KR20230162619A - 변속 장치 - Google Patents

Abstract

전동장치는,
- 제1 내접 기어(z1)를 갖는 중공 원통형 베이스 본체(1),
- 베이스 본체(1)의 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하게 배열된 제2 내접 기어(z2)를 갖는 링(2),
- 실린더 축(14)을 따라 연장되고 상기 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하며 편심 부분(13)을 갖는 중앙 샤프트(9), 및
- 편심 부분(13)에 회전 가능하게 장착되고, 베이스 본체(1)의 제1 내접 기어(z1)와 맞물리는 제1 외접 기어(zs1) 및 중공 원통형 링의 제2 내접 기어(z2)와 맞물리는 제2 외접 기어(zs2)를 갖는 휠(11)을 포함한다.
휠(11)은 이중 휠로 설계된다. 이중 휠은 그 축들에 따라 서로 회전 불가능하게 연결되고 2개의 외접 기어(zs1, zs2) 중 하나에 각각 제공되는 2개의 개별 휠을 포함한다. 단일 휠들은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결된다. 연결 수단은 하나 개별 휠과 다른 개별 휠 양자에 접합된다.

Description

기어박스

본 발명은 청구항 제1항의 일반적 개념에 따른 사이클로이드 기어 유닛(cycloidal gear unit)으로 설계된 기어 유닛에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 특히 로봇 기술에 사용되는 정밀 기어 유닛에 관한 것이다.

때때로 트로코이드 기어박스(trochoidal gearboxes)라고도 하는 사이클로이드 기어박스의 양호한 특성들은 기어 이론으로부터 공지되어 있다:

- 백래시 없는 작동(backlash-free operation)에서 높은 정확도,

- 높은 하중 용량,

- 저마찰, 및

- 높은 효율성.

이러한 특성들은 정밀 기어 설계에 사용하기에 특히 적합한 사이클로이드 기어 유닛을 만든다.

사이클로이드 기어박스는 다음을 포함한다:

- 중공 원통형 베이스 본체

베이스 본체에는 내접 기어(internal gear)가 제공된다. 내접 기어는 중공 원통형 베이스 본체의 내주(inner circumference)에 배치된다.

- 중앙 샤프트

중앙 샤프트는 베이스 본체의 실린더 축과 동축이고 베이스 본체에 대해 회전 가능하다. 편심 섹션(eccentric section)을 또한 구비한다.

- 하나의 외접 기어(external gear)를 갖는 휠

외접 기어를 갖는 휠은 편심 섹션에서 회전 가능하고 베이스 본체에 원주 방향으로 배열된다. 외접 기어는 중공 원통형 베이스 본체의 내주에서 내접 기어와 맞물린다.

- 실린더 축과 동축으로 배열된 기관(organ)

이 기관은 중앙 샤프트에 대해 회전 가능하게 배열될 뿐만 아니라 베이스 본체에 대해서도 회전 가능하게 배열된다.

요소 또는 중앙 샤프트는 사이클로이드 드라이브의 입력 요소를 형성한다. 나머지 요소, 즉 중앙 샤프트 또는 요소는 사이클로이드 드라이브의 출력 요소를 형성한다.

또한, 각각의 사이클로이드 전동장치(transmission)는 메인 본체에서 휠의 롤링 운동을 실린더 축을 중심으로 한 부재의 회전 운동으로 변환하는 수단을 갖는다.

베이스 본체에서 휠의 롤링 운동을 실린더 축을 중심으로 한 기관의 회전 운동으로 변환하는 수단은 하나 이상의 변환 요소(transformation element)를 포함한다. 이러한 수단을 하기에서 변환 시스템이라고도 한다. 내접 기어에서 순환하는 베이스 본체에서의 휠의 롤링 운동은 이하에서는 간단히 유성 운동(planetary motion)이라고 한다. 따라서 유성 운동은 내접 기어 상에서 순환하는 베이스 본체에서 휠의 롤링 운동으로 이루어진다. 기어 유닛의 출력 요소로 바람직한 설계로 인해, 이 요소는 또한 출력 플랜지라고도 한다.

JP 2020 122582 A호는 사이클로이드 기어박스를 개시한다. 휠들의 유성 운동은 편심적으로 배열된 편심 샤프트들에 의해 출력 플랜지의 회전 운동으로 변환된다.

JP H01 169154 A호는 사이클로이드 기어박스를 공지하고 있다. 휠들의 유성 운동을 출력 플랜지의 회전 운동으로 변환하는 것은 출력 플랜지에 통합된 핀들에 의해 수행된다.

EP 2 255 104 A1호는 사이클로이드 기어 유닛을 개시한다. 휠들의 유성 운동은 휠들과 출력 플랜지 사이에 배열된 크로스(crosse)를 통해 출력 플랜지의 회전 운동으로 변환된다.

이들 기어 유닛에 사용되는 기어는 하우징으로 작용하는 베이스 본체에서 롤링하는 휠의 기어의 사이클로이드 형상이다. 기어의 사이클로이드 형상은 하기에서는 사이클로이드 기어라고 한다.

기어 유닛은 US 2004/083850 A1호에 공지되어 있다. 이 기어에서, 하우징 내에서 롤링하는 기어 휠에는 특수 기어가 제공된다.

전술한 사이클로이드 기어 유닛의 그룹은 특수 유성 기어 유닛이다. 이 경우, 휠들은 중공 원통형 베이스 본체에서 롤링한다. 외접 톱니(external teeth)는 중공 원통형 베이스 본체에서 내접 톱니(internal teeth)와 맞물린다. 이 과정에서, 휠들은 기어 유닛의 중심 축을 중심으로 유성 운동을 수행한다. 기어 유닛의 중심 축은 베이스 본체의 실린더 축과 일치한다.

이러한 사이클로이드 기어 유닛의 변환 시스템들 각각은 휠들로부터 출력 플랜지까지 동력 유동을 동시에 전달한다. 단점은 이것이 휠들에서 특정 방사상 공간을 차지하여 기어 유닛의 달성 가능한 최소 치수를 제한하는 것이다.

유성 기어박스도 정밀 기어 설계에 적합하다.

정밀 기어 설계에 적합한 유성 기어는 US 10,352,400 B2호에 공지되어 있다. 이러한 기어의 장점은 강성 휠에 대한 힘들의 대칭적인 카운터-분배(symmetrical counter-distribution)이다. 이것은 상대적으로 높은 하중 용량으로 이어진다. 이러한 기어의 단점은 방사상 공간이 위성 휠(satellite wheel)들 자체에 의해 점유되는 것이다.

또한, 정밀 기어 설계에 사용되는 다른 기어 유닛이 공지되어 있다. 이들은 변형 샤프트 전동장치로 또한 공지된 원리에 따라 작동한다. 이러한 기어들은 플렉스스플라인(flexspline) 또는 플렉스-스플라인(flex-spline)이라고 하는 방사상으로 변형 가능한 요소를 포함한다. 플렉스스플라인에는 특별하게 형성된 외부 스플라인이 형성되어 있다. 플렉스스플라인의 방사상 변형은 외부 스플라인을 내부 스플라인과 맞물리게 한다. 내접 톱니는 강성 대응 부분에 형성된다. 강성 대응 부분은 원형 스플라인 또는 원형-스플라인으로 공지되어 있다. 사용되는 원리는 중앙 관통 개구부를 갖는 소형 기어들 및 기어들을 제조할 수 있게 한다. 이러한 중앙 관통 개구부는 하기에서는 중공 샤프트 또는 중앙 중공 샤프트 개구부라고도 한다.

이러한 기어박스는 예를 들어 하모닉 드라이브 시스템(HARMONIC DRIVE SYSTEMS) 캄파니에 의해 제조된다.

그러나, 기어의 변형 가능한 요소의 가요성은 강성도(stiffness) 및 하중 용량(load capacity)의 값을 제한한다. 플렉스스플라인의 직경이 감소하는 소형 기어들의 경우에, 기어 모듈도 또한 감소한다. 이는 하중 용량과 변속비의 최대 달성 가능한 값 양자를 제한한다.

JP 2014 035030 A호는 2단 휠을 갖는 사이클로이드 전동장치를 개시한다. 사이클로이드 기어는 구동 샤프트가 회전 가능하게 장착된 하우징을 갖는다. 휠은 구동 샤프트의 편심 섹션에 회전 가능하게 배열된다. 이는 외접 톱니를 갖는다. 외접 기어에 의해, 휠은 하우징의 내접 기어와 맞물린다. 휠은 또한 내접 기어를 갖는다. 내접 기어를 통해, 휠은 출력 샤프트의 외접 기어와 맞물린다. 이 기어는 니들 롤러들 없이 설계된다. 대신에, 맞물리는 톱니의 사이클로이드 톱니를 포함한다. 사이클로이드 기어는 변형된 사이클로이드 형태이다. 이것의 단점은 휠에서 내접 톱니의 사용이 방사상 공간을 차지한다는 것이다. 또한 출력 샤프트에서 입력 샤프트의 베어링도 방사상 공간을 차지한다. 이 두 가지 인자들은 중앙 중공 샤프트 개구부를 갖는 소형 기어들의 형성을 제한한다.

