KR20190121740A - A Ring Magnet Applied Type of a Rotor of a Motor for a Robot with a Eccentric Type of a Structure Having a Lower Cogging and a Lower Torque Ripple - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터에 관한 것이고, 구체적으로 로봇의 관절을 위한 BLDC(Brushless Direct Motor) 모터에 적용되는 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터에 관한 것이다. The present invention relates to a motor rotor for a robot having an eccentric ring magnet application structure for low cogging and low torque ripple, and specifically for low cogging and low torque ripple applied to a brushless direct motor (BLDC) motor for jointing of a robot. It relates to a motor motor rotor for an eccentric ring magnet application structure.
로봇의 관절의 비롯한 다양한 부분은 모터에 의하여 작동이 될 수 있고, 직류 모터 또는 이와 유사한 모터가 사용될 수 있지만 소음 또는 내구성 면에서 장점을 가지는 BLDC(Brushless Direct Motor)가 주로 사용된다. BLDC 모터는 영구 자석으로 이루어진 회전자 또는 로터와 로터의 주위에 배치되면서 권선 형태의 전자석을 형성하는 고정자 폴로 형성되고, 전류의 공급에 의하여 권선 내부에서 로터가 회전하면서 기계적 에너지가 생성된다. 이와 같은 구조로 이루어진 BLDC 모터는 높은 효율, 작은 소음 발생 및 긴 수명을 가지면서 소형으로 만들어질 수 있다는 장점을 가지므로 무게 또는 공간 제약을 가지는 다양한 기계에 적용되고 있다. Various parts of the joints of the robot may be operated by a motor, and a brushless direct motor (BLDC), which has an advantage in terms of noise or durability, may be used although a direct current motor or a similar motor may be used. The BLDC motor is formed of a rotor made of a permanent magnet or a stator pole which is disposed around the rotor and the rotor to form a winding-shaped electromagnet, and mechanical energy is generated while the rotor rotates inside the winding by supply of current. The BLDC motor having such a structure has a high efficiency, a small noise, and a long life and has the advantage of being able to be made compact, and thus has been applied to various machines having weight or space constraints.
특허등록번호 제10-1301261호는 매니퓰레이터를 구성하는 로봇관절에 사용될 수 있는 중공형 관절을 구현하기 위한 중공형 BLDC 모터에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2013-0090126호는 BLDC 모터 내부에 하나의 센싱 코일을 장착하여 회전하는 로터의 위치를 직접 측정함으로써 고가의 홀센서 및 복잡한 센서회로를 요구하지 않는 BLDC 모터의 구동 장치에 대하여 개시한다.Patent registration No. 10-1301261 discloses a hollow BLDC motor for implementing a hollow joint that can be used in the robot joint constituting the manipulator. In addition, Korean Patent Publication No. 10-2013-0090126 discloses a BLDC motor driving device that does not require expensive Hall sensors and complicated sensor circuits by directly measuring the position of a rotating rotor by installing one sensing coil inside the BLDC motor. It is started.
로봇의 관절 또는 이와 유사한 부위의 작동을 위하여 BLDC 모터를 적용하기 위하여 역기전력으로 인하여 발생되는 코깅 현상을 감소시키면서 이와 동시에 토크 리플을 감소시킬 필요가 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 작동 특성을 가지도록 하는 모터 구조에 대하여 개시하지 않는다. In order to apply the BLDC motor for the operation of the joints or similar parts of the robot, it is necessary to reduce the torque ripple while simultaneously reducing the cogging caused by the counter electromotive force. However, the prior art does not disclose a motor structure that has such operating characteristics.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다. The present invention is to solve the problems of the prior art has the following object.
본 발명의 목적은 원형 다중 자극 단위가 배치되어 BLDC 모터의 저코깅 및 저토크 리플 구조로 구동이 되는 것에 의하여 로봇 모터에 적용 가능한 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터 및 이를 가진 BLDC 모터를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention for a robot having an eccentric ring magnet application structure for a low cogging and low torque ripple applicable to a robot motor by being disposed in a circular co-stimulation unit and driven by a low cogging and low torque ripple structure of a BLDC motor. It is to provide a motor rotor and a BLDC motor having the same.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터는 일정한 높이를 가지는 환형 띠 형상의 로터 코어; 및 로터 코어의 둘레 면에 결합되면서 연속적으로 서로 다른 자극 단위가 배치된 링 형상의 1, 2 자극 단위 그룹을 포함하고, 상기 1, 2 자극 단위 그룹의 각각의 자극 단위의 적어도 일부가 일체형이 된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a robot motor rotor having an eccentric ring magnet application structure for low cogging and low torque ripple includes an annular band-shaped rotor core having a constant height; And ring-shaped one or two magnetic pole unit groups coupled to the circumferential surface of the rotor core and in which different magnetic pole units are continuously disposed, wherein at least a portion of each magnetic pole unit of the one or two magnetic pole unit groups is integrated. .
