KR20130009179A - 로봇 관절 제어용 ｂｌａｃ 모터 - Google Patents

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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 로봇 관절 제어용 BLAC 모터는 모터 하우징; 상기 모터 하우징의 상측에 마련된 개구부를 폐쇄하는 하우징 커버; 상기 하우징 내주면에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터와 대응되도록 설치되며, 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 로터 하부에 배치되며, 상기 회전축에 결합되는 브레이크 감속기; 및 상기 모터 하우징 내부에 설치되어, 상기 회전축의 회전량을 감지하는 감지유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇 관절 제어용 ＢＬＡＣ 모터{BLAC Motor for robot joint control}
본 발명은 로봇 관절 제어용 브러시 리스 교류 모터(BLAC motor)에 관한 것이다.
일반적으로, 모터는 크게 3가지로 분류된다. DC모터와 브러시가 없는 모터(BLDC), AC모터 등으로 나누어지는데 우선 DC모터는 가장 광범위하게 사용되는 모터 중 하나이지만 전력을 공급하는 카본막대인 브러시가 있어 마찰열이 발생하고 1~2년에 한 번씩 브러시를 교환해줘야 하는 불편함이 있다. 또 에너지를 열로 빼앗기기 때문에 효율이 떨어지는 단점이 있으나 장점은 정격 출력 2배 이상 힘을 낼 수 있고 구조가 간단해 개발이 용이하고 가격이 저렴하다는 점이다.
DC모터의 단점을 보완해 만든 모터가 브러시 리스 직류 모터(BLDC motor)로, 모터 베어링의 수명 동안은 지속적으로 부품 교체 없이 쓸 수 있어 장시간 A/S없이 사용할 수 있고 마찰열이 없어 효율이 높은 장점이 있어, 최근에는 전기스쿠터 및 전기차는 물론, 로봇 제어용 모터에도 많이 적용되고 있는 추세이다. 단점은 가격이 높고 정격출력의 1.2배를 넘기지 못해 거의 정격출력이 최고 출력과 비슷하고 열을 받으면 모터 힘이 떨어지는 단점이 있어 냉각장치를 추가하거나 정격범위 안에서 가동되도록 컨트롤러를 세팅하는 경우가 많다.
최근에는 BLAC를 자동차에 가장 많이 사용하고 있는데 BLDC에 비해 간략한 구조를 가지고 있으나, 상대적으로 대형 이이라는 단점이 있으나, 정격출력의 3배까지도 순간적으로 사용할 수 있고 효율 또한 BLDC 못지 않게 높아 고속 및 고 토크용으로 개발해 최근 개발되는 전기차나 로봇 등에 많이 적용되고 있다.
이러한 BLAC 모터를 로봇 관절과 같이 정밀 제어가 필요한 장치에 적용하기 위해서는 출력 값을 감지할 수 있는 센싱유닛을 마련할 필요가 있다. 그러나 별도의 감지센서를 BLAC 모터의 외부에 설치할 경우, 장치의 부피가 커지고 추가적인 비용이 소모된다는 문제점이 있어 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 출력 제어를 위한 감지유닛을 내장하여, 로봇 관절의 정밀한 제어가 가능한 BLAC 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 로봇 관절 제어용 BLAC 모터는 모터 하우징; 상기 모터 하우징의 상측에 마련된 개구부를 폐쇄하는 하우징 커버; 상기 하우징 내주면에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터와 대응되도록 설치되며, 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 로터 하부에 배치되며, 상기 회전축에 결합되는 브레이크 감속기; 및 상기 모터 하우징 내부에 설치되어, 상기 회전축의 회전량을 감지하는 감지유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른, 상기 감지유닛은, 상기 로터의 상부에 배치되며, 상기 회전축에 결합되어, 회전축의 회전에 연동하여 회전하는 센싱 플레이트; 상기 센싱 플레이트 상단에 설치되는 센싱 마그네트; 및 상기 센싱 마그네트와 대면 되도록 상기 하우징 커버에 설치되는 자기소자;를 포함하는 것이 좋다.
