WO2019132142A1 - 클러치 기능을 갖는 전동기 - Google Patents

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WO2019132142A1
WO2019132142A1 PCT/KR2018/007454 KR2018007454W WO2019132142A1 WO 2019132142 A1 WO2019132142 A1 WO 2019132142A1 KR 2018007454 W KR2018007454 W KR 2018007454W WO 2019132142 A1 WO2019132142 A1 WO 2019132142A1
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WO
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clutch
unit
armature
rotational force
rollers
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PCT/KR2018/007454
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English (en)
French (fr)
Inventor
오복성
이윤호
정연우
Original Assignee
(주)리얼감
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/02—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with electromagnets incorporated in the clutch, i.e. with collecting rings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/108—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction clutches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor having a clutch function, and more particularly, to an electric motor having a clutch function capable of transmitting or interrupting power as needed.
  • electric motors are devices that convert electrical energy into mechanical energy, and are widely used in the arts of mechanical and electrical engineering.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0014321 (published on Feb. 10, 2009) 'Virtual reality-based haptic system' is disclosed.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to provide an electric motor having a clutch function that can transmit power to a user by driving the drive unit of the present invention, .
  • the electric motor having the clutch function includes a drive unit, a reduction gear unit for reducing the rotation speed of the drive unit, and a clutch unit connected between the drive unit and the reduction gear unit to selectively cut off power transmission,
  • An outer race connected to the drive unit and having an inner race having a clutch shell, an outer race for outputting a rotational force of the clutch shell, a plurality of rollers arranged circumferentially between the clutch shell and the outer race, And a solenoid for interrupting the rotational force input from the outer race to the inner race by interrupting the rotation of the armature.
  • the inner race includes a driving pinion connected to the driving unit, and the outer race includes a driven pinion connected to the reduction gear unit.
  • the inner race includes a sleeve rotatably installed on an outer periphery of a clutch shaft fixed to a housing for accommodating the clutch unit, a drive pinion provided on one side of the sleeve and connected to the drive unit,
  • the armature is rotatably mounted on an outer periphery of the sleeve so as to be adjacent to the clutch shell
  • the solenoid is fitted to the outer periphery of the sleeve so as to be adjacent to the armature, Respectively.
  • the clutch shell is formed in the shape of a polygonal plate having a contact surface so as to correspond to and contact with a plurality of rollers, and a curved inwardly curved surface is formed on the contact surface so as to form a gap between the outer circumference of the roller.
  • the armature further comprises a retainer to maintain the spacing of the plurality of rollers.
  • the clutch unit is disposed in the solenoid, and is configured to intermittently rotate the armature when the drive unit is initially driven, and to change the rotational force transmission state of the plurality of rollers to transmit the rotational force to the outer race.
  • the electric motor includes a drive unit, a reduction gear unit that decelerates the rotation speed of the drive unit, and a clutch unit that is connected between the drive unit and the reduction gear unit and selectively has an armature to cut off power transmission.
  • a clutch unit that is connected between the drive unit and the reduction gear unit and selectively has an armature to cut off power transmission.
  • the drive unit is stopped simultaneously with the rotational force interrupting of the armature.
  • the rotational force of the armature when the rotational force of the armature is interrupted, the rotational force of the armature is interrupted by a force larger than the rotational force of the drive unit.
  • the drive unit when the rotational force of the armature is interrupted, the drive unit is rotated in reverse.
  • the clutch unit includes an inner race connected to the drive unit, the inner race having a clutch shell, the outer race for outputting a rotational force of the clutch shell, And a solenoid for interrupting the rotation of the armature and converting the rotational force transmission state of the plurality of rollers.
  • the inner race includes a driving pinion connected to the driving unit, and the outer race includes a driven pinion connected to the reduction gear unit.
  • the inner race includes a sleeve rotatably installed on an outer periphery of a clutch shaft fixed to a housing for accommodating the clutch unit, a drive pinion provided on one side of the sleeve and connected to the drive unit,
  • the armature is rotatably mounted on an outer periphery of the sleeve so as to be adjacent to the clutch shell
  • the solenoid is fitted to the outer periphery of the sleeve so as to be adjacent to the armature, Respectively.
  • the clutch shell is formed in the shape of a polygonal plate having a contact surface so as to correspond to and contact with a plurality of rollers, and a curved inwardly curved surface is formed on the contact surface so as to form a gap between the outer circumference of the roller.
  • the armature further comprises a retainer to maintain the spacing of the plurality of rollers.
  • the clutch unit includes a permanent magnet disposed on the solenoid, for converting a rotational force transmission state of the plurality of rollers to intermittently rotate the armature and transmit a rotational force to the outer race, .
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of an electric motor according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line A-A in Fig. 1 according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in Fig. 4, showing the state of the wedge action of the roller.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion 'C' of FIG. 5 according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line B-B of Fig. 4 showing an idle state of the roller according to an embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion 'D' in FIG. 7 according to an embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a clutch unit according to another embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged perspective view of a solenoid according to another embodiment.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements.
  • the electric motor having the clutch function according to the embodiment is applied to wearable interface devices that are attached to or worn on the body.
  • the electric motor having the clutch function provides force feedback by the drive unit to the user and has the effect of blocking the external force due to the user's movement from being transmitted to the drive unit.
  • an electric motor having a clutch function according to an embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 10.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an electric motor according to an embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross- Fig. 2 is an enlarged cross-sectional view of the clutch unit according to the first embodiment.
  • an electric motor having a clutch function includes a housing 100, a drive unit 200 installed in the housing 100, a reduction gear unit 300 for reducing the rotation speed of the drive unit 200, , And a clutch unit (400) connected between the drive unit (200) and the reduction gear unit (300) to block power transmission.
  • the housing 100 is a structure for housing the drive unit 200, the reduction gear unit 300 and the clutch unit 400, and forms an outer appearance of the electric motor.
  • the housing 100 includes an upper housing 110, a lower housing 120, and a middle housing 130.
  • a drive unit 200 is mounted on the upper right side of the middle housing 130, a reduction gear unit 300 is mounted on the upper left side, and a clutch unit 400 is mounted on the upper center.
  • the drive unit 200, the reduction gear unit 300 and the clutch unit 400 mounted on the middle housing 130 are accommodated with the upper and lower ends closed by the upper housing 110 and the lower housing 120.
  • the drive unit 200 obtains the rotational force from the electric energy.
  • the driving unit 200 may be a motor that generates a rotational force when electricity is applied.
  • a drive unit shaft 210 is connected to a lower portion of the drive unit 200.
  • a driving gear 220 is mounted on the driving unit shaft 210 to transmit rotational force.
  • the reduction gear unit 300 is configured to reduce the rotational speed of the drive unit 200.
  • the reduction gear unit 300 includes a first reduction gear 310 and a second reduction gear 320.
  • the first reduction gear 310 is implemented as a spur gear provided on the first reduction gear shaft 311 connected vertically rotatably between the upper housing 110 and the middle housing 130.
  • a first spur gear 312 is provided at an upper portion of the first reduction gear shaft 311 and engages with a driven pinion 431 of the clutch unit 400.
  • a second spur gear 313 is provided below the first reduction gear shaft 311 to transmit rotational force to the second reduction gear 320.
  • the diameters of the first spur gear 312 and the second spur gear 313 may be different from each other.