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 서로 다른 자극 단위의 각각은 둘레 방향을 따라 중심 부분을 기준으로 양쪽 방향으로 서로 다른 두께를 가진다.According to another suitable embodiment of the invention, each of the different magnetic pole units has a different thickness in both directions relative to the center portion along the circumferential direction.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, BLDC(Brushless Direct Current) 모터에 있어서, 다수 개의 서로 다른 자극 단위가 둘레 방향을 따라 연속적으로 배치된 링 형상의 모터 로터; 모터 로터의 둘레 면에 배치되고, 서로 다른 자극 단위에 대응되는 서로 분리되는 다수 개의 권선으로 이루어진 고정자; 및 각각의 권선이 서로 분리되도록 고정자에 결합되는 절연 유닛을 포함하고, 다수 개의 권선의 적어도 일부는 하나의 띠 형상의 고정 프레임에 고정된다.According to another suitable embodiment of the present invention, a brushless direct current (BLDC) motor, comprising: a ring-shaped motor rotor in which a plurality of different magnetic pole units are continuously disposed along a circumferential direction; A stator disposed on a circumferential surface of the motor rotor and comprising a plurality of windings separated from each other corresponding to different magnetic pole units; And an insulating unit coupled to the stator such that each winding is separated from each other, wherein at least a portion of the plurality of windings is fixed to one band-shaped fixing frame.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 모터 로터는 로터 코어 및 로터 코어가 결합되는 자극 단위 그룹으로 이루어진다.According to another suitable embodiment of the present invention, the motor rotor consists of a rotor core and a group of magnetic pole units to which the rotor core is coupled.
본 발명에 따른 모터 로터는 드럼 형상으로 다수 개의 자극 단위가 연속적으로 배치되어 코깅 수준이 낮아지면서 이와 동시에 인가 전류에 대한 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 이와 같은 구조로 인하여 고효율의 BLDC 모터가 소형으로 제조되는 것이 가능하면서 모터의 제조비용이 감소되도록 한다. 본 발명에 따른 모터는 초저가로 제조될 수 있고, 경량 및 소형으로 만들어지면서 고출력 밀도 특성을 가지는 것에 의하여 초저가 중소 제조 로봇에 적용될 수 있다. In the motor rotor according to the present invention, a plurality of magnetic pole units are continuously disposed in a drum shape, and thus, cogging levels may be lowered, and at the same time, torque ripple with respect to an applied current may be reduced. This structure makes it possible to manufacture a high-efficiency BLDC motor at a small size while reducing the manufacturing cost of the motor. The motor according to the present invention can be manufactured at a very low cost, and can be applied to a very low cost small and medium manufacturing robot by being made lightweight and compact and having high power density characteristics.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 모터 로터가 적용된 BLDC 모터의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 모터가 적용된 구동 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 모터가 적용된 제조 공정에 적용되는 관절 로봇의 실시 예를 도시한 것이다. 1A and 1B illustrate an embodiment of a robot motor rotor having an eccentric ring magnet application structure for low cogging and low torque ripple according to the present invention.
2A and 2B illustrate an embodiment of a BLDC motor to which a motor rotor according to the present invention is applied.
3 illustrates an embodiment of a drive module to which a motor according to the present invention is applied.
Figure 4 illustrates an embodiment of an articulated robot applied to the manufacturing process to which the motor according to the present invention.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments set forth in the accompanying drawings, but the embodiments are provided for clarity of understanding and the present invention is not limited thereto. In the following description, components having the same reference numerals in different drawings have similar functions, and thus are not repeatedly described unless necessary for understanding of the invention, and well-known components are briefly described or omitted. It should not be understood to be excluded from the embodiment of.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터의 실시 예를 도시한 것이다. 1A and 1B illustrate an embodiment of a robot motor rotor having an eccentric ring magnet application structure for low cogging and low torque ripple according to the present invention.