상기 센싱 플레이트와 센싱 마그네트는 디스크 형태이며, 상기 센싱 마그네트의 지름은 상기 센싱 플레이트의 지름과 대응되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 실시예 따른 상기 감지유닛은, 상기 브레이크 감속기 하측에 배치되는 센싱 마그네트; 및 상기 센싱 마그네트와 대면 되도록 상기 하우징의 바닥면에 설치되는 자기소자;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 브레이크 감속기와 센싱 마그네트는 디스크 형태이며, 상기 센싱 마그네트의 지름은 상기 브레이크 감속기의 지름보다 작은 것이 좋다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 모터 내부에 로터의 회전에 연동하여 함께 회전하는 마그네트 부재를 설치하여, 자기량 검출을 통한 모터 출력 값을 감지하여, BLAC 모터 출력 값을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 별도의 출력 값 측정을 위한 감지유닛을 필요로 하지 않으므로, 제품 경제성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 로봇 제어용 BLAC 모터의 일 예를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 도 1의 측 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 감지 플레이트의 구조를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 도 1의 측 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 브레이크 감속기 하단에 감지 마그네트를 설치한 상태를 도시한 사시도 이다.
이하, 본 발명에 의한 로봇 관절 제어용 BLAC 모터를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 로봇 관절 제어용 BLAC 모터를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 로봇 관절 제어용 BLAC 모터의 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 로봇 관절 제어용 BLAC 모터는 모터 하우징(110), 하우징 커버(111), 스테이터(120), 로터(130), 브레이크 감속기(140) 및 감지유닛(200)을 포함한다.
모터 하우징(110)은 로봇관절부에 설치될 수 있도록 대략 원통형상으로 마련되며, 상측부가 오픈된 개구부가 형성된다. 모터 하우징(110)의 개구부의 타단에는 로봇 암(미도시)과 같은 구성요소가 결합될 수 있다.
하우징 커버(111)는 상기 모터 하우징(110)의 개구부를 폐쇄하기 위한 것으로, 선택적으로 개폐 가능하도록 구성하여, 모터 하우징(110)의 내부 메인터넌스 가 가능하도록 구성된다.
스테이터(120)는 상기 모터 하우징(110)의 내주면에 배치되며, 중앙에 상기 로터(130)가 회전 가능하게 설치될 수 있는 통공이 마련된다.
로터(130)는 상기 스테이터(120)와 대면 되도록, 상기 스테이터(120)의 중앙 부에 회전 가능하게 설치된다. 상기 로터(130)의 중앙에는 회전축(131)이 배치된다.
회전축(131)은 상기 스테이터(120)와 로터(130)의 상호 작용에 의해 회전하는 로터(130)의 회전력을 출력하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 상기 회전축(131)은 상기 모터 하우징(110)의 개구부의 타단 측으로 돌출되도록 설치되어, 이 돌출된 회전축(131)으로 로봇 암과 같은 로봇 구성요소들이 연결되어, 모터의 동력을 출력할 수 있도록 구성된다.
브레이크 감속기(140)는 상기 회전축(131)에 결합하되, 상기 로터(130) 하측에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 브레이크 감속기(140)는 갑작스러운 전원공급의 중단과 같은 특별한 상황이 발생할 경우 로봇 관절의 동작을 신속하게 정지시키기 위한 것으로, 디스크 형상의 기어부재로 구비하여, 미도시된 별도의 감속 모터와 연결되어, 상기 감속 모터의 동력에 의해 상기 회전축(131)의 회전을 규제하는 역할을 수행한다.
감지유닛(200)은, 센싱부재(210)와 자기소자(220)를 포함한다.
상기 센싱부재(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 로터(130)의 상부에 배치되며, 상기 회전축(131)에 결합되어, 회전축(131)의 회전에 연동하여 회전하는 센싱 플레이트(211)와, 상기 센싱 플레이트(211) 상단에 설치되는 센싱 마그네트(212)를 포함한다.
상기 센싱 플레이트(211)와 센싱 마그네트(212)는 디스크 형태이며, 상기 센싱 마그네트(212)의 지름은 상기 센싱 플레이트(211)의 지름과 대응되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 센싱 마그네트(212)의 중앙부는 상기 센싱 플레이트(211)의 회전축(131) 결합부의 일부가 노출될 수 있도록 구성되어, 이 부분들 통해, 상기 센싱 플레이트(212)가 로터(130) 등에 고정될 수 있도록 구성될 수도 있다.
