KR100999409B1 - 감속기 일체형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 감속기 일체형 모터는, 모터 샤프트를 회전축으로 하는 모터; 부시 베어링으로 지지되며 일측에 샤프트 구멍이 형성되는 부시와, 상기 부시 및 감속기 샤프트를 회전 속도를 감속하며 연결하는 유성 기어열을 구비하는 감속기; 를 포함하며, 상기 모터 샤프트 및 상기 샤프트 구멍은 서로 일치하는 다각형 단면을 갖고, 상기 모터 샤프트를 상기 샤프트 구멍에 삽입함으로써 상기 모터로부터 상기 감속기로 동력 전달되는 것을 특징으로 한다.

Description

감속기 일체형 모터{MOTOR INCLUDING SPEED REDUCTION MEANS}

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 모터의 일측에 감속기를 일체로 구비한 감속기 일체형 모터에 관한 것이다.

예를 들어 다관절 로봇과 같이 콤팩트한 크기를 갖는 자동화 기기의 경우, 각 관절과 같은 작동부에 서보 모터가 설치되어 구동력을 발생한다.

이때, 서보 모터의 회전수가 각 관절 또는 작동부의 동작 속도보다 훨씬 높으므로 감속기가 설치된다. 이러한 감속기는 기어열 또는 캠과 링크 구조에 의하여 마련될 수 있으나, 설치 공간이 협소하므로 작동 유격이 부족하여 접촉 간섭의 원인이 되거나, 작동부의 동작 스팬을 감소시키는 요인이 되거나, 자동화 기기의 무게를 증가시키는 요인이 되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 별도의 부품을 여러 개 연결함으로써 감속기를 마련하지 않고, 서보 모터와 감속기를 일체형으로 구비하는 것을 주요 과제로 한다.

따라서, 감속기 및 모터의 설치 공간을 줄일 수 있고, 모터에 의하여 구동력을 얻는 자동화 기기의 무게를 줄일 수 있으며, 부피가 큰 감속기로 인하여 발생하는 기구적 문제와, 커플링 부재가 개입될 때 발생하는 동력 전달 효율의 저하를 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 감속기 일체형 모터는, 모터 샤프트를 회전축으로 하는 모터; 부시 베어링으로 지지되며 일측에 샤프트 구멍이 형성되는 부시와, 상기 부시 및 감속기 샤프트를 회전 속도를 감속하며 연결하는 유성 기어열을 구비하는 감속기; 를 포함하며, 상기 모터 샤프트 및 상기 샤프트 구멍은 서로 일치하는 다각형 단면을 갖고, 상기 모터 샤프트를 상기 샤프트 구멍에 삽입함으로써 상기 모터로부터 상기 감속기로 동력 전달되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 감속기 및 모터를 일체형으로 마련하는데 있어서 모터 샤프트와 감속기를 동축에 용이하게 조립할 수 있고, 감속기로서 유성 기어열을 채용하여 전달 하중이 분산되어 감속기의 전체적인 크기를 줄일 수 있고, 복수의 유성기어를 축대칭으로 배열하여 유성기어의 반경 방향 래디얼 하중이 서로 상쇄되므로 베어링과 하우징 설계시 축 방향 하중만을 고려해도 되는 장점이 있으며, 커플링 부재가 설치되는 경우의 비틀림 오차에 의한 백래쉬가 발생되지 않고, 모터와 감속기의 동심도가 향상되며, 감속기 조립 용이성이 개선되고, 커플링 부재가 개재되지 않아 동력 전달 효율이 향상된다.

특히, 모터 샤프트 및 감속기측의 샤프트 구멍이 서로 일치되는 다각형이므로 압입이나 본딩으로 결합하는 경우에 비하여 동심도 확보와 조립 용이성이 개선되고, 부시 전체 또는 부시의 일부로서 샤프트 구멍이 자화되는 실시예에서는 모터 샤프트의 조립성이 크게 향상되는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의 된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 감속기 일체형 모터의 외관을 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 감속기 일체형 모터에 장착된 감속기의 일 실시예에 대한 측단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 감속기에 대한 분해 사시도이다.

