KR20190008604A - 앵귤러베어링이 장착된 모터 - Google Patents

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KR20190008604A
KR20190008604A KR1020170090163A KR20170090163A KR20190008604A KR 20190008604 A KR20190008604 A KR 20190008604A KR 1020170090163 A KR1020170090163 A KR 1020170090163A KR 20170090163 A KR20170090163 A KR 20170090163A KR 20190008604 A KR20190008604 A KR 20190008604A
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임현국
손병규
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(주)한국미래기술
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Abstract

하우징; 하우징의 내부에 장착된 스테이터 및 스테이터와 상대적으로 회전하는 로터; 일단이 하우징에 삽입되며, 하우징의 내부에서 로터와 결합되어 로터와 함께 회전되고, 외부로 노출된 타단에 하모닉 드라이브가 결합되는 샤프트; 샤프트의 일단을 감싸는 형태로 샤프트와 결합되며, 샤프트와 하우징의 사이에서 양단이 각각 샤프트와 하우징에 지지되어 위치가 고정된 제1베어링; 및 샤프트의 타단을 감싸는 형태로 샤프트와 결합되며, 샤프트와 하우징의 사이에서 양단이 각각 샤프트와 하우징에 지지되어 위치가 고정된 제2베어링;을 포함하는 앵귤러베어링이 장착된 모터가 소개된다.

Description

앵귤러베어링이 장착된 모터 {MOTOR HAVING ANGULAR CONTACT BALL BEARING}
본 발명은 하모닉 감속기에 모터를 결합하는 경우 모터 샤프트에 작용하는 추력을 하모닉 감속기가 아닌 모터를 통해 지지함으로써 샤프트의 이동을 저지하고, 그에 따라 각도센서의 에러나 오차를 감소시킬 수 있는 앵귤러베어링이 장착된 모터에 관한 것이다.
모터에 장착되는 감속기 중에는 하모닉 드라이브가 있다. 하모닉 드라이브는 감속기의 한 종류이다. 하모닉 드라이브는 외부 기어에 내부의 탄성이 있는 기어를 추가한 것이며, 내부 탄성으로 Black-lesh 를 제거한 고정밀 감속기이다.
이러한 하모닉 드라이브는 고 감속비를 쉽게 얻을 수 있고, 대부분의 감속기에 비해 크기가 작고, 중공형이 기본이므로 축 연결이 쉽고, Back-lesh가 없기 때문에 로봇 등에 많이 사용한다.
다만, 이러한 하모닉 드라이브는 감속시 또는 증속시 축방향으로 추력이 발생되는바, 많은 하모닉 드라이브들이 그 추력을 방지하기 위해 구조적으로 개발이 이루어지고 있다.
하지만, 감속기의 구조로써 추력을 상쇄한다 하더라도 미세한 추력까지 삭제하지는 못하는 것이 현실이며, 그러한 하모닉 드라이브가 모터와 결합될 경우 모터의 제작 공차 및 간극이 누적되어 작용하며 모터 샤프트에는 추력으로 인한 미세한 변위가 발생될 수밖에 없었다.
또한, 모터에는 필요에 따라 다양한 사이즈나 용량의 감속기가 필요한바, 이러한 용도로 감속기를 별도로 주문제작하여 추력을 방지하는 방법은 제조 원가에 있어서도 매우 불리하다.
따라서, 서로 다른 감속기를 사용하더라도 추력이 없도록 하고, 누적공차를 줄이며, 모터의 각도센서의 에러를 확실히 방지할 수 있는 모터가 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1015004 B
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하모닉 감속기에 모터를 결합하는 경우 모터 샤프트에 작용하는 추력을 하모닉 감속기가 아닌 모터를 통해 지지함으로써 샤프트의 이동을 저지하고, 그에 따라 각도센서의 에러나 오차를 감소시킬 수 있는 앵귤러베어링이 장착된 모터를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터는, 하우징; 하우징의 내부에 장착된 스테이터 및 스테이터와 상대적으로 회전하는 로터; 일단이 하우징에 삽입되며, 하우징의 내부에서 로터와 결합되어 로터와 함께 회전되고, 외부로 노출된 타단에 하모닉 드라이브가 결합되는 샤프트; 샤프트의 일단을 감싸는 형태로 샤프트와 결합되며, 샤프트와 하우징의 사이에서 양단이 각각 샤프트와 하우징에 지지되어 위치가 고정된 제1베어링; 및 샤프트의 타단을 감싸는 형태로 샤프트와 결합되며, 샤프트와 하우징의 사이에서 양단이 각각 샤프트와 하우징에 지지되어 위치가 고정된 제2베어링;을 포함하고, 제1베어링 또는 제2베어링 중 적어도 어느 하나 이상은 앵귤러베어링일 수 있다.
