KR101194909B1 - Dual coil bobbin and spherical motor having the same - Google Patents

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Abstract

독립적으로 전류를 공급받은 이중 코일 구조를 이용하여 회전자의 회전과 틸팅을 자유롭게 제어할 수 있는 이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 코일 보빈은 회전자와 고정자를 포함하는 모터의 다자유도 제어를 위한 보빈이고, 일 축을 중심으로 상기 축의 원주방향으로 상기 회전자의 회전에 관여하는 제 1 코일, 그리고 상기 축을 중심으로 상기 회전자의 틸팅(tilting)에 관여하는 제 2 코일을 포함하고, 상기 제 1 코일과 제 2 코일은 독립적으로 전류를 공급받아 합성기자력을 형성해 상기 회전자의 다자유도 구동을 유도한다. 이와 같은 구성에 의하면, 이중 코일 보빈을 통해 이중으로 권선된 코일을 통한 합성 자기력을 이용하여 구형모터의 보다 정밀하게 제어가 가능하다.Disclosed are a dual coil bobbin capable of freely controlling the rotation and tilting of a rotor using an independently supplied dual coil structure, and a spherical motor including the same. Double coil bobbin according to an embodiment of the present invention is a bobbin for multi-degree of freedom control of a motor including a rotor and a stator, the first coil involved in the rotation of the rotor in the circumferential direction of the axis about one axis And a second coil engaged in the tilting of the rotor about the axis, wherein the first coil and the second coil are independently supplied with current to form a synthetic magnetic force to form a multiple degree of freedom of the rotor. Induce driving. According to such a configuration, it is possible to more precisely control the spherical motor by using the synthetic magnetic force through the coil wound twice through the double coil bobbin.

Description

이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터{DUAL COIL BOBBIN AND SPHERICAL MOTOR HAVING THE SAME}DUAL COIL BOBBIN AND SPHERICAL MOTOR HAVING THE SAME}

이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터를 개시한다. 보다 자세하게는 독립적으로 전류를 공급받은 이중 코일 구조를 이용하여 회전자의 회전과 틸팅을 자유롭게 제어할 수 있는 이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터를 개시한다.Disclosed are a double coil bobbin and a spherical motor comprising the same. More specifically, a dual coil bobbin capable of freely controlling the rotation and tilting of a rotor using a dual coil structure independently supplied with a current is disclosed.

최근 로봇 산업의 르네상스를 일으킬 만큼 휴머노이드에 대한 기술 개발이 활발하였다. 휴머노이드라 함은 인간과 같은 행동, 감정, 생각을 할 수 있는 기기를 말한다. 이러한 휴머노이드의 특징 중 하나인 인간과 같은 행동을 구현함에 있어서 보다 자연스럽고 크기가 작으며 기기 효율성을 높일 수 있는 방향으로 기술 개발이 진행 중에 있다.Recently, the development of humanoid technology has been active enough to cause a renaissance of the robot industry. Human noise is a device that can act like a human. In developing human-like behavior, which is one of the characteristics of humanoids, technology development is in progress in order to increase the efficiency of devices more naturally, smaller in size, and more efficient.

특히 모터 분야는 로봇의 동작을 담당하는 가장 중요한 부분으로서, 소형화 및 고효율을 달성하기 위해서는 기존의 1 자유도(degree of freedom) 모터의 특성에서 벗어나 새로운 개념의 모터가 도입될 필요성이 있다.In particular, the motor field is the most important part in charge of the operation of the robot, and in order to achieve miniaturization and high efficiency, it is necessary to introduce a new concept motor away from the characteristics of the existing one degree of freedom motor.

도 1은 기존의 다 자유도 운동을 구현하기 위한 구동 장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing a driving device for implementing a conventional multi-degree of freedom movement.

도 1에 도시된 구동 장치(10)는 다중 프레임 구조를 가지고 있으며, 각각의 프레임에 동력을 발생시키기 위한 모터(M)가 연결되어 있다. 이러한 구동 장치는 다 자유도 운동을 구현하기 위하여 여러 개의 모터(M)를 사용하여야 하기 때문에, 필요한 출력을 내기 위해서 1 자유도를 가진 구동 장치보다 몇 배 이상의 중량 및 부피를 차지하게 되는 한계를 가지게 된다.The drive device 10 shown in FIG. 1 has a multi-frame structure, and a motor M for generating power in each frame is connected. Since such a drive device has to use several motors M to implement a multi-degree of freedom motion, it has a limitation that it occupies several times more weight and volume than a drive device having 1 degree of freedom in order to produce the required output. .