도 1a를 참조하면, 저코깅 및 저토크 리플용 편심 방식의 링 마그네트 적용 구조의 로봇용 모터 로터(10)는 일정한 높이를 가지는 환형 띠 형상의 로터 코어(11); 및 로터 코어(11)의 둘레 면에 결합되면서 연속적으로 서로 다른 자극 단위(12_1 내지 12_N 및 13_1 내지 13_N)가 배치된 링 형상의 1, 2 자극 단위 그룹을 포함하고, 상기 1, 2 자극 단위 그룹의 각각의 자극 단위(12_1 내지 12_N 및 13_1 내지 13_N)의 적어도 일부가 일체형이 된다. Referring to Figure 1a, the
모터는 BLDC(Brushless Direct Current)가 될 수 있고, 로봇의 구동 제어에 적용될 수 있다. 모터 로터(10)는 모터의 회전자가 될 수 있고, 중심 부분에 배치되어 중공 형상이 될 수 있고, 감속기와 연결될 수 있다. 그리고 모터 로터(10)의 둘레 면에 고정자가 배치될 수 있고, 고정자에 배치된 권선에 전류가 인가되면 모터 로터(10)가 회전될 수 있다. 또한 홀 센서가 배치되어 모터 로터(10)의 위치가 탐지될 수 있다. 그리고 모터 로터(10)는 로터 코어(11)와 자극 단위 그룹으로 이루어질 수 있다. The motor may be a brushless direct current (BLDC) and may be applied to drive control of the robot. The
로터 코어(11)는 일정한 높이를 가지는 환형 띠 형상이 될 수 있고, 예를 들어 링 형상이 될 수 있다. 로터 코어(11)는 자성을 가지지 않는 알루미늄, 알루미나, 황동, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금으로 만들어지거나, 경성 합성수지 또는 규소와 같은 무기 소재로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않고, 자성을 가지지 않으면서 강성을 가지는 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 로터 코어(11)는 둘레 면을 따라 일정한 높이를 가진 링 형상 또는 띠 형상이 될 수 있다. 또한 로터 코어(11)는 둘레 면을 따라 균일한 두께를 가진 중공 형상이 될 수 있고, 외부 둘레 면에 신축성 코팅 층이 형성될 수 있다. 예를 들어 신축성 코팅 층은 실리콘, 폴리우레탄 또는 이와 유사한 합성수지 소재가 될 수 있다.The
자극 단위 그룹은 다수 개의 서로 다른 자극 단위를 포함할 수 있고, 예를 들어 다수 개의 N극(12_1 내지 12_N)으로 이루어진 1 자극 단위 그룹 및 다수 개의 S극(13_1 내지 13_N)으로 이루어진 2 자극 단위 그룹으로 이루어질 수 있다. 그리고 서로 다른 자극 단위(12_1 내지 12_N 및 13_1 내지 13_N)는 교대로 연속적으로 또는 N극과 S극이 반복되도록 연속적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 10 내지 30개의 자극, 바람직하게 15 내지 25개의 자극, 가장 바람직하게 20개의 자극이 연속적으로 배치될 수 있다. The stimulus unit group may include a plurality of different stimulus units, for example, one stimulus unit group consisting of a plurality of N poles 12_1 to 12_N and a two stimulus unit group consisting of a plurality of S poles 13_1 to 13_N. Can be made. The different stimulation units 12_1 to 12_N and 13_1 to 13_N may be alternately arranged in succession or successively so that the N pole and the S pole are repeated. For example 10 to 30 stimuli, preferably 15 to 25 stimuli, most preferably 20 stimuli can be arranged in succession.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 각각의 자극 단위(12_1 내지 12_N 및 13_1 내지 13_N)의 적어도 일부가 일체형이 되고, 바람직하게 1, 2 자극 단위 그룹이 일체형으로 만들어질 수 있다. 일체형은 하나의 구조로 만들어지는 것을 말하고, 예를 들어 20개의 자극의 링 형상의 자성체에 서로 다른 자극이 인접하도록 연속적으로 형성되는 것을 말한다. 자성체는 알루미늄-니켈-코발트; 바륨-페라이트; 스트론튬-페라이트; 희토류; 크롬 또는 이와 유사한 소재로 만들어질 수 있고, 소결 또는 주조 방식으로 교대 연속 자극 단위가 만들어질 수 있다. 구체적으로 자성체 소재가 로터 코어(11)의 외부 면에 결합될 수 있는 지름을 가지도록 베이스 링으로 만들어질 수 있다. 그리고 베이스 링의 둘레 면을 따라 다극 자화 방식(magnetization)으로 연속적으로 1 자극 단위(12_1 내지 12_N)와 2 자극 단위(13_1 내지 13_N)가 교대로 형성될 수 있다. 다극 자화는 다수 개의 서로 다른 방향으로 감긴 자화 코일이 베이스 링의 주위에 배치되고, 각각의 자화 코일에 전류를 인가하는 방식으로 이루어질 수 있다. 링 베이스는 단일 구조가 되거나, 다수 개의 서브 링 베이스가 서로 연결된 구조가 될 수 있다. 