하우징은 중공의 원통 형상이고, 하우징의 개방된 양단에는 각각 커버가 결합되며, 제1베어링과 제2베어링은 각각 샤프트와 커버의 사이에서 지지될 수 있다.
커버는 하우징과 조립시 샤프트와 제1베어링 또는 제2베어링의 사이에 예압을 형성할 수 있다.
샤프트는 하모닉 드라이브로부터 감속방향 또는 증속방향으로의 추력을 전달받고, 제1베어링 또는 제2베어링은 샤프트를 지지함으로써 추력에 의해 샤프트가 축 방향으로 이동되는 것을 저지할 수 있다.
하우징에 삽입된 샤프트의 일단에는 각도센서가 설치될 수 있다.
각도센서와 샤프트는 일정 범위의 간격으로 이격될 수 있다.
하모닉 드라이브가 감속기로 작용할 경우 샤프트에는 타단 측으로 추력이 발생되고, 제2베어링에 의해 샤프트가 지지되어 추력에 의해 샤프트가 축 방향으로 이동되는 것이 저지될 수 있다.
제2베어링은 앵귤러베어링이고, 제2베어링 외륜의 샤프트 타단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제2돌출부가 형성될 수 있다.
하모닉 드라이브가 증속기로 작용할 경우 샤프트에는 일단 측으로 추력이 발생되고, 제1베어링에 의해 샤프트가 지지되어 추력에 의해 샤프트가 축 방향으로 이동되는 것이 저지될 수 있다.
제1베어링은 앵귤러베어링이고, 제1베어링 외륜의 샤프트 일단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제1돌출부가 형성될 수 있다.
샤프트는 일단과 타단이 중앙부보다 외경이 작도록 형성되고, 제1베어링과 제2베어링은 샤프트의 일단과 타단에 끼움결합되며, 제1베어링과 제2베어링은 내경이 샤프트의 중앙부보다 작게 형성되고, 제1베어링과 제2베어링은 샤프트의 중앙부와 하우징의 사이에 지지될 수 있다.
제1베어링과 제2베어링은 앵귤러베어링이고, 제1베어링 외륜의 샤프트 일단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제1돌출부가 형성되며, 제2베어링 외륜의 샤프트 타단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제2돌출부가 형성되어 샤프트는 감속방향 또는 증속방향으로의 추력에 의한 이동이 모두 저지될 수 있다.
본 발명의 앵귤러베어링이 장착된 모터에 따르면, 하모닉 감속기에 모터를 결합하는 경우 모터 샤프트에 작용하는 추력을 하모닉 감속기가 아닌 모터를 통해 지지함으로써 샤프트의 이동을 저지하고, 그에 따라 각도센서의 에러나 오차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터와 각도센서의 간극을 나타낸 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터와 각도센서의 간극을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 앵귤러베어링이 장착된 모터는, 하우징(100); 하우징(100)의 내부에 장착된 스테이터 및 스테이터와 상대적으로 회전하는 로터; 일단(162)이 하우징(100)에 삽입되며, 하우징(100)의 내부에서 로터와 결합되어 로터와 함께 회전되고, 외부로 노출된 타단(164)에 하모닉 드라이브가 결합되는 샤프트(160); 샤프트(160)의 일단(162)을 감싸는 형태로 샤프트(160)와 결합되며, 샤프트(160)와 하우징(100)의 사이에서 양단이 각각 샤프트(160)와 하우징(100)에 지지되어 위치가 고정된 제1베어링(300); 및 샤프트(160)의 타단(164)을 감싸는 형태로 샤프트(160)와 결합되며, 샤프트(160)와 하우징(100)의 사이에서 양단이 각각 샤프트(160)와 하우징(100)에 지지되어 위치가 고정된 제2베어링(500);을 포함하고, 제1베어링(300) 또는 제2베어링(500) 중 적어도 어느 하나 이상은 앵귤러베어링일 수 있다.