또한, 로봇 팔의 손목, 어깨 또는 골반 등의 관절 부위 등은 다 자유도의 구동 장치를 하나의 연결점에 집중하여 구현하기 때문에 매우 복잡한 구동 매커니즘을 가지게 되는데, 많은 모터를 배치하기 위한 공간을 마련하기 위하여 로봇의 전체적인 크기가 대형화되는 문제점이 있었다.In addition, the joints such as wrists, shoulders, or pelvis of the robot arm have a very complex driving mechanism because they implement a multi-degree of freedom driving device at one connection point, so as to provide a space for placing a large number of motors. There was a problem that the overall size of the robot is enlarged.

이러한 문제점을 바탕으로 다자유도를 갖는 구형모터의 개발이 이루어지고 있으며, 보다 제작이 간편하고 구동이 단순하여 발생 토크가 향상되고 정밀제어가 가능한 구형모터의 연구가 필요하다.On the basis of these problems, the development of a spherical motor having multiple degrees of freedom is being made, and the research of the spherical motor which is more easy to manufacture and the driving is simpler, the generated torque is improved and precise control is possible.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중으로 권선된 코일을 통한 합성 자기력을 이용하여 보다 정밀하게 제어 가능한 이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a double coil bobbin and a spherical motor including the same, which can be more precisely controlled by using a composite magnetic force through a double winding coil.

또한, 다 자유도 운동을 구현할 필요가 있는 부분에 적용되어 전체 시스템의 크기를 축소하고, 자연스럽고 매끄러운 구동을 가능하게 하는 이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터가 제공된다.In addition, there is provided a double coil bobbin and a spherical motor including the same, which is applied to a portion that needs to implement a multi-degree of freedom movement to reduce the size of the entire system and to enable a natural and smooth driving.

또한, 일 축을 기준으로 회전자의 회전을 담당하는 코일과 회전자의 기울어짐을 담당하는 코일을 이중으로 구성하여 상대적으로 간단하게 구형모터를 제어하고 회전자의 안정적인 회전 및 위치 결정을 가능하게 하는 이중 코일 보빈 및 이를 포함하는 구형모터가 제공된다.In addition, by configuring the coil responsible for the rotation of the rotor and the coil for the tilting of the rotor about one axis, it is relatively simple to control the spherical motor and to enable stable rotation and positioning of the rotor. A coil bobbin and a spherical motor including the same are provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 코일 보빈은 회전자와 고정자를 포함하는 모터의 다자유도 제어를 위한 보빈이고, 일 축을 중심으로 상기 축의 원주방향으로 상기 회전자의 회전에 관여하는 제 1 코일, 그리고 상기 축을 중심으로 상기 회전자의 틸팅(tilting)에 관여하는 제 2 코일을 포함하고, 상기 제 1 코일과 제 2 코일은 독립적으로 전류를 공급받아 합성기자력을 형성해 상기 회전자의 다자유도 구동을 유도한다.Double coil bobbin according to an embodiment of the present invention is a bobbin for multi-degree of freedom control of a motor including a rotor and a stator, the first coil involved in the rotation of the rotor in the circumferential direction of the axis about one axis And a second coil engaged in the tilting of the rotor about the axis, wherein the first coil and the second coil are independently supplied with current to form a synthetic magnetic force to form a multiple degree of freedom of the rotor. Induce driving.

일측에 따르면, 상기 제 1 코일은 상기 제 2 코일의 외부를 둘러싸도록 배치되어 상기 제 2 코일이 상기 제 1 코일 내부에 배치될 수 있다.According to one side, the first coil may be arranged to surround the outside of the second coil so that the second coil may be disposed inside the first coil.

일측에 따르면, 상기 제 2 코일은 상기 회전자를 밀어내는 기자력과 당기는 기자력을 동시에 발생시키도록 배치될 수 있다.According to one side, the second coil may be arranged to generate a pressurizing force for pushing the rotor and a pulling presser force at the same time.

일측에 따르면, 상기 제 2 코일은 제 1 영역과 제 2 영역을 모두 감싸도록 배치되고, 상기 제 2 코일은 ‘8’ 자 형상으로 감겨, 상기 제 1 영역과 제 2 영역에는 각각 상기 회전자를 미는 기자력과 당기는 기자력이 발생할 수 있다.According to one side, the second coil is disposed to surround both the first region and the second region, the second coil is wound in an '8' shape, the rotor and the rotor in the first region and the second region, respectively Beauty can generate magnetism and pulling magnetism.

