KR20160145740A - 회전 엑추에이터 - Google Patents

Abstract

회전 엑추에이터(1)는, 인접하여 배치된 모터(2)와 감속기(3)를 구비하고, 이들의 중심을 지나는 회전축(5)의 양측의 축단부는, 제1, 제2굴림 베어링(14, 15)을 통하여, 서로 체결시켜 고정된 제1, 제2고정원판(11, 12)에 의하여 회전하도록 지지되어 있다. 제2고정원판(12)의 외주면에는 제3굴림 베어링(18)을 통하여 회전출력판(4)이 지지되어 있다. 회전출력판(4)과 제1고정원판(11)의 사이에는, 슬라이딩 링(19)이 장착되어 있다. 슬라이딩 링(19)은, 회전출력판(4)의 스러스트 베어링으로서의 기능을 하고, 또한 감속기(3)로부터 외부로의 그리스 유출을 방지하는 밀봉기구로서 기능을 한다. 편평한 회전 엑추에이터를 실현할 수 있다.

Description

회전 엑추에이터{ROTATION ACTUATOR}

본 발명은, 모터(motor) 및 감속기(減速機)를 구비한 회전 엑추에이터(回轉 actuator)에 관한 것으로서, 특히 중심축선방향(中心軸線方向)의 치수가 작은 편평구조(扁平構造)의 회전 엑추에이터에 관한 것이다.

편평구조의 회전 엑추에이터는, 특허문헌1, 2에 제안되어 있다. 이들의 문헌에 기재되어 있는 회전 엑추에이터(감속기 부착 모터)는, 편평한 아우터 로터형(outer rotor型)의 모터와, 이에 인접하여 배치된 편평한 유성기어 감속기(遊星gear 減速機)로 구성되어 있다.

특허문헌1에 있어서는, 모터 회전축(motor 回轉軸)과 감속기 출력축(減速機 出力軸)이 동축(同軸)으로 배치되어, 모터회전축은 한 쌍의 구름 베어링(rolling bearing)으로 지지되고, 감속기 출력축은 원통모양의 미끄럼 베어링(sliding bearing)으로 지지되어 있다. 특허문헌2에 있어서는, 모터회전축의 축선단부(軸先端部)의 외주면(外周面)에 유성기어 감속기의 태양기어(太陽 gear; sun gear)가 형성되어 있다. 모터회전축은 한 쌍의 볼 베어링(ball bearing)으로 지지되고, 그 감속기측에 위치하는 축선단부는 1개의 볼 베어링으로 지지되어 있다.

또한 특허문헌2에 있어서는, 회전출력부재(回轉出力部材)인 감속기의 캐리어(carrier)가 복수의 스러스트 베어링(thrust bearing)을 통하여 고정측(固定側)의 모터 베이스(motor base) 및 기어 베이스(gear base)에 지지되어 있다. 이에 따라 캐리어에 가해지는 스러스트력(thrust力)을 고정측의 부재에서 받고 있다.

일본국 공개특허 특개2004-129374호 공보 일본국 공개특허 특개2012-36910호 공보

특허문헌1, 2에 나타내는 바와 같이 회전 엑추에이터에서는, 모터측에 있어서의 회전축이 중심축선의 방향으로 인접하여 배치된 한 쌍의 베어링에 의하여 지지된다. 회전축의 베어링의 개수를 감소시킬 수 있다면, 모터 부분의 중심축선방향의 치수를 작게 할 수 있고, 회전 엑추에이터의 편평화(扁平化)에 있어서 유리하다.

또한 특허문헌2에 나타내는 바와 같이 회전출력부재(回轉出力部材)에 작용하는 스러스트력을 받기 위하여, 복수의 스러스트 베어링이 배치된다. 스러스트력을 소형이면서 조밀(稠密)한 베어링 기구에 의하여 지지할 수 있다면, 회전 엑추에이터의 편평화에 있어서 유리하다.

또한 회전 엑추에이터에 있어서는, 감속기로부터 외부에 그리스(grease)가 유출되지 않도록 밀봉기구가 갖추어져야 한다. 그리스의 유출을 소형이면서 조밀한 밀봉기구에 의하여 방지할 수 있다면, 회전 엑추에이터의 편평화에 있어서 유리하다.