  • the first spur gear 312 may be larger in diameter than the second spur gear 313 and may have a larger number.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first spur gear 312 and the second spur gear 313 can be appropriately deformed in diameter and number thereof to transmit deceleration, acceleration, or rotational force at the same speed.
  • the second reduction gear 320 is implemented as a spur gear provided on the second reduction gear shaft 321 formed vertically on the upper portion of the middle housing 130.
  • the second reduction gear 320 decelerates the rotational force decelerated by the first reduction gear 310 to an appropriate rotational force and outputs the decelerated rotational force.
  • a third spur gear 322 is provided below the second reduction gear shaft 321 to engage with the second spur gear 313 of the first reduction gear 310.
  • a fourth spur gear 323 is installed on the upper portion of the second reduction gear shaft 321 to output a rotational force to the other components connected thereto.
  • each of the gears may be appropriately deformable, such as a helical gear, for transmitting rotational motion.
  • the clutch unit 400 is connected between the drive unit 200 and the reduction gear unit 300 to transmit or cut off power as required.
  • the clutch unit 400 includes a clutch shaft 410, an inner race 420 having a clutch pinion 422 and a drive pinion 422 rotatably mounted on the clutch shaft 410, an outer race 420 having a driven pinion 431, A plurality of rollers 440 disposed between the clutch shell 423 and the outer race 430, an armature 450 having a retainer 451, and a solenoid 460.
  • the clutch shaft 410 may be the center axis of the clutch unit 400. [ The upper end of the clutch shaft 410 is connected to the upper housing 110 and the lower end is connected to the lower housing 120 to be fixed to the housing 100.
  • the clutch shaft 410 may have a circular cross-section on the outer circumferential surface to form a rotational center axis through which the clutch unit 400 is rotated.
  • the inner race 420 includes a sleeve 421 rotatably mounted on the clutch shaft 410, a drive pinion 422 provided below the sleeve 421 and connected to the drive unit 200, And a clutch shell 423 which is provided at the drive pinion 422 and rotates together with the drive pinion 422.
  • the sleeve 421 is formed in a cylindrical shape.
  • the inner periphery of the sleeve 421 is rotatably installed on the outer periphery of the clutch shaft 410.
  • the driving pinion 422 is integrally provided at a lower portion of the sleeve 421 and is connected to the driving gear 220 of the driving unit 200.
  • the driving pinion 422 rotates the inner race 420 in accordance with the rotation of the driving unit 200.
  • a gear unit 230 capable of decelerating or accelerating can be connected between the driving pinion 422 and the driving gear 220.
  • the present invention is not limited thereto, and the sleeve 421 may include an upper sleeve and a lower sleeve, and the upper sleeve and the lower sleeve may be rotated to engage with each other.
  • the clutch shell 423 is integrally provided on the upper portion of the sleeve 421 and rotates together with the drive pinion 422.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4 showing the state of the wedge action of the roller according to the embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion 'C'
  • Fig. 8 is a magnified view of a portion 'D' in Fig. 7 according to an embodiment.
  • the clutch shell 423 is formed in a plate shape having a substantially polygonal plane shape corresponding to the plurality of rollers 440.
  • the edges of the clutch shell 423 are curved to prevent contact with the outer race 430.
  • the clutch shell 423 has a curved inner surface 423b formed at the center of the contact surface 423a of the polygon that contacts the roller 440 to form a predetermined gap between the outer periphery of the roller 440.
  • the gap between the single curved surface 423b and the roller 440 may be a clearance such that the roller 440 can form an idle state.
  • the idle state allows the roller 440 to freely rotate between the outer race 430 and the inner race 420 so that the rotational force of the outer race 430 due to the external force is transmitted to the inner race 420 It means that the transmission is blocked
  • the edge of the clutch shell 423 is curved, but the present invention is not limited thereto.
  • the curved single curved surface 423b is formed in the embodiment, the present invention is not limited thereto, and the contact surface 423a may be straight.
  • the outer race 430 is formed to receive the clutch shell 423 in a circular shape on the inner surface thereof and is rotatably installed on the upper portion of the clutch shaft 410.
  • a driven pinion 431 is integrally provided on the upper portion of the outer race 430 and rotates together with the driven pinion 431.
  • the driven pinion 431 is connected to the reduction gear unit 300.
  • the plurality of rollers 440 are disposed at predetermined intervals along the circumferential direction between the inner surfaces of the clutch shell 423 and the outer race 430.
  • the plurality of rollers 440 transmit the rotational force generated in the clutch shell 423 to the outer race 430 or form an idle state to block the rotational force. 6, when the plurality of rollers 440 act as a wedge between the clutch shell 423 and the outer race 430, the inner race 420 and the outer race 430 It can rotate integrally.
  • the armature 450 is formed in a substantially disc shape and is rotatably installed on the outer periphery of the sleeve 421 of the inner race 420 so as to be adjacent to the bottom surface of the clutch shell 423.
  • a ring-shaped retainer 451 is formed on the upper portion of the armature 450 to keep the spacing of the rollers 440 and prevent them from coming off. To this end, the retainers 451 are provided with receiving grooves 451a at equal intervals, So that the roller 440 is received.
  • the armature 450 is a magnetic body that reacts to a magnetic force.
  • the armature 450 may be a metal material pulled toward the solenoid 460 by the magnetic force of the solenoid 460 described later.
  • the present invention is not limited thereto, and the armature 450 may be a permanent magnet moving according to the polarity of the solenoid 460.
  • the solenoid 460 is fitted to the outer periphery of the sleeve 421 of the inner race 420 and fixed to the middle housing 130.
  • the solenoid 460 is fixed to the middle housing 130 so as to be unable to rotate.
  • the sleeve 421 is rotatably engaged with the inner periphery of the solenoid 460.
  • the solenoid 460 is arranged adjacent to the bottom surface of the armature 450.
  • the solenoid 460 interrupts the rotation of the armature 450 and converts the rotational force transmission states of the plurality of rollers.
  • the state change of the plurality of rollers means that a plurality of rollers act as a wedge between the outer race and the clutch shell to transmit rotational force or to be converted into a state or an idle state.
  • the solenoid 460 keeps the permanent armature 450 in a non-resistance state so that the armature 450 is rotated in accordance with the rotation of the clutch shell 423. At this time, the roller 440 is held in a state capable of rotating between the clutch shell 423 and the outer race 430.
  • the solenoid 460 generates a magnetic force and pulls the armature 450 to generate a resistance by friction or a magnetic force.
  • the frictional resistance between the solenoid 460 and the armature 450 becomes stronger, and the armature 450 is rotated at a lower rotational speed than the clutch shell 423.
  • the armature 450 and the clutch shell 423 serve to couple or cut off the inner race 420 and the outer race 430 due to the rotational speed difference.
  • the rotational force generated by the driving unit 200 in one direction is transmitted to the driving pinion 422 of the inner race 420 via the gear unit 230 engaged with the driving gear 220.
  • the clutch shell 423 rotates together with the drive pinion 422 by the rotational force transmitted to the inner race 420. At this time, the clutch shell 423 pushes the roller 440 to rotate the armature 450. However, since the roller 440 forms an idle state, no rotational force is transmitted to the outer race 430.
  • the solenoid 460 generates a magnetic force to pull the armature 450.
