WO2024049083A1 - 피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블 액추에이터 - Google Patents

피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블 액추에이터 Download PDF

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WO2024049083A1
WO2024049083A1 PCT/KR2023/012402 KR2023012402W WO2024049083A1 WO 2024049083 A1 WO2024049083 A1 WO 2024049083A1 KR 2023012402 W KR2023012402 W KR 2023012402W WO 2024049083 A1 WO2024049083 A1 WO 2024049083A1
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WO
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gear
worm
rotor
power transmission
pinion
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PCT/KR2023/012402
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French (fr)
Inventor
김병수
신종화
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주식회사 아모텍
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • 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 a swivel actuator.
  • the pinion gear and the worm wheel are formed by sintering each, and then the polygonal coupling portion of the worm wheel is inserted into the polygonal inner periphery of the pinion gear to form a pinion gear unit, thereby connecting the pinion gear to the ring gear.
  • This relates to a pinion gear unit that can maximize the twisting force of the pinion gear and worm wheel and a swivel actuator using the same.
  • An electric actuator serves to rotate or linearly move a driven object with high-torque torque obtained by converting the rotational force generated from a rotational power source into torque.
  • the overall housing height is low and the product is configured to be long either horizontally or vertically, so it is difficult to adopt a structure in which a DC motor with an external casing is mounted vertically on the inner floor of the housing.
  • the stopped position When using a DC motor, the stopped position must be maintained when external pressure is applied to the output shaft that rotates forward or reverse, so the braking torque must be increased using a worm gear.
  • a magnet for rotational position sensing is placed at the bottom of the worm gear of the DC motor, and a Hall sensor IC for rotational position sensing is applied, so DC power is used, and a Hall sensor is connected to the printed circuit board (PCB) to sense the rotational position.
  • PCB printed circuit board
  • a swivel actuator has been used to rotate a driven body (i.e., car seat) left and right together with a rotary table as an actuator for rotating a vehicle car seat to the left and right.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2022-0056821
  • the swivel actuator of Patent Document 1 is also a power transmission structure that can minimize backlash by changing the gear train structure to minimize the number of combined gears by forming a worm wheel and worm gear integrally at a distance from the power transmission shaft.
  • a structure that can rotate the rotary table is proposed.
  • Patent Document 1 is a structure that transmits rotational power using a single gear train between the BLDC motor and the pinion gear unit that drives the rotary table, so the tolerance between gears can be reduced, but cannot be completely reduced, and also the rotary table There is a problem that vibration cannot be suppressed because the brake torque that controls the left and right rotation of the driven body (i.e., car seat) that rotates together is low.
  • the present invention was proposed to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to form four worm gears at both ends of a pair of power transmission shafts and use four pinion gear units to transfer the reduced rotational force to the rotary table.
  • the purpose is to provide a swivel actuator that can minimize backlash and suppress vibration of the rotary table by transmitting it to the ring gear at four points.
  • Another object of the present invention is to reduce backlash by adopting a double worm structure at both ends of the first and second gear trains and driving the rotary table by combining four pinion gear units with four worm gears
  • the goal is to provide a swivel actuator that can increase breaking strength by increasing brake torque while minimizing backlash.
  • Another object of the present invention is to suppress the left and right displacement in the bearing housing by using set screws on both ends of the power transmission shaft of the first and second gear trains, thereby eliminating the tolerance that occurs when coupling between gears and preventing backlash.
  • the goal is to provide a swivel actuator capable of zero operation.
  • Another object of the present invention is to form a pinion gear and a worm wheel by sintering each, and then insert a polygonal coupling portion of the worm wheel into the polygonal inner periphery of the pinion gear to form a pinion gear unit, thereby forming a pinion gear connected to the ring gear.
  • the purpose is to provide a pinion gear unit that can maximize the twisting force of the worm wheel and a swivel actuator using the same.
  • a pinion gear unit includes a support shaft whose lower end is supported by a housing; A worm wheel, the outer peripheral part of which is gear-coupled with a worm gear, the central part rotatably coupled to a support shaft, and a polygonal coupling part formed at the upper extension part; and a pinion gear in which a polygonal inner peripheral portion to which the polygonal coupling portion is coupled is formed in the central portion and an outer peripheral portion is gear-coupled to the ring gear.
