 교환 가능한 전방 기어 장치일 수 있다는 점에서 유리하며, 토크 응답 변속기가 공구 내부 또는 공구 상에서 유지되는 동안, 원하는 토크에 따라 전방 기어 장치가 변경될 수 있다.

이와 같은 전동공구와 관련하여, 일 실시예에 따르면, 모터는 전기 모터이다. 공구는 예를 들어 스크루 드라이버, 너트 러너(nut runner), 드릴 및 그라인더를 포함하는 그룹에서 선택되는 휴대용 전동공구일 수 있다. 그러나 당업자는 고정식 또는 고정된 공구와 함께 사용하기 위해 구조를 약간만 개조하면 된다는 것을 알고 있을 것이다. 일부 실시예에서, 전동공구는 배터리 구동식 전동공구일 수 있다. 일 실시예에서, 전동공구는 예를 들어 3500-4500 Nm 범위에서 더 높은 체결 토크를 제공하는 공구이다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 전술한 실시예 중 어느 하나에 따른 기어 장치를 포함하는 전동공구의 제어 방법이 제공된다.

일 실시예에 따르면, 방법은 제1 토크 값을 나타내는 양을 모니터링하는 단계, 제1 토크 값을 미리 결정된 임계 토크 값과 비교하는 단계, 및 측정된 값이 임계 값에 근접할 때 모터의 회전 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 모터의 회전 속도를 제어하는 단계는 측정된 값이 임계값에 근접할 때, 모터의 회전 속도를 감소시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 모니터링된 양은 모터 전류 및 토크 변환기 값 중 적어도 하나이다.

본 발명의 제3 양태의 범위 내에서 생각할 수 있는 방법의 목적, 이점 및 특징은 본 발명의 제2 양태를 언급한 전술한 논의에 의해 쉽게 이해될 것이다.

본 발명의 추가 목적, 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명, 도면 및 첨부된 청구범위로부터 명백하게 나타날 것이다. 관련기술분야의 기술자는 본 발명의 상이한 특징들이 결합되어, 이하에서 설명되는 것과는 다른 실시예를 생성할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 기술되는 한정적이지 않은 기재로, 다음과 같이 상세한 설명으로 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 전동공구용의 예시적인 2단 동력 변속기의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 변속기의 일부 구성요소의 제1 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 변속기의 일부 구성요소의 제2 사시도이다.
모든 도면은 도식적이며, 축척에 정확하게 맞춰진 것이 아니며, 일반적으로 본 발명을 설명하기 위해 필요한 부분만을 도시한 것으로서, 다른 부분은 생략되거나 단순히 도시되어 있는 것으로 이해한다.

도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 전동공구, 이 경우에는 휴대용 배터리 전동공구의 일부의 단면도이다. 공구는 하우징(10), 입력 샤프트(20), 입력 샤프트에 연결된 모터(도시 않음), 출력 샤프트(15) 및 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에 배치된 2단 변속기를 포함한다. 또한, 공구는 토크 변환기 및 모터의 회전 속도를 제어하도록 작동하는 제어 유닛을 포함하며, 이는 공구의 기능을 설명할 때 아래에서 자세히 설명된다.

도 1에 도시된 실시예의 2단 동력 변속기(1)는 유성 기어(18) 및 토크 응답 기어 변속 기구(19)를 포함하며, 상기 토크 응답 기어 변속 기구(19)는 토크를 입력 샤프트(20)로부터 (즉, 모터로부터) 출력 샤프트(15)로, 고토크/저속도 구동 모드에서 유성 기어(18)를 통해 또는 저토크/고속도 구동 모드에서 유성 기어(18)를 지나 토크를 전달 한다. 도 1에 도시된 변속기는 저토크/고속도 구동 모드에 있는 것이다.

유성 기어(18)는 입력 샤프트(20)에 연결된 선 휠(21), 하우징(10)에 고정된 링 기어(또는 기어 림)(22) 및 유성 휠 캐리어(24)를 포함한다. 기어 변속 기구(19)는 유성 기어(18)의 선 휠(21)에 연결된 구동 부재(26) 및 출력 샤프트(15)에 연결된 피동 부재(27)를 포함한다.

결합 요소인, 예시된 실시예에서 3개의 볼(30)은 제1 위치에서 구동 부재(26) 및 피동 부재(27)를 상호 결합하도록, 즉 위에서 저토크/고속도 구동 모드로 언급된 것과 상호 결합하도록, 그리고 제2 위치에서 유성 휠 캐리어(24) 및 피동 부재(27)를 상호 결합하도록, 즉 위에서 고토크/저속도 구동 모드로 언급된 것과 상호 결합하도록 배치된다.