다극 자화가 된 링 베이스는 1, 2 자극 단위 그룹을 형성할 수 있고, 로터 코어(11)의 외부 둘레 면에 조립 방식으로 결합될 수 있다. 대안으로 로터 코어(11)에 링 베이스가 조립 방식으로 결합이 된 이후 미리 결정된 영역이 미리 결정된 자극을 가지도록 자화가 될 수 있다. 이와 같이 하나의 링 베이스 또는 다수 개의 서브 링 베이스에 다수 개의 자극을 연속적으로 형성하고, 다수 개의 자극이 형성된 링 베이스를 로터 코어(11)의 둘레 면에 결합시키는 것에 의하여 모터 로터(10)의 작업 공정이 간단해지도록 한다. 각각의 자극 단위(12_1 내지 13_N)는 동일 또는 유사한 구조로 가질 수 있고, 예를 들어 두께를 가지면서 내부 면과 외부 면이 곡면이 되는 안장 형상이 될 수 있다. 그리고 서로 다른 자극 단위(12_1 내지 13_N)가 교대로 인접하여 연속적으로 배치되는 것에 의하여 로터 코어(11)의 외부 둘레 면을 감싸는 링 형태의 마그넷 구조의 1, 2 자극 단위 그룹이 형성되면서 모터 로터(10)가 만들어질 수 있다. 1, 2 자극 단위 그룹과 로터 코어(11) 사이에 신축성 코팅 층이 형성될 수 있고, 신축성 코팅 층은 접착 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 로터 코어(11)의 외부 둘레 면에 예를 들어 10 내지 100 ㎛의 두께로 균일하게 합성수지 소재의 신축성 코팅 층이 형성될 수 있다. 그리고 자화가 되거나 또는 자화가 되지 않은 베이스 링이 억지끼움 방식으로 로터 코어(11)가 결합이 될 수 있다. 이후 초음파 또는 열이 인가되어 베이스 링과 로터 코어(11)가 신축성 코팅 층에 의하여 견고하게 결합되어 모터 로터(10)로 만들어질 수 있다. 신축성 코팅 층은 열경화성 수지 또는 이와 유사하게 열 변성에 견고한 소재로 만들어질 수 있고, 이와 같은 소재에 의하여 모터의 작동 과정에서 모터 로터(10)의 변형이 방지되도록 한다. 대안으로 로터 코어(11)의 외부 둘레 면과 링 베이스의 내부 둘레 면에 회전 방지 구조가 만들어질 수 있다. 예를 들어 회전 방지 구조는 홈과 돌기의 결합 구조로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않고 상대적인 회전이 방지될 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, at least a portion of each of the stimulation units 12_1 to 12_N and 13_1 to 13_N may be integrated, and preferably, one or two groups of stimulation units may be made integral. Integral type refers to being made of a single structure, for example, is formed in succession so that different magnetic poles adjacent to the ring-shaped magnetic body of 20 magnetic poles. Magnetic materials include aluminum-nickel-cobalt; Barium-ferrite; Strontium-ferrite; Rare earths; It can be made of chromium or similar material, and alternating continuous magnetic pole units can be made by sintering or casting. Specifically, the magnetic material may be made of a base ring to have a diameter that can be coupled to the outer surface of the
서로 다른 자극 단위(12_1 내지 13_N)가 링 베이스의 둘레 면을 따라 연속적으로 배치되는 것에 의하여 코깅 및 토크 리플이 감소될 수 있다. 추가적으로 코깅 및 토크 리플은 각각의 자극 단위(12_1 내지 13_N)의 자기장을 조절하는 것에 의하여 감소될 수 있다. 구체적으로 각각의 자극 단위(12_1 내지 13_N)의 둘레 방향으로 중간 부분을 기준으로 양쪽으로 두께가 작아지는 구조로 만들어지는 것에 의하여 코킹 또는 토크 리플이 감소될 수 있다. 이와 같은 자극 단위(12_1 내지 13_N)는 편심 구조가 될 수 있다. Cogging and torque ripple can be reduced by disposing different magnetic pole units 12_1 to 13_N along the circumferential surface of the ring base. Additionally cogging and torque ripple can be reduced by adjusting the magnetic field of each magnetic pole unit 12_1 to 13_N. Specifically, caulking or torque ripple may be reduced by having a structure in which the thickness of each of the magnetic pole units 12_1 to 13_N is made smaller on both sides of the middle portion. Such stimulation units 12_1 to 13_N may have an eccentric structure.
