WO2018164334A1 - 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치 - Google Patents

서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치 Download PDF

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WO2018164334A1
WO2018164334A1 PCT/KR2017/009319 KR2017009319W WO2018164334A1 WO 2018164334 A1 WO2018164334 A1 WO 2018164334A1 KR 2017009319 W KR2017009319 W KR 2017009319W WO 2018164334 A1 WO2018164334 A1 WO 2018164334A1
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WO
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transmission
gear
servo motor
shift
unit
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PCT/KR2017/009319
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English (en)
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Inventor
오세종
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세종뉴텍 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status

Definitions

  • the present invention relates to a transmission connected to a servo motor and a power unit including a servo motor and a transmission, and more particularly, a transmission connected to a servo motor for shifting transmission of power of the servo motor to an output side, and a servo motor and a transmission. It relates to a power unit.
  • Power units using servomotors are used in a variety of devices. For example, it is used for driving packs of robots, motor cylinders, servo presses and nut runners.
  • the conventional power unit using the servo motor is fixed in the reduction ratio, it is difficult to effectively respond when the conversion to high power or high speed operation is required.
  • the robots can move goods or perform work at the set reduction ratio and speed.
  • the user may arbitrarily adjust the output of the robot each time, or another mechanism for additional work may be required. There is discomfort that can be.
  • the present invention is to solve the above-described problems, an object of the present invention is to enable to prevent the malfunction or deviation from the working position occurs during automatic shifting operation for output adjustment to exhibit an efficient work stability It is to provide a power unit having a servo motor and a transmission.
  • Another object of the present invention in connection with the above object is to provide a transmission in connection with a servomotor which prevents some of the gears transmitting or receiving power during the shifting operation for output adjustment from being temporarily free of rotation. It is for.
  • the power unit having a servo motor and a transmission includes a servo motor;
  • the shifting operation is performed in a state in which the driving shaft and the planetary gear portion are positioned at the shift positions set at the same time when the driving shaft is connected to the servomotor, the planetary gear portion connected to the driving shaft, and the servomotor is stopped for the shifting operation.
  • a transmission including a transmission gear unit and an actuator for operating the transmission gear unit;
  • a driving unit provided from the servo motor via the transmission;
  • a control unit for controlling the operation of the servomotor, the transmission, and the driving unit.
  • the planetary gear unit includes a sun gear provided at one end of the drive shaft, a plurality of planetary gears meshed with the outer circumference of the sun gear, and a ring gear simultaneously engaged with the plurality of planetary gears at the outer circumference of the plurality of planetary gears;
  • the planetary gears may include a carrier coupled to the planetary gears simultaneously and rotated by the planetary gears, and an output shaft configured to output rotational power of the carrier to the outside.
  • the ring gear has a gear that meshes with the plurality of planetary gears on an inner circumferential surface, and at least one first coupling groove formed on an outer circumferential surface thereof; It includes a connecting portion is formed with a second coupling groove, the shift gear unit may include a first coupling protrusion and the second coupling protrusion selectively coupled to the first coupling groove and the second coupling groove.
  • the shift gear part is key-coupled to the drive shaft to be rotatable with the drive shaft, and is provided to be slid along the drive shaft, the first sliding portion having the first coupling protrusion formed thereon, the shaft being supported in parallel with the drive shaft, and at one end thereof.
  • a second sliding part having a shift bar for supporting the outer circumference of the first sliding part is formed to enable the rotation and axial movement of the first sliding part, and the second coupling protrusion is selectively coupled to the second coupling groove at the other end. It can be provided.
  • the distance between one end of the first coupling protrusion and the end facing the first coupling protrusion of the second coupling protrusion may be smaller than the distance between the inlet end of the first coupling groove and the inlet end of the second coupling protrusion. Can be.
  • the shift gear unit may include a shift position indicating unit for indicating a shift position, and a shift position sensor for sensing a position of the shift position indicator unit may be provided near the shift gear unit.
  • At least one position detection sensor for detecting the position of the transmission gear unit may be provided.
