KR20120013172A

KR20120013172A - 전원 자동차단 기능을 갖는 자기제어식 로봇암 관절 모터

Info

Publication number: KR20120013172A
Application number: KR1020100111024A
Authority: KR
Inventors: 리앙이 쉬; 포쿵 왕; 미칭 챠이; 밍양 쳉; 치엔친 후앙; 칭시옹 챠이; 홍쳉 쉐우
Original assignee: 델타 일렉트로닉스 아이엔시.
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-02-14
Also published as: KR101133718B1; US20120032545A1; US8598757B2; TWI413347B; TW201208238A

Abstract

본 발명은 전원 자동차단 기능을 갖는 자기제어식 로봇암 관절 모터에 관한 것으로서, 주로, 내층 고정자, 내층 가동자, 외층 가동자, 외층 고정자 및 고정축을 포함한다. 상기 내층 가동자, 상기 외층 가동자 및 상기 외층 고정자는 각각 복수개의 영구자석을 가지며, 상기 내층 고정자, 상기 내층 가동자, 상기 외층 가동자 및 상기 외층 고정자는 상기 고정축에 의해 동시에 천설(穿設)됨과 동시에 동축에 배치된다. 상기 내층 가동자는 상기 모터가 동력을 출력하도록 상기 내층 고정자에 대해 회동한다. 이에 의해 상기 외층 가동자와 상기 외층 고정자의 상기 복수개의 영구자석이 서로 흡입하는 코깅효과를 이용하여, 전원 오프 시, 상기 모터가 고코깅토크 상태에 있도록 자동 전환함으로써, 상기 내층 가동자의 회전상태를 잠그도록 큰 차단력을 발생한다.

Description

전원 자동차단 기능을 갖는 자기제어식 로봇암 관절 모터{SELF-CONTROL TYPE ROBOT ARM JOINT MOTOR HAVING AUTO POWER-OFF FUNCTION}

본 발명은 로봇암 관절 모터에 관한 것으로서, 특히 전원 자동차단 기능을 갖는 자기제어식 로봇암 관절 모터에 관한 것이다.

1984년 ISO/TC184/SC2/WG1는 로봇에 대해 다음과 같이 정의하였다. "로봇은 프로그램 가능한 기계로서, 자동제어를 통해 조작 또는 이동동작을 포함하는 과제를 실행한다." 일반 산업용 로봇은 모두 조작기(manipulator) 및 메모리 장치를 가지며, 메모리 장치는 순서변경 가능한 제어장치 또는 순서가 고정된 제어장치가 있다. 이와 같이, 로봇은 메모리 장치를 통해 신호를 발송하므로써, 로봇의 조작기가 각종 이동, 회전, 또는 신축 등의 관련 동작을 실시하도록 한다. 그 외, 1994년, ISO 8373 "산업용 로봇조작용어"에서는 로봇은 조작기, 액츄에이터, 소프트 및 하드 제어시스템을 구비해야 한다고 설명되어 있다.

로봇의 핵심 기술의 개발은 줄곧 유럽, 미국, 일본 등 선직국의 중요한 발전방향이었다. 과거에, 로봇은 주로 산업용 로봇과 기기화 제어시스템에서 발전 되어 왔으며, 근년, 스마트화 및 다양화를 향해 발전하고 있다. 전통적인 로봇의 구동기구는 모두 모터를 위주로 하고 있으나, 현재는 스테핑 모터, 감속기와 모터의 결합, 및 고토크 브러시러시 모터의 3가지가 있다.