본 발명의 일 실시예에 따른 구형모터는 제 1 코일과 제 2 코일이 이중으로 배치된 보빈을 포함하는 고정자, 그리고 상기 고정자에 상대적으로 회전하도록 위치하여, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 합성기자력에 의해 일 축을 중심으로 회전 및 틸팅 하는 회전자를 포함하고, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일은 독립적으로 전류를 공급받아, 상기 제 1 코일은 상기 축의 원주방향으로 상기 회전자의 회전에 관여하고, 상기 제 2 코일은 상기 축을 중심으로 상기 회전자의 틸팅에 관여한다.A spherical motor according to an embodiment of the present invention is a stator including a bobbin in which a first coil and a second coil are disposed in duplicate, and are positioned to rotate relative to the stator, thereby synthesizing the first coil and the second coil. And a rotor rotating and tilting about one axis by a magnetic force, wherein the first coil and the second coil are independently supplied with current, and the first coil is involved in the rotation of the rotor in the circumferential direction of the axis. The second coil is involved in tilting the rotor about the axis.

일측에 따르면, 상기 보빈은 복수개 구비되어 일정한 간격으로 상기 회전자를 감싸도록 배치될 수 있다.According to one side, the bobbin may be provided to surround the rotor at a predetermined interval is provided with a plurality.

일측에 따르면, 제 2 코일은 제 1 영역과 제 2 영역을 모두 감싸도록 배치되고, 상기 제 2 코일은 ‘8’ 자 형상으로 감겨, 상기 제 1 영역과 제 2 영역에는 각각 서로 반대되는 방향의 기자력이 발생할 수 있다.According to one side, the second coil is arranged to surround both the first region and the second region, the second coil is wound in an '8' shape, the first region and the second region in the opposite direction to each other Magnetic force can occur.

일측에 따르면, 상기 복수개의 보빈은 서로 독립적으로 전류를 공급받아 서로 다른 크기의 기자력을 발생시켜, 상기 회전자의 다자유도 운동을 유도할 수 있다.According to one side, the plurality of bobbins are supplied with current independently of each other to generate a magnetic force of a different size, it can induce a multi-freedom movement of the rotor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중 코일 보빈을 통해 이중으로 권선된 코일을 통한 합성 자기력을 이용하여 구형모터의 보다 정밀하게 제어가 가능하다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to more precisely control the spherical motor by using a synthetic magnetic force through a coil wound twice through a double coil bobbin.

또한, 다 자유도 운동을 구현할 필요가 있는 부분에 적용되어 전체 시스템의 크기를 축소하고, 자연스럽고 매끄러운 구동을 가능하게 한다.In addition, it is applied to the parts that need to implement a multi-degree of freedom movement, which reduces the size of the entire system and allows for a smooth and smooth driving.

또한, 일 축을 기준으로 회전자의 회전을 담당하는 코일과 회전자의 기울어짐을 담당하는 코일을 이중으로 구성하여 상대적으로 간단하게 구형모터를 제어하고 회전자의 안정적인 회전 및 위치 결정을 가능하게 한다.In addition, by configuring a coil for the rotation of the rotor and the coil for the inclination of the rotor with respect to one axis, it is possible to control the spherical motor relatively simply and to enable stable rotation and positioning of the rotor.

도 1은 기존의 다 자유도 운동을 구현하기 위한 구동 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형모터를 개략적으로 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 구형모터의 내부를 개략적으로 도시한 사시도,
도 4는 도 2의 구형모터를 분해하여 개략적으로 도시한 분해사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 코일 보빈을 개략적으로 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 이중 코일 보빈에 이중 코일이 배치된 모습을 도시한 도면,
도 7 및 도 8은 이중 코일 보빈에 전류를 공급하여 회전자의 회전을 유도하는 것을 개략적으로 도시한 도면,
도 9 및 도 10은 이중 코일 보빈에 전류를 공급하여 회전자의 틸팅을 유도하는 것을 개략적으로 도시한 도면, 그리고,
도 11 및 도 12는 이중 코일 보빈에 도 9 및 도 10과 반대방향으로 전류를 공급하여 회전자의 다른 방향으로의 틸팅을 유도하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
1 is a view showing a drive device for implementing a conventional multi-degree of freedom movement,
Figure 2 is a perspective view schematically showing a spherical motor according to an embodiment of the present invention,
3 is a perspective view schematically illustrating the inside of the spherical motor of FIG. 2;
4 is an exploded perspective view schematically illustrating an exploded spherical motor of FIG. 2;
5 is a perspective view schematically showing a double coil bobbin according to an embodiment of the present invention;
6 is a view showing a state in which a double coil is disposed in the double coil bobbin of FIG.
7 and 8 are views schematically illustrating the induction of rotation of the rotor by supplying current to the double coil bobbin,
9 and 10 schematically show the induction of the tilting of the rotor by supplying a current to the double coil bobbin, and
11 and 12 are schematic diagrams illustrating the induction of tilting of the rotor in another direction by supplying a current to the dual coil bobbin in a direction opposite to those of FIGS. 9 and 10.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 구형모터는 다자유도 운동이 가능하여 이러한 3 자유도 이상의 운동이 필요한 곳에 사용될 수 있으며, 특히, 산업로봇 또는 휴머노이드 로봇의 관절부분에서의 다양한 구동을 실현하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 구형모터는 코일이 이중으로 권선된 이중 코일 보빈을 포함하며, 이중 코일 보빈에 의한 합성기자력을 이용하여, 회전자의 회전운동 및 틸팅(tilting)운동을 유도한다. 결과적으로 고정자에 상대적으로 회전자의 다자유도 운동이 가능하도록 한다.The spherical motor according to an embodiment of the present invention can be used where multi-degree-of-freedom motions require three or more degrees of freedom. In particular, the spherical motor can be used to realize various driving in joints of an industrial robot or a humanoid robot. Can be. Such a spherical motor includes a double coil bobbin in which coils are wound in duplicate and induces rotational and tilting motions of the rotor by using a synthesized magnetic force by the double coil bobbin. As a result, the multiple degrees of freedom of the rotor relative to the stator are enabled.