  • a resistance is generated between the armature 450 and the solenoid 460.
  • the armature 450 is reduced in rotational speed by the generated resistance and the speed difference with the clutch shell 423 of the inner race 420 occurs.
  • the clutch shell 423 pushes the roller 440 whose speed has been reduced by the armature 450 to the outside and the roller 440 as shown in Figure 5 is moved between the inner race 420 and the outer race 430 Wedge action.
  • the solenoid 460 is cut off from the magnetic force, and the armature 450 is rotated in the non-resistance state. That is, the inner race 420 and the roller 440, the armature 450, and the outer race 430 are integrally rotated together. The inner race 420 and the outer race 430 are rotated in the same direction.
  • the rotational force transmitted to the outer race 430 is transmitted to the reduction gear unit 300 via the driven pinion 431 to provide force feedback to the user using the wearable interface device.
  • the rotational force of the drive unit 200 when transmitted to the reduction gear unit 300 through the clutch unit 400 as described above, the rotational force of the outer race 430 may be generated by an external force.
  • the rotation direction of the outer race 430 by the external force has the same direction as the rotation direction of the inner race 420.
  • the armature 450 is decelerated.
  • the roller 440 forms an idle state as shown in FIG. Accordingly, the rotational force of the outer race 430 due to the external force is not transmitted to the inner race 420.
  • the armature 450 is brought into the non-resistance state again with the solenoid 460.
  • the roller 440 held by the retainer 451 is in an idle state and the engagement between the inner race 420 and the outer race 430 is blocked, State.
  • the external force due to the user's motion is not transmitted through the clutch unit 400 in the motor having the clutch function that is switched to the free state. That is, the motor having the clutch function that is switched to the free state can prevent the force feedback from acting on the wearable interface device, allowing the user to freely move.
  • the present invention is not limited to this, and when the rotational force is transmitted to the reduction gear unit 300 through the clutch unit 400, the rotational force of the outer race 430 is greater than the rotational force of the inner race 420 Can occur. At this time, the rotational speed of the outer race 430 is formed faster than the rotational speed of the inner race 420, so that the plurality of rollers 440 can form an idle state.
  • the armature 450 is interrupted, an instantaneous rotational speed difference with the outer race 430 is generated by decelerating the drive unit 200, so that the plurality of rollers 440 can easily form an idle state have.
  • the wearable interface device can act as force feedback for the load for rotating the stopped drive unit 200.
  • the outer race 430 is possible only when a rotational force is generated by an external force in a direction offset from the stepped surface 423b so that the roller 440 acts as a wedge.
  • the electric motor according to the embodiment is configured such that the solenoid 460 and the drive unit 460 are driven so that the direction in which the roller 440 deviates from the curved surface 423b is changed in order to perform the wedge action in accordance with the rotational direction by the external force of the outer race 430 200 may be configured to be adjustable.
  • the electric motor having the clutch function is configured such that the rotational force of the driving unit 200 is transmitted to the outer race 430 by operating the driving unit 200 so that the force feedback is realized by the user, And the roller 440 is wedged on the outer race 430 and the inner race 420 so that the force feedback for manually rotating the driving unit 200 is implemented by the user and the state of the outer race 430 A free state in which the rotational force is not transmitted to the inner race 420 can be realized. Further, when the user operates in the free state, the component between the drive unit 200 and the clutch unit 400 is not rotated. Therefore, the user can operate the wearable interface device with a smaller force in a state where the force feedback for manually rotating the drive unit 200 in the free state is implemented in the user, so that the user can operate with a minimum force.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a clutch unit according to another embodiment
  • FIG. 10 is an enlarged perspective view of a solenoid according to another embodiment.
  • the clutch unit 500 includes an inner race 520 having a clutch shaft 510, a drive pinion 522 rotatably mounted on the clutch shaft 510, and a clutch shell 523, An outer race 530 having a driven pinion 531, a plurality of rollers 540 disposed between the clutch shell 523 and the outer race 530, an armature 550 having a retainer 551, a solenoid 560, And a permanent magnet 570.
  • the permanent magnet 570 is inserted and disposed on the side of the armature 550 of the solenoid 560.
  • the permanent magnet 570 is formed in an annular shape and inserted into the armature 550 side of the solenoid 560.
  • the present invention is not limited thereto, and the permanent magnets 570 may be formed in a cylindrical shape, and a plurality of the permanent magnets 570 may be radially disposed along the periphery of the solenoid 560.
  • the diameter of the permanent magnet 570 may be smaller than the outer diameter of the solenoid 560 and the armature 550.
  • the upper end surface of the permanent magnet 570 may be formed to have a height enough to be in contact with the armature 550.
  • the present invention is not limited thereto and may be formed at a lower height than the side of the armature 550 of the solenoid 560.
  • the solenoid 560 and the armature 550 may be in contact with each other to form a resistance.
  • the permanent magnet 570 forms a magnetic force with the armature 550, and pulls the armature 550 to form a resistance.
  • the permanent magnet 570 has a magnetic force that allows the roller 540 to act as a wedge.
  • the permanent magnet 570 pulls the armature 550 to make a momentary speed difference between the armature 550 and the clutch shell 523 at the moment when the drive unit 200 is rotated.
  • the roller 540 can act as a wedge between the clutch shell 523 and the outer race 530.
  • the armature 550, the inner race 520, and the outer race 530 are formed so as to have a magnetic force so that the resistance between the armatures 550 is smaller than the rotational force of the drive unit 200 Can rotate together.
  • the permanent magnet 570 may form a wedge action of the roller 540 without the operation of the solenoid 560 to transmit the rotational force of the inner race 520 to the outer race 530. [ The wedge action of the roller 540 can be made stronger when the solenoid 560 is operated.
  • the process of forming the idle state of the roller 540 and the process of forming the load by the solenoid 560 and the resistance of the armature 550 include the same components as those of the embodiment,

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Abstract

실시 예에 따른 클러치 기능을 갖는 전동기를 개시한다. 클러치 기능을 갖는 전동기는 구동유닛, 구동유닛의 회전속도를 감속시키는 감속기어유닛, 구동유닛과와 감속기어유닛 사이에 연결되어 선택적으로 동력 전달을 차단하는 클러치유닛을 포함하고, 클러치유닛은 구동유닛에 연결되어 클러치쉘을 갖는 이너레이스, 클러치쉘의 회전력을 출력하는 아우터레이스, 클러치쉘과 아우터레이스 사이에 원주 방향으로 배치되어 아우터레이스로 회전력을 전달하는 복수의 롤러, 복수의 롤러의 간격을 유지하며 회전하는 전기자, 전기자의 회전을 단속하여 아우터레이스에서 이너레이스로 입력되는 회전력을 차단하는 솔레노이드를 포함한다.

Description

클러치 기능을 갖는 전동기
본 발명은 클러치 기능을 갖는 전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필요에 따라 동력을 전달하거나 차단할 수 있는 클러치 기능을 갖는 전동기에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전동기는 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치로서, 기계 및 전기 공학 분야의 기술에 널리 사용되고 있다.
한편, 근래에는 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터로 만들어서, 그것을 사용하는 사람이 마치 실제 주변 상황 또는·환경과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간과 컴퓨터 사이의 인터페이스를 일컫는 가상현실에 대한 기술이 널리 개발되고 있다.