스테핑 모터의 종류는 그 구조에 따라, 영구자석형(permanent magnet, PM), 가변 릴럭턴스형(variable reluctance, VR) 및 복합형(hybrid)의 3가지로 구분된다. 영구자석형 스테핑 모터의 회전체는 영구자석으로 만들어지며, 권선이 여기되지 않을 때, 회전체 자체가 자성(磁性)을 가지기 때문에 토크를 유지할 수 있다. 가변 릴럭턴스형 스테핑 모터의 회전체는 고전도성 자기재료로 제조되며, 고정자 권선이 발생하는 흡인력을 이용하여 회전체를 회전시키기 때문에, 권선이 여기되지 않았을 경우에는 토크를 유지할 수 없다. 회전체는 설계에 의해 효율을 높일 수 있기 때문에 가변 릴럭턴스형 스테핑 모터는 비교적 큰 토크를 제공할 수 있다. 가변 릴럭턴스형 스테핑 모터의 스텝 각도는 일반적으로 15도이며, 보통 비교적 큰 토크와 정확한 위치결정을 요구하는 공작기계에 사용된다. 복합형 스테핑 모터는, 구조상 회전체의 둘레에 복수개의 톱니형상의 돌출 전극이 설치되며, 동시에, 그 축방향으로도 영구자석을 장착되어 있기 때문에 영구자석형과 가변 릴럭턴스형의 복합체로 볼수 있으며, 따라서 복합형 스테핑 모터라고 한다. 복합형 스테핑 모터는 영구자석형 스테핑 모터와 가변 릴럭턴스형 스테핑 모터의 두가지 장점을 모두 구비하므로, 정확도가 높고, 토크가 높은 특성을 가진다. 복합형 스테핑 모터의 스테핑 각도는 비교적 작아 일반적으로 1.8도~3.6도 사이에 있다. 스테핑 모터를 사용하면, 구조가 간단하고, 회전속도와 숫자펄스주파수가 정비례를 이루고, 제어가 용이하고 위치피드백이 필요없으며, 비용이 저렴하고(위치검출장치가 필요없기 때문이다), 컴퓨터 또는 디지털 기기와 결합하기 쉽고, 카본 브러쉬 슬립링 등이 없으며 신뢰성이 높고, 수명이 주로 베어링에 의해 제한되는 장점을 가지고 있다. 그러나, 효율이 낮고, 고속 또는 고토크로 인해 탈조하기 쉬우며, 특정 주파수에서 공진이 발생하기 쉽고, 부하가 높을 때에는 신뢰성이 떨어진다고 하는 결함이 있다.

감속기와 모터를 결합하여 사용하는 것은 로봇의 응용에서 가장 보편적으로 사용하는 구조이다. 일반적으로, 감속기는 높은 축방향 및 지름방향 부하에서 백래쉬가 극히 작고, 높은 입력 회전속도를 비교적 낮은 출력 회전속도로 전환하여 높은 출력 토크를 전달한다. 감속기는 모터에 장착하기 쉽고, 위치결정을 정확하게 유지할 수 있으며, 시스템의 소음 및 진동을 작게 보장할 수 있다. 일반적으로, 상기 감속기와 모터를 결합하는 구조는 저속 고토크의 경우에 적용하며, 모터는 고효율 영역에 설계하고, 피드백 제어가 용이하며, 켬퓨터 및 디지털 기기와 용이하게 결합하여, 브러쉬러시 모터에 사용될 수 있으며, 신뢰성이 높고 수명이 주로 베어링에 의해 제한된다고 하는 장점이 있다. 그러나, 상기 구조는 장치의 소형화가 어렵고, 위치결정 기능이 감속기에 의해 제한되며, 정기적으로 수리해야 하고, 구조가 복잡하며, 감속기 비용이 높으며, 해외 큰 기업들이 주요 기술을 장악하고 있다.

브러쉬러시 모터는 네오디뮴(NdFeB)자석을 사용하며, 체적이 작고, 고전력 고토크 밀도 특성을 가진다. 그 외, 카본 브러쉬러시의 설계에 의해 전자파 장해 및 장치의 메인테넌스를 낮출 수 있는 등의 장점이 있다. 그러나, 로봇에 사용할 때, 특히 고토크의 설계하에서 이 구조를 채용하면 모터의 체적이 너무 커져 전류가 너무 높게 파생되어 과열 문제가 발생하며, 모터의 작업효율이 낮아진다.

