KR20240029894A - 피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피니온 기어와 웜휠을 각각 소결하여 형성한 후, 피니온 기어의 다각형 내주부에 웜휠의 다각형 결합부를 삽입하여 피니온 기어유닛을 형성함에 의해 링기어와 연결되는 피니온 기어와 웜휠의 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있는 피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블(Swivel) 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스위블 엑추에이터는 중앙에 로터의 지지축 역할을 하는 중공형 원통부가 상부로 돌출된 하부하우징; 하부하우징의 상부에 조립되고 중앙부에 중공형 원통부가 상부로 돌출된 관통구멍이 형성된 상부하우징; 하부하우징의 바닥면에 배치되며, 로터의 상부로 연장된 원통형 연장부의 외주에 로터웜기어가 형성된 구동모터; 각각 로터웜기어의 외주에 180도 간격으로 배치되어 결합되며, 제1 및 제2 동력전달축의 중간에 로터웜기어와 결합되는 제1 및 제2 웜휠이 형성되고 제1 및 제2 동력전달축의 양측에 제1 내지 제4 웜기어가 형성된 제1 및 제2 기어트레인; 각각 제1 내지 제4 지지축의 하단에 제1 내지 제4 웜기어와 기어결합되는 제3 내지 제6 웜휠이 형성되고 제1 내지 제4 지지축의 상단에 제1 내지 제4 피니온 기어가 형성된 제1 내지 제4 피니온 기어유닛; 및 제1 내지 제4 피니온 기어가 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어에 결합되어 회전이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블 액추에이터{Pinion Gear Unit and Swivel Actuator Using the Same}

본 발명은 스위블 액추에이터에 관한 것으로, 특히 피니온 기어와 웜휠을 각각 소결하여 형성한 후, 피니온 기어의 다각형 내주부에 웜휠의 다각형 결합부를 삽입하여 피니온 기어유닛을 형성함에 의해 링기어와 연결되는 피니온 기어와 웜휠의 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있는 피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블(Swivel) 액추에이터에 관한 것이다.

전동 액추에이터(Actuator)는 회전 동력원으로부터 발생된 회전력을 토크 변환하여 얻어진 고토크 회전력으로 피동체를 회전 또는 직선 운동시키는 역할을 한다.

일반적으로 액추에이터는 사용 특징상 제품 전체적으로 하우징의 높이는 낮고, 가로와 세로 중 하나가 긴 형태로 구성으로 되어 있어, 외부 케이싱을 갖는 DC 모터를 하우징 내부 바닥에 수직으로 장착하는 구조를 채택하기 힘들다.

DC 모터를 사용하는 경우 정,역 회전 운동하는 출력축(output shaft)에서 외압을 가할시에 멈춰 있는 위치를 고수해야하므로, 웜 기어를 사용하여 제동 토크(Brake torque)를 높여야 한다.

DC 모터에 웜 기어와 웜 휠(worm wheel)을 사용하고 출력축이 있는 위치까지 동력을 전달하려면 일반적으로 스퍼 기어(Spur Gear)를 사용하여 연결하고 있으며, 이러한 경우 다음과 같은 문제가 존재한다.

첫째, 엑추에이터의 하우징 높이가 낮아 DC 모터를 일반적으로 눕혀서 적용하는 문제가 있어 조립 구조에 어려움이 있고, 단가가 상승한다. 즉, DC 모터의 케이싱과 웜 샤프트(worm Shaft)를 잡아줘야 하는 베어링으로 인하여 조립공간 확보에 문제가 있다.

둘째, 모터 콘트롤러에서 모터 전원을 연결하는 구조가 복잡해진다.

셋째, 엑추에이터에서 정확한 위치 제어를 위해서 로터의 회전위치 정보가 필요하다. 이를 위해 DC 모터의 웜 기어 밑단에 회전위치 센싱용 마그넷을 넣고, 회전위치 센싱용 홀센서 IC를 적용하기 때문에 DC 전원을 사용하고 회전위치 센싱을 하기 위해서는 인쇄회로기판(PCB)에 홀센서를 연결하는 구조가 복잡하다.

넷째, 큰 감속비를 얻기 위해 구동모터의 회전 동력을 스퍼 기어를 여러 개를 사용하는 기어트레인에서는 공차가 커져서 백래쉬(Backlash)가 커지며 정밀 위치 제어가 어렵다.

한편, 최근에는 차량용 카시트를 좌우로 회전시키기 위한 액추에이터로서 회전 테이블과 함께 피동체 본체(즉, 카시트)를 좌우로 회전시키기 위한 용도로 스위블(Swivel) 액추에이터가 사용되고 있다.

종래의 액추에이터는 높이가 낮은 하우징 내부에 눕혀진 DC 모터를 사용하는 점을 점을 고려하여, 알모터 형태의 BLDC 모터를 하우징 바닥에 수직방향으로 설치하고 상부에 감속용 기어트레인을 설치함에 의해 콤팩트하고 슬림한 구조를 갖는 스위블 액추에이터가 한국 공개특허공보 제10-2022-0056821호(특허문헌 1)에 제안되어 있다.

특허문헌 1의 스위블(Swivel) 액추에이터는 또한 동력전달축에 간격을 두고 웜휠과 웜기어를 일체로 형성하여 결합기어수를 최소화시킨 기어트레인 변경 구조에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화할 수 있는 동력전달 구조에 의해 회전 테이블을 회전시킬 수 있는 구조를 제안하고 있다.

그러나, 특허문헌 1은 BLDC 모터와 회전 테이블을 구동하는 피니온 기어유닛 사이에 하나의 기어트레인을 이용하여 회전 동력을 전달하는 구조이므로, 기어간 공차를 줄일 수 있으나 완전히 줄일 수 없고, 또한 회전 테이블과 함께 회전하는 피동체 본체(즉, 카시트)의 좌우 회전을 제어하는 브레이크 토크(brake torque)가 낮아 진동 발생을 억제할 수 없는 문제가 있다.