아래에서 구체적으로 설명된다. It is described in detail below.
도 1b를 참조하면, 서로 다른 자극 단위(12_1 내지 12_N 및 13_1 내지 13_N)의 각각은 둘레 방향을 따라 중심 부분을 기준으로 양쪽 방향으로 서로 다른 두께를 가질 수 있다. Referring to FIG. 1B, each of the different stimulation units 12_1 to 12_N and 13_1 to 13_N may have different thicknesses in both directions with respect to the center portion along the circumferential direction.
1, 2 자극 단위 그룹의 형성을 위한 베이스 링은 고정 베이스 부재와 자극 형성 유닛으로 이루어질 수 있고, 고정 베이스 부재는 상대적으로 얇은 두께를 가지면서 일정한 높이를 가지는 링 형상이 될 수 있다. 그리고 자화에 의하여 자극 단위(12_1 내지 13_N)가 되는 자극 형성 유닛이 형성될 수 있다. 구체적으로 자극 형성 유닛의 안쪽 면은 고정 베이스 부재의 외부 둘레 면에 대응되는 형상을 가질 수 있고, 자극 형성 유닛의 바깥쪽 면은 둘레 방향을 따라 중간 부분을 기준으로 두께가 점차로 얇아지는 대칭 구조가 될 수 있다. 그리고 전체적으로 바깥쪽 면은 곡면 형상이 될 수 있고, 서로 인접하는 자극 형성 유닛은 서로 마주보는 가장자리 면이 접촉되는 구조로 연결될 수 있다. 이에 의하여 로터 코어(11)의 외부 둘레 면에 연속적으로 서로 다른 자극 단위(12_1 내지 13_K)가 배치될 수 있다.The base ring for forming the 1, 2 magnetic pole unit groups may be composed of a fixed base member and a magnetic pole forming unit, and the fixed base member may have a ring shape having a relatively thin thickness and having a constant height. In addition, magnetic pole forming units 12_1 to 13_N may be formed by magnetization. In detail, the inner surface of the magnetic pole forming unit may have a shape corresponding to the outer circumferential surface of the fixed base member, and the outer surface of the magnetic pole forming unit has a symmetrical structure in which the thickness becomes thinner with respect to the middle portion along the circumferential direction. Can be. And the outer surface as a whole may be curved, and the magnetic pole forming units adjacent to each other may be connected in a structure in which the edge faces facing each other. As a result, different magnetic pole units 12_1 to 13_K may be continuously disposed on the outer circumferential surface of the
고정 베이스 부재와 자극 형성 유닛은 단조 공정, 프레스 공정, 절삭 공정 또는 이와 유사한 공정을 통하여 일체형으로 만들어질 수 있다. 또한 이와 같이 형성된 1, 2 자극 단위 그룹은 도 1a에서 설명된 것과 동일 또는 유사한 방법으로 로터 코어(11)에 결합될 수 있다. The stationary base member and the pole forming unit may be made in one piece through a forging process, a pressing process, a cutting process, or a similar process. In addition, the thus formed groups of 1 and 2 magnetic pole units may be coupled to the
편심 구조의 자극 단위(12_1 내지 13_N)는 다양한 방식으로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. The stimulus units 12_1 to 13_N of the eccentric structure can be made in various ways and are not limited to the embodiments shown.
