KR0123885B1 - 기어헤드 모터 시스템을 구비한 구동 시스템 - Google Patents

기어헤드 모터 시스템을 구비한 구동 시스템

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KR0123885B1 KR1019940013301A KR19940013301A KR0123885B1 KR 0123885 B1 KR0123885 B1 KR 0123885B1 KR 1019940013301 A KR1019940013301 A KR 1019940013301A KR 19940013301 A KR19940013301 A KR 19940013301A KR 0123885 B1 KR0123885 B1 KR 0123885B1
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엘. 웰즈 마이클
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원다 케이. 덴슨-로우
휴즈 에어크라프트 캄파니
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Abstract

최소의 백래쉬로 비교적 높은 토오크 출력을 발생하는 일체형 기어헤드 모터 시스템을 구비한 본 발명의 구동 시스템이 개시된다.
본 발명은 단일 유니트로 일체화되는 두개의 축방향으로 장착된 전기 또는 에어 모터 및 기어헤드 어셈블리를 사용한다. 두개의 모터 및 기어헤드 어셈블리는 동심적인 출력 구동 샤프트들에 연결되고, 각각의 출력 샤프트는 스플리트 기어 어셈블리의 기어와 짝을 이룬다.
스플리트 기어 어셈블리는 시스템에 의해 구동시키고자 하는 장치의 구동 샤프트에 결합된다. 타코메터는 제1모터에 결합되고 위치 센서는 구동되어야 할 장치의 구동 샤프트에 결합된다. 타코메터 및 위치 센서는 속도 및 위치 신호에 응답하여 두개의 모터에 의해 제공되는 각각의 토오크를 제어하기 위해 사용되는 제어기에 결합된다.
두개의 모터에 의해 제공되는 토오크의 상대적인 양을 제어하므로써, 스플리트 기어 어셈블리는 기어헤드 및 구동시키고자 하는 장치의 구동 샤프트에 대한 기어 인터페이스로 부터 백래쉬를 제거한다. 본 발명은 단일 어셈블리로 두개의 모터와 두개의 기어헤드를 합체시켜, 무게 및 공간의 필요 요건을 경감시킨다. 또한, 본 발명의 구성은 기존의 단일 모터 구동 시스템으로 구동 시스템을 개조하는 것을 가능하게 한다.

Description

기어헤드 모터 시스템을 구비한 구동 시스템
제1도는 최소의 백래쉬로 비교적 높은 토오크 출력을 제공하는 두개의 모터 및 기어헤드 어셈블리를 구비한 본 발명의 원리에 따른 일체형 기어헤드 모터 어셈블리를 포함하는 구동 시스템의 측단면도.
제2도는 제1도의 구동 시스템에 활용되는 제어회로를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 모터, 15 : 기어헤드,
23 : 타코메터, 31 : 제어기,
32 : 위치 센서, 33 : AC전력,
34 : 위상 감지 검출기, 46 : 바이어스 전압.
본 발명은 일반적으로 모터에 관한 것으로, 특히, 정밀 서보시스템에 사용하기 위해 최소의 백래쉬(backlash)로 비교적 높은 토오크 출력을 제공하는 두개의 모터 및 두개의 기어헤드(gearhead) 어셈블리를 구비하는 일체형 기어헤드 모터 어셈블리에 관한 것이다.
과거에는, 커다란 토오크를 발생하기 위한 구동 시스템을 제공하기 위해 유압 제어형 구동 시스템을 활용했다. 이와 같은 구동 시스템은, 예를 들어, 안테나 제어시스템에 사용된다. 유압식 구동시스템은 본질적으로 백래쉬를 거의 또는 전혀 발생하지 않으므로, 안테나의 위치설정을 제어하기 위해 사용될 때 매우 정확하다. 그러나, 종래의 유압식 구동 시스템은 누설되기 쉽다는 자명한 결점을 갖는다.
