KR101717513B1

KR101717513B1 - 모터를 구비한 감속장치

Info

Publication number: KR101717513B1
Application number: KR1020150038047A
Authority: KR
Inventors: 융-차이 추오; 포-정 황
Original assignee: 하이윈 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2017-03-17
Also published as: KR20160112385A

Abstract

본 발명은 모터를 구비한 감속장치에 관한 것으로, 본 발명의 모터를 구비한 감속장치는, 본체, 회전 브레이크 부재, 가요성 외접 기어 전동부재 및 내접 기어 전동부재를 포함하고, 회전 브레이크 부재는 회전축, 파동 발생기 및 모터를 구비하고, 회전축은 본체에 관통 설치되고, 타원륜은 회전축의 외주에 일체로 성형되고, 모터는 자성을 가진 모터 회전자를 구비하고, 모터 회전자는 회전축에 일체로 성형되고, 회전축, 타원륜 및 모터 회전자를 일체로 성형하는 설계를 통해, 회전축, 타원륜 및 모터 회전자가 안정적으로 회전할 수 있게 하여, 조립 공차 문제가 발생하여 출력 토크 및 장치 수명에 영향을 미치는 것을 줄인다.

Description

모터를 구비한 감속장치{MOTOR-INCORPORATING REDUCTION DRIVE}

본 발명은 모터를 구비한 감속장치에 관한 것으로, 특히 장착 시 비동축 회전할 가능성을 감소시켜, 비동축 회전이 출력 토크 및 장치 수명에 주는 영향을 감소시키는 모터를 구비한 감속장치에 관한 것이다.

과학기술의 발전에 따라, 현재 기술은 기계 자동화를 더욱더 중히 여겨, 인력 자원을 절약하고, 동시에 공업 및 인류에게 큰 편리성을 가져다준다. 일반적으로 기계 관련 영역의 응용에서 로봇, 로봇 암, 공작기계, 및 자동화 생산 설비 등은 모두 구동소자와 결합되어 축선 방향으로 회전하는 동력을 제공받는다. 구동소자는 감속장치 및 모터의 조합이고, 하모닉 기어 감속기는 일반적인 기어 전동 기구보다 운전 정밀도가 높고, 전동비가 크며, 중량이 가볍고, 부피가 작으며, 지지력(bearing capacity)이 큰 등의 장점을 가진다. 따라서, 하모닉 기어 감속장치는 자동화 기계 설비에 광범위하게 응용된다.

다음은 하모닉 기어 감속기 및 모터 조합의 두 가지 관련 응용으로서, 첫번째 종래 기술의 회전 전동축은 동축 방식으로 중공 모터축의 중공부를 관통하여 외부로 연신되고, 출력축 센서는 중공 모터축의 후단 개구가 뒤로 돌출된 회전 전달축의 후단부에 배치된다. 모터 회전자와 회전축이 분리 설치된 2개의 소자이므로, 결합에 있어 공차 문제가 발생하여, 모터 회전자와 회전축이 비동축심 회전하는 변이성을 발생시킨다. 그밖에, 입력 및 출력 각도 센서는 모두 모터 회전자의 말단에 설치되기에, 반드시 전체 부피를 확대해야 하므로 부피가 과대해지는 문제가 발생하게 된다.

다른 종래 기술의 회전축은 감속기 내부를 통하여 파동 발생기와 동축으로 장착되고, 각도 인코더는 회전축 상에 장착되며 각도 센서와 서로 대응되게 장착된다. 그러나 파동 발생기와 회전축은 독립적으로 결합된 2개의 소자이며, 서로 결합할 때 공차 문제가 발생할 수 있고, 비동축 회전의 변이성이 있으며, 그밖에 각도 인코더는 회전축 상에 장착되어, 입력된 회전 속도만 판독할 수 있다.

이 때문에, 상기의 종래 기술은 모두 각 소자와 회전축이 분리형 설계로서, 서로 결합할 때 공차 문제가 발생하게 되어, 비동축 회전의 변이성을 발생시키는 문제가 있다.

