KR101943568B1 - 중공형 통합 구동 모듈 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 케이블 처리가 용이하도록 중공형의 구조로 이루어지고, 모터와, 엔코더와, 감속기 및 브레이크를 일체로 통합한 구조로서, 엔코더와 브레이크 간에 발생되는 간섭을 최소화하기 위하여 엔코더와 브레이크가 격리된 배치 구조를 갖는 중공형 통합 구동 모듈 구조에 관한 것으로서, 본 발명은, 양측이 개방된 원통형의 하우징과, 하우징에 내장되고, 중심부에는 입력측 단부와 출력측 단부를 지닌 중공형의 회전샤프트가 구비된 구동모터와, 회전샤프트의 입력측 단부와 연결되도록 하우징의 일측에 장착되어 구동모터의 회전각을 측정하는 엔코더와, 회전샤프트의 출력측 단부에 내측이 회전가능하게 결합되는 한편 하우징의 타측에 외측이 장착되는 중공형의 감속기와, 감속기의 타측에 장착되되, 회전샤프트의 출력측 단부와 연결되어 구동모터의 구동을 제동하는 제동수단을 포함한다.

Description

중공형 통합 구동 모듈 구조{HOLLOW TYPE INTERGRATED DRIVING MODULE STRUCTURE}

본 발명은 구동 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 케이블 처리가 용이하도록 중공형의 구조로 이루어지고, 모터와, 엔코더와, 감속기 및 브레이크를 일체로 통합한 구조로서, 엔코더와 브레이크 간에 발생되는 간섭을 최소화하기 위하여 엔코더와 브레이크가 격리 배치된 구조를 갖는 중공형 통합 구동 모듈 구조에 관한 것이다.

일반적으로 로봇이나 자동화 장비의 구동부는 모터를 포함하고, 감속기를 통하여 모터의 구동력을 증폭하여서 이를 원하는 출력축에 연결하여 사용하였다. 이 경우의 구동부는, 모터를 감속기에 직결하는 구조나, 폴리와 벨트 등의 구동 전달 부재를 사용함으로써 출력축에 모터를 간접적으로 연결하는 구조로 이루어질 수 있다.

그러나, 별도의 구동 전달 부재를 사용하여 출력축에 연결되는 구조는, 구동축과 피동축 사이에 이격된 거리로 인해 구조 전체의 크기를 키우게 된다는 문제가 있었다.

이에, 최근에는 모터와 감속기가 일체형의 구동부로 구성되고, 이를 직접 출력축에 연결함에 따라 그 크기를 줄이도록 하였다. 또한, 로봇 암과 같이 구동부에 직접 연결되어 회전하게 되는 회전부는, 출력단으로 케이블을 전달하기 위해서 회전부 중심에 중공이 있는 형태로 사용되도록 중공형의 감속기와 중공형의 모터를 사용하는 구조로 이루어지기도 한다.

하지만, 기존의 중공형 모터는 가격이 비싸고, 다양한 형태의 제품으로 구성되어 있지 않을뿐더러 그 구조가 최적화되어 있지 않아서 크기가 크다는 문제가 있으며, 이로 인해 무게 또한 많이 나가게 되어서 로봇이나 자동화 장비에 사용하는데 다소 부적하다는 문제가 있었다.

또한, 구동부에는 모터와 감속기뿐만 아니라, 모터의 안정적인 구동을 위하여 엔코더나, 브레이크 장치 등이 더 마련된다.

하지만, 엔코더와 브레이크 장치 모두 자성을 이용하여 동작하는데, 특히 엔코더는 자력의 크기를 이용하여 모터의 회전시 위치를 검출하는 센서이므로 주변에 존재하는 자장의 변화에 따라 영향을 미칠 수 있는바, 종래의 구동부는 엔코더가 브레이크 장치의 전방측에 위치됨에 따라 브레이크 장치에서 발생하는 자장에 의해 일부 간섭이 발생할 수 있다는 문제가 있었다.

그리고, 종래의 구동부는, 감속기, 모터, 브레이크 장치 및 엔코더의 순으로 배치되는 구조로서, 브레이크 장치가 모터와 엔코더의 사이에 결합되어 있는 구조로 나타난다.

그러나, 이러한 종래의 구동부는 브레이크 장치가 필수적이지 않은 로봇이나 자동화 장비에 사용되는 경우에는 구동부로부터 브레이크 장치를 분리하는 것이 바람직한데, 종래의 구동부는 브레이크 장치가 모터와 엔코더의 사이에 결합되어 있는 구조로서, 내측에 설치된 브레이크 장치를 분리하고자 하더라도 최외측에 결합된 엔코더에 의해 분해하는 작업이 번거롭기 때문에, 구동부의 구조 변경이 용이하지 못하다는 문제가 있었다.

다시 말해서, 종래의 구동부는 브레이크 장치의 탈부착이 용이하지 않으며, 구조상 브레이크 장치를 제거한 구조로의 변경이 어렵다는 문제가 있었다.

이상 설명한 바와 같은 구동모듈 및 이에 대한 기술은 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

한국 등록특허 제10-1618322호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 일체형으로 통합된 구동 모듈을 활용함으로써 로봇이나 자동화 장비의 개발을 용이하게 하고, 배선과 다른 공간 활용을 극대화할 수 있는 중공형 통합 구동 모듈 구조를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 엔코더와 브레이크 간의 자성에 의해 서로가 영향을 미치거나 간섭을 주지 않도록 배치되는 구조로 이루어진 중공형 통합 구동 모듈 구조를 제공하는데 있다.