본 실시예에 따른 구형모터는 하나 이상의 회전자와 하나 이상의 고정자를 포함한다. 실시예에 따르면, 2개의 고정자 파트와, 2개의 회전자 파트를 포함하는 구형모터를 예시하여 설명하나, 이에 제한되는 것은 당연히 아니며, 다자유도 구동을 위하여 다양한 개수의 회전자 및 고정자를 사용할 수 있다.The spherical motor according to the present embodiment includes one or more rotors and one or more stators. According to an embodiment, a spherical motor including two stator parts and two rotor parts will be described by way of example, but the present invention is not limited thereto, and various numbers of rotors and stators may be used to drive the multiple degrees of freedom. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 구형모터(100)는 적어도 하나의 이중 코일 보빈(110), 내부 회전자(120), 내부 고정자(130), 외부 회전자(140)를 포함한다. 이하 실시예에서는 이중 코일 보빈(110)이 외부 고정자의 역할을 하는 것으로 예시한다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 이중 코일 보빈(110)의 외부에 독립적인 고정자가 구비되어 이중 코일 보빈(110)은 고정자의 내벽에 배치될 수 있으며, 고정자가 이중 코일 보빈(110)을 포함하는 다양한 구성이 가능하다.The spherical motor 100 according to an embodiment of the present invention includes at least one double coil bobbin 110, an internal rotor 120, an internal stator 130, and an external rotor 140. In the following embodiment, the double coil bobbin 110 serves as an external stator. However, the present invention is not limited thereto, and an independent stator may be provided outside the double coil bobbin 110 so that the double coil bobbin 110 may be disposed on an inner wall of the stator, and the stator includes a double coil bobbin 110. Configuration is possible.

보다 자세한 설명을 위해 도 2 내지 도 4를 제시한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형모터를 개략적으로 도시한 사시도, 도 3은 도 2의 구형모터의 내부를 개략적으로 도시한 사시도, 그리고 도 4는 도 2의 구형모터를 분해하여 개략적으로 도시한 분해사시도이다.For the detailed description, FIGS. 2 to 4 are shown. 2 is a perspective view schematically showing a spherical motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view schematically showing the inside of the spherical motor of FIG. 2, and FIG. 4 is an exploded schematic view of the spherical motor of FIG. 2. It is an exploded perspective view shown.

고정자는 내부 고정자와 외부 고정자를 포함할 수 있다. 이때, 앞에서 설명한 것처럼 적어도 하나의 이중 코일 보빈(110)이 외부 고정자의 역할을 한다. 내부 고정자(130)와 이중 코일 보빈(110) 사이에는 내부 회전자(120)가 위치한다. 그리고 이중 코일 보빈(110)의 외부에는 외부 회전자(140)가 더 구비될 수 있다. 일측에 따르면, 내부 회전자(120)와 외부 회전자(140)는 회전축(125)과 연결되어 같이 회전할 수 있다. 이때 회전자는 회전(A)운동 및 틸팅(B)운동이 모두 가능하다.The stator may include an internal stator and an external stator. In this case, as described above, at least one double coil bobbin 110 serves as an external stator. An internal rotor 120 is positioned between the internal stator 130 and the double coil bobbin 110. The external rotor 140 may be further provided outside the double coil bobbin 110. According to one side, the inner rotor 120 and the outer rotor 140 may be connected to the rotating shaft 125 and rotate together. At this time, the rotor can both rotate (A) and tilt (B).