아래에서 본 발명에 따른 모터 로터가 적용된 BLDC 모터에 대하여 설명된다. Hereinafter, a BLDC motor to which a motor rotor according to the present invention is applied will be described.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 모터 로터가 적용된 BLDC 모터의 실시 예를 도시한 것이다. 2A and 2B illustrate an embodiment of a BLDC motor to which a motor rotor according to the present invention is applied.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, BLDC 모터는 다수 개의 서로 다른 자극 단위가 둘레 방향을 따라 연속적으로 배치된 링 형상의 모터 로터(10); 모터 로터(10)의 둘레 면에 배치되고, 서로 다른 자극 단위에 대응되는 서로 분리되는 다수 개의 권선(211)으로 이루어진 고정자(21); 및 각각의 권선(211)이 서로 분리되도록 고정자(21)에 결합되는 절연 유닛(23)을 포함하고, 다수 개의 권선(211)의 적어도 일부는 하나의 띠 형상의 고정 프레임(212)에 고정된다. 2A and 2B, a BLDC motor includes a ring-shaped
모터는 제조 공정의 자동화를 위한 조립 로봇에 적용될 수 있지만 이에 제한되지 않고 다양한 용도를 가지는 로봇의 관절 또는 다른 부위에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 모터는 로봇의 경량화, 고출력밀도 및 박막 구조가 가능하도록 하면서 20개 이상의 다극 구조를 가진 중공 구조가 될 수 있다. The motor may be applied to an assembly robot for automation of a manufacturing process, but is not limited thereto and may be applied to a joint or other part of a robot having various uses. The motor according to the present invention can be a hollow structure having more than 20 multi-pole structure while allowing a lightweight, high power density and thin film structure of the robot.
모터 로터(10)는 도 1a 및 도 1b에서 제시된 모터 로터와 동일 또는 유사한 구조가 될 수 있고, 중공 링 형상이 될 수 있다. 모터 로터(10)는 중공 드럼 형상의 고정자(21)의 내부에 배치될 수 있다. 고정자(21)는 모터 로터(10)의 자극이 형성된 부분에 대응되는 위치에 형성된 권선 자극을 포함할 수 있고, 서로 다른 권선 자극은 동일 또는 유사한 형상으로 만들어질 수 있다. 그리고 고정자(21)의 한쪽 부분에 절연 유닛(23)이 결합되어 각각의 권선 자극이 서로 분리되어 절연 상태가 유지되도록 한다. The
도 2b는 도 2a의 조립도를 도시한 것으로 모터 로터(10), 고정자(21) 및 절연 유닛(23)은 모터 케이싱(24)의 내부에 배치될 수 있다. 모터 케이싱(24)은 고정자(21) 및 모터 로터(10)가 고정될 수 있는 적절한 내부 구조를 가질 수 있고, 모터 로터(10)에 예를 들어 감속기와 같은 것이 연결될 수 있다. 도 2b의 아래쪽을 참조하면, 동일 또는 유사한 형상을 가지는 권선(211)이 띠 형상을 가지는 고정 프레임(212)에 결합되어 고정될 수 있다. 고정자(21)의 제조 과정에서 고정 프레임(212)은 선형 띠 형상으로 만들어질 수 있고, 신축성을 가진 절연 소재로 만들어질 수 있다. 고정 프레임(212)은 안쪽 면에 일정 간격으로 다수 개의 권선 코어가 형성되고, 권선 코어는 육면체 또는 실린더 형상이 될 수 있다. 그리고 고정 프레임(212) 및 권선 코어의 한쪽 끝에 고정 편(213a, 213b)이 결합되고, 고정 편(213a, 213b)은 절연 유닛(23)에 형성된 삽입 홀에 결합될 수 있는 구조로 만들어질 수 있다. 권선 코어는 예를 들어 20개 또는 그 이상이 될 수 있고, 선형으로 배열된 상태에서 권선이 될 수 있다. 고정 프레임(212), 권선 코어 및 고정 편(213a, 213b)은 일체로 형성될 수 있고, 고정 프레임(212)은 서로 다른 권선 코어를 결합시키는 다양한 형상으로 만들어질 수 있다. 2B illustrates the assembly diagram of FIG. 2A, in which the
다수 개의 권선 코어에 대하여 동시에 권선이 이루어질 수 있고, 권선이 된 다수 개의 권선 코어는 링 형상으로 만들어지고, 절연 유닛(23)이 결합되어 각각의 권선 자극을 정해진 위치에 고정시킬 수 있다. 예를 들어 권선 코어의 자유로운 끝 부분에 형성된 사각 판 형상의 2 고정 편(213b)이 환형 띠 형상의 절연 유닛(23)에 형성된 삽입 홀에 결합되는 것에 의하여 권선 자극이 서로 분리되어 고정될 수 있다. 그리고 모터 로터(10)가 고정자(21)의 내부에 배치되고, 고정자(21)가 모터 케이싱(24)의 내부에 고정되는 것에 의하여 BLDC 모터가 만들어질 수 있다. 다수 개의 홀 센서가 고정자(21) 또는 다른 적절한 위치에 배치되어 모터 로터(10)의 위치가 탐지될 수 있고, 모터에 예를 들어 감속기와 같은 작동 조절 수단이 결합될 수 있다. A plurality of winding cores may be wound simultaneously, and a plurality of winding cores that have been wound may be made in a ring shape, and the
도 3은 본 발명에 따른 모터가 적용된 구동 모듈의 실시 예를 도시한 것이다. 3 illustrates an embodiment of a drive module to which a motor according to the present invention is applied.
