KR100798087B1 - 감속기 장착 구동 장치 - Google Patents

Abstract

레이아웃의 자유도가 높은 파동 기어 장치를 제공한다.

파동 기어 장치(10)는 외주면에 외측 기어가 형성된 원형 형상의 서큘러스플라인(1’)과, 그 바깥쪽에 배분되고, 내주면에 서큘러스플라인(1’)의 외측 기어와 맞물릴 수 있는 내측 기어가 형성되며, 반경 방향으로 변형 가능한 플렉스플라인(2)과, 플렉스플라인(2) 바깥쪽에 배치되는 파동 발생 수단으로서의 로터(16)로 구성된다. 로터(16)는 내주면의 단경 부분에서 플렉스플라인(2)을 구부리게 하고, 플렉스플라인(2)의 내측 기어를 서큘러스플라인(1’)의 외측 기어에 맞물리게 하며, 그 교합점을 원주 방향으로 이동시킬 수 있다.

Description

감속기 장착 구동 장치{Drive unit with speed reducer}

본 발명은 감속기 장착 구동 장치에 관한 것이다.

종래의 구동 장치에 사용되는 감속기로서의 파동 기어 장치는 도 12에 도시하는 바와 같은 구성을 가지고 있다(일본 특허공개 평5-141485호 공보(특허 청구 범위, 청구항 1, 도 1) 참조). 즉, 외주면이 타원 형상으로 형성된 웨이브 제네레이터(40)를 둘러싸도록 플렉시블 베어링(50)을 통해 플렉스플라인(30)을 배치하고, 플렉스플라인(30) 바깥쪽에 내주면이 원형 형상의 서큘러스플라인(20)을 배치하도록 구성되어 있다.

서큘러스플라인(20)의 내주면에 내측 기어(內齒)가 형성되고, 플렉스플라인(30)의 외주면에는 서큘러스플라인(20)의 내측 기어와 맞물릴 수 있도록 외측 기어(外齒)가 형성되며, 또한 플렉스플라인(30)이 반경 방향으로 휠 수 있도록 되어 있다. 플렉스플라인(30)의 톱니 수는 서큘러스플라인(20)의 톱니 수보다 훨씬 적게 설정되어 있다.

웨이브 제네레이터(40)는 장경(長徑) 부분에서 플렉시블 베어링(50)을 통해 플렉스플라인(30)을 구부리게 하여 플렉스플라인(30)의 외측 기어를 서큘러스플라인(20)의 내측 기어와 맞물리게 하고 있다.

이와 같이 구성된 파동 기어 장치에서는, 예컨대 웨이브 제네레이터(40)를 회전시킨 경우, 웨이브 제네러이터(40)의 장경 부분 위치의 변화에 따라 플렉스플라인(30)의 외측 기어와 서큘러스플라인(20)의 내측 기어가 맞물리는 교합점이 원주 방향으로 이동한다. 이때, 플렉스플라인(30)의 톱니 수는 서큘러스플라인(20)의 그것보다 훨씬 적기 때문에, 예컨대 웨이브 제네레이터(40)를 360° 회전시킨 경우, 플렉스플라인(30)은 원주 방향으로 서큘러스플라인(20)과의 톱니 수 차이만큼 회전하게 된다. 즉, 웨이브 제네러이터(40)를 입력단으로, 플렉스플라인(30)을 출력단으로 하여 상기 종래의 파동 기어 장치를 감속기로서 사용한 경우, 웨이브 제네러이터(40)의 회전 속도에 대해 플렉스플라인(30)의 회전 속도가 크게 감속되게 된다.

이와 같은 고감속비를 가지는 파동 기어 장치는, 예컨대 각식(脚式) 이동 로봇에서의 발의 굴신(屈伸), 즉 구부리고 펴는 동작의 발생에 이용되고 있다. 도 13은 각식 이동 로봇에서의 발의 관절 부분을 도시하는 도면이다.

제1 링크(70)와 제2 링크(90)는 회동 지지 기구(91)로 연결되고, 서로 회동 가능하게 되어 있다. 제1 링크(70)와 제2 링크(90)의 회전 중심에 회전축이 오도록 파동 기어 장치(60)가 장착되어 있다. 즉, 서큘러스플라인(20)이 제2 링크(90)에 고정된다. 그리고 플렉스플라인(30)이 제1 회전축(30a)(출력축)에 있어서 복수의 볼트(80)에 의해 제1 링크(70)에 고정된다. 웨이브 제네레이터(40)에는 제2 회전축(40a)이 마련되고, 제2 회전축(40a)은 제1 회전축(30a)에 대해 회전 가능하게 지지되며, 제1 회전축(30a)을 마련하지 않은 쪽에 구동력을 전달하기 위한 풀리(61) 가 고정되어 있다.

여기서, 벨트(62)에 의해 모터(미도시)로부터의 구동력을 풀리(61)에 전달하면, 웨이브 제네러이터(40)가 구동되고, 웨이브 제네러이터(40)의 회전에 따라 플렉스플라인(30)이 감속하며 회전하여 제1 링크(70)가 회동된다.

그렇지만, 상기 파동 기어 장치(60)에서는 제1 회전축(30a)에서의 플렉스플라인(30)의 설치 위치는 제1 회전축(30a)의 단부에 제한되기 때문에, 제1 회전축(30a)에 대한 파동 기어 장치(60)의 배치 위치도 제1 회전축(30a)의 단부에 제한된다. 이 때문에, 제1 회전축(30a)을, 예컨대 2열의 베어링으로 지지하는 구성에서는 2열의 베어링 사이에서 파동 기어 장치를 배치할 수 없는 등 레이아웃 상의 자유도가 낮다는 문제가 있다.