본 발명의 일 실시예에 따른 구형모터(100)의 구성을 보다 자세히 설명하기 위하여 도 4를 참고한다.In order to explain in more detail the configuration of the spherical motor 100 according to an embodiment of the present invention, reference is made to FIG. 4.

내부 회전자(120)는 영구자석(121)을 포함한다. 영구자석(121)은 내부 회전자(120)의 외면에 배치된다. 영구자석(121)은 Nd-계로써, 그 개수가 1개, 2개, 4개, 6개 등일 수 있고, 다만 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 종류와 타입의 영구자석이 사용될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 영구자석에는 이중 코일 보빈(110)과의 사이에 공극을 형성하고, 내측으로 영구자석(121)을 지지하면서 자속의 통로 역할을 하는 폴 슈(pole shoe)가 구비될 수 있다.The inner rotor 120 includes a permanent magnet 121. The permanent magnet 121 is disposed on the outer surface of the inner rotor 120. The permanent magnets 121 are Nd-based, and the number thereof may be one, two, four, six, or the like, but is not limited thereto. Permanent magnets of various types and types may be used. On the other hand, although not shown, the permanent magnet may be provided with a pole shoe that forms a gap between the double coil bobbin 110 and supports the permanent magnet 121 inwards and serves as a passage for the magnetic flux. Can be.

내부 회전자(120)의 상부 및 하부에는 상부 결합판(122) 및 하부 결합판(123)이 배치될 수 있고, 회전자를 지지하면서 회전자의 회전 또는 틸팅을 가이드 할 수 있다. 그리고, 상부 결합판(122)을 관통하여 내부 회전자(120)와 연결되고 회전력을 전달하는 회전축(125)이 구비될 수 있다. 회전축(125)은 z축을 기준으로 원주 방향으로 회전하거나, x 또는 y축 방향으로 기울어 질 수 있다. 상부 결합판 및 하부 결합판 등의 결합 방법은 볼트(126)를 이용하여 결합될 있고, 그 외에 다양한 결합 방법이 가능할 것이다.Upper and lower coupling plates 122 and lower coupling plates 123 may be disposed on upper and lower portions of the inner rotor 120, and may support rotation or tilting of the rotor while supporting the rotor. In addition, the rotating shaft 125 may be provided to penetrate the upper coupling plate 122 and be connected to the internal rotor 120 to transmit the rotational force. The rotation axis 125 may rotate in the circumferential direction with respect to the z axis or incline in the x or y axis direction. The coupling method of the upper coupling plate and the lower coupling plate, etc. may be coupled using the bolt 126, and other various coupling methods may be possible.

내부 회전자(120)는 가운데 공간이 있고, 상기 공간은 다자유도 움직임을 위하여 구형으로 이루어진다. 이러한 구형 공간의 내부에는 내부 고정자(130)가 위치한다. 회전축(125)의 일단은 연결유닛(124)과 연결되어 내부 고정자(130)의 중앙에 위치한다.The inner rotor 120 has a center space, which is spherical for multi-degree of freedom movement. The internal stator 130 is located inside the spherical space. One end of the rotating shaft 125 is connected to the connection unit 124 is located in the center of the internal stator 130.

내부 고정자(130)는 고정축(131)의 일단과 연결되고, 고정축의 타단은 다른 시스템에 결합될 수 있도록 나사선이 형성될 수 있다. 내부 고정자(130)의 외면은 구형으로 형성되고, 이러한 내부 고정자(130)의 외면과 내부 회전자(120)의 내면 사이에는 간극이 형성될 수 있다. 내부 고정자(130)의 외면이 구형으로 형성됨으로 인해, 구형의 공간을 갖는 내부 회전자(120)가 내부 고정자(130)에 상대적인 다자유도 운동이 가능하다.The inner stator 130 may be connected to one end of the fixed shaft 131, and the other end of the fixed shaft may be threaded to be coupled to another system. The outer surface of the inner stator 130 is formed in a spherical shape, a gap may be formed between the outer surface of the inner stator 130 and the inner surface of the inner rotor 120. Since the outer surface of the inner stator 130 is formed in a spherical shape, the inner rotor 120 having a spherical space is capable of a multiple degree of freedom movement relative to the inner stator 130.

내부 회전자(120)의 외측에는 적어도 하나의 이중 코일 보빈(110)이 배치된다. 본 실시예에 따르면 8개의 이중 코일 보빈(110)이 내부 회전자(120)를 감싸는 배치를 이룬다. 그러나 이중 코일 보빈(110)의 개수는 제한되지 않는다.At least one double coil bobbin 110 is disposed outside the inner rotor 120. According to the present embodiment, eight double coil bobbins 110 form an arrangement surrounding the inner rotor 120. However, the number of double coil bobbin 110 is not limited.

