KR200480477Y1

KR200480477Y1 - 모터의 브레이크 구조

Info

Publication number: KR200480477Y1
Application number: KR2020110007630U
Authority: KR
Inventors: 최용준; 원종석; 윤재근
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2016-05-30
Also published as: KR20130001433U

Abstract

모터의 브레이크 구조가 개시된다. 고정자에 대해 회전자가 회전하는 모터를 브레이킹(braking)하기 위한 구조로서, 모터의 외부에 위치하며, 그 작동에 따라 소정의 구동력을 인가하는 구동부와, 구동부에 결합되며, 구동부로부터 구동력을 전달받아 회전자의 외주면을 가압하도록 작동되어, 회전자의 회전을 구속하는 레버(lever)를 포함하는 모터의 브레이크 구조는, 지렛대 원리를 이용하여 모터의 회전자를 가압하여 브레이킹하므로, 보다 적은 힘으로 모터의 회전을 구속할 수 있고, 브레이크용 구동계를 모터 본체로부터 분리하여 설치함으로써 구동계의 발열이 모터의 성능을 저하시키는 현상을 방지할 수 있다.

Description

모터의 브레이크 구조{Brake structure of motor}

본 고안은 모터의 브레이크 구조에 관한 것이다.

로봇 암 등의 기계 장치 내에는 구동에 필요한 모터가 수용되며, 모터에는 그 작동의 정지 및 필요에 따른 선택적 작동을 위해 브레이크가 설치된다.

종래의 모터의 브레이크 구조는, 모터의 구동력보다 큰 힘을 가해야 모터가 정지되므로 모터보다 큰 구동력을 발생시킬 수 있는 장치(예를 들면, 별도의 브레이크용 구동계)를 부가해야 하므로 브레이크용 구동계의 부피가 커진다는 문제가 있었다.

또한, 모터 내에 별도의 브레이크용 구동계를 부가할 경우 구동계에서의 발열이 모터의 성능을 저하시켜, 사용자가 조작한대로 작동이 이루어지지 않는 현상이 발생할 우려가 있다.

특히, 수술용 로봇 암과 같이 정교한 작동이 요구되는 기계 장치의 경우, 전술한 구동계의 부피문제 및 모터의 오작동의 문제는 자칫 의료사고로까지 이어질 수 있는 치명적인 결함이 될 수 있어, 보다 정교한 정지 및 선택적 작동이 담보될 수 있는 모터의 브레이크 구조가 절실한 실정이다.

전술한 배경기술은 고안자가 본 고안의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 고안의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 고안의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

한편, 등록특허 제10-1001327호에는, 브레이크 디스크를 회전자에 접촉시켜 회전자의 회전을 구속하는 브레이크 구조가 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 등록특허 제10-1001327호

본 고안은, 보다 적은 힘으로 모터를 브레이킹(braking)할 수 있고, 브레이크용 구동계가 모터의 성능에 영향을 미치지 않는 모터의 브레이크 구조를 제공하는 것이다.

본 고안의 일 측면에 따르면, 고정자에 대해 회전자가 회전하는 모터를 브레이킹(braking)하기 위한 구조로서, 모터의 외부에 위치하며, 그 작동에 따라 소정의 구동력을 인가하는 구동부와, 구동부에 결합되며, 구동부로부터 구동력을 전달받아 회전자의 외주면을 가압하도록 작동되어, 회전자의 회전을 구속하는 레버(lever)를 포함하는 모터의 브레이크 구조가 제공된다.

레버는 회전자를 중심으로 양측으로 한 쌍이 설치되며, 한 쌍의 레버가 회전자의 외주면을 양측에서 가압함으로써, 회전자의 회전이 구속될 수 있다. 회전자는 하우징 내에 수용되어 회전하고, 하우징에는 회전자의 외주면의 일부가 노출되도록 개방홀이 천공되어 있으며, 레버는, 그 작동에 따라 개방홀을 통해 하우징 내로 삽입되어 회전자의 외주면을 가압할 수 있다. 레버는 소정의 받침점을 중심으로 회전하고 그 일단부가 힘점이 되며 그 타단부가 작용점이 되는 지렛대 형상으로 형성되고, 구동부는 레버의 일단부에 힘을 가하도록 작동되며, 구동부의 작동에 따라 레버의 타단부는 회전자의 외주면을 가압할 수 있다.

한 쌍의 레버는 서로 기어 결합되거나, 서로 교차하는 한 쌍의 스틸벨트에 의해 서로 연결되며, 구동부의 작동에 의해 한 쌍의 레버 중 어느 하나가 작동되면 그에 연동하여 다른 하나도 작동됨으로써, 한 쌍의 레버는 회전자를 동시에 가압할 수 있다.