  • the transmission connected to the servomotor according to the present invention includes a drive shaft; A planetary gear part connected to the drive shaft; A shift gear unit configured to perform a shift operation in a state in which the drive shaft and the planetary gear unit are located at a shift position set at the same time when the shift operation is performed; An actuator for operating the shift gear portion is provided.
  • the planetary gear unit includes a sun gear provided at one end of the drive shaft, a plurality of planetary gears meshed with the outer circumference of the sun gear, and a ring gear simultaneously engaged with the plurality of planetary gears at the outer circumference of the plurality of planetary gears;
  • the planetary gears may include a carrier coupled to the planetary gears simultaneously and rotated by the planetary gears, and an output shaft configured to output rotational power of the carrier to the outside.
  • the ring gear has a gear that meshes with the plurality of planetary gears on an inner circumferential surface, and at least one first coupling groove formed on an outer circumferential surface thereof; It may include a connecting portion formed with a second coupling groove.
  • the shift gear unit may include a first coupling protrusion and a second coupling protrusion selectively coupled to the first coupling groove and the second coupling groove.
  • the shift gear part is key-coupled to the drive shaft to be rotatable with the drive shaft, and is provided to be slid along the drive shaft, the first sliding portion having the first coupling protrusion formed thereon, the shaft being supported in parallel with the drive shaft, and at one end thereof.
  • a second sliding part having a shift bar for supporting the outer circumference of the first sliding part is formed to enable the rotation and axial movement of the first sliding part, and the second coupling protrusion is selectively coupled to the second coupling groove at the other end. It can be provided.
  • the distance between one end of the first coupling protrusion and the end facing the first coupling protrusion of the second coupling protrusion may be smaller than the distance between the inlet end of the first coupling groove and the inlet end of the second coupling protrusion. Can be.
  • the shift gear unit may include a shift position indicating unit for indicating a shift position, and a shift position sensor for sensing a position of the shift position indicator unit may be provided near the shift gear unit.
  • At least one position detection sensor for detecting the position of the transmission gear unit may be provided.
  • the transmission device and the power unit including the servo motor and the transmission connected to the servo motor according to the present invention to precisely control the operation by using the servo motor and to enable a high output operation through the shift if necessary, the device during the shift operation
  • This can improve the operational stability and efficiency of other industrial automation devices that use servomotors such as robot drive packs, motor cylinders, servo presses, nut runners, etc. to prevent malfunctions and position deviations. .
  • FIG. 1 is a block diagram of a power unit according to an embodiment of the present invention and including a servomotor and a transmission.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a transmission portion of a power unit according to an embodiment of the present invention and having a servo motor and a transmission.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing main parts of a transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a high output operation state of the transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a shift operation of a transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a high speed operating state of the transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the transmission connected to the servomotor described below and the power unit including the servomotor and the transmission may be implemented in various industrial automation devices such as robot drive packs, motor cylinders, servo presses, nut runners, and the like. It can be implemented with reference to the embodiments of the present invention described below within the scope of the technical idea of the present invention.
  • a power unit according to an exemplary embodiment of the present invention includes a servo motor 20, a transmission 100, and a driving unit 30, and a servo motor 20, a transmission 100, and a driving unit 30.
  • the control unit 10 for controlling the operation of the).
  • control unit 10 uses the signals provided from the first position detecting sensor 103, the second position detecting sensor 104, and the shift position detecting sensor 106 from the transmission 100. Control the operation of
  • FIG. 2 is a view showing a cross-sectional configuration of a transmission portion in a power unit according to an embodiment of the present invention and having a servo motor and a transmission
  • FIG. 3 is an exploded view showing the main parts of the transmission according to the embodiment of the present invention. Perspective view.
  • the configuration of the transmission 100 is illustrated in a cross-sectional view.
  • One side of the transmission 100 is axially coupled to the servo motor 20, and the other side of the transmission 100 is axially coupled to the power unit.
  • the power unit may be implemented as a robot drive pack, a motor cylinder, a servo press, a nut runner, and the like, and the transmission 100 is coupled to an axis providing power to the power unit.