본 발명은 감속기(200) 및 모터(100)를 일체형으로 마련하는데 있어서 특히 모터 샤프트(110)와 감속기(200)를 동심상에 용이하게 조립할 수 있는 구조를 제안한다. 또한, 감속기(200)로서 유성 기어열를 채용한 것이 주요한 특징이다.

유성 기어열은(Planetary gearheads ; Epicyclic Gear Trains) 선기어(201,202,203), 링기어(221,222,223), 유성기어(211,212,213)를 동심 선상에 배치한 기어열이다. 유성 기어열은 동일 변속비의 경우 다른 형태의 기어열에 비해 그 체적이 작고 입출력이 동심이며 동력 전달 효율이 높기 때문에 소형 경량화가 요구되는 항공기, 자동차, 사무기기, 공작기계 등에 적합한다. 또한, 정밀 메카니즘에 적합하며. 모터와 일체형으로 결합하여 구동하기 좋고, 모터의 정밀화에 따라 감속기 고정밀화 추세에 부합된다.

도시된 유성 기어열의 구조는 바깥쪽에 내접 기어인 링 기어가 있고, 링 기어에 내접되는 유성기어(211,212,213)들이 배치되며, 안쪽에 유성기어(211,212,213)와 맞물리는 선기어(201,202,203)로 이루어진다. 여기서, 다수의 유성기어(211,212,213)가 사용되므로 전달 하중이 분산되어 감속기(200)의 전체적인 크기를 줄일수 있다.

또한, 복수의 유성기어를 축대칭으로 배열하면, 유성기어의 반경 방향 래디얼 하중이 서로 상쇄되어 베어링과 하우징 설계시 축 방향 하중만을 고려해도 되는 이점이 있다.

또한, 기어 가공이 용이하고, 접촉 선속도가 작으며, 전달 하중이 분산되므로 마찰손실이 감소하여 소음이 줄어들고, 동력 전달 효율이 높아진다.

일반적인 유성기어는 구동 기어와 피동 기어 및 고정 기어의 역할을 어느 기어가 하느냐에 따라 좁은 의미의 유성기어(planetary gear), 스타 기어(star gear) 및 솔라 기어(solar gear)로 나뉘며, 배치 형태에 따라 단순 유성기어, 복합 유성기어 및 연쇄 유성기어 등으로 나뉜다.

본 발명에서는 링기어(221,222,223)를 고정시키고, 캐리어(241,242,243)가 회전하는 단순 유성기어 타입을 채용한다.

도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 내접 기어인 링기어(221,222,223)가 고정되어 있고 유성기어(211,212,213) 및 캐리어(241,242,243)가 회전하는 타입의 유성 기어열가 예시된다. 그리고, 예를 들어 총 3단의 유성 기어열이 연결되는데, 1단 감속 수단에 대하여 살펴보면 제1캐리어(241), 제1링기어(221), 제1유성기어(211), 제1선기어(201)가 마련되고, 제1캐리어(241) 중심부에 제1선기어(201)가 위치되며, 제1하우징(231) 내측에 제1링기어(221)가 고정되어 있고, 제1선기어(201) 주변에 축대칭으로 핀(250)에 의하여 고정되는 3개의 제1유성기어(211)가 제1선기어(201)에 외접하여 회전한다.

2단 감속 수단에 대하여 살펴보면, 제2캐리어(242), 제2링기어(222), 제2유 성기어(212), 제2선기어(202)가 마련되고, 제2캐리어(242) 중심부에 제2선기어(202)가 위치되며, 제2하우징(232) 내측에 제2링기어(222)가 고정되어 있고, 제2선기어(202) 주변에 축대칭으로 핀(250)에 의하여 고정되는 3개의 제2유성기어(212)가 제2선기어(202)에 외접하여 회전한다.

3단 감속 수단에 대하여 살펴보면, 제3캐리어(243), 제3링기어(223), 제3유성기어(213), 제3선기어(203)가 마련되고, 제3캐리어(243) 중심부에 제3선기어(203)가 위치되며, 제3하우징(233) 내측에 제3링기어(223)가 고정되어 있고, 제3선기어(203) 주변에 축대칭으로 핀(250)에 의하여 고정되는 3개의 제3유성기어(213)가 제3선기어(203)에 외접하여 회전한다. 제3캐리어(243)의 타측에는 감속기 샤프트(270)가 돌출되며, 제3캐리어(243)는 감속기 샤프트 베어링(260)에 의하여 회전 가능하게 지지된다.