  • the worm wheel and pinion gear may be formed by individually sintering, and then the polygonal coupling portion of the worm wheel may be coupled to the polygonal inner peripheral portion of the pinion gear.
  • a swivel actuator includes a lower housing with a central hollow cylindrical portion protruding upward, which serves as a support axis of the rotor; an upper housing that is stacked and assembled on top of the lower housing and has a through hole formed in the center where the hollow cylindrical portion protrudes upward; a drive motor disposed on the bottom of the lower housing and having a rotor worm gear integrally formed around the outer circumference of a cylindrical extension extending to the top of the rotor; Each is disposed and engaged at 180-degree intervals on the outer periphery of the rotor worm gear protruding from the upper housing, and first and second worm wheels gear-coupled with the rotor worm gear are formed in the middle of the first and second power transmission shafts, and the first and first and second gear trains having first to fourth worm gears formed on both sides of the second power transmission shaft; Third to sixth worm wheels geared to the first to fourth worm gears are formed at the lower ends of the first to
  • First to fourth pinion gear units And a rotary table in which the first to fourth pinion gears are gear-coupled with a ring gear integrally formed on the inside of the side portion to rotate, and the third to sixth pinion gear units of the first to fourth pinion gear units.
  • the worm wheel and the first to fourth pinion gears are formed by individually sintering, and then the polygonal inner peripheral portion of the first to fourth pinion gears is coupled to the polygonal coupling portion of the third to sixth worm wheels.
  • the cylindrical extension part extending to the upper part of the rotor and the cylindrical rotor worm gear are set in a vertical direction on the bottom surface of the lower housing, and the first and second power transmission axes are each in a horizontal direction perpendicular to the axis of the cylindrical rotor worm gear.
  • the first to fourth support shafts may be installed in a vertical direction perpendicular to the first and second power transmission shafts, respectively.
  • the upper housing may be provided with first and second grooves for accommodating the first and second gear trains and first to fourth pinion gear units.
  • both ends of the first and second power transmission shafts are rotatably supported by bearings, and the bearing housing in which the bearings are embedded is provided with a plurality of sets to suppress left and right displacement of the first and second power transmission shafts. Screws can be installed.
  • the first and second gear trains include first and second power transmission shafts disposed opposite to each other at 180-degree intervals on the outer periphery of the rotor worm gear; First and second worm wheels gear-coupled with the rotor worm gear at the middle portion of the first and second power transmission shafts; and first to fourth worm gears formed on one side and the other side of the first and second power transmission shafts, respectively.
  • first and second power transmission shafts include a pair of bearings installed in the first and second grooves of the upper housing to rotatably support both ends; a pair of bearing housings that accommodate and support the pair of bearings therein; a pair of set screw assemblies extending from rear ends of the pair of bearing housings; And it may further include a pair of set screws screwed to the set screw assembly so that the tip portion supports the end of the power transmission shaft.
  • the set screw can suppress axial displacement of the first and second power transmission shafts by pushing and fixing the first and second power transmission shafts to one side from the outside through a through hole for adjusting the set screw formed in the upper housing.
  • the drive motor includes a rotor rotatably coupled to the outer periphery of the cylindrical portion and including a rotor support body whose lower end is shaped like a cup; and a stator disposed on the bottom of the lower housing to rotate the rotor outside the rotor, wherein the swivel actuator is disposed between the cup-shaped lower end of the rotor support and the lower end of the hollow cylindrical portion.
  • the swivel actuator according to the present invention may further include a ring-shaped stopper inserted between the lower bearing and the upper bearing installed on the outer periphery of the hollow cylindrical portion to set the relative positions of the lower bearing and the upper bearing.
  • the cable for connecting the stator coil of the drive motor and the plurality of Hall sensors provided in the Hall sensor assembly to the motor drive circuit installed on the outside of the swivel actuator is connected to the central through hole provided in the center of the upper plate and the lower housing. It can be connected through the hollow cylindrical part of.
  • the rotary table includes a top plate on which a car seat is installed and a through hole in the center where the upper end of the hollow cylindrical portion of the lower housing is located; a side portion extending downward from the outside of the upper plate; and a ring gear integrally formed inside the side portion, wherein the first to fourth pinion gears of the first to fourth pinion gear units can be gear-coupled with the ring gear of the rotary table at 4 points. there is.