게다가, 브레이크의 탈부착이 용이한 구조로 이루어져 결합이나 분리 작업이 간단할 뿐 아니라, 구동 모듈로부터 브레이크를 제거한 구조로 변경하여 사용될 수 있는 중공형 통합 구동 모듈 구조를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 해결하기 위해 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조는, 양측이 개방된 원통형의 하우징과, 하우징에 내장되고, 중심부에는 입력측 단부와 출력측 단부를 지닌 중공형의 회전샤프트가 구비된 구동모터와, 회전샤프트의 입력측 단부와 연결되도록 하우징의 일측에 장착되어 구동모터의 회전각을 측정하는 엔코더와, 회전샤프트의 출력측 단부에 내측이 회전가능하게 결합되는 한편 하우징의 타측에 외측이 장착되는 중공형의 감속기와, 감속기의 타측에 장착되되, 회전샤프트의 출력측 단부와 연결되어 구동모터의 구동을 제동하는 제동수단을 포함한다.

그리고, 엔코더는, 하우징의 일측에 장착되어 회전샤프트의 입력측 단부에 위치되는 엔코더유닛과, 엔코더유닛의 외측을 덮도록 마련되어 엔코더유닛을 보호하는 보호커버를 포함할 수 있다.

또한, 구동모듈은 하우징의 일측에 결합되어 엔코더를 고정하는 고정수단을 더 포함하여 이루어진다.

게다가, 고정수단은 엔코더가 결합되는 전면부와, 하우징에 결합되는 후면부를 포함하고, 고정수단의 전면부에는 엔코더유닛이 안착되도록 돌출되는 안착돌부가 형성되며, 고정수단의 후면부에는 하우징의 개방된 일측에 끼워지는 끼움돌부가 형성된다.

이에 더하여, 고정수단의 안착돌부에는 엔코더유닛이 삽입되는 요홈이 더 구비될 수 있다.

한편, 제동수단은 감속기의 타측에 결합되어 회전샤프트와 연결되어 함께 회전하는 연결축과, 연결축의 타측에 전후 방향으로 이동 가능하게 위치되는 이동플레이트 및 이동플레이트를 이동시키도록 외부로부터 전력을 공급받는 마그네트를 포함하고, 이러한 제동수단은 마그네트에 의해 이동플레이트가 이동함에 따라 연결축과 접촉되면서 회전샤프트의 회전을 제한하여 구동모터를 제동할 수 있다.

그리고, 제동수단은 체결부재에 의해 감속기에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 구동 모듈은 회전샤프트를 관통하도록 삽입되는 중공샤프트를 더 포함할 수 있다.

게다가, 구동 모듈은 엔코더가 일측 단부 최외측에 위치되고, 제동수단이 타측 단부 최외측에 위치되어서, 엔코더 및 제동수단이 양측에 격리 배치된 구조를 갖는다.

이에 더하여, 구동 모듈은 회전샤프트의 회전을 안내하는 구동베어링을 더 포함하고, 구동베어링의 예압을 조절할 수 있는 예압플레이트가 구비될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조에 따르면, 구동모터와, 엔코더, 감속기 및 제동수단을 일체형으로 통합된 구동 모듈로 구성하여서 로봇이나 자동화 장비에 용이하게 사용될 수 있으며, 특히 중공형의 구조로 이루어짐에 따라 배선과 다른 공간 활용을 극대화할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 엔코더와 제동수단을 구동 모듈의 양측 단부에 각각 위치시켜 서로 격리된 배치 구조를 가짐에 따라, 서로 인접하게 배치되지 않아 자성에 의해서 영향을 미치지 않게 된다는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 따른 제동수단은, 감속기에 체결 고정됨으로써 고정 작업이 간단할 뿐만 아니라, 구동 모듈의 최외측 단부에 위치되어 있어서 결합 또는 분리 작업이 용이하고, 이로 인해 제동수단의 유무에 따른 구조 변경이 쉽다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 모듈은, 브레이크가 감속기의 후방측, 즉 모듈의 최외측에 조립 가능한 구조로 이루어짐에 따라, 브레이크를 사용하지 않는 장비에 사용되어 브레이크를 제거하는 것이 더 유익한 경우에 모듈로부터 브레이크를 분리하는 것이 용이하다는 장점을 갖는다.

다시 말해서, 모듈의 브레이크의 유무에 따른 모듈 구조의 변화가 필요할 시, 종래의 경우에는 모터와 엔코더 사이에 브레이크가 위치됨에 따라 구조적인 변화가 필수적이었던 반면에, 본 발명은 모듈의 외측부분에 브레이크가 위치됨에 따라 브레이크를 제거 또는 결합하더라도 구조적인 변화를 최소화할 수 있어 제조나 조립 또는 사용상의 편의를 도모할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 모듈은, 중공의 구조를 이루고 있어, 통과되는 케이블이 모터의 회전에 의해 발생될 수 있는 손상을 최소화 할 수 있다는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명에 따르면, 구동베어링의 예압을 임의로 조정할 수 있도록 예압플레이트가 구비되어 최적의 예압 상태를 조정하고 유지할 수 있게 된다.