: 한국 공개록특허공보 제10-2022-0056821호

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 한쌍의 동력전달축의 양단부에 각각 4개의 웜기어를 형성하고 4개의 피니온 기어유닛을 이용하여 감속된 회전력을 회전 테이블의 링기어에 4개 지점에서 전달시킴에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화함과 동시에 회전테이블의 진동 발생을 억제할 수 있는 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제1 및 제2 기어트레인의 양단부에 각각 더블 웜(double worm) 구조를 채택함에 따라 4개의 웜기어에 4개의 피니온 기어유닛을 결합하여 회전 테이블을 구동시킴에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소로 하면서 브레이크 토크(brake torque)를 높여서 파괴 강도를 증대시킬 수 있는 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 및 제2 기어트레인의 동력전달축의 양단부를 세트 스크류를 사용하여 베어링 하우징에서의 좌우변위를 억제함에 의해 기어간 결합시에 발생하는 공차를 없애고 백래쉬(Backlash)를 제로로 할 수 있는 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 피니온 기어와 웜휠을 각각 소결하여 형성한 후, 피니온 기어의 다각형 내주부에 웜휠의 다각형 결합부를 삽입하여 피니온 기어유닛을 형성함에 의해 링기어와 연결되는 피니온 기어와 웜휠의 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있는 피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블(Swivel) 액추에이터를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 피니온 기어유닛은 하우징에 하단부가 지지된 지지축; 외주부가 웜기어와 기어 결합되고 중앙부가 지지축에 회전 가능하게 결합되며 상단 연장부에 다각형 결합부가 형성된 웜휠; 및 중앙부에 상기 다각형 결합부가 결합되는 다각형 내주부가 형성되고 외주부가 링기어에 기어 결합된 피니온 기어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 웜휠과 피니온 기어는 개별적으로 소결하여 형성한 후, 상기 피니온 기어의 다각형 내주부에 웜휠의 다각형 결합부가 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 스위블 액추에이터는 중앙에 로터의 지지축 역할을 하는 중공형 원통부가 상부로 돌출된 하부하우징; 상기 하부하우징의 상부에 적층 조립되고 중앙부에 상기 중공형 원통부가 상부로 돌출된 관통구멍이 형성된 상부하우징; 상기 하부하우징의 바닥면에 배치되며, 로터의 상부로 연장된 원통형 연장부의 외주에 로터웜기어가 일체로 형성된 구동모터; 각각 상기 상부하우징으로 돌출된 상기 로터웜기어의 외주에 180도 간격으로 배치되어 결합되며, 제1 및 제2 동력전달축의 중간에 상기 로터웜기어와 기어 결합되는 제1 및 제2 웜휠이 형성되고 제1 및 제2 동력전달축의 양측에 제1 내지 제4 웜기어가 형성된 제1 및 제2 기어트레인; 각각 제1 내지 제4 지지축의 하단에 상기 제1 내지 제4 웜기어와 기어결합되는 제3 내지 제6 웜휠이 형성되고 상기 제1 내지 제4 지지축의 상단에 제1 내지 제4 피니온 기어가 형성된 제1 내지 제4 피니온 기어유닛; 및 상기 제1 내지 제4 피니온 기어가 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어에 기어 결합되어 회전이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하며, 상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛의 제3 내지 제6 웜휠과 제1 내지 제4 피니온 기어는 개별적으로 소결하여 형성한 후, 제1 내지 제4 피니온 기어의 다각형 내주부에 제3 내지 제6 웜휠의 다각형 결합부가 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 로터의 상부로 연장된 원통형 연장부와 원통형 로터웜기어는 상기 하부하우징의 바닥면에 수직방향으로 설정되고, 상기 제1 및 제2 동력전달축은 각각 상기 원통형 로터웜기어의 축과 직교하는 수평방향으로 설치되며, 상기 제1 내지 제4 지지축은 각각 상기 제1 및 제2 동력전달축과 직교하는 수직방향으로 설치될 수 있다.

상기 상부하우징은 상기 제1 및 제2 기어트레인과 제1 내지 제4 피니온 기어유닛을 수용하는 제1 및 제 2 요홈을 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 구동모터의 로터와 로터웜기어가 시계방향으로 회전하면, 상기 제1 및 제2 동력전달축은 반시계방향으로 회전하고, 상기 회전 테이블은 시계방향으로 회전할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 동력전달축의 양단부는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 상기 베어링이 내장된 베어링 하우징에는 상기 제1 및 제2 동력전달축의 좌우 변위가 발생하는 것을 억제하도록 복수의 세트 스크류가 설치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 기어트레인은 상기 로터웜기어의 외주에 180도 간격으로 서로 대향하여 배치되는 제1 및 제2 동력전달축; 상기 제1 및 제2 동력전달축의 중간부분에 상기 로터웜기어와 기어 결합되는 제1 및 제2 웜휠; 및 상기 제1 및 제2 동력전달축의 일측 및 타측에 각각 형성되는 제1 내지 제4 웜기어;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 동력전달축은 각각 상기 상부하우징의 제1 및 제2 요홈에 설치되어 양단부를 회전 가능하게 지지하는 한쌍의 베어링; 상기 한쌍의 베어링을 내부에 수용하여 지지하는 한쌍의 베어링 하우징; 상기 한쌍의 베어링 하우징의 후단부에 연장 형성된 한쌍의 세트 스크류 조립부; 및 선단부가 상기 동력전달축의 단부를 지지하도록 상기 세트 스크류 조립부에 나사결합되는 한쌍의 세트 스크류;를 더 포함할 수 있다. 상기 세트 스크류는 상기 상부하우징에 형성된 세트 스크류 조정용 관통구멍을 통하여 외부로부터 상기 제1 및 제2 동력전달축을 일측으로 밀어서 고정시킴에 의해 제1 및 제2 동력전달축의 축방향 변위를 억제할 수 있다.

또한, 상기 구동모터는 상기 원통부의 외주에 회전 가능하게 결합되며 하단부가 컵형태로 이루어진 로터지지체를 구비하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 상기 로터를 회전 구동하기 위해 상기 하부하우징의 바닥에 배치되는 스테이터;를 포함하며, 상기 스위블 액추에이터는 상기 로터지지체의 컵형태의 하단부와 중공형 원통부의 하단 사이에 배치되어 상기 로터를 회전 가능하게 지지하기 위한 하부 베어링; 및 상기 회전 테이블을 상기 중공형 원통부의 외주에 회전 가능하게 지지하기 위한 상부 베어링;을 더 포함할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 상기 중공형 원통부의 외주에 설치된 하부 베어링과 상부 베어링 사이에 삽입되어 하부 베어링과 상부 베어링의 상대 위치를 설정하기 위한 링 형상의 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 구동모터의 스테이터 코일과 홀센서 어셈블리에 구비된 복수개의 홀센서(Hall sensor)로부터 스위블 액추에이터의 외부에 설치되는 모터구동회로와 연결하기 위한 케이블은 상판의 중앙에 구비된 중앙 관통구멍과 하부하우징의 중공형 원통부를 통하여 연결될 수 있다.