또한 웨이브 제네러이터(40)에 구동력을 전달하는 풀리(61)는 웨이브 제네레이터(40)와 나란히 제2 회전축(40a)에 배치됨으로써 회전축 방향의 크기가 커지는 것을 피할 수 없어서 용도에 따라서는 사용하기 어려운 문제가 있다.

이에 대해, 웨이브 제네레이터를 플렉스플라인의 외주 쪽에 배치한 것도 알려져 있다(일본 특허공개 소59-9336호 공보(도 2) 참조).

그렇지만, 상기 일본 특허공개 소59-9336호 공보의 기술에 있어서도 구동력의 부여는 한쪽 단부로부터 행해져 있어서 축 방향의 크기가 컸다. 또한 구동력이 웨이브 제네러이터에 전달될 때까지의 경로를 구성하는 부재는 강성이 낮기 때문에, 응답성이 나쁘다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하고, 파동 기어 장치의 축 방향의 크기를 적게 하며, 감속기 장착 구동 장치의 레이아웃의 자유도를 향상시킴과 동시에, 양호한 응답성을 가지는 감속기 장착 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 감속기 장착 구동 장치의 기초적 형태로서의 파동 기어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2는 파동 기어 장치의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1에서의 A-A 단면을 개념적에 나타내는 도면이다.

도 4는 플렉스플라인을 고정한 상태에서 풀리에 구동력을 줌으로써 서큘러스플라인을 구동하는 경우의 동작을 나타내는 도면이다.

도 5는 감속기 장착 구동 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 6은 도 5의 B-B 단면을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 7은 감속기 장착 구동 장치의 배치 레이아웃을 설명하는 도면이다.

도 8은 로터의 변형례를 설명하는 도면이다.

도 9는 감속기 장착 구동 장치의 다른 변형례를 나타내는 단면도이다.

도 10은 플랫 모터를 이용한 경우의 감속기 장착 구동 장치의 단면도이다.

도 11은 각식 이동 로봇에서의 발의 관절 부분을 도시하는 단면도이다.

도 12는 종래의 파동 기어 장치를 도시하는 도면이다.

도 13은 종래의 파동 기어 장치를 사용한 각식 이동 로봇에서의 발의 관절 부분을 도시하는 단면도이다.

제1 발명은 외주면에 외측 기어가 형성된 원형 형상의 강체 기어와, 상기 강체 기어 바깥쪽에 배치되고, 상기 강체 기어의 외주 길이보다 큰 내주 길이를 가짐과 동시에, 내주면에 상기 강체 기어의 외측 기어와 맞물릴 수 있는 내측 기어가 형성된 환상의 플렉시블 기어와, 상기 플렉시블 기어를 반경 방향으로 구부리게 함으로써 상기 플렉시블 기어의 내측 기어를 상기 강체 기어의 외측 기어에 맞물리게 함과 동시에, 상기 플렉시블 기어를 구부리게 하는 교합 위치를 원주 방향으로 이동시키는 파동 발생 수단을 구비하고, 상기 파동 발생 수단이 모터의 로터인 것으로 했다.

제2 발명은 외주면에 외측 기어가 형성된 원형 형상의 강체 기어와, 상기 강체 기어 바깥쪽에 배치되고, 상기 강체 기어의 외주 길이보다 큰 내주 길이를 가짐과 동시에, 내주면에 상기 강체 기어의 외측 기어와 맞물릴 수 있는 내측 기어가 형성된 환상의 플렉시블 기어와, 상기 플렉시블 기어를 반경 방향으로 구부리게 함으로써 상기 플렉시블 기어의 내측 기어를 상기 강체 기어의 외측 기어에 맞물리게 함과 동시에, 상기 플렉시블 기어를 구부리게 하는 교합 위치를 원주 방향으로 이동시키는 파동 발생 수단을 구비하며, 상기 파동 발생 수단은 상기 플렉시블 기어 바깥쪽에 상기 플렉시블 기어에 대해 회전 가능하게 배치되고, 상기 플렉시블 기어를 반경 방향으로 구부리게 하도록 압압(押壓)하는 압압부를 구비한 회전 부재로서, 상기 회전 부재는 모터의 로터인 것으로 했다.

제3 발명은 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 로터의 외주 쪽에 로터를 회전시키는 모터의 스테이터가 배치되고, 상기 강체 기어는 제1 부재에 결합됨과 동시에, 양단부에 있어서 제2 부재에 의해 회전 가능하게 지지된 것으로 했다.

제4 발명은 제1 또는 제2 발명에 있어서, 동경(同徑)의 통상부를 가지는 상기 플렉시블 기어를 2개 가지고, 각 플렉시블 기어의 일단측을 서로 대향시켜서 배치 한 다음, 각 플렉시블 기어를 상기 강체 기어에 맞물리게 함과 동시에, 각 플렉시블 기어를 타단 쪽에서 지지한 것으로 했다.

제5 발명은 제1 또는 제2 발명에 있어서, 상기 로터가 적어도 내주가 타원 형상을 이룸과 동시에 복수의 자석이 배치되고, 상기 복수의 자석은 상기 타원 형상의 장축 또는 단축을 선대칭축으로서 배치된 것으로 했다.

제6 발명은 제1 또는 제2 발명에 있어서, 상기 로터의 외주부에 상기 로터의 변형을 방지하는 변형 구속 부재를 더 구비한 것으로 했다.

제7 발명은 제1 또는 제2 발명에 있어서, 상기 로터가 상기 모터의 회전축에 따른 자속을 발생하도록 구성되고, 상기 로터를 회전시키는 스테이터가 상기 로터 자속의 발생 부분을 대면하여 배치됨과 동시에, 상기 회전축에 따른 자속을 발생하도록 구성된 것으로 했다.