본 발명의 과제는, 이러한 점에 비추어 보고, 인너 로터형(inner rotor型)의 모터를 사용한 편평한 회전 엑추에이터를 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 회전 엑추에이터는,

중심축선의 방향으로 소정의 간격을 둔 상태로 서로 고정된 제1고정부재(第1固定部材) 및 제2고정부재(第2固定部材)와,

상기 제1, 제2고정부재의 사이에 형성된 공간과,

상기 제1고정부재를 상기 중심축선의 방향으로 관통하여, 상기 제2고정부재까지 축선단부가 연장되는 회전축과,

상기 제1고정부재와 상기 회전축의 사이에 장착되어, 상기 회전축을 상기 제1고정부재에 대하여 회전하도록 지지하는 제1베어링과,

상기 제2고정부재와 상기 회전축의 축선단부의 사이에 장착되어, 상기 회전축을 상기 제2고정부재에 대하여 회전하도록 지지하는 제2베어링과,

상기 회전축에 있어서 상기 제1고정부재로부터 상기 제2고정부재와 반대측으로 돌출하는 축후단부에 고정된 모터 로터(motor rotor)와,

상기 제1고정부재에 있어서 상기 제2고정부재와 반대측의 부위에 고정되어, 상기 모터 로터의 외주를 일정한 갭(gap)을 사이에 두고 둘러싸는 모터 스테이터(motor stator)와,

상기 제2고정부재의 외주를 둘러싸는 회전출력부재와,

상기 제2고정부재와 상기 회전출력부재의 사이에 장착되어, 상기 회전출력부재를 상기 제2고정부재에 대하여 회전하도록 지지하는 제3베어링과,

상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재의 사이에 조립되고, 상기 회전축의 회전을 감속하여 상기 회전출력부재에 전달하는 감속기구를

구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 회전 엑추에이터에서는, 제1, 제2고정부재가 중심축선방향으로 소정의 간격을 두면서 서로 고정되어, 제1고정부재에 있어서 제2고정부재와 반대측에 모터 구성부품(모터 로터, 모터 스테이터)이 조립되고, 제1, 제2고정부재의 사이에 감속기구가 갖추어진다. 서로 고정된 제1, 제2고정부재의 중심부분을 통과한 회전축은, 제1, 제2베어링를 통하여 이들의 제1, 제2고정부재에 의하여 지지된다. 회전축은, 중심축선방향으로 떨어진 모터측의 부분과 감속기측의 부분의 2점에서 지지된다. 또한 제1, 제2고정부재는 서로 고정되어 있어 회전축을 큰 지지력으로 지지할 수 있다. 따라서 모터측에 있어서 복수 개의 베어링을 사용하여 회전축을 지지할 필요가 없어 회전 엑추에이터의 중심축선방향의 치수를 작게 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 감속기구로는 유성기어 기구를 사용할 수 있다. 이 경우의 감속기구는,

상기 회전축에 있어서 상기 제1, 제2고정부재의 사이에 위치하는 축부분의 외주면에 형성된 태양기어와,

상기 제1, 제2고정부재의 사이에 있어서, 이들의 사이에 가설(架設)된 유성축에 회전할 수 있도록 지지되고, 상기 태양기어에 맞물려 있는 유성기어와,

상기 회전출력부재와 상기 제1고정부재의 사이에 위치하며, 상기 회전출력부재에 고정되고 상기 유성기어에 맞물려 있는 내치기어를

구비하고 있다.

본 발명에 있어서 회전출력부재에 작용하는 스러스트력을 받기 위하여, 상기 회전출력부재와 상기 제1고정부재의 사이에 장착되어 상기 회전출력부재를, 상기 제1고정부재에 대하여 상기 중심축선의 방향으로부터 회전 가능하게 지지하는 미끄럼 베어링을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 미끄럼 베어링은 일반적인 굴림 스러스트베어링에 비하여 소형이고 조밀(稠密)하므로, 회전 엑추에이터의 편평화에 유리하다.