상술한 분야의 종래 기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2009-0014321호(공개일자 2009년02월10일) ‘가상현실 기반의 햅틱 시스템’이 개시되어 있다.
그러나 종래 기술을 몸에 부착하거나 착용하여 사용하는 웨어러블 디바이스(wearable devices)에 적용할 경우, 감속기어를 갖는 모터의 구동에 의해 사용자에게 포스 피드백(force feedback)을 제공할 수는 있으나, 반대의 경우 사용자가 움직일 때 힘을 주어 모터의 감속기를 움직여야 하므로 사용이 불편하고 촉감을 떨어뜨리는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 구동유닛의 구동에 의해 사용자에게 동력을 전달하거나 반대로 사용자가 움직일 때 동력 전달을 차단할 수 있는 클러치 기능을 갖는 전동기를 제공하는 데 있다.
실시예에 따른 클러치 기능을 갖는 전동기에 대해 설명한다.
클러치 기능을 갖는 전동기는 구동유닛, 상기 구동유닛의 회전속도를 감속시키는 감속기어유닛 및 상기 구동유닛과 상기 감속기어유닛 사이에 연결되어 선택적으로 동력 전달을 차단하는 클러치유닛을 포함하고, 상기 클러치유닛은 상기 구동유닛에 연결되고, 클러치쉘을 구비하는 이너레이스, 상기 클러치쉘의 회전력을 출력하는 아우터레이스, 상기 클러치쉘과 상기 아우터레이스 사이에 원주 방향으로 배치되어, 회전력을 전달하는 복수의 롤러, 상기 복수의 롤러의 간격을 유지하며 회전하는 전기자 및 상기 전기자의 회전을 단속하여 상기 아우터레이스에서 상기 이너레이스로 입력되는 회전력을 차단하는 솔레노이드를 포함한다.
일측에 따르면, 상기 이너레이스는 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언을 포함하고, 상기 아우터레이스는 상기 감속기어유닛에 연결되는 종동피니언을 포함한다.
일측에 따르면, 상기 이너레이스는, 상기 클러치유닛을 수용하는 하우징에 고정된 클러치샤프트의 외주에 회전가능하게 설치된 슬리브, 상기 슬리브의 일측에 구비되어 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언, 상기 슬리브의 타측에 구비되어 구동피니언과 같이 회전하는 클러치쉘을 포함하고, 상기 전기자는 상기 클러치쉘에 인접되도록 상기 슬리브의 외주에 회전가능하게 설치되고, 상기 솔레노이드는 상기 전기자에 인접되도록 슬리브의 외주에 끼워져 상기 하우징에 고정된다.
일측에 따르면, 상기 클러치쉘은 복수의 롤러에 대응 및 접촉되도록 접촉면을 갖는 다각형의 판재 형상으로 형성되고, 상기 접촉면에는 상기 롤러의 외주 사이에 간극을 형성하도록 내측으로 만곡된 단곡면이 형성된다.
일측에 따르면, 상기 전기자는 복수의 롤러의 간격을 유지하는 리테이너를 더 포함한다.
일측에 따르면, 상기 클러치유닛은 상기 솔레노이드에 배치되고, 상기 구동유닛의 최초 구동 시 상기 전기자의 회전을 단속하여, 상기 아우터레이스에 회전력을 전달하도록 상기 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환하는 영구자석을 더 포함한다.
한편, 전동기는 구동유닛, 상기 구동유닛의 회전속도를 감속시키는 감속기어유닛 및 상기 구동유닛과 상기 감속기어유닛 사이에 연결되어 선택적으로 동력 전달을 차단하도록 전기자를 갖는 클러치유닛을 포함하고, 상기 감속기어유닛을 통해 클러치유닛으로 입력되는 회전력이 상기 구동유닛에서 출력되는 회전력보다 클 때, 상기 전기자의 회전력을 단속하여, 상기 감속기어유닛을 통해 상기 클러치유닛으로 입력되는 회전력을 차단한다.
일측에 따르면, 상기 전기자의 회전력 단속과 동시에 상기 구동유닛을 정지한다.
일측에 따르면, 상기 전기자의 회전력 단속 시, 상기 구동유닛의 회전력보다 큰 힘으로 상기 전기자의 회전력을 단속한다.
일측에 따르면, 상기 전기자의 회전력 단속 시, 상기 구동유닛을 역회전 시킨다.
일측에 따르면, 상기 클러치유닛은 상기 구동유닛에 연결되고, 클러치쉘을 구비하는 이너레이스, 상기 클러치쉘의 회전력을 출력하는 아우터레이스, 상기 클러치쉘과 상기 아우터레이스 사이에 원주 방향으로 배치되어, 회전력을 전달하는 복수의 롤러, 상기 복수의 롤러의 간격을 유지하며 회전하는 전기자 및 상기 전기자의 회전을 단속하여 상기 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환하는 솔레노이드를 포함한다.
일측에 따르면, 상기 이너레이스는 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언을 포함하고, 상기 아우터레이스는 상기 감속기어유닛에 연결되는 종동피니언을 포함한다.
일측에 따르면, 상기 이너레이스는, 상기 클러치유닛을 수용하는 하우징에 고정된 클러치샤프트의 외주에 회전가능하게 설치된 슬리브, 상기 슬리브의 일측에 구비되어 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언, 상기 슬리브의 타측에 구비되어 구동피니언과 같이 회전하는 클러치쉘을 포함하고, 상기 전기자는 상기 클러치쉘에 인접되도록 상기 슬리브의 외주에 회전가능하게 설치되고, 상기 솔레노이드는 상기 전기자에 인접되도록 슬리브의 외주에 끼워져 상기 하우징에 고정된다.
일측에 따르면, 상기 클러치쉘은 복수의 롤러에 대응 및 접촉되도록 접촉면을 갖는 다각형의 판재 형상으로 형성되고, 상기 접촉면에는 상기 롤러의 외주 사이에 간극을 형성하도록 내측으로 만곡된 단곡면이 형성된다.
일측에 따르면, 상기 전기자는 복수의 롤러의 간격을 유지하는 리테이너를 더 포함한다.
일측에 따르면, 상기 클러치유닛은, 상기 솔레노이드에 배치되고, 상기 구동유닛의 최초 구동 시 상기 전기자의 회전을 단속하여 상기 아우터레이스에 회전력을 전달하도록 상기 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환하는 영구자석을 더 포함한다.
상술한 해결 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 구동유닛의 구동에 의해 사용자에게 동력을 전달하거나, 반대로 사용자가 움직일 때 클러치유닛에 의해 구동유닛으로 전달되는 동력을 차단할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 전동기의 결합 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 전동기의 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 클러치유닛을 확대한 단면도이다.
도 5는 롤러의 쐐기 작용시의 상태를 나타내는 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 도 5의 ‘C’ 부분의 확대도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 롤러의 아이들(idle) 상태를 나타내는 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 도 7의 ‘D’ 부분의 확대도이다.