이를 감안하여, 본 발명의 목적은 종래 기술의 흠결을 개선하기 위해 회전축이 모터 회전자 및 파동 발생기와 일체로 성형되어 동축으로 설치되는 모터를 구비한 감속장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장치의 부피를 증가하지 않고 제1 검출 어셈블리와 제2 검출 어셈블리를 증설하여 입력단 및 출력단 회전축의 회전 각도를 검출하는 것이다.

상기 목적에 도달하기 위하여, 본 발명에 의해 제공되는 모터를 구비한 감속장치는 본체, 회전 브레이크 부재, 가요성 외접 기어 전동부재 및 내접 기어 전동부재를 포함하고, 상기 회전 브레이크 부재는 본체 내에 설치되고, 회전 브레이크 부재는 회전축, 파동 발생기 및 모터를 구비하고, 상기 회전축은 본체에 관통 설치되고, 회전축은 제1 단부 및 제1 단부의 반대측에 위치한 제2 단부가 있으며, 상기 파동 발생기는 타원륜을 포함하고, 상기 타원륜은 일체로 성형되어 회전축의 외주를 둘러싸게 설치되고 회전축의 제1 단부에 가깝고, 모터는 회전축을 둘러싸게 설치되고 회전축의 제2 단부에 가까운 모터 고정자 및 자성을 가진 모터 회전자를 포함하고 있으며, 상기 모터 회전자는 회전축에 일체로 성형되고 회전축의 제2 단부에 가깝고, 모터 회전자는 모터 고정자에 대칭된다. 이를 통해 상기 회전축, 파동 발생기 및 모터 회전자는 종래 기술에서 조립 시 발생하는 공차 문제를 감소시켜, 회전 토크 효과를 향상시킬 수 있다. 상기 가요성 외접 기어 전동부재는 타원륜 외주에 설치되고, 상기 타원륜은 가요성 외접 기어 전동부재를 움직여 작동시키고, 내접 기어 전동부재는 가요성 외접 기어 전동부재의 외주에 끼움 설치되고, 가요성 외접 기어 전동부재와 상기 내접 기어 전동부재는 부분적으로 치합된다. 이를 통해 회전 브레이크 부재는 가요성 외접 기어 전동부재를 움직여 회전시켜 내접 기어 전동부재와 합치되어 회전하게 하여, 감속 효과를 달성한다.

본 발명에 의해 제공되는 모터를 구비한 감속장치의 상세한 내용 및 특징에 관하여, 후술하는 구체적인 실시 형태에 대한 상세한 설명에서 설명한다. 그러나, 해당 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면, 이러한 상세한 설명 및 본 발명을 실시하기 위해 열거한 특정 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 청구범위를 한정하기 위한 것이 아님을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 감속장치의 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 2는 단면도로서 주로 본 발명의 바람직한 실시예의 감속장치의 입력단 센서 및 입력단 인코더의 배치 관계를 나타낸다.
도 3은 단면도로서 주로 본 발명의 바람직한 실시예의 감속장치가 로봇 암 하우징 내에 장착된 실시 형태를 나타낸다.
도 4는 단면도로서 주로 본 발명의 감속장치가 다른 로봇 암 하우징 내에 장착된 실시 형태를 나타낸다.

본 발명의 전술한 각항의 목적 및 기타 특징, 장점은 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구범위 및 각 도면을 통해 더 잘 이해할 수 있다.

도 1을 참고하면, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서, 본 발명의 모터를 구비한 감속장치는, 본체(10), 회전 브레이크 부재(20), 가요성 외접 기어 전동부재(30), 내접 기어 전동부재(40), 제1 검출 어셈블리(60), 롤러베어링(70) 및 제2 검출 어셈블리(80)를 포함하고 있다. 상기 회전 브레이크 부재(20)는 본체(10) 내에 설치되고, 회전 브레이크 부재(20)는 회전축(22), 파동 발생기(24) 및 모터(26)를 구비한다.