이전의 백래쉬 방지 전기 모터 구동 시스템은 구동 어셈블리로 작용하는 두개의 독립 모터를 필요로 했다. 저 백래쉬 용도로 개발된 알려진 단일 어셈블리 전기 구동 장치로서는 직류 구동 토오크 모터가 있지만, 이 장치는 토오크 출력이 제한적으로 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 비교적 높은 토오크 출력을 제공하되 백래쉬가 최소로 되게하며, 단일 하우징내로 일체화되는 두개의 모터 및 두개의 기어헤드 어셈블리를 구비하는 일체형 전기 기어헤드 모터 어셈블리를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 단일 하우징내로 일체화된 두개의 전기 모터 또는 두개의 에어 모터(air motor) 및 두개의 기어헤드 어셈블리를 구비하는 일체형 기어헤드 어셈블리를 제공하는데 있다.
상기 및 기타 다른 목적을 충족시키기 위해서, 본 발명은 최소의 백래쉬로 비교적 높은 토오크 출력을 발생하는 일체형 기어헤드 모터 시스템을 제공한다. 본 발명은, 예를 들어, AC 또는 DC전기모터나 에어모터를 구비할 수도 있다. 한 실시예에 있어서, 본 발명은 두개의 축방향으로 장착된 전기 모터 및 기어헤드 어셈블리를 사용한다. 두개의 모터 및 기어헤드 어셈블리는 동심의 출력 구동 샤프트들에 연결되고, 각각의 출력 샤프트는 스플리트(split) 기어 어셈블리의 각각의 기어와 짝을 이룬다.
스플리트 기어 어셈블리는 일체형 기어헤드 모터 어셈블리에 의해 구동될 장치의 구동 샤프트의 기어에 결합된다. 타코메터(tachometer)는 제1모터와 두개의 모터에 의해 제공되는 각각의 토오크를 제어하는데 사용되는 제어기 사이에 결합된다. 두개의 모터에 의해 제공되는 토오크의 상대적인 양을 조절하므로써, 스플리트 기어 어셈블리는 기어헤드 어셈블리로 부터 또한 구동시킬 장치의 구동 샤프트에 대한 기어 인터페이스(interface)로 부터 백래쉬를 베거한다. 본 발명은 일체형 어셈블리로서 이러한 것을 행하며, 종래의 단일기어 모터 또는 유압식 모터 어셈블리를 대체하는데 채택된다. 다른 실시예에서는 전기 모터를 에어 모터로 대체한다.
특히, 본 발명은 출력 장치를 구동하기 위한 기어헤드 모터 시스템을 구비하는 구동 시스템에 관한 것이다. 구동 시스템은 각각 제1 및 제2출력 샤프트를 갖는 제1 및 제2모터를 포함한다. 제1기어헤드 어셈블리는 제1모터의 제1출력 샤프트에 결합되고 제1출력 구동 샤프트를 갖는다. 제2 기어헤드 어셈블리는 제2모터의 제2출력샤프트에 결합되고 제1기어헤드 어셈블리의 제1출력 구동 샤프트와 동심적인 제2출력 구동 샤프트를 포함한다. 제1 및 제2기어 부분을 갖는 스플리트 기어 어셈블리는 각각의 제1 및 제2 기어헤드 어셈블리의 출력 구동 샤프트에 결합된다. 제1 및 제2기어 부분은 구동 기어를 거쳐서 출력 장치에 결합된다.
구동 시스템은 구동 기어에 결합되어 구동 기어의 상대적인 각도 위치를 나타내며 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 위치 출력 신호를 제공하기 위한 위치 센서를 더 포함할 수 있다. 타코메터는 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 각속도 출력 신호를 제공하기 위해 선택된 모터에 결합된다. 제어회로는 타코메터와, 위치 센서와, 각각의 모터에 결합되어, 위치 및 각속도 출력 신호에 응답해서, 구동 시스템이 출력 장치에 제공하는 토오크의 양을 제어한다.