본 발명의 모터 기본구조는 다른 모터와 같이, 하우징(100), 그에 내장된 로터와 스테이터 및 로터에 연결되어 함께 스테이터를 기준으로 상대회전하는 샤프트(160)로 구성된다. 이러한 모터에는 하모닉 드라이브(도면 미도시)가 결합되는데, 하모닉 드라이브는 일반적으로 추력이 발생하고, 그 추력은 감속방향 또는 증속방향에 따라 방향이 전환된다. 본 발명은 동일한 모터에서 서로 다른 감속기를 결합해야 하는 경우 추력을 방지하기 위해 각각의 감속기를 설계 변경할 필요 없이, 모터 자체에서 추력을 상쇄할 수 있는 구조를 갖고 있는바, 어떠한 모터에서도 다양한 하모닉 드라이브를 채용할 수 있는 장점을 갖는다.
구체적으로, 본 발명에는 제1베어링(300)과 제2베어링(500)의 2개의 베어링이 마련된다. 제1베어링(300)은 하우징(100)에 삽입된 샤프트(160)의 일단(162)을 감싸는 형태로 샤프트(160)와 결합되며, 샤프트(160)와 하우징(100)의 사이에서 양단이 각각 샤프트(160)와 하우징(100)에 지지되어 위치가 고정된다.
제2베어링(500)은 외부로 노출된 샤프트(160)의 타단(164)을 감싸는 형태로 샤프트(160)와 결합되며, 샤프트(160)와 하우징(100)의 사이에서 양단이 각각 샤프트(160)와 하우징(100)에 지지되어 위치가 고정된다. 그리고 그러한 제1베어링(300) 또는 제2베어링(500) 중 적어도 어느 하나 이상은 앵귤러베어링일 수 있다.
앵귤러베어링은 반경 방향의 지지뿐만 아니라 축 방향으로의 지지시에 일반 볼 베어링에 비해 그 허용 하중이 크게 높은바, 본 발명에서는 두 방향에서 각각 앵귤러베어링을 결합하여 감속방향 또는 증속방향으로의 추력을 모두 감당하는 것이다. 또는, 경우에 따라서는 일측으로의 추력만을 감당해야 하는 경우 일측에만 앵귤러베어링을 적용하고 타측은 일반 볼베어링의 적용도 가능하다. 이를 통해 감속기가 아닌 모터 자체에서 추력을 감당하고, 샤프트(160)의 추력에 의한 변위발생을 억제할 수 있게 된다.
특히, 감속기에서 추력을 상쇄한다 하더라도 미세한 추력에 의한 샤프트(160)의 움직임이 발생하며, 감속기-모터-각도센서(700) 순서의 결합에 따라 제조/조립 공차는 누적될 수 밖에 없다. 그에 따라 감속기의 추력구조 만으로는 각도센서(700)의 센싱 오차를 없애거나 축소하는 것이 한계가 분명 있는 것이다. 따라서, 모터 자체에서 추력을 상쇄하여 샤프트(160)의 이동을 방지하고, 그에 따라 각도센서(700)의 정밀도를 보장하는 것이 누적공차가 있다하더라도 가장 확실한 방법인 것이다.
한편, 하우징(100)은 중공의 원통 형상이고, 하우징(100)의 개방된 양단에는 각각 커버가 결합되며, 제1베어링(300)과 제2베어링(500)은 각각 샤프트(160)와 커버의 사이에서 지지될 수 있다. 그리고 커버는 하우징(100)과 조립시 샤프트(160)와 제1베어링(300) 또는 제2베어링(500)의 사이에 예압을 형성할 수 있다.