본 발명의 목적은 영구자석이 서로 흡입하는 코깅효과를 이용하여 모터를 고코깅토크 상태에 처하게 함으로써 높은 차단력을 발생하고, 전원 오프 시, 상기 모터가 고코깅토크 상태에 처하도록 자동 전환하여, 내층 가동자의 회전상태를 잠그도록 높은 차단력을 발생하는 전원 자동차단 기능을 갖는 자기제어식 로봇암 관절 모터를 설계하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 철심과 상기 철심에 권취된 권선을 포함하는 내층 고정자와, 상기 내층 고정자의 외경에 결합되며, 복수개의 N극 영구자석, 복수개의 S극 영구자석 및 복수개의 철금속 재료가 엇갈리게 설치되어 이루어진 내층 가동자와, 상기 내층 가동자의 외경에 결합되며, 복수개의 N극 영구자석, 복수개의 S극 영구자석 및 복수개의 철금속 재료가 엇갈리게 설치되어 이루어진 외층 가동자와, 상기 내층 가동자의 외경에 결합되고, 상기 외층 가동자와 중첩되게 결합되며, 복수개의 N극 영구자석, 복수개의 S극 영구자석 및 복수개의 철금속 재료가 엇갈리게 설치되어 이루어진 외층 고정자와, 상기 내층 고정자 내에 천설(穿設)된 고정축을 포함하는 전원 자동차단 기능을 갖는 자기제어식 로봇암 관절 모터를 제공하는데 있다.

상기 모터는 상기 외층 가동자를 덮으며, 상부면에 U형 홈이 형성되어 있는 외층 가동자 상부 커버와; 상기 내층 가동자의 일측을 덮으며, 상부면에 돌출기둥이 형성되어 있는 내층 가동자 상부 커버와; 상기 내층 가동자의 타측을 덮는 내층 가동자 하부 커버와; 상기 외층 고정자를 덮는 외층 고정자 하부 커버; 를 더 포함하며, 상기 내층 가동자 상부 커버의 상기 돌출기둥이 상기 외층 가동자 상부 커버의 상기 U형 홈에 천설되며, 상기 돌출기둥은 상기 내층 가동자의 회동에 의해 상기 U형 홈 내에서 회동하여 상기 모터의 회전 스트로크를 결정한다. 그 외, 상기 내층 가동자 상부 커버에는 제1중심구멍이 형성되어 있고, 상기 내층 가동자의 하부 커버에는 제2중심구멍이 형성되어 있다.

상기 모터는, 상기 제1중심구멍에 끼워지고, 상기 고정축이 천설된 제1베어링과; 상기 제2중심구멍에 끼워지고, 상기 고정축이 천설된 제2베어링을 더 포함한다.

이에 의해, 상기 외층 가동자와 상기 외층 고정자의 상기 영구자석이 서로 흡입하는 코깅효과를 이용하여, 전원 오프 시, 상기 모터가 고토크 상태에 처하도록 자동 전환하여, 내층 가동자의 회전상태를 잠그도록 높은 차단력을 발생한다.

이하, 본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 기술, 수단 및 효과를 더 한층 이해하기 위해 본 발명의 상세설명와 도면을 참조하여 설명한다. 이에 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 더 구체적이고 명확해질 것이다. 그러나 첨부도면은 본 발명을 설명하기 위해 제공되는 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

1. 상기 모터는 저속 고토크 특성을 갖고 있어, 고/저 코깅토크의 전환이 가능하며, 전원 오프 시 고코깅토크에 의해 상기 모터가 정지상태로 되므로, 전기를 절약할 수 있는 효과가 있다.

2. 상기 모터를 박형화하여, 감속기가 필요없으므로, 종래 모터의 체적이 크고 비용이 높은 문제를 효과적으로 개선하였고, 감속기가 없기 때문에 수리비용이 저감된다.

3. 시스템의 전원 오프 시, 상기 모터가 홀딩토크 모듈로 자동적으로 전환되기 때문에, 즉 자동홀딩되기 때문에 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

4. 간편하게 피드백 제어를 할 수 있어, 상기 모터를 용이하게 제어할 수 있다.

도1은 본 발명의 자기제어식 로봇암 관절 모터의 분해도이다.
도2는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 단면도이다.
도3A는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 외층 가동자가 외층 고정자에 대해 회전하기 전의 구성도이다.
도3B는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 외층 가동자가 상기 외층 고정자에 대해 7.5도 회전한 상태의 구성도이다.
도3C는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 외층 가동자가 상기 외층 고정자에 대해 15도 회전한 상태의 구성도이다.
도3D는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 외층 가동자가 회전하여 발생하는 홀딩토크의 파형도이다.
도4는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 구성도이다.
도5A는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 내층 고정자 철심 형태와 권선 방법의 제1실시예 도이다.
도5B는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 내층 고정자 철심 형태와 권선 방법의 제2실시예 도이다.
도5C는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 내층 고정자 철심 형태와 권선 방법의 제3실시예 도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 기술내용을 상세하게 설명한다.

