KR100965048B1 - 토크 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토크에 의해 구동하는 구동 장치를 개시한다.
본 발명은 토크를 발생시켜 토크의 방향에 따라 전후진 및 제자리 회전이 가능한 토크 구동 장치를 제작할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 지평선과 수평인 회전축 상에 두개의 구동모터를 서로 다른 방향으로 대칭 되도록 고정하고, 각 구동모터의 구동축을 회전축과 일치시키며, 구동축 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠이 고정된 구동부와; 구동부의 중심축 상에 있는 구동모터몸체에 고정되어 오뚝이의 균형자와 무게추의 역할을 하여 좌우 기울어짐을 회복시키며 구동축의 회전에 의한 구동모터의 움직임을 잡아주는 균형부와; 구동부와 균형부를 내부에 포함하는 원형의 몸체와; 몸체 내부의 중심축과 구동부의 중심축을 일치시키고, 몸체의 회전축과 구동부의 구동축을 일치시키도록 몸체 내부에 구동부를 고정 시키며, 구동부가 몸체의 회전과 함께 회전하지 않도록 베어링을 통하여 고정하는 고정부로 구성하여서 된 것이다.
이에 따라, 본 발명은 동일한 방향으로 토크를 발생시켜 전후진을 하거나 서로 대칭되는 방향으로 토크를 발생시켜 제자리에서 좌우로 회전이 가능하여 좁은 통로에서도 방향전환이 자유롭고, 전 방향으로 구동할 수 있는 유용한 효과를 얻을 수 있다.
토크, 구동

Description

토크 구동 장치{Driving Apparatus by Torque}
본 발명은 토크 구동 장치에 관한 것으로 특히 토크(torque)에 의해 구동하는 구동 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 종래에 널리 이용되는 휠 구동 장치는 모터 등의 동력이 바퀴 등의 구동부에 직접적으로 전달되므로 동력에 대한 효율은 높지만 섬세하고 부드러운 작동을 위한 컨트롤은 어렵다.
따라서 섬세하고 부드러운 영상을 촬영하기 위한 촬영장치나 안전이 우선시 되는 장난감 등을 위하여 컨트롤은 간단하면서도 섬세하고 부드러운 작동이 가능한 새로운 방식의 구동 장치가 요구된다.
삭제
본 발명의 목적은 이러한 필요에 의하여 간접적으로 동력이 전달되도록 토크를 발생시켜 토크의 방향에 따라 이동 가능한 새로운 방식의 토크 구동 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 토크(torque)에 의한 회전력으로 구동하는 회전축과 중심축이 있는 토크 구동 장치에 있어서, 지평선과 수평인 회전축 상에 두개의 구동모터를 서로 다른 방향으로 대칭 되도록 고정하고, 각 구동모터의 구동축을 회전축과 일치시키며, 구동축 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠이 고정된 구동부와; 구동부의 중심축 상에 있는 구동모터몸체에 고정되어 오뚝이의 균형자와 무게추의 역할을 하여 좌우 기울어짐을 회복시키며 구동축의 회전에 의한 구동모터의 움직임을 잡아주는 균형부와; 구동부와 균형부를 내부에 포함하는 원형의 몸체와; 몸체 내부의 중심축과 구동부의 중심축을 일치시키고, 몸체의 회전축과 구동부의 구동축을 일치시키도록 몸체 내부에 구동부를 고정 시키며, 구동부가 몸체의 회전과 함께 회전하지 않도록 구동부베어링을 통하여 고정하는 고정부로 구성된 토크 구동 장치를 제공한다.