또한, 엔코더의 마그네틱 디스크인 회전슬리트와, 자력 감지 센서가 탑재된 엔코더보드와의 일정한 거리를 조정할 수 있게 되어 최적의 거리를 조정하는 것이 가능한 구조를 포함함으로써, 회전샤프트의 회전량에 따른 측정을 용이하게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 일부를 절개하여 표현한 부분 절개사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조의 단면을 나타낸 단면사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조의 일부 구성들을 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 도 4의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조는, 통상적으로 회전형 액추에이터(Rotary Actuator)로도 불리우는 구동 모듈로, 로봇장치의 암을 회전시키는 구동부나 자동화 장비의 구동부로 설치되어서 출력 단부에 연결된 회전부에 구동력을 전달하는 구동 모듈(100)의 구조에 관한 것이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 구동 모듈(100)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(10)과, 하우징(10)의 내부에 장착되는 구동모터(20)와, 하우징(10)의 일측에 장착되는 엔코더(30)와, 하우징(10)의 타측에 장착되는 감속기(40), 및 감속기(40)의 타측에 장착되는 제동수단(50)을 포함하여 이루어진다.

이때, 구동 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 길이 방향을 따라 중심부를 관통하여 형성되는 중심축선(C)을 가지며, 이 중심축선(C) 상에 동일한 중심축으로 전술한 요소들이 위치되어 구비되며, 이하의 설명에서, 중심축선(C)에 따른 방향에 대해서 일측 또는 전방측은 도면상 우측을 지칭하고, 타측 또는 후방측은 도면상 좌측을 지칭하는 것으로 한다.

먼저, 하우징(10)은, 구동 모듈(100)의 외관을 형성하는 것으로서, 내부에 구동모터(20)가 장착될 수 있도록 수용공간(10a)이 형성되며, 양측이 개방된 원통형의 드럼형상 부재로 마련된다.

여기서, 하우징(10)의 일측에는 엔코더(30)가 장착되고, 타측에는 감속기(40)가 장착되는바, 각각의 장치와 결합될 수 있도록 하우징(10)은 양단부에 플랜지부가 형성될 수 있다.

이러한 플랜지부는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내주플랜지(11) 및 외주플랜지(13)를 포함하며, 내주플랜지(11)는 하우징(10)의 일측 단부에 형성되는바, 내주면을 따라 내측으로 돌출 형성되고, 외주플랜지(13)는 하우징(10)의 타측 단부에 형성되는바, 외주면을 따라 외측으로 돌출 형성된다.

이때, 각 플랜지의 둘레 측을 따라 인접한 위치에 다수의 체결공(미도시)이 형성되며, 이 체결공에 엔코더(30) 및 감속기(40)가 별도의 체결부재(미도시)에 의해 체결됨에 따라 이들이 하우징(10)에 각각 결합될 수 있다.

이와 같이, 플랜지부는 하우징(10)의 양측 단부에 엔코더(30)와 감속기(40)를 결합시킬 수 있게 한다.

구동모터(20)는 구동력을 제공하는 것으로서, 중공형의 서보모터가 사용될 수 있으며, 하우징(10)의 내측에 장착된다.

이러한 구동모터(20)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 내주면을 따라 배치되는 고정자(21)와, 고정자(21)에 대하여 회전하고 중심부가 관통 형성된 회전자(23)와, 회전자(23)에 관통 결합되는 회전샤프트(25)를 포함하여 이루어진다.

고정자(21)는 영구 자석으로서, 하우징(10)의 내주면에 대응되도록 설치되는바, 중공형의 형상으로 형성되어 중심부 측에 회전자(23)가 위치되도록 한다.

회전자(23)는, 고정자(21)에 내측에서 회전하도록 설치되는바, 전자력이 발생되도록 코일이 감겨져 있으며, 코일에 전류가 흐르도록 양 끝단이 전원과 연결될 수 있다. 이러한 회전자(23)는 중심부가 관통 형성되어 회전샤프트(25)가 결합된다.

회전샤프트(25)는 회전자(23)와 연동하여 회전하는 축으로서, 중공형의 부재로 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자(23)의 중심부에 관통 결합되는데, 일측이 입력측 단부로서 작용하고, 타측이 출력측 단부로서 작용한다.

이러한 회전샤프트(25)는 구동모터(20)의 양쪽으로 입력측 단부와 출력측 단부가 각각 돌출되게 설치되어서 이를 통해 각 단부에 후술할 감속기(40) 및 엔코더(30)와 결합 또는 연결될 수 있게 된다.

이와 같이 형성된 구동모터(20)는 고정자(21)에 전압이 가해지면, 고정자(21)의 내측으로 마련된 회전자(23)가 회전을 하게 되고, 이 회전에 연동되어 회전샤프트(25)가 함께 회전함으로써 구동모터(20)에 연결된 감속기(40)로 구동력이 전달된다.

여기서, 구동모터(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전샤프트(25)의 축 방향을 따라 전방측과 후방측 양단 외주면에 설치되는 구동베어링(27)을 포함할 수 있다.

구동베어링(27)은 회전샤프트(25)의 회전시 회전에 의한 마찰력을 감소시킴과 동시에, 그 회전을 안내하는 것으로서 통상의 볼베어링이 사용될 수 있다.

이러한 구동베어링(27)은, 회전샤프트(25)의 전단과 후단 외주면을 감싸도록 설치되는바, 회전샤프트(25)의 축 방향을 따라 회전자(23)의 전방 및 후방측에 각각 위치된다.