기어 유닛은 BE 495812호, US 4,584,904호 및 DE 195 42 024 A1호에 공지되어 있다. 기어박스는 내접 톱니의 제1 세트를 갖는 중공 원통형 베이스 본체를 포함한다. 기어는 또한 링을 포함한다. 이는 제2 내접 기어를 구비한다. 링은 베이스 본체의 실린더 축을 중심으로 회전하도록 배열된다. 전동장치는 중앙 샤프트를 더 포함한다. 중앙 샤프트(central shaft)는 실린더 축(cylinder axis)을 따라 연장한다. 중앙 샤프트는 실린더 축을 중심으로 회전 가능하게 배치되고 편심 부분(eccentric portion)을 포함한다. 전동장치는 휠을 더 포함한다. 휠은 편심 부분에 회전 가능하게 배치되고 제1 외접 톱니를 갖는다. 휠은 중공 원통형 베이스 본체의 제1 내접 톱니와 제1 외접 톱니와 맞물린다. 제2 외접 기어를 갖는다. 휠은 링의 제2 내접 기어와 제2 외접 기어와 맞물린다. 휠은 이중 휠로 구성된다. 이중 휠은 그 축들에 대응하여 서로 회전 불가능하게(non-rotatably) 연결된 2개의 스프로켓(sprocket)을 포함한다. 각 기어 림에는 2개의 외접 기어들 중 하나가 제공된다. 외접 톱니는 트로코이드 표면으로 형성된다. 제1 외접 기어의 트로코이드 표면은 제2 외접 기어의 트로코이드 표면과 상이한 톱니들의 수를 갖는다. 여기서 톱니들의 수(number of teeth)라는 용어는 개입된 함몰부(intervening depressions)에 의해 분리된 융기부(elevation)의 수를 나타낸다. 융기부와 함몰부는 트로코이드 표면에 의해 형성된다. 트로코이드 표면은 사이클로이드 경로를 모델로 한다.

이전에 공지된 기어 유닛은 중앙 중공 샤프트 개구부를 갖지 않는다.

DE 11 2017 000 935 T5호는 또한 기어 유닛을 개시한다. 이 기어박스는 중공 원통형 베이스 본체를 포함한다. 베이스 본체는 제1 내접 기어를 갖는다. 전동장치는 또한 제2 내접 기어가 제공된 링을 포함한다. 링은 베이스 본체의 실린더 축을 중심으로 회전하도록 배열된다. 전동장치는 중앙 샤프트를 더 포함한다. 중앙 샤프트는 실린더 축을 따라 연장한다. 중앙 샤프트는 실린더 축을 중심으로 회전 가능하게 배열된다. 중앙 샤프트는 편심 부분을 갖는다. 전동장치는 편심 부분에 회전 가능하게 배치된 휠을 더 포함한다. 휠은 제1 외접 톱니를 갖는다. 휠은 중공 원통형 베이스 본체의 제1 내접 톱니를 갖는 제1 외접 톱니와 맞물린다. 휠은 제2 외접 기어를 갖고 링의 제2 내접 기어와 맞물린다. 휠은 이중 휠로 구성된다. 이중 휠은 그 축들에 대응하여 서로 회전 불가능하게 연결된 2개의 개별 휠들을 포함한다. 각 개별 휠에는 2개의 외접 기어들 중 하나가 제공된다. 외접 기어는 사이클로이드 구조이다. 따라서 각 개별 휠은 사이클로이드 디스크로 설계된다. 적어도 하나의 핀은 2개의 개별 휠들을 연결한다. 여기서 핀(pin)이라는 용어는 핀, 스크류 또는 이들의 조합을 지칭하기 위해 사용된다. 핀은 개별 휠들에서 축방향 고정 보어들에 삽입된다. 개별 기어들에서 축방향 고정 보어들은 서로 반대편에 있다. 축방향 고정 보어들은 중심을 벗어난 관통 보어들로 설계된다. 이중 휠을 형성하기 위해 핀을 사용하여 개별 휠들을 연결하는 대안으로서, 다음이 제공된다:

- 개별 휠들을 앞쪽에서 서로 접착시키거나 또는

- 이중 휠을 일체형 구조로 제조할 수 있다.

이 기어 유닛의 단점은 핀들이 사용될 때 2개의 개별 기어들에 있는 축방향 장착 홀들이 동축으로 고정밀도로 제작되어야 한다는 것이다. 이것은 기어 유닛의 높은 하중 용량을 달성할 수 있는 유일한 방법이다. 높은 하중 용량은 기어 유닛의 높은 정확도를 필요로 한다. 또한 높은 정확도는 2개의 개별 기어들의 베어링 트랙들에서도 보장되어야 한다. 편심 섹션을 중심으로 공통 회전축으로부터 2개의 개별 기어들의 편차는 높은 정확도와 높은 하중 용량 방식으로 유지된다. 높은 정확도를 갖는 2개의 개별 기어들에서 동축으로 축방향 장착 홀들을 제작하는 것은 매우 까다로운 작업이다. 필요한 정확도는 수 마이크로미터 범위이다. 이로 인해 생산 비용이 상당히 증가한다.

또 다른 단점은 핀들이 빠지지 않도록 축방향으로 고정하기 위해 핀들을 겹쳐서 개별 휠들에 눌러져야 한다는 것이다. 작동 중에 핀들이 휠들에서 빠지면, 기어박스는 손상되거나 완전히 파손될 수 있다. 그러나, 휠들에 있는 장착 홀들과 핀들 사이에서 조금만의 겹침도 휠들의 변형을 야기한다. 이는 기어박스의 달성되는 정확도를 저하시킨다. 이는 높은 운동 손실과 높은 환형 전달 오류로 초래한다.

본 발명의 한 가지 과제는 가능한 최소의 설치 공간 요구 조건과 가능한 최대의 하중 용량을 갖는 사이클로이드 기어 유닛을 만드는 것이다. 사이클로이드 기어 유닛은 또한 중앙 중공 샤프트 개구부를 가질 수 있어야 한다. 또한 제조 비용도 효율적이어야 한다. 마지막으로, 정밀도가 높아야 한다.

이러한 과제는 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다. 양호한 실시예들은 청구범위, 도면들 및 도면들과 관련된 내용을 포함하는 하기 설명에 기재되어 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 사이클로이드 전동장치라고도 하는 전동장치에 관한 것이다. 기어박스에는 간단히 본체라고도 하는 중공 원통형 베이스 본체가 제공된다. 본체에는 제1 내접 기어가 제공된다. 전동장치는 또한 형상이 중공 원통형인 링을 포함한다. 링에는 제2 내접 기어가 제공된다. 링은 베이스 본체에 회전 가능하게 배열된다. 중공 원통형 베이스 본체와 중공 원통형 링의 실린더 축들은 서로 일치한다. 링은 실린더 축을 중심으로 회전 가능하도록 베이스 본체에 배열된다.

링은 베이스 본체에 내부 링으로 회전 가능하게 장착될 수 있다. 대안적으로, 베이스 본체와 링은 축방향으로 인접하여 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

축방향 분리 링은 내부 링으로 설계된 링과 베이스 본체 사이에 배열될 수 있다.

베어링은 예를 들어, 내부 링으로 설계된 링과 베이스 본체 사이에 배열될 수 있다. 예를 들어, 베어링은 베이스 본체와 내부 링을 회전 가능하게 연결할 수 있다.

예를 들어, 내부 스플라인들 중 하나 또는 모두는 니들 롤러들을 포함할 수 있다. 니들 롤러들은 내부 홈들에 삽입될 수 있다. 이러한 니들 롤러들용 내부 홈들은 베이스 본체의 내주에 가공될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 니들 롤러들용 내부 홈들은 링의 내주에 가공될 수 있다. 링은 예를 들어 내부 링으로 설계될 수 있다.

또한, 사이클로이드 전동장치는 편심 섹션을 갖는 중앙 샤프트를 포함한다. 중앙 샤프트는 실린더 축을 따라 연장한다. 본체에 대해 실린더 축을 중심으로 회전할 수 있도록 배열된다.

이러한 맥락에서, 본 명세서에서 축(axis)이라는 용어는 샤프트(shaft)라는 용어와는 대조적으로 기계 요소가 아닌 기하학적 축(geometric axis)을 의미한다는 점을 강조하는 것이 중요하다.