도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서도 유성 기어열의 배치에 대하여는 동일하므로 설명의 반복은 생략하였다.

다음으로 모터 샤프트(110) 및 감속기(200)의 커플링 구조에 대하여 설명한다. 가상의 방법으로, 유성 기어열와 모터 결합시 모터 샤프트에 기어를 압입한 후 이를 감속기 구멍에 집어넣어 유성기어와 맞물리는 방식, 또는 커플링 부재 또는 플랜지를 개재하여 모터 샤프트와 감속기 샤프트를 연결하는 방법을 생각해 볼 수 있다. 그러나, 유성 기어열와 모터를 조립시, 축 정렬문제 및 축의 비틀림 강성으로 인해 소음 발생 및 전달 효율 저하와 같은 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 커플링 부재의 비틀림 오차에 의한 백래쉬 증가와, 모터와 감속기의 동심도 저하와, 감속기 조립 용이성 저하와, 매개체로 커플링 부재가 개재됨으로 인한 동력 전달 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위하여 본 발명은 모터 샤프트와 유성 기어열의 조립 구조로서, 다음의 실시예를 채용하였다.

즉, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서는 부시(140)의 중심에 샤프트 구멍(141)을 형성하고 여기에 모터 샤프트(110)를 삽입한다. 모터 샤프트(110)를 샤프트 구멍(141)에 압입하는 경우 상술한 축 정렬 문제가 발생할 수 있으므로, 샤프트 구멍(141) 및 모터 샤프트(110)의 단면을 서로 일치하는 다각형(도시된 바에 의하면 육각형)으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 모터 샤프트(110)를 압입하거나 별도의 커플링 부품을 사용하지 않아도 슬립이 발생하지 않으며 동력 전달 효율이 감소되지 않는다.

이때, 조립 간편성을 향상시키기 위하여 샤프트 구멍(141)을 자화시키거나 부시(140) 전체를 자화시키고, 모터 샤프트(110)가 자성체를 포함한 재질로 마련하는 것이 바람직하다. 즉, 부시(140) 내부의 샤프트 구멍(141)만 자화시키거나 부시(140) 전체를 자화시킬 수 있다. 부시(140)는 부시 베어링(160)으로 지지 되어 자유롭게 회전 가능하다. 부시(140)의 타측에는 제1선기어(201)가 형성되어 제1유성기어(211)와 맞물린다. 제1선기어(201) 및 샤프트 구멍(141)은 정확하게 동심선상에 일치되어 축 정렬 오차 및 조립성 곤란으로 인한 상술한 문제점이 제거된다.

또한, 부시 하우징(280)에는 부시 베어링(160)의 조립 위치를 정렬하는 스토퍼(282)가 형성되는 것이 바람직하다. 모터(100)는 모터 체결구(180)에 체결 부재 를 체결함으로써 부시 하우징(280)에 고정되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 감속기 일체형 모터에 장착된 감속기의 다른 실시예에 대한 측단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 감속기에 대한 분해 사시도이다. 이를 참조하면, 부시(140)를 회전 가능하게 지지하는 2개의 부시 베어링(160)이 마련된다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시예를 제1실시예, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예를 제2실시예로 부를 때, 두 실시예는 모터 샤프트(110)를 부시(140)에 연결하는 구조에 있어서 유사하지만, 제1실시예에서는 부시(140)의 외경이 더 커지는 대신 그 두께가 감소되고 부시 베어링(160)의 개수가 감소되며, 이에 따라 부시 하우징(280)의 크기도 슬림화된다.

제2실시예는 부시 베어링 2개가 부시(140) 외부에 위치하여 원활한 회전을 하게 하고, 모터 샤프트(110)에 대한 지지 길이가 증가되며, 부시 베어링(160) 수명 및 부시 베어링(160)에 작용하는 하중 감소 효과와 모터 샤프트(110)에 작용하는 토오크가 감소되어 신뢰성 개선에 효과가 있다.