제1 발명에 의하면, 강체 기어를 안쪽에, 강체 기어 바깥쪽에 플렉시블 기어를 배치하고, 파동 발생 수단이 플렉시블 기어 바깥쪽에 플렉시블 기어에 대해 회전 가능하게 배치된 모터의 로터로 구성된다. 이때, 모터의 로터로 플렉시블 기어를 구부리게 하여 구부리게 한 부분으로 강체 기어의 외측 기어를 플렉시블 기어의 내측 기어와 맞물리게 할 수 있다. 그리고 모터의 로터의 회전에 의해 그 교합점을 원주 방향으로 이동시킬 수 있다.

그리고 파동 발생 수단은 모터의 로터이기 때문에, 모터의 출력을 직접 파동 기어 장치의 입력으로서 이용할 수 있고, 파동 기어 장치가 콤팩트하게 됨과 동시에, 파동 기어 장치의 입력 부분의 강성이 높아져 응답성을 양호하게 할 수 있다.

또한 로터의 회전 속도에 대해 강체 기어의 회전 속도가 크게 감속되기 때문에, 예컨대 강체 기어의 회전축을 중공 구조로 하고, 거기에 전기 하네스 등을 통과시켜도 전기 하네스와 회전축의 접동 속도가 작아 하네스가 손상될 우려도 적어진다.

제2 발명에 의하면, 모터의 로터가 가장 바깥쪽에 있기 때문에, 종래에 비해 축 방향의 크기를 적게 할 수 있다.

또한 모터의 로터는 플렉시블 기어보다 외주 쪽에 있기 때문에, 구동력의 입력을 위해 회전축의 일단 또는 양단을 사용할 필요가 없어서 회전축 양단 부근의 레이아웃의 자유도가 향상된다.

또한 파동 발생 수단은 모터의 로터로서 압압부에서 플렉시블 기어를 기계적으로 구부리게 하기 때문에, 강체 기어의 외측 기어와 플렉시블 기어의 내측 기어를 확실하게 맞물리게 할 수 있다.

제3 발명에 의하면, 고(高)토르크의 토르크 전달을 가능하게 하면서 링크 관절의 소형화를 꾀할 수 있다.

제4 발명에 의하면, 플렉시블 기어를 광폭(廣幅)으로 구성할 수 있고, 또한 고토르크의 토르크 전달이 가능하게 된다.

제5 발명에 의하면, 토르크 변동 폭(리플)이 저감한다. 또한 자로(磁路)가 대칭으로 형성되고, 적정한 자로가 되기 때문에 자기 저항이 낮아져 모터의 최대 토르크가 향상된다.

제6 발명에 의하면, 변형 구속 부재에 의해 로터의 변형이 억제된다. 또한 웨이브 제네레이터의 강성을 높일 수 있다.

제7 발명에 의하면, 베어링, 플렉스플라인 또는 서큘러스플라인 등에 의해 자속이 산란하는 일이 없다. 그 결과, 자속의 산란에 의해 발생하는 열을 억제할 수 있다. 또한 스테이터의 배치에 신경을 쓰는 일 없이 로터의 외경을 크게 할 수 있기 때문에, 웨이브 제네레이터의 강성을 높이 유지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 제일 먼저, 본 발명인 감속기 장착 구동 장치의 기초적 형태로서 강체 기어 바깥쪽에 플렉시블 기어가 위치하고, 플렉시블 기어 바깥쪽에 있는 풀리를 입력으로 하는 형태를 설명한다. 도 1은 감속기 장착 구동 장치의 기초적 형태로서의 파동 기어 장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 그 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에서의 A-A 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.

파동 기어 장치(10)은 주로 강체 기어로서의 서큘러스플라인(1)과, 서큘러스플라인(1) 바깥쪽에 배치되는 플렉시블 기어로서의 플렉스플라인(2)과, 플렉스플라인(2) 바깥쪽에 배치된 파동 발생 수단으로서의 풀리(3)으로 구성되어 있다.

서큘러스플라인(1)은 도 2에 도시한 바와 같이 소경(小經)부의 단부 쪽의 외 주면에 외측 기어(1a)가 형성되며, 그 중심부에 관통공이 마련되어 있다.

플렉스플라인(2)은 반경 방향으로 변형 가능한 가요성을 가지는 원통상의 부재로서, 그 내주면에 외측 기어(1a)와 맞물릴 수 있는 내측 기어(2a)가 형성되며, 내측 기어(2a)를 설치하지 않은 쪽의 단부에는 강성의 플랜지(2b)가 형성되어 있다. 서큘러스플라인(1)의 외측 기어(1a)는 플렉스플라인(2)의 내측 기어(2a)보다 톱니 수가 적게 설정되어 있다.

풀리(3)는 원형 형상의 외주면에 벨트(9)를 장착하기 위한 홈이 형성되고, 내주면이 도 3에 도시한 바와 같이 외주면과 같은 중심으로 타원 형상으로 형성되며, 플렉시블 베어링(4)을 통해 플렉스플라인(2)을 구부리게 하고, 단경 부분에서 플렉스플라인(2)의 내측 기어(2a)와 서큘러스플라인(1)의 외측 기어(1a)를 교합시키고 있다. 즉, 단경 부분은 플렉스플라인(2)을 반경 방향으로 압압하는 압압부로서 기능함으로써 플렉스플라인(2)을 구부리게 하고 있다. 이와 같이 풀리(3)는 구동력을 전달하기 위한 풀리로서의 기능뿐 아니라 파동 기어 장치에서의 웨이브 제네레이터로서의 기능도 수행한다.

플렉스플라인(2)의 플랜지(2b) 양쪽에는 도 1에 도시한 바와 같이 풀리 지지 링(6)과 링크(8)가 배치되고, 풀리 지지 링(6)과 링크(8)는 플랜지를 사이에 두고 원주 방향으로 나란히 배열된 복수의 볼트(8a)에 의해 연결되어 있다. 플렉스플라인(2)은 플랜지(2b)를 고정단으로서 내측 기어(2a)가 마련된 쪽을 반경 방향으로 구부리게 할 수 있다. 풀이리 지지 링(6)은 도 1에 도시한 바와 같이 제1 베어링(5)을 통해 풀리(3)를 지지하고, 링크(8)는 제2 베어링(7)을 통해 서큘러스플라 인(1)을 지지하고 있다.