또한, 상기 회전 테이블은 카시트가 설치되며, 중앙부에 하부하우징의 중공형 원통부의 상단부가 위치하는 관통구멍이 구비된 상판; 상기 상판의 외부로부터 하방향으로 연장된 측면부; 및 상기 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어;를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛의 제1 내지 제4 피니온 기어는 상기 회전 테이블의 링기어에 4지점에서 기어 결합될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 동력전달축에 간격을 두고 웜휠과 웜기어를 일체로 형성하여 결합기어수를 최소화시킨 기어트레인 변경 구조에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화할 수 있는 동력전달 구조를 제공한다. 그 결과, 본 발명은 복수의 스퍼 기어를 조합한 종래의 기어트레인과 비교하여 전체 사이즈가 감소하고 공간 확보가 가능하여 설계 자유도가 증가하고 원가 절감이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 BLDC 구동모터를 하우징 바닥에 설치하고 상부에 웜휠과 웜기어가 동력전달축에 간격을 두고 일체로 형성된 제1 및 제2 기어트레인을 하우징 내부에 대칭 구조로 배치함에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화함과 동시에 회전테이블의 진동 발생을 억제할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 BLDC 구동모터를 하우징 바닥에 설치하고 구동모터의 원통형 로터웜기어의 외주에 제1 및 제2 기어트레인의 웜휠을 대칭 구조로 배치하고 제1 및 제2 기어트레인의 양단부에 형성된 4개의 웜기어에 4개의 피니온 기어유닛을 결합하여 회전 테이블의 링기어에 4개 지점에서 결합시킴에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화함과 동시에 회전테이블의 진동 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 제1 및 제2 기어트레인의 양단부에 각각 더블 웜(double worm) 구조를 채택함에 따라 4개의 웜기어에 4개의 피니온 기어유닛을 결합하여 회전 테이블을 구동시킴에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소로 하면서 브레이크 토크(brake torque)를 높여서 파괴 강도를 증대시킬 수 있다.

상기와 같이 제1 및 제2 기어트레인을 하우징 내부에 대칭 구조로 배치하면 기어간 공차를 줄이는 것은 가능하나, 완전히 줄이는 것은 어렵다. 즉, 기와와 기어간 틈새를 최소로 하지만 기어간 공차가 발생되어 유격이 발생하므로 피니온 기어유닛과 기어 결합되는 피구동물(예를 들어, 회전 테이블)이 좌우로 흔들리는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제는 기어트레인을 형성하는 동력전달축의 양단부가 베어링 하우징에서 좌우(즉, 축방향) 변위가 발생하는 것에 기인할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 동력전달축의 양단부가 베어링 하우징에서 좌우 변위가 발생하는 것을 억제하도록 베어링 하우징의 후단부에 연장 형성된 세트 스크류 조립부에 나사 결합된 세트 스크류를 부가하고, 상기 하우징에 형성된 세트 스크류 조정용 관통구멍을 통하여 외부로부터 세트 스크류를 조임에 의해 상기 제1 및 제2 동력전달축을 일측으로 밀어서 고정시킴에 의해 제1 및 제2 동력전달축의 축방향 변위를 억제할 수 있다.

그 결과, 제1 및 제2 동력전달축의 좌우 변위를 억제함에 의해 기어트레인의 웜기어와 피니온 기어유닛의 웜휠 사이의 기어간 결합시에 발생하는 공차(갭)를 없애고, 그 결과 피니온 기어유닛의 피니온 기어와 피구동물(예를 들어, 회전 테이블)의 링기어 사이의 갭(gap)을 제거하여 백래쉬(Backlash)도 제로(zero)로 할 수 있다.

일반적으로 피니온 기어유닛을 형성하는 피니온 기어와 웜휠은 사출성형에 의해 일체형으로 형성한 후 지지축에 조립이 이루어진다. 본 발명에서는 피니온 기어와 웜휠을 각각 소결하여 형성한 후, 피니온 기어의 다각형 내주부에 웜휠의 다각형 결합부를 삽입하여 피니온 기어유닛을 형성함에 의해 링기어와 연결되는 피니온 기어와 웜휠의 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있다.

또한, 상기 지지축은 하단부가 스토퍼용 플랜지가 형성된 2단 구조를 가짐에 따라 상부하우징의 바닥에 설치되면, 피니온 기어유닛을 형성하는 피니온 기어와 웜휠이 회전 구동될 때 주된 힘은 레이디얼(radial) 방향으로 받지만 액시얼(axial) 방향으로 힘을 받을 경우 지지축의 이탈을 방지할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터의 사시도, 평면도 및 도 2의 A-A 선 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터의 회전 테이블 분리 사시도 및 회전 테이블이 제거된 도 4의 평면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 도 5의 B-B 선 내지 D-D 선 단면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터의 모듈별 분해사시도 및 완전 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터에서 회전 테이블의 상부가 제거된 사시도이다.
도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피니온 기어유닛의 평면도, 도 10a의 E-E 선 단면도, 피니온 기어의 평면도와 단면도 및 웜휠의 평면도와 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 회전 테이블과 함께 피동체 본체, 즉 차량용 카시트를 좌우로 회전시키기 위한 용도로 이용되며, 이하의 설명에서 BLDC 방식의 구동모터를 동력원으로 이용하여 피동체를 구동시키는 내부 중공형 스위블 액추에이터를 설명한다.

일반적인 모터는 BLDC 적용이 어려운 부분을 본 발명에서는 모터를 하우징 하부에 수직으로 세우고 직경방향의 크기를 키워서 모터 토크를 증대하였다. 구동모터는 하우징의 바닥면에 스테이터와 로터가 배치되어 있으며, 인너 로터 방식의 BLDC 모터를 이용하고 있다.

종래기술에 따른 액추에이터는 DC 모터로 이루어진 모터부, 기어부 및 회전부가 별도의 부품으로 구성되어 있어 액추에이터 제품을 이용하는 본체에 조립할 때, 조립 공차 및 부품 수급 등 많은 문제점이 있다.