자기소자(220)는 상기 센싱부재(210)의 센싱 마그네트(212)의 자기력을 감지하기 위한 것으로, 일반적으로 홀 소자(Hall IC) 등을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 자기소자(220)는 상기 센싱부재(210)의 회전을 감지하여, 회전축(131)을 통해 출력되는 값을 정확하게 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 로봇 관절 제어용 BLAC 모터의 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 로봇 관절 제어용 BLAC 모터는 모터 하우징(110), 하우징 커버(111), 스테이터(120), 로터(130), 브레이크 감속기(140) 및 감지유닛(300)을 포함한다.
상기 모터 하우징(110), 하우징 커버(111), 스테이터(120), 로터(130), 브레이크 감속기(140)의 구성은 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 감지유닛(300)은, 상기 브레이크 감속기(140) 하측에 배치되는 센싱 마그네트(310); 및 상기 센싱 마그네트와 대면 되도록 상기 하우징(110)의 바닥면에 설치되는 자기소자(320);를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 브레이크 감속기(140)와 센싱 마그네트(310)는 디스크 형태이며, 상기 센싱 마그네트(310)의 지름은 상기 브레이크 감속기(140)의 지름보다 작은 것이 좋다.
본 발명의 제 2 실시예와 같이 감지유닛(300)을 구성하면, 센싱 마그네트(310)를 기존에 설치된 부품인 브레이크 감속기(140)의 바닥면 측에 배치할 수 있기 때문에, 제 1 실시예의 구성과 비교하여 BLAC 모터의 높이를 낮추어 장치를 소형화하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 로봇 관절 제어용 BLAC 모터의 동작을 설명한다.
모터에 전원이 인가되면, 스테이터(120)와 로터(130)의 상호 작용에 따라 회전축(131)이 회전하는데, 상기 회전축(131)에는 감지유닛(200)(300)이 설치되어, 상기 회전축(131)의 회전에 연동하여, 센싱 마그네트(212)(310)가 회전한다.
그러면, 상기 센싱 마그네트(212)(310)와 마주보도록 배치된 자기소자(220)(320)는 상기 회전축(131)의 회전에 따라 변경되는 상기 센싱 마그네트(212)(310)의 자기량의 변화를 감지하여, 실제 모터 구동에 따른 출력 값인 회전축의 회전수를 정확하게 감지할 수 있다.
이러한 회전수 정보는 상기 자기센서(220)(320)를 통해, 미도시된 제어부로 출력되어, 더욱 정확하게 모터 제어를 위한 제어 값을 산출하는데 사용할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 모터 출력 값을 감지하기 위한 별도의 감지센서를 설치할 필요가 없기 때문에, 장치의 부피를 줄일 수 있으며, 부품 수 감소를 통한 원가절감이 가능하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100; 로봇 관절 제어용 BLAC 모터 110; 모터 하우징
111; 하우징 커버 120; 스테이터
130; 로터 131; 회전축
140; 브레이크 감속기 200,300; 출력 감지유닛
210; 센싱부재 211; 센싱 플레이트
212,310; 센싱 마그네트 220; 자기소자

Claims (5)

  1. 모터 하우징;
    상기 모터 하우징의 상측에 마련된 개구부를 폐쇄하는 하우징 커버;
    상기 하우징 내주면에 설치되는 스테이터;
    상기 스테이터와 대응되도록 설치되며, 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터;
    상기 로터 하부에 배치되며, 상기 회전축에 결합되는 브레이크 감속기; 및
    상기 모터 하우징 내부에 설치되어, 상기 회전축의 회전량을 감지하는 감지유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 제어용 BLAC 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지유닛은,
    상기 로터의 상부에 배치되며, 상기 회전축에 결합되어, 회전축의 회전에 연동하여 회전하는 센싱 플레이트;
    상기 센싱 플레이트 상단에 설치되는 센싱 마그네트; 및
    상기 센싱 마그네트와 대면 되도록 상기 하우징 커버에 설치되는 자기소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 제어용 BLAC 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센싱 플레이트와 센싱 마그네트는 디스크 형태이며,
    상기 센싱 마그네트의 지름은 상기 센싱 플레이트의 지름과 대응되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 제어용 BLAC 모터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 감지유닛은,
    상기 브레이크 감속기 하측에 배치되는 센싱 마그네트; 및
    상기 센싱 마그네트와 대면 되도록 상기 하우징의 바닥면에 설치되는 자기소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 제어용 BLAC 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이크 감속기와 센싱 마그네트는 디스크 형태이며,
    상기 센싱 마그네트의 지름은 상기 브레이크 감속기의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 로봇 관절 제어용 BLAC 모터.
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