따라서, 본 발명은 기어 열(gear train) 백래쉬를 제거하기 위해 채택된 단일의 일체형 어셈블리를 제공한다. 본 발명은 단일 어셈블리내로 두개의 모터 및 두개의 기어헤드 어셈블리를 합체시켜 무게 및 공간의 필요 요건을 경감시킨다. 또한, 본 발명의 구성은 이중 모터 및 기어헤드 모터 어셈블리를 기존의 단일 모터 구동 시스템으로 개조하는 것을 가능케 한다. 토오크 모터를 사용한 종래의 백래쉬 방지 시스템은 본 발명의 기어헤드 모터 어셈블리의 출력 토오크를 제공할 수 없다.
본 발명의 다양한 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로 부터 보다 쉽게 이해될 수 있다. 도면에서, 동일 구성요소에 대해서는 동일 참조부호를 사용한다.
제1도는 본 발명의 원리에 따른 일체형 기어헤드 모터 어셈블리(integrated gearhead motor assembly)(11)을 구비한 구동 시스템(drive system)(10)의 절개 측단면을 도시한 것이다. 이 일체형 기어헤드 모터 어셈블리(11)는 2개의 모터와 2개의 기어헤드 어셈블리와 병합하여, 시스템(10)에서 발생되는 백래쉬(backlash)를 최소화한다. 일체형 기어헤드 모터 어셈블리(11)는 금속 또는 플래스틱등으로 구성될 수 있는 하우징을 포함한다. 제1모터(12)는, 예를 들어, MPC사가 제작한 모델 3439129전기 모터와 유사한 전기 모터로 구성될 수 있는데, 이 모터(12)는 제1기어헤드 어셈블리(13)에 결합되는 출력 샤프트(output shaft)(16)를 가진다. 제1기어헤드 어셈블리(13)는, 예를 들어, MPC사가 제작한 모델 3439129로 구성될 수 있다. 이 제1기어헤드 어셈블리(13)는 하우징(24)의 개구부(25)를 통해 외부로 돌출되는 제1출력 샤프트(18)를 가진다. 제1기어헤드 어셈블리(13)의 제1출력 샤프트(18)는 제1직경(diameter)을 가지는데, 예를 들어, 이 직경은 0.375인치가 될 수 있다. 제1모터(12)는 에어 모터로도 구성될 수 있다.
본 발명에 있어 특이한 제2모터(14)는, 예를 들어, 전기 모터로 구성될 수 있으며, 제2출력 샤프트(17)를 통해 제2기어헤드 어셈블리(15)에 결합된다. 제2모터(14)는 에어 모터로도 구성될 수 있다. 제2 기어헤드 어셈블리는 또한 본 발명에 있어 독특하며, 제2모터(14)와 결합하기에 적합하며, 제1모터(13)과 그의 출력샤프트(18)과 협동한다. 제2모터(14)의 특이성은 제1모터(12)의 출력 샤프트(18)가 돌출될 수 있게 하는 중심의 개구부(26)와, 출력 샤프트(17)에 관련이 있다. 제2 기어헤드 어셈블리(15)의 특이성은 그의 중심의 개구부(28)과 관련이 있는데, 이 개구부(28)는 제1 및 제2출력 샤프트(17, 18)가 돌출될 수 있게 한다.
제2기어헤드 어셈블리(15)는 하우징의 개구부를 통해 또한 돌출되는 제2출력 샤프트(19)를 가진다. 이 제2기어헤드 어셈블리(15)의 출력 샤프트(19)는 제1출력 샤프트(18)가 관통하여 연장될 수 있게 하는 내부 직경을 가진 튜브(tube) 모양으로 형성된다.
제2기어헤드 어셈블리(15)의 제2출력 샤프트(19)는 제1기어헤드 어셈블리(13)의 제1출력 샤프트(18)의 외부 직경보다 큰 내부 직경을 가지는데, 예를 들어, 0.387인치로 될 수 있다. 제2기어헤드 어셈블리(15)의 출력 샤프트의 출력 직경은, 예를 들어, 0.75인치가 될 수 있다. 기어헤드 어셈블리(13,15)의 제1 및 제2출력 샤프트(18,19)는 서로의 간섭없이 자유롭게 회전한다. 또한, 제2모터(14)는 제1기어헤드 어셈블리(13)로부터 분리되어 있으며, 그의 중심의 개구부(26)를 통해서는 제1기어헤드 어셈블리(13)의 제1출력 샤프트(18)가 돌출된다.