구동부에 결합되며 모터의 둘레를 감싸도록 배치되는 벨트를 더 포함하고, 레버는 회전자를 바라보도록 벨트의 내측면에 결합되며, 구동부의 작동에 의해 벨트가 잡아 당겨지면 그에 연동하여 레버는 회전자를 가압할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 실용신안등록청구범위 및 고안의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 지렛대 원리를 이용하여 모터의 회전자를 가압하여 브레이킹하므로, 보다 적은 힘으로(즉, 보다 작은 부피의 구동계를 사용하여) 모터의 회전을 구속할 수 있고, 브레이크용 구동계를 모터 본체로부터 분리하여 설치함으로써 구동계의 발열이 모터의 성능을 저하시키는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 모터가 설치된 상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 모터의 브레이크 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 고안의 제1 실시예에 따른 브레이크 구조를 나타낸 개념도.
도 4는 본 고안의 제2 실시예에 따른 브레이크 구조를 나타낸 개념도.
도 5는 본 고안의 제3 실시예에 따른 브레이크 구조를 나타낸 개념도.

본 고안은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 고안을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 모터가 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 모터의 브레이크 구조를 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 5는 본 고안의 다양한 실시예에 따른 브레이크 구조를 나타낸 개념도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 모터(1), 회전자(3), 하우징(5), 개방홀(7), 레버(10), 가압부(12), 구동부(20)가 도시되어 있다.

본 실시예는 로봇 암 등을 구동시키기 위해 설치되는 모터의 회전을 구속하기 위한 브레이크 구조로서, 별도의 브레이크 공간을 확보할 필요 없이 모터의 후단에 브레이크 작동용 구동부를 설치하고, 구동부로부터 지렛대 형상의 레버를 인출하여 모터의 회전자를 외부로부터 직접 가압하여 브레이킹하는 구조를 특징으로 한다.

이에 따라, 보다 적은 힘, 즉 보다 작은 부피의 구동부를 사용하여 모터를 브레이킹할 수 있고, 브레이크 작동용 구동부를 모터로부터 분리하여 위치시킴으로써 구동부의 발열이 모터의 성능을 저하시키는 현상을 방지할 수 있다.

본 실시예에 따른 브레이크 구조는, 도 1에 도시된 것처럼 수술용 로봇의 로봇 암(도 1의 'R' 참조)을 작동시키기 위해 설치되는 모터에 적용될 수 있는바, 이하 로봇 암에 설치된 모터에 본 실시예에 따른 브레이크 구조가 적용된 경우를 예로 들어 설명한다. 다만, 본 실시예에 따른 브레이크 구조가 반드시 수술용 로봇이나 로봇 암에만 적용되어야 하는 것은 아니며, 다양한 용도의 모터의 브레이킹을 위해 사용될 수도 있음은 물론이다.

도 1에 예시된 모터(1)는 고정자에 대해 회전자(3)가 회전하는 구조로 이루어져 있으며, 통상 고정자는 원통 형상으로 배치되는 영구자석의 형태로, 회전자는 원통 내에 관삽되는 전자석의 형태로 구성될 수 있다. 회전자의 중심에는 구동축이 결합되어 있어, 회전자의 회전에 따라 구동축이 회전하여 그 결과로서 구동력이 생성, 전달된다. 이 외에도 당업자에게 자명한 다양한 형식 및 구조의 모터가 사용될 수 있으며, 여기에서는 모터의 상세한 구조에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 브레이크 구조는, 모터(1)의 외부에 설치된 구동부(20)와, 구동부(20)에 의해 작동되는 레버(lever)(10)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

구동부(20)는 그 작동에 따른 발열이 모터(1)에 영향을 미치지 않도록 모터(1)의 외부에 별도로 위치한다. 본 실시예에 따른 구동부(20)로는 모터, 유압 실린더, 전자석 등 제어 신호에 따라 구동력을 생성, 전달할 수 있는 다양한 장치가 사용될 수 있다.

구동부(20)의 작동에 따라 구동력을 인가되면, 그에 결합된 레버(10)가 작동된다. 본 실시예에 따른 레버(10)는, 구동부(20)에 결합되며 구동부(20)로부터 구동력을 전달받아 회전자(3)의 외주면을 가압하도록 작동되는 구성요소로서, 레버리지(leverage) 원리, 즉 지렛대의 원리에 따라 전달받은 구동력보다 더 큰 힘으로 회전자(3)를 가압하는 기능을 수행한다.

레버(10)가 회전자(3)를 가압함에 따라 회전자(3)에는 마찰력이 작용하게 되며, 그 결과 회전자(3)의 회전이 구속, 즉 회전이 정지되는 결과를 가져온다. 이에 따라 본 실시예에 따른 레버(10)는 모터(1)에 대해 브레이크로서 기능하게 된다.