이 경우에 상기 미끄럼 베어링은, 상기 내치기어를 둘러싸는 상태로, 상기 회전출력부재와 상기 제1고정부재의 사이의 간격에 슬라이딩이 가능하게 장착되며, 상기 간격을 밀봉하고 있는 슬라이딩 링(sliding ring)인 것이 바람직하다.

슬라이딩 링은, 미끄럼 베어링으로서의 기능을 함과 아울러 그리스의 유출을 방지하기 위한 밀봉기구로서의 기능을 한다. 미끄럼 베어링과 밀봉기구를 별개로 배치하는 경우에 비하여, 회전 엑추에이터의 편평화에 유리하다.

본 발명에 있어서, 상기 제1고정부재의 외주 가장자리부분에 상기 제2고정부재와 반대측으로 돌출한 원통부를 형성하고, 이 원통부의 선단개구를 엔드커버(end cover)로 봉쇄하며, 엔드커버로 봉쇄된 공간 내에 모터 로터 및 모터 스테이터를 배치하면 좋다.

도1은, 본 발명을 적용한 회전 엑추에이터의 종단면도(從斷面圖), 모터측의 끝면도 및 감속기측의 끝면도이다.
도2는, Ⅱ-Ⅱ선으로 절단하였을 경우의 회전 엑추에이터의 개략적인 횡단면도(橫斷面圖)이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 회전 엑추에이터(回轉 actuator)의 실시형태에 관하여 설명한다.

도1(a)는 본 실시형태에 관한 회전 엑추에이터의 종단면도이고, 도1(b)는 그 모터측(motor側)의 끝면도이며, 도1(c)는 그 감속기측(減速機側)의 끝면도이다. 회전 엑추에이터(1)는, 그 중심축선(1a)의 방향에 있어서 동축(同軸)으로 인접하여 배치된 모터(2) 및 감속기(3)를 구비하고 있다. 또한 감속기(3)에 대하여 모터(2)와 반대측에 동축으로 배치된 원환모양의 회전출력판(4)을 구비하고 있다.

모터(2)는 인너 로터형(inner rotor型)으로서, 회전축(5)과, 이 회전축(5)의 축후단부(軸後端部)(5b)에 동축으로 고정된 모터 로터(motor rotor)(6)와, 모터 로터(6)의 외주를 일정한 갭(gap)을 사이에 두고 동심상태(同心狀態)로 둘러싸는 모터 스테이터(motor stator)(7)를 구비하고 있다. 감속기(3)는 유성기어 감속기(遊星gear 減速機)로서 회전축(5)의 외주면에 형성된 태양기어(8)와, 이 태양기어(8)를 동심상태로 둘러싸는 원환모양의 내치기어(9)와, 태양기어(8) 및 내치기어(9)의 사이에 배치되어 이들의 쌍방에 맞물려 있는 유성기어(10)를 구비하고 있다. 모터축인 회전축(5)의 회전은, 감속기(3)를 통하여 감속되어 회전출력판(4)으로 출력된다.

도2는, 회전 엑추에이터(1)를 도1(a)의 Ⅱ-Ⅱ선으로 절단하였을 경우의 개략적인 횡단면도이다. 도1, 도2를 참조하여 회전 엑추에이터(1)의 내부구조를 상세하게 설명한다.

회전 엑추에이터(1)는, 제1고정부재인 제1고정원판(第1固定圓板) (11)과, 제2고정부재인 제2고정원판(第2固定圓板)(12)을 구비하고 있다. 제1고정원판(11)은, 모터(2)와 감속기(3)의 사이를 구획하는 원판모양의 구획판부분(11a)을 구비하고 있다. 또한 구획판부분(11a)의 외주 가장자리부에는, 중심축선(1a)의 방향을 따라 감속기(3)와 반대측으로 돌출하고 있는 스테이터 요크(stator yoke)로서의 기능을 하는 원통부(1lb)가 형성되어 있다. 구획판부분(11a)의 중심부분에는 원형의 중심관통구멍(11c)이 형성되어 있다. 또한 구획판부분(11a)에는, 중심축선(1a)을 중심으로 하여 등각도(等角度) 간격으로 제2고정원판(12)의 측으로 돌출하는 스페이서용(spacer用)의 원기둥모양 돌출부(11d)가 형성되어 있다.