도시된 바와 같이 하우징(100)은 바디와 양측의 커버로 구성된다. 그리고 바디에 각각의 부품이 장착되고, 조립공정에서 최종적으로 커버가 바디에 볼팅 등을 통해 결합됨으로써 커버의 결합시 예압을 형성하여 1차적인 샤프트(160)의 이동 가능성을 줄이는 것이다.
또한, 샤프트(160)는 하모닉 드라이브로부터 감속방향 또는 증속방향으로의 추력을 전달받고, 제1베어링(300) 또는 제2베어링(500)은 샤프트(160)를 지지함으로써 추력에 의해 샤프트(160)가 축 방향으로 이동되는 것을 저지할 수 있다. 특히 하우징(100)에 삽입된 샤프트(160)의 일단(162)에는 각도센서(700)가 설치될 수 있고, 그 각도센서(700)와 샤프트(160)는 일정 범위의 간격(G)으로 이격되며, 각도센서(700)와 샤프트(160)가 해당 범위를 벗어날 경우에는 각도센서(700)에서 에러를 발생하거나 측정 정밀도가 떨어짐이 일반적이다.
따라서, 각도센서(700)와 모터의 샤프트(160) 간에는 항상 스펙상의 거리(G, 약 2mm)를 유지해야 하며, 그 정해진 범위를 벗어날 경우 각도측정에 오차가 있고, 그로 인해 시스템이 불능에 빠지거나 위험에 처할 수 있게 되는 것이다. 따라서, 샤프트(160)와 각도센서(700)는 하우징(100)에서 서로간의 거리(G)를 정확히 유지해야 하고, 그에 따라 샤프트(160)는 하모닉 드라이브의 추력으로부터 자유로울 필요가 있는 것이다.
따라서, 감속기가 아닌 모터 자체에서 추력을 방지할 경우 누적공차를 좀 더 배제할 수 있어 샤프트(160)의 고정이 쉽고, 하모닉 드라이브의 종류에 구애받지 않으며, 샤프트(160)와 각도센서(700)의 거리를 유지할 수 있게 되는 것이다.
구체적으로, 하모닉 드라이브가 감속기로 작용할 경우에는 샤프트(160)에는 타단(164) 측으로 추력이 발생되고, 제2베어링(500)에 의해 샤프트(160)가 지지되어 추력에 의해 샤프트(160)가 축 방향으로 이동되는 것이 저지될 수 있다. 즉, 제2베어링(500)은 앵귤러베어링이고, 제2베어링(500) 외륜(520)의 샤프트(160) 타단(164)측 단부에는 베어링의 볼(B)을 지지하도록 돌출된 제2돌출부(522)가 형성될 수 있다. 볼(B)이 지지됨에 따라 샤프트(160)가 저지되어 추력이 발생하더라도 위치가 고정된다.
한편, 하모닉 드라이브가 증속기로 작용할 경우 샤프트(160)에는 일단(162) 측으로 추력이 발생되고, 제1베어링(300)에 의해 샤프트(160)가 지지되어 추력에 의해 샤프트(160)가 축 방향으로 이동되는 것이 저지될 수 있다. 즉, 제1베어링(300)은 앵귤러베어링이고, 제1베어링(300) 외륜(320)의 샤프트(160) 일단(162)측 단부에는 베어링의 볼(B)을 지지하도록 돌출된 제1돌출부(322)가 형성될 수 있다. 볼(B)이 지지됨에 따라 샤프트(160)가 저지되어 추력이 발생하더라도 위치가 고정된다.
또한, 샤프트(160)는 일단(162)과 타단(164)이 중앙부(164)보다 외경이 작도록 형성되고, 제1베어링(300)과 제2베어링(500)은 샤프트(160)의 일단(162)과 타단(164)에 끼움결합되며, 제1베어링(300)과 제2베어링(500)은 내경이 샤프트(160)의 중앙부(164)보다 작게 형성되고, 이를 통해 제1베어링(300)과 제2베어링(500)은 샤프트(160)의 중앙부(164)와 하우징(100)의 사이에 지지될 수 있고, 감속이나 증속 어떠한 방향으로 작동하더라도 추력을 방지할 수 있는 것이다. 즉, 제1베어링(300)과 제2베어링(500)은 앵귤러베어링이고, 제1베어링(300) 외륜의 샤프트(160) 일단(162)측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제1돌출부가 형성되며, 제2베어링(500) 외륜의 샤프트(160) 타단(164)측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제2돌출부가 형성되어 샤프트(160)는 감속방향 또는 증속방향으로의 추력에 의한 이동이 모두 저지될 수 있다.