또한, 피동 부재(27)는 제1 위치와 제2 위치 사이의 축방향으로의 변위를 위해 볼(30)을 지지하도록 배열된 다수의 축방향 연장 그루브(36)를 포함하고, 반면에 구동 부재(26)는 동일한 간격으로 있는 리세스(39)에 배열된 축방향으로 작용하는 제1 캠 수단(35)을 포함하여, 결합 요소(30)의 제1 위치에서 결합 요소(30)와 협력한다. 이러한 리세스(39) 및 캠 수단(35)은 도 2에 도시되어 있으며, 아래에서 부가로 설명한다.

제1 축방향으로 작용하는 코일 스프링(31)은 볼(30)을 제1 위치 쪽으로 편향시키기 위해 피동 부재에 대해 동축으로 배치되며, 이에 따라 코일 스프링(31)의 작용은 볼(30) 상의 제1 캠 수단(35)에 의해 발생된 축방향 힘을 상쇄 한다. 이에 의해, 볼(30)은 미리 결정된 레벨보다 낮은 토크 값으로 제1 위치에서 유지되지만, 미리 결정된 레벨보다 높은 토크 값으로 제1 캠 수단(35)에 의해 제1 위치로부터 압출된다. 도시된 실시예에서, 스프링(31)은 볼(30)에 대해 직접적으로 맞닿는다.

피동 부재(27)는 차례로, 볼(30)이 미리 결정된 레벨 이상의 토크 값으로 제1 위치를 떠나서 코일 스프링(31)의 편향력에 대항하여 볼(30)의 제2 위치쪽으로 볼(30)에 대해 축방향으로의 시프트 력을 가하도록 배열된 축방향으로 작용하는 제2 캠 수단(36b)을 포함한다.

또한, 예시된 실시예에서, 유성 휠 캐리어(24)는 제2 위치에서 볼(30)에 대한 반경방향 지지를 제공하는 축방향으로 이동 가능한 결합 슬리브(29)에 결합된다. 따라서, 볼(30)과 협력하기 위해 축방향으로 연장되는 다수의 트랙(38)이 결합 슬리브(29)의 내부 면에 배치된다(도 3을 참조하여 아래에서 상세히 논의됨). 예시된 실시예에서 결합 슬리브(29)의 트랙(38)의 수는 볼(30)의 수의 2배, 즉 예시된 실시예에서는 6개 이다. 또한, 결합 슬리브(29)는 예시된 실시예에서 제2 축방향으로 작용하는 코일 스프링(40)에 의해 볼(30)에 대해 편향되고, 코일 스프링(40)은 제1 코일 스프링(31) 뿐만 아니라 피동 부재(27)에 대해서도 동축으로 배열된다.

제2 위치에서 유성 휠 캐리어(24)와 피동 부재(27)를 상호 결합하기 위해, 유성 휠 캐리어(24)는 외부 슬리브(32)를 포함한다. 이 슬리브(32)는 축 방향으로 연장되고, 다수의 작은 볼(32a)에 의해 결합 슬리브(29)에 회전식으로 고정된다. 또한, 볼(30)에 작용하는 제1 코일 스프링(31)으로부터의 힘을 처리하기 위해, 유성 휠 캐리어(24)에 대해 구동 요소 또는 부재(26)를 지지하는 제1 액시얼 베어링(33)이 제공되고, 하우징(10)에 대해 이 외부 슬리브(32)를 지지하기 위해 제2 액시얼 베어링(34)이 제공되어서, 힘이 하우징에 의해 흡수될 수 있다.

도 2를 참조하면, 구동 부재(26) 및 3개의 결합 볼(30)을 상세하게 볼 수 있다. 제1 위치에서 볼(30)을 수용하고 반경방향으로 지지하기 위해, 구동 부재는 다수의 리세스(39)를 포함하며, 각각은 하나의 볼(30)을 수용하도록 되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 축방향으로 작용하는 캠 요소(들)(35)는 각각 리세스 중 하나의 부분을 형성하며, 예를 들어 캠 요소는 리세스(39)의 경사진 측면 부분을 포함할 수 있다. 또한, 구동 부재(26)는 추가적인 반경방향 지지부를 제공한다. 볼이 다른 회전 속도로 회전하는 주변 구성요소와 방사상 접촉을 하지 않도록 하기 위해, 플랜지(26b)와 리세스(39)의 깊이를 합한 축 방향으로의 연장부는 볼(30)의 반경보다 크다.