제2고정원판(12)은, 제1고정원판(11)에 비하여 작은 직경의 원판이며 그 중심부분에는, 제2고정원판(12)측으로 개구(開口)한 원형의 오목부(12a)가 형성되어 있다. 제2고정원판(12)은, 제1고정원판(11)의 3군데의 원기둥모양 돌출부(11d)의 선단면(先端面)에 포개진 상태에서, 그 외측끝면(12b)의 측으로부터 장착된 3개의 체결볼트(13)에 의하여 제1고정원판(11)에 체결 고정되어 있다. 원기둥모양 돌출부(11d)에 의하여 제1, 제2고정원판(11, 12)의 사이에는 일정폭의 간격이 형성된다.

일정한 간격으로 체결 고정되어 있는 제1, 제2고정원판(11, 12)의 중심부분에는, 중심축선(1a)을 회전중심으로 하는 회전축(5)이 통과하고 있다. 회전축(5)은 제1고정원판(11)의 중심관통구멍(11c)을 관통하고, 그 축선단부(5a)는 제2고정원판(12)의 오목부(12a) 내까지 연장되어 있다. 회전축(5)의 축후단부(5b)측은 중심관통구멍(11c)으로부터 제2고정원판(12)과 반대측으로 돌출되고 있다.

회전축(5)의 축후단부(5b) 외주면과 제1고정원판(11)의 중심관통구멍(11c)의 원형내주면과의 사이에는, 제1굴림 베어링(14)이 장착되어 있다. 회전축(5)의 축선단부(5a)의 외주면과 제2고정원판(12)의 오목부(12a)의 원형내주면과의 사이에는, 제2굴림 베어링(15)이 장착되어 있다. 이들 제1, 제2굴림 베어링(14, 15)을 통하여 회전축(5)은, 서로 체결 고정되어 있는 제1, 제2고정원판(11, 12)에 의하여 회전 가능한 상태로 지지되어 있다.

다음에는 모터(2)에 대하여 설명한다. 회전축(5)의 축후단부(5b)는, 제1고정원판(11)의 중심관통구멍(11c)으로부터 제2고정원판(12)과 반대방향으로 소정량(所定量)만 돌출하고 있다. 이 축후단부(5b)에는, 모터 로터(6)가 동축으로 고정되어 있다. 모터 로터(6)는, 원반상의 로터 요크(6a)와, 이 로터 요크(6a)의 원형 외주면에 고정한 로터 마그넷(6b)을 구비하고 있다. 로터 요크(6a)의 중심부분에는 원통모양의 보스(6c)가 형성되어 있다. 보스(6c)의 원형관통구멍에 회전축(5)의 축후단부(5b)가 압입(壓入) 고정되어 있다. 또한 보스(6c)의 외주면에 제1굴림 베어링(14)이 장착되어, 보스(6c)를 통하여 회전축(5)의 축후단부(5b)가 회전하도록 지지되어 있다.

모터 스테이터(7)는, 로터 마그넷(6b)의 원형외주면을, 일정한 갭을 사이에 두고 반경방향의 외측으로부터 둘러싸는 상태로 배치되어 있다. 모터 스테이터(7)는, 제1고정원판(11)에 형성된 원통부(1lb)(스테이터 요크)와, 원통부(1lb)으로부터 일정한 각도 간격으로 반경방향의 내측으로 돌출하고 있는 복수의 돌극(突極; salient pole)(7a)과, 각 돌극(7a)에 감은 각 상(相)의 구동코일(7b)을 구비하고 있다.

원통부(1lb)의 원환모양 끝면에는, 원반상의 모터 엔드커버(motor end cover)(16)가 고정되어 있다. 제1고정원판(11)과 모터 엔드커버(16)에 의하여 둘러싸이는 공간 내에, 모터 로터(6) 및 모터 스테이터(7)가 위치하고 있다.