도1 및 도2는 각각 본 발명의 자기제어식 로봇암 관절 모터의 폭발도 및 단면도이다.

상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는 주로 내층 고정자(10), 내층 가동자(20), 외층 가동자(30), 외층 고정자(40) 및 고정축(50)을 포함한다.

상기 내층 고정자(10)는 철심(102)과 상기 철심에 권취된 권선(104)을 포함한다. 상기 내층 고정자(10)는 다중극 권선 고정자 구조이다. 상기 내층 가동자(20)는 상기 내층 고정자(10)의 외경에 연결되며, 복수개의 N극 영구자석(미도시), 복수개의 S극 영구자석(미도시) 및 복수개의 철금속 재료(미도시)가 엇갈리게 설치되어 이루어진다. 상기 각 N극 영구자석, 상기 각 철금속 재료, 상기 각 S극 영구자석 및 상기 각 철금속 재료가 차례로 중복되게 배열되도록 상기 내층 가동자(20)는 엇갈리게 설치된다. 즉, 상기 각 N극 영구자석과 상기 각 S극 영구자석은 상기 철금속 재료와 인접하며, 상기 N극 영구자석, 상기 S극 영구자석 및 상기 철금속 재료는 둥근 고리형상으로 차례로 배열된다.

상기 외층 가동자(30)는 상기 내층 가동자(20)의 외경에 연결되며, 복수개의 N극 영구자석(미도시), 복수개의 S극 영구자석(미도시) 및 복수개의 철금속 재료(미도시)가 엇갈리게 설치되어 이루어진다. 동일하게, 상기 각 N극 영구자석과 상기 S극 영구자석은 상기 철금속 재료와 인접하고, 상기 N극 영구자석, 상기 S극 영구자석 및 상기 철금속 재료가 둥근 고리형상으로 차례로 배열되도록 상기 외층 가동자(30)는 엇갈리게 설치된다. 상기 외층 고정자(40)는 상기 내층 가동자(20)의 외경에 연결되면서 상기 외층 가동자(30)와 중첩되게 결합된다. 상기 외층 고정자(40)는 복수개의 N극 영구자석(미도시), 복수개의 S극 영구자석(미도시) 및 복수개의 철금속 재료(미도시)가 엇갈리게 설치되어 이루어진다. 동일하게, 상기 각 N극 영구자석과 상기 S극 영구자석은 상기 철금속 재료와 인접하고, 상기 N극 영구자석, 상기 S극 영구자석 및 상기 철금속 재료가 둥근 고리형상으로 차례로 배열되도록 상기 외층 고동자(40)는 엇갈리게 설치된다. 상기 고정축(50)은 상기 내층 고정자(10) 내에 천설된다. 그러므로, 도2의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 단면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 내층 고정자(10), 상기 내층 가동자(20), 상기 외층 가동자(30) 및 상기 외층 고정자(40)는 상기 고정축(50)에 의해 동시에 설치됨과 동시에 동축에 배열된다.

도4는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 구성도이다.

상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는, 외층 가동자 상부 커버(302), 내층 가동자 상부 커버(202), 내층 가동자 하부 커버(204) 및 외층 고정자 하부 커버(402)를 더 포함한다. 상기 외층 가동자 상부 커버(302)는 상기 외층 가동자(30)를 덮으며, 상기 외층 가동자 상부 커버(302)의 상부면에는 "U"형 홈(3022)이 설치되어 있다. 상기 내층 가동자 상부 커버(202)는 상기 내층 가동자(20)의 일측(본 실시예에서, 상기 내층 가동자 상부 커버(202)는 상기 내층 가동자(20)의 축방향의 상반부를 덮는다)을 덮으며, 상기 내층 가동자 상부 커버(202)의 상부면에는 돌출기둥(2022)이 형성되어 있다. 상기 내층 가동자 하부 커버(204)는 상기 내층 가동자(20)의 타측(본 실시예에서, 상기 내층 가동자 하부 커버(204)는 상기 내층 가동자(20)의 축방향 하반부를 덮는다)을 덮는다. 상기 외층 고정자 하부 커버(402)는 상기 외층 고정자(40)를 덮는다. 그 중, 상기 내층 가동자 상부 커버(202)의 상기 돌출기둥(2022)은 상기 외층 가동자 상부 커버(302)의 상기 "U"형 홈(3022)에 천설되며, 상기 돌출기둥(2022)은 상기 내층 가동자(20)의 회전에 의해 상기 "U"형 홈(3022) 내에서 회동되어 상기 모터(100)의 회동스트로크를 결정한다. 또한, 상기 내층 가동자 상부 커버(202)의 상기 돌출기둥(2022)이 상기 "U"형 홈 내에서 회동함으로써 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)가 동력을 출력하도록 한다. 그 외, 상기 모터(100)의 회동 스트로크의 양은 동력 보조기구의 요구에 따라 탄성적으로 조절할 수 있다. 또한, 상기 고정축(50)과 상기 외층 가동자(30) 사이에 홈을 설계함으로써, 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 전환각도를 제한할 수 있다.