전술한 몸체는 원형의 몸체 좌우에 반구형의 커버를 형성하여 구(sphere) 형태의 외형을 갖고, 전술한 구동부의 양 구동축 일단이 몸체 좌우의 반구형의 커버에 구동축베어링으로 고정되며, 전술한 균형부는 구동부의 구동모터를 제어하기 위한 제어회로와; 구동모터와 제어회로에 전력을 공급하는 배터리로 구성된 중심추 와; 제어회로의 제어선과 배터리의 전력공급선을 내부관에 포함하여 구동모터에 연결시키고, 구동부의 중심축 상에 있는 구동모터몸체에 중심추를 고정시키는 동시에 중심추가 몸체의 내면에 접촉되지 않으면서 구동모터로부터 최대한 멀리 위치시킬 수 있는 균형부고정대로 구성되며, 전술한 고정부는 구동부의 구동모터몸체를 내륜에 고정시킨 구동부베어링과; 구동부베어링의 외륜과 몸체를 고정시키는 구동부고정대로 구성되고, 전술한 몸체 외부의 면에 몸체의 회전에 의한 지면과의 마찰력을 높이고, 수면에서 물을 저어 반작용을 높이는 돌기가 고르게 형성되거나 외부의 충격을 흡수할 수 있는 밀폐된 공기층을 이루는 고무층이 형성될 수 있다.
이와 같이 하여 본 발명은 토크에 의하여 구동하므로 부드러운 출발, 정지 및 운행이 가능하여 자연스러운 영상 촬영을 위한 촬영 장치의 구동부 또는 아이들에게 안전한 이동 완구에 적용 가능하다.
또한 본 발명은 동일한 방향으로 토크를 발생시켜 전후진을 하거나 서로 대칭되는 방향으로 토크를 발생시켜 제자리에서 좌우로 회전이 가능하여 좁은 통로에서도 방향전환이 자유롭고, 전 방향으로 구동할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한 본 발명은 모든 구동부가 내부에 있고 내부를 밀폐시킬 수 있어서 지면과 수면을 가리지 않고 구동할 수 있으며, 단독으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 각각을 독립 구동모듈로 하여 브라켓의 연결로 조합하여 용도에 따라 최적화된 이동체를 제작할 수 있어서 활용도가 높은 장점이 있다.
삭제
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제 1 실시예를 도 2로 도시하였다.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 지평선과 수평인 회전축 상에 두개의 구동모터(110)를 서로 다른 방향으로 대칭 되도록 고정하고, 각 구동모터(110)의 구동축(120)을 회전축과 일치시키며, 구동축(120) 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠(130)이 고정된 구동부(100)와, 구동부(100)를 내부에 포함하는 원형의 몸체(400)와, 몸체(400) 내부의 중심축과 구동부(100)의 중심축을 일치시키고, 몸체(400)의 회전축과 구동부(100)의 구동축(120)을 일치시키도록 몸체(400) 내부에 구동부(100)를 구동부고정대(320)로 고정시키는 고정부(300)로 구성된다.
이러한 토크 구동 장치의 전후진은 도 2a에서 보는 바와 같이 두개의 구동모터(110)가 구동축(120)을 통하여 각 구동휠(130)을 같은 방향으로 회전시키면 뉴턴의 작용과 반작용의 법칙에 근거한 역 토크가 발생하여 구동휠(130)이 회전하는 방향의 반대방향으로 구동모터(110)의 몸체가 회전하게 되고 따라서 구동모터(110)에 고정된 몸체(400)도 회전하게 되어 전진을 할 수 있는 것이고 구동모터(110)에서 구동휠(130)의 회전 방향을 바꾸면 후진을 할 수 있게 되는 것이다.
또한 도 2b에서 보는 바와 같이 좌우 구동모터(110)가 각 구동휠(130)을 각 각 다른 방향으로 회전 시키면 좌우 구동모터(110) 각각에 방향이 서로 반대인 역 토크가 발생하여 전후진은 되지 않고 중심축을 기준으로 제자리에서 회전하게 되는 것이다.