상기 회전축(22)은 본체(10)에 관통 설치되고, 회전축(22)은 제1 단부(222) 및 제1 단부(222)의 반대측에 위치하는 제2 단부(224)가 있고, 상기 파동 발생기(24)는 타원륜(242) 및 가요성 베어링(244)을 포함하고, 상기 타원륜(242)은 일체로 성형되어 회전축(22)의 외주를 둘러싸게 설치되며 회전축(22)의 제1 단부(222)에 가깝고, 가요성 베어링(244)은 타원륜(242)에 끼움 설치된다.

상기 모터(26)는 회전축(22)을 둘러싸게 설치되고 회전축(22)의 제2 단부(224)에 가까운 모터 고정자(260), 자성을 가진 모터 회전자(262) 및 모터 하우징(264)을 포함하고 있으며, 상기 모터 회전자(262)는 회전축(22)의 중간부에 일체로 성형되고 회전축(22)의 제2 단부(224)에 가깝고, 모터 회전자(262)는 모터 고정자(260)에 대응된다. 상기 모터 하우징(264)은 회전축(22)의 외부에 설치되고, 회전축(22)은 모터 하우징(264)에 대해 상대적으로 회전 가능하고, 모터 회전자(262)는 모터 하우징(264) 내에 위치한다.

회전축(22)에 의해 축방향 길이(226)가 정의되고, 상기 모터 회전자(262)에 의해 축방향 길이(268)가 정의되고, 상기 회전축(22)의 축방향 길이(226)와 모터 회전자(262)의 축방향 길이(268)의 비는 0.25 내지 0.4의 범위이다.

상기 가요성 외접 기어 전동부재(30)는 타원륜(242)에 끼움 설치되고 일단이 가요성 베어링(244)의 외륜에 접하고, 타원륜(242)은 가요성 베어링(244)의 내륜에 접한다. 상기 내접 기어 전동부재(40)는 강성(剛性) 재질이며, 또한 내접 기어 전동부재(40)는 가요성 외접 기어 전동부재(30)에 끼움 설치되고, 가요성 외접 기어 전동부재(30)와 내접 기어 전동부재(40)는 부분적으로 치합된다. 상기 가요성 외접 기어 전동부재(30)와 내접 기어 전동부재(40)는 동일한 모듈 값을 가지며, 가요성 외접 기어 전동부재(30)와 내접 기어 전동부재(40)의 잇수차는 2이다.

상기 타원륜(244)이 작동하면 장축단의 영역은 가요성 외접 기어 전동부재(30)의 일부 외치(外齒)와 내접 기어 전동부재(40)의 내치(內齒)가 완전히 치합되도록 밀어서, 외접 기어 전동부재(30)가 원주방향을 따라 회전 작동하게 한다.

상기 롤러 베어링(70)은 내륜(72) 및 외륜(74)을 포함하고 있으며, 상기 내륜(72)의 일단은 내접 기어 전동부재(40)에 접하고, 상기 내륜(72)의 다른 일단은 가요성 외접 기어 전동부재(30)에 접하고, 외륜(74)의 일단은 가요성 외접 기어 전동부재(30)에 연결된다.

상기 제1 검출 어셈블리(60)는 제1 인코더(62) 및 적어도 하나의 제1 센서(64)를 포함하고, 상기 제1 인코더(62)는 회전축(22)의 제2 단부(224)의 외주에 설치되고, 제1 센서(64)는 모터 하우징(264)의 말단(264a)에 설치되고, 상기 제1 센서(64)의 수량 총합은 짝수이며, 상기 제1 센서(64)는 모터 하우징(264)의 말단(264a)에 대칭적으로 둘러싸게 설치되고[도 2에 도시된 둘씩 서로 마주하게 설치한 4개의 제1 센서(64)를 참고], 상기 제1 센서(64)는 상기 제1 인코더(62)에 대응되고, 상기 제1 센서(64)는 회전축(22)의 각도 변위 및 회전 속도를 판독한다.