  • the configuration of this power unit is not described in detail.
  • Power units such as robot drive packs, motor cylinders, servo presses, nut runners are generally known in the art, and coupling such power units to the transmission 100 in accordance with embodiments of the present invention is also well known in the art. It can be easily carried out by an average person.
  • the transmission 100 has a housing 102 forming an appearance.
  • the drive shaft 110 is exposed and coupled to the servo motor 20.
  • the bearing 105 is installed at a position through the housing 102 of the drive shaft 110.
  • the actuator 101 is installed above the housing 102.
  • the actuator 101 includes an axis extending through the housing 102 and into the housing 102. This axis can be driven in the left and right directions on the drawing.
  • the actuator 101 may be implemented by pneumatic, hydraulic or motor.
  • the planetary gear unit 120 is provided at the right end of the drive shaft 110 coupled to the servomotor 20 and extending into the housing 102.
  • the planetary gear unit 120 is installed at the right end of the drive shaft 110.
  • a sun gear 121 that rotates together with the drive shaft 110, and a plurality of planetary gears 122 positioned around the sun gear 121.
  • the planetary gears 122 are simultaneously engaged with the outer circumference of the sun gear 121.
  • These planetary gears 122 are each provided on the carrier 124 at equal intervals by the planetary gear support shaft 122a, and the planetary gears 122 are freely rotated by the planetary gear support shaft 122a. It is installed. That is, a ball bearing or an oilless bearing may be installed between the outer circumference of the planetary gear support shaft 122a and the inner circumference of the planetary gear 122.
  • Ring gears 123 are provided on the outer circumference of the planetary gears 122.
  • the ring gear 123 is provided in a form surrounding the outer circumference of the planetary gears 122, and a gear part 123c having a gear surface engaged with the planetary gear 122 on the inner circumference thereof and the drive shaft 110 in the gear 123c. And a connecting portion 123a having a smaller diameter than the gear portion 123c.
  • the bearing 105 is installed at at least one position in contact with the outer circumference of the drive shaft 110 of the ring gear 123.
  • At least one first coupling groove 123b is formed at an outer circumference of the connecting portion 123a of the ring gear 123.
  • a plurality of first coupling grooves 123b are formed, but in another embodiment, one or more first coupling grooves 123b may be formed.
  • each of the first coupling grooves 123b may be positioned at equal intervals on the outer circumference of the connecting portion 123a.
  • the gear surface is formed on the inner circumference of the gear portion 123c of the ring gear 123.
  • At least one second coupling groove 123d is formed on the outer circumference of the gear unit 123c in the same number as the first coupling groove 123b and at the same angular position.
  • the first coupling groove 123b has an open left end
  • the second coupling groove 123d has both left and right ends open, but if necessary, only the right end may be opened.
  • the fastening protrusions which will be described later, enter the opposite ends to enter the opposite ends.
  • the shift gear part 140 for the shift operation is provided outside the planetary gear part 120.
  • the shift gear part 140 includes a first sliding part 141 which is fastened and separated from the connection part 123a of the ring gear 123, and is also fastened and separated from the gear part 123c of the ring gear 123.
  • the second sliding part 142 is included.
  • the second sliding unit 142 is connected to the actuator 101 to receive power from the actuator 101 to linearly move.
  • the shift gear unit 140, the first sliding unit 141 of the shift gear unit 140 is formed in a substantially cylindrical shape, is inserted into the outer circumference of the drive shaft 110, and formed on the drive shaft 110.
  • the key groove 141a coupled to the key protrusion 111 is formed on the inner circumferential surface thereof. Accordingly, the first sliding part 141 is slidable along the longitudinal direction of the drive shaft 110, and is always rotated together with the drive shaft 110.
  • a circular annular support groove 141b is formed on the outer circumferential surface of the first sliding portion 141, and an inner circumference of the first sliding portion 141 is formed with a left portion and a key groove in which the key groove 141a described above is formed.