제1 및 제2 기어헤드 어셈블리(13,15)의 2개의 출력 샤프트(18,19)는 동심적으로 배치되고 각 출력 샤프트(18,19)는 스플리트 기어 어셈블리(split gear assembl y)(20)의 각각의 기어(21,22)와 결합한다. 이 스플리트 기어 어셈블리(20)는 출력 장치(30)의 구동 샤프트(27)의 구동 기어(28)에 결합되며, 그 출력 장치(30)는 일체형 기어헤드 모터 어셈블리(11) 또는 구동 시스템(10)에 의해 구동된다.
타코메터(tachometer)(23)는 하우징의 일단부에 위치되고, 제1모터(12)에 결합된다. 이 타코메터(23)는, 예를 들면, MPC사가 제작한 모델 3439129모터에 사용되는 타코메터로 구성될 수 있다. 또한, 타코메터(23)는 제어기(31)를 통해 각각의 모터(12,14)내부 제어 회로에 결합되며, 제어기(31)는 그들 모터에 의해 생성되어 출력 장치(30)에 공급되는 토오크의 양을 제어하는데 이용된다.
제2도에는 제1도의 구동 시스템(10)에 사용되는 제어기(31)를 포함하는 제어회로가 되시되어 있다. 제어기(31)는 타코메터(23)와 모터(12,14)의 내부 제어회로 사이에 결합되며, 모터(12,14)의 각각에 결합되는 AC전원(33)을 포함한다. 위치 디코더(position decoder)(32)는 선택적인 제1위상 감지 검출기(optional first phase senstive detector)(34)를 통해 정형 증폭회로(shaping amplifier circuit)(35)에 결합된다. 이 정형 증폭회로(35)는 정형 증폭기(36)와, 각각 저항과 커패시터를 포함하는 제1 및 제2필터(37,38)로 구성된다. 정형증폭기(36)의 출력은 합산 증폭기(41)의 입력에 결합되며, 이 합산 증폭기의 출력은 제1제어 증폭기(42)를 통해 제1모터(12)의 내부 제어 회로에 결합된다. 합산 증폭기(41)의 제2입력은 토오크 바이어스 전압원(46)으로 부터 도출되는 토오크 바이어스 입력 신호를 수신하도록 결합된다. 이 토오크 바이어스 입력 신호는 제1 및 제2모터(12,14)의 출력 샤프트(18,19)간의 원하는 토오크 차이를 발생하는 일정한 전압이다. 또한, 정형 증폭기(36)의 출력은 제2제어 증폭기(43)을 통해 제2모터(14)의 내부 제어 회로에 결합된다. 타코메터(23)는 선택적인 제2위상 감지 검출기(44) 및 제3필터 회로(45)를 통해 정형 증폭 회로(35)의 입력에 결합된다.
시스템(10) 및 제어기(31)는 제2도를 참조하여 후술하는 바와 같이 동작한다. 동작에 있어서, 예를 들어, AC모터를 사용하는 제1 및 제2모터(12,14)는 AC전원(33)으로 부터 AC전압을 제공받는다. 각 모터에 제공된 제어 전압은 서로 독립적이다. 예를 들어, 인코더 또는 레졸버(resolver)와 같은 위치 변환기(position transducer) 또는 센서(32)는 제1 및 제2모터(12,14)의 각각으로 부터 위치 데이터를 제공한다. 부가하여, 타코메터(23)는 제각기의 모터 샤프트(18,19)를 통해 제1 및 제2모터(12,14)의 각각으로 부터 속도 데이타를 제공한다. 위치와 속도 데이타는 전력 기법에 의해 결합되어, 안정된 동작을 위해 전체 서보 루프(servo loop)를 보상하게 되는데, 이는 정형 증폭기(36) 및 이와 관련된 소자들에 의해 성취될 수 있다. 종래의 서보 구성과는 달리, 정형 증폭기 출력은 2개의 독립적인 출력으로 분리된다. 제2모터(14)용의 제어 증폭기는 종래의 서보 구성을 가지지만, 제1모터(12)용의 제어 증폭기는 원하는 레벨의 백래쉬 방지 토오크를 제공하는 부가적인 합산 증폭기를 가진다. 백래쉬 방지 토오크는 제2모터(14)로 부터의 토오크와 항상 반대이므로, 어느 한 극성을 가질 수 있다. 제1 및 제2모터(12,14)는 시스템(10)의 출력 구동 샤프트(27) 및 구동 기어(28)에 결합되는 스플리트 기어 어셈블리(20)에 의해 함께 고정되기 때문에 항상 같은 속도로 회전한다.