이중 코일 보빈(110)을 보다 자세히 설명하기 위하여 도 5 및 도 6을 제시한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 코일 보빈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 이중 코일 보빈에 이중 코일이 배치된 모습을 도시한 도면이다.5 and 6 are shown to describe the dual coil bobbin 110 in more detail. FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a double coil bobbin according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view illustrating a double coil disposed in the double coil bobbin of FIG. 5.

이중 코일 보빈(110)은 고정자의 역할을 하며, 그 내면이 내부 회전자(120)를 마주하고, 그 외면이 외부 회전자(140)를 마주하도록 배치된다. 따라서, 이중 코일 보빈(110)이 일정한 간격으로 배치되면, 그 내부에는 내부 회전자(120)가 위치할 구형 공간이 생기고, 그 배치 형상 또한 구형이 된다. 이중 코일 보빈(110)은 제 1 코일(115)이 배치되는 제 1 코일부(111)와 제 2 코일(116)이 배치되는 제 2 코일부(112)를 포함한다.The double coil bobbin 110 serves as a stator, the inner surface of which is disposed to face the inner rotor 120, and the outer surface of the double coil bobbin 110 to face the outer rotor 140. Therefore, when the double coil bobbin 110 is arranged at regular intervals, a spherical space in which the internal rotor 120 is to be located is created, and the arrangement shape is also spherical. The dual coil bobbin 110 includes a first coil part 111 on which the first coil 115 is disposed and a second coil part 112 on which the second coil 116 is disposed.

제 1 코일부(111)는 제 2 코일부(112)와 독립적으로 존재한다. 그리고 보다 바람직하게는 제 1 코일부(111)는 제 2 코일부(112)를 감싸는 형상을 취한다. 이러한 독립적인 배치로 인해 제 1 코일(115)과 제 2 코일(116)은 서로 겹쳐지지 않는다.The first coil part 111 exists independently of the second coil part 112. And more preferably, the first coil portion 111 has a shape surrounding the second coil portion 112. This independent arrangement prevents the first coil 115 and the second coil 116 from overlapping each other.

제 1 코일(115)은 회전자의 회전에 관여한다. 보다 구체적으로, 제 1 코일(115)은 z축을 중심으로 내부 회전자(120) 및 외부 회전자(140)의 원주방향 회전을 유도한다. 따라서, 도 7의 도시와 같이 제 1 코일(115)에 전류가 흐르면 기자력이 발생하고, 이러한 기자력에 의하여 도 8의 도시와 같이 내부 회전자(120)가 z축을 중심으로 원주방향으로 회전한다. 제 1 코일(115)에 흐르는 전류의 세기 및 방향을 바꿔줌으로써, 내부 회전자(120)의 회전 속도 및 방향을 제어할 수 있다.The first coil 115 is involved in the rotation of the rotor. More specifically, the first coil 115 induces circumferential rotation of the inner rotor 120 and the outer rotor 140 about the z-axis. Therefore, when current flows in the first coil 115 as shown in FIG. 7, a magnetomotive force is generated, and the internal rotor 120 rotates circumferentially about the z axis as shown in FIG. 8 by the magnetomotive force. By changing the strength and direction of the current flowing in the first coil 115, the rotation speed and direction of the internal rotor 120 can be controlled.

제 1 코일(115)과 독립적으로, 제 2 코일(116)은 회전자의 틸팅에 관여한다. 회전자의 틸팅을 위하여 제 2 코일(116)은 회전자를 밀어내는 기자력과 당기는 기자력이 동시에 발생하도록 배치된다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 제 2 코일부(112)는 제 1 영역(113)과 제 2 영역(114)을 포함한다. 그리고, 예를 들어, 제 2 코일(116)은 ‘8’자 형상으로 제 1 영역(113)과 제 2 영역(114)을 감싸도록 배치된다. 이렇게 제 2 코일(116)이 배치되어 전류가 흐르면, 제 1 영역(113)과 제 2 영역(114)에서 발생되는 기자력은 서로 반대 방향을 갖게 된다. 한편, 제 2 코일(116)의 배치 형태는 반드시 ‘8’자 형에 제한되는 것은 아니며, 두 영역에서 발생하는 기자력이 서로 반대 방향을 갖도록 하는 다양한 배치 구조가 가능하다.Independent of the first coil 115, the second coil 116 is involved in the tilting of the rotor. To tilt the rotor, the second coil 116 is arranged to simultaneously generate a press force and a pull force to push the rotor. In more detail, the second coil unit 112 includes a first region 113 and a second region 114. For example, the second coil 116 is disposed to surround the first region 113 and the second region 114 in a '8' shape. When the second coil 116 is disposed and current flows in this way, the magnetomotive forces generated in the first region 113 and the second region 114 have opposite directions. On the other hand, the arrangement form of the second coil 116 is not necessarily limited to the '8' shape, it is possible to have a variety of arrangement structure so that the magnetic force generated in the two areas have the opposite direction to each other.