  • 141a is divided into a right side portion which is not formed, and the right side portion is provided in a stepped shape with an inner diameter extending from the left side portion.
  • At least the first coupling protrusion 141c is formed in the stepped portion.
  • the first coupling protrusion 141c is coupled to the first coupling groove 123b provided in the connecting portion 123a of the ring gear 123 when the shifting operation is performed. That is, the first coupling protrusion 141c is fastened or separated from the first coupling groove 123b by sliding in the left and right directions of the first sliding portion 141.
  • the second sliding part 142 is slidably moved in the lateral direction by the actuator 101 in a state in which the second sliding part 142 is axially supported by the support shaft 142a having both ends supported inside the housing 102 so as to be slidably driven in the left and right directions. It is composed.
  • the left end of the second sliding part 142 includes a shift bar 142b extending downward toward the first sliding part 141 to be partially inserted into and supported in the support groove 141b of the first sliding part 141. .
  • the ends of the shift bar 142b are bent to both sides so that each end is partially inserted into both sides of the support groove 141b.
  • a second coupling protrusion 142c protruding downward is formed at the right end of the second sliding part 142.
  • the second coupling protrusion 142c is fastened or separated from the second coupling groove 123d by driving in the left and right directions of the second sliding part 142.
  • first position detecting sensor 103 and the second position detecting sensor 104 are provided outside the left and right portions of the second sliding part 142.
  • the first position detecting sensor 103 and the second position detecting sensor 104 detect an operating position of the second sliding unit 142 and transmit a signal for an operating state to the control unit 10.
  • the gap D2 between the right end of the first coupling protrusion 141c and the left end facing the first coupling protrusion 141c of the second coupling protrusion 142c is the inlet end of the first coupling groove 123b and the first edge. It is formed smaller than the interval (D1) between the inlet end (123d) of the two engaging groove. That is, it is comprised so that it may become "D1> D2" (refer FIG. 5). Therefore, the transmission gear unit 140 always supports the planetary gear unit 120 through the first coupling groove 123b or the second coupling groove 123d so that the planetary gear unit 120 and the driving shaft 110 may shift the transmission gear unit 140. The rotation is prevented from being free during the operation for shifting
  • the shift position sensor 106 may be provided for accurate shift position determination for the shift operation.
  • the shift position sensor 106 may be installed at the lower portion of the housing 102 so as to accurately determine the position of the first coupling groove 123b.
  • a separate shift position indicating unit 141d may be formed on the outer circumference of the connection part 123a to identify the position by the shift position detecting sensor 106.
  • the shift position detecting sensor 106 may be implemented as a proximity sensor or an optical sensor, and the shift position indicating unit 141d may be implemented as a groove, a projection, or a light receiving sensor.
  • the angle detection function of the servomotor 20 and the encoder may be used without using the shift position sensor 106 described above for determining the shift position.
  • the encoder of the servomotor 20 may be used to detect angle data in one revolution and the amount of movement at the origin according to the operation of the transmission 100. Therefore, the encoder can detect the exact position of the first coupling groove 123b.
  • FIG 4 is a view for explaining a high output operation state of the transmission according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a view for explaining a shift operation of the transmission according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is an embodiment of the present invention It is a figure for demonstrating the high speed operation state of the transmission which concerns on an example.
  • the initial state of the power unit according to the embodiment of the present invention may be any one of a state in which a high speed operation, a high output operation, or a shift gear shifting operation for shifting.
  • the high output state is an operation in which the transmission 100 decelerates the speed provided by the servomotor 20 to exert a high output torque.
  • the actuator 101 moves the shift gear part 140 to the left side of the drawing.
  • the first sliding part 141 is slidably moved along the driving shaft 110 to the left side, so that the first coupling protrusion 141c and the first coupling groove 123b are separated.
  • the second coupling protrusion 142c of the second sliding part 142 is inserted into and coupled to the second coupling groove 123d of the ring gear 123.
  • the controller 10 may recognize that the high output mode state is ready.