이때, 구동베어링(27)은 스페이서(28)에 의해서 회전자(23)와 일정 간격을 두고 양측에 설치되는 것이 바람직한데, 전단측에 위치한 구동베어링(27)은 도 4와 도 6에 도시된 것처럼 스페이서(28)의 외주면에 위치할 수 있다. 이러한 양측의 구동베어링(27)은 후술할 고정수단(15) 또는 브래킷(47)에 의해 그 외주면이 지지되면서 하우징(10)에 고정될 수 있게 된다.

엔코더(30)는 구동모터(20)의 회전량 측정을 가능하게 하는 센서 부재로서, 회전샤프트(25)의 입력측 단부에 연결될 수 있도록 하우징(10)의 일측 단부에 장착된다.

여기서, 엔코더(30)는 구동모터(20)의 회전샤프트(25)의 입력측 단부에 연결되어서 회전량(회전각)을 감지함으로써 구동모터(20)의 회전량을 측정하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 마그네틱타입의 절대 엔코더가 사용될 수 있으며, 중공형 타입으로 마련되는 것이 바람직하다.

이러한 엔코더(30)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 회전슬리트(311) 및 엔코더보드(313)를 갖는 엔코더유닛(31)을 포함하고, 엔코더유닛(31)의 외측에는 엔코더유닛(31)을 보호하기 위한 보호커버(33)가 구비된다.

엔코더유닛(31)은 구동모터(20)의 회전샤프트(25)에 회전슬리트(311)가 연결 고정되어 회전샤프트(25)와 함께 회전하고, 회전슬리트(311)의 일측에 마련된 엔코더보드(313)에 의해서 하우징(10)의 일측에 부착 고정된다.

회전슬리트(311)는 마그네틱 디스크로서, 링형상의 부재로 형성되고, 회전샤프트(25)의 일측에 설치된다.

엔코더보드(313)는 판상의 부재로서, 회전슬리트(311)의 일측으로 적층되는바, 회전슬리트(311)와 일정간격 이격된 위치에 설치되고, 엔코더보드(313)에는 자력감지센서(313a)가 부착 설치된다. 여기서, 자력감지센서(313a)는 회전슬리트(311)와 인접한 엔코더보드(313)의 타측면에 부착되어 설치된다. 이러한 엔코더보드(313)는 하우징(10)의 내주플랜지(11)에 별도의 체결부재(미도시)에 의해서 결합될 수 있다.

보호커버(33)는 엔코더유닛(31)을 보호하도록 엔코더유닛(31)의 외측에 마련되는바, 하우징(10)의 일측에 마련된 내주플랜지(11)에 결합된다. 이러한 보호커버(33)는 내주플랜지(11)에 결합되도록 제1 결합구멍(33a)이 형성되고, 후술할 중공샤프트(60)가 관통 삽입될 수 있도록 개방된 관통공이 형성되는바, 관통공의 주변에는 중공샤프트(60)가 결합되는 제2 결합구멍(33b)이 형성되어 중공샤프트(60)와 체결됨에 따라 중공샤프트(60)가 보호커버(33)에 고정되도록 한다.

이와 같이, 엔코더(30)는 하우징(10)의 일측 단부에 장착됨에 따라, 구동 모듈(100)의 일측 방향 최외측에 위치된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 구동 모듈(100)은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(10)과 엔코더(30)의 사이에 설치되는 고정수단(15)이 더 구비될 수 있다.

고정수단(15)은 엔코더(30)를 하우징(10)에 연결하도록 마련되는 것으로서, 하우징(10) 및 엔코더(30)의 사이에 개재되도록 설치되는바, 하우징(10)의 일측에 결합되고, 전면에는 엔코더(30)의 엔코더유닛(31)과 보호커버(33)가 결합된다.

여기서, 고정수단(15)은 링형상의 부재로 형성되는바, 하우징(10)의 내주플랜지(11)의 일측면에 체결 고정되며, 보호커버(33)의 제1 결합공(33a)과 결합될 수 있도록 체결공(15a)이 구비되는 것이 바람직하며, 보호커버(33)를 하우징(10)에 고정하게 된다.

그리고, 고정수단(15)은 엔코더(30)가 결합될 수 있도록 일측에 돌출되는 안착돌부(151)가 형성될 수 있으며, 이 안착돌부(151)에 엔코더유닛(31)이 안착됨과 동시에 체결 고정된다.

즉, 안착돌부(151)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고정수단(15)의 일측에서 돌출 형성되는데, 본 발명의 실시예에서는 엔코더유닛(31)의 엔코더보드(313)를 지지할 수 있도록 복수개 형성되는바, 4개의 돌출 보스 형상으로 형성된다.

여기서, 안착돌부(151)는 그 단부에 엔코더보드(313)의 테두리 측이 일부 안착되는 요홈(151a)이 형성되는데, 이 요홈(151a)은 엔코더보드(313)가 소정 두께만큼 삽입되는 형태로 형성될 수 있으며, 엔코더보드(313)의 접촉면과 외측 둘레면을 지지할 수 있게 된다.

이러한 상태에서, 안착돌부(151)에는 안착체결공(151b)이 구비됨에 따라, 엔코더보드(313)가 체결부재(미도시)로 체결될 수 있으며, 이때, 엔코더보드(313)에는 안착체결공(151b)에 대응하는 체결공(313b)이 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해 고정수단(15)은 안착돌부(151)에 의해 엔코더유닛(31)을 안정적으로 지지하는 한편, 돌출된 길이만큼 엔코더유닛(31)을 소정 간격 이격시키는 상태로 엔코더유닛(31)과 결합된다.

