KR101959720B1 - 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터 - Google Patents

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최정식
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Abstract

본 발명은 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 임펄스링과 센서기판으로 이루어져 모터의 회전량을 감지하는 마그네틱 엔코더가 모터 샤프트 전방부에 결합되고, 모터하우징 내 오링 및 2개소의 오일씰이 구비되어 기어드 모터의 전체 체적이 감소됨은 물론 모터하우징 내 그리스의 누유까지 방지될 수 있는 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 내부에 일정 수용공간이 형성되는 기어하우징과; 모터하우징과 이로부터 일정부분 돌출되어 회전력을 전달하기 위한 샤프트로 이루어지며, 단부측에 기어부가 형성되는 샤프트가 상기 기어하우징 내로 일정 부분 삽입되는 모터와; 상기 기어하우징 내에 수용되며, 상기 기어하우징 내로 삽입되는 상기 샤프트 단부측의 일측에 위치되어 샤프트의 기어부와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 감속기어부; 및 상기 모터하우징과 상기 기어하우징 사이의 샤프트 상에 결합되어 샤프트의 회전수를 검출하도록 하는 마그네틱 엔코더를 포함하여 이루어진다.

Description

마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터{Geared motor with magnetic encoder}
본 발명은 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 임펄스링과 센서기판으로 이루어져 모터의 회전량을 감지하는 마그네틱 엔코더가 모터 샤프트 전방부에 결합되고, 모터하우징 내 오링 및 2개소의 오일씰이 구비되어 기어드 모터의 전체 체적이 감소됨은 물론 모터하우징 내 그리스의 누유까지 방지될 수 있는 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 기어드 모터는 모터 축에 기어를 끼운 상태에서 하나 이상의 감속기어로 감속한 뒤 최종 감속기어에서 바퀴나 축을 연결하여 사용된다.
그러나 모터의 회전수나 회전각도에 대한 정보의 피드백이 없는 기어드 모터를 정밀 기계장치의 구동부로 사용하는 경우, 모터를 동작시키고 정지시킬 때 관성에 의해 필요로 하는 회전수나 회전각도를 정확히 제어할 수 없는 문제가 있다.
정밀기계장치에서는 이에 따른 역학적인 변화에 따라 모터의 구동에 대한 정보를 피드백시켜 모터를 제어하게 된다. 이와 같은 피드백을 갖지 않는 경우에는 모터에 전력을 과다하게 공급하여 제어할 수 있지만 모터의 내구성이 떨어지고, 정밀 기계장치의 구동상태를 정밀하게 제어하지 못하게 된다.
이에 따라 산업용 기어드 모터는 광센서를 기반으로 하는 광엔코터를 사용하는데, 이러한 광엔코더는 발광부와 수광부를 가지는 광센서 기판과 발광부와 수광부 사이에 위치하며 회전축에 축설되어 발광부의 빛이 통과와 차단을 반복하도록 하는 슬릿셀으로 구성된다.
이에 따라 슬릿셀의 1회전시 빛의 통과 수가 특정되고 전체 빛의 통과 수를 통해 슬릿셀이 축설된 회전축의 회전 수를 산출할 수 있다.
하지만, 광엔코더의 원리 특성상 모터 샤프트에 슬릿셀을 억지끼움으로 수직방향으로 고정한 후, 수평방향으로 발광부 및 수광부로 구성되는 광센서 기판을 끼움에 따라 별도의 조립공간을 요구되고, 이러한 조립공간으로 인해 조립하우징 부품 및 요구 체적이 증가되는 문제점이 있었다.
또한 기어하우징 내실에 구비되는 1차 기어, 2차 기어의 수명향상을 위해 그리스(Grease)를 상기 기어하우징 내실에 수용시키는데, 그리스의 누유를 방지하도록 비석면 가스켓을 적용하여 기밀이 유지되도록 하였다.
하지만, 상기 비석면 가스켓은 시간이 지나면 그리스를 흡수하게 되어 누유 발생가능성이 높아짐에 따라 모터 샤프트와 기어하우징 사이에 광엔코더를 삽입할 수 없어 기어드 모터 샤프트 후방부에 구성할 수 밖에 없다.