아울러, 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제 2 실시예를 사시도인 도 3와 분해 사시도인 도 4과 단면도인 도 5로 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 지평선과 수평인 회전축 상에 두개의 구동모터(110)를 서로 다른 방향으로 대칭 되도록 고정하고, 각 구동모터(110)의 구동축(120)을 회전축과 일치시키며, 구동축(120) 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠(130)이 고정된 구동부(100)와, 구동부(100)의 중심축 상에 있는 구동모터(110)의 몸체에 고정되어 오뚝이의 균형자와 무게추의 역할을 하여 좌우 기울어짐을 회복시키며 구동축(120)의 회전에 의한 구동모터(110)의 움직임을 잡아주는 균형부(200)와, 구동부(100)와 균형부(200)를 내부에 포함하는 원형의 몸체(400)와, 몸체(400) 내부의 중심축과 구동부(100)의 중심축을 일치시키고, 몸체(400)의 회전축과 구동부(100)의 구동축(120)을 일치시키도록 몸체(400) 내부에 구동부(100)를 고정 시키며, 구동부(100)가 몸체(400)의 회전과 함께 회전하지 않도록 구동부베어링(310)을 통하여 고정하는 고정부(300)로 구성된다.
이를 각 구성요소별로 더욱 상세하게 설명하면 전술한 구동부(100)는 좌우 구동축(120)을 각각 독립적으로 회전시킬 수 있는 구동모터(110)와 구동축(120) 각각에 고정된 구동휠(130)로 구성되며, 도 3a에서 보는 바와 같이 구동모터(110)가 구동축(120)을 회전 시키므로 구동축(120)에 고정된 구동휠(130)이 회전하면서 발 생하는 역 토크에 의해 구동되는 것이다.
전술한 균형부(200)는 구동부(100)의 구동모터(110)를 제어하기 위하여 도 6에서 도시한 바와 같이 구동모터(110)가 고출력을 낼 수 있도록 배터리(240)로부터 입력 받은 전압을 승압할 수 있는 컨버터(231)와, 컨버터(231)로부터 전압을 입력 받아 구동모터(110)의 회전 방향을 변환하여 구동시킬 수 있는 인버터(232)와, 컨버터(231)와 인버터(232)의 스위칭 소자에 연결되어 각 컨버터(231)와 인버터(232)를 제어하므로 구동모터(110)를 제어할 수 있는 마이크로프로세서(233)로 구성된 제어회로(230)와, 구동모터(110)와 제어회로(230)에 전력을 공급하는 배터리(240)로 구성된 중심추(210)와, 제어회로(230)의 제어선과 배터리(240)의 전력공급선을 내부관에 포함하여 구동모터(110)에 연결시키고, 구동부(100)의 중심축 상에 있는 구동모터(110)의 몸체에 중심추(210)를 고정시키는 동시에 중심추(210)가 몸체(400)의 내면에 접촉되지 않으면서 구동모터(110)로부터 최대한 멀리 위치시킬 수 있는 중심추고정대(220)로 구성되며, 전술한 제어회로(230)에 통신모듈(234)이 추가되어 외부에서 무선으로 조정하는 것이 가능하다.
또한 도 7에서 보는 바와 같이 균형부(200)의 중심추(210) 하단에 몸체(400)의 내부면 쪽으로 발광소자(251)와 수광소자(252)로 구성되어 반사광을 감지하는 광센서(250)를 마이크로프로세서(233)와 연결하여 설치하고, 중심추(210)의 하단과 인접한 몸체(400)의 내부 면에 몸체(400)의 회전 시 반사광이 변동 되도록 하기 위해 회전 방향과 수직한 흑색띠(253)와 백색띠(254)를 교대로 설치하여 몸체(400)가 회전함에 따라 변동되는 반사광을 광센서(250)의 수광소자(252)에서 수신하므로 중 심추(210)의 위치 변화를 감지할 수 있어서 몸체(400)의 회전 속도를 감지할 수 있고, 전진 및 후진 속도를 제어할 수 있으며, 경사면에서 정지하거나 올라갈 수 있도록 제어할 수 있다.
더 나아가 도 8에서 보는 바와 같이 전술한 몸체(400)의 회전 시 균형부(200)의 중심추(210)가 위치하는 몸체(400)의 내부 면을 따라 철판(261)을 설치하고, 균형부(200)의 중심추(210) 하단에 몸체(400)의 내부면 쪽으로 제어회로(230)의 제어에 의하여 자기장을 발생시키는 전자석(260)을 설치하여 제어회로(230)의 제어에 의하여 몸체(400)의 회전을 감속시키거나 급정지를 할 수 있는 것이다.