다시 말해서, 고정수단(15)은 엔코더유닛(31)이 안정적으로 결합되도록 안내하되, 엔코더유닛(31)의 엔코더보드(313)를 회전슬리트(311)로부터 소정 간격 이격된 상태로 결합시킴에 따라 엔코더보드(313)의 타측에 위치하고 있는 회전슬리트(311)의 회전공간을 확보할 수 있게 되며, 엔코더보드(313)에 실장된 자력감지센서(313a)가 이 회전을 감지할 수 있도록 한다. 특히, 회전슬리트(311)의 회전 공간이 고정 확보될 수 있도록 후술하는 예압플레이트(19)가 사용되어 간격이 조정될 수 있다.

이때, 고정수단(15)은 안착돌부(151)의 주변으로 보호커버(33)의 결합 구멍(A)와 대응하는 체결공(15b)이 형성될 수 있으며, 이를 통해 보호커버(33)가 고정수단(15)에 결합될 수 있게 한다.

이러한 고정수단(15)은 타측으로 링형상의 보스형태로 돌출 형성된 끼움돌부(153)를 구비하는데, 끼움돌부(153)가 하우징(10)의 내주플랜지(11)의 내측으로 삽입되어 구동모터(20)의 일측에 마련된 구동베어링(27)의 외측면에 내접하도록 설치됨에 따라 구동베어링(27)의 베어링 리테이너로서도 작용하게 된다.

여기서, 고정수단(15)의 내주면 측으로는 고정링(17)이 구비될 수 있다.

고정링(17)은, 회전샤프트(25)의 전방 단부측 외주에 설치되어 고정너트로서 작용하며, 전술한 엔코더유닛(31)의 회전슬리트(311)의 타측면에 접촉되면서 회전슬리트(311)의 설치 위치를 조정하게 된다. 이때, 고정링(17)과 회전슬리트(311)의 사이에는 간격조정심(Shim, 18)이 삽입되어서 이들의 간격을 조정하면서 설치 위치를 조정할 수 있게 된다.

다시 말해서, 엔코더유닛(31)은 고정수단(15), 고정링(17) 및 간격조정심(18)에 의해서 엔코더보드(313)와 회전슬리트(311)의 설치 위치 및 간격이 설정될 수 있다.

여기서, 구동베어링(27), 특히 전방측에 위치된 구동베어링(27)은 고정수단(15)에 의해 고정되는데, 이 구동베어링(27)에는 예압플레이트(19)가 구비될 수 있다.

예압플레이트(19)는 도 6에 도시된 바와 같이, 얇은 링형상의 판재로서 예압 조절자(shim)의 역할을 하는바, 구동베어링(27)과 고정수단(15)의 사이에 설치되어서 축 방향으로 예압을 가함에 따라, 구동베어링(27)의 예압량을 조절할 수 있게 된다. 이때, 예압플레이트(19)는 도시된 것처럼 고정링(17)과 구동베어링(27)의 사이까지 위치되도록 형성될 수 있지만, 이와 다르게 고정수단(15)과 구동베어링(27)의 사이에만 개재되는 형태로 형성될 수도 있다.

즉, 예압플레이트(19)는 구동모터(20)의 회전을 지지하는 구동베어링(27)의 예압을 조정할 수 있으므로, 구동모터(20)의 회전 저항과, 구동베어링(27)의 클리어런스(유격량)를 조정할 수 있게 된다. 이러한 예압플레이트(19)의 크기 등은 구동모터(20)의 회전수 또는 사용 조건에 따라 대응하도록 선택되어 사용될 수 있으며, 이에 따라 예압을 조절할 수 있다.

감속기(40)는 구동모터(20)의 회전속도를 제어하는 장치로서, 구동모터(20)의 후방으로 돌출된 회전샤프트(25)의 출력측 단부에 결합되며, 회전샤프트(25)에 연결되어 회전샤프트(25)의 회전을 일정한 감속비로 감속한 후, 출력측을 통해 토크를 전달하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 감속기(40)는 통상의 하모닉 드라이브 등과 같은 일체형의 감속기 모듈로서 구성될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 회전샤프트(25)의 후단에 결합되는 웨이브제네레이터(41)와, 웨이브제네레이터(41)의 외주에 배치되고 외주면에 기어 치형이 형성된 드럼 형태의 플렉스스플라인(43)과, 플렉스스플라인(43)의 외주면 기어 치형에 대응하여 내주면 기어 치형이 형성되어 플렉스스플라인(43)의 외주에 대응하도록 설치되는 서큘러스플라인(45)을 포함할 수 있다. 이때, 하모닉 드라이브로 구성된 감속기(40)는 통상적인 것으로서, 도면상에서의 자세한 표현과 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

웨이브제네레이터(41)는 타원형상의 캠 외주에 볼베어링이 끼워지고, 플렉스스플라인(43)의 내측에 결합된다. 볼베어링은 내륜과 외륜, 그리고 이들 사이에 끼워진 다수의 볼을 포함하여 이루어지며, 외륜은 플렉스스플라인(43)에 결합된다.

플렉스스플라인(43)은 타측 개구부의 외주면에 치형이 형성되며, 내측에는 웨이브제네레이터(41)가 결합된다.