이러한 광엔코더의 샤프트 후방부 결합은 기어드 모터의 전체 체적 증가로 이어지게 되고 기어드 모터의 전체 체적 증가는 기어드 모터가 설치되어 사용되는 환경의 구조적 제약을 가져온다.
따라서 기어하우징의 그리스 수용에도 불구하고 엔코더가 모터 샤프트의 전방부에 위치되도록 하여 기어드 모터의 전체 체적을 감소시킬 수 있는 기어드 모터의 구조 개선이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1601194호(2016.03.02. 등록)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 임펄스링과 센서기판으로 이루어져 모터의 회전량을 감지하는 마그네틱 엔코더가 모터 샤프트 전방부에 결합되고, 모터하우징 내 오링 및 2개소의 오일씰이 구비되어 기어드 모터의 전체 체적이 감소됨은 물론 모터하우징 내 그리스의 누유까지 방지될 수 있는 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 내부에 일정 수용공간이 형성되는 기어하우징과; 모터하우징과 이로부터 일정부분 돌출되어 회전력을 전달하기 위한 샤프트로 이루어지며, 단부측에 기어부가 형성되는 샤프트가 상기 기어하우징 내로 일정 부분 삽입되는 모터와; 상기 기어하우징 내에 수용되며, 상기 기어하우징 내로 삽입되는 상기 샤프트 단부측의 일측에 위치되어 샤프트의 기어부와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 감속기어부; 및 상기 모터하우징과 상기 기어하우징 사이의 샤프트 상에 결합되어 샤프트의 회전수를 검출하도록 하는 마그네틱 엔코더를 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 마그네틱 엔코더는 상기 샤프트에 축설되어 동반회전하며 자기장을 발생시키는 임펄스링과, 상기 임펄스의 일측에 고정 위치되어 임펄스링의 회전에 따른 자기장 변화를 통해 임펄스링의 회전수 또는 회전방향을 검출하는 회전검출수단을 포함하여 이루어진다.
또한 상기 감속기어부는 상기 샤프트의 기어부 일측에 위치되어 상기 기어부와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 제1감속기어부와, 상기 제1감속기어부로부터 동력전달이 가능하도록 치형결합되는 제2감속기어부로 이루어지되, 상기 기어부와 제1감속기어부 간은 웜기어로 구성되거나 베벨기어로 구성되어 동력전달이 이루어지며, 상기 제1감속기어부는 상기 기어부와 치형결합되는 제1치형부와, 상기 제1치형부가 형성되어 제1치형부의 동력전달에 따라 동반회전하는 제1감속기어축과, 상기 제1감속기어축 상에 형성되어 제1감속기어축의 회전에 따라 동반회전하는 제2치형부로 이루어진다.
아울러 상기 제2감속기어부는 상기 제2치형부와 기어결합하여 동력전달이 이루어지는 제3치형부와, 상기 제3치형부가 형성되어 제3치형부의 동력전달에 따라 동반회전하는 제2감속기어축로 이루어지되, 상기 제2감속기어축은 상기 기어하우징으로부터 외부로 돌출되도록 구성된다.
또한 상기 기어하우징의 샤프트 삽입측 및 제2감속기어축 돌출측에는 기어하우징 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 샤프트 및 제2감속기어축에 각각 강제끼움되는 제1오일씰 및 제2오일씰이 결합된다.
아울러 상기 기어하우징은 상부하우징과 하부하우징으로 이루어지며, 상기 상부하우징 및 하부하우징 간에는 기어하우징 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 오일링이 결합된다.
본 발명에 따르면 광엔코더 대신 마그네틱 엔코더를 채택함에 따라 기어드 모터의 생산 원가가 절감됨과 동시에 엔코더의 높은 분해능과 정확도 및 고신뢰성을 가지는 효과가 있다.
아울러 기존 광엔코더 방식의 기어드 모터에 구비되는 광엔코더 하우징이 제거됨에 따라 기어드 모터의 다운사이징 및 조립 공수의 감소 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기어드 모터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 풀리 및 벨트가 결합된 모습의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기어드 모터의 상부하우징이 제거된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 평면도이다.
