KR101908843B1

KR101908843B1 - 2단 사이클로이드 감속기

Info

Publication number: KR101908843B1
Application number: KR1020170023763A
Authority: KR
Inventors: 심재경; 조희환; 이재문; 윤춘식; 정주일
Original assignee: 영신정공주식회사
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: KR20180097083A

Abstract

본 발명은 사이클로이드 회전체와, 상기 사이클로이드 회전체의 공전을 안내하는 고정체를 포함하는 사이클로이드 감속기에 관한 것으로, 감속기 본체에 지지되어 상기 사이클로이드 회전체에 회전력을 전달하고, 회전하는 회전중심과 편심된 편심부를 갖는 입력축;을 포함하되, 상기 사이클로이드 회전체는, 편심된 상기 입력축의 회전에 따라 상기 고정체와 맞물려 공전되는 아우터회전체와, 외측은 상기 아우터회전체와 결합되고 내측은 상기 입력축과 결합되어 사이클로이드 맞물림에 의해 감속되는 인너회전체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명에 따르면, 비교적 소형으로 작은 구동토크를 필요로 하며 큰 감속비를 얻을 수 있고, 백래쉬를 개선할 수 있는 2단 사이클로이드 감소기를 제공할 수 있다.

Description

2단 사이클로이드 감속기 {2 Step Cycloid Reducer}

본 발명은 2단 사이클로이드 감속기에 관한 것으로, 특히 작은 구동토크를 요하면서 감속비를 증대시켜 효율을 향상시킬 수 있도록 구조를 개선한 2단 사이클로이드 감속기와 관련된 것이다.

감속기라는 동력장치에서 입력되는 고속의 회전력을 소정 비율로 감속하여 저속의 회전력으로 출력되도록 하고, 사용하고자 하는 용도에 따라, 다양한 형태, 감속비를 갖는다.

감속기는 감속방식에 따라 조화 감속기, 유성 감속기, 사이클로이드 감속기, RV 감속기 등으로 구분된다.

여기서, 이러한 사이클로이드 감속기는 입력축, 사이클로이드 디스크인 외치기어, 상기 외치기어와 치합하는 구름핀을 갖는 내치기어, 편심축, 그리고 출력축을 포함하여 구성된다.

한편 최근에는 기존 감속시스템 대비 고감속, 초정밀, 초소형 등 특정 용도에 부합하는 특화형 감속기 개발을 하고 있다.

이 사이클로이드 감속기의 경우, 구동 토오크가 다른 감속기에 비하여 상대적으로 크고, 백래쉬가 작아서 안정적인 구동성을 가진다는 이점이 있다. 또한, 사이클로이드 감속기(cycloid reducer) 감속기는 작은 부피에도 큰 토크의 전달이 가능하고 감속비가 크며 구름 마찰로 효율이 높기 때문에 각종 기계장치에서 감속기구로 사용되어 그 적용처가 확대되고 있다.

한편, 사이클로이드 감속기는 치 맞물림율을 개선하기 위한 방편으로, 내치와 외치 사이에 핀을 개재함으로써, 조립 공정이 복잡하고 부품수가 증가하게 되는 단점이 있다. 또한, 사이클로이드 감속기는 입력축과 클랭크축 각각에 장착되며 상호 맞물리는 기어 간의 기어비와, 핀기어와 편심기어 사이의 상대운동에 따른 기어비의 곱으로 감속비를 결정하는 구조를 가지므로, 주어진 크기 상의 제약 조건 하에서 감속비를 높이는데 한계가 있다.

[선행문헌]

공개특허공보 10-2015-0012043호 (2015.02.03. 공개)

공개특허공보 10-2016-0136814호 (2016.11.30. 공개)

본 발명의 목적은, 비교적 소형으로 작은 구동토크를 필요로 하며 큰 감속비를 얻을 수 있는 2단 사이클로이드 감속기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 백래쉬를 개선할 수 있는 2단 사이클로이드 감소기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 비교적 구조가 간단하면서 효율이 향상된 2단 사이클로이드 감속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 사이클로이드 회전체와, 상기 사이클로이드 회전체의 공전을 안내하는 고정체를 포함하는 사이클로이드 감속기에 있어서, 감속기 본체에 지지되어 상기 사이클로이드 회전체에 회전력을 전달하고, 회전하는 회전중심과 편심된 편심부를 갖는 입력축;을 포함하되, 상기 사이클로이드 회전체는, 편심된 상기 입력축의 회전에 따라 상기 고정체와 맞물려 공전되는 아우터회전체와, 외측은 상기 아우터회전체와 결합되고 내측은 상기 입력축과 결합되어 사이클로이드 맞물림에 의해 감속되는 인너회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기에 의해서 달성된다.