상기 제2 검출 어셈블리(80)는 제2 인코더(82) 및 상기 적어도 하나의 제2 센서(84)를 포함하고 있으며, 상기 적어도 하나의 제2 센서(84)는 모터 하우징(264)의 전단(264b)에 둘러싸게 설치되고, 상기 제2 인코더(82)는 롤러 베어링(70)의 외륜(74)의 일단에 설치되고, 제2 인코더(82)는 상기 제2 센서(84)에 대응되며, 상기 제2 센서(84)의 수량 총합은 짝수이고, 상기 제2 센서(84)는 대칭적으로 모터 하우징(264)의 전단(264b)에 대칭적으로 둘러싸게 설치되고[제2 센서(84)의 설치 방식은 제1 센서(64)의 설치 방식과 동일하므로, 중복하여 도시하지 않고, 이 부분에 대해서는 도 2의 내용을 참고하면, 제2 센서(84)의 배열 방식을 쉽게 유추할 수 있다], 상기 제2 센서(84)는 롤러 베어링(70)의 변위 각도 및 회전 속도를 판독한다.

그밖에, 도 3, 도 4를 참고하면, 본 발명은 로봇 암(100)에 장착될 수 있으며, 기계의 전선(110)이 본 발명의 감속장치(200)를 관통할 수 있게 하기 위해, 본 발명의 회전축(22) 축방향에 전선 구멍(228)을 관통 설치한다. 도면과 결합하면 알 수 있듯이, 로봇 암(100)의 전선(110)은 로봇 암(100)의 일단으로부터 회전축(22)의 전선 구멍(228)을 통해 로봇 암(100)의 다른 일단까지 관통한다.

종합하자면, 본 발명은 상기 회전축(22), 타원륜(242) 및 모터 회전자(26)가 일체로 성형된 구조를 통해, 이들을 서로 결합할 때 발생하는 공차 및 비동축 배치로 인해 발생하는 편심 회전 문제를 감소하여, 타원륜(242)이 고르게 안정적으로 가요성 외접 기어 전동부재(30)에 힘을 주게 하여, 가요성 외접 기어 전동부재(30)와 내접 기어 전동부재(40)가 확실히 치합되게 함으로써, 가요성 외접 기어 전동부재(30) 및 내접 기어 전동부재(40)의 사용 수명을 향상시키고, 본 발명의 전체적인 강성 발현을 향상시키고, 비동축 회전이 출력 토크 및 장치 수명에 주는 영향을 감소할 수 있다. 그밖에, 제2 검출 어셈블리(80)의 제2 인코더(82) 및 제1 검출 어셈블리(60)의 제2 인코더(62)는 각각 롤러 베어링(70)의 외륜(74) 및 회전축(22) 상에 설치되므로, 동시에 회전축(22) 및 롤러 베어링(70)의 회전 속도 및 각도를 정확히 검출할 수 있으며, 또한 별도로 부피를 증가하여 이러한 효과를 달성할 필요가 없다.

본 발명의 상술한 실시예에 공개된 구성 소자는 단지 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 기타 등가 소자에 의한 대체 또는 변화도 본 발명의 청구범위에 포함되어야 한다.

10: 본체
20: 회전 브레이크 부재
22: 회전축
222: 제1 단부
224: 제2 단부
226: 축방향 길이
228: 전선 구멍
24: 파동 발생기
242: 타원륜
244: 가요성 베어링
26: 모터
260: 모터 고정자
262: 모터 회전자
264: 모터 하우징
264a: 말단
264b: 전단
268: 축방향 길이
30: 가요성 외접 기어 전동부재
40: 내접 기어 전동부재
60: 제1 검출 어셈블리
62: 제1 인코더
64: 제1 센서
70: 롤러 베어링
72: 내륜
74: 외륜
80: 제2 검출 어셈블리
82: 제2 인코더
84: 제2 센서
100: 로봇 암
110: 전선
200: 감속장치