서큘러스플라인(45)은 감속기(40)의 고정부로서 작동하는 링형상 부재로서, 플렉스스플라인(43)의 외주면 기어에 대응하도록 내주면에 치형이 형성되며, 이러한 서큘러스플라인(45)은 하우징(10)의 외주플랜지(13)에 결합 고정된다.

이와 같이 구성된 감속기(40)는, 구동모터(20)의 회전샤프트(25)와 연결된 웨이브제네레이터(41)의 타원형 캠이 소정 속도로 회전하게 되면, 볼베어링의 내륜이 회전하게 되고, 캠의 장축이 볼베어링을 외측으로 밀어내면서, 플렉스스플라인(43)의 외주면에 형성된 치형이 외측으로 밀리면서 서큘러스플라인(45)의 치형과 맞물러 결합하게 된다.

따라서, 감속기(40)는 웨이브제네레이터(41)의 캠이 회전하는 경우에, 각 스플라인들에 형성된 기어의 수 차이만큼 회전되면서 감속이 이루어지게 된다.

이때, 감속기(40)는 서큘러스플라인(45)의 일측면이 하우징(10)의 타측 단부면에 볼트 결합으로 연결됨으로서, 하우징(10)과 결합될 수 있게 된다.

다시 말해, 감속기(40)는 구동모터(20)의 회전샤프트(25)와 회전 가능하게 연결되는 동시에 하우징(10)에 고정 결합되며, 회전샤프트(25)와 연결된 웨이브제네레이터(41)가 회전 축의 역할을 하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 구동 모듈 구조는, 감속기(40)를 하우징(10)에 장착하기 위한 브래킷(47)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

브래킷(47)은 링형상의 부재로 형성될 수 있으며, 브래킷(47)의 일측은 하우징(10)의 외주플랜지(13)에 결합되고, 타측은 감속기(40)의 서큘러스플라인(45)에 결합된다.

여기서, 브래킷(47)은 체결 부재(미도시)에 의해서 각각의 부재에 결합될 수 있으며, 체결 부재가 체결될 수 있는 체결공(47a, 47b)들이 형성될 수 있다. 이러한 체결공(47a, 47b)들은 브래킷(47)의 둘레와 인접한 위치에 둘레를 따라 일정한 간격으로 이격되어 복수개가 형성될 수 있다.

이와 같이, 브래킷(47)은 하우징(10) 및 감속기(40)에 각각 연결되어서, 하우징(10)과 감속기(40) 사이의 거리를 일정 간격 유지하도록 하며, 이로 인해 하우징(10)의 타측 방향으로 돌출 형성되어 있는 상태로 설치된 구동모터(20)의 회전샤프트(25)를 보호함과 동시에, 감속기(40)의 각 요소들의 돌출면들을 보상하게 된다.

제동수단(50)은, 구동모터(20)에 제동력을 제공하여 구동모터(20)의 구동을 제동하기 위한 것으로서, 회전샤프트(25)의 출력측 단부와 연결되도록 설치되는데, 제동수단(50)은 회전샤프트(25)와 연결된 감속기(40)에 연결됨으로써, 회전샤프트(25)와 연결된다.

이러한 제동수단(50)은, 전자브레이크로서 마그네틱 브레이크가 사용될 수 있으며, 중공형의 브레이크로 형성된다.

여기서, 제동수단(50)은, 감속기(40)에 연결되는 연결축(51)과, 가동 플레이트(53)와, 마그네트(55), 그리고 이들을 수용하는 브레이크하우징(57) 및 브레이크커버(59)를 포함하여 이루어진다.

연결축(51)은 회전샤프트(25)와 연결되기 위한 허브로서, 감속기(40)의 회전 축인 웨이브제네레이터(41)에 결합되는바, 실질적으로는 회전샤프트(25)의 출력측 단부에 연결된다.

이때, 연결축(51)은 감속기(40)의 회전 축이 회전함에 따라 이와 연동하여 회전하게 된다.

가동 플레이트(53)는 중공의 디스크 형상으로 형성된 금속 부재로서, 연결축(51)의 타측에 설치되는데, 후술할 마그네트(55)의 영향으로 중심축선(C)을 따라 전후 방향으로 이동 가능하게 설치된다.

여기서, 가동 플레이트(53)는 연결축(51)과 직결되어, 연결축(51)과 함께 전후 방향으로 이동할 수 있게 된다.

마그네트(55)는 영구자석으로서, 가동 플레이트(53)를 이동시키는 작용을 하는데, 이를 위해 가동 플레이트(53)의 타측에 배치되고, 외부 전력과 접속되도록 전원연결부가 구비되며, 전원의 ON/OFF에 따라 마그네트(55)의 가동 플레이트(53)를 전방측 또는 후방측으로 이동시키게 된다.

즉, 제동수단(50)은, 마그네트(55)에 인가되는 전원을 ON/OFF 시킴에 따라 가동 플레이트(53)를 이동시켜 회전샤프트(25)의 회전을 제어하게 되는데, 전원이 인가되면, 자성을 지니고 있는 마그네트(55)의 자기장을 방해하여 자력을 약하게 해제해줌으로써 가동 플레이트(53)를 마그네트(55)로 부터 이격시키게 되고, 이에 따라 제동력을 주지 않아서 회전샤프트(25)가 제한없이 회전하게 된다.