마지막으로, 결합 슬리브(29)는, 결합 슬리브와 3개의 볼(30)의 예시적인 실시예의 사시도인 도 3에 상세히 도시되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 볼은 제2 모드로 배치되고, 따라서 슬리브(29)의 내부 면에 형성된 균등하게 이격되어 있는 릿지(38a) 사이에 형성된 트랙(38)에 배열된다. 슬리브(29)의 외부 면에는, 유성 캐리어(24)에 회전식 고정을 제공하는 작은 볼을 수용하도록 배치된 트랙(29a)이 있다. 위에서 언급한 제2 코일 스프링(40)은 원활한 이행을 방해할 수 있는 볼의 이행 시에 볼(30)과 트랙(38) 사이의 각도 어긋남이 발생할 가능성이 낮은 경우에 제공되며, 여기서 스프링(40)의 편향은 슬리브를 볼에 완만한 힘으로 정렬시킴으로써 눈에 띄는 걸림(jamming)을 방지하게 제공된다.

도 1을 다시 참조하면, 유성 기어 기구의 링 기어(또는 기어 림)(22)는 전달된 토크의 측정값이 제공될 수 있도록, 토크 변환기(도시되지 않음)에 의해 적어도 부분적으로 하우징(10)에 고정된다는 점에 유의한다. 이것은 본 발명의 변속기의 기능이 설명되기 때문에, 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.

작동시, 입력 샤프트(20)는 전기 모터에 연결되고, 출력 샤프트(15)는 너트 소켓을 통해 조여질 나사 조인트에 결합된다. 변속기 및 그에 따른 전동공구의 기능은, 토크 레벨에 따라 바이패스 동작 또는 유성 기어 기구를 통해, 구동 부재(26)와 피동 부재(27) 사이의 연결을 선택적으로 제공하는 변속기에 의해 이루어진다.

체결 작업이 시작되면, 모터가 변속기를 통해 토크를 전달하기 시작한다. 1단에서는, 기어 변속 기구(19)가 고속도/저토크 구동 모드를 차지함에 따라, 볼(30)은 구동 부재(26)의 리세스(39)에 안착되고, 그리고 입력 샤프트(20)를 통해 구동 부재(26)에 전달되는 토크가 리세스(35), 볼(30) 및 그루브(36)를 통해 피동 부재(27)로 전달된다. 즉, 유성 감속 기어(18)의 영향 없이 구동 부재(26)에서 피동 부재(27)로 직접 전달된다. 유성 휠 캐리어(24)는 하우징(10) 내에서 자유롭게 회전한다.

나사 조인트의 토크 저항이 증가함에 따라, 축방향으로 작용하는 제1 캠 요소(35)가 볼(30)에 증가하는 축방향 힘을 가하고, 그리고 미리 결정된 토크 레벨에 도달하면, 이 힘이 스프링(31)의 편향력을 대체하고, 볼(30)은 그루브(36)를 통해 축방향으로 이동하기 시작할 것이고, 결국 캠 수단(36b)이 볼(30)에 보조 축방향 힘을 가하여, 결국에는 다시 스프링(31)의 힘을 대체하여서, 따라서 볼(30)이 축방향으로의 이동을 완료하게 하여 제2 위치를 차지하게 한다. 이러한 캠 수단(36b)의 예는 각 그루브(36)의 경사 면 또는 분기부분을 포함한다. 여기서, 기어 변속 기구(19)는 변속기를 고토크/저속도 구동 모드로 했다.

이 구동 모드는 전달된 토크가 충분히 높아서 제2 캠 수단(36b)의 작용이 스프링(31)의 편향력보다 우세하게 있는 한 유지된다. 토크가 그 레벨로 감소할 때, 즉 미리 결정된 구동 모드 시프트 지점에 도달하면, 캠 수단(36b)에 의해 가해지는 힘은 더 이상 스프링 힘을 지배하지 않으며, 볼(30)은 제1 위치로 되돌려진다.

이러한 상호 결합을 용이하게 하기 위해, 특히 기어 변경을 용이하게 하기 위해, 위에서 언급한 전동공구는 센서(도시하지 않음), 이 경우에는 토크 변환기, 및 토크 변환기의 감지된 데이터를 수신하고 모터의 회전 속도를 그에 따라 제어하는 제어 유닛(도시하지 않음)을 포함한다. 보다 구체적으로는, 측정된 토크 값이 미리 결정된 임계 토크 값, 즉 기어 변경이 발생하는 값에 근접함에 따라, 제어 유닛은 모터의 회전 속도를 감소시킨다.