중앙 샤프트는 베이스 본체와 링에 한 번씩 2개의 이격된 단부에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 그런 다음 링은 내부 링으로 설계될 수 있다.

예를 들어, 커버는 베이스 본체에 연결될 수 있고, 중앙 샤프트는 커버 위에 또는 커버에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 커버는 베이스 본체에 견고하게 고정되어 베이스 본체에 회전 불가능하게 연결될 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 커버는 링에 연결될 수 있다. 중앙 샤프트는 커버 위에 또는 커버에 회전 가능하게 장착된다. 예를 들어, 링은 다시 내부 링으로 설계될 수 있다.

커버는 링에 견고하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 커버는 링에 회전 불가능하게 연결된다. 예를 들어 링은 내부 링으로 설계될 수 있다.

특히, 베어링은 하기로부터, 즉

- 베이스 본체 및/또는

- 예를 들어, 내부 링으로 설계된 링 및/또는

- 베이스 본체에 회전 불가능하게 연결된 커버 및/또는

- 예를 들어, 회전 가능하게 배열되도록 내부 링으로 설계된 링에 회전 불가능하게 연결된 커버

로부터 중앙 샤프트를 보호하도록 제공될 수 있다.

또한, 예를 들어, 내부 링으로 설계된 링에 대해 커버 및/또는 베이스 본체에 대한 커버의 대안적인 또는 부가적인 회전 가능한 베어링 배열을 갖는 것도 고려할 수 있다.

또한, 사이클로이드 전동장치는 중앙 샤프트의 편심 부분에 회전 가능하게 배치된 휠을 포함한다. 휠에는 제1 외접 기어가 제공된다. 이는 제1 외접 기어를 통해 중공 원통형 베이스 본체의 제1 내접 기어와 맞물린다. 더욱이, 휠에는 제2 외접 기어가 제공된다. 이는 제2 외접 기어를 통해 마찬가지로 중공 원통형 링의 제2 내접 기어와 맞물린다.

휠은 이중 휠로 설계된다. 이중 휠은 2개의 개별 휠들이 서로 연결되어 회전할 수 없도록 구성된다. 개별 휠들의 축들은 서로 일치한다. 2개의 개별 휠에는 각각 외접 기어가 제공된다.

즉, 휠이 이중 휠로 설계된 경우, 축들에 따라 회전 불가능한 방식으로 서로 연결되고 각각에 외접 톱니가 제공되는 2개의 개별 휠로 구성된다.

이중 휠은 2개의 별도의 개별 휠들을 접합(bonding)함으로써 형성된다. 2개의 개별 휠들은 접합된 연결 수단(bonded connecting means)에 의해 서로 연결된다.

접착된 연결 수단(glued connecting means)은 그 축들에 따라 정확한 축 정렬을 보장하도록 작용한다.

따라서, 전동장치는 2개의 개별 휠들이 하나의 개별 휠 및 다른 개별 휠 모두에 접합된 적어도 하나의 연결 수단에 의해 각각 연결된다는 사실을 특징으로 한다.

이에 따르면, 연결 수단은 적합한 지점에서 하나의 개별 휠에 접합된다. 또한 랜야드(lanyard)는 적절한 지점에서 다른 개별 휠에 접합된다.

연결 수단이 각각의 경우에 2개의 개별 휠들에 접합되는 적합한 지점들은 축 위치와 관련하여 그리고 그들 축에 대한 2개의 개별 휠들의 회전 위치와 관련하여 접착되지 않은 상태에서 2개의 개별 휠들 사이에 간극을 양호하게 허용한다. 이러한 방식으로 공차 보정은 하나의 개별 휠과 다른 개별 휠 모두에 접합되어 생성된다. 이는 개별 휠들을 간단하고 비용 효율적으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 2개의 개별 휠들은 미리 정의 가능한 공차 한계 내에서 제조할 수 있다. 2개의 개별 휠들 중 제1 휠은 지그에 삽입된다. 그런 다음 연결 수단은 제1 개별 휠에 배열된다. 이제 제1 단일 휠과 연결 수단 사이 및 연결 수단과 나머지 단일 휠 사이에 접합을 생성하기 위해 접착제가 도포될 수 있다. 접착제가 아직 경화되지 않은 한, 제2 개별 휠은 게이지에 의해 정확한 끼워맞춤(precise fit)으로 정렬되어 제1 개별 휠에 배열된다. 접착제가 경화된 후, 2개의 개별 휠들은 서로 정확하게 정렬된다. 예를 들어, 연결 수단은 하나의 개별 휠에서 적합한 제1 리세스에 접착된다. 또한, 연결 수단은 다른 개별 휠에서 적합한 제2 리세스에 접착된다.

연결 수단은 접합된 핀 연결부들일 수 있다. 예를 들어, 2개의 개별 휠들은 서로 연결되고 접합된 핀 연결부들에 의해 축방향으로 고정될 수 있다.

접합된 핀 연결부들은 2개의 단일 휠들 중 제1 단일 휠에서 축방향 관통 홀들을 통해 2개의 단일 휠들 중 나머지 단일 휠에서 축방향 블라인드 홀(blind hole)들로 연장될 수 있다. 핀 연결부들은 관통 홀들에서 제1 단일 휠에 그리고 블라인드 홀들에서 나머지 단일 휠에 접합된다.

대안적으로 또는 부가적으로, 접합된 핀 연결부들은 개별 휠들의 면들에서 서로 반대편에 배열된 블라인드 홀들에 배열되고 접합될 수 있다.

여러 개의 핀 연결부들이 제공되는 경우, 전술한 바와 같이, 하나의 부분은 하나의 개별 휠에서 관통 홀들에 접착되고 다른 개별 휠에서 블라인드 홀들에 접착될 수 있다. 핀 연결부들의 나머지 부분은 2개의 개별 휠에서 블라인드 홀들에 접착될 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 2개의 개별 휠은 적어도 하나의 접합된 링에 의해 축방향으로 고정될 수 있다. 2개의 개별 휠은 서로 직접 접합될 수도 있다.

2개의 개별 휠에 접합된 연결 수단을 사용하여 2개의 개별 휠 각각을 접합함으로써, 이중 휠로 설계된 휠의 비용 효율적이고 간단한 제조가 생성될 수 있다. 이중 휠은 최고의 정밀도로 설계된다. 이중 휠은 제1 및 제2 외접 기어를 운반하고 별도로 제조된 2개의 개별 휠로 형성된다. 연결 수단은 개별 휠들을 가장 정밀하면서도 저렴한 비용으로 서로 연결하여 이중 휠을 형성하기 위해 사용된다. 연결 수단은 축방향 및 회전 방향 위치에 대한 공차를 보상하면서 하나의 개별 휠과 다른 개별 휠 모두에 접합될 수 있다. 예를 들어, 개별 휠들을 연결 수단에 접합하여 이중 휠을 형성할 때 지그가 사용되는 경우, 개별 휠들의 외접 기어들과 베어링 링들의 제조 공차는 보상될 수 있다.

본 발명은 중앙 샤프트를 갖는 사이클로이드 기어박스에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있다. 중앙 샤프트는 그 양 단부에서 지지된다. 중앙 샤프트는 편심 섹션을 갖는다. 편심 섹션에는 레이디얼 베어링(radial bearing)이 배열될 수 있다. 레이디얼 베어링에는 이중 휠이 배열되어 있다. 이중 휠은 사이클로이드 형태의 2개의 외접 톱니들을 갖는다. 2개의 개별 휠을 함께 접합하여 형성된다. 개별 휠들은 접합된 핀들 또는 접합된 링과 같은 연결 수단에 의해 축방향으로 서로 고정된다. 연결 수단은 두 휠들 사이에 토크의 일부를 동시에 전달한다. 외접 기어들의 팁 원(tip circles)과 루트 또는 힐 원(root or heel circles)의 직경은 2개의 개별 기어에서 동일하지만 톱니들의 수는 다르다.

기어의 양호한 추가 전개는 휠 상의 2개의 외접 기어 톱니의 팁 원의 직경과 때때로 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경이 동일하다는 점을 제공한다. 이 경우 톱니들의 수는 다르다.

양호하게는, 기어는 적어도 제1 외접 톱니와 제2 외접 톱니에 대해 사이클로이드 톱니를 갖는다.

내부 스플라인들은 베이스 본체와 링의 내주에 리세스된 내부 홈들에 배치된 니들 롤러들을 포함 할 수 있다.

바람직하게는 내부 링으로 설계된 링과 본체의 내부 홈들에 배열된 니들 롤러들은 커버들의 리세스들에 축방향 및 반경 방향으로 바람직하게 고정된다.