한편, 상기 내층 가동자 상부 커버(202)에 제1중심구멍(미도시)이 형성되어 있고, 상기 내층 가동자 하부 커버(204)에는 제2중심구멍(미도시)이 형성되어 있다.

상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는 제1베어링(206)과 제2베어링(208)을 더 포함한다. 상기 제1베어링(206)은 상기 내층 가동자 상부 커버(202)의 제1중심구멍에 끼워지며, 상기 고정축(50)은 상기 제1베어링(206)에 천설된다. 또한, 상기 제2베어링(208)은 상기 내층 가동자 하부 커버(204)의 제2중심구멍에 끼워지며, 상기 고정축(50)은 상기 제2베어링(208)에 천설된다.

이하, 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)의 동작에 대해 상세하게 설명한다. 상기 내층 고정자(10)에 권취된 상기 권선(104)에 전기를 흐르게 하여 여기하여 상기 내층 가동자(20)에 엇갈리게 설치한 상기 N극, S극 영구자석이 발생하는 자기장과 상기 내층 고정자(10)의 권선(104)에 전기를 흐르게 하여 여기하고,발생하는 자기장이 서로 절단되어 상기 돌출기둥(2022)이 상기 내층 가동자(20)의 회전에 의해 상기 "U"형 홈(3022) 내에서 회전하도록 하여, 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)가 이동하여 동력을 출력한다.

도3A 내지 도3C는 각각 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 외층 가동자가 외층 고정자에 대해 회전하기 전, 7.5도 회전했을 때 및 15도 회전했을 때의 구성도이다.

본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터를 잠그는 동작은 다음과 같은 원리에 의해 이루어진다. 상기 외층 가동자(30)에 엇갈리게 설치된 상기 N극, S극 영구자석과, 상기 외층 고정자(40)에 엇갈리게 설치된 상기 N극, S극 영구자석에 의해 발생된 자기장이 서로 절단되어, 상기 외층 가동자(30)가 고정된 상기 외층 고정자(40)에 대해 각도(θ) 만큼 회전하게 한다. 본 실시예에 의하면, 도3C는 상기 외층 가동자(30)가 시계반대 방향으로 15도(상기 회전각도 θ=15°) 회전했을 때의 상태를 나타내고, 도3B는 상기 외층 가동자(30)가 시계반대 방향으로 7.5도(상기 회전각도 θ=7.5°) 회전했을 때의 상태를 나타내며, 도3A는 상기 외층 가동자(30)가 회전하지 않았을 때(상기 회전각도 θ=0°)의 상태를 나타낸다.

한편, 상기 외층 가동자 상부 커버(302)는 상기 외층 가동자(30)를 덮으며, 복수개의 위치결정 핀으로 밀접히 고정된다. 상기 외층 고정자 하부 커버(402)는 상기 외층 고정자(40)를 덮으며, 복수개의 위치결정 핀으로 밀접히 고정된다. 상기 외층 가동자 상부 커버(302)와 상기 외층 고정자 하부 커버(402)의 상기 위치결정핀은 표시용으로서, 외층 가동자(30)가 회전하지 않을 때, 상기 외층 가동자 상부 커버(302)의 상기 위치결정 핀은 상기 외층 고정자 하부 커버(402)의 상기 위치결정 핀과 나란히 배열되지만, 상기 외층 가동자(30)가 회전할 경우, 상기 위치결정 핀은 엇갈린 상태를 형성한다.