예시된 실시예에서와 같이, 토크 변환기는 하우징(10)과 기어 림(22) 사이에 배열되고, 변환기는 제2 구동 모드, 즉 고토크/저속도 구동 모드에서만 작동(즉, 의미 있는 판독값을 제공함)하며, 토크가 실제로 링 기어에 전달될 때에는, 속도를 제어하기 위해 변환기의 데이터를 사용하여 위에서 설명한 과정이 고토크/저속도 구동 모드에서 저토크/고속도 구동 모드로 전환할 시기를 결정할 때에만 관계가 있다.

변속기가 저토크/고속도 구동 모드에서 작동할 때에는, 토크가 임계 값에 근접하고 그리고 그에 따라서 회전 속도가 기어 변경을 용이하게 하려면 감속해야 하는 지를 결정하기 위해, 제어 유닛이 대신 적절한 회로 장치(도시되지 않음)를 통해 모터 전류를 모니터링 한다. 추가 기능으로, 토크 변환기가 토크 데이터를 전달하기 시작한다는 개념은 제어 유닛이 변속기가 고토크/저속도 구동 모드로 전환되어 작동하는지 확인하는 데 사용할 수 있다.

본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 예시적이거나 실시예적인 것으로 간주되어야 하며, 그 내용으로 한정하지 않는 것으로 이해해야 하며; 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는 것이다. 관련기술분야의 기술자는 첨부된 청구범위에서 정의된 범위 내에서 많은 수정, 변형 및 변경을 생각할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 추가적으로, 개시된 실시예에 대한 변형은 발명을 실시하는 관련기술분야의 기술자가 이해 및 실시할 수 있으며, 도면, 개시내용 및 첨부 청구범위를 연구하여 형성할 수 있다. 청구범위에서 "포함하는"의 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 영문 명세서에 기재된 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 특정 측정치가 서로 다른 종속항에서 인용되어 있다는 사실만으로 이러한 측정치의 조합을 유리하게 사용할 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. 청구범위의 참조부호는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (15)