  • the present invention provides a power transmission structure that can minimize backlash through a gear train change structure that minimizes the number of combined gears by forming a worm wheel and a worm gear integrally at a distance from the power transmission shaft. .
  • the present invention reduces the overall size and secures space compared to a conventional gear train combining a plurality of spur gears, thereby increasing design freedom and reducing costs.
  • the BLDC drive motor is installed on the bottom of the housing, and the first and second gear trains, which are integrally formed with a worm wheel and worm gear at the top at intervals from the power transmission shaft, are arranged symmetrically inside the housing to prevent backlash. ) can be minimized and at the same time the vibration of the rotary table can be suppressed.
  • the BLDC drive motor is installed on the bottom of the housing, the worm wheels of the first and second gear trains are arranged symmetrically on the outer periphery of the cylindrical rotor worm gear of the drive motor, and 4 formed at both ends of the first and second gear trains.
  • a set screw is screwed to the set screw assembly extending from the rear end of the bearing housing to suppress left and right displacement in the bearing housing at both ends of the power transmission shaft, and a set screw for adjusting the set screw formed on the housing is added.
  • Axial displacement of the first and second power transmission shafts can be suppressed by pushing and fixing the first and second power transmission shafts to one side by tightening a set screw from the outside through a through hole.
  • the tolerance (gap) that occurs when engaging between gears between the worm gear of the gear train and the worm wheel of the pinion gear unit is eliminated, and as a result, the pinion gear unit Backlash can also be reduced to zero by eliminating the gap between the pinion gear and the ring gear of the driven animal (e.g., rotary table).
  • the pinion gear and worm wheel that form the pinion gear unit are formed as one piece by injection molding and then assembled on the support shaft.
  • the pinion gear and the worm wheel are formed by sintering each, and then the polygonal coupling portion of the worm wheel is inserted into the polygonal inner periphery of the pinion gear to form a pinion gear unit, thereby forming a pinion gear unit and the worm wheel connected to the ring gear.
  • Torsional force can be maximized.
  • the support shaft has a two-stage structure with a stopper flange at the lower end, so when it is installed on the bottom of the upper housing, when the pinion gear and worm wheel forming the pinion gear unit are rotated, the main force is radial ( It is applied in the radial direction, but if the force is received in the axial direction, it is possible to prevent the support axis from breaking away.
  • 1 to 3 are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2, respectively, of an internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figures 4 and 5 are a perspective view of the internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention with the rotary table separated, and a plan view of Figure 4 with the rotary table removed, respectively.
  • FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views taken along lines B-B to D-D of FIG. 5, respectively.
  • Figures 7 and 8 are respectively an exploded perspective view and a completely exploded perspective view of each module of the internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a perspective view with the upper part of the rotary table removed in the internal hollow swivel actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 10A to 10D are a top view of a pinion gear unit, a cross-sectional view taken along line E-E of FIG. 10A, a top view and cross-section of the pinion gear, and a top view and cross-section of a worm wheel according to a preferred embodiment of the present invention, respectively.
  • the swivel actuator according to the present invention is used with a rotary table to rotate the driven body, that is, the car seat for a vehicle, left and right.
  • a rotary table to rotate the driven body, that is, the car seat for a vehicle, left and right.
  • an internal hollow actuator that drives the driven body using a BLDC type drive motor as a power source is described below. The type swivel actuator is explained.
  • the motor is placed vertically at the bottom of the housing and the motor torque is increased by increasing the size in the radial direction.
  • the drive motor has a stator and rotor placed on the bottom of the housing, and uses an inner rotor type BLDC motor.
  • the actuator according to the prior art consists of a motor part made of a DC motor, a gear part, and a rotating part as separate parts, so there are many problems such as assembly tolerances and parts supply when assembling the actuator product into a main body.
  • the swivel actuator according to the present invention is composed of a drive motor, gear train, and rotating body in an integrated form, so it can achieve miniaturization and slimming while solving the problems of the prior art.
  • the internal hollow swivel actuator according to the present invention is made in the shape of a disk, and is hollow on the inside, with a through hole for cable extraction formed in the center, and a driven body and a driven body at the top of the rotating body (rotating table).
  • a plurality of coupling holes for example, four, are formed to connect, and the lower end of the fixing bolt passes through the coupling hole and is screwed to a stud nut fixed to the inner surface of the rotary table.