중앙 샤프트는 양호하게는 중공이다. 중공 샤프트로 설계되거나 또는 중공 샤프트 개구부로 또한 공지된 중앙 관통 개구부로 설계될 수 있다.

본 발명이 사이클로이드 톱니를 갖는 기어에 의해 실현될 수 있다는 점을 강조하는 것이 중요하다:

- 본체와 내부 링을 갖고, 이들 사이에 축방향 분리 링이 배열되고, 및

- 본체와 내부 링을 회전 가능하게 연결하는 베어링을 갖는다.

- 내부 스플라인들은 니들 롤러들과 니들 롤러들용 내부 홈들을 포함하고, 이 홈들은 이중 휠로 설계된 휠의 사이클로이드 외부 스플라인들과 맞물린다.

- 휠은 샤프트에 형성된, 간단히 편심 표면이라고 하는 편심 섹션에 배치된다.

- 샤프트는 커버들의 베어링들의 양 단부에 배치된다.

- 커버들은 본체 또는 내부 링에 견고하게 연결된다.

기어는 예를 들어, 이중 휠로 설계된 휠 상의 2개의 사이클로이드 기어의 팁 원의 직경과 때로는 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경이 동일하다는 사실을 특징으로 한다. 동시에 톱니들의 수는 다르다.

전동장치는 선행 기술과 관련하여 및/또는 선행 기술에 관해 언급된 하나 이상의 공보에 및/또는 도면들에 도시된 실시예들에 관해 이전 및/또는 후속 설명에 개략적으로 설명된 여러 특징들의 개별 또는 조합을 대안적으로 또는 부가적으로 가질 수 있다.

설정된 작업의 완전한 해결 및/또는 개별 특징들에 대해 위에서 언급한 장점을 넘어서는 기술에 대한 추가적인 장점은 하기에서 논의된다.

본 발명은 특히 로봇 공학 기술에 사용되는 사이클로이드 톱니를 갖는 정밀 기어를 생성한다. 특히, 본 발명은 치수가 작고 무게가 가벼우며 상대적으로 큰 샤프트 개구부를 갖는 정밀 기어들이 요구되는 곳에 산업적으로 적용 가능한다.

본 발명은 기어들과 출구 플랜지 사이에서 변형 요소들을 사용하지 않음으로써 사이클로이드 기어들에서 방사상 공간 제약을 감소시킨다. 이는 작은 치수, 가벼운 무게 및 샤프트에 상대적으로 큰 관통 홀을 갖는 정밀 기어들을 위한 요구 조건들을 충족시킨다.

따라서, 본 발명은 작은 치수와 중공 샤프트 또는 중공 샤프트 개구부라고도 하는 중앙 관통 개구부를 갖는 사이클로이드 기어 유닛 설계를 가능하게 한다.

또한, 상대적으로 높은 하중 용량과 낮은 제조 비용으로 훨씬 더 넓은 범위의 변속비와 최대값을 달성할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예들과 관련하여 하기에서 보다 상세하게 설명된다. 도면에서 서로에 대한 개별 요소들의 비율은 항상 실제 비율과 일치하지 않는다. 일부 형상들은 단순화되고 다른 형상들은 더 양호한 설명을 위해 다른 요소들과 관련하여 확대되어 도시된다. 동일하거나 동일한 기능을 갖는 본 발명의 요소들에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용된다. 또한, 명확성을 위해, 특정 도면을 설명하기 위해 필요한 참조 부호만이 개별 도면들에 도시되어 있다. 도시된 실시예들은 본 발명이 어떻게 설계될 수 있는지에 대한 예시일 뿐이며 어떠한 한정적인 제한을 나타내는 것은 아니다. 도면은 하기를 개략적으로 도시한다:
도 1은 사이클로이드 전동장치로 설계된 전동장치의 제1 실시예에 따른 동역학적 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 동역학적 다이어그램에 따라 사이클로이드 전동장치로 설계된 전동장치의 예시를 실린더 축을 따라 이동하는 전동장치를 통한 종단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 이중 휠의 제1 실시예를 종단면도로 더 상세하게 도시한 도면이다. 2개의 개별 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 이 실시예에서, 연결 수단은 접합된 핀 연결부들을 포함한다. 단일 휠들은 접착된 핀 연결부들에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 접합된 핀 연결부들은 2개의 단일 휠들 중 하나에서 축방향 블라인드 홀들에 접합된다. 나머지 단일 휠에는 블라인드 홀들 반대편에 관통 홀들이 배열되어 있고, 이 홀에 핀 연결부들이 또한 접착된다. 접착된 핀 연결부들은 2개의 단일 휠들 중 하나의 축방향 관통 홀들을 통해 나머지 단일 휠의 축방향 블라인드 홀들로 연장한다.
도 4는 이중 휠의 제2 실시예를 종단면도로 더 상세하게 도시한 도면이다. 2개의 개별 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 이 실시예에서, 연결 수단은 접합된 핀 연결부들을 포함한다. 단일 휠들은 접합된 핀 연결부들에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 블라인드 홀들은 양쪽 단일 휠들에서 서로 반대편에 배열되어 있다. 접착된 핀 연결부들은 양쪽 측면에서 반대편 블라인드 홀들에 접착된다. 접합된 핀 연결부들은 2개의 단일 휠들 중 하나의 축방향 블라인드 홀에서 나머지 단일 휠의 반대편 축방향 블라인드 홀로 연장한다.
도 5는 이중 휠의 제3 실시예를 종단면도로 더 상세하게 도시한 도면이다. 2개의 개별 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 이 실시예에서, 연결 수단은 접합된 링을 포함한다. 개별 휠들은 접합된 링에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 링형 홈들은 양쪽 단일 휠들에서 서로 반대편에 놓여있다. 접착된 링은 양 측면에서 반대편 환형 홈들에 접착된다. 환형 홈들은 홈 링들 또는 링 홈들이라고도 한다. 접착된 링은 2개의 개별 휠들 중 하나의 홈 링에서 나머지 개별 휠의 반대편 홈 링으로 연장한다.
도 6은 이중 휠의 제4 실시예를 종단면도로 더 상세하게 도시한 도면이다. 2개의 개별 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 이 실시예에서, 연결 수단은 접합된 링을 포함한다. 개별 휠들은 접합된 링에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 링은 외접 톱니로부터 멀어지는 2개의 단일 휠의 내부 표면들에 접합된다. 접착된 링은 양 측면에서 내부 표면에 접착된다. 접합된 링은 2개의 단일 휠들 사이의 접촉 표면으로부터 멀어지는 하나의 단일 휠의 내부 표면의 외부 에지로부터 나머지 단일 휠의 내부 표면의 외부 에지까지 전체 이중 휠에 걸쳐 연장한다.
도 7은 도 2의 사이클로이드 기어 유닛을 축적적 관점의 분해도이다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7에 도시되고 전체적으로 또는 부분적으로 사이클로이드 전동장치(cycloidal transmission)(100)로서 형성된 전동장치는 다음을 포함한다:

- 중공 원통형 베이스 본체(1). 베이스 본체(1)는 또한 줄여서 본체라고도 한다. 베이스 본체(1)에는 제1 내접 기어(internal gear)(Z1)가 제공된다.

- 중앙 샤프트(central shaft)(9). 중앙 샤프트(9)는 베이스 본체(1)의 실린더 축(14)을 따라 연장한다. 중앙 샤프트(9)는 베이스 본체(1)의 실린더 축(14)에 동축으로 배열된다. 중앙 샤프트(9)는 베이스 본체(1)에 대해 회전 가능하게 배열된다. 중앙 샤프트(9)에는 편심 섹션(eccentric section)(13)이 제공된다.

- 편심 섹션(13)에 회전 가능하게 배열된 휠(wheel)(11). 휠(11)은 베이스 본체(1)에서 회전한다. 휠(11)에는 제1 외접 기어(external gear)(zs1)가 제공된다. 제1 외접 기어(zs1)는 중공 원통형 베이스 본체(1)의 내주(inner circumference)에서 제1 내접 기어(z1)와 맞물린다.

- 실린더 축(14)에 동축으로 배열된 링(ring). 링은 중앙 샤프트(9)에 대해 회전 가능하게 그리고 베이스 본체(1)에 대해 회전 가능하게 배열된다.

이미 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 축이라는 용어는 샤프트라는 용어와는 대조적으로 기계 요소가 아닌 기하학적 축을 나타낸다.

사이클로이드 전동장치(100)로 설계된 전동장치의 경우:

- 중공 원통형 링에는 제2 내접 기어(Z2)가 제공된다. 링은 중공 원통형 베이스 본체(1)의 실린더 축(14)과 그 실린더 축에 대응하여 베이스 본체(1) 내에 또는 베이스 본체(1) 상에 회전 가능하게 배열된다.