이에 의해 플렉스플라인(2)에 대해 서큘러스플라인(1)은 상대적으로 회전할 수 있다. 한편, 풀리(3)는 플렉시블 베어링(4)을 통해 플렉스플라인(2)의 외주면에서 플렉스플라인(2)을 구부리게 하면서 회전할 수 있다. 즉, 풀리(3), 플렉스플라인(2), 서큘러스플라인(1)이 각각 소정의 관계를 유지하면서 독립적으로 상대 회전할 수 있다. 이 3개의 회전 요소 중 어느 하나를 입력단 쪽으로, 하나를 출력단 쪽으로 하여 감속기 또는 증속기로서 사용할 수 있다. 또한 하나의 회전 요소를 출력단 쪽으로 하고, 다른 2개의 회전 요소를 입력단 쪽으로 하면, 차동 기구로서 기능시킬 수도 있다.

다음으로, 파동 기어 장치(10)의 동작에 대해 설명한다. 도 4는 플렉스플라인을 고정한 상태로 풀리에 구동력을 주여 서큘러스플라인을 구동할 경우의 동작을 나타내는 도면이다.

도 4(a)에서는 풀리(3)의 내주면에서의 단경 부분에서 서큘러스플라인(1)의 톱니(m)와 플렉스플라인(2)의 톱니(n)가 교합되어 있다. 이 교합 위치를 교합점(a)으로서 풀리(3)를 반시계 방향으로 90° 회전시킨 경우, (b)에 도시한 바와 같이 교합점(a)이 풀리(3)의 내주면에서의 단경 부분과 마찬가지로 90° 회전하게 된다. 이때, 교합점이 어긋남으로써 톱니(m)와 톱니(n)가 교합되지 않게 된다. 그리고 풀리(3)를 더 90°, 즉 (a)의 위치에서 반시계 방향으로 180° 회전시키면, 교합점(a)도 마찬가지로 180° 회전하게 된다. 이때, 플렉스플라인(2)의 톱니(n)가 서큘러스플라인(1)의 톱니와 다시 교합되게 되지만, 서큘러스플라인(1)의 톱니 수가 플렉스플라인(2)의 그것보다 적기 때문에, 서큘러스플라인(1)의 톱니(m)가 톱니(n)로부터 이탈하게 된다. 따라서 플렉스플라인(2)을 고정한 경우, 풀리(3)의 회전 속도에 대해 서큘러스플라인(1)의 회전 속도가 크게 감속되게 되어 파동 기어 장치(10)를 감속기로서 사용하는 경우 큰 감속비를 얻을 수 있게 된다.

파동 기어 장치(10)는 이상과 같이 구성되고, 풀리(3)를 최외주에 배치하고, 풀리(3)에 대해 회전 속도가 감속되는 서큘러스플라인(1)을 중심부에 배치했기 때문에, 예컨대 서큘러스플라인(1)의 회전축을 중공 구조로 하고, 거기에 전기 하네스를 통과키셔 사용할 수 있다. 이 경우, 서큘러스플라인(1)의 회전이 저속이기 때문에, 회전축과 하네스의 접동 속도가 작아 하네스가 손상될 우려가 적다. 또한 파동 기어 장치(10)를 윤활하게 하기 위해 회전축을 통해 유체를 흘려 보낸 경우에도 원심력으로 유체가 목적하는 부위에 닿지 않는 일도 없다.

또한 감속기로서 사용하는 경우, 최외주로 있는 풀리(3)에 구동력을 주어 중앙부에 있는 서큘러스플라인(1)으로부터 구동력을 출력할 수 있다. 이때, 서큘러스플라인(1)은 도 1에 도시한 바와 같이 가장 안쪽에 있고, 또한 축 방향으로는 종래와 같이 구동력을 전달하기 위한 풀리가 존재하지 않기 때문에, 출력축에서의 서큘러스플라인(1)의 배치 위치를 자유롭게 설정할 수 있음과 동시에, 출력축의 양쪽에서부터 구동력을 출력할 수 있다.

즉, 출력축에 대한 파동 기어 장치(10)의 배치 위치는 출력축의 단부뿐 아니라 안쪽에도 설정할 수도 있으며, 안쪽에 설정한 경우에는 파동 기어 장치의 양쪽에서 신장한 출력축으로부터 구동력을 출력할 수도 있다.

다음으로, 구동용 모터의 로터를 파동 발생 수단으로 사용한 본 발명의 감속기 장착 구동 장치에 대해 설명한다. 도 5는 감속기 장착 구동 장치의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 B-B 단면을 개념적으로 나타낸 도면이다.

상기한 기초적 형태로서의 파동 기어 장치(10)를 감속기로서 사용하는 경우, 풀리(3)를 모터의 로터로서 형성하고, 모터의 구동력을 감속하여 서큘러스플라인(1)으로부터 직접 출력함으로써 구동원과 감속기를 일체로 하면서 콤팩트한 장치를 구성할 수 있다.

본 실시예의 감속기 장착 구동 장치(10’)는 도 5에 도시한 바와 같이 외측 기어(1a’)가 형성된 서큘러스플라인(1’) 바깥쪽에 내측 기어(2a’)가 형성된 플렉스플라인(2’)이 배치되며, 플렉스플라인(2’) 바깥쪽에는 가여 베어링(4)을 통해 모터의 회전축의 일례로서의 로터(16)가 배치되어 있다. 여기서의 로터란 동축 상에 고정되어 배치된 스테이터 사이에서 서로 흡인력 또는 반발력 등의 자력이 작용되어 회전되는 것이다. 로터에는 영구 자석 또는 전자석이 배치되고, 이들 영구 자석 또는 전자석은 대향하는 스테이터와 전자석 또는 영구 자석 사이에서 서로 힘을 미치게 된다.