  • the internal hollow swivel actuator according to the present invention has a BLDC drive motor installed at the bottom of the housing, and the first and second gear trains, which are integrally formed with a worm wheel and worm gear at the top at intervals on the power transmission shaft, are symmetrical inside the housing. By arranging it, backlash can be minimized and vibration occurrence can be suppressed.
  • an annular stator is disposed at the bottom of a housing, and a rotor with a rotor worm gear integrally formed on the upper side is disposed inside the stator.
  • the first and second gear trains are coupled to the outer periphery of the rotor worm gear in a symmetrical structure, and the worm wheels of the power transmission shaft forming each of the first and second gear trains are gear-coupled to the outer periphery of the rotor worm gear, and both ends of the power transmission shaft
  • the four worm gears formed in are coupled to the worm wheels located at the bottom of each of the four pinion gear units, and the four pinion gears located at the top of the four pinion gear units are connected to the ring gear formed on the inside of the side part of the rotary table at four points. It is combined to drive the rotary table to rotate.
  • the swivel actuator according to the present invention increases torque by reducing the rotational output of the drive motor, and when transmitting the reduced output to the rotary table, the first and second gear trains are symmetrical to the rotor worm gear of the drive motor.
  • Backlash is achieved by combining them into a structure, forming a double worm structure at both ends of the first and second gear trains, and transmitting rotational force to the ring gear of the rotary table through four pinion gear units in the double worm. ) can be minimized, the vibration of the rotary table can be suppressed, and the breaking strength can be increased by increasing the brake torque.
  • the swivel actuator according to the present invention includes a BLDC type drive motor, a pair of gear trains to increase the torque by decelerating the rotational power of the drive motor and then transmitting it to the rotary table, and four pinnies each coupled to both ends of the pair of gear trains. It includes a rotary table that rotates with a ring gear coupled at four points by the rotation output of the on gear unit and four pinion gear units, and a driven body such as a car seat is coupled to the rotary table and rotates together with the rotary table. This comes true.
  • the drive motor, gear train, pinion gear unit, and rotary table can be integrated into the housing.
  • the internal hollow swivel actuator 200 includes a lower housing 10 with a central hollow cylindrical portion 11a protruding upward;
  • An upper housing (15) that is stacked and assembled on top of the lower housing and has a through hole (15c) in the center through which the hollow cylindrical portion (11a) protrudes upward;
  • a drive motor 100 disposed on the bottom of the lower housing 10 and having a rotor worm gear 35 integrally formed around the outer periphery of the extended portion of the rotor support 34 extending to the upper part of the rotor 30;
  • First and second gears are respectively disposed in the upper housing and coupled to the outer periphery of the rotor worm gear 35, and gear-coupled with the rotor worm gear 35 in the middle portion of the first and second power transmission shafts 71a and 71b.
  • the first to fourth pinion gears (82a-82d) of the first to fourth pinion gear units (80a-80d) are gear-coupled with the ring gear 24 integrally formed on the inside of the side portion to rotate. Includes a rotary table (20).
  • a drive motor 100 is installed inside the lower housing 10, and a hollow cylindrical portion 11a that serves as a support axis of the rotor 30 protrudes at the center.
  • the upper housing 15 is stacked and assembled on the upper part of the lower housing 10, and is fixed by fastening a plurality of fixing bolts or screws 17.
  • the upper housing 15 accommodates the first and second gear trains 70a and 70b and first to fourth pinion gears 82a to 82d, and a rotary table 20 rotates at the top of the upper housing 15. Possibly installed.
  • the drive motor 100 generates rotational power, and the first and second gear trains 70a and 70b receive the rotational power and convert it into torque by reducing the speed to generate the reduced rotational power with increased torque. Occurs.
  • first to fourth pinion gears (82a-82d) are installed in a vertical direction on the first to fourth worm gears (73a-73d) of the first and second gear trains (70a, 70b), respectively. After receiving the reduced rotational power with increased torque, it serves to transmit it to the ring gear 24 formed integrally with the rotary table 20.
  • the drive motor 100 may be configured as an inner rotor type in which the rotor 30 is disposed inside the stator 40, and is rotatable around the outer circumference of the hollow cylindrical portion 11a of the lower housing 10.
  • the rotor 30 is combined with the stator, which is disposed on the outside of the rotor 30 with an air gap and is disposed on the bottom of the lower housing 10 to generate a rotating magnetic field to rotate the rotor 30.