도 3을 참조하면, 구동 모듈은 구동 하우징(31)의 내부에 배치되는 감속 유닛; 감속 유닛에 연결되는 모터(20); 브레이크(32); 모터(20)의 작동 상태를 탐지하는 엔코더(33); 및 홀 센서와 연결되어 로터의 위치를 탐지하는 위치 탐지 유닛(34)을 포함할 수 있다. 구동 하우징(31)은 내부에 수용 공간이 형성된 실린더 형상이 될 수 있고, 한쪽 부분에 로봇의 다른 부분과 연결된 연결 유닛이 결합될 수 있다. 연결 유닛은 구동 하우징(31)의 내부에 배치된 감속기와 연결되고, 감속기는 모터(20)의 중공축과 연결될 수 있다. 모터(20)의 작동은 브레이크(32)에 의하여 제한될 수 있고, 필요에 따라 엔코더(33)의 내부에 작동 신호의 처리를 위한 프로세서가 배치될 수 있다. 또한 위치 탐지 유닛(34)은 모터(20)의 구동을 위한 드라이버를 포함할 수 있다. 엔코더(33)와 위치 탐지 유닛(34)이 원형 기판 형태로 만들어져 구동 하우징(31)의 내부에 배치된 모터(20)의 작동을 제어하도록 구동 하우징(31)의 한쪽 면에 결합될 수 있다. 이와 같은 구조로 인하여 구동 모듈이 소형으로 만들어지면서 저가로 제조될 수 있도록 한다. 또한 이와 같이 만들어진 구동 모듈은 하드웨어의 변경이 없이 로봇의 다양한 위치의 관절에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3, the drive module may include a speed reduction unit disposed inside the
도 4는 본 발명에 따른 모터가 적용된 제조 공정에 적용되는 관절 로봇의 실시 예를 도시한 것이다. Figure 4 illustrates an embodiment of an articulated robot applied to the manufacturing process to which the motor according to the present invention.
도 4를 참조하면, 구동 모듈(42)은 조립 로봇의 서로 다른 작동 부재(41)를 연결하여 조립 로봇의 작동을 제어할 수 있다. 작동 부재(41)의 서로 다른 관절은 동일 또는 유사한 물리적 구조를 가지는 구동 모듈(42)로 형성될 수 있고, 각각의 구동 모듈(42)의 작동의 제어 플랫폼(45)에 의하여 조절될 수 있다. 제어 플랫폼(45)은 구동 설정 패널(44)과 연결될 수 있고, 제어 플랫폼(45)의 작동에 따른 작동이 모니터링 유닛(43)에 표시될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 모터에 의하여 제조된 구동 모듈은 다양한 형태의 로봇 관절에 적용되어 설계 및 조작이 용이하도록 한다. Referring to FIG. 4, the driving
본 발명에 따른 모터 로터는 드럼 형상으로 다수 개의 자극 단위가 연속적으로 배치되어 코깅 수준이 낮아지면서 이와 동시에 인가 전류에 대한 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 이와 같은 구조로 인하여 고효율의 BLDC 모터가 소형으로 제조되는 것이 가능하면서 모터의 제조비용이 감소되도록 한다. 본 발명에 따른 모터는 초저가로 제조될 수 있고, 경량 및 소형으로 만들어지면서 고출력 밀도 특성을 가지는 것에 의하여 초저가 중소 제조 로봇에 적용될 수 있다. In the motor rotor according to the present invention, a plurality of magnetic pole units are continuously disposed in a drum shape, and thus, cogging levels may be lowered, and at the same time, torque ripple with respect to an applied current may be reduced. This structure makes it possible to manufacture a high-efficiency BLDC motor at a small size while reducing the manufacturing cost of the motor. The motor according to the present invention can be manufactured at a very low cost, and can be applied to a very low cost small and medium manufacturing robot by being made lightweight and compact and having high power density characteristics.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. Although the present invention has been described in detail above with reference to the presented embodiments, those skilled in the art may make various modifications and modifications without departing from the technical spirit of the present invention with reference to the presented embodiments. . The invention is not limited by the invention as such variations and modifications but only by the claims appended hereto.