또한, 상기 인너회전체는, 상기 편심부를 중심으로 방사상 등간격으로 상기 입력축과 평행하게 배치되는 다수의 인너롤러와, 상기 감속기 본체에 결합되어 상기 인너롤러를 회전 가능하게 지지하는 인너리테이너와, 내측에 사이클로이드치형을 구비하여 상기 인너롤러와 맞물려 공전하는 인너기어;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인너롤러의 직경은 3mm를 포함하며, 상기 인너리테이너가 인너롤러를 지지하는 부분의 두께는 1.3mm를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아우터회전체는. 상기 인너회전체를 중심으로 방사상 등간격으로 상기 입력축과 평행하게 배치되는 다수의 아우터롤러와, 일측은 상기 감속기 본체에 회전 가능하게 지지하고 타측은 상기 아우터롤러를 회전 가능하게 지지하며 상기 입력축의 회전력이 출력되는 아우터리테이너를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아우터롤러의 외경은 3mm 또는 4mm를 포함하며, 상기 아우터리테이너가 상기 아우터롤러를 지지하는 부분의 두께는 2mm 또는 1.3mm를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감속기 본체는 자동차용 가변 밸브 타이밍 조절을 위해 캠축을 구동을 하는 가변 밸브 타이밍 장치에 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 비교적 소형으로 작은 구동토크를 필요로 하며 큰 감속비를 얻을 수 있고, 백래쉬를 개선할 수 있는 2단 사이클로이드 감소기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 비교적 구조가 간단하면서 효율이 향상된 2단 사이클로이드 감속기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 단면도,
도 2는 도 1의 분해 사시도,
도 3a 및 도 3d는 본 발명에 따른 작동 과정을 설명하기 위한 개념도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 2단 사이클로이드 감속기(100, 이하에서 ‘사이클로이드 감속기’라 함)에 대하여 도 1 내지 도 4b를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사이클로이드 감속기의 단면도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3a 및 도 3d는 본 발명에 따른 작동 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 사이클로이드 감속기(100)는, 도 1 및 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 사이클로이드 회전체(130, 150)와, 상기 사이클로이드 회전체(130, 150)의 공전을 안내하는 고정체(170)을 포함하며, 는 사이클로이드 감속기에 있어서, 감속기 본체(110)에 지지되어 상기 사이클로이드 회전체(130, 150)에 회전력을 전달하고, 회전하는 중심축선(C)과 편심된 편심부(미도시, 도면의 ‘e’ 참조)를 갖는 입력축(120);을 포함하되, 상기 사이클로이드 회전체(130, 150)는, 편심된 상기 입력축(120)의 회전에 따라 상기 고정체(170)와 맞물려 공전되는 아우터회전체(150)와, 외측은 상기 아우터회전체(150)와 결합되고 내측은 상기 입력축(120)과 결합되어 사이클로이드 맞물림에 의해 감속되는 인너회전체(130)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 구동모터(113)는 외부에서 인가되는 전원에 의하여 회전력을 발생시키는 고정자(미도시)와 회전자(미도시)를 구비하여 감속기 본체(110)에 결합된다.

상기 인너회전체(130)는, 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 편심부를 중심으로 방사상 등간격으로 상기 입력축(120)과 평행하게 배치되는 다수의 인너롤러(133)와, 상기 감속기 본체(110)에 결합되어 상기 인너롤러(133)를 회전 가능하게 지지하는 인너리테이너(135)와, 내측에 사이클로이드 치형을 구비하여 상기 인너롤러(133)와 맞물려 공전하는 인너기어(137);를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 인너회전체(130)는 인너기어(137)를 고정하기 위한 용도로 인너리테이너(135)와 인너기어(137) 사이에 인너베어링(139)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 인너베어링(139)의 내경에 인너리테이너(135)에 압입된 후 외경에 인너기어(137)를 압입하여 조립하는 것이 바람직하다.