  • a rotor worm gear 35 is integrally formed on the outer circumference of the extended portion of the rotor support 34 extending to the upper part of the rotor 30, and is formed on the outer circumference of the hollow cylindrical portion 11a. It is rotatably coupled.
  • the magnet 31 disposed on the outer periphery of the back yoke 32 located on the inside of the rotor 30 is made of a plurality of divided magnet pieces of N and S poles, or a ring-shaped magnet with N and S poles.
  • a multi-pole split magnetized magnet can be used, and the back yoke 32 is installed on the back of the magnet 31 to form a magnetic circuit.
  • the rotor 30 is provided with a rotor support 34, and the rotor support 34 has a cupped lower end so as to rotatably support the rotor 30 on the outer periphery of a hollow cylindrical portion 11a serving as a support shaft. It is shaped to accommodate the first and second bearings 61 and 62 on the inside, and the back yoke 32 and magnet 31 are accommodated on the outside of the lower end.
  • the rotor support body 34 serves as a bearing housing in which the inner groove 34a provided on the inside of the lower end accommodates the first and second bearings 61 and 62, and is located on the outside of the rotor support body 34.
  • the formed outer groove (34b) serves as a support for accommodating the back yoke (32) and the magnet (31).
  • the rotor support body 34 extends upward through the through hole 15c of the upper housing 15, and the rotor worm gear 35 is integrally formed on the outer periphery of the cylindrical extension portion.
  • the first and second bearings 61 and 62 are stacked in series at the top and bottom between the rotor support 34 and the hollow cylindrical portion 11a and stably support the rotor 30.
  • the first and second bearings 61 and 62 stacked in series can maintain verticality and dimensional stability when the rotor 30 rotates.
  • the stator 40 includes a stator core 45 including a plurality of teeth 41 each having a "T" shape and a back yoke 42 interconnected with the plurality of teeth 41 to form a magnetic circuit; upper and lower insulators (44a, 44b) made of an insulating material integrally formed to surround an outer peripheral surface on which the coils (43) of each of the plurality of teeth are to be wound; and a coil 43 wound around the outer peripheral surface of the insulators 44a and 44b.
  • the insulators 44a and 44b may be integrally formed as a bobbin and stator support body surrounding the back yoke 42 along with a plurality of teeth 41.
  • the drive motor 100 may be configured as, for example, a BLDC motor with a 20 pole-18 slot structure.
  • the drive motor 100 winds the coil 43 in a three-phase structure of U, V, and W, and U, V, The other end of the W three-phase coil 43 may be connected in a star-connected manner.
  • the drive motor 100 for example, can be driven in a 6-step radio wave drive method using an inverter after receiving rotor position signals from two or three Hall sensors in the motor drive circuit. .
  • the first and second gear trains (70a, 70b) are hollow shapes that protrude upward through the through hole (15c) located in the center of the upper housing (15), which is stacked and assembled on top of the lower housing (10). It is disposed in first and second grooves 15a and 15b formed in opposing structures with the cylindrical portion 11a as the center.
  • the first and second gear trains (70a, 70b) include first and second power transmission shafts (71a, 71b) disposed opposite each other at 180-degree intervals on the outer periphery of the rotor worm gear (35), the first and First and second worm wheels (72a, 72b) geared to the rotor worm gear 35 in the middle portion of the second power transmission shafts (71a, 71b), and the first and second power transmission shafts (71a, 71b) ) and first to fourth worm gears 73a-73d formed on one side and the other, respectively.
  • the first and second power transmission shafts (71a, 71b) are rotatably supported at both ends by a pair of bearings (74a, 74b; 75a, 75b), and the first and second grooves (15a, 15b) has a groove shape that accommodates the first and second gear trains 70a and 70b and the first to fourth pinion gear units 80a-80d.
  • the first and second power transmission shafts (71a, 71b) of the bearing housing to suppress left and right displacement from occurring in the bearing housing that supports the two pairs of bearings (74a, 74b; 75a, 75b).
  • Set screws (76a-76d) were added to the rear ends, respectively, to limit left and right movement of the first and second power transmission shafts (71a, 71b).