도 5는 도 3의 A-A' 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기어드 모터를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 풀리 및 벨트가 결합된 모습의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기어드 모터의 상부하우징이 제거된 모습을 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 2의 평면도이고, 도 5는 도 3의 A-A' 단면도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 기어드 모터(100)는 내부에 일정 수용공간이 형성되는 기어하우징(10)과, 모터하우징(20a)과 이로부터 일정부분 돌출되어 회전력을 전달하기 위한 샤프트(21)로 이루어지며 단부측에 기어부(21a)가 형성되는 샤프트(21)가 상기 기어하우징(10) 내로 일정 부분 삽입되는 모터(20)와, 상기 기어하우징(10) 내에 수용되며 상기 기어하우징(10) 내로 삽입되는 상기 샤프트(21) 단부측의 일측에 위치되어 샤프트(21)의 기어부(21a)와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 감속기어부(30)와, 상기 모터하우징(20a)과 상기 기어하우징(10) 사이의 샤프트(21) 상에 결합되어 샤프트(21)의 회전수를 검출하도록 하는 마그네틱 엔코더(40)와, 기어하우징(10) 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 상기 기어하우징(10)의 샤프트(21) 삽입측 및 제2감속기어축(32b) 돌출측에 각각 강제끼움되는 제1오일씰(50) 및 제2오일씰(51)과, 상부하우징(11)과 하부하우징(12)으로 이루어지는 기어하우징(10) 간에 배치되어 기어하우징(10) 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 하는 오일링(60)으로 이루어진다.
여기서 상기 기어하우징(10)은 후술할 모터(20)로부터 회전력을 전달받아 도 2에 도시된 바와 같이 기어하우징(10) 하부측에 결합되는 풀리(D) 및 벨트(B)로 동력을 전달하도록 구비되는데, 이러한 기어하우징(10)에는 모터(20)의 샤프트(21) 일정 부분이 내입되고, 감속기어부(30)가 수용된다.
아울러 상기 기어하우징(10)은 조립 및 분해작업이 용이하도록 상부하우징(11)과 하부하우징(12)으로 이루어지는데, 여기서 상기 상부하우징(11) 및 하부하우징(12) 간에는 기어하우징(10) 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 오일링(60)이 결합된다.
물론 상부하우징(11) 또는 하부하우징(12)의 오일링(60) 배치측에 오일링(60)이 안정적으로 배치되어 기밀 유지가능하도록 결합하기 위해 오일링(60) 안착홈로가 형성될 수 있다.
한편 상기 모터(20)는 인가되는 전원에 의해 샤프트(21)가 회전할 수 있도록 회전력을 발생시키기 위해 구비되며, 상기 샤프트(21)는 전술한 바와 같이 기어하우징(10) 내로 일정 부분 내입되어 감속기어부(30)로 회전력을 전달하도록 구성된다.
아울러 상기 감속기어부(30)로 회전력 전달이 가능하도록 샤프트(21)의 단부측에는 기어부(21a)가 형성되는데, 이러한 기어부(21a)는 일실시예에 따라 후술할 감속기어부(30)의 제1감속기어부(31)와 치형결합하여 회전력이 전달되도록 구성된다.
물론 제1감속기어부(31)의 배치 위치 및 목적하는 동력전달 방향에 따라 다양한 기어결합이 구성될 수 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 회전축에 직교하는 방향으로 제1감속기어부(31)의 제1감속기어축(31b)이 구비됨에 따라 웜기어 또는 베벨기어결합이 바람직하다.
한편 상기 감속기어부(30)는 기어하우징(10) 내에 수용되어 모터(20)의 샤프트(21)로부터 회전력을 전달받아 이를 기어하우징(10) 하부측에 위치하는 풀리(D) 및 벨트(B)로 회전력을 재전달하기 위해 구비되는데, 이러한 감속기어부(30)는 본 발명의 일실시예에 따라 상기 샤프트(21)의 기어부(21a) 일측에 위치되어 상기 기어부(21a)와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 제1감속기어부(31)와, 상기 제1감속기어부(31)로부터 동력전달이 가능하도록 치형결합되는 제2감속기어부(32)로 이루어진다.