본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 구동모터, 기어트레인 및 회전체가 일체형으로 구성되어 있어 종래기술의 문제를 해결하면서 소형화 및 슬림화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터는 원반 형상으로 이루어지며, 내측 중공형으로서 중앙부에는 케이블이 인출되는 케이블 인출용 관통구멍이 형성되어 있고, 회전체(회전 테이블)의 상부에는 피동체와 연결하도록 복수개, 예를 들어, 4개의 결합구멍이 형성되어 있고, 결합구멍에는 고정볼트의 하단부가 통과하면서 회전 테이블의 내면에 고정 설치된 스터드 너트에 나사결합되어 고정된다.

더욱이, 본 발명에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터는 BLDC 구동모터를 하우징 바닥에 설치하고 상부에 웜휠과 웜기어가 동력전달축에 간격을 두고 일체로 형성된 제1 및 제2 기어트레인을 하우징 내부에 대칭 구조로 배치함에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화함과 동시에 진동 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 하우징의 바닥에 환형의 스테이터가 배치되고, 그 내부에 상측에 로터웜기어가 일체로 형성된 로터가 배치되어 있다. 상기 로터웜기어의 외주에는 제1 및 제2 기어트레인이 대칭 구조로 결합되며, 각각의 제1 및 제2 기어트레인을 형성하는 동력전달축의 웜휠이 로터웜기어의 외주에 기어결합되고, 동력전달축의 양단에 형성된 4개의 웜기어는 4개의 피니온 기어유닛 각각의 하단에 위치한 웜휠에 결합되고 4개 피니온 기어유닛의 상단에 위치한 4개의 피니온 기어는 회전 테이블의 측면부 내측에 형성된 링기어에 4개 지점에서 결합되어 회전 테이블을 회전 구동시킨다.

그 결과, 본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 구동모터의 회전출력을 감속시킴에 의해 토크를 증대시키고, 감속된 출력을 회전테이블에 전달할 때, 제1 및 제2 기어트레인을 구동모터의 로터웜기어에 대칭 구조로 결합시키고, 제1 및 제2 기어트레인의 양단부에 더블 웜(double worm) 구조를 형성하고 더블 웜에 4개의 피니온 기어유닛을 통하여 회전테이블의 링기어에 회전력을 전달함에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화함과 동시에 회전테이블의 진동 발생을 억제하며 브레이크 토크(brake torque)를 높여서 파괴 강도를 증대시킬 수 있다.

본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 BLDC 방식의 구동모터, 구동모터의 회전 동력을 감속에 의해 토크를 증대시킨 후 회전 테이블에 전달하도록 한쌍의 기어트레인, 한쌍의 기어트레인의 양단부에 각각 결합되는 4개의 피니온 기어유닛 및 4개의 피니온 기어유닛의 회전 출력에 의해 4개 지점에서 결합되는 링기어와 함께 회전하는 회전 테이블을 포함하며, 회전 테이블에는 차량용 시트와 같은 피동체가 결합되어 회전 테이블과 함께 회전이 이루어진다.

이 경우, 구동모터, 기어트레인, 피니온 기어유닛 및 회전 테이블이 하우징에 일체형으로 조립될 수 있다.

도 1 내지 도 10d를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내부 중공형 스위블 액추에이터(200)는 중앙에 중공형 원통부(11a)가 상부로 돌출된 하부하우징(10); 상기 하부하우징의 상부에 적층 조립되고 중앙부에 상기 중공형 원통부(11a)가 상부로 돌출된 관통구멍(15c)이 형성된 상부하우징(15); 상기 하부하우징(10)의 바닥면에 배치되며, 로터(30)의 상부로 연장된 로터지지체(34)의 연장부 외주에 로터웜기어(35)가 일체로 형성된 구동모터(100); 각각 상기 상부하우징에 배치되고 상기 로터웜기어(35)의 외주에 결합되며, 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 중간부분에 상기 로터웜기어(35)와 기어 결합되는 제1 및 제2 웜휠(72a,72b)이 형성되고 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 일측 및 타측에 각각 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)가 형성된 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b); 각각 하단에 상기 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)와 기어결합되는 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)이 형성되고 상단에 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)가 형성된 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d); 및 상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)가 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어(24)에 기어 결합되어 회전이 이루어지는 회전 테이블(20);을 포함한다.

상기 하부하우징(10)의 내부에는 구동모터(100)가 설치되고, 중앙에 로터(30)의 지지축 역할을 하는 중공형 원통부(11a)가 돌출되어 있다.

또한, 상기 하부하우징(10)의 상부에는 상부하우징(15)이 적층 조립되며, 복수의 고정 볼트나 나사(17)를 체결하여 고정시킨다. 상기 상부하우징(15)은 상기 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)과 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)를 내부에 수용하며, 그의 상부에는 회전 테이블(20)이 회전 가능하게 설치된다.

상기 구동모터(100)는 회전 동력을 발생하며, 상기 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)은 상기 회전 동력을 받아서 속도를 감속시킴에 의해 토크 변환하여 토크가 증가된 감속된 회전 동력을 발생한다.

또한, 상기 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)은 각각 상기 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)의 상기 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)에 수직방향으로 설치되어 토크가 증가된 감속된 회전 동력을 수신한 후, 회전 테이블(20)과 일체로 형성된 링기어(24)에 전달하는 역할을 한다.

상기 구동모터(100)는 스테이터(40)의 내측에 로터(30)가 배치되는 인너 로터 타입으로 구성될 수 있으며, 상기 하부하우징(10)의 중공형 원통부(11a)의 외주에 회전 가능하게 결합되는 로터(30)와, 상기 로터(30)의 외측에 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 로터(30)를 회전 구동하기 위해 상기 하부하우징(10)의 바닥면에 배치되는 스테이터(40)를 포함하며, 상기 로터(30)의 상부로 연장된 로터지지체(34)의 연장부에는 외주부에 로터웜기어(35)가 일체로 형성되어 있으며, 중공형 원통부(11a)의 외주에 회전 가능하게 결합되어 있다.

상기 로터(30)는 내측에 위치한 백요크(32)의 외주에 배치된 자석(31)은 복수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지거나 또는 링형상의 자석에 N극 및 S극이 다극으로 분할 착자된 자석을 사용할 수 있으며, 백요크(32)는 자석(31)의 배면에 설치되어 자기회로를 형성한다.