상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 자극(磁極) 위치가 같을 경우, 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)가 생성하는 자로(磁路)는 폐쇄상태이고, 큰 코깅효과를 발생하여, 상기 특성을 이용해 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)가 고코깅토크 상태에 처하게 하며, 상기 내층 가동자(20)의 회전상태를 잠그도록 큰 차단력을 발생한다. 그리하여, 전원 오프 시에 큰 부하에도 견딜 수 있다. 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 자극 위치가 180도 전기각 이동하면(즉, 구조가 24극인 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 경우, 15도 공간각도) 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)에 의해 생성되는 자로는 반개방 상태이며, 코깅효과가 낮아, 상기 자기 제어식 로봇암 관절 모터(100)가 저코깅토크 상태로 되어 이동이 제어가능한 상태로 된다. 상기 작동상태에서, 상기 내층 고정자(10)에 권취된 상기 권선(104)에 전기를 흐르게 하여 여기하면, 상기 내층 가동자(20)가 회전하면서 상기 돌출기둥(2022)이 상기 "U"형 홈(3022) 내에서 회전할 수 있게 되어, 상기 자기제어식 로봇암 모터(100)가 이동하여 동력을 출력한다.

도3D는 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 외층 가동자가 회전하여 발생된 홀딩토크의 파형도이다.

도면에서 가로좌표는 상기 내층 가동자(20)의 회전각도를 나타내고, 세로좌표는 상기 외층 가동자가 발생하는 홀딩토크의 크기를 나타낸다. 또한, 도면에서의 3개 곡선은 각각 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)가 회전하기 전(제1곡선Cv1), 회전각도가 7.5도일 경우(제2곡선Cv2) 및 회전각도가 15도일 경우(제3곡선 Cv3)의 홀딩토크의 변화를 나타내는 도이다. 도3D에 도시한 바와 같이, 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 자극위치가 같을 경우(즉, 상기 외층 가동자(30)가 상기 외층 고정자(40)에 대해 회전하기 전), 상기 제1곡선Cv1로부터 알 수 있듯이, 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는 고코깅토크 상태에 있으며, 토크가 최대 약30N-m에 달한다. 상대적으로, 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 자극위치가 180도 전기각 이동했을 경우(즉, 상기 외층 가동자(30)가 상기 외층 고정자(40)에 대해 15도 회전했을 경우), 상기 제3곡선Cv3로부터 알 수 있듯이, 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는 저코깅토크 상태에 있으며, 토크는 최대 약 5N-m에 달한다. 그 외, 상기 외층 고정자(40)와 상기 외층 가동자(30)의 자극 위치가 0도 내지 180도 전기각 사이일 경우, 본 예에서 상기 외층 가동자(30)가 상기 외층 고정자(40)에 대해 7.5도 회전하였을 경우, 상기 제2곡선Cv2로부터 알 수 있듯이, 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는 고코깅토크와 저코깅토크 사이에 있으며, 최대 토크는 약 20N-m이다.

도 5A 내지 도5C는 각각 본 발명의 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터의 상기 내층 고정자 철심 형태와 권선 방법의 3가지 실시예이다.

상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)의 상기 내층 고정자(10)를 서로 다른 형태로 설계함에 따라 실시 가능한 철심 형태와 권선방법을 제공한다. 자로 구조를 변경함으로써 모터 자로와 구조에서의 고유의 결함을 극복할 수 있어 모터를 구동하기 쉽고 홀딩토크의 요구를 만족할 수 있다.

간단하게 설명하면, 본 발명이 제공하는 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)는 기계와 정합되어, 모듈화 설계를 채용함으로써, 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)가 전원 자동차단 기능을 가지게 한다. 전원 오프 시에, 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100) 내의 자석이 서로 흡입하는 코깅효과에 의해 로봇암 관절이 홀딩상태로 되고, 또, 부하의 영향을 받아 이동하지 않으며, 상기 자기제어식 로봇암 관절 모터(100)를 전체적으로 소형화, 경량화하고, 높은 자동 차단 능력을 가지도록 한다.

상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 도면이며, 본 발명의 특징은 이에 의해 한정되는 아니며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 모든 범위는 이하의 특허청구의 범위를 기준으로 하며, 본 발명의 특허청구의 범위의 정신에 부합되고, 또 유사한 변형 실시예는 모두 본 발명의 범위에 속한다고 해야할 것이다. 본 기술을 숙지하고 있는 기술자는 본 발명의 영역에서 각종 변화 또는 변경이 가능하며, 모두 본 청구의 범위에 속한다고 해야할 것이다.