도 9는 다른 실시예에 의한 클러치유닛을 확대한 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 의한 솔레노이드를 확대한 사시도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
실시 예에 따른 클러치 기능을 갖는 전동기는 몸에 부착하거나 착용하여 사용하는 웨어러블 인터페이스 디바이스(wearable interface devices)에 적용된다. 클러치 기능을 갖는 전동기는 사용자에게 구동유닛에 의한 포스 피드백(force feedback)을 제공하고, 사용자의 움직임에 의해 따른 외력이 구동유닛에 전달하지 않도록 차단하는 효과가 있다. 이하, 도 1 내지 도 10을 참조로 실시 예에 따른 클러치 기능을 갖는 전동기에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 전동기의 결합 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 의한 전동기의 분해 사시도이고, 도 3은 일 실시예에 의한 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 4는 일 실시예에 의한 클러치유닛을 확대한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 클러치기능을 갖는 전동기는 하우징(100), 하우징(100)에 설치되는 구동유닛(200), 구동유닛(200)의 회전속도를 감속시키는 감속기어유닛(300), 구동유닛(200)과 감속기어유닛(300) 사이에 연결되어 동력 전달을 차단하는 클러치유닛(400)을 포함한다.
하우징(100)은 구동유닛(200)과 감속기어유닛(300) 및 클러치유닛(400)을 수용하는 구조물로서 전동기의 외관을 형성한다. 하우징(100)은 어퍼하우징(110), 로워하우징(120) 및 미들하우징(130)을 포함한다.
미들하우징(130)의 상부 우측에는 구동유닛(200)이 장착되고, 상부 좌측에는 감속기어유닛(300)이 장착되며, 상부 중앙에는 클러치유닛(400)이 장착된다. 그리고 미들하우징(130)에 장착된 구동유닛(200)과 감속기어유닛(300) 및 클러치유닛(400)은 어퍼하우징(110) 및 로워하우징(120)에 의해 상부 및 하부가 마감되게 수용된다.
구동유닛(200)은 전기에너지로부터 회전력을 얻는다. 예를 들어, 구동유닛(200)은 전기가 인가되면 회전력을 발생하는 모터일 수 있다. 구동유닛(200)의 하부에는 구동유닛축(210)이 연결된다. 또한, 구동유닛축(210)에는 구동기어(220)가 설치되어 회전력을 전달한다.
감속기어유닛(300)은 구동유닛(200)의 회전속도를 감속시키는 구성이다. 감속기어유닛(300)은 제1 감속기어(310) 및 제2 감속기어(320)를 포함한다.
제1 감속기어(310)는 어퍼하우징(110)과 미들하우징(130) 사이에 수직으로 회전 가능하게 연결된 제1 감속기어축(311)에 설치된 스퍼기어(spur gear)로 구현된다. 제1 감속기어축(311)의 상부에는 제1 스퍼기어(312)가 설치되어 클러치유닛(400)의 종동피니언(431)에 맞물린다. 제1 감속기어축(311)의 하부에는 제2 스퍼기어(313)가 설치되어 제2 감속기어(320)로 회전력을 전달하게 된다.
제1 스퍼기어(312)와 제2 스퍼기어(313)는 기어의 지름 및 이의 개수가 상이하게 형성될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 스퍼기어(312)는 제2 스퍼기어(313) 보다 지름이 크고 이의 개수가 많게 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 스퍼기어(312)와 제2 스퍼기어(313)는 감속, 가속 또는 동일한 속도로 회전력을 전달하기 위해 지름 및 이의 개수가 적절히 변형될 수 있다.
제2 감속기어(320)는 미들하우징(130)의 상부에 수직으로 형성된 제2 감속기어축(321)에 설치된 스퍼기어로 구현된다. 제2 감속기어(320)는 제1 감속기어(310)에서 감속된 회전력을 적절한 회전력으로 감속시켜서 출력한다. 여기서, 제2 감속기어축(321)의 하부에는 제3 스퍼기어(322)가 설치되어 제1 감속기어(310)의 제2 스퍼기어(313)에 맞물린다. 그리고, 제2 감속기어축(321)의 상부에는 제4 스퍼기어(323)가 설치되어 연결된 다른 구성요소로 회전력을 출력하게 된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 각각의 기어는 회전운동을 전달하기 위한 것으로써 헬리컬 기어 등과 같이 적절히 변형이 가능할 수 있다.
클러치유닛(400)은 구동유닛(200)과 감속기어유닛(300) 사이에 연결되어 필요에 따라 동력을 전달하거나 차단한다. 클러치유닛(400)은 클러치샤프트(410), 클러치샤프트(410)에 회전가능하게 설치된 구동피니언(422) 및 클러치쉘(423)을 갖는 이너레이스(420), 종동피니언(431)을 갖는 아우터레이스(430), 클러치쉘(423)과 아우터레이스(430) 사이에 배치되는 복수의 롤러(440), 리테이너(451)를 갖는 전기자(450) 및 솔레노이드(460)를 포함한다.
클러치샤프트(410)는 클러치유닛(400)의 중심축일 수 있다. 클러치샤프트(410)의 상단부는 어퍼하우징(110)에 연결되고 하단부는 로워하우징(120)에 연결되어 하우징(100)에 고정된다. 클러치샤프트(410)는 외주면의 단면이 원형의 단면을 가져 클러치유닛(400)이 회전되는 회전 중심축을 형성할 수 있다.
이너레이스(420)는 클러치샤프트(410)에 회전가능하게 설치된 슬리브(421), 슬리브(421)의 하부에 구비되어 구동유닛(200)에 연결되는 구동피니언(422), 슬리브(421)의 상부에 구비되어 구동피니언(422)과 같이 회전하는 클러치쉘(423)을 포함한다.
슬리브(421)는 원통형으로 형성된다. 슬리브(421)의 내주는 클러치샤프트(410)의 외주에 회전 가능하게 설치된다.
구동피니언(422)은 슬리브(421)의 하부에 일체로 구비되어 구동유닛(200)의 구동기어(220)에 연결된다. 구동피니언(422)은 구동유닛(200)의 회전에 따라 이너레이스(420)를 회전시킨다. 이때, 구동피니언(422)과 구동기어(220) 사이에는 감속 또는 가속시킬 수 있는 기어유닛(230)이 연결될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 슬리브(421)는 상부슬리브 및 하부슬리브로 구성되어 상부슬리브와 하부슬리브가 맞물려 회전하는 형태로 구성하는 것도 가능할 수 있다.
클러치쉘(423)은 슬리브(421)의 상부에 일체로 구비되어 구동피니언(422)과 같이 회전된다.
도 5는 일 실시예에 의한 롤러의 쐐기작용 시의 상태를 나타내는 도 4의 B-B선 단면도이고, 도 6은 일 실시예에 의한 도 5의 ‘C’ 부분의 확대도이며, 도 7은 일 실시예에 의한 롤러의 상시 상태를 나타내는 도 4의 B-B선 단면도이고, 도 8은 일 실시예에 의한 도 7의 ‘D’ 부분의 확대도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 클러치쉘(423)은 복수의 롤러(440)에 대응되도록 대략 평면상 다각형을 이루는 판재 형상으로 형성된다. 클러치쉘(423)의 모서리는 만곡되게 형성되어 아우터레이스(430)와 접촉을 방지한다. 또한, 클러치쉘(423)은 롤러(440)에 접촉되는 다각형의 접촉면(423a) 중앙에는 내측으로 만곡된 단곡면(423b)이 형성되어 롤러(440)의 외주 사이에 소정 간극을 형성하게 된다. 단곡면(423b)과 롤러(440)사이의 간극은 롤러(440)가 아이들(idle) 상태를 형성할 수 있을 정도의 간극일 수 있다. 여기서, 아이들(idle) 상태라 함은 롤러(440)가 아우터레이스(430)와 이너레이스(420) 사이에서 자유회전이 가능하여 외력에 의한 아우터레이스(430)의 회전력이 이너레이스(420)로 전달되는 것이 차단된 상태를 의미한다
실시 예에서, 클러치쉘(423)에 모서리가 만곡되는 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시 예에서 만곡된 단곡면(423b)이 형성되는 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 접촉면(423a)이 직선이어도 가능하다.