상기 로터(30)는 로터지지체(34)를 구비하고 있으며, 로터지지체(34)는 지지축 역할을 하는 중공형 원통부(11a)의 외주에 로터(30)를 회전 가능하게 지지하도록 하단부가 컵형상으로 이루어져서 내측에 제1 및 제2 베어링(61,62)을 수용하며, 하단부 외측에 상기 백요크(32)와 자석(31)을 수용한다.

이 경우, 상기 로터지지체(34)는 하단부 내측에 구비된 내측 요홈(34a)이 제1 및 제2 베어링(61,62)을 수용하는 베어링 하우징으로서 역할을 하며, 로터지지체(34)의 외측에 형성된 외측 요홈(34b)은 백요크(32)와 자석(31)을 수용하는 지지체로서 역할을 한다.

또한, 로터지지체(34)는 상부하우징(15)의 관통구멍(15c)을 통하여 상부로 연장되어 있으며, 원통형 연장부의 외주부에는 로터웜기어(35)가 일체로 형성되어 있다.

상기 제1 및 제2 베어링(61,62)은 로터지지체(34)와 중공형 원통부(11a) 사이에 상하부에 직렬로 적층 배치되면서 로터(30)를 안정적으로 지지하고 있다. 그 결과 직렬로 적층 배치된 제1 및 제2 베어링(61,62)은 로터(30)의 회전시 수직도 및 치수 안정성을 도모할 수 있다.

상기 스테이터(40)는 각각 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스(41)와 상기 복수의 티스(41)와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크(42)를 구비하는 스테이터 코어(45); 상기 복수의 티스 각각의 코일(43)이 권선될 외주면을 감싸도록 일체로 형성되는 절연성 재질의 상부 및 하부 인슐레이터(44a,44b); 및 상기 인슐레이터(44a,44b)의 외주면에 권선되는 코일(43);을 포함한다.

이 경우, 상기 인슐레이터(44a,44b)는 복수의 티스(41)와 함께 백요크(42)를 둘러싸는 보빈과 스테이터 지지체로서 일체로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 스위블 액추에이터(200)는 구동모터(100)가 예를 들어, 20폴(pole)-18슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 구성될 수 있다. 또한, 상기 구동모터(100)는 스테이터(40)의 코일(43)이 복수의 티스(41)에 권선될 때, U,V,W 3상 구조로 코일(43)을 권선하고 U,V,W 3상 코일(43)의 타단은 스타-결선방식으로 결선될 수 있다. 더욱이, 상기 구동모터(100)는, 예를 들어, 모터구동회로에서 2개 또는 3개의 홀센서로부터 로터위치신호를 수신한 후, 인버터를 이용한 6-스탭 방식의 전파구동방식으로 구동될 수 있다.

상기 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)은 각각 상기 하부하우징(10)의 상부에 적층되어 조립되는 상부하우징(15)의 중앙에 위치한 관통구멍(15c)을 통하여 상부로 돌출된 중공형 원통부(11a)를 중심으로 서로 대향 구조로 형성된 제1 및 제2 요홈(15a,15b)에 배치되어 있다.

상기 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)은 상기 로터웜기어(35)의 외주에 180도 간격으로 서로 대향하여 배치되는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b), 상기 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 중간부분에 상기 로터웜기어(35)와 기어 결합되는 제1 및 제2 웜휠(72a,72b), 및 상기 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 일측 및 타측에 각각 형성되는 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)를 포함하고 있다.

상기 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)은 각각 양단부가 1쌍의 베어링(74a,74b;75a,75b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있으며, 상기 제1 및 제2 요홈(15a,15b)은 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)과 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)을 수용하는 요홈 형상으로 이루어져 있다.

이 경우, 본 발명에서는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)이 2쌍의 베어링(74a,74b;75a,75b)을 지지하는 베어링 하우징에서 좌우 변위가 발생하는 것을 억제하도록 베어링 하우징의 후단부에 각각 세트 스크류(76a-76d)를 부가하여 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 좌우 유동을 제한하였다.

상기 세트 스크류(76a-76f)는 몸통의 외주에 수나사산이 형성되고, 후단부에 드라이버의 선단부를 수용할 수 있는 "-" 또는 "+" 형태의 요홈이 형성되어 있으며, 선단부는 곡면 또는 평면 형태로 이루어질 수 있다.

상기 세트 스크류(76a-76d)는 베어링 하우징의 후단부로부터 내부로 관통하는 관통홀에 암나사산을 형성하고 세트 스크류(76a-76d)를 나사결합하여 4개 세트 스크류(76a-76d)의 선단부가 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양단부를 밀어서 압착시키는 형태로 결합된다.

상기 세트 스크류(76a-76d)는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양단부를 회전 가능하게 지지하는 4개 베어링(74a,74b,75a,75b)의 4개 베어링 하우징에 모두 설치하는 것이 바람직하고, 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 일측 단부를 지지하도록 일측의 베어링 하우징에만 설치하여 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)을 한쪽 방향으로 밀어서 좌우 유동을 억제시키는 것도 가능하다.

상기 세트 스크류(76a-76d)는 선단부가 구형상으로 돌출되어 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 단부와 접촉을 최소화하거나 선단부가 면형태로 이루어지는 것도 사용 가능하다. 본 발명에서는 구동모터(100)의 rpm이 작고, 기어비가 크기 때문에 세트 스크류(76a-76d)의 선단부 형태는 크게 영향을 미치지 않는다.

상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)은 하단부가 상기 상부하우징(15)의 바닥을 관통하여 설치된 제1 내지 제4 지지축(83a-83d)에 설치되며, 각각 제1 내지 제4 지지축(83a-83d)의 하단에 상기 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)와 기어결합되는 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)이 형성되고 상단에 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)가 형성되어 있다.

상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)은 제1 내지 제4 지지축(83a-83d)에 합성수지를 이용하여 사출성형에 의해 일체로 형성된 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)이 회전 가능하게 지지될 수 있다.

본 발명에서는 링기어(25)와 연결되는 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)의 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있도록 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)을 각각 소결하여 형성한 후 조립하여 사용하는 것도 가능하다.

도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이 피니온 기어(82)와 웜휠(81)을 각각 소결하여 형성한 후, 피니온 기어(82)의 다각형 내주부에 웜휠(81)의 다각형 외주부를 삽입하여 피니온 기어유닛(80)을 형성할 수 있다.

도 10c에 도시된 바와 같이, 피니온 기어(82)는 복수의 기어(824)가 환형 몸체(822)로부터 방사방향으로 연장 형성되어 있으며, 중앙부에는 육각형 또는 팔각 형상의 다각형 내주부(820)가 형성되어 있다.