10: 모터 로터 11: 로터 코어
12_1 내지 12_N 및 13_1 내지 13_N: 자극 단위
20: 모터 21: 고정자
23: 절연 유닛 24: 모터 케이싱
31: 구동 하우징 32: 브레이크
33: 엔코더 34: 위치 탐지 유닛
41: 작동 부재 42: 구동 모듈
43: 모니터링 유닛 44: 구동 설정 패널
45: 제어 플랫폼 211: 권선
212: 고정 프레임 213a, 213b: 1, 2 고정 편10: motor rotor 11: rotor core
12_1 to 12_N and 13_1 to 13_N: stimulus unit
20: motor 21: stator
23: insulation unit 24: motor casing
31: drive housing 32: brake
33: encoder 34: position detection unit
41: operating member 42: drive module
43: monitoring unit 44: drive setting panel
45: control platform 211: winding
212: fixed
Claims (1)
로터 코어(11), 로터 코어(11)의 둘레 면에 형성된 다수 개의 N극(12_1 내지 12_N) 및 다수 개의 S극(13_1 내지 13_N)이 연속적으로 배치된 제1, 2 자극 단위 그룹 및 로터 코터(11)와 제1, 2 자극 단위 그룹 사이에 형성된 신축성 코팅 층으로 이루어진 모터 로터(10);
모터 로터(10)의 둘레 면에 배치되고, 서로 다른 자극 단위에 대응되는 서로 분리되는 다수 개의 권선(211)으로 이루어진 고정자(21); 및
각각의 권선(211)이 서로 분리되도록 고정자(21)의 한쪽 부분에 결합되는 환형 띠 형상의 절연 유닛(23)을 포함하고,
다수 개의 권선(211)의 적어도 일부는 하나의 띠 형상의 고정 프레임(212)에 고정되고,
고정 프레임(212) 및 권선 코어의 한쪽 끝에 고정 편(213a, 213b)이 결합되고,다수 개의 권선 코어의 자유로운 끝 부분에 형성된 사각 판 형상의 고정 편(213b)이 환형 띠 형상의 절연 유닛(23)에 형성된 삽입 홀에 결합되어 권선 자극이 서로 분리되어 고정되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.
In brushless direct current (BLDC) motors,
The rotor core 11, the first and second magnetic pole unit groups and the rotor coater in which a plurality of N poles 12_1 to 12_N and a plurality of S poles 13_1 to 13_N formed on the circumferential surface of the rotor core 11 are disposed in succession. A motor rotor 10 composed of an elastic coating layer formed between the 11 and the first and second magnetic pole unit groups;
A stator 21 disposed on a circumferential surface of the motor rotor 10 and composed of a plurality of windings 211 separated from each other corresponding to different magnetic pole units; And
It includes an annular band-shaped insulating unit 23 is coupled to one portion of the stator 21 so that each winding 211 is separated from each other,
At least a part of the plurality of windings 211 is fixed to one band-shaped fixing frame 212,
The fixing frame 212 and the fixing pieces 213a and 213b are coupled to one end of the winding core, and the square plate-shaped fixing piece 213b formed at the free end of the plurality of winding cores is an annular band-shaped insulating unit 23. BLDC motor, characterized in that coupled to the insertion hole formed in the winding magnetic poles are separated from each other and fixed.
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