여기서 상기 제1감속기어부(31)는 상기 기어부(21a)와 치형결합되는 제1치형부(31a)와,상기 제1치형부(31a)가 형성되어 제1치형부(31a)의 동력전달에 따라 동반회전하는 제1감속기어축(31b)과, 상기 제1감속기어축(31b) 상에 형성되어 제1감속기어축(31b)의 회전에 따라 동반회전하는 제2치형부(31c)로 이루어진다.
아울러 상기 제2감속기어부(32)는 상기 제2치형부(31c)와 기어결합하여 동력전달이 이루어지는 제3치형부(32a)와, 상기 제3치형부(32a)가 형성되어 제3치형부(32a)의 동력전달에 따라 동반회전하는 제2감속기어축(32b)로 이루어지되, 상기 제2감속기어축(32b)은 상기 기어하우징(10)으로부터 외부로 돌출되도록 구성된다.
이에 따라 상기 모터(20)의 샤프트(21)가 회전하게 되면 상기 샤프트(21)의 기어부(21a)와 치형결합하는 제1감속기어부(31)의 제1치형부(31a)가 회전하게 되고 이로 인해 제1감속기어축(31b)이 회전하게 되어 제2치형부(31c) 또한 동반회전하게 된다.
아울러 상기 제2치형부(31c)와 기어결합하는 제2감속기어부(32)의 제3치형부(32a)가 회전력을 전달받아 회전함으로써 제2감속기어축(32b)이 회전하게 되고, 제2감속기어축(32b)의 회전에 따라 기어하우징(10) 외측으로 돌출되는 제2감속기어축(32b)과 고정결합되는 풀리(D)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
물론 상기 제2치형부(31c)와 제3치형부(32a)는 동일한 축방향을 가지며 회전력이 전달되도록 배치됨에 따라 스퍼기어결합으로 구성됨이 바람직하다.
한편 본 발명에서는 기존 광엔코더 방식으로 기어드 모터가 구성됨에 따라 별도의 광엔코더 조립하우징이 구비되어야 하므로 전체 기어드 모터의 체적이 증가하고 조립 공수가 증대되는 점을 해결하도록 마그네틱 엔코더(40)가 구비된다.
이러한 마그네틱 엔코더(40)는 상기 샤프트(21)에 축설되어 동반회전하며 자기장을 발생시키는 임펄스링(41)과, 상기 임펄스링(41)의 일측에 고정 위치되어 임펄스링(41)의 회전에 따른 자기장 변화를 통해 임펄스링(41)의 회전수 또는 회전방향을 검출하는 회전검출수단(42)을 포함하여 이루어진다.
상기 회전검출수단(42)으로는 본 발명의 일실시예에 따라 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 검출하는 홀센서로 구성되며, 이에 따라 회전검출수단(42)을 통해 임펄스링(41)의 회전수 및 회전방향을 검출하여 모터(20)의 회전을 제어함에 따라 정밀한 벨트(B)의 궤도 이송이 이루어진다.
또한 상기 임펄스링(41)은 샤프트(21)에 강제끼움방식으로 동반회전하도록 구성되고, 임펄스링(41)은 N극 및 S극이 교번하여 위치됨에 따라 회전시 고정되는 회전검출수단(42)에서 자기장의 연속적인 변화가 감지될 수 있도록 한다.
아울러 상기 회전검출수단(42)은 임펄스링(41)에 대향하여 홀센서가 위치되도록 홀센서가 설치된 회로기판에 중앙부가 관통 형성된 원판형태로 구성되어 샤프트(21)가 중앙부를 관통하여 기어하우징(10)으로 내입되도록 구성된다.
상기 회전검출수단(42)은 임펄스링(41)에 대향하여 MR센서가 위치되도록 MR센서가 설치된 회로기판으로 구성되어도 동일한 목적을 달성할 수 있음은 자명하다.
이러한 마그네틱 엔코더(40)는 구성부품이 작고 설치공간이 광엔코더 보다 현격히 감소될 수 있어 전체 기어드 모터의 다운사이징이 가능하도록 한다.