로터(16)는 내주면이 타원 형상으로 형성되고, 그 단경 부분에서 플렉스플라인(2’)을 구부리게 하며, 플렉스플라인(2’)의 내측 기어(2a’)를 서큘러스플라인(1’)의 외측 기어(1a’)에 교합시키고 있다. 즉, 이 로터(16)는 상기 파동 기어 장치(10)에서의 풀리(3)와 마찬가지로 웨이브 제네레이터로서의 기능을 발휘하는 것이다.

서큘러스플라인(1’)은 제2 베어링(7’)을 통해 링크(8’)에 회전 가능하게 지지되고, 플렉스플라인(2’)은 그 플랜지가 링크(8’)와 케이싱(15)의 벽면에 삽입된 상태에서 볼트(8a)에 의해 고정된다.

로터(16)는 2개의 제1 베어링(5)에 의해 케이싱(15)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 로터(16) 바깥쪽에 케이싱(15)에 고정되고, 원주 방향으로 형성된 복수의 돌극(突極)에 코일(17a)이 감긴 스테이터(17)가 배치되어 있다. 이 코일(17a)에 순차적으로 통전함으로써 로터(16)를 사이에 둔 회전 자장을 형성할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이 로터(16)에는 원주 방향으로 등간격으로 복수의 영구 자석(16a)이 배치되고, 따라서 스테이터(17)와의 자기 흡인 또는 반발로 로터(16)가 구동력을 얻어 회전할 수 있다.

서큘러스플라인(1’)의 단부 쪽에 로터(16)의 회전 속도를 검출하는 인코더(18)가 마련되고, 그 회전 원반(18a)은 제3 베어링(19)을 통해 케이싱(15)에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 로터(16)와 연결되어 있다.

감속기 장착 구동 장치(10’)는 이상과 같이 구성되고, 스테이터(17)의 각 코일(17a)에 순차적으로 통전함으로써 로터(16)가 구동되며, 그 회전으로 서큘러스플라인(1’)과 플렉스플라인(2’)의 교합점이 원주 방향으로 이동되어 서큘러스플라인(1’)이 감속 구동된다.

그리고 로터(16)가 회전할 때, 인코더(18)로 회전 원반(18a)의 회전각을 나타내는 정보가 작성되기 때문에, 그 정보를 사용하여 로터(16)의 회전 속도를 검출할 수 있다.

이와 같이 로터(16)는 웨이브 제네러이터로서의 기능을 가짐과 동시에, 스테이터(17)와 모터를 구성하며, 모터에서의 구동력을 출력하는 출력축의 기능도 수행하기 때문에, 구동력을 직접적으로 감속하여 출력할 수 있다.

이상과 같은 감속기 장착 구동 장치(10’)에 의하면, 다음과 같은 효과를 가져다 준다.

우선, 모터를 축의 단부에 마련하는 일 없이 외주 쪽에 배치하여 편평형으로 했기 때문에, 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있다. 그리고 종래의 외측 기어를 구비한 플렉시블 기어로 구성된 파동 기어 장치에 있어서 웨이브 제네레이터와 로터(아우터 로터)를 일체화 한 경우에는, 파동 기어 장치의 출력에 비교하여 모터가 너무 작기 때문에, 실용적인 장치가 될 수 없다.

그리고 모터의 회전을 제어하는 경우, 모터로부터 회전체까지의 강성이 낮으면, 제어를 안정시키기 위해 속도 루프 게인을 크게 하기 어렵지만, 본 실시예에서는 로터와 웨이브 제네레이터를 축으로 결합하는 게 아니라 로터 자체가 웨이브 제네레이터가 되어 있는 것에서, 회전체까지의 탄성 요소가 없다고 간주할 수 있으며, 속도 루프 게인을 높게 하여 응답성을 양호하게 할 수 있다. 게다가 로터가 중공 형상으로 지름이 큰 것에서 로터 자체의 뒤틀림 강성도 높고, 이에 의해서도 응답성이 양호하게 된다.

또한 감속기 장착 구동 장치(10’)는 모터가 중공 구조가 되어 표면적이 커지기 때문에, 냉각 성능이 뛰어나며 고토르크를 지속하는 것을 기대할 수 있다.

또한 모터, 웨이브 제네러이터 및 플렉스플라인의 3개가 일체가 되어 있기 때문에, 서큘러스플라인을 구비한 링크에 이 일체화된 장치를 삽입하고, 체결하기만 하면 조립이 가능하기 때문에, 부품 점수·조립 공정수가 삭감되어 저비용화가 가능하게 된다.

또한 종래는 모터와 웨이브 제네레이터의 샤프트끼리의 체결로 회전 방지의 키를 사용하고 있었지만, 감속기 장착 구동 장치(10’)에서는 키를 사용할 필요가 없기 때문에, 키 홈의 피로에 의한 마모가 발생하는 일이 없다. 따라서 로터로부터 웨이브 제네러이터까지의 운동 전달 경로에 있어서 마모를 O으로 할 수 있어서 상기한 바와 같이 웨이브 제네러이터의 응답성이 양호하게 되거니와 소음의 저하나 내구성의 향상도 기대된다.

또한 종래는 모터와 웨이브 제네레이터의 샤프트끼리의 결합에 있어서 정밀도를 요구하는 테이퍼 샤프트와 테이퍼 하우징에 의한 결합을 하고 있었지만, 감속기 장착 구동 장치(10’)에서는 그와 같은 테이퍼 가공은 불필요하게 되어 가공 공정수의 삭감과 저비용화를 실현할 수 있다.