- 휠(11)은 중앙 샤프트(9)의 편심 섹션(13)에 회전 가능하게 배열된다.

- 휠(11)에는 제1 외접 기어(zs1)가 제공된다. 휠(11)의 제1 외접 기어(zs1)는 베이스 본체(1)의 제1 내접 기어(z1)와 맞물린다,

- 휠(11)에는 제2 외접 기어(zs2)가 제공된다. 휠(11)의 제2 외접 기어(zs2)는 중공 원통형 링의 제2 내접 기어(z2)와 맞물린다.

이러한 방안을 통해 가능한 최소 설치 공간 요구 조건과 가능한 최대 하중 용량을 모두 갖는 사이클로이드 전동장치(100)로 설계된 전동장치를 생성할 수 있다. 이러한 전동장치는 베이스 본체(1)의 휠(11)의 롤링 운동을 기관(organ)의 회전 운동으로 변환하기 위한 수단 없이 추가로 설계될 수 있다. 사이클로이드 전동장치(100)에서, 기관은 링이다. 링은 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하도록 베이스 본체(1)에 장착된다. 따라서 별도의 변환 시스템이 필요하지 않다.

양호하게는, 휠(11)의 2개의 외접 기어들(zs1, zs2)의 팁 원(tip circles)의 직경과 때때로 힐 원(heel circles)이라고도 하는 루트 원(root circles)의 직경은 동일하다. 동시에, 톱니들의 수는 다르다. 이는 이용 가능한 설치 공간을 최대한 활용하여 생성된 기어의 하중 용량을 증가시킬 수 있다.

양호하게는, 중앙 샤프트(9)는 중공이다. 이는 견고한 사이클로이드 기어 유닛(100)으로 설계된 기어 유닛을 생성한다. 기어 유닛은 정밀 기어 유닛 설계에 적합하다. 상기에 그리고 하기에 설명되는 장점 이외에도, 기어 유닛은 중앙 중공 샤프트 개구부를 갖는다.

바람직하게는, 링은 베이스 본체(1)에 회전 가능하게 장착된 내부 링(2)으로 설계된다. 대안적으로, 베이스 본체(1)와 링은 축방향으로 인접하여 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

양호하게는, 축방향 분리 링(7)은 바람직하게는 내부 링(2)으로 설계된 링과 베이스 본체(1) 사이에 배열될 수 있다.

사이클로이드 기어 유닛으로 바람직하게 설계된 기어 유닛(100)의 추가 전개는 내접 기어들(z1, z2) 중 하나 또는 모두가 니들 롤러들(6)을 포함하도록 제공한다. 따라서, 제1 내접 기어(z1) 및/또는 제2 내접 기어(z2)는 니들 롤러들(6)을 바람직하게 포함한다. 예를 들어, 커버(4)는 메인 본체(1)에 연결될 수 있다. 중앙 샤프트(9)는 커버(4)에 회전 가능하게 장착될 수 있다.

커버(4)는 베이스 본체(1)에 견고하게 고정되어 회전 불가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 덮개(4)는 베이스 본체(1)에 회전 불가능하게 연결될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 커버(5)는 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링에 연결될 수 있다. 커버(5)는 예를 들어 내부 링(2)으로 설계되는 링에 견고하게 연결될 수 있다.

내부 스플라인들(z1, z2)이 베이스 본체(1)와 링의 내주(inner circumference)에 있는 내부 홈들에 양호하게 삽입되는 니들 롤러들(6)을 포함한다면, 본체(1)의 내부 홈들 및 바람직하게는 내부 링으로 설계된 링(2)의 내부 홈들에 배열된 니들 롤러들(6)은 이 목적을 위해 특별히 제공된 커버들(4, 5)의 리세스들에 축방향 및 방사상으로 바람직하게 고정된다(도 2).

바람직하게는 롤링 베어링으로 설계된 베어링(3)은 베이스 본체(1)와 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링 사이에 배열될 수 있다. 예를 들어, 베어링(3)은 베이스 본체(1)와 내부 링(2)을 회전 가능하게 연결할 수 있다(도 2).

중앙 샤프트(9)는 2개의 이격된 단부에서 베이스 본체(1)에 한 번 그리고 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링에 한 번 회전 가능하게 장착될 수 있다.

특히, 베어링들(8)은:

- 베이스 본체(1) 및/또는

- 예를 들어, 내부 링(2)으로 설계된 링 및/또는

- 베이스 본체(1)에 회전 불가능하게 연결되는 커버(4) 및/또는

- 예를 들어, 회전 가능하게 배열되도록 내부 링(2)으로 설계된 링에 회전 불가능하게 연결되는 커버(5): 반대편에서 중앙 샤프트(9)를 지지하도록 제공될 수 있다.

또한, 베이스 본체(1)에 대한 커버(4) 및/또는 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링에 대한 커버(5)의 대안적인 또는 추가적인 회전 가능한 장착이 고려될 수 있다.

휠(11) 상의 제1 외접 기어(zs1)와 제2 외접 기어(zs2)의 간단한 생산 측면에서 기어 유닛의 특히 유리한 실시예는 휠(11)이 이중 휠로 설계된다는 것이다.

이중 휠은 그 축들에 따라 서로 회전 불가능하게 연결된 2개의 개별 휠들을 포함한다. 개별 휠들에는 2개의 외접 기어들(zs1, zs2) 중 하나가 각각 제공된다. 이는 2개의 인접한 외접 기어들(zs1, zs2)의 제조를 단순화한다.

이중 휠로 설계된 휠(11)은 2개의 개별 휠들을 접합함으로써 양호하게 형성된다.

2개의 개별 휠들은 접합된 연결 수단에 의해 특히 양호하게 연결된다. 접합된 연결 수단은 하나의 개별 휠과 다른 개별 휠 모두에 접합된다. 접합(bonding)은 각각의 경우에 접합된 수단을 사용하여 수행된다.

연결 수단은 접합된 핀 연결부들(12)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 함께 접합된 단일 휠들은 접합된 핀 연결부들(12)에 의해 축방향으로 고정될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 접합된 핀 연결부들(12)은 2개의 개별 휠들 중 하나의 축방향 관통 홀들을 통해 2개의 개별 휠들 중 나머지 개별 휠의 축방향 블라인드 홀들로 연장될 수 있다.

도 3에 부분적으로 도시된 이중 휠에서, 2개의 개별 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 연결 수단은 접합된 핀 연결부들(12)을 포함한다. 축방향 블라인드 홀들은 2개의 단일 휠들 중 하나에 배열된다. 접합된 핀 연결부들(12)은 축방향 블라인드 홀에 접합되고, 블라인드 홀당 하나의 접합된 핀 연결부(12)가 있다. 관통 횔들은 제1 단일 휠의 블라인드 홀들 반대편에 있는 나머지 단일 휠에 배열된다. 핀 연결부들(12)은 또한 관통 홀들에 접착되고, 다시 관통 홀당 하나의 접착 핀 연결부(12)가 있다. 접착된 핀 연결부들(12)은 2개의 단일 휠들 중 하나의 축방향 관통 홀들을 통해 나머지 단일 휠의 축방향 블라인드 홀들로 연장된다.

접합된 핀 연결부들(12)은 도 4에 도시된 바와 같이, 대안적으로 또는 추가적으로 개별 휠들의 면들에 서로 반대편에 배열된 블라인드 홀들에 배열될 수 있다.

도 4에 부분적으로 도시된 이중 휠에서, 2개의 개별 휠들은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 연결 수단은 접합된 핀 연결부들(12)을 포함한다. 축방향 블라인드 홀들은 2개의 단일 휠 모두에서 서로 반대편에 배열된다. 접착된 핀 연결부들(12)은 축방향 블라인드 홀들에 접착되고, 하나의 접착된 핀 연결부(12)가 단일 휠들의 마주보는 단부면들에 있는 블라인드 홀들의 반대 쌍들 각각에 있다. 접착된 핀 연결부들(12)은 2개의 단일 휠들 중 하나의 축방향 블라인드 홀들로부터 나머지 단일 휠의 반대편 축방향 블라인드 홀로 연장한다.

핀 연결부들(12)은 양호하게는 직경 D를 갖는다. 블라인드 홀들 또는 관통 홀들은 양호하게는 직경 D+Δ를 갖는다.

양호하게는, 직경 D를 갖는 핀 연결부들(12)은 개별 휠들의 직경 D+Δ를 갖는 블라인드 홀들 및/또는 관통 홀들에 접착된다.