또한, 도 10d에 도시된 바와 같이, 웜휠(81)은 복수의 기어(814)가 환형 몸체(818)로부터 방사방향으로 연장 형성되어 있으며, 환형 몸체(818)의 중앙부에는 지지축이 결합되는 관통구멍(812)이 형성되고, 환형 몸체(818)로부터 상측으로 연장된 결합부(810)의 외주부는 상기한 피니온 기어(82)의 다각형 내주부(820)에 결합이 가능하도록 육각형 또는 팔각 형상의 다각형으로 형성되어 있다.

상기 환형 몸체(818)의 하단부에는 웜휠(81)이 회전될 때, 상기 상부하우징(15)의 바닥과의 접촉저항을 최소화하도록 단차부(816)를 돌출 형성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이, 상부하우징(15)의 바닥을 관통하여 지지축을 조립한 후, 지지축의 상부에 소결 형성한 웜휠(81)과 피니온 기어(82)를 순차적으로 조립하고 상단부에 형성된 환형 요홈에 스냅링 또는 스토퍼 링과 같은 스토퍼(stopper)를 결합하여 웜휠(81)과 피니온 기어(82)의 이탈을 방지할 수 있다. 이 경우, 링기어(25)와 연결되는 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)의 다각형 내주부에 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)의 다각형 외주부가 결합됨에 따라 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있어 구동모터(100)의 회전력을 효과적으로 회전 테이블(20)에 전달할 수 있다.

상기 제1 내지 제4 지지축(83a-83d)은 각각 하단부에 스토퍼용 플랜지(84)가 형성된 2단 구조를 가지고 있으며, 상부하우징(15)의 바닥을 관통하여 설치된다.

이 경우, 관통구멍에는 스토퍼용 플랜지(84)의 걸림홈이 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)을 형성하는 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)이 회전 구동될 때 주된 힘은 레이디얼(radial) 방향으로 받지만 액시얼(axial) 방향으로 힘을 받을 경우 제1 내지 제4 지지축(83a-83d)의 이탈을 방지할 수 있게 된다.

상기 회전 테이블(20)은 원형의 상판(21)과 상판(21)의 외주로부터 하방향으로 연장된 측면부(23)를 포함한다. 상기 상판(21)에는 회전 테이블(20)에 설치되는 피동체인 본체(예를 들어, 전동시트)와 결합을 위한 복수의 결합구멍이 관통되어 형성될 수 있다.

상기 상판(21)의 중앙에는 구동모터(100)의 스테이터 코일(43)과 홀센서 어셈블리(50)에 구비된 복수개의 홀센서(Hall sensor)로부터 스위블 액추에이터(200)의 외부에 설치되는 모터구동회로와 연결하기 위한 케이블이 통과하는 중앙 관통구멍(25)이 형성되어 있다.

이에 따라 상기 케이블은 상판의 중앙에 구비된 중앙 관통구멍(25)과 하부하우징(10)의 중공형 원통부(11a)를 통하여 하부로 도입된 후, 하부하우징(10)의 바닥에 형성된 관통구멍(19a)을 통하여 스테이터 코일(43)과 홀센서 어셈블리(50)에 연결된다. 관통구멍(19a)은 관통구멍 커버(19)가 조립되어 마감이 이루어진다.

이 경우, 모터구동회로는 하우징의 하부에 형성된 공간에 내장되는 것도 가능하다.

또한, 중앙 관통구멍(25)에는 하부하우징(10)의 중공형 원통부(11a)의 상단부가 위치해 있고, 상기 상판(21)의 내주면 중앙에는 회전 테이블(20)을 중공형 원통부(11a)의 외주에 회전 가능하게 지지하도록 제3베어링(63)이 설치될 수 있다.

이 경우, 제3베어링(63)의 외륜은 회전 테이블(20)의 하부에 돌출된 베어링 하우징(26)에 지지되고, 제3베어링(63)의 내륜은 하단부가 상기 베어링 지지대(64)의 상단에 위치하면서 하부하우징(10)의 중공형 원통부(11a)에 지지되어 있다.

또한, 중공형 타입의 스위블 액추에이터(200)는 중공형 원통부(11a)의 상단부에 스토퍼 삽입요홈(11c)이 형성되어 있으며, 상기 스토퍼 삽입요홈(11c)에는 회전 테이블(20)의 이탈을 방지하도록 스토퍼링(13)이 결합되어 있다.

더욱이, 상기 중공형 원통부(11a)의 외주에 설치된 제3베어링(63)과 제2베어링(62) 사이에는 각각 제3베어링(63)과 제2베어링(62)의 위치를 설정하기 위한 링 형상의 베어링 지지대(64)가 삽입되어 있다.

상기 회전 테이블(20)의 측면부(23)에는 내측에 링기어(24)가 일체로 형성되어 있으며, 링기어(24)에는 상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)가 기어 결합되어 있다.

또한, 상기 회전 테이블(20)의 중앙 관통구멍(25)과 중공형 원통부(11a) 사이에는 링 형상의 오일씰(13)이 삽입되어 오일의 누설과 먼지 등의 이물질이 내부로 침투하는 것을 차단한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b) 각각에 중간부분에 제1 및 제2 웜휠(72a,72b)을 배치하고 간격을 두고 양단부에 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)를 일체로 형성하여 결합기어수를 최소화시킨 기어트레인 변경 구조에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화할 수 있는 동력전달 구조를 제공한다.

그 결과, 본 발명은 복수의 스퍼 기어를 조합한 종래의 기어트레인과 비교하여 전체 사이즈가 감소하고 공간 확보가 가능하여 설계 자유도가 증가하고 원가 절감이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 BLDC 구동모터(100)를 하부하우징(10)의 바닥에 설치하고, 하부하우징(10)의 상부에 조립되는 상부하우징(15)에 제1 및 제2 웜휠(72a,72b)과 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)가 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)에 간격을 두고 일체로 형성된 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)을 상부하우징(15) 내부에 180도 간격으로 대향하여 배치함에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화함과 동시에 진동 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 2개의 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)을 구동모터(100)의 로터웜기어(35)에 180도 간격으로 균등하게 배치하여 결합시키면서 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양단부에 더블 웜 구조를 갖도록 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)를 일체로 형성하고, 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 4개의 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)과 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)를 이용하여 링기어(24)에 4개 지점에서 기어결합이 이루어지고 있다.