속도 또는 각 모터(12,14)가 동일하기 때문에, 시스템(10)에는 단지 하나의 타코메터(23)만이 필요하다. 각 모터(12,14)의 출력 샤프트(18,19)가 구동 기어(29)에 의해 함께 고정되므로, 속도는 동일하다. 제각기의 모터(12,14)에 의해 생성되는 토오크들은 통계적으로 볼때 서로 평행을 이루지 못하므로 극성이 다르다.
상기 설명은 AC모터(12,14)의 사용에 촛점을 두어 설명했으나, 상황이나 응용 분야에 따라 DC모터 및 에어 모터가 대신 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정 유형의 모터 또는 제어기(31)로 제약되어서는 안된다.
이와같이, 본 발명의 구동 시스템(10)은 2개의 축방향으로 장착된 모터(12,14)와 기어헤드 어셈블리(13,15)를 사용한다. 2개의 모터(13,15) 및 기어헤드 어셈블리(12,14)는 동심적인 샤프트(18,19)에 장착되고, 샤프트(18,19)의 각각은 스플리트 기어 어셈블리(20)와 결합된다. 스플리트 기어 어셈블리(20)는 구동될 장치(30)의 구동 샤프트(27)에 결합된다. 타코메터(23)는 제1모터(12)의 구동 샤프트(16)에 결합되어 이로 부터 속도 데이타를 도출해 낸다.
스플리트 기어 어셈블리(20)는 2개의 모터(12,14)의 각각에 제공되는 토오크를 제어하므로써, 기어헤드 어셈블리(13,15)에 의해 생성되는 또한 기어 (21,22)와, 구동될 기어(28) 및 장치(30)의 구동 샤프트(27) 사이의 인터페이스에 의해 생성되는 백래쉬를 제거한다. 본 발명은 일체형 어셈블리(11)로서 이것을 행하며, 예를 들어, MPC 모델 3439129모터와 같은 종래의 단일 기어헤드 모터를 교체하기에 적합하다.
이와 같이, 2개의 모터와 2개의 기어헤드 어셈블리를 병합한 일체형 기어헤드 모터 어셈블리를 구비하므로써, 최소한의 백래쉬를 가지며 비교적 높은 토오크 출력을 제공하는 새롭고 개선된 구동 시스템이 제공된다. 전술한 실시예는 본 발명의 원리를 응용한 많은 특정 실시예중의 단지 일부를 예시한 것일 뿐임을 알아야 할 것이다.