이중 휠로 설계된 휠(11)은 2개의 개별 휠을 접합함으로써 생성된다. 개별 휠들은 접합된 핀 연결부들(12)에 의해 축방향으로 고정된다. 도 2, 도 3 및 도 4는 2개의 개별 휠을 연결하기 위한 접합된 핀 연결부들(12)의 세 가지 다른 설계를 도시한다. 직경 D을 갖는 핀들(12)은 단일 휠들에서 직경 D+Δ의 홀들에 접착된다. Δ는 제조 및 열처리 중에 발생하는 부정확성(inaccuracy)을 나타낸다. 불확실성(uncertainty) 값 Δ는 조인트의 접촉 표면에 있는 접착제 층에서 배제된다.

이에 따르면, 이중 휠로 설계된 휠은 예를 들어, 접합된 핀 연결부들(12)에 의해 축방향으로 고정되는 2개의 개별 휠을 접합함으로써 형성된다.

연결 수단은 도 5에 도시된 바와 같이 접합된 링(17)을 포함할 수 있다. 2개의 개별 휠은 이러한 링(17)에 의해 축방향으로 고정된다. 링(17)은 개별 휠들의 면들에서 서로 반대편에 배열된 환형 홈(annular groove)들에 접착된다. 홈들은 개별 휠들의 공통 축을 중심으로 환형으로 이어진다. 환형 홈들은 또한 홈 링들 또는 링 홈들이라고도 한다.

도 5에 부분적으로 도시된 이중 휠에서, 2개의 개별 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 연결 수단은 접합된 링(17)을 포함한다. 링 홈들은 2개의 개별 휠의 마주보는 단부면들에 리세스된다. 링 홈들은 서로 반대편에 배열된다. 접합된 링(17)은 양 측면들에서 반대편 링 홈들에 접합된다. 접착된 링은 2개의 개별 휠들 중 하나의 링 홈으로부터 나머지 개별 휠의 반대편 링 홈으로 연장한다.

그런 다음 휠들은 접합된 링(17)에 축방향으로 연결되어 고정될 수 있다. 2개의 개별 휠의 이러한 연결 구조는 도 5에 도시되어 있다. 두께 H의 링(17)은 양쪽 개별 휠의 폭 H+Δ의 링 홈에 접착된다. Δ는 제조 및 열처리 중에 발생하는 부정확성이다. 불확실성 값 Δ은 조인트의 접촉면에 있는 접착제 층에서 배제된다.

링(17) 대신에, 랜야드(lanyards)는 도 6에 도시된 바와 같이 링들(18)에 연결할 수도 있다.

도 6에 부분적으로 도시된 이중 휠에서, 2개의 단일 휠은 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결되어 이중 휠을 형성한다. 연결 수단은 접합된 링(18)을 포함한다. 링(18)은 외접 기어 톱니로부터 멀어지는 2개의 개별 휠의 내부 표면들에 접합된다. 접합된 링(18)은 양 측면의 내부 표면들에 접합된다. 이 경우에, 접합된 링(18)은 전체 이중 휠에 걸쳐 연장된다. 링(18)은 2개의 단일 휠들 사이의 접촉 표면으로부터 멀어지는 하나의 단일 휠의 내부 표면의 외부 에지로부터 나머지 단일 휠의 내부 표면의 외부 에지까지 연장한다.

그런 다음 휠들은 접합된 링(18)에 축방향으로 연결되고 고정될 수 있다. 2개의 개별 휠의 이러한 연결 구조가 도 6에 도시되어 있다. 여기서도 링(18)과 2개의 개별 휠의 내부 표면들 사이의 접촉 표면 상의 접착 층은 제조 및 열처리 중에 발생하는 부정확성을 보상한다.

따라서 핀들(12)을 위한 홀들과 이중 휠의 링(17)을 위한 환형 홈은 제조 또는 열처리로 인한 부정확성이 접촉 표면들의 작은 접착층에 의해 배제되기 때문에 바람직하게는 덜 정밀하게 제조될 수 있다.

이러한 방식으로, 기어박스에 필요한 정확도가 달성될 수 있다. 이는 생산 비용을 낮게 유지하면서 운동 손실과 환형 전달 오류를 크게 방지한다. 또한 휠 커플링 요소가 느슨해져서 기어 유닛이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

2개의 링들(17, 18)은 연결 수단으로서 서로 결합될 수 있고, 링들(17, 18) 중 하나만 또는 양자가 핀 연결부들(12)과 조합될 수 있다는 점을 강조하는 것이 중요하다. 연결 수단 외에도 2개의 개별 휠은 서로 직접 접합되어 이중 휠을 형성할 수 있다.

하나 또는 둘 모두의 외접 기어들(zs1, zs2)은 양호하게는 사이클로이드 기어를 포함한다. 따라서, 제1 외접 기어(zs1) 및/또는 제2 외접 기어(zs2)는 사이클로이드 기어를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 사이클로이드 전동장치(100)로 설계된 전동장치는 적어도 제1 외접 기어(zs1) 및 제2 외접 기어(zs2)를 위한 사이클로이드 기어를 갖는다.

이는 내부 스플라인들(z1, z2)의 톱니가 위에서 전술한 바와 같이 특히 간단한 방식으로 니들 롤러들(6)로 설계될 수 있음을 의미한다.

중량체(weights)(15)는 편심 회전 질량체(eccentrically rotating masses)의 동적 보상을 위해 사이클로이드 전동장치(100)로서 양호하게 설계된 전동장치의 중앙 샤프트(9)에 배열될 수 있다.

사이클로이드 기어 유닛으로 설계된 기어 유닛(100)은 예를 들어, 서로 회전 불가능하게 연결된 2개의 개별 기어들로 구성된 하나의 기어(11)만이 제1 외접 기어(zs1)를 갖는 제1 기어 림과 제2 외접 기어(zs2)를 갖는 제2 기어 림을 구비하는 하나의 편심 섹션(13)만으로 설계되는 경우 특히 컴팩트하게 제조될 수 있다. 특히 이러한 배열에서, 편심 회전 질량체가 존재하며, 이는 목표로 하는 무진동 이동의 관점에서 양호하게 보상된다.

본 발명은 사이클로이드 톱니를 갖는 기어에 의해 실현될 수 있음을 강조하는 것이 중요하다:

- 본체(1)와 내부 링(2)을 갖고, 그 사이에 축 분리 링(7)이 배열되고,

- 본체(1)와 내부 링(2)을 회전 가능하게 연결하는 베어링(3)을 갖는다.

- 내접 톱니들(z1, z2)은 니들 롤러들(6)과 니들 롤러들(6)을 위한 내부 홈들을 포함하고, 이는 이중 휠로 설계된 휠(11)의 사이클로이드 외접 톱니와 맞물린다.

- 휠(11)은 편심 표면으로도 알려진 샤프트(9)에 형성된 편심 섹션(13)에 배치된다.

- 샤프트(9)는 커버들(4, 5)에서 베어링들(8)의 양 단부에 배치된다.

- 커버들(4, 5)은 각각 본체(1)와 내부 링(2)에 견고하게 연결된다.

예를 들어, 기어는 이중 휠로 설계된 휠(11) 상에서 2개의 사이클로이드 기어의 팁 원의 직경과 때때로 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경이 동일하다는 사실을 특징으로 한다. 동시에 톱니들의 수는 다르다.

본 발명의 일 실시예는 예를 들어, 양 단부들에 배열된 중앙 샤프트(9)를 갖는 유성 기어(planetary gear)의 형태이다. 샤프트(9)는 바람직하게는 롤링 베어링, 특히 레이디얼 베어링(10)으로 바람직하게 설계된 적어도 하나의 베어링을 갖는 편심 표면을 포함한다. 그 위에는 회전 불가능하게 상호 연결된 2개의 개별 휠들로 구성된 휠(11)이 배치되어 있고, 따라서 이중 위성(double satellite)이라고도 한다. 휠(11)의 개별 휠들 각각에는 2개의 외접 기어들(zs1, zs2) 중 하나가 제공된다.

기어의 이러한 실시예는 위성의 2개의 개별 기어 상에서 기어 톱니의 팁 원의 직경과 때때로 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경이 동일하다는 사실을 특징으로 한다. 동시에 톱니들의 수는 다르다. 편심 회전 질량체는 중앙 샤프트(9)에 부착된 중량체(15)에 의해 동적으로 균형을 유지한다.

특히, 본 발명은 본체(1)와 내부 링(2), 및 본체(1)와 내부 링(2)을 회전 가능하게 연결하는 베어링(3)을 포함하는 사이클로이드 톱니를 갖는 기어에 의해 실현될 수 있고, 축 분리 링(7)이 본체(1)와 내부 링(2) 사이에 배열되고, 내부 홈들은 편심 부분(13)에 의해 둘러싸인 편심 표면에 배치되고 중앙 샤프트(9)에 형성되어 이중 휠로 설계된 휠(11)의 사이클로이드 외접 톱니와 결합하는 니들 롤러들(6)을 포함한다. 이 경우, 중앙 샤프트(9)는 커버들(4, 5)의 베어링(8)의 양 단부에 배열되고, 이는 각각 본체(1)와 내부 링(2)에 고정적으로 연결된다. 힐(11) 상에서 2개의 사이클로이드의 팁 원의 직경과 때때로 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경은 동일하다. 한편, 톱니들의 수는 다르다.