그 결과 본 발명에서는 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)의 양단부에 각각 더블 웜(double worm) 구조를 채택함에 따라 4개의 웜기어(73a-73d)에 4개의 피니온 기어유닛(80a-80d)을 결합하여 회전 테이블(20)을 구동시킴에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소로 하면서 브레이크 토크(brake torque)를 높여서 파괴 강도를 증대시킬 수 있다.

상기와 같이 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)을 상부하우징(15) 내부에 배치하면 기어간 공차를 줄이는 것은 가능하나, 완전히 줄이는 것은 어렵다. 즉, 기어와 기어간 틈새를 최소로 하지만 기어간 공차가 발생되어 유격이 발생하므로 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 기어 결합되는 회전 테이블(20)과 피구동물이 좌우로 흔들리는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제는 기어트레인을 형성하는 동력전달축의 양단부가 베어링 하우징에서 좌우 변위가 발생하는 것에 기인할 수 있다. 본 발명에서는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양단부가 각각 4개 베어링(74a,74b,75a,75b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

4개 베어링(74a,74b,75a,75b)은 상부하우징(15)의 바닥에 형성된 제1 및 제2 요홈(16a,16b)에 고정 설치된 4개의 베어링 하우징에 내장되어 있다. 본 발명에서는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양단부가 베어링 하우징에서 좌우 변위가 발생하는 것을 억제하도록 4개 베어링 하우징의 후단부에 4개의 세트 스크류(76a-76d)를 부가하였다.

그 결과, 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 좌우 변위를 억제함에 의해 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)의 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)와 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d) 사이의 기어간 결합시에 발생하는 공차(갭)를 없애고, 또한 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 회전 테이블(20)의 링기어(24) 사이의 갭(gap)을 제거하여 백래쉬(Backlash)도 제로(zero)로 할 수 있다.

상기와 같은 세트 스크류(76a-76d)와 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b) 사이의 압착은 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)을 상부하우징(15) 내부에 조립한 후, 세트 스크류(76a-76d)를 한쪽 방향으로 전진시킴에 의해 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)을 밀어서 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 좌우 유동을 억제시킬 수 있다.

이하에 도 1 내지 도 10d를 참고하여 본 발명에 따른 내부 중공형 스위블(Swivel) 액추에이터(200)의 동작을 설명한다.

본 발명의 내부 중공형 스위블 액추에이터(200)는 먼저, 하부하우징(10)의 바닥에 설치된 BLDC 구동모터(100)를 동작시키면, 로터(30)가 회전하면서 로터(30)의 로터지지체(34)의 상측에 일체로 형성된 로터웜기어(35)도 동일한 방향으로 회전한다.

상기 로터웜기어(35)가 회전하면, 상기 로터웜기어(35)의 외주에 180도 간격으로 배치되어 기어 결합되어 있는 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)의 제1 및 제2 웜휠(72a,72b)이 회전하면서 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)도 회전한다.

그 결과, 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양측에 형성된 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)는 기어결합되어 있는 상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d)을 회전시킨다.

이에 따라 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 상단에 위치된 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)도 회전 구동이 이루어지며, 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)는 상기 회전 테이블(20)에 구비된 링기어(24)와 90도 간격으로 기어결합되어 동일한 방향으로 회전시킨다.

본 발명에서는 BLDC 구동모터(100)가 800 rpm으로 회전될 때, 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)을 통하여 400:1로 감속되어 회전 테이블(20)은 2 rpm의 저속으로 회전속도가 낮추어져서 큰 토크 증대가 이루어지게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)을 상부하우징(15) 내부에 대칭 구조로 배치하면서 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)의 양단부에 각각 더블 웜(double worm) 구조를 채택함에 따라 4개의 웜기어(73a-73d)에 4개의 피니온 기어유닛(80a-80d)을 결합하여 회전 테이블(20)을 구동시킴에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소로 하면서 브레이크 토크(brake torque)를 높여서 파괴 강도를 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 양단부가 베어링 하우징에서 좌우 변위가 발생하는 것을 억제하도록 베어링 하우징(78a-78d)의 후단부에 연장 형성된 세트 스크류 조립부에 세트 스크류(76a-76d)를 부가하였다.

본 발명에서는 스위블 액추에이터(200)의 모든 구성품을 상부하우징(15) 내부에 조립한 후, 상부하우징(15)의 벽에 형성된 세트 스크류 조정용 관통구멍(도시되지 않음)을 통하여 외부에서 세트 스크류 조립부에 설치된 4개의 세트 스크류(76a-76d) 중 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)마다 1개씩, 2개의 세트 스크류(76a-76d)를 한쪽 방향으로 전진시킴에 의해 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)을 일측으로 밀어서 고정시킴에 의해 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 좌우 유동을 억제시킬 수 있다.

그 결과, 세트 스크류(76a-76d)의 조임에 의해 제1 및 제2 동력전달축(71a,71b)의 좌우 변위를 억제함에 의해 제1 및 제2 기어트레인(70a,70b)의 제1 내지 제4 웜기어(73a-73d)와 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제3 내지 제6 웜휠(81a-81d) 사이의 기어간 결합시에 발생하는 공차(갭)를 없애고, 또한 제1 내지 제4 피니온 기어유닛(80a-80d)의 제1 내지 제4 피니온 기어(82a-82d)와 회전 테이블(20)의 링기어(24) 사이의 갭(gap)을 제거하여 백래쉬(Backlash)도 제로(zero)로 할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명에 따른 스위블 액추에이터는 회전 테이블에 설치된 카시트와 같은 피동체를 좌우로 회전시키도록 회전 테이블과 함께 회전시키기 위한 용도로 적용될 수 있다.