  • the set screws (76a-76f) have male threads formed on the outer periphery of the body, and a groove in the shape of "-" or “+” that can accommodate the tip of the driver is formed at the rear end, and the tip is curved or flat. It can be done in the form
  • the set screws (76a-76d) form female threads in through-holes penetrating inward from the rear end of the bearing housing, and the set screws (76a-76d) are screwed together so that the distal ends of the four set screws (76a-76d) are Both ends of the first and second power transmission shafts 71a and 71b are coupled by pushing and compressing.
  • the set screws (76a-76d) are installed in all four bearing housings of the four bearings (74a, 74b, 75a, 75b) that rotatably support both ends of the first and second power transmission shafts (71a, 71b). It is preferable to install only one bearing housing on one side to support one end of the first and second power transmission shafts (71a, 71b) and push the first and second power transmission shafts (71a, 71b) in one direction to left and right. It is also possible to suppress the flow.
  • the set screws (76a-76d) may have ends that protrude in a spherical shape to minimize contact with the ends of the first and second power transmission shafts (71a, 71b), or may have ends that have a planar shape.
  • the shape of the tip of the set screws 76a-76d does not have a significant influence.
  • the first to fourth pinion gear units (80a-80d) are installed on first to fourth support shafts (83a-83d) whose lower ends penetrate the bottom of the upper housing (15), respectively.
  • Third to sixth worm wheels (81a-81d) geared to the first to fourth worm gears (73a-73d) are formed at the lower end of the fourth support shaft (83a-83d), and first to fourth pinnies are formed at the upper end.
  • gears 82a-82d are formed on gears 82a-82d.
  • the first to fourth pinion gear units (80a-80d) are first to fourth pinion gears (82a) formed integrally with the first to fourth support shafts (83a-83d) by injection molding using synthetic resin. -82d) and the third to sixth worm wheels (81a-81d) may be rotatably supported.
  • the first to fourth pinion gears (82a-82d) and the third to sixth worm wheels (81a-81d) connected to the ring gear (25) the first to fourth It is also possible to form the pinion gears (82a-82d) and the third to sixth worm wheels (81a-81d) by sintering and then assemble them for use.
  • the pinion gear 82 and the worm wheel 81 are formed by sintering, respectively, and then the polygonal outer peripheral portion of the worm wheel 81 is inserted into the polygonal inner peripheral portion of the pinion gear 82.
  • a pinion gear unit 80 can be formed.
  • the pinion gear 82 has a plurality of gears 824 extending radially from the annular body 822, and has a polygonal inner peripheral portion 820 in a hexagonal or octagonal shape at the center. It is formed.
  • the worm wheel 81 has a plurality of gears 814 extending radially from the annular body 818, and the central portion of the annular body 818 has a through hole to which a support shaft is coupled.
  • a hole 812 is formed, and the outer periphery of the coupling portion 810 extending upward from the annular body 818 has a hexagonal or octagonal shape to enable coupling to the polygonal inner peripheral portion 820 of the pinion gear 82. It is formed as a polygon.
  • the worm wheel 81 and pinion gear 82 sintered on the upper part of the support shaft are sequentially assembled and inserted into the annular groove formed at the upper end. It is possible to prevent the worm wheel 81 and pinion gear 82 from separating by combining a stopper such as a snap ring or stopper ring.
  • a twisting force is generated as the polygonal inner peripheral portion of the first to fourth pinion gears (82a-82d) connected to the ring gear 25 is coupled to the polygonal outer peripheral portion of the third to sixth worm wheels (81a-81d). It can be implemented to the maximum, so that the rotational force of the drive motor 100 can be effectively transmitted to the rotary table 20.
  • the first to fourth support shafts 83a-83d each have a two-stage structure with a stopper flange 84 formed at the lower end, and are installed penetrating the bottom of the upper housing 15.
  • a locking groove for the stopper flange 84 is formed in the through hole.
  • the first to fourth pinion gears (82a-82d) and the third to sixth worm wheels (81a-81d) forming the first to fourth pinion gear units (80a-80d) are rotationally driven.
  • the main force is received in the radial direction, but when the force is received in the axial direction, it is possible to prevent the first to fourth support axes 83a-83d from being separated.
  • the rotary table 20 includes a circular upper plate 21 and a side portion 23 extending downward from the outer periphery of the upper plate 21.
  • the upper plate 21 may be formed with a plurality of coupling holes penetrating therethrough for coupling with the driven main body (eg, electric seat) installed on the rotary table 20.