본 실시예에 따른 레버(10)는, 도 2에 도시된 것처럼, 소정의 받침점(도 2의 'L' 참조)을 중심으로 회전하도록 지렛대 구조로 설치될 수 있는데, 이 경우 레버(10)의 일단부(도 2의 'F' 참조)는 지렛대의 힘점이 되며 타단부(도 2의 'W' 참조)는 지렛대의 작용점이 될 수 있다.

지렛대 구조는 막대기의 한 점을 받침점으로 하고 그 곳을 중심으로 하여 막대기를 회전시킬 수 있도록 한 구조로서, 작용점 및 힘점의 위치에 따라 적은 힘을 가하여 큰 힘이 발휘되도록 할 수 있는 구조이다.

즉, 도 2와 같은 레버 구조에 있어서, 힘점과 받침점 간의 거리를 b, 작용점과 받침점 간의 거리를 a라 하고, 힘점에 가해준 힘을 F, 작용점이 물체에 가하는 힘을 W라고 하면, b X F = a X W가 성립한다.

본 실시예에 따른 구동부(20)는 레버(10)의 일단부(힘점)에 힘을 가하도록 작동되고, 구동부(20)의 작동에 따라 레버(10)의 타단부(작용점)는 회전자(3)의 외주면을 가압하도록 작동될 수 있는데, 이에 따라 레버(10)의 타단부가 회전자(3)의 외주면을 가압하는 힘(W)은, (b/a) X F와 같이 계산될 수 있다.

즉, 구동부(20)에서 F의 힘으로 레버(10)를 작동시킬 경우, 힘점(구동부(20)와 레버(10)의 결함 지점)과 받침점 간의 거리(b)가 작용점(레버(10)와 회전자(3)의 접촉 지점)과 받침점 간의 거리(a)보다 크게 되도록 레버(10)를 설치하면, (b/a) 값이 1보다 크게 되므로, 레버(10)는 F보다 큰 힘으로 회전자(3)를 가압할 수 있게 된다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 레버(10)는, 받침점의 위치를 적절히 설계함으로써, 보다 작은 부피의 구동부(20)를 사용하더라도 충분히 큰 힘으로 회전자(3)를 가압하여 회전자(3)의 회전을 구속할 수 있게 된다.

종래에는, 브레이크 디스크를 회전자에 클러칭시켜 모터의 회전을 구속하는 브레이크 구조가 사용되었으나, 이 경우에도 브레이크 디스크를 회전자에 가압시키기 위한 구동부의 구동력은 모터의 회전력보다 커야 한다는 한계가 있었다.

이에 대해, 본 실시예에 따른 브레이크 구조는, 레버리지 원리를 이용하여 보다 적은 힘으로 레버(10)를 작동시키더라도 레버(10)가 충분히 큰 힘으로 회전자(3)의 외주면을 가압할 수 있어, 효율적인 브레이킹이 가능하다는 장점이 있다.

한편, 본 실시예에 따른 레버(10)는 회전자(3)를 사이에 두고 양측으로 배치되도록 설치될 수 있으며, 이처럼 한 쌍의 레버(10)가 회전자(3)의 외주면을 양측에서 가압하여 회전자(3)의 회전을 구속하도록 함으로써 효과적인 브레이킹이 이루어질 수 있다.

모터(1)는 소정 형상(통상, 원통 형상)의 하우징(5) 내에 수용되도록 구성될 수 있는데, 이 경우 레버(10)를 사용하여 회전자(3)를 가압하기 위해서는, 도 2에 도시된 것처럼, 하우징(5)에 개방홀(7)을 천공하고 개방홀(7) 부분을 통해 회전자(3)의 외주면의 일부가 노출되도록 할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 구동부(20)를 작동시켜 레버(10)가 움직이도록 하면, 레버(10)의 타단부(작용점)는 개방홀(7)을 통해 하우징(5) 내로 삽입되어 회전자(3)의 외주면을 가압하게 된다. 이로써, 본 실시예에 따른 브레이크 구조가 구현되게 된다.

한편, 전술한 것처럼 회전자(3)의 양측으로 한 쌍의 레버(10)를 설치한 경우에는, 이에 상응하여 하우징(5)에도 양측으로 한 쌍의 개방홀(7)을 천공함으로써, 각 개방홀(7)을 통해 각 레버(10)의 타단부가 삽입되어 브레이킹을 수행하도록 할 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 브레이크 구조의 구체적인 구조에 대해 설명한다. 도 3은 제1 실시예, 도 4는 제2 실시예, 도 5는 제3 실시예에 따른 브레이크 구조를 나타낸 개념도이다.