아울러 전술한 몸체(400)는 내부에 전술한 구동부(100)와 균형부(200)를 모두 포함하며, 도 3a에서 보는 바와 같이 구동부(100)의 구동모터(110)가 구동휠(130)을 회전시키면 발생하는 역 토크에 의해 구동휠(130)과 반대 방향으로 힘이 발생하여 구동모터(110)에 고정된 균형부(200)의 중심추(210)가 무게중심에서 이동하게 되고 이로 인해 중심추(210)가 중력에 의해 무게중심 쪽으로 이동하려는 힘에 의하여 몸체(400)가 회전하면서 전진 및 후진을 할 수 있고, 도 3b에서 보는 바와 같이 양단 구동휠(130)의 회전 방향이 서로 반대일 때는 양단에 걸리는 역 토크의 방향이 서로 반대이기 때문에 중심축이 회전축이 되어 몸체(400)가 제자리에서 좌우로 회전하여 방향을 전환할 수 있는 것이다. 또한 원형의 몸체(400) 좌우에 반구형의 커버(410)를 형성하여 구(sphere) 형태로 밀폐시키고, 도 9에서 보는 바와 같이 몸체(400)의 외부 표면에 몸체(400)의 회전에 의한 지면과의 마찰력을 높이고, 수면에서 물을 저어 반작용을 높이는 돌기(440)를 형성하여 지면과 수면 위를 자유롭게 이동할 수 있으며, 도 10에서 보는 바와 같이 몸체(400) 외부의 전면에 밀폐된 공기층(442)을 이루는 고무층(441)을 형성하여 외부의 충격을 흡수하여 내부를 보호하도록 할 수 있다.
전술한 고정부(300)는 구동부(100)의 구동모터(110)의 몸체를 내륜에 고정시킨 구동부베어링(310)과 구동부베어링(310)의 외륜과 몸체(400)를 고정시키는 구동부고정대(320)로 구성되며, 구동부고정대(320)는 도 11과 도 12에서 보는 바와 같이 회전축을 기준으로 몸체(400)의 내부 둘레를 따라 3방향 또는 4방향으로 구동부(100)를 고정하므로 어떠한 외부 충격에도 구동부(100)의 구동축(120)과 몸체(400)의 회전축이 틀려지지 않도록 고정 할 수 있다. 또한 도 13에서 보는 바와 같이 구동축(120)의 연장선상에 위치한 몸체(400) 좌우 커버(410)의 내부면에 구동축베어링(420)을 형성하고 구동축베어링(420)에 구동축(120)을 고정하므로 구동부(100)를 더욱 단단하게 고정할 수 있을 뿐만 아니라 더 큰 토크를 발생시키기 위하여 구동휠(130)의 지름과 무게를 증가시킬 수 있다.
도1은 종래의 휠 구동 장치의 전체적인 단면도
도2는 본 발명의 제 1실시예에 의한 토크 구동 장치의 사시도.
도2a는 본 발명의 제 1실시예에 의한 토크 구동 장치의 전후진을 나타내는 사시도.
도2b는 본 발명의 제 1실시예에 의한 토크 구동 장치의 제자리 회전을 나타내는 사시도.
도3은 본 발명의 제 2실시예에 의한 토크 구동 장치의 사시도.
도3a는 본 발명의 제 2실시예에 의한 토크 구동 장치의 전후진을 나타내는 사시도.
도3b는 본 발명의 제 2실시예에 의한 토크 구동 장치의 제자리 회전을 나타내는 사시도.
도4는 본 발명의 제 2실시예에 의한 토크 구동 장치의 분해사시도.
도5는 본 발명의 제 2실시예에 의한 토크 구동 장치의 단면도.
도6은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부를 제어하는 제어회로도.
도7은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 속도를 감지하는 광센서를 나타내는 사시도.
도8은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 전자석을 나타내는 사시도.
도9는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 몸체 외부의 면에 형성된 돌기를 나타내는 사시도.
도10은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 몸체 외부의 면에 형성된 공기층과 고무층을 나타내는 사시도.