아우터레이스(430)는 내면이 원형을 이루어 클러치쉘(423)을 수용하도록 형성되어 클러치샤프트(410)의 상부에 회전 가능하게 설치된다. 아우터레이스(430)의 상부에는 종동피니언(431)이 일체로 구비되어 같이 회전하게 된다. 종동피니언(431)은 감속기어유닛(300)과 연결된다.
복수의 롤러(440)는 클러치쉘(423)과 아우터레이스(430)의 내면 사이에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치된다. 복수의 롤러(440)는 클러치쉘(423)에서 발생된 회전력을 아우터레이스(430)로 전달하거나, 아이들(idle) 상태를 형성하여 회전력을 차단하게 된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 롤러(440)가 클러치쉘(423)과 아우터레이스(430) 사이에서 쐐기작용을 하는 경우에는, 이너레이스(420)와 아우터레이스(430)는 일체가 되어 같이 회전할 수 있다.
이와는 반대로, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 롤러(440)가 단곡면(423b)상에 위치될 때, 롤러(440)가 아이들(idle) 상태를 형성하면, 외력의 의해 아우터레이스(430)에서 이너레이스(420)로 입력되는 회전력이 이너레이스(420)에 전달되지 않을 수 있다.
전기자(450)는 대략 원판형으로 형성되어 클러치쉘(423)의 저면에 인접되도록 이너레이스(420)의 슬리브(421) 외주에 회전가능하게 설치된다. 그리고 전기자(450)의 상부에는 링(ring) 형상의 리테이너(451)가 형성되어 롤러(440)의 간격을 유지하고 이탈을 방지하는데, 이를 위해 리테이너(451)에는 동일한 간격으로 수용홈(451a)이 형성되어 롤러(440)를 수용하게 된다. 또한, 전기자(450)는 자력에 반응하는 자성체이다. 예를 들어, 전기자(450)는 후술하는 솔레노이드(460)의 자력에 의해 솔레노이드(460) 쪽으로 당겨지는 금속재질일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전기자(450)는 솔레노이드(460)의 극성에 따라 이동하는 영구자석인 것도 가능하다.
솔레노이드(460)는 이너레이스(420)의 슬리브(421) 외주에 끼워져 미들하우징(130)에 고정된다. 솔레노이드(460)는 회전이 불가능하도록 미들하우징(130)에 고정된다. 그리고, 슬리브(421)는 솔레노이드(460)의 내주에서 회전 가능하게 결합된다. 또한, 솔레노이드(460)는 전기자(450)의 저면에 인접하도록 배치된다.
솔레노이드(460)는 전기자(450)의 회전을 단속하여, 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환한다. 여기서, 복수의 롤러의 상태변환은 복수의 롤러가 아우터레이스와 클러치쉘 사이에서 쇄기 작용하여 회전력을 전달하거나 상태 또는 아이들(idle) 상태로 변환되는 것을 의미한다.
솔레노이드(460)는 상시 전기자(450)를 무저항상태로 유지하여 클러치쉘(423)의 회전에 따라 전기자(450)가 회전된다. 이때, 롤러(440)는 클러치쉘(423)과 아우터레이스(430) 사이에서 자전이 가능한 상태로 유지된다.
솔레노이드(460)는 자력을 생성하여 전기자(450)를 당겨 마찰 또는 자력에의한 저항을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 솔레노이드(460)와 전기자(450)사이에서 마찰저항이 강해지고, 전기자(450)는 클러치쉘(423)보다 회전속도가 느려지게 된다. 이러한 전기자(450)와 클러치쉘(423)은 회전속도 차이에 의해 이너레이스(420)와 아우터레이스(430) 사이를 결합하거나 차단하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.우선, 구동유닛(200)의 회전력이 클러치유닛(400)을 통해 감속기어유닛(300)으로 전달되는 작용을 살펴보면 다음과 같다. 구동유닛(200)의 구동에 의해 발생된 어느 한 방향으로 회전하는 회전력은 구동기어(220)에 맞물린 기어유닛(230)을 통해 이너레이스(420)의 구동피니언(422)으로 전달된다. 이너레이스(420)로 전달된 회전력에 의해 클러치쉘(423)은 구동피니언(422)과 같이 회전한다. 이때, 클러치쉘(423)은 롤러(440)를 밀어 전기자(450)를 회전시킨다. 하지만, 롤러(440)는 아이들(idle) 상태를 형성하게 되므로, 아우터레이스(430)에 회전력이 전달되지는 않는다.
여기서, 솔레노이드(460)는 자력을 생성하여 전기자(450)를 잡아당기게 된다. 이 경우, 전기자(450)와 솔레노이드(460) 사이에 저항이 발생한다. 전기자(450)는 발생한 저항에 의해 회전속도가 감소되고 이너레이스(420)의 클러치쉘(423)과 속도차이가 발생한다. 클러치쉘(423)은 전기자(450)에 의해 속도가 감소된 롤러(440)를 외측으로 밀게 되고 도 5에 도시된 바와 같이 롤러(440)는 이너레이스(420)와 아우터레이스(430) 사이에서 쐐기작용을 하게 된다.
이 후, 솔레노이드(460)는 자력 발생이 차단되고, 전기자(450)는 무저항 상태로 회전하게 된다. 즉, 이너레이스(420)와 롤러(440)와 전기자(450) 및 아우터레이스(430)는 일체가 되어 함께 회전하게 된다. 이너레이스(420)와 아우터레이스(430)는 동일한 방향으로 회전된다.
결국, 아우터레이스(430)로 전달된 회전력은 종동피니언(431)을 통해 감속기어유닛(300)으로 전달되어웨어러블 인터페이스 디바이스를 사용하는 사용자에게 포스 피드백을 제공하게 된다.
상술한 회전력의 전달은 반대 방향의 경우도 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
반대로, 상술한 바와 같이 구동유닛(200)의 회전력이 클러치유닛(400)을 통해 감속기어유닛(300)으로 전달되는 상황에서, 외력에 의해 아우터레이스(430)의 회전력이 발생할 수 있다. 여기서, 외력의 의한 아우터레이스(430)의 회전방향은 이너레이스(420)의 회전방향과 동일한 방향을 가진다.
이 때, 구동유닛(200)의 구동을 정지하는 동시에 솔레노이드(460)에 전기를 인가하여 전기자(450)에 저항을 발생시키면, 전기자(450)가 감속된다. 여기서, 아우터레이스(430)의 회전속도가 외력에 의해 전기자(450)보다 빠르게 형성되면, 롤러(440)는 도 8에 도시된 바와 같이 아이들(idle) 상태를 형성한다. 이에 따라, 외력에 의한 아우터레이스(430)의 회전력은 이너레이스(420)에 전달되지 않는 상태가 된다. 이 후, 솔레노이드(460)에 자력 발생을 차단하면 전기자(450)는 솔레노이드(460)와 다시 무저항상태가 된다.