1. 전동공구용 2단 동력 변속기이며, 상기 2단 동력 변속기는:
   하우징(10);
   입력 샤프트(20); 및
   출력 샤프트(15);를 포함하며;
   상기 2단 동력 변속기는 유성 기어(18) 및, 고토크/저속도 구동 모드에서 유성 기어(18)를 통해 또는 저토크/고속도 구동 모드에서 유성 기어(18)를 지나, 토크를 전달하기 위한 토크 응답 기어 변속 기구(19)를 포함하며;
   상기 유성 기어(18)는 입력 샤프트(20)에 연결된 선 휠(21), 하우징(10)에 고정된 링 기어(22), 및 유성 휠 캐리어(24)를 구비하며;
   상기 기어 변속 기구(19)는 유성 기어(18)의 선 휠(21)에 연결된 구동 부재(26), 출력 샤프트(15)에 연결된 피동 부재(27), 및 제1 위치에서 구동 부재(26)와 피동 부재(27)를 상호 결합하고 그리고 제2 위치에서 유성 휠 캐리어(24)와 피동 부재(27)가 상호 결합하게 배열된 다수의 결합 요소(30)를 포함하며;
   상기 피동 부재(27)는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 결합 요소(30)의 축방향 변위를 위해 결합 요소(30)를 지지하도록 배열된 다수의 축방향 연장 그루브(36)를 포함하며;
   상기 구동 부재(26)는 결합 요소(30)의 제1 위치에서 결합 요소와 협력하기 위한 축방향으로 작용하는 제1 캠 수단(35)을 포함하며;
   축방향으로 작용하는 제1 스프링 수단(31)은 결합 요소(30)의 제1 위치를 향하는 방향으로 결합 요소(30)를 편향시키도록 배열되고, 이에 의해 제1 스프링 수단(31)의 작용은, 결합 요소(30)가 미리 결정된 레벨 미만의 토크 값에서 제1 위치에서 유지되지만, 미리 결정된 레벨 위의 토크 값에서는 제1 캠 수단(35)에 의해 제1 위치에서 강제로 벗어나도록, 상기 결합 요소(30)에 대해 제1 캠 수단(35)에 의해 발생된 축방향 힘에 반작용하며;
   상기 피동 부재(27)는 추가로, 결합 요소(30)가 미리 결정된 레벨 위의 토크 값으로 제1 위치를 벗어났을 때, 스프링 수단(31)의 편향 작용에 대해 결합 요소(30)의 제2 위치쪽으로 결합요소(30)에 축방향 시프트 력이 미치도록 배열된 축방향으로 작용하는 제2 캠 수단(36b)을 포함하며;
   상기 유성 휠 캐리어(24)는, 상기 결합 요소(30)의 제2 위치에서 상기 결합 요소(30)에 대한 반경방향 지지를 제공하고 그리고 상기 결합 요소(30)의 제2 위치에서 상기 결합 요소(30)와 협력하기 위해 다수의 축방향으로 연장되는 트랙(38)이 제공되는 결합 슬리브(29)에 결합되며;
   상기 구동 부재는 다수의 리세스(39)를 포함하고, 축방향으로 작용하는 제1 캠 요소(들)(35)는 각각 상기 리세스 중 각각의 하나에 대한 부분을 형성하고, 상기 리세스 각각은 상기 결합 요소(30)의 제1 위치에 결합 요소(30) 중 하나를 수용하여 반경방향으로 지지하도록 구성된; 전동공구용 2단 동력 변속기.
2. 제1항에 있어서, 상기 결합 슬리브는 축방향으로 이동 가능하도록 배치되는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
3. 제2항에 있어서, 상기 결합 요소(30)에 대해 상기 축방향으로 이동 가능한 결합 슬리브(29)를 편향시키기 위해 축방향으로 작용하는 제2 스프링 수단(40)을 추가로 포함하는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 휠 캐리어(24)는 외부 슬리브(32)를 포함하고, 상기 슬리브는 축 방향으로 연장되며 상기 결합 슬리브(29)에 회전식으로 고정되어 제2 위치에서 상기 유성 휠 캐리어(24)와 상기 피동 부재(27)를 상호 결합시키는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
5. 제4항에 있어서, 상기 유성 휠 캐리어에 대해 구동 요소를 지지하는 제1 액시얼 베어링(33)이 제공되고 그리고 상기 하우징(10)에 대해 외부 슬리브를 지지하는 제2 액시얼 베어링(34)이 제공되어, 상기 결합 요소에 작용하는 제1 스프링 수단으로부터의 힘이 상기 제1 및 제2 베어링을 통해 상기 하우징 내로 흡수될 수 있는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합 요소(30)는 동일한 크기의 볼(30)을 포함하는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합 슬리브의 트랙(38)의 수는 상기 결합 요소(30)의 수의 2배인, 전동공구용 2단 동력 변속기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 부재(26)는 축방향 플랜지(26b)를 포함하고, 상기 축방향 플랜지(26b)는 상기 결합 요소를 반경방향으로 지지하도록 배열되는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
9. 제7항에 따른 제8항에 있어서, 상기 리세스의 깊이와 상기 플랜지의 합해진 축방향 연장부가 상기 볼(30)의 반경보다 크게 있는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스프링 수단(31)은, 상기 피동 부재(27)와 동축 관계로 배열되고 그리고 상기 볼(30)에 편향을 가하는 제1 코일 스프링(31)을 포함하는, 전동공구용 2단 동력 변속기.
11. .
12. 전동공구는, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 2단 동력 변속기, 모터, 상기 전동공구에 의해 전달되는 토크를 나타내는 양을 모니터링하기 위한 수단, 및 상기 토크를 나타내는 감지된 양에 기초한 모터의 회전속도를 제어하도록 작동하는 제어 유닛을 포함하는, 전동공구.
13. 제12항에 있어서, 상기 공구에 의해 전달되는 토크를 나타내는 양을 모니터링하는 수단은, 토크 변환기(센서) 및 모터 전류를 모니터링하도록 구성된 회로 장치 중 적어도 하나를 포함하는, 전동공구.
14. 제12항에 따른 전동공구를 제어하기 위한 방법으로, 상기 방법은:
    제1 토크 값을 나타내는 양을 모니터링하는 단계;
    상기 제1 토크 값을 미리 결정된 임계 토크 값과 비교하는 단계; 그리고
    상기 측정 값이 상기 임계 값에 근접할 때 모터의 회전 속도를 제어하는 단계를 포함하며;
    모터의 회전 속도를 제어하는 단계는 상기 측정된 값이 상기 임계 값에 근접 할 때, 모터의 회전 속도를 감소시키는 단계를 포함하는, 전동공구를 제어하기 위한 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 양은 모터 전류 및 토크 변환기 값 중 적어도 하나인, 전동공구를 제어하기 위한 방법.
    

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