도11은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부고정대를 나타내는 단면도.
도12는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부고정대를 나타내는 단면도.
도13은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동축이 커버에 고정됨을 나타내는 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100:구동부 110:구동모터 120:구동축
130:구동휠 200:균형부 210:중심추
220:중심추고정대 230:제어회로 231:컨버터
232:인버터 233:마이크로프로세서 234:통신모듈
240:배터리 250:광센서 251:발광소자
252:수광소자 253:흑색띠 254:백색띠
260:전자석 261:철판 300:고정부
310:구동부베어링 320:구동부고정대 400:몸체
410:커버 420:구동축베어링 430:센서
440:돌기 441:고무층 442:공기층

Claims (9)

  1. 토크(torque)에 의한 회전력으로 구동하는 회전축과 중심축이 있는 토크 구동 장치에 있어서,
    지평선과 수평인 회전축 상에 두개의 구동모터를 서로 다른 방향으로 대칭 되도록 고정하고, 상기 각 구동모터의 구동축을 회전축과 일치시키며, 구동축 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠이 고정된 구동부와;
    상기 구동부를 내부에 포함하는 원형의 몸체와;
    상기 몸체 내부의 중심축과 상기 구동부의 중심축을 일치시키고, 몸체의 회전축과 구동부의 구동축을 일치시키도록 몸체 내부에 구동부를 구동부고정대로 고정시키는 고정부로 구성됨을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전술한 구동부의 중심축 상에 있는 구동모터의 몸체에 고정되어 오뚝이의 균형자와 무게추의 역할을 하여 좌우 기울어짐을 회복시키며, 구동축의 회전에 의한 구동모터의 움직임을 잡아주는 균형부와;
    전술한 고정부에 구동부베어링을 구성하여 구동부의 구동모터몸체를 구동부베어링의 내륜에 고정시키고, 몸체에 고정된 구동부고정대를 구동부베어링의 외륜에 고정시켜 구동부가 몸체의 회전과 함께 회전하지 않도록 구성됨을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    전술한 균형부는 구동부의 구동모터를 제어하기 위한 제어회로와;
    상기 구동모터와 제어회로에 전력을 공급하는 배터리로 구성된 중심추와;
    상기 제어회로의 제어선과 배터리의 전력공급선을 내부관에 포함하여 구동모터에 연결시키고, 구동부의 중심축 상에 있는 구동모터몸체에 중심추를 고정시키는 동시에 중심추가 몸체의 내면에 접촉되지 않으면서 구동모터로부터 최대한 멀리 위치시킬 수 있는 중심추고정대로 구성됨을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    전술한 균형부의 중심추 하단에 몸체의 내부면 쪽으로 발광소자와 수광소자로 구성되어 반사광을 감지하는 광센서를 제어회로와 연결하여 설치하고, 중심추의 하단과 인접한 몸체의 내부 면에 몸체의 회전 시 반사광 차이 발생을 위해 회전 방향과 수직한 흑색띠와 백색띠를 교대로 설치하여 몸체의 회전 속도를 감지함을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    전술한 몸체의 회전 시 균형부의 중심추가 위치하는 몸체의 내부 면을 따라 철판을 설치하고, 균형부의 중심추 하단에 몸체의 내부면 쪽으로 제어회로의 제어에 의하여 자기장을 발생시키는 전자석을 설치하여 제어회로의 제어에 의하여 몸체 의 감속 및 급정지가 됨을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    전술한 몸체 외부의 면에 몸체의 회전에 의한 지면과의 마찰력을 높이고, 수면에서 물을 저어 반작용을 높이는 돌기가 고르게 형성된 것임을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    전술한 몸체 외부의 전면에 외부의 충격을 흡수할 수 있는 밀폐된 공기층을 이루는 고무층이 형성된 것임을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    전술한 몸체가 원형의 몸체 좌우에 반구형의 커버를 형성하여 구(sphere) 형태의 외형을 갖는 것임을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    전술한 구동부의 양 구동축 일단이 몸체 좌우의 반구형의 커버에 구동축베어링으로 고정된 것임을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
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