상기 아우터회전체(150)는. 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 인너회전체(130)를 중심으로 방사상 등간격으로 상기 입력축(120)과 평행하게 배치되는 다수의 아우터롤러(153)와, 일측은 상기 감속기 본체(110)에 회전 가능하게 지지하고 타측은 상기 아우터롤러(153)를 회전 가능하게 지지하며 상기 입력축(120)의 회전력이 출력되는 아우터리테이너(155)를 구비하는 것이 바람직하다.

사이클로이드 감속기(100)는, 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 아우터회전체(150)를 외측에서 회전 가능하게 고정체(170)에 결합된 제3 베어링(195)을 고정 결합시키도록 고정체(170)에 결합되는 커버(171)와, 감속기 본체(110)과 인너회전체(130) 및 커버(171)를 결합하는 체결볼트(180)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

인너리테이너(135)는, 중앙 내측이 관통되어 입력축(120)이 결합되고 입력축(120)과 평행한 중공의 원통 형상의 인너리테이너스커트(135b)와, 인너리테이너스커트(135b)에 입력축(120)과 평행하게 방사상 등간격으로 중심축선(C)의 길이방향으로 관통되어 원통 막대 형상의 인너롤러(133)를 지지하는 인너롤러지지홈(135a)과, 다수의 인너롤러(133)와 맞물리는 사이클로이드 치형인 인너치형(137a)을 가지고 공전하는 인너롤러(133)와, 인너리테이너스커트(135b)의 단부에서 중심축선(C)의 반경 외측 방향으로 연장되어 감속기 결합되는 인터리테이너플랜지(135c)를 구비하는 것이 바람직하다.

아우터리테이너(155)는, 외측에 고정체(170)에 대하여 회전 가능하게 제3 베어링(195)에 의해 지지되어 입력축(120)과 평행한 중공의 원통 형상의 아우터리테이너스커트(155b)와, 아우터리테이너스커트(155b)에 입력축(120)과 평행하게 방사상 등간격으로 중심축선(C)의 길이방향으로 관통되어 원통 막대 형상의 아우터롤러(153)를 지지하는 아우터롤러지지홈(155a)과, 아우터리테이너스커트(155b)의 단부로부터 내측으로 연장되어 중앙에 관통홀(미도시)을 갖는 아우터리테이너플랜지(155c)와, 입력축(120)의 대향되는 측에 마련되어 아우터리테이너플랜지(155c)의 중앙 내측으로 중심축선(C)과 평행하게 연장되어 최종적으로 감속되어 출력되어 회전력이 전달되는 상대축이 결합되도록 관통 형성되어 있는 출력축(155d)을 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 출력축(155d)는 중앙에 관통되어 있으나 필요에 따라 다양한 형태로 아우터리테이너플랜지(155c)와 결합될 수 있고 아우터리테이터플랜지(155c) 자체가 출력축이 될 수도 있다.

한편, 제2 베어링(193)은 내측은 출력축(155d)에 외측은 입력축(120)에 각각 회전 가능하게 지지되며, 제1 베어링(191)은 단부에 단이 형성된 출력축(155d)에 외측은 입력축(120)에 각각 회전 가능하게 지지되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 사이클로이드 감속기(100)의 작동 과정을 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 입력축(120)은 단부인 인너롤러(133)가 결합되는 부분에 구동모터(113)의 중심회전축의 중심축선(C)과 편심된 편심부(미도시)를 구비하고 있으며 이러한 편심부의 정도인 편심량(도 4a 및 도 4b의 ‘e’ 참조, 여기서, C는 구동모터(113)의 중심축선(C)이고, Cshaft는 구동모터와 결합된 펀심된 입력축의 중심을 의미한다)은 일예로 0.5mm( = C Cshaft)이다.