따라서, 도 9의 도시와 같이 제 2 코일(115)에 전류가 흘러 제 1 영역(113)을 둘러싼 코일 부분에는 반시계방향으로 전류가 흐르고, 제 2 영역(114)을 둘러싼 코일 부분에는 시계방향으로 전류가 흐르면, 도 10의 도시와 같이 제 1 영역(113)에서는 내부 회전자(120)를 밀어내는 기자력이 발생하고, 제 2 영역(114)에서는 내부 회전자(120)를 당기는 기자력이 발생한다.Accordingly, as shown in FIG. 9, current flows in the coil portion surrounding the first region 113 by flowing a current in the second coil 115, and clockwise in the coil portion surrounding the second region 114. As the current flows through, as shown in FIG. 10, a pressurization force for pushing the inner rotor 120 is generated in the first region 113, and a pressurization force for pulling the inner rotor 120 is generated in the second region 114. do.

이와는 반대로, 도 11의 도시와 같이 제 2 코일(115)에 전류가 흘러 제 1 영역(113)을 둘러싼 코일 부분에는 시계방향으로 전류가 흐르고, 제 2 영역(114)을 둘러싼 코일 부분에는 반시계방향으로 전류가 흐르면, 도 12의 도시와 같이 제 1 영역(113)에서는 내부 회전자(120)를 당기는 기자력이 발생하고, 제 2 영역(114)에서는 내부 회전자(120)를 밀어내는 기자력이 발생한다.On the contrary, as shown in FIG. 11, a current flows in the second coil 115 so that a current flows clockwise in the coil portion surrounding the first region 113, and a counter clock in the coil portion surrounding the second region 114. When the current flows in the direction, as shown in FIG. 12, a press force for pulling the inner rotor 120 is generated in the first region 113, and a press force for pushing the inner rotor 120 in the second region 114 is generated. Occurs.

결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 모터(100)는 적어도 하나의 이중 코일 보빈(110)이 서로 독립적으로 전류를 공급받고, 뿐만 아니라, 하나의 이중 코일 보빈(110)에 배치된 제 1 코일(115)과 제 2 코일(116) 역시 서로 독립적으로 전류를 공급받음으로 인해, 회전자의 회전과 틸팅을 유도하는 기자력을 자유자재로 정밀 제어할 수 있어, 회전자의 정밀하고 향상된 다자유도 구동이 가능하다. 한편, 코일의 감긴 수, 전류의 세기, 전류의 방향 등은 원하는 토크 또는 구동 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.As a result, in the spherical motor 100 according to the embodiment of the present invention, at least one double coil bobbin 110 is supplied with currents independently of each other, as well as a second disposed in one double coil bobbin 110. Since the first coil 115 and the second coil 116 are also supplied with currents independently of each other, it is possible to freely precisely control the magnetomotive force that induces rotation and tilting of the rotor, thereby improving the precision and accuracy of the rotor. Freedom driving is possible. On the other hand, the number of coils, the strength of the current, the direction of the current, etc. can be variously changed according to the desired torque or driving environment.

복수의 이중 코일 보빈(110)은 고정 유닛(132)에 의해 고정축(131)에 고정될 수 있다. 외부 회전자(140)는 필요에 따라 이중 코일 보빈(110)의 외부에 구비될 수 있으며, 내부 회전자(120)만이 구비될 수도 있다.The plurality of dual coil bobbins 110 may be fixed to the fixed shaft 131 by the fixing unit 132. The outer rotor 140 may be provided outside the double coil bobbin 110 as needed, and only the inner rotor 120 may be provided.

이중 코일 구조를 통한 회전자의 회전과 틸팅의 독립적이고 정밀한 제어를 통하여 전체 발생토크를 향상시킬 수 있고, 전체 모터의 부피도 줄일 수 있어, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 모터는 산업로봇뿐만 아니라 휴모노이드 로봇의 관절, 군용 또는 탐사용 자동차의 구동축과 휠, 헬기용 프로펠러 등에 다양하게 사용될 수 있다.Independent and precise control of the rotation and tilting of the rotor through the dual coil structure can improve the overall generated torque, and also reduce the volume of the entire motor, the spherical motor according to an embodiment of the present invention is not only an industrial robot In addition, it can be used in various ways such as joints of humanoid robots, drive shafts and wheels of military or exploration vehicles, and helicopter propellers.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