  • the rotational power of the drive shaft 110 is transmitted to the plurality of planetary gears 122 through the sun gear 121, the planetary gears 122 rotate around the sun gear 121 while rotating, the idle at this time Therefore, the carrier 124 rotates at a rotational speed smaller than the rotational speed of the sun gear 121. And the output shaft 130 is rotated by the rotation of the carrier 124, the rotational speed of the drive shaft 110 is transmitted through the planetary gear portion 120 is decelerated and transmitted, so high output power transmission is achieved by a relatively high torque.
  • the shift gear unit 140 performs an operation for shifting.
  • 5 is a view for explaining a shift operation of a transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the shift gear unit 140 slides by the actuator 101 to progress the shift.
  • the first coupling protrusion 141c and the second coupling protrusion 142c of the transmission gear unit 140 are simultaneously in the first coupling groove 123b and the second coupling groove 123d of the planetary gear unit 120. It is coupled to restrain the planetary gear portion 120 and the shift gear portion 140 at the same time.
  • the driving shaft 110 and the output shaft 130 remain fixed so as not to rotate themselves. Therefore, it is possible to maintain a stable position of the drive even if the shift is made during operation.
  • the gap D2 between the right end of the first coupling protrusion 141c and the left end facing the first coupling protrusion 141c of the second coupling protrusion 142c is defined by the inlet end of the first coupling groove 123b. This is possible because it is formed smaller than the interval D1 between the inlet end 123d of the second coupling groove.
  • any one of the first coupling protrusion 141c and the first coupling groove 123b or the second coupling protrusion 142c and the second coupling groove 123d is always coupled. Keep it. If the first coupling protrusion 141c, the first coupling groove 123b, the second coupling protrusion 142c, and the second defect groove 123d are all decoupled, the driving shaft 110 and the output shaft 130 Although it may be directly connected to the external load or external force applied to the output shaft 130 as it is, the driving device may be idle.
  • the first coupling protrusion 141c, the first coupling groove 123b, and either one of the second coupling protrusion 142c and the second coupling groove 123d are shifted by maintaining the state of engagement at all times. This can be done stably.
  • the position detection of the first coupling groove 123b and the second coupling groove 123d for shifting is determined by the shift position detecting sensor 106 detecting the position of the shift position indicating unit 141d of the planetary gear unit 120.
  • the shift position indicating unit 141d may be formed on the same axis as the position where the first coupling groove 123b is installed. Therefore, when it is determined that the shift is necessary in the control unit 10 and the shift position indicating unit 141d detects the shift position sensor 106 for the first time, the shift position may be determined as the shift position.
  • the synchronization position may be found using a pulse signal generated by the encoder of the servomotor 20, and the synchronization position may be found by periodically setting the home position.
  • FIG. 6 is a view for explaining a high speed operating state of the transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the first coupling protrusion 141c is coupled to the first coupling groove 123b to allow the first sliding part ( 141 and the connecting portion 123a of the planetary gear unit 120 are coupled.
  • the second coupling protrusion 142c is completely separated from the second coupling groove 123d, and consequently, the ring gear 123 of the planetary gear unit 120 is rotatable together with the drive shaft 110.
  • the controller 10 determines that the shift to the high speed output state is completed as the first position sensor 103 and the second position sensor 104 detect the position of the second sliding unit 142.
  • the high speed output command is transmitted to the servomotor 20.
  • the transmission connected to the servomotor and the power unit including the servomotor and the transmission allow precise operation to be controlled by using the servomotor and enable shifting and high output operation when necessary.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 변속기는 서보모터와 연결된 구동축과, 상기 구동축과 연결되는 유성기어부와, 상기 서보모터가 정지한 상태에서 변속을 위한 동작시에 상기 구동축과 상기 유성기어부가 동시에 설정된 변속 위치에 위치한 상태로 변속 동작이 이루어지도록 하는 변속 기어부와, 상기 변속 기어부를 동작시키는 액츄에이터를 구비하는 것으로, 이러한 본 발명에 따른 변속기는 서보모터를 이용하여 정밀하게 동작이 제어되도록 하며 필요시 변속을 통한 고출력 동작이 가능하도록 하고, 변속 동작 시에 장치의 오동작 및 위치 이탈이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하여 로봇 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스, 너트 러너 등 서보모터를 사용하는 기타의 산업 자동화 장치들의 동작 안정성과 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치
본 발명은 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서보모터의 동력을 출력 측으로 변속 전달하는 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치에 관한 것이다.