편심 회전하는 입력축(120)의 회전에 따라 입력축(120)과 접촉된 인너롤러(133)가 밀려나면서 인너기어(137)의 사이클로이드 치형을 갖는 인너치형(137a)에 맞물리면서 인너기어(137)는 공전을 한다. 이러한 사이클로이드 치형과 인너롤러(133)의 개수 등에 의하여 회전하면서 1단 감속이 발생한다.

편심된 입력축(120)의 회전에 따라 공전하는 인너기어(137)도 입력축(120)의 편심량만큼인 예를 들면 0.5mm 편심되면서 회전하게 된다.

마찬가지로, 인너기어(137)가 회전하면서 인너기어(137)와 접촉된 아우터롤러(153)가 밀려나면서 고정체(170)의 사이클로이드 치형을 갖는 고정치형(170a)에 맞물리면서 아우터리테이너스커트(155b)는 공전하고 아우터리테이너스커트(155b)와 일체인 아우터리테이너플랜지(155c) 및 출력축(155d)이 공전하여 회전하게 되면서 2차 감속이 이루어진다.

이에, 출력축(155d) 내측에 결합된 상대축으로 감속된 속도와 구동 토크가 전달되게 된다.

이와 같이 본 발명의 사이클로이드 감속기(100)가 회전하는 상태를 개략적으로 도시한 것이 도 3a 내지 도 3d이며 도 3a는 회전하기 전의 상태(0 회전), 도 3b 내지 도 3d는 입력축(120)이 도 3a를 기준으로 각각 1/4회전(90도)한 상태를 도시한 것이다.

즉, 내측의 도 3a의 기준점에서 입력축(120)의 기준점(도 3a 내지 도 3d의 ‘C’ 참조)이 반시계방향으로 도 3b의 90도 도 3c의 180도 도 3d의 270도 회전하면 고정체(170)는 기준점(도 3a 내지 도 3d의 ‘A’ 참조)에서 움직이지 않는다. 반면에, 인너기어(137)는 도 3a의 기준점(도 3a 내지 도 3d의 ‘B’ 참조)에서 도 3b 내지 도 3d를 따라 각도 B90, B180 및 B270만큼 회전하면서 감속한다.

한편, 인너리테이너(135)는 기준점(도 3a 내지 도 3d의 ‘D1’ 참조)에 고정되어 있으며, 출력축이 되는 아우터리테이너(155)는 기준점(도 3a 내지 도 3d의 ‘D2’ 참조)에서 시계방향으로 감속되어 회전하고 후술하는 바와 같은 감속비를 가지게 된다.

이에 본 발명에 따르면, 이러한 비교적 간단한 구조를 가지며, 1단 사이클로이드 감속기에 비하여 높은 감속비를 얻을 수 있고, 작은 구동 토크가 요구되어 효율이 높으며, 사이클로이드 치형의 장점인 백래쉬를 절감할 수 있다는 효과를 배가시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 4a 및 도 4b와 같은 사이클로이드 감속기(100, 200)의 일예를 들면, 입력축(120)은 동일하고 인너롤러(133, 233)의 직경, 아우터롤러(153, 253)의 직경, 인너리테이너스커트(135b, 235b)의 두께 (개수), 아우터리테이너스커트(155b, 255b)의 두께 (개수) 및 감속비가 다음과 같음을 알 수 있었다.

구분	도 4a	도 4b	비고
인너롤러 (133, 233) 직경 (개수)	3mm (9 개)	3mm (11개)
인너리테이너스커트 (135b, 235b) 두께	1.3mm	1.3mm
아우터롤러 (153, 253) 직경 (개수)	4mm (12개)	3mm (20개)
아우터리테이너스커트 (155b, 255b) 두께	2	1.3
감속비	120 : 1	240 : 1

여기서, 본 발명에 따른 상기 [표 1] 및 도 4a와 도 4b를 참조하여 각 경우의 감속비를 계산하여 보면 다음과 같다.

상기의 표 내지 도 4a의 경우 감속비는 (N1 + 1) * N2 = Nt1 * (Nt2-1)로 계산되어 (10+1) * 12 = 10 * (13-1) = 120 로 계산되고, 도 4b의 경우 감속비는 (11+1) * 20 = 12 * (21-1) = 240 으로 각각 계산된다.