그리고, 인가된 전원을 차단시키면, 제동수단(50)은 마그네트(55)의 자력을 유도하여 가동 플레이트(53)를 마그네트(55)의 접촉면 또는 마찰면을 향해 이동시키게 된다. 즉, 마그네트(55)의 가동 플레이트(53) 사이에 발생하는 인력에 의해서 가동 플레이트(53)가 마그네트(55)에 접촉되고, 이로 인해 회전샤프트(25)와 함께 연동하여 회전하고 있던 가동 플레이트(53)의 회전에 제동력을 제공하게 되어, 최종적으로 구동모터(20)를 제동하게 된다.

브레이크하우징(57)은 연결축(51)과, 가동 플레이트(53) 및 마그네트(55)의 외주면에 대응하여 이들을 감싸도록 개방된 원통형의 부재로 형성되며, 브레이크커버(59)는 브레이크하우징(57)의 후방측을 덮을 수 있도록 형성된다.

여기서, 브레이크하우징(57)은 연결축(51)의 회전을 용이하게 안내하도록 연결축(51)과 대응하는 부분에 베어링볼(미도시)이 삽입될 수 있도록 베어링홈(54a)이 마련될 수 있으며, 이들이 베어링 역할을 함에 따라 연결축(51)의 회전을 안내함과 동시에, 연결축(51)을 외측에서 지지하는 구조가 된다.

이때, 브레이크하우징(57)의 외측 둘레는 전술한 감속기(40)의 타측면에 결합되어서 감속기(40)의 후방측면을 커버하도록 마련된다.

브레이크커버(59)는 내측 부위가 브레이크하우징(57)과 결합되어 개방된 부위를 커버한다.

다시 말해서, 이 브레이크하우징(57) 및 브레이크커버(59)는 제동수단(50)의 요소들을 보호함과 동시에, 구동 모듈(100)의 후방측면을 덮도록 마련된다.

이와 같이, 제동수단(50)은 하우징(10)의 타측에 위치한 감속기(40)의 타측 단부에 장착됨에 따라, 구동 모듈(100)의 타측 방향 최외측에 위치된다.

한편, 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조는, 중심축선(C)에 관통 형성되는 중공샤프트(60)를 구비한다.

즉, 중공샤프트(60)는 회전샤프트(25)와, 엔코더(30), 감속기(40), 및 제동수단(50)을 관통 삽입하도록 마련되며, 하우징(10)의 일측, 즉 엔코더(30)의 보호커버(33)의 일측면에서 관통 삽입된다.

이때, 중공샤프트(60)는 도 5에 도시된 바와 같이, 엔코더(30)의 보호커버(33)에 형성된 제2 결합구멍(33b)과 대응하는 체결구(60a)가 형성될 수 있으며, 보호커버(33)에 결합됨에 따라 회전샤프트(25)의 회전과는 무관하게 회전하지 않도록 설치된다.

이러한 중공샤프트(60)는 중공홀(H)이 형성되며, 엔코더(30)나 제동수단(50)을 위한 전기 케이블(미도시)이 내장되도록 구성되어서 구동 모듈(100)의 외부로 케이블이 노출되지 않게 한다.

따라서, 구동 모듈(100)이 장착된 로봇 또는 장비의 구동시, 케이블에 의한 간섭 문제를 해결할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구동 모듈(100)은 엔코더(30)와 제동수단(50)이 구동 모듈(100)의 일측 방향과 타측 방향의 최외측에 각각 배치되는 구조를 갖는다.

이는, 구동 모듈(100)에 사용된 엔코더(30) 및 제동수단(50)은 모두 자석의 힘을 이용하는바, 특히 자력의 크기를 이용하여서 구동모터(20)의 회전시 위치를 검출함으로써 회전각 또는 회전량을 측정하는 센서가 포함된 엔코더(30)의 경우, 주변에 존재하는 자력에 의한 자장의 변화에 따라 영향을 미칠 수 있게 되며, 기존의 구조는 엔코더에 브레이크가 인접하게 배치된 구조로 설치됨에 따라, 그로 인한 간섭이 발생하는 문제가 있었다.

이에 따라, 본 발명에 따른 구동 모듈(100)은, 기존 구조와는 다르게, 엔코더(30) 및 제동수단(50)을 인접하지 않도록 배치한 구조를 마련하여, 제동수단(50)에 의한 영향력을 최소화하게 된다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 구동 모듈(100)은 엔코더(30) 및 제동수단(50)을 양측 단부에 각각, 즉 일측 단부와 타측 단부에 대향하는 위치로 배치함에 따라, 제동수단(50)의 마그네트(55)가 지닌 자력에 의해 엔코더(30)의 작동에 발생될 수 있는 자장의 간섭으로부터 엔코더(30)를 보호하기 위한 구조로 마련되어서, 엔코더(30)의 정확한 측정을 유도할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 중공형 통합 구동 모듈 구조는, 도면상 일측 단부로부터, 엔코더(30), 구동모터(20), 감속기(40) 및 제동수단(50)의 순서로 설치됨에 따라, 제동수단(50)의 탈부착이 용이하도록 마련된다.

이러한 구조는, 제동수단(50)의 역할이 필요 없는 로봇이나 자동화 장비에 구동 모듈(100)이 사용될 경우에, 제동수단(50)을 구동 모듈(100)로부터 탈거하는 작업이 간단하게 이루어질 수 있으며, 탈거된 부분에는 별도의 커버(미도시)를 장착함으로써 브레이크 없는 구동 모듈 구조가 완성될 수 있는 것이다.