또한 본 실시예에 의하면, 감속기 장착 구동 장치의 레이아웃 자유도가 향상된다. 도 7은 파동 기어 장치의 배치 레이아웃을 설명하는 도면이다. 종래의 파동 기어 장치(60)는 옆에 구동력을 전달하는 벨트가 있기 때문에, 도 7에 도시한 바와 같이 그 배치 위치가 출력축(24)(제1 회전축(30a))의 단부에 한정된다. 즉, 한쪽에만 출력축을 설치하는 구성이다. 이에 대해 본 실시예의 감속기 장착 구동 장치(10’)는 양쪽에 출력축을 설치할 수 있기 때문에, 종래와 같이 출력축의 단부에 배치할 수 있는 것은 물론이거니와 도 7에 도시한 바와 같이 출력축(24)(서큘러스플라 인(1)의 회전축)을 지지하는 베어링(21, 22, 23) 사이에도 배치할 수 있어서 레이아웃 자유도가 향상된다.

그리고 본 실시예에서는 로터(16)의 내주면을 타원 형상으로 하고 그 단경 부분에서 플렉스플라인(2)을 구부리게 했지만, 내주면은 반드시 타원 형상일 필요성은 않으며, 예컨대 도 8에 도시한 바와 같이 원형 형상의 내주면을 대향하는 두 군데에 압압부로서 돌기(16b', 16b')를 형성하고, 돌기(16b', 16b')에 의해 플렉스플라인(2)을 구부리게 할 수도 있다. 이 경우, 본 실시예와 같이 로터(16’)를 회전시키면, 돌기(16b’, 16b’)가 플렉스플라인(2)과 서큘러스플라인(1)의 교합점을 이동시켜 서큘러스플라인(1)의 회전 속도를 감속시킬 수 있다. 그리고 이 경우, 돌기(16b’, 16b’)의 선단면은 원형의 일부라도 되며 타원형의 일부라도 된다. 물론, 돌기(16b')를 하나만 형성해도 된다.

다음으로, 도 5의 감속기 장착 구동 장치의 변형례를 설명한다. 도 9는 감속기 장착 구동 장치의 변형례의 단면도이다.

도 9에 나타내는 감속기 장착 구동 장치(10”)는 도 5의 감속기 장착 구동 장치(10’)의 서큘러스플라인(1’)을 한쪽 지지로부터 양쪽 지지로 변경하고, 플렉스플라인(2’)을 양쪽에서 배치한 것이다. 이와 같은 양쪽 지지는 파동 발생 수단을 플렉스플라인(2’)의 외주 쪽에 배치한 것에 의해 가능하게 되어 있다.

감속기 장착 구동 장치(10”)는 광폭의 외측 기어(1”)가 형성된 서큘러스플라인(1”)의 외주 쪽에 내측 기어(2a”)가 형성된 플렉스플라인(2”)이 배치되고, 플렉스플라인(2”)의 외주 쪽에는 광폭의 가여 베어링(4)을 통해 로터(16”)가 배 치되어 있다.

로터(16”)는 내주면이 타원 형상으로 형성되고, 그 단경 부분에서 플렉스플라인(2”)을 구부리게 하고, 플렉스플라인(2”)의 내측 기어(2a”)가 서큘러스플라인(1”)의 외측 기어(1a”)에 맞물리도록 되어 있다. 즉, 로터(16”)는 도 5의 로터(16)와 마찬가지로 웨이브 제네레이터로서의 기능을 가진다.

서큘러스플라인(1”)은 후술하는 플렉스플라인(2”)의 내주 쪽에 들어가는 통부(101)과, 통부(101)의 도 9에서의 오른쪽에 연속되고 통부(101)보다 전체적으로 굵은 통상의 링크 결합부(102)로 구성되어 있다. 링크 결합부(102)의 오른쪽 단부에는 나사 공(109)이 마련되어 있고, 이 나사 공(109)에 제1 부재인 제1 링크(107)가 볼트(8a)에 의해 결합되어 있다. 마찬가지로 통부(101a)의 좌단에도 나사 공(109)이 형성되고, 이 나사 공(109)에 왼쪽으로부터 제1 부재인 제1 링크(107)가 볼트(8a)에 의해 결합되어 있다. 통부(101a)의 외주에는 상기한 외측 기어(1a”)가 형성되어 있다. 이와 같이 통부(101a)는 왼쪽의 일단이 플렉스플라인(2”)의 내경보다 작기 때문에, 플렉스플라인(2”)에 삽입하여 장착하기 쉽다.

서큘러스플라인(1”)은 일단 쪽, 도 9에 있어서는 오른쪽이 제2 베어링(7’)을 통해 제2 부재의 일부인 제2 링크(106)에 회전 가능하게 지지되고, 타단 쪽, 도 9에 있어서는 왼쪽도 제2 베어링(7’)을 통해 제2 링크(106)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이와 같이 서큘러스플라인(1”)이 양쪽에서 회전 지지됨으로써 감속기 장착 구동 장치(10”)를 로봇의 관절 등 고토르크를 요구하는 관절로서 이용할 수 있다.

그리고 서큘러스플라인(1”)은 제2 링크와 일체가 되어 있는 부재, 예컨대 케이싱(15)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있어도 된다.