100: 자기제어식 로봇암 관절 모터
204: 내층 가동자 하부 커버
10: 내층 고정자
206: 제1베어링
102: 철심
208: 제2베어링
104: 권선
30: 외층 가동자
20: 내층 가동자
302: 외층 가동자 상부 커버
202: 내층 가동자 상부 커버
3022: U형 홈
2022: 돌출기둥
40: 외층 고정자
402: 외층 고정자 하부 커버
Cv1: 제1곡선
50: 고정축
Cv2: 제2곡선
θ: 회전각도
Cv3: 제3곡선

Claims

철심과 상기 첨심에 권취된 권선을 포함하는 내층 고정자와;
상기 내층 고정자의 외경에 연결되며, 복수개의 N극 영구자석, 복수개의 S극 영구자석 및 복수개의 철금속재료가 엇갈리게 설치된 내층 가동자와;
상기 내층 가동자의 외경에 연결되며, 복수개의 N극 영구자석, 복수개의 S극 영구자석 및 복수개의 철금속재료가 엇갈리게 설치된 외층 가동자와;
상기 내층 가동자의 외경에 연결되며, 상기 외층 가동자와 중첩되게 결합되고, 복수개의 N극 영구자석, 복수개의 S극 영구자석 및 복수개의 철금속재료가 엇갈리게 설치된 외층 고정자와;
상기 내층 고정자 내에 천설(穿設)된 고정축을 포함하며,
이에 의해, 상기 외층 가동자와 상기 외층 고정자의 상기 영구자석이 서로 흡입하는 코깅효과를 이용하여, 전원 오프 시 모터가 고코깅토크에 처하도록 자동 전환되고, 상기 내층 가동자의 회전상태를 잠그도록 높은 차단력을 발생하는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 외층 가동자를 덮으며, 상부면에 U형홈이 형성되어 있는 외층 가동자 상부 커버와;
상기 내층 가동자의 일측을 덮으며, 상부면에 돌출기둥이 형성되어 있는 내층 가동자 상부 커버와;
상기 내층 가동자의 타측을 덮는 내층 가동자 하부 커버와;
상기 외층 고정자를 덮는 외층 고정자 하부 커버; 를 더 포함하며,
상기 내층 가동자 상부 커버의 상기 돌출기둥은 상기 외층 가동자 상부 커버의 상기 U형 홈에 천설되며, 상기 돌출기둥은 상기 내층 가동자의 회동에 의해 상기 U형 홈 내에서 회동하여 상기 모터의 회동 스트로크를 결정하는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 내층 가동자 상부 커버에 제1중심구멍이 형성되어 있고, 상기 제1중심구멍에 끼워지며, 상기 고정축이 천설(穿設)되어 있는 제1베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 내층 가동자 하부 커버에 제2중심구멍이 형성되어 있고, 상기 제2중심구멍에 끼워지며, 상기 고정축이 천설되어 있는 제2베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 내층 고정자가 다중극 권선고정자 구조인 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 각 N극 영구 자석, 상기 각 철금속 재료, 상기 각 S극 영구자석 및 상기 각 철금속재료가 차례로 중복되게 배열되도록 상기 내층 가동자가 교차되게 설치되는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 각 N극 영구 자석, 상기 각 철금속 재료, 상기 각 S극 영구자석 및 상기 각 철금속재료가 차례로 중복되게 배열되도록 상기 외층 가동자가 교차되게 설치되는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 각 N극 영구 자석, 상기 각 철금속 재료, 상기 각 S극 영구자석 및 상기 각 철금속재료가 차례로 중복되게 배열되도록 상기 외층 고정자가 교차되게 설치되는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 고정축과 상기 외층 가동자 사이에 홈을 설계함으로써 상기 외층 고정자와 상기 외층 가동자의 전환 각도를 제한할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.
제1항에 있어서,
상기 내층 가동자, 상기 외층 고정자 및 상기 외층 가동자 사이에 홈을 설계함으로써 공극 자속밀도를 증가하여 상기 모터의 토크력을 높이는 것을 특징으로 하는 자기제어식 로봇암 관절 모터.