즉, 기존의 모듈은, 브레이크가 모터와 엔코더 사이에 설치되는 구조, 다시 말해 그 설치 순서가 엔코더, 브레이크, 모터 및 감속기의 순서로 설치되는 구조로 인해, 브레이크를 별도로 분리하고자 하더라도 엔코더를 먼저 분리하고서 브레이크를 분리해야 하는 등 그 작업 과정이 난해하며, 브레이크를 탈거하더라도, 모터와 엔코더의 결합을 위해서는 별도의 결합수단이 필요하다는 문제가 있었지만, 본 발명에 따른 모듈 구조는, 이러한 문제로부터 완전히 벗어날 수 있게 된다는 이점을 갖는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예 에 의해 제한되기보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 구동 모듈 10 : 하우징
15 : 고정수단 19 : 예압플레이트
20 : 구동모터 25 : 회전샤프트
30 : 엔코더 31 : 엔코더유닛
311 : 회전슬리트 313 : 엔코더보드
33 : 보호커버 40 : 감속기
47 : 브래킷 50 : 제동수단
51 : 연결축 53 : 가동 플레이트
55 : 마그네트

Claims (10)

1. 구동 모듈에 있어서,
   양측이 개방된 원통형의 하우징;
   상기 하우징에 내장되고, 중심부에는 하우징의 내주면을 따라 배치되는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전하되 중심부가 관통 형성되는 회전자와, 상기 회전자에 관통 결합되며 입력측 단부와 출력측 단부를 지닌 중공형의 회전샤프트가 구비된 구동모터;
   상기 회전샤프트의 입력측 단부와 연결되도록 상기 하우징의 일측에 장착되어 상기 구동모터의 회전각을 측정하는 엔코더;
   상기 회전샤프트의 출력측 단부에 내측이 회전가능하게 결합되는 한편 상기 하우징의 타측에 브래킷에 의해 외측이 장착되는 중공형의 감속기; 및
   상기 감속기의 타측에 장착되되, 상기 회전샤프트의 출력측 단부와 연결되어 상기 구동모터의 구동을 제동하는 제동수단을 포함하고,
   상기 구동 모듈은 상기 엔코더가 일측 단부 최외측에 위치되고, 상기 제동수단이 타측 단부 최외측에 위치되어서, 엔코더 및 제동수단이 양측에 격리 배치된 구조를 가지며,
   상기 엔코더는, 상기 하우징의 일측에 장착되어 상기 회전샤프트의 입력측 단부에 위치되되 회전슬리트 및 엔코더보드를 갖는 엔코더유닛과, 상기 엔코더유닛의 외측을 덮도록 마련되어 엔코더유닛을 보호하는 보호커버를 포함하고,
   상기 구동 모듈에는 상기 하우징의 일측에 결합되어 상기 엔코더를 고정하는 고정수단과, 상기 고정수단의 내주면 측에 결합되어 상기 회전슬리트의 설치 위치를 조정하기 위한 고정링과, 상기 고정링 및 회전슬리트 사이에 삽입 설치되어 간격을 조정하며 설치 위치를 조절하기 위한 간격조정심이 더 구비됨으로써 상기 엔코더의 설치 위치와 간격을 설정하며,
   상기 구동 모듈에는 상기 회전샤프트의 회전을 안내하도록 회전샤프트를 감싸며 회전샤프트의 축 방향을 따라 회전자의 전방 및 후방측에 각기 구비되는 한 쌍의 구동베어링을 더 포함하고,
   상기 전방측 구동베어링과 고정수단 및 고정링 사이에는 축 방향으로 예압을 가하여 구동베어링의 예압량을 조절하기 위한 예압플레이트를 더 포함하며,
   상기 구동베어링은 상기 고정수단 또는 브래킷에 의해 각각 고정되고,
   상기 제동수단은 체결부재에 의해 상기 감속기에 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 중공형 통합 구동 모듈 구조.
   
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4. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정수단은 상기 엔코더가 결합되는 전면부와, 상기 하우징에 결합되는 후면부를 포함하고,
   상기 고정수단의 전면부에는 상기 엔코더유닛이 안착되도록 돌출되는 안착돌부가 형성되며,
   상기 고정수단의 후면부에는 상기 하우징의 개방된 일측에 끼워지는 끼움돌부가 형성되는 것을 특징으로 하는 중공형 통합 구동 모듈 구조.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 고정수단의 안착돌부에는 상기 엔코더유닛이 삽입되는 요홈이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 중공형 통합 구동 모듈 구조.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제동수단은 상기 감속기의 타측에 결합되어 상기 회전샤프트와 연결되어 함께 회전하는 연결축과, 상기 연결축의 타측에 전후 방향으로 이동 가능하게 위치되는 이동플레이트 및 상기 이동플레이트를 이동시키도록 외부로부터 전력을 공급받는 마그네트를 포함하고,
   상기 제동수단은 상기 마그네트에 의해 상기 이동플레이트가 이동함에 따라 상기 연결축과 접촉되면서 상기 회전샤프트의 회전을 제한하여 상기 구동모터를 제동하는 것을 특징으로 하는 중공형 통합 구동 모듈 구조.
   
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동 모듈은 상기 회전샤프트를 관통하도록 삽입되는 중공샤프트를 더 포함하는 중공형 통합 구동 모듈 구조.
   
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