이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 리테이너(451)에 의해 유지된 롤러(440)가 아이들(idle) 상태를 이루어 이너레이스(420)와 아우터레이스(430) 사이의 결합은 차단되므로, 이른바 자유상태로 전환된다. 자유상태로 전환된 클러치 기능을 가지는 전동기는 사용자의 움직임에 의한 외력이 클러치유닛(400)을 통해 전달되지 않는다. 즉, 자유상태로 전환된 클러치 기능을 가지는 전동기는 웨어러블 인터페이스 디바이스에 포스 피드백이 작용하지 않도록 하여 사용자로 하여금 자유로운 움직임이 가능하게 할 수 있다.
또한, 구동유닛(200)의 회전력이 클러치유닛(400)을 통해 감속기어유닛(300)으로 전달되는 상황에서, 솔레노이드(460)에 순간적으로 자력이 인가하여 전기자(450)를 단속하고, 구동유닛(200)을 역방향으로 회전시킬 수 있다. 이 경우, 전기자(450)는 일시적으로 감속되고, 클러치쉘(423)이 역방향으로 회전되며, 복수의 롤러(440)를 아이들(idle) 상태로 형성한다. 이러한 과정을 통해. 이너레이스(420)와 아우터레이스(430) 사이의 회전력 전달이 차단되어, 자유상태로 전환된다. 이 경우, 아우터레이스(430)의 회전방향과 관계없이 회전력 전달의 차단이 가능할 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 회전력이 클러치유닛(400)을 통해 감속기어유닛(300)으로 전달되는 상황에서, 외력에 의해 아우터레이스(430)의 회전력이 이너레이스(420)의 회전력보다 큰 힘이 발생할 수 있다. 이 때, 아우터레이스(430)의 회전속도가 이너레이스(420)의 회전속도보다 빠르게 형성되어서, 복수의 롤러(440)가 아이들(idle) 상태를 형성할 수 있다. 여기서, 전기자(450)를 단속하면 구동유닛(200)을 감속하여 아우터레이스(430)와 순간적인 회전 속도차가 발생하여서, 복수의 롤러(440)가 아이들(idle) 상태를 보다 용이하게 형성할 수 있다.
한편, 클러치유닛(400)을 통해 아우터레이스(430)와 이너레이스(420)가 연결된 상황에서 구동유닛(200)을 정지하면, 아우터레이스(430)는 구동유닛(200)가 정지한 상태에서 외력에 의해 회전될 수 있다. 이 때, 웨어러블 인터페이스 장치는 정지된 구동유닛(200)을 회전시키 위한 부하가 포스 피드백으로 작용할 수 있다.
이 경우, 아우터레이스(430)는 단곡면(423b)으로부터 롤러(440)가 쐐기작용을 하도록 치우친 방향으로 외력에 의한 회전력이 형성되는 경우에만 가능하다. 실시 예에 따른 전동기는 아우터레이스(430)의 외력에 의한 회전 방향에 따라, 롤러(440)가 쐐기 작용을 하기위해 단곡면(423b)으로부터 치우친 방향이 변경되도록, 솔레노이드(460) 및 구동유닛(200)의 회전방향을 조절할 수 있도록 구성이 가능할 수 있다.
실시 예에 따른 클러치 기능을 갖는 전동기는 구동유닛(200)이 작동되어 아우터레이스(430)에 회전력이 전달되어서 구동유닛(200)의 회전력이 포스 피드백이 사용자에게 구현되는 상태, 구동유닛(200)이 정지하고 아우터레이스(430)와 이너레이스(420)에 롤러(440)가 쐐기작용을 하여 구동유닛(200)을 수동으로 회전시키기 위한 포스 피드백이 사용자에게 구현되는 상태 및 아우터레이스(430)의 회전력이 이너레이스(420)에 전달되지 않는 자유 상태를 구현할 수 있다. 또한, 사용자는 자유상태에서 조작하면 구동유닛(200)과 클러치유닛(400) 사이의 구성요소를 회전시키지 않는다. 따라서, 사용자는 자유상태에서 구동유닛(200)을 수동으로 회전시키기 위한 포스 피드백이 사용자에게 구현되는 상태에서 보다 작은 힘으로 웨어러블 인터페이스 디바이스를 조작하는 것이 가능하여 최소한의 힘으로 조작이 가능할 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 다른 실시예에 의한 클러치기능을 갖는 전동기에 대해 설명한다. 도 9 및 도 10의 실시예에 의한 클러치기능을 갖는 전동기는 도 1 내지 도 8의 실시예의 전동기와 비교하여, 솔레노이드(560)에 구비되는 영구자석(570)에 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하고, 동일한 구성요소에 대해 설명을 생략한다. 도 9는 다른 실시예에 의한 클러치유닛을 확대한 단면도이고, 도 10은 다른 실시예에 의한 솔레노이드를 확대한 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 클러치유닛(500)은 클러치샤프트(510), 클러치샤프트(510)에 회전가능하게 설치된 구동피니언(522) 및 클러치쉘(523)을 갖는 이너레이스(520), 종동피니언(531)을 갖는 아우터레이스(530), 클러치쉘(523)과 아우터레이스(530) 사이에 배치되는 복수의 롤러(540), 리테이너(551)를 갖는 전기자(550), 솔레노이드(560) 및 영구자석(570)을 포함한다.
영구자석(570)은 솔레노이드(560)의 전기자(550)쪽 면에 삽입 배치된다. 예를 들어, 영구자석(570)은 환형으로 형성되어서 솔레노이드(560)의 전기자(550)쪽 면에 삽입 배치된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 영구자석(570)은 원통형으로 형성되어 복수 개가 솔레노이드(560)의 둘레를 따라 방사상으로 배치되는 것도 가능할 수 있다.
영구자석(570)의 직경은 솔레노이드(560) 및 전기자(550)의 외주보다 작은 직경을 가질 수 있다. 또한, 영구자석(570)의 상단면은 전기자(550)와 접촉될 수 있는 높이로 형성될 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 솔레노이드(560)의 전기자(550)쪽 면보다 낮은 높이로 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 솔레노이드(560)와 전기자(550)가 접촉하여 저항이 형성될 수 있다.
영구자석(570)은 전기자(550)와 자력을 형성하여, 전기자(550)를 잡아당겨 저항을 형성한다. 여기서, 영구자석(570)은 롤러(540)가 쐐기작용을 할 수 있는 자력을 가진다. 다시 말하면, 영구자석(570)은 전기자(550)를 잡아당겨 구동유닛(200)이 회전되는 순간에 전기자(550)와 클러치쉘(523)의 순간적인 속도차이를 만든다. 이때, 롤러(540)는 클러치쉘(523)과 아우터레이스(530) 사이에서 쐐기 작용을 할 수 있게 된다. 이 때, 영구자석(570)이 구동유닛(200)의 회전력보다 전기자(550) 사이의 저항이 작도록 자력을 갖도록 형성하므로써, 전기자(550), 이너레이스(520) 및 아우터레이스(530)는 함께 회전할 수 있다.