제1실시예에 비하여 2개의 부시 베어링(160)이 마련되므로 부시 베어링(160) 각각의 크기를 줄일 수 있다. 한편, 부시 하우징(280)의 끝단에 모터(100)와 결합 용이성을 위한 모터 안착단(185)을 두었다. 일 실시예로서, 모터(100)는 모터 안착단(185)에 안착되며, 모터 체결구(180)에 체결 부재를 체결함으로써 부시 하우징(280)에 고정되고, 스토퍼(282)에 의하여 조립 위치가 정렬된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등 한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 감속기 일체형 모터의 외관을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 감속기 일체형 모터에 장착된 감속기의 일 실시예에 대한 측단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 감속기에 대한 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 감속기 일체형 모터에 장착된 감속기의 다른 실시예에 대한 측단면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 감속기에 대한 분해 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...모터(motor) 110...모터 샤프트(motor shaft)

140...부시(bush) 141...샤프트 구멍

160...부시 베어링(bush bearing) 180...모터 체결구

185...모터 안착단 200...감속기

201...제1선기어 202...제2선기어

203...제3선기어 211...제1유성기어

212...제2유성기어 213...제3유성기어

221...제1링기어 222...제2링기어

223...제3링기어 231...제1하우징

232...제2하우징 233...제3하우징

241...제1캐리어 242...제2캐리어

243...제3캐리어 250...핀(pin)

260...감속기 샤프트 베어링 270...감속기 샤프트

280...부시 하우징(bush housing) 282...스토퍼(stopper)

Claims (6)

1. 모터 샤프트를 회전축으로 하는 모터와, 부시 베어링으로 지지되며 일측에 샤프트 구멍이 형성되는 부시와, 상기 부시 및 감속기 샤프트의 회전 속도를 감속하며 유성 기어열을 구비하는 복수의 감속기를 포함하고,

   상기 모터의 일측면에 결합되고 상기 부시가 내장되는 부시 하우징과, 상기 부시 하우징의 측면에 결합되고 1단 감속수단의 유성 기어열이 구비되는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 측면에 결합되고 2단 감속수단인 유성 기어열이 구비되는 제2하우징과, 상기 제2하우징의 측면에 결합되고 제3감속수단인 유성 기어열이 구비되는 제3하우징을 포함하는 감속기 일체형 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 부시 또는 상기 샤프트 구멍은 자화되는 것을 특징으로 하는 감속기 일체형 모터.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 유성 기어열은,

   상기 샤프트 구멍과 동축으로 상기 부시에 돌출되는 제1선기어와, 상기 제1선기어와 동축으로 마련되는 제1링기어와, 제1링기어 및 상기 제1선기어 사이에 축대칭으로 배치되는 다수의 제1유성기어와, 상기 제1유성기어의 회전 중심이 핀으로 고정되는 제1캐리어를 구비하며,

   상기 감속기 샤프트는 상기 제1캐리어에 연결되어 상기 모터의 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 감속기 일체형 모터.
5. 제4항에 있어서,

   상기 유성 기어열은,

   상기 제1선기어와 동축으로 상기 제1캐리어에 돌출되는 제2선기어와, 상기 제2선기어와 동축으로 마련되는 제2링기어와, 제2링기어 및 상기 제2선기어 사이에 축대칭으로 배치되는 다수의 제2유성기어와, 상기 제2유성기어의 회전 중심이 핀으로 고정되는 제2캐리어를 구비하며,

   상기 감속기 샤프트는 상기 제2캐리어에 연결되어 상기 모터의 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 감속기 일체형 모터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 유성 기어열은,

   상기 제2선기어와 동축으로 상기 제2캐리어에 돌출되는 제3선기어와, 상기 제3선기어와 동축으로 마련되는 제3링기어와, 제3링기어 및 상기 제3선기어 사이에 축대칭으로 배치되는 다수의 제3유성기어와, 상기 제3유성기어의 회전 중심이 핀으로 고정되는 제3캐리어를 구비하며,

   상기 감속기 샤프트는 상기 제3캐리어에 돌출되는 것을 특징으로 하는 감속기 일체형 모터.

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