본 발명의 앵귤러베어링이 장착된 모터에 따르면, 하모닉 감속기에 모터를 결합하는 경우 모터 샤프트(160)에 작용하는 추력을 하모닉 감속기가 아닌 모터를 통해 지지함으로써 샤프트(160)의 이동을 저지하고, 그에 따라 각도센서(700)의 에러나 오차를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 하우징 160 : 샤프트
300 : 제1베어링 500 : 제2베어링
700 : 각도센서

Claims (12)

  1. 하우징;
    하우징의 내부에 장착된 스테이터 및 스테이터와 상대적으로 회전하는 로터;
    일단이 하우징에 삽입되며, 하우징의 내부에서 로터와 결합되어 로터와 함께 회전되고, 외부로 노출된 타단에 하모닉 드라이브가 결합되는 샤프트;
    샤프트의 일단을 감싸는 형태로 샤프트와 결합되며, 샤프트와 하우징의 사이에서 양단이 각각 샤프트와 하우징에 지지되어 위치가 고정된 제1베어링; 및
    샤프트의 타단을 감싸는 형태로 샤프트와 결합되며, 샤프트와 하우징의 사이에서 양단이 각각 샤프트와 하우징에 지지되어 위치가 고정된 제2베어링;을 포함하고,
    제1베어링 또는 제2베어링 중 적어도 어느 하나 이상은 앵귤러베어링인 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    하우징은 중공의 원통 형상의 바디 및 바디의 개방된 양단에 각각 결합된 커버로 구성되고, 제1베어링과 제2베어링은 각각 샤프트와 커버의 사이에서 지지되는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    커버는 하우징과 조립시 샤프트와 제1베어링 또는 제2베어링의 사이에 예압을 형성하는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    샤프트는 하모닉 드라이브로부터 감속방향 또는 증속방향으로의 추력을 전달받고, 제1베어링 또는 제2베어링은 샤프트를 지지함으로써 추력에 의해 샤프트가 축 방향으로 이동되는 것을 저지하는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    하우징에 삽입된 샤프트의 일단에는 각도센서가 설치된 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    각도센서와 샤프트는 일정 범위의 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    하모닉 드라이브가 감속기로 작용할 경우 샤프트에는 타단 측으로 추력이 발생되고, 제2베어링에 의해 샤프트가 지지되어 추력에 의해 샤프트가 축 방향으로 이동되는 것이 저지되는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제2베어링은 앵귤러베어링이고, 제2베어링 외륜의 샤프트 타단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제2돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    하모닉 드라이브가 증속기로 작용할 경우 샤프트에는 일단 측으로 추력이 발생되고, 제1베어링에 의해 샤프트가 지지되어 추력에 의해 샤프트가 축 방향으로 이동되는 것이 저지되는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1베어링은 앵귤러베어링이고, 제1베어링 외륜의 샤프트 일단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제1돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  11. 청구항 1에 있어서,
    샤프트는 일단과 타단이 중앙부보다 외경이 작도록 형성되고, 제1베어링과 제2베어링은 샤프트의 일단과 타단에 끼움결합되며, 제1베어링과 제2베어링은 내경이 샤프트의 중앙부보다 작게 형성되고, 제1베어링과 제2베어링은 샤프트의 중앙부와 하우징의 사이에 지지되는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
  12. 청구항 1에 있어서,
    제1베어링과 제2베어링은 앵귤러베어링이고, 제1베어링 외륜의 샤프트 일단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제1돌출부가 형성되며, 제2베어링 외륜의 샤프트 타단측 단부에는 베어링의 볼을 지지하도록 돌출된 제2돌출부가 형성되어 샤프트는 감속방향 또는 증속방향으로의 추력에 의한 이동이 모두 저지되는 것을 특징으로 하는 앵귤러베어링이 장착된 모터.
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