영구자석(570)은 솔레노이드(560)의 작동없이 롤러(540)의 쐐기 작용을 형성하여 이너레이스(520)의 회전력을 아우터레이스(530)를 전달할 수 있다. 솔레노이드(560)가 작동시키는 경우에 롤러(540)의 쐐기 작용을 더 강하게 할 수 있다.
롤러(540)를 아이들(idle) 상태를 형성하는 과정 및 솔레노이드(560)와 전기자(550)의 저항에 의한 부하를 형성하는 과정은 일 실시예와 동일한 구성요소를 포함하고 있으므로 설명을 생략한다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 웨어러블 인터페이스 디바이스(wearable interface devices)에 사용되는 전동기에 있어서,
    구동유닛;
    상기 구동유닛의 회전속도를 감속시키는 감속기어유닛; 및
    상기 구동유닛과 상기 감속기어유닛 사이에 연결되어 선택적으로 동력 전달을 차단하는 클러치유닛;
    을 포함하고,
    상기 클러치유닛은,
    상기 구동유닛에 연결되고, 클러치쉘을 구비하는 이너레이스;
    상기 클러치쉘의 회전력을 출력하는 아우터레이스;
    상기 클러치쉘과 상기 아우터레이스 사이에 원주 방향으로 배치되어, 회전력을 전달하는 복수의 롤러;
    상기 복수의 롤러의 간격을 유지하며 회전하는 전기자; 및
    상기 전기자의 회전을 단속하여 상기 아우터레이스에서 상기 이너레이스로 입력되는 회전력을 차단하는 솔레노이드;
    를 포함하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이너레이스는 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언을 포함하고,
    상기 아우터레이스는 상기 감속기어유닛에 연결되는 종동피니언을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이너레이스는,
    상기 클러치유닛을 수용하는 하우징에 고정된 클러치샤프트의 외주에 회전가능하게 설치된 슬리브;
    상기 슬리브의 일측에 구비되어 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언, 상기 슬리브의 타측에 구비되어 구동피니언과 같이 회전하는 클러치쉘;
    을 포함하고,
    상기 전기자는 상기 클러치쉘에 인접되도록 상기 슬리브의 외주에 회전가능하게 설치되고,
    상기 솔레노이드는 상기 전기자에 인접되도록 슬리브의 외주에 끼워져 상기 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클러치쉘은,
    복수의 롤러에 대응 및 접촉되도록 접촉면을 갖는 다각형의 판재 형상으로 형성되고,
    상기 접촉면에는 상기 롤러의 외주 사이에 간극을 형성하도록 내측으로 만곡된 단곡면이 형성된 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기자는 복수의 롤러의 간격을 유지하는 리테이너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클러치유닛은,
    상기 솔레노이드에 배치되고, 상기 구동유닛의 최초 구동 시 상기 전기자의 회전을 단속하여, 상기 아우터레이스에 회전력을 전달하도록 상기 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환하는 영구자석;
    을 더 포함하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  7. 웨어러블 인터페이스 디바이스에 사용되는 전동기에 있어서,
    구동유닛;
    상기 구동유닛의 회전속도를 감속시키는 감속기어유닛; 및
    상기 구동유닛과 상기 감속기어유닛 사이에 연결되어 선택적으로 동력 전달을 차단하도록 전기자를 갖는 클러치유닛;
    을 포함하고,
    상기 감속기어유닛을 통해 클러치유닛으로 입력되는 회전력이 발생할 때, 상기 전기자의 회전력을 단속하여, 상기 감속기어유닛을 통해 상기 클러치유닛으로 입력되는 회전력을 차단되는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기자의 회전력 단속과 동시에 상기 구동유닛을 정지하여 상기 감속기어유닛을 통해 상기 클러치유닛으로 입력되는 회전력을 차단하 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전기자의 회전력 단속과 동시에 상기 구동유닛을 역회전시켜 상기 감속기어유닛을 통해 상기 클러치유닛으로 입력되는 회전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 클러치유닛은,
    상기 구동유닛에 연결되고, 클러치쉘을 구비하는 이너레이스;
    상기 클러치쉘의 회전력을 출력하는 아우터레이스;
    상기 클러치쉘과 상기 아우터레이스 사이에 원주 방향으로 배치되어, 회전력을 전달하는 복수의 롤러;
    상기 복수의 롤러의 간격을 유지하며 회전하는 전기자; 및
    상기 전기자의 회전을 단속하여 상기 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환하는 솔레노이드;
    를 포함하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이너레이스는 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언을 포함하고,
    상기 아우터레이스는 상기 감속기어유닛에 연결되는 종동피니언을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이너레이스는,
    상기 클러치유닛을 수용하는 하우징에 고정된 클러치샤프트의 외주에 회전가능하게 설치된 슬리브;
    상기 슬리브의 일측에 구비되어 상기 구동유닛에 연결되는 구동피니언, 상기 슬리브의 타측에 구비되어 구동피니언과 같이 회전하는 클러치쉘;
    을 포함하고,
    상기 전기자는 상기 클러치쉘에 인접되도록 상기 슬리브의 외주에 회전가능하게 설치되고,
    상기 솔레노이드는 상기 전기자에 인접되도록 슬리브의 외주에 끼워져 상기 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 클러치쉘은,
    복수의 롤러에 대응 및 접촉되도록 접촉면을 갖는 다각형의 판재 형상으로 형성되고,
    상기 접촉면에는 상기 롤러의 외주 사이에 간극을 형성하도록 내측으로 만곡된 단곡면이 형성된 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전기자는 복수의 롤러의 간격을 유지하는 리테이너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 기능을 갖는 전동기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 클러치유닛은,
    상기 솔레노이드에 배치되고, 상기 구동유닛의 최초 구동 시 상기 전기자의 회전을 단속하여 상기 아우터레이스에 회전력을 전달하도록 상기 복수의 롤러의 회전력 전달 상태를 변환하는 영구자석;
    을 더 포함하는 클러치 기능 갖는 전동기.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000014081A (ja) * 1998-06-22 2000-01-14 Nissan Motor Co Ltd ハイブリッド駆動装置
KR20040081317A (ko) * 2003-03-11 2004-09-21 가부시키가이샤 덴소 일방향 클러치의 클러치내부에 스토퍼를 갖는 스타터
KR20120055413A (ko) * 2010-11-23 2012-05-31 현대자동차주식회사 클러치 구조
KR20140122770A (ko) * 2013-04-10 2014-10-21 강용주 전동 선형 액추에이터
KR20160035877A (ko) * 2014-09-24 2016-04-01 동아대학교 산학협력단 세탁기의 구동장치 및 이를 이용한 세탁기의 구동 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000014081A (ja) * 1998-06-22 2000-01-14 Nissan Motor Co Ltd ハイブリッド駆動装置
KR20040081317A (ko) * 2003-03-11 2004-09-21 가부시키가이샤 덴소 일방향 클러치의 클러치내부에 스토퍼를 갖는 스타터
KR20120055413A (ko) * 2010-11-23 2012-05-31 현대자동차주식회사 클러치 구조
KR20140122770A (ko) * 2013-04-10 2014-10-21 강용주 전동 선형 액추에이터
KR20160035877A (ko) * 2014-09-24 2016-04-01 동아대학교 산학협력단 세탁기의 구동장치 및 이를 이용한 세탁기의 구동 방법

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