10: 하부하우징 11a: 원통부
13: 스토퍼링 15: 상부하우징
15a,15b: 요홈 15c: 관통구멍
20: 회전 테이블 21: 상판
23: 측면부 24: 링기어
25: 관통구멍 30: 로터
31: 자석 32: 백요크
34: 로터지지체 34a: 내측 요홈
34b: 외측 요홈 35: 로터웜기어
40: 스테이터 41: 티스
42: 백요크 43: 코일
44a,44b: 인슐레이터 45: 스테이터 코어
61~63,74a,74b,75a,75b: 베어링 64: 베어링 지지대
70a,70b: 기어트레인 71a,71b: 동력전달축
72a,72b,81-81d: 웜휠 73a-73d: 웜기어
77a~77d: 세트 스크류 80a-80d: 피니온 기어유닛
82-82d: 피니온 기어 83a-83d: 지지축
84: 플랜지 100: 구동모터
200: 스위블 액추에이터

Claims (11)

1. 하우징에 하단부가 지지된 지지축;
   외주부가 웜기어와 기어 결합되고 중앙부가 지지축에 회전 가능하게 결합되며 상단 연장부에 다각형 결합부가 형성된 웜휠; 및
   중앙부에 상기 다각형 결합부가 결합되는 다각형 내주부가 형성되고 외주부가 링기어에 기어 결합된 피니온 기어;를 포함하는 피니온 기어유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 웜휠과 피니온 기어는 개별적으로 소결하여 형성한 후, 상기 피니온 기어의 다각형 내주부에 웜휠의 다각형 결합부가 결합되는 피니온 기어유닛.
3. 중앙에 로터의 지지축 역할을 하는 중공형 원통부가 상부로 돌출된 하부하우징;
   상기 하부하우징의 상부에 적층 조립되고 중앙부에 상기 중공형 원통부가 상부로 돌출된 관통구멍이 형성된 상부하우징;
   상기 하부하우징의 바닥면에 배치되며, 로터의 상부로 연장된 원통형 연장부의 외주에 로터웜기어가 일체로 형성된 구동모터;
   각각 상기 상부하우징으로 돌출된 상기 로터웜기어의 외주에 180도 간격으로 배치되어 결합되며, 제1 및 제2 동력전달축의 중간에 상기 로터웜기어와 기어 결합되는 제1 및 제2 웜휠이 형성되고 제1 및 제2 동력전달축의 양측에 제1 내지 제4 웜기어가 형성된 제1 및 제2 기어트레인;
   각각 제1 내지 제4 지지축의 하단에 상기 제1 내지 제4 웜기어와 기어결합되는 제3 내지 제6 웜휠이 형성되고 상기 제1 내지 제4 지지축의 상단에 제1 내지 제4 피니온 기어가 형성된 제1 내지 제4 피니온 기어유닛; 및
   상기 제1 내지 제4 피니온 기어가 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어에 기어 결합되어 회전이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하며,
   상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛의 제3 내지 제6 웜휠과 제1 내지 제4 피니온 기어는 개별적으로 소결하여 형성한 후, 제1 내지 제4 피니온 기어의 다각형 내주부에 제3 내지 제6 웜휠의 다각형 결합부가 결합되는 스위블 액추에이터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동모터의 로터는 중공형 원통부의 외주부에 회전 가능하게 설치되며,
   상기 로터웜기어는 수직방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2 동력전달축은 수평방향으로 배치되며, 상기 제1 내지 제4 지지축은 수직방향으로 배치되는 스위블 액추에이터.
5. 제3항에 있어서,
   상기 상부하우징은 상기 제1 및 제2 기어트레인과 제1 내지 제4 피니온 기어유닛을 수용하는 제1 및 제 2 요홈을 구비하는 스위블 액추에이터.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 동력전달축의 양단부는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 상기 베어링이 내장된 베어링 하우징에는 상기 제1 및 제2 동력전달축의 좌우 변위가 발생하는 것을 억제하도록 복수의 세트 스크류가 설치되는 스위블 액추에이터.
7. 제3항에 있어서,
   상기 구동모터는
   상기 원통부의 외주에 회전 가능하게 결합되며 하단부가 컵형태로 이루어진 로터지지체를 구비하는 로터; 및
   상기 로터의 외측에 상기 로터를 회전 구동하기 위해 상기 하부하우징의 바닥에 배치되는 스테이터;를 포함하며,
   상기 스위블 액추에이터는
   상기 로터지지체의 컵형태의 하단부와 중공형 원통부의 하단 사이에 배치되어 상기 로터를 회전 가능하게 지지하기 위한 하부 베어링; 및
   상기 회전 테이블을 상기 중공형 원통부의 외주에 회전 가능하게 지지하기 위한 상부 베어링;을 더 포함하는 스위블 액추에이터.
8. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 기어트레인은
   상기 로터웜기어의 외주에 180도 간격으로 서로 대향하여 배치되는 제1 및 제2 동력전달축;
   상기 제1 및 제2 동력전달축의 중간부분에 상기 로터웜기어와 기어 결합되는 제1 및 제2 웜휠; 및
   상기 제1 및 제2 동력전달축의 일측 및 타측에 각각 형성되는 제1 내지 제4 웜기어;를 포함하는 스위블 액추에이터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 동력전달축은 각각
   상기 상부하우징의 제1 및 제2 요홈에 설치되어 양단부를 회전 가능하게 지지하는 한쌍의 베어링;
   상기 한쌍의 베어링을 내부에 수용하여 지지하는 한쌍의 베어링 하우징; 상기 한쌍의 베어링 하우징의 후단부에 연장 형성된 한쌍의 세트 스크류 조립부; 및
   선단부가 상기 동력전달축의 단부를 지지하도록 상기 세트 스크류 조립부에 나사결합되는 한쌍의 세트 스크류;를 더 포함하며,
   상기 세트 스크류는 상기 상부하우징에 형성된 세트 스크류 조정용 관통구멍을 통하여 외부로부터 상기 제1 및 제2 동력전달축을 일측으로 밀어서 고정시킴에 의해 제1 및 제2 동력전달축의 축방향 변위를 억제하는 스위블 액추에이터.
10. 제3항에 있어서,
    상기 구동모터의 스테이터 코일과 홀센서 어셈블리에 구비된 복수개의 홀센서(Hall sensor)로부터 스위블 액추에이터의 외부에 설치되는 모터구동회로와 연결하기 위한 케이블은 상판의 중앙에 구비된 중앙 관통구멍과 하부하우징의 중공형 원통부를 통하여 연결되는 스위블 액추에이터.
11. 제3항에 있어서,
    상기 회전 테이블은
    카시트가 설치되며, 중앙부에 하부하우징의 중공형 원통부의 상단부가 위치하는 관통구멍이 구비된 상판;
    상기 상판의 외부로부터 하방향으로 연장된 측면부; 및
    상기 측면부의 내측에 일체로 형성된 링기어;를 포함하며,
    상기 제1 내지 제4 피니온 기어유닛의 제1 내지 제4 피니온 기어는 상기 회전 테이블의 링기어에 4지점에서 기어 결합되는 스위블 액추에이터.

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