플렉스플라인(2”)은 반경 방향으로 가요성을 가지는 얇은 통상부(2b”)와 통상부(2b”)의 단부로부터 반경 방향으로 연장되는 플랜지부(2c”)로 이루어져 있다. 통상부(2b”)의 내면에는 상기한 내측 기어(2a”)가 형성되어 있다. 플렉스플라인(2”)은 통상부(2b”)의 단부(일단 쪽)를 서로 대행시킨 상태에서 같은 것이 2개 배치되어 있다. 양단(타단 쪽)에 위치한 플랜지부(2c”)는 오른쪽에 대해서는 오른쪽의 제2 링크(106)와 케이싱(15) 사이에 삽입되고서 볼트(8a)로 고정되고, 왼쪽에 대해서는 왼쪽의 제2 링크(106)와 케이싱(15) 사이에 삽입되어 볼트(8a)로 고정되어 있다. 이와 같이 2개의 플렉스플라인(2”)을 그 통상부(2b”)를 일단에서 대행시키고 내측 기어(2a”)의 폭을 널리 잡고 있기 때문에, 감속기 장착 구동 장치(10”)는 고토르크의 토르크 전달이 가능하게 된다.

로터(16”) 및 스테이터(17)의 기능 및 구조는 도 5의 로터(16) 및 스테이터(17)의 기능과 마찬가지로 스테이터(17)의 코일(17a)로의 통전에 의해 로터(16”)가 회전되게 된다. 또한 로터(16)의 타단 쪽 외주에는 회전 원반(18a)이 고정되고, 인코더(18)로 회전 원반(18a)의 회전을 검출함으로써 로터(16”)의 회전 속도, 회전각이 검출된다.

감속기 장착 구동 장치(10”)는 이상과 같이 구성되고, 스테이터(17)의 각 코일(17a)에 순차적으로 통전함으로써 로터(16”)가 구동되며, 그 회전으로 서큘러스플라인(1”)과 플렉스플라인(2”)의 교합점이 원주 방향으로 이동되어 서큘러스 플라인(1”)이 감속 구동된다.

그리고 로터(16”)가 회전할 때, 인코더(18)로 회전 원반(18a)의 회전각을 나타내는 정보가 작성되기 때문에, 그 정보를 사용하여 로터(16”)의 회전 속도를 검출할 수 있다.

이와 같이 서큘러스플라인(1”) 및 플렉스플라인(2”)을 양쪽에서 지지한 일에 의해 도 5의 감속기 장착 구동 장치(10’)가 가지는 이점에다가 고토르크의 회전 전달이 가능하게 된다. 또한 같은 토르크 전달력으로 하려고 한 경우에는, 감속기 장착 구동 장치(10”)의 반경 방향의 크기를 작게 할 수 있다.

다음으로, 도 5의 감속기 장착 구동 장치(10’)의 다른 변형예에 대해 설명한다. 도 10은 플랫 모터를 이용한 경우의 감속기 장착 구동 장치의 단면도이다.

도 10에 나타내는 감속기 장착 구동 장치(10”)는 도 5의 감속기 장착 구동 장치(10’)에서의 스테이터(17)에 비해 약간 내경 쪽에 가깝게 배치된 스테이터(171)를 가지고 있다. 스테이터(171)는 코일(171a)을 가지고 코일(171a)로의 통전에 의해 모터의 회전축, 즉 제1 링크(107)와 제2 링크(106)의 상호 회전축의 방향으로 자속을 발생한다.

스테이터(171)의 도 10에서의 좌우 양쪽에는 스테이터(171)를 양쪽에서 둘러싸는 형태로 로터(161)가 배치되어 있다. 로터(161)는 스테이터(171) 양쪽에 영구 자석(162, 163)을 가지고 있다. 영구 자석(162, 163)도 상기 회전축에 따른 자속을 발생하고 있고, 스테이터(171)로의 통전에 의해 로터(161)가 회전하도록 스테이터(171)와 로터(161)로 이른바 플랫 모터를 구성하고 있다.

로터(161)의 영구 자석(162, 163)은 플렉스플라인(2”)의 내측 기어(2a)”와, 서큘러스플라인(1”)의 외측 기어(1a”)가 교합되는 부분의 외주에 배치되어 있다.

이와 같은 구성의 감속기 장착 구동 장치(10”)에 의하면, 자속이 연장되는 방향과, 베어링, 플렉스플라인 또는 중공 서큘러스플라인 등과의 위치 관계상 스테이터(171)나 영구 자석(162)이 발생하는 자속이 이들 부재에 산란되는 일이 없다. 이 때문에, 자속의 산란에 의한 와전류의 발생이 억제되어 와전류에 의한 불필요한 열의 발생을 억제할 수 있다.

그리고 로터(161)는 플렉스플라인(2”)의 내측 기어(2a”)와, 서큘러스플라인(1”)의 외측 기어(1a”)가 교합되는 부분의 외주에 위치하는 부분이 두껍게 형성되어 있기 때문에, 영구 자석(162, 163)의 강성에 의해 외측 기어(1a”)와 내측 기어(2a”)를 확실히 교합시킬 수 있다. 또한 제1 베어링(5, 5)은 로터(161)의 양단 부근의 외주에 감합(嵌合)되어 있기 때문에, 로터(161)가 플렉스플라인(2”)을 압압한 반력으로서 반경 방향 바깥쪽에 펴지게 됐다 해도 제1 베어링(5, 5)이 변형을 구속하는 변형 구속 부재로서 기능하기 때문에, 로터(161)의 겉보기상의 강성이 높으며, 외측 기어(1a”)와 내측 기어(2a”)의 확실한 교합을 실현할 수 있다. 또한 제1 베어링(5, 5)을 로터(161)의 외주 중에서도 각 영구 자석(162, 163)의 외주에 감합시키면, 로터(161)의 겉보기상의 강성을 더욱 향상시키고, 외측 기어(1a”)와 내측 기어(2a”)의 확실한 교합을 실현할 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이 영구 자석(162, 163)이 외측 기어(1a”)와 내측 기어(2a”)의 외주 부분에 배치되어 있을 때는 효과적이다. 그리고 변형 구속 부재는 반드시 베어링일 필요는 없고, 영구 자석(162, 163)의 외주에 링 형상의 부재를 감합시켜도 된다.