  • a motor drive assembly is installed on the outside of the swivel actuator 200 from the stator coil 43 of the drive motor 100 and a plurality of Hall sensors provided in the Hall sensor assembly 50.
  • a central through hole 25 is formed through which a cable for connection to the furnace passes.
  • the cable is introduced into the lower portion through the central through hole 25 provided in the center of the upper plate and the hollow cylindrical portion 11a of the lower housing 10, and then through the through hole formed in the bottom of the lower housing 10. It is connected to the stator coil 43 and the hall sensor assembly 50 through (19a).
  • the through hole (19a) is finished by assembling the through hole cover (19).
  • the motor driving circuit can also be built into the space formed in the lower part of the housing.
  • the upper end of the hollow cylindrical part 11a of the lower housing 10 is located in the central through hole 25, and the rotary table 20 is installed at the center of the inner peripheral surface of the upper plate 21 with the hollow cylindrical part 11a.
  • a third bearing 63 may be installed on the outer periphery to rotatably support it.
  • the outer ring of the third bearing 63 is supported on the bearing housing 26 protruding from the lower part of the rotary table 20, and the lower end of the inner ring of the third bearing 63 is at the upper end of the bearing support 64. It is supported on the hollow cylindrical portion 11a of the lower housing 10.
  • the hollow type swivel actuator 200 has a stopper insertion groove 11c formed at the upper end of the hollow cylindrical portion 11a, and the stopper insertion groove 11c prevents the rotation table 20 from being separated.
  • the stopper ring (13) is coupled to do so.
  • a ring gear 24 is integrally formed on the inside of the side portion 23 of the rotary table 20, and the ring gear 24 includes the first to fourth pinion gear units 80a-80d. To fourth pinion gears (82a-82d) are gear-coupled.
  • a ring-shaped oil seal 13 is inserted between the central through hole 25 and the hollow cylindrical portion 11a of the rotary table 20 to prevent oil leakage and foreign substances such as dust from penetrating inside. do.
  • the first and second worm wheels (72a, 72b) are disposed in the middle of each of the first and second power transmission shafts (71a, 71b), and the first to fourth worm wheels (72a, 72b) are installed at both ends at a distance from each other.
  • a power transmission structure that can minimize backlash is provided by a gear train change structure that minimizes the number of combined gears by forming worm gears (73a-73d) as one piece.
  • the present invention reduces the overall size and secures space compared to a conventional gear train combining a plurality of spur gears, thereby increasing design freedom and reducing costs.
  • the BLDC drive motor 100 is installed on the bottom of the lower housing 10, and the first and second worm wheels 72a and 72b are installed in the upper housing 15 assembled on the upper part of the lower housing 10.
  • the first to fourth worm gears (73a-73d) are formed integrally with the first and second power transmission shafts (71a, 71b) at intervals, and the upper housing (15) ) By placing them opposite each other at 180-degree intervals inside, backlash can be minimized and vibration can be suppressed.
  • the two first and second gear trains (70a, 70b) are evenly arranged and coupled to the rotor worm gear (35) of the drive motor (100) at 180-degree intervals to transmit the first and second power.
  • First to fourth worm gears (73a-73d) are integrally formed at both ends of the shafts (71a, 71b) to have a double worm structure, and four third worm gears (73a-73d) of the first to fourth pinion gear units (80a-80d) are integrally formed at both ends of the shafts (71a, 71b).
  • Gear coupling is performed at four points on the ring gear 24 using the to sixth worm wheels (81a-81d) and the first to fourth pinion gears (82a-82d).
  • a double worm structure is adopted at both ends of the first and second gear trains 70a and 70b, respectively, so that four worm gears 73a-73d and four pinion gear units 80a- By driving the rotary table 20 by combining 80d), breaking strength can be increased by increasing brake torque while minimizing backlash.
  • both ends of the first and second power transmission shafts 71a and 71b are rotatably supported by four bearings 74a, 74b, 75a, and 75b, respectively.
  • the four bearings (74a, 74b, 75a, 75b) are built into four bearing housings fixed to the first and second grooves (16a, 16b) formed on the bottom of the upper housing (15).
  • four set screws (76a-76d) were added to the rear ends of the four bearing housings to prevent left and right displacement of both ends of the first and second power transmission shafts (71a, 71b) from occurring in the bearing housing. .