서보모터를 이용한 동력장치는 다양한 장치들에 사용된다. 예를 들어 로봇의 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스, 너트 러너 등에 사용된다. 그런데 종래의 서보 모터를 이용한 동력장치는 감속비가 고정되어 있어서, 고출력 또는 고속 동작으로 변환이 필요할 때 효과적인 대응이 어렵다.
통상적으로 산업용 로봇들이 가벼운 중량의 물건을 이송하거나 또는 낮은 토크가 요구되는 작업을 하는 경우 설정된 감속비와 속도로 동작하여 물건을 이송하거나 작업을 수행 할 수 있다. 하지만 상대적으로 무거운 중량의 물건을 이송해야 하는 경우 또는 높은 토크의 작업이 요구되는 경우에 그때마다 로봇의 출력을 사용자가 임의로 조절하여야 하는 문제점이 발생할 수 있고, 또는 추가적인 작업을 위한 다른 기계장치가 요구될 수 있는 불편함이 있다.
또한 물건을 이송하는 중에 출력 조절이 필요할 수 있는데, 이러한 상황이 발생하면 로봇은 이전까지의 동작 상태 및 위치를 유지한 상태에서 출력 변동을 진행하여야 하므로 무거운 물건을 이송중이거나 또는 동력장치 자체의 하중으로 인하여 변속 동작시 오동작이나 위치 이탈이 발생할 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 출력 조절을 위한 자동 변속 동작시에 오동작 또는 작업 위치에서의 이탈이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하여 효율적인 작업 안정성을 발휘할 수 있도록 한 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 다른 목적은 출력 조절을 위한 변속 동작시에 동력을 전달하거나 전달받는 기어들의 일부가 일시적으로 회전이 자유로운 상태가 되는 것을 방지하도록 한 서보모터와 연결되는 변속기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치는 서보모터; 상기 서보모터와 연결된 구동축과, 상기 구동축과 연결되는 유성기어부와, 상기 서보모터가 정지한 상태에서 변속을 위한 동작시에 상기 구동축과 상기 유성기어부가 동시에 설정된 변속 위치에 위치한 상태로 변속 동작이 이루어지도록 하는 변속 기어부와, 상기 변속 기어부를 동작시키는 액츄에이터를 구비하는 변속기; 상기 서보모터로부터 상기 변속기를 거쳐서 제공되는 구동부; 상기 서보모터와 상기 변속기 그리고 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 유성기어부는 상기 구동축의 일단에 구비된 태양기어와, 상기 태양기어의 외주에 치합되는 복수개의 유성기어와, 상기 복수개의 유성기어들의 외주에 상기 복수개의 유성기어들과 동시에 치합된 링기어와, 상기 복수개의 유성기어들이 동시에 결합되어 상기 유성기어들에 의하여 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 동력을 외부로 출력하는 출력축을 구비할 수 있다.
상기 링기어는 내주면에 복수개의 상기 유성기어들과 치합하는 기어가 형성되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 제 1결합홈이 형성된 기어부와, 상기 기어부에서 상기 구동축 방향으로 연장되며 외주면에 적어도 하나 이상의 제 2결합홈이 형성된 연결부를 포함하고, 상기 변속 기어부는 상기 제 1결합홈과 상기 제 2결합홈에 선택적으로 결합되는 제 1결합돌기와 제 2결합돌기를 구비할 수 있다.