(여기서, N1은 인너회전체의 롤러 수, N2 : 아우터회전체의 롤러 수, Nt1 : 인너회전체 이빨 수, Nt2 : 아우터회전체 이빨 수 임)

이와 같은 본 발명에 따른 사이클로이드 감속기(100)는 일예를 들면, 미도시된자동차용 VVT(Variable Valve Timing) 장치에 사용되어 구동모터(113)의 회전력을 캠축의 회전으로 효과적이면서 효율적으로 전달시킬 수 있고 필요한 구동 토크도 절감될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

이에, 본 발명에 따르면, 비교적 소형으로 작은 구동토크를 필요로 하며 큰 감속비를 얻을 수 있고, 백래쉬를 개선할 수 있는 2단 사이클로이드 감소기를 제공할 수 있다.

여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

100 : 사이클로이드 감속기 110 : 감속기 본체
113 : 구동모터 120 : 입력축
130, 150 : 사이클로이드 회전체
130 : 인너회전체 133 : 인너롤러
135 : 인너리테이너 135a : 인너롤러지지홈
135b : 인너리테이너스커트 135c : 인너리테이너플랜지
137 : 인너기어 137a : 인너치형
139 : 인너기어베어링
150 : 아우터회전체 153 : 아우터롤러
155 : 아우터리테이너 155a : 아우터롤러지홈
155b : 아우터리테이너스커트 155c : 아우터리테이너플랜지
155d : 출력축
170 : 고정체 170a : 고정치형
171 : 커버 180 : 체결볼트
191 : 제1베어링 193 : 제2베어링
195 : 제3베어링
C : 중심축선 e : 편심량

Claims

사이클로이드 회전체와, 상기 사이클로이드 회전체의 공전을 안내하는 고정체를 포함하는 사이클로이드 감속기에 있어서,
감속기 본체에 지지되어 상기 사이클로이드 회전체에 회전력을 전달하고, 회전하는 회전중심과 편심된 편심부를 갖는 입력축;을 포함하되,
상기 사이클로이드 회전체는, 편심된 상기 입력축의 회전에 따라 상기 고정체와 맞물려 공전되는 아우터회전체와, 외측은 상기 아우터회전체와 결합되고 내측은 상기 입력축과 결합되어 사이클로이드 맞물림에 의해 감속되는 인너회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제1항에 있어서,
상기 인너회전체는,
상기 편심부를 중심으로 방사상 등간격으로 상기 입력축과 평행하게 배치되는 다수의 인너롤러와, 상기 감속기 본체에 결합되어 상기 인너롤러를 회전 가능하게 지지하는 인너리테이너와, 내측에 사이클로이드치형을 구비하여 상기 인너롤러와 맞물려 공전하는 인너기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제2항에 있어서,
상기 인너회전체는
상기 인너리테이너와 상기 인너기어 사이에 결합되는 인너베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제2항에 있어서,
상기 인너롤러의 직경은 3mm를 포함하며,
상기 인너리테이너가 인너롤러를 지지하는 부분의 두께는 1.3mm를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제2항에 있어서,
상기 아우터회전체는,
상기 인너회전체를 중심으로 방사상 등간격으로 상기 입력축과 평행하게 배치되는 다수의 아우터롤러와, 일측은 상기 감속기 본체에 회전 가능하게 지지하고 타측은 상기 아우터롤러를 회전 가능하게 지지하며 상기 입력축의 회전력이 출력되는 아우터리테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제5항에 있어서,
상기 아우터롤러의 외경은 3mm 또는 4mm를 포함하며,
상기 아우터리테이너가 상기 아우터롤러를 지지하는 부분의 두께는 2mm 또는 1.3mm를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제5항에 있어서,
상기 인너롤러는 9개를 포함하고, 상기 아우터롤러는 12를 포함하고,
이 경우의 감속비는 120 : 1인 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제5항에 있어서,
상기 인너롤러는 11개를 포함하고, 상기 아우터롤러는 20개를 포함하고,
이 경우의 감속비는 240 : 1인 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
제1항에 있어서,
상기 감속기 본체는 자동차용 가변 밸브 타이밍 조절을 위해 캠축을 구동을 하는 가변 밸브 타이밍 장치에 결합되는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.