Claims

본체, 회전 브레이크 부재, 가요성 외접 기어 전동부재, 내접 기어 전동부재, 롤러 베어링, 출력 검출 어셈블리, 및 제1 검출 어셈블리를 포함하고,
상기 회전 브레이크 부재는 상기 본체 내에 설치되고, 회전축, 파동 발생기 및 모터를 구비하고, 상기 회전축은 상기 본체에 관통 설치되고, 상기 회전축은 제1 단부 및 상기 제1 단부의 반대측에 위치한 제2 단부가 있고, 상기 파동 발생기는 타원륜을 포함하고, 상기 타원륜은 일체로 성형되어 상기 회전축의 외주를 둘러싸게 설치되고 상기 회전축의 제1 단부에 가깝고, 상기 모터는 회전축을 둘러싸게 설치되고 상기 회전축의 제2 단부에 가까운 모터 고정자, 자성(磁性)을 가진 모터 회전자, 및 모터 하우징을 포함하고 있으며, 상기 모터 회전자는 상기 회전축에 일체로 성형되고 상기 모터 회전자는 상기 모터 고정자에 대응하게 설치되며, 상기 모터 하우징은 상기 회전축의 외부에 설치되고, 상기 회전축은 상기 모터 하우징에 대해 상대적으로 회전 가능하며, 상기 모터 회전자는 상기 모터 하우징 내에 위치하고, 상기 제1 검출 어셈블리는 제1 인코더 및 적어도 하나의 제1 센서를 포함하고, 상기 제1 인코더는 상기 회전축의 제2 단부의 외주에 설치되고, 상기 적어도 하나의 제1 센서는 상기 모터 하우징의 말단(末端)에 설치되고, 상기 적어도 하나의 제1 센서는 상기 제1 인코더에 대응되며, 상기 적어도 하나의 제1 센서는 상기 회전축의 회전 각도 변위를 판독하고;
상기 가요성 외접 기어 전동부재는 타원륜의 외주에 끼움 설치되고, 상기 타원륜은 가요성 외접 기어 전동부재를 움직여 작동시키며;
상기 내접 기어 전동부재는 상기 가요성 외접 기어 전동부재의 외주에 끼움 설치되고, 상기 가요성 외접 기어 전동부재와 상기 내접 기어 전동부재는 부분적으로 치합되고,
상기 롤러 베어링은 상기 가요성 외접 기어 전동부재의 외주에 끼움 설치되고, 상기 가요성 외접 기어 전동부재는 상기 롤러 베어링을 연동하고, 또한 상기 롤러 베어링은 내륜 및 외륜을 포함하고 있으며, 상기 내륜의 일단은 상기 내접 기어 전동부재에 접하고, 상기 내륜의 다른 일단은 상기 가요성 외접 기어 전동부재에 접하고, 상기 외륜의 일단은 상기 가요성 외접 기어 전동부재에 연결되고;
상기 출력 검출 어셈블리는 제2 인코더 및 적어도 하나의 제2 센서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 센서는 상기 모터 하우징의 전단(前端)에 설치되고, 상기 제2 인코더는 상기 외륜과 가요성 외접 기어 전동부재에 연결되는 단부와 반대인 단부(端部)에 설치되며, 상기 제2 인코더는 상기 롤러 베어링 상에 설치되고, 상기 제2 인코더는 상기 적어도 하나의 제2 센서에 대응되는
것을 특징으로 하는 모터를 구비한 감속장치.
제1항에 있어서,
상기 회전축과 모터 회전자에 의해 각각 축방향 길이가 정의되고, 상기 자성을 가진 모터 회전자의 축방향 길이와 상기 회전축의 축방향 길이의 비는 0.25 내지 0.4의 범위인 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 감속장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 센서의 수량 총합은 짝수이며, 상기 제1 센서는 상기 모터 하우징의 말단에 대칭적으로 둘러싸게 설치되는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 감속장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 센서의 수량 총합은 짝수이며, 상기 제2 센서는 모터 하우징의 전단에 대칭적으로 둘러싸게 설치되는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 감속장치.
제1항에 있어서,
상기 회전축에 축방향으로 전선 구멍이 관통되는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 감속장치.
제1항에 있어서,
상기 가요성 외접 기어 전동부재와 상기 내접 기어 전동부재는 동일한 모듈 값을 가지며, 상기 가요성 외접 기어 전동부재와 상기 내접 기어 전동부재의 잇수차는 2인 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 감속장치.
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