양호하게는, 본 발명은 이중 휠로 설계된 휠(11)이 2개의 개별 휠을 접합함으로써 형성되는 사이클로이드 기어를 갖는 전술한 전동장치에 의해 실현될 수 있다. 개별 휠들은 접합된 핀 연결부들(12)에 의해 축방향으로 고정될 수 있다. 양호하게는, 2개의 개별 휠은 하나의 개별 휠과 다른 개별 휠 모두에 접합되는 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결된다.

본 발명은 또한 전술한 사이클로이드 기어를 갖는 기어 유닛에 의해 실현될 수 있다. 기어에서, 본체(1)와 내부 링(2)의 홈들에 배열된 니들 롤러들(6)은 커버들(4, 5)의 리세스들에 축방향 및 반경 방향으로 고정된다.

본 발명은 다음과 같은 정밀 기어박스를 제공하는 것을 목표로 한다:

- 바람직하게는 80mm 이하의 직경을 갖는 작은 치수,

- 중앙 관통 개구부를 갖는 중공 샤프트, 및

- 광범위한 변속비.

추가로 설명한 솔루션은 기어들과 출구 플랜지 사이에서 변형 요소들을 사용하지 않음으로써 사이클로이드 기어들의 방사상 공간 제약을 배제한다. 이는 작은 치수와 중앙 관통 홀을 갖는 사이클로이드 기어 설계를 가능하게 한다. 이는 작은 치수, 낮은 무게 및 샤프트에 상대적으로 큰 개구부를 갖는 정밀 기어들을 위한 요구 조건들을 만족한다. 또한 상대적으로 높은 하중 용량과 낮은 제조 비용으로 훨씬 더 넓은 범위의 변속비와 최대값을 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 정밀 기어 설계에 적합한 기어는 예를 들어, 베어링(8)의 양 단부에 배열된 중앙 샤프트(9)를 갖는 유성 기어 또는 사이클로이드 기어(100)의 형태로 제공된다. 중앙 샤프트(9)는 중공 원통형 베이스 본체(1)의 실린더 축(14)을 따라 연장한다. 또한, 전동장치는 베이스 본체(1)에 대해 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 링을 포함한다. 링은 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된다. 내부 링(2)은 실린더 축을 중심으로 회전 가능하도록 베이스 본체(1)에 베어링(3)에 의해 장착된다.

제1 세트의 내접 톱니(z1)는 중공 원통형 베이스 본체(1)의 내주에 배열된다. 제2 세트의 내접 톱니(z2)는 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링의 내주에 배열된다.

중앙 샤프트(9)는 베이스 본체(1) 및 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링 양자에 대해 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 중앙 샤프트(9)는 편심 섹션(13)을 갖는다. 편심 섹션(13)은 중앙 샤프트(9)에 형성된 편심 베어링 표면을 포함하고, 그 위에 적어도 하나의 레이디얼 베어링(radial bearing)(10)이 배열된다. 제1 사이클로이드 외접 기어(zs1)와 제2 사이클로이드 외접 기어(zs2)를 갖는 휠(11)은 위성 휠로서 레이디얼 베어링(10) 상에 배열된다. 휠(11)은 제1 사이클로이드 외접 기어(zs1)를 통해 베이스 본체(1)의 내주 상에서 제1 내접 기어(z1)와 맞물린다. 휠(11)은 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링의 내주 상에서 제2 사이클로이드 외접 기어(zs2)를 통해 제2 내접 기어(z2)와 맞물린다. 휠(11)은 그들의 축들에 대응하여 서로 회전 불가능하게 연결되고 각각 2개의 외접 기어(zs1, zs2) 중 하나가 제공되는 2개의 개별 휠을 연결함으로써 이중 휠로서 형성된다.

이 기어는 위성을 형성하는 기어(11)의 2개의 개별 기어 상에서 외접 기어들(zs1, zs2)의 팁 원의 직경과 때때로 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경이 동일하다는 사실을 특징으로 한다. 이 경우, 톱니들의 수는 다르다. 특히, 이러한 기어는 2개의 개별 휠이 접합된 연결 수단에 의해 서로 연결된다는 사실도 특징으로 한다. 이들은 하나의 개별 휠과 다른 개별 휠 모두에 접합된다.

위성을 형성하는 휠(11)의 외접 톱니들(zs1, zs2)은 내접 톱니들(z1, z2)과 맞물린다. 내부 스플라인들(z1, z2)은 니들 롤러들(6)의 형태이다. 내부 스플라인들(z1, z2)은 베이스 본체(1)와 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링에서 서로에 대해 회전할 수 있는 두 부분들로 배열된다.

서로 맞물리는 기어 쌍들의 다음과 같은 다양한 톱니들의 수로 인해:

- 제1 외접 기어(zs1)와 제1 내접 기어(z1),

- 제2 외접 기어(zs2)와 제2 내접 기어(z2)

중앙 샤프트(9)의 회전은 운동학적 배열의 변속비(i)에 따라 베이스 본체(1)와 내부 링(2)의 상호 환형 회전을 초래한다. 베이스 본체(1)와 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링을 포함하는 이들 두 부분의 상호 회전은 베어링(3)에 의해 가능하게 이루어진다. 토크와 별개로, 베어링(3)은 두 부분 사이에 모든 힘과 토크 효과를 전달한다. 동시에, 베이스 본체(1)와 내부 링(2)은 예를 들어 롤링 베어링들(8)로 설계된 베어링들(8)을 양 단부들에서 직접적으로 또는 커버들(4, 5)을 통해 간접적으로 수용함으로써 중앙 샤프트(9)를 지지하는 역할을 한다. 또한, 베이스 본체(1)와 내부 링(2)은 기어 유닛을 프레임에 또는 종동 요소에 고정하는 역할을 한다. 기어는 또한 편심 섹션(13)에 반대되는 편심 샤프트 표면 반대편의 중앙 샤프트(9)에 부착된 중량체(15)를 더 포함한다. 중량체(15)는 편심 회전 질량체를 동적으로 균형 맞추는 역할을 한다.

기어 유닛의 동역학적 다이어그램은 도 1에 도시되어 있다. 이 도면은 톱니들의 수(nz1)를 갖는 제1 내접 기어(z1)를 갖는 베이스 본체(1)와 톱니들의 수(nz2)를 갖는 제2 내접 기어(z2)를 갖는 내부 링(2)으로 설계된 링을 도시한다. 내부 링(2)은 베이스 본체(1)에 회전 가능하게 장착된다. 동일한 방식으로, 링은 예를 들어, 베이스 본체(1)의 축방향 연장부에서 실린더 축(14)을 중심으로 베이스 본체(1)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 또한, 도 1에서, 중앙 샤프트(9)는 베이스 본체(1)와 내부 링(2)의 양 단부에 회전 가능하게 장착된다. 중앙 샤프트(9) 상에는 편심 섹션(13)이 있고, 그 위에 서로 회전 불가능하게 연결된 2개의 개별 휠들로 구성된 이중 위성으로 설계된 휠(11)이 회전 가능하게 장착된다. 그 축들을 따라 서로 회전 불가능하게 연결된 2개의 개별 휠 각각에는 2개의 외접 기어(zs1, zs2) 중 하나가 제공된다.

톱니들의 수(nzs1)를 갖는 위성을 형성하는 휠(11)의 제1 외접 기어(zs1)는 베이스 본체(1)의 내주 상에서 제1 내접 기어(z1)에 맞물린다. 톱니들의 수(nzs2)를 갖는 제2 외접 기어(z2)는 내부 링(2)으로 설계된 링의 내주 상에서 제2 내접 기어(z2)와 맞물린다. 이러한 동역학적 배열에서 변속비는

i=1/(1-(nzs2/nz2)*(nz1/nzs1))이다.

i의 값이 양수이면, 중앙 샤프트(9)와 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링의 회전 방향은 동일하다. i의 값이 음수이면, 중앙 샤프트(9)와 예를 들어 내부 링(2)으로 설계된 링의 회전 방향은 반대 방향이다.

사이클로이드 전동장치(100)로 설계된 전동장치의 실시예는 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7을 참조하여 더 설명된다.