분명히, 당업자라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서도 쉽게 다수의 다른 장치들을 고안할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 출력 장치를 구동하기 위한 기어헤드 모터 시스템을 구비하는 구동 시스템으로서, 제1출력 샤프트를 갖는 제1모터와; 상기 제1모터의 제1출력 샤프트에 결합되고 제1출력 구동 샤프트를 포함하는 제1기어헤드 어셈블리와; 제2출력 샤프트를 갖는 제2모터와; 상기 제2모터의 제2출력 샤프트에 결합되고 상기 제1기어헤드 어셈블리의 제1출력 구동 샤프트와 동심적인 제2출력 구동 샤프트를 포함하는 제2기어헤드 어셈블리와; 상기 제1 및 제2 기어헤드 어셈블리의 각각의 출력 구동 샤프트에 결합되며, 구동 기어를 거쳐서 상기 출력 장치에 결합되는 제1 및 제2기어부분을 갖는 스플리트 기어 어셈블리를 포함하는 기어헤드 모터 시스템을 구비한 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 기어에 결합되어 상기 구동 기어의 상대적인 각도 위치를 나타내며 상기 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 위치 출력 신호를 제공하는 위치 센서와; 상기 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 각속도 출력 신호를 제공하기 위해 선택된 모터에 결합된 타코메터와; 상기 타코메터, 상기 위치 센서 및 상기 각각의 모터에 결합되어, 상기 위치 및 속도 출력신호에 응답해서, 상기 구동 시스템에 의해 상기 출력 장치에 제공되는 토오크의 양을 제어하는 제어회로를 더 포함하는 구동 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2모터는 에어 모터를 포함하는 구동 시스템.
  4. 출력 장치를 구동하기 위한 일체형 기어헤드 모터 시스템을 구비하는 구동 시스템으로서, 제1출력 샤프트를 갖는 제1모터와; 상기 제1모터의 제1출력 샤프트에 결합되고, 제1출력 구동 샤프트를 포함하는 제1기어헤드 어셈블리와; 제2출력 샤프트를 갖는 제2모터와; 상기 제2모터의 제2출력 샤프트에 결합되고, 상기 제1기어헤드 어셈블리의 상기 제1출력 구동 샤프트와 동심적인 제2출력 구동 샤프트를 포함하는 제2 기어헤드 어셈블리와; 상기 제1 및 제2 기어헤드 어셈블리의 각각의 출력 구동 샤프트에 결합되며, 구동 기어를 거쳐서 상기 출력 장치에 결합된 제1 및 제2기어부분을 갖는 스플리트 기어 어셈블리와; 상기 구동 기어에 결합되어 상기 구동 기어의 상대적인 각도 위치를 나타내며 상기 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 위치 출력 신호를 제공하는 위치 센서와; 상기 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 각 속도 출력 신호를 제공하기 위해 선택된 모터에 결합된 타코메터와; 상기 타코메터, 상기 위치 센서 및 상기 각각의 모터에 결합되어, 상기 위치 및 속도 출력신호에 응답해서, 상기 구동 시스템에 의해 상기 출력 장치에 제공되는 토오크의 양을 제어하는 제어회로를 더 포함하는 구동 시스템.
  5. 출력 장치를 구동하기 위한 일체형 기어헤드 모터 시스템을 구비하는 구동 시스템으로서, 하우징과; 제1출력 사프트를 갖는 제1모터와; 상기 하우징의 개구부를 통해 돌출하는 제1출력 구동 샤프트를 포함하며, 상기 제1모터의 제1출력 샤프트에 결합된 제1기어헤드 어셈블리와; 제2출력 샤프트를 갖는 제2모터와; 상기 제1기어헤드 어셈블리의 상기 제1출력 구동 샤프트와 동심적이고 상기 하우징의 개구부를 통해 돌출하는 제2출력 구동 샤프트를 포함하는 제2기어헤드 어셈블리와; 상기 제1 및 제2기어헤드 어셈블리의 각각의 출력 구동 샤프트에 결합되며, 구동 기어를 거쳐서 상기 출력 장치에 결합된 제1 및 제2기어부분을 갖는 스플리트 기어 어셈블리와; 상기 구동 기어에 결합되어 상기 구동 기어의 상대적인 각도 위치를 나타내며 상기 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 위치 출력 신호를 제공하는 위치 센서와; 상기 구동 시스템에 의해 제공되는 토오크의 양을 제어하는데 사용되는 각 속도 출력 신호를 제공하기 위해 선택된 모터에 결합된 타코메터와; 상기 타코메터, 상기 위치 센서 및 상기 각각의 모터에 결합되어, 상기 위치 및 속도 출력신호에 응답해서, 상기 구동 시스템에 의해 상기 출력 장치에 제공되는 토오크의 양을 제어하는 제어회로를 더 포함하는 구동시스템.
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