  • the first to fourth worm gears 73a-73d of the first and second gear trains 70a and 70b and the first Eliminates the tolerance (gap) that occurs when engaging gears between the third to sixth worm wheels (81a-81d) of the first to fourth pinion gear units (80a-80d), and also eliminates the gap between the first to fourth pinion gear units (80a-80d).
  • Backlash is also reduced to zero by eliminating the gap between the first to fourth pinion gears (82a-82d) of (80a-80d) and the ring gear (24) of the rotary table (20). can do.
  • Compression between the set screws (76a-76d) and the first and second power transmission shafts (71a, 71b) as described above is performed by assembling the first and second power transmission shafts (71a, 71b) inside the upper housing (15). Then, by advancing the set screws (76a-76d) in one direction, the first and second power transmission shafts (71a, 71b) are pushed to change the left and right flow of the first and second power transmission shafts (71a, 71b). It can be suppressed.
  • the internal hollow swivel actuator 200 of the present invention first operates the BLDC drive motor 100 installed on the bottom of the lower housing 10, so that the rotor 30 rotates and the rotor support 34 of the rotor 30
  • the rotor worm gear 35 integrally formed on the upper side also rotates in the same direction.
  • the first and second worm wheels 72a of the first and second gear trains 70a and 70b are arranged at 180-degree intervals on the outer periphery of the rotor worm gear 35 and gear-coupled.
  • the first and second power transmission shafts 71a and 71b also rotate.
  • the first to fourth worm gears (73a-73d) formed on both sides of the first and second power transmission shafts (71a, 71b) are gear-coupled with the first to fourth pinion gear units (80a-80d). ) rotates the third to sixth worm wheels (81a-81d).
  • first to fourth pinion gears (82a-82d) located at the top of the first to fourth pinion gear units (80a-80d) are also rotated, and the first to fourth pinion gears (80a-80d) are also rotated.
  • 82a-82d) are gear-engaged with the ring gear 24 provided on the rotary table 20 at 90-degree intervals and rotate in the same direction.
  • the speed is reduced to 400:1 through the first and second gear trains 70a and 70b, so that the rotary table 20 rotates at a low speed of 2 rpm. is lowered, resulting in a large increase in torque.
  • the first and second gear trains (70a, 70b) are arranged in a symmetrical structure inside the upper housing (15), and each of the first and second gear trains (70a, 70b) has a double
  • backlash is minimized by combining four pinion gear units (80a-80d) with four worm gears (73a-73d) to drive the rotary table (20).
  • the breaking strength can be increased by increasing the brake torque.
  • both ends of the first and second power transmission shafts 71a and 71b are attached to a set screw assembly extending from the rear end of the bearing housing 78a-78d to suppress left and right displacement in the bearing housing.
  • Set screws (76a-76d) were added.
  • the set screw assembly is installed from the outside through a through hole for adjusting the set screw (not shown) formed on the wall of the upper housing 15.
  • the two set screws (76a-76d) are advanced in one direction to set the first and second set screws (76a-76d). 2
  • the left and right movement of the first and second power transmission shafts (71a, 71b) can be suppressed.
  • the swivel actuator according to the present invention can be applied to rotate together with the rotary table to rotate a driven object such as a car seat installed on the rotary table to the left and right.

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Abstract

본 발명은 링기어와 연결되는 피니온 기어와 웜휠의 비틀림 력을 최대로 구현할 수 있는 피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블 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 상부하우징; 하부하우징 내부에 로터의 상부로 연장된 원통형 연장부의 외주에 로터웜기어가 형성된 구동모터; 상부하우징 내부에 각각 로터웜기어의 외주에 결합되며, 제1 및 제2 동력전달축의 중간에 로터웜기어와 결합되는 제1 및 제2 웜휠과, 양측에 형성된 제1 내지 제4 웜기어를 구비한 제1 및 제2 기어트레인; 각각 제1 내지 제4 웜기어와 기어결합되는 제3 내지 제6 웜휠과 제1 내지 제4 피니온 기어가 형성된 제1 내지 제4 피니온 기어유닛; 및 제1 내지 제4 피니온 기어가 결합되는 링기어를 구비하고 회전이 이루어지는 회전 테이블;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피니온 기어유닛 및 이를 이용한 스위블 액추에이터
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.
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 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.

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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