또한 스테이터(171)와 로터(161)를 플랫 모터의 구성으로 한 것에서 스테이터(171)의 외경이 작아져 감속기 장착 구동 장치(10”)를 소형으로 할 수 있다.

다음으로, 응용례로서 상기한 감속기 장착 구동 장치(10’)를 각식 이동 로봇에 사용한 경우를 설명한다.

도 11은 각식 이동 로봇에서의 발의 관절 부분을 도시하는 단면도이다.

도 11에 도시한 바와 같이 감속기 장착 구동 장치(10’)는 서큘러스플라인(1’)의 양단이 볼트(8a)에 의해 제2 링크(12)에 결합되어 있다. 즉, 제2 링크(12)는 서큘러스플라인(1’)과 일체가 되어 있다. 그리고 제1 링크(13)는 도 11에서의 오른쪽에 있어서 제2 베어링(7’)에 의해 서큘러스플라인(1’)에 회동 가능하게 지지되며, 왼쪽에 있어서 제2 베어링(7’)에 의해 제2 링크(12)에 회동 가능하게 지지되어 있다. 그리고 좌우의 제2 링크(12, 12)는 위쪽에서 일체가 되어 있고, 좌우의 제1 링크(13, 13)는 아래쪽에서 일체가 되어 있다.

여기서, 감속기 장착 구동 장치(10’)를 동작시켜서 로터(16)를 회전시키면, 상기한 바와 같이 플렉스플라인(2’)의 내측 기어(2a’)와 서큘러스플라인(1’)의 외측 기어(1a’)가 교합하여 서큘러스플라인(1’)이 감속 회전한다. 이 결과, 제1 링크(13)에 대해 제2 링크(12)가 천천히 회동되게 된다.

이와 같이 감속기 장착 구동 장치(10’)가 동작하는 경우, 서큘러스플라인(1’)의 양쪽에서 균등하게 구동력을 출력할 수 있기 때문에, 제1 링크(13)와 제2 링 크(12)를 균형 있게 회동시킬 수 있다. 또한 로터(16) 자체가 웨이브 제네레이터로서의 기능을 가지기 때문에, 로터(16)를 고속으로 회전시켜 좋은 응답성으로 제1 링크(13)와 제2 링크(12)를 서로 회동시킬 수 있다.

또한 서큘러스플라인(1’)의 회전 속도가 저속이기 때문에, 그 중앙의 관통공에 하네스를 통과시켜도 서큘러스플라인(1’)과의 접동으로 하네스가 손상될 우려는 적어 로봇의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 예컨대 감속기 장착 구동 장치(10’)를 윤활하게 하기 위한 유체를 흘려 보낸 경우에도 큰 원심력으로 유체가 관통공의 벽면에 부착하여 목적하는 부분에 닿지 않는다는 불편함도 없다.

Claims (7)

1. 외주면에 외측 기어가 형성된 원형 형상의 강체 기어;

   상기 강체 기어 바깥쪽에 배치되고, 상기 강체 기어의 외주길이보다 큰 내주길이를 가짐과 동시에, 내주면에 상기 강체 기어의 외측 기어와 맞물릴 수 있는 내측 기어가 형성된 환상(環狀)의 플렉시블 기어; 및

   상기 플렉시블 기어를 반경 방향으로 구부리게 함으로써 상기 플렉시블 기어의 내측 기어를 상기 강체 기어의 외측 기어에 맞물리게 함과 동시에, 상기 플렉시블 기어를 구부리게 하는 교합 위치를 원주 방향으로 이동시키는 파동 발생 수단을 구비하고,

   상기 파동 발생 수단이 모터의 로터인 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.
2. 외주면에 외측 기어가 형성된 원형 형상의 강체 기어;

   상기 강체 기어 바깥쪽에 배치되고, 상기 강체 기어의 외주길이보다 큰 내주길이를 가짐과 동시에, 내주면에 상기 강체 기어의 외측 기어와 맞물릴 수 있는 내측 기어가 형성된 환상의 플렉시블 기어; 및

   상기 플렉시블 기어를 반경 방향으로 구부리게 함으로써 상기 플렉시블 기어의 내측 기어를 상기 강체 기어의 외측 기어에 맞물리게 함과 동시에, 상기 플렉시블 기어를 구부리게 하는 교합 위치를 원주 방향으로 이동시키는 파동 발생 수단을 구비하고,

   상기 파동 발생 수단은 상기 플렉시블 기어 바깥쪽에 상기 플렉시블 기어에 대해 회전 가능하게 배치되고, 상기 플렉시블 기어를 반경 방향으로 구부리게 하도록 압압하는 압압부를 구비한 회전 부재로서, 상기 회전 부재가 모터의 로터인 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터의 외주 쪽에 로터를 회전시키는 모터의 스테이터가 배치되고,

   상기 강체 기어는 제1 부재에 결합됨과 동시에, 상기 강체 기어의 양단부가 제2 부재에 의해 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   같은 직경의 통상부를 가지는 상기 플렉시블 기어를 2개 가지고, 각 플렉시블 기어의 일단측을 서로 대향시켜서 배치한 다음, 각 플렉시블 기어를 상기 강체 기어에 맞물리게 함과 동시에, 각 플렉시블 기어를 타단측에서 지지한 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터는 적어도 내주가 타원 형상을 이룸과 동시에 복수의 자석이 배치되고,

   상기 복수의 자석은 상기 타원 형상의 장축 또는 단축을 선대칭축으로서 배치된 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터의 외주부에 상기 로터의 변형을 방지하는 변형 구속 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터는 상기 모터의 회전축에 따른 자속을 발생하도록 구성되고,

   상기 로터를 회전시키는 스테이터는 상기 로터의 자속의 발생 부분에 대면하여 배치됨과 동시에, 상기 회전축을 따른 자속을 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 감속기 장착 구동 장치.

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