기어 유닛은 도 2에 종단면도로 그리고 도 7에 축적적 관점의 분해도로 도시되어 있다. 전동장치는 베어링(3)을 통해 서로 회전 가능하게 연결된 베이스 본체(1)와 내부 링(2)으로 구성된다. 베어링(3)은 토크를 제외한 모든 힘과 토크 효과를 베이스 본체(1)와 내부 링(2) 사이에 전달하는 것을 특징으로 한다. 언급된 부분들 각각인 베이스 본체(1)와 내부 링(2)은 프레임 또는 종동 요소에 고정될 수 있는 개구부들을 갖는다. 전동장치는 더 양호한 구별을 위해 입구 커버라고 하는 커버(4)와 유사하거나 동일한 형상을 가질 수 있는 출구 커버라고 하는 커버(5)를 더 포함한다. 커버(4)는 스크류에 의해 베이스 본체(1)에 부착되고, 커버(5)는 내부 링(2)에 부착된다. 베이스 본체(1)와 내부 링(2)은 니들 롤러들(6)이 장착되는 홈들을 포함하고, 이는 베이스 본체(1) 상에 제1 내접 기어(z1)를 그리고 내부 링(2) 상에 제2 내접 기어(z2)를 형성한다. 다양한 내접 기어들(z1, z2)의 니들 롤러들(6) 사이에서 상호 작용을 방지하기 위해, 이들은 축방향 분리 링(7)에 의해 분리된다. 분리 링(7)은 베이스 본체(1)와 내부 링(2) 사이에 삽입된다. 니들 롤러들(6)은 커버들(4, 5)의 리세스들에 축방향 및 반경 방향으로 고정될 수 있다. 커버들(4, 5)은 바람직하게는 중앙 샤프트(9)가 양 단부에 배열되는 베어링(8)의 롤링 베어링 요소들을 위한 이동 표면들을 포함한다. 적어도 하나의 이동 표면은 레이디얼 베어링(10)이 배치되는 중앙 샤프트(9)의 편심 섹션(13)에 형성된다. 이중 위성 휠로 설계된 휠(11)은 레이디얼 베어링(10)에 배열된다. 휠(11)은 각각 사이클로이드 외접 톱니를 갖는 2개의 개별 휠을 연결함으로써 형성된다. 이에 따라, 휠(11)의 제1 개별 휠에는 제1 외접 기어(zs1)가 제공된다. 휠(11)의 제2 개별 휠에는 제2 외접 기어(zs2)가 제공된다.

2개의 개별 휠들은 접합된 랜야드에 의해 서로 연결된다. 접합된 랜야드는 하나의 단일 휠뿐만 아니라 다른 단일 휠에도 접합된다.

기어는 바람직하게는 두 기어들 상에서 기어 톱니의 팁 원의 직경과 때때로 힐 원이라고도 하는 루트 원의 직경이 동일하다는 사실을 특징으로 한다. 동시에, 톱니들의 수는 다르다.

중량체(15)는 편심 회전 질량체를 동적으로 균형 맞추는 역할을 하는 샤프트(9)에 배열된다. 핀들(16)은 중앙 샤프트(9)의 편심 섹션(13)에 대해 편심 샤프트 표면에 관한 회전 위치에 중량체(15)를 고정하는 역할을 한다.

전동장치는 선행 기술과 관련하여 및/또는 선행 기술에 대해 언급된 하나 이상의 공보에 및/또는 전술한 설명에 또는 뒤에 이어질 청구범위에 언급된 여러 특징들의 개별 또는 조합을 대안적으로 또는 추가적으로 가질 수 있다.

본 발명은 실시예들에 기초한 설명에 의해 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 임의의 새로운 특징뿐만 아니라 임의의 특징들의 조합을 포함한다. 특히, 본 발명은 해당 특징 또는 조합 자체가 청구범위 또는 실시예에 명시적으로 기재되어 있지 않았을지라도 청구범위에 기재된 특징들의 임의의 조합을 포함한다.

본 발명은 예를 들어 자동화 기술 분야, 특히 로봇 기술 및 기계 공학 분야에서 상업적으로 적용 가능하다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나 당업자가 하기 청구범위의 보호 범위를 벗어남 없이 본 발명에 대한 변형 또는 수정이 이루어질 수 있음을 고려할 수 있다.

1: 베이스 본체
2: 내부 링
3: 베어링
4: 커버(베이스 본체)
5: 덮개(링)
6: 니들 롤러
7: 분리 링
8: 베어링
9: 중앙 샤프트
10: 레이디얼 베어링
11: 휠
12: 핀 연결부
13: 편심 섹션
14: 실린더 축
15: 중량체
16: 핀
17: 링
18: 링
z1: 제1 내접 기어
z2: 제2 내접 기어
zs1: 제1 외접 기어
zs2: 제2 외접 스플라인
100: 사이클로이드 기어박스

Claims (17)

1. 전동장치(Transmission)(100)로서,
   - 제1 내접 기어(internal gear)(z1)를 갖는 중공 원통형 베이스 본체(1),
   - 상기 베이스 본체(1)의 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하게 배열되고 제2 내접 기어(z2)를 갖는 링(2),
   - 상기 실린더 축(14)을 따라 연장되고 상기 실린더 축(14)을 중심으로 회전 가능하며 편심 부분(eccentric portion)(13)을 갖는 중앙 샤프트(9), 및
   - 상기 편심 부분(13)에 회전 가능하게 장착되고, 상기 베이스 본체(1)의 제1 내접 기어(z1)와 맞물리는 제1 외접 기어(external gear)(zs1) 및 상기 중공 원통형 링의 제2 내접 기어(z2)와 맞물리는 제2 외접 기어(zs2)를 갖는 휠(11)을 포함하는 전동장치(100)에 있어서,
   상기 휠(11)은 2개의 개별 휠을 포함하는 이중 휠로 설계되고, 상기 2개의 개별 휠은 그 축들에 대응하여 서로 회전 불가능하게(non-rotatably) 연결되고 상기 2개의 외접 기어들(ZS1, ZS2) 중 하나에 각각에 제공되며 하나의 개별 휠과 다른 개별 휠 모두에 접합되는 접합된 연결 수단(bonded connecting means)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 전동장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 연결 수단은 상기 2개의 개별 휠이 축방향으로 고정되는 접합된 핀 연결부(bonded pin connection)들(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전동장치.
3. 제1 항에 있어서,
   접합된 핀 연결부들(12)은 상기 2개의 개별 휠들 중 하나의 개별 휠의 축방향 관통 홀(through-hole)들을 통해 상기 2개의 개별 휠들 중 나머지 개별 휠의 축방향 블라인드 홀(blind hole)들로 연장하는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
4. 제1 항에 있어서,
   접합된 핀 연결부들(12)은 상기 개별 휠들의 단부면들에서 서로 반대편에 배열된 블라인드 홀들에 배열되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 연결 수단은 상기 2개의 개별 휠이 축방향으로 고정되는 적어도 하나의 접합된 링(17, 18)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
6. 제1 항에 있어서,
   링(17)은 상기 개별 휠들의 면들에서 서로 반대편에 배열된 홈들에 접착(glued)되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
7. 제1 항에 있어서,
   링(18)은 상기 개별 휠들의 내주(inner circumference)에 접착되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 휠(11) 상에서 상기 2개의 외접 기어(zs1, zs2)의 팁 원(tip circle)의 직경과 루트 원(root circle)의 직경은 동일하고, 톱니들의 수(number of teeth)는 다른 것을 특징으로 하는, 기어박스.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 중앙 샤프트(9)는 중공인 것을 특징으로 하는, 기어박스.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 링은 상기 베이스 본체(1)에 회전 가능하게 장착된 내부 링(2)으로 설계되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
11. 제1 항에 있어서,
    축방향 분리 링(7)은 상기 링(2)과 상기 베이스 본체(1) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
12. 제1 항에 있어서,
    하나 또는 양자의 내접 기어(z1, z2)는 니들 롤러들(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
13. 제1 항에 있어서,
    커버(4)는 상기 베이스 본체(1)에 회전 불가능하게(non-rotatably) 연결되고, 상기 커버(4) 상에 또는 내에 상기 중앙 샤프트(9)가 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
14. 제1 항에 있어서,
    커버(5)는 상기 링에 회전 불가능하게 연결되고, 상기 커버(5) 상에 또는 내에 상기 중앙 샤프트(9)가 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
15. 제1 항에 있어서,
    하나 또는 양자의 외접 기어(zs1, zs2)는 사이클로이드 기어(cycloidal gear)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
16. 제1 항에 있어서,
    중량체(weights)(15)는 편심 회전 질량체(eccentrically rotating masses)의 동적 보상을 위해 상기 중앙 샤프트(9)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.
17. 제1 항에 있어서,
    상기 본체(1)와 상기 링(2)의 홈들에 배열된 상기 니들 롤러들(6)은 상기 커버들(4, 5)에 형성된 리세스(recesse)들에 의해 축방향 및 반경 방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 기어박스.