아울러 마그네틱 엔코더(40)를 수용하도록 기어하우징(10)의 샤프트(21) 유입측에는 임펄스링(41) 및 원판형태의 회전검출수단(42)을 수용하는 연장하우징이 더 형성될 수 있다.
한편 상기 제1오일씰(50) 및 제2오일씰(51)은 기어하우징(10)으로 내입하는 모터(20)의 샤프트(21)와 기어하우징(10)으로부터 돌출되는 제2감속기어축(32b)에 각각 끼움결합되어 기어하우징(10) 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 기밀을 유지한다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 기어하우징 20 : 모터
30 : 감속기어부 40 : 마그네틱 엔코더
50 : 제1오일씰 51 : 제2오일씰
60 : 오일링 100 : 기어드 모터

Claims (5)

  1. 내부에 일정 수용공간이 형성되는 기어하우징(10)과;
    모터하우징(20a)과 이로부터 일정부분 돌출되어 회전력을 전달하기 위한 샤프트(21)로 이루어지며, 단부측에 기어부(21a)가 형성되는 샤프트(21)가 상기 기어하우징(10) 내로 일정 부분 삽입되는 모터(20)와;
    상기 기어하우징(10) 내에 수용되며, 상기 기어하우징(10) 내로 삽입되는 상기 샤프트(21)의 단부측의 일측에 위치되어 샤프트(21)의 기어부(21a)와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 감속기어부(30); 및
    상기 모터하우징(20a)과 상기 기어하우징(10) 사이의 샤프트(21) 상에 결합되어 샤프트(21)의 회전수를 검출하도록 하는 마그네틱 엔코더(40)를 포함하여 이루어지고,
    상기 마그네틱 엔코더(40)는 상기 샤프트(21)에 축설되어 동반회전하며 자기장을 발생시키는 임펄스링(41)과,
    상기 임펄스링(41)의 일측에 고정 위치되어 임펄스링(41)의 회전에 따른 자기장 변화를 통해 임펄스링(41)의 회전수 또는 회전방향을 검출하는 회전검출수단(42)을 포함하여 이루어지며,
    상기 감속기어부(30)는 상기 샤프트(21)의 기어부(21a) 일측에 위치되어 상기 기어부(21a)와 동력전달 가능하도록 치형결합하는 제1감속기어부(31)와, 상기 제1감속기어부(31)로부터 동력전달이 가능하도록 치형결합되는 제2감속기어부(32)로 이루어지되,
    상기 기어부(21a)와 제1감속기어부(31) 간은 웜기어로 구성되거나 베벨기어로 구성되어 동력전달이 이루어지며,
    상기 제1감속기어부(31)는 상기 기어부(21a)와 치형결합되는 제1치형부(31a)와, 상기 제1치형부(31a)가 형성되어 제1치형부(31a)의 동력전달에 따라 동반회전하는 제1감속기어축(31b)과, 상기 제1감속기어축(31b) 상에 형성되어 제1감속기어축(31b)의 회전에 따라 동반회전하는 제2치형부(31c)로 이루어지고,
    상기 제2감속기어부(32)는 상기 제2치형부(31c)와 기어결합하여 동력전달이 이루어지는 제3치형부(32a)와, 상기 제3치형부(32a)가 형성되어 제3치형부(32a)의 동력전달에 따라 동반회전하는 제2감속기어축(32b)로 이루어지되, 상기 제2감속기어축(32b)은 상기 기어하우징(10)으로부터 외부로 돌출되도록 구성되며,
    상기 기어하우징(10)의 샤프트(21)에는 강제끼움되어 상기 회전검출수단(42)의 전방에 배치되도록 제1오일씰(50)이 결합되고, 상기 제2감속기어축(32b)에 강제끼움되는 제2오일씰(51)이 결합되어 상기 기어하우징(10) 내에서 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되는 것을 방지하며,
    상기 기어하우징(10)은 상부하우징(11)과 하부하우징(12)으로 이루어지며, 상기 상부하우징(11) 및 하부하우징(12) 간에는 기어하우징(10) 내에 수용되는 그리스(Grease)가 외부로 배출되지 않도록 오일링(60)이 결합되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 엔코더를 가지는 기어드 모터.
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