다음에는 감속기(3)에 대하여 설명한다. 감속기(3)의 태양기어(太陽 gear)(8)는, 제1, 제2고정원판(11, 12)의 사이에 위치하는 회전축(5) 축부분의 외주면에 형성되어 있다. 태양기어(8)를 동심모양으로 둘러싸는 상태로 제1, 제2고정원판(11, 12)의 사이에는, 중심축선(1a)과 평행한 방향으로 3개의 유성축(遊星軸)(17)이 가설(架設)되어 있다. 유성축(17)은, 원주방향에 있어서 원기둥모양 돌출부(11d)의 사이에 위치되도록 배치되어 있다. 각 유성축(17)에는 유성기어(10)가 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 유성기어(10)의 반경방향의 외측에, 원환모양의 내치기어(9)가 배치되어 있다. 내치기어(9)는, 제1고정원판(11)과 반대측에 인접하여 배치되어 있는 원환모양의 회전출력판(4)에 동축으로 고정되어 있다.

회전출력판(4)은, 제2고정원판(12)을 외주측에서 둘러싸는 상태로 배치되어 있다. 제2고정원판(12)의 원형외주면과 회전출력판(4)의 원형내주면과의 사이에는, 제3굴림 베어링(18)이 장착되어 있다. 이 제3굴림 베어링(18)을 통하여 회전출력판(4)은, 제2고정원판(12)에 의하여 회전 가능한 상태로 지지되어 있다.

또한 회전출력판(4)과 제1고정원판(11)의 사이에는, 슬라이딩 링(sliding ring)(19)이 장착되어 있다. 슬라이딩 링(19)을 통하여 회전출력판(4)은, 중심축선(1a)의 방향으로부터 제1고정원판(11)에 의하여 지지되어 있다. 또한 슬라이딩 링(19)은, 회전출력판(4)과 제1고정원판(11)의 사이의 간격을 밀봉하고, 그리스(grease)가 감속기(3)로부터 외부로 유출되는 것을 방지하고 있다.

상세하게 설명하면 회전출력판(4)의 외주 가장자리부에는, 제1고정원판(11)에 면(面)하는 원환모양 끝면(4a)이 형성되어 있다. 원환모양 끝면(4a)의 외주 가장자리로부터는, 제1고정원판(11) 측을 향하여 돌출되는 원통모양 돌기(4b)가 형성되어 있다. 제1고정원판(11) 측에는, 원환모양 끝면(4a)을 향하여 돌출하고 있는 원환모양 돌출면(11e)이 형성되어 있다.

제1고정원판(11)의 원환모양 돌출면(11e)과, 이와 대치하는 회전출력판(4)의 원환모양 끝면(4a)의 사이에 있어서, 원통모양 돌기(4b)의 내측에 직사각형 단면을 한 슬라이딩 링(19)이 장착되어 있다. 원환모양 돌출면(11e)과 원통모양 돌기(4b)의 사이는 미소한 간격으로 되어 있고, 이 내측의 원환모양 돌출면(11e)과 원환모양 끝면(4a)의 사이의 간격은 슬라이딩 링(19)에 의하여 밀봉되어 있다.

슬라이딩 링(19)은, 예를 들면 회전출력판(4)의 측에 고정되어 있고, 회전출력판(4)의 회전에 동반하여, 제1고정원판(11)의 원환모양 돌출면(11e)을 따라 슬라이딩한다. 따라서 슬라이딩 링(19)은, 제1고정원판(11)의 원환모양 돌출면(11e)과의 사이의 슬라이딩 저항이 가능한 한 작아지도록 저마찰계수(低摩擦係數)의 소재로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 슬라이딩 마모가 적도록 내마모성(耐摩耗性)이 높은 소재로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 저마찰계수 및 저마모성을 구비하는 수지 혹은 세라믹스(ceramics)를 사용할 수 있다.