도 3은, 한 쌍의 레버(10)가 서로 기어 결합되어 있어, 기어(도 3의 'G' 참조)에 의해 레버(10)가 작동하는 구조로서, 레버(10)는 하우징(5)의 양쪽에 천공된 개방홀(7)을 통해 가압부(12)가 회전자(3)를 동시에 가압할 수 있도록 배치되며, 구동부(20)의 작동에 의해 기어가 회전하여 한 쌍의 레버(10)가 동시에 동작하는 구조로 이루어질 수 있다.

도 4는, 한 쌍의 레버(10)가 서로 교차하는 한 쌍의 스틸벨트(도 4의 'S' 참조)에 의해 서로 연결되어 있어, 스틸벨트에 의해 레버(10)가 작동하는 구조로서, 레버(10)는 도 3과 마찬가지로 하우징(5)의 양쪽에 천공된 개방홀(7)을 통해 가압부(12)가 회전자(3)를 동시에 가압할 수 있도록 배치되며, 구동부(20)의 작동에 의해 스틸벨트와 같은 탄성체를 통해 힘이 전달되어 한 쌍의 레버(10)가 동시에 동작하는 구조로 이루어질 수 있다.

또는, 도 5와 같이 구동부(20)의 작동에 의해 알루미늄 등으로 가공된 탄성체 벨트(도 5의 'R' 참조)가 잡아당겨지는 방식으로 브레이크가 작동될 수 있으며, 이에 따라 가압부(12)가 개방홀(7)을 통해 회전자(3)를 가압하여 브레이크 작동을 하는 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 벨트는 모터의 둘레를 감싸도록 배치되며, 레버(가압부(12))가 벨트의 내측면에 결합되어 있어, 구동부(20)를 작동시켜 벨트가 잡아 당겨지면, 그에 따라 레버(10)가 회전자(3)를 가압하게 된다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 모터 3 : 회전자
5 : 하우징 7 : 개방홀
10 : 레버 12 : 가압부
20 : 구동부

Claims

고정자에 대해 회전자가 회전하는 모터를 브레이킹(braking)하기 위한 구조로서,
상기 모터의 외부에 위치하며, 그 작동에 따라 소정의 구동력을 인가하는 구동부와;
상기 구동부에 결합되며, 상기 구동부로부터 구동력을 전달받아 상기 회전자의 외주면을 가압하도록 작동되어, 상기 회전자의 회전을 구속하는 레버(lever)를 포함하되,
상기 회전자는 하우징 내에 수용되어 회전하고, 상기 하우징에는 상기 회전자의 외주면의 일부가 노출되도록 개방홀이 천공되어 있으며,
상기 레버는, 그 작동에 따라 상기 개방홀을 통해 상기 하우징 내로 삽입되어 상기 회전자의 외주면을 가압하는 것을 특징으로 하는 모터의 브레이크 구조.
제1항에 있어서,
상기 레버는 상기 회전자를 중심으로 양측으로 한 쌍이 설치되며,
상기 한 쌍의 레버가 상기 회전자의 외주면을 양측에서 가압함으로써, 상기 회전자의 회전이 구속되는 것을 특징으로 하는 모터의 브레이크 구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 레버는 소정의 받침점을 중심으로 회전하고 그 일단부가 힘점이 되며 그 타단부가 작용점이 되는 지렛대 형상으로 형성되고, 상기 구동부는 상기 레버의 일단부에 힘을 가하도록 작동되며, 상기 구동부의 작동에 따라 상기 레버의 타단부는 상기 회전자의 외주면을 가압하는 것을 특징으로 하는 모터의 브레이크 구조.
제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 레버는 서로 기어 결합되며, 상기 구동부의 작동에 의해 상기 한 쌍의 레버 중 어느 하나가 작동되면 그에 연동하여 상기 한 쌍의 레버 중 다른 하나도 작동됨으로써, 상기 한 쌍의 레버는 상기 회전자를 동시에 가압하는 것을 특징으로 하는 모터의 브레이크 구조.
제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 레버는 서로 교차하는 한 쌍의 스틸벨트에 의해 서로 연결되며, 상기 구동부의 작동에 의해 상기 한 쌍의 레버 중 어느 하나가 작동되면 그에 연동하여 상기 한 쌍의 레버 중 다른 하나도 작동됨으로써, 상기 한 쌍의 레버는 상기 회전자를 동시에 가압하는 것을 특징으로 하는 모터의 브레이크 구조.
제1항에 있어서,
상기 구동부에 결합되며 상기 모터의 둘레를 감싸도록 배치되는 벨트를 더 포함하고, 상기 레버는 상기 회전자를 바라보도록 상기 벨트의 내측면에 결합되며, 상기 구동부의 작동에 의해 상기 벨트가 잡아 당겨지면 그에 연동하여 상기 레버는 상기 회전자를 가압하는 것을 특징으로 하는 모터의 브레이크 구조.