100: 구형모터 110: 이중 코일 보빈
115: 제 1 코일 116: 제 2 코일
120: 내부 회전자 130: 내부 고정자
140: 외부 회전자
100: old motor 110: double coil bobbin
115: first coil 116: second coil
120: internal rotor 130: internal stator
140: external rotor

Claims (8)

회전자와 고정자를 포함하는 모터의 다자유도 제어를 위한 보빈에 있어서,
일 축을 중심으로 상기 축의 원주방향으로 상기 회전자의 회전에 관여하는 제 1 코일; 및
상기 축을 중심으로 상기 회전자의 틸팅(tilting)에 관여하는 제 2 코일;
을 포함하고, 상기 제 1 코일과 제 2 코일은 독립적으로 전류를 공급받아 합성기자력을 형성해 상기 회전자의 다자유도 구동을 유도하며,
상기 제 1 코일은 상기 제 2 코일의 외부를 둘러싸도록 배치되어 상기 제 2 코일이 상기 제 1 코일 내부에 배치되는 이중 코일 보빈.
In the bobbin for the multiple degree of freedom control of a motor including a rotor and a stator,
A first coil engaged in rotation of the rotor in the circumferential direction of the axis about one axis; And
A second coil engaged in tilting of the rotor about the axis;
Includes, the first coil and the second coil is independently supplied with a current to form a synthetic magnetic force to induce a multi-free drive of the rotor,
The first coil is disposed to surround the outside of the second coil so that the second coil is disposed inside the first coil.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제 2 코일은 상기 회전자를 밀어내는 기자력과 당기는 기자력을 동시에 발생시키도록 배치되는 이중 코일 보빈.
The method of claim 1,
The second coil is a double coil bobbin arranged to generate a pressurizing force and a pulling magnetic force to push the rotor at the same time.
제3항에 있어서,
상기 제 2 코일은 제 1 영역과 제 2 영역을 모두 감싸도록 배치되고,
상기 제 2 코일은 ‘8’ 자 형상으로 감겨, 상기 제 1 영역과 제 2 영역에는 각각 상기 회전자를 미는 기자력과 당기는 기자력이 발생하는 이중 코일 보빈.
The method of claim 3,
The second coil is disposed to surround both the first region and the second region,
The second coil is wound in an '8' shape, the double coil bobbin is generated in the first region and the second region, the press force and the pulling force to push the rotor, respectively.
제 1 코일과, 상기 제1 코일에 의해 둘러싸도록 배치되어 상기 제1 코일 내부에 배치되는 제2 코일을 구비하는 보빈을 포함하는 고정자; 및
상기 고정자에 상대적으로 회전하도록 위치하여, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 합성기자력에 의해 일 축을 중심으로 회전 및 틸팅 하는 회전자;
를 포함하고,
상기 제 1 코일 및 제 2 코일은 독립적으로 전류를 공급받아, 상기 제 1 코일은 상기 축의 원주방향으로 상기 회전자의 회전에 관여하고, 상기 제 2 코일은 상기 축을 중심으로 상기 회전자의 틸팅에 관여하는 구형모터.
A stator including a bobbin having a first coil and a second coil disposed to be surrounded by the first coil and disposed inside the first coil; And
A rotor positioned to rotate relative to the stator, the rotor rotating and tilting about one axis by the combined magnetic force of the first coil and the second coil;
Including,
The first coil and the second coil are independently supplied with current so that the first coil is involved in the rotation of the rotor in the circumferential direction of the axis, and the second coil is responsible for the tilting of the rotor about the axis. Engaged old motor.
제5항에 있어서,
상기 보빈은 복수개 구비되어 일정한 간격으로 상기 회전자를 감싸도록 배치되는 구형모터.
The method of claim 5,
The bobbin is provided with a plurality of spherical motors are arranged to surround the rotor at regular intervals.
제5항에 있어서,
제 2 코일은 제 1 영역과 제 2 영역을 모두 감싸도록 배치되고,
상기 제 2 코일은 ‘8’ 자 형상으로 감겨, 상기 제 1 영역과 제 2 영역에는 각각 서로 반대되는 방향의 기자력이 발생하는 구형모터.
The method of claim 5,
The second coil is disposed to surround both the first region and the second region,
The second coil is wound in an '8' shape, the spherical motor is generated in the first region and the second region, the magnetic force in the opposite direction to each other.
제6항에 있어서,
상기 복수개의 보빈은 서로 독립적으로 전류를 공급받아 서로 다른 크기의 기자력을 발생시켜, 상기 회전자의 다자유도 운동을 유도하는 구형모터.
The method of claim 6,
The plurality of bobbins are supplied with currents independently of each other to generate a magnetic force of a different size, the spherical motor for inducing a multi-freedom movement of the rotor.
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