회전 엑추에이터(1)에 있어서, 모터(2)를 회전구동하여 회전축(5)을 고속회전시킨다. 회전축(5)의 고속회전은, 감속기(3)에 의하여 감속되어 그 출력 요소인 내치기어(9)가 감속회전을 한다. 따라서 내치기어(9)에 고정되어 있는 회전출력판(4)으로부터 감속회전이 도면에 나타내지 않은 부하측(負荷側)으로 출력된다.

또 상기의 예에서는, 감속기(3)로서 유성기어 감속기를 사용하고 있다. 감속기(3)로서는, 싸이클로 감속기(등록상표), RV감속기 등을 사용하는 것도 가능하다.

Claims (5)

1. 중심축선의 방향으로 소정의 간격을 두고 서로 고정된 제1고정부재(第1固定部材) 및 제2고정부재(第2固定部材)와,
   상기 제1고정부재를 상기 중심축선의 방향으로 관통하여, 상기 제2고정부재까지 축선단부(軸先端部)가 연장되는 회전축(回轉軸)과,
   상기 제1고정부재와 상기 회전축의 사이에 장착되어, 상기 회전축을 상기 제1고정부재에 대하여 회전하도록 지지하는 제1베어링(第1 bearing)과,
   상기 제2고정부재와 상기 회전축의 축선단부의 사이에 장착되어, 상기 회전축을 상기 제2고정부재에 대하여 회전하도록 지지하는 제2베어링(第2 bearing)과,
   상기 회전축에 있어서 상기 제1고정부재로부터 상기 제2고정부재와 반대측으로 돌출하는 축후단부(軸後端部)에 고정된 모터 로터(motor rotor)와,
   상기 제1고정부재에 있어서 상기 제2고정부재와 반대측 부위에 고정되어, 상기 모터 로터의 외주를 일정한 갭(gap)을 사이에 두고 둘러싸는 모터 스테이터(motor stator)와,
   상기 제2고정부재의 외주를 둘러싸는 회전출력부재(回轉出力部材)와,
   상기 제2고정부재와 상기 회전출력부재의 사이에 장착되어, 상기 회전출력부재를 상기 제2고정부재에 대하여 회전하도록 지지하는 제3베어링(第3 bearing)과,
   상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재의 사이에 조립되고, 상기 회전축의 회전을 감속하여 상기 회전출력부재에 전달하는 감속기구(減速機構)를
   구비하고 있는 회전 엑추에이터(回轉 actuator).
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 감속기구는,
   상기 회전축에 있어서 상기 제1, 제2고정부재의 사이에 위치하는 축부분의 외주면에 형성된 태양기어(太陽 gear)와,
   상기 제1, 제2고정부재의 사이에 있어서, 이들의 사이에 가설(架設)된 유성축(遊星軸)에 회전할 수 있도록 지지되고, 상기 태양기어에 맞물려 있는 유성기어(遊星 gear)기어와,
   상기 회전출력부재와 상기 제1고정부재의 사이에 위치하고, 상기 회전출력부재에 고정되고, 상기 유성기어에 맞물려 있는 내치기어(內齒 gear)를
   구비하고 있는 회전 엑추에이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전출력부재와 상기 제1고정부재의 사이에 장착되어, 상기 회전출력부재를, 상기 제1고정부재에 대하여 상기 중심축선의 방향으로부터 회전 가능하게 지지하는 미끄럼 베어링을 구비하고 있는 회전 엑추에이터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 미끄럼 베어링은, 상기 내치기어를 둘러싸는 상태로, 상기 회전출력부재와 상기 제1고정부재의 사이의 간격에 슬라이딩 가능하게 장착되고, 상기 간격을 밀봉하고 있는 슬라이딩 링(sliding ring)인 회전 엑추에이터.
   
5. 제1, 2, 3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1고정부재의 외주 가장자리부분에 있어서, 상기 제2고정부재와 반대측으로 돌출한 원통부와,
   상기 원통부의 선단개구를 봉쇄하는 엔드커버(end cover)를
   구비하고 있고,
   상기 제1고정부재와 상기 엔드커버로 둘러싸인 공간 내에 상기 모터 로터 및 상기 모터 스테이터가 위치하고 있는
   회전 엑추에이터.

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