상기 변속 기어부는 상기 구동축에 키 결합되어 상기 구동축과 함께 회전 가능하고, 상기 구동축을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제 1결합돌기가 형성된 제 1슬라이딩부와, 상기 구동축과 평행하게 축 지지되며 일단에 상기 제 1슬라이딩부의 회전과 축방향 이동이 가능하게 상기 제 1슬라이딩부의 외주를 지지하는 시프트 바가 형성되고, 타단에 상기 제 2결합홈과 선택적으로 결합되는 상기 제 2결합돌기가 형성된 제 2슬라이딩부를 구비할 수 있다.
상기 제 1결합돌기의 일단과 상기 제 2결합돌기의 상기 제 1결합돌기와 마주하는 단부 사이의 간격은 상기 제 1결합홈의 입구단과 상기 제 2결합홈의 입구단 사이의 간격보다 작도록 구비될 수 있다.
상기 변속 기어부에는 변속 위치를 지시하는 변속위치 지시부가 구비되고, 상기 변속 기어부의 인근에는 상기 변속위치 지시부의 위치를 감지하는 변속위치 감지센서가 구비될 수 있다.
상기 변속 기어부의 위치를 감지하는 적어도 하나 이상의 위치감지센서를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 서보모터와 연결되는 변속기는 구동축과; 상기 구동축과 연결되는 유성기어부와; 변속을 위한 동작시에 상기 구동축과 상기 유성기어부가 동시에 설정된 변속 위치에 위치한 상태로 변속 동작이 이루어지도록 하는 변속 기어부와; 상기 변속 기어부를 동작시키는 액츄에이터를 구비한다.
상기 유성기어부는 상기 구동축의 일단에 구비된 태양기어와, 상기 태양기어의 외주에 치합되는 복수개의 유성기어와, 상기 복수개의 유성기어들의 외주에 상기 복수개의 유성기어들과 동시에 치합된 링기어와, 상기 복수개의 유성기어들이 동시에 결합되어 상기 유성기어들에 의하여 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 동력을 외부로 출력하는 출력축을 구비할 수 있다.
상기 링기어는 내주면에 복수개의 상기 유성기어들과 치합하는 기어가 형성되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 제 1결합홈이 형성된 기어부와, 상기 기어부에서 상기 구동축 방향으로 연장되며 외주면에 적어도 하나 이상의 제 2결합홈이 형성된 연결부를 포함할 수 있다.
상기 변속 기어부는 상기 제 1결합홈과 상기 제 2결합홈에 선택적으로 결합되는 제 1결합돌기와 제 2결합돌기를 구비할 수 있다.
상기 변속 기어부는 상기 구동축에 키 결합되어 상기 구동축과 함께 회전 가능하고, 상기 구동축을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제 1결합돌기가 형성된 제 1슬라이딩부와, 상기 구동축과 평행하게 축 지지되며 일단에 상기 제 1슬라이딩부의 회전과 축방향 이동이 가능하게 상기 제 1슬라이딩부의 외주를 지지하는 시프트 바가 형성되고, 타단에 상기 제 2결합홈과 선택적으로 결합되는 상기 제 2결합돌기가 형성된 제 2슬라이딩부를 구비할 수 있다.
상기 제 1결합돌기의 일단과 상기 제 2결합돌기의 상기 제 1결합돌기와 마주하는 단부 사이의 간격은 상기 제 1결합홈의 입구단과 상기 제 2결합홈의 입구단 사이의 간격보다 작도록 구비될 수 있다.
상기 변속 기어부에는 변속 위치를 지시하는 변속위치 지시부가 구비되고, 상기 변속 기어부의 인근에는 상기 변속위치 지시부의 위치를 감지하는 변속위치 감지센서가 구비될 수 있다.
상기 변속 기어부의 위치를 감지하는 적어도 하나 이상의 위치감지센서를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치는 서보모터를 이용하여 정밀하게 동작이 제어되도록 하며 필요시 변속을 통한 고출력 동작이 가능하도록 하고, 변속 동작 시에 장치의 오동작 및 위치 이탈이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하여 로봇 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스, 너트 러너 등 서보모터를 사용하는 기타의 산업 자동화 장치들의 동작 안정성과 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치에서 변속기 부분의 단면 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 주요 부분을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 고출력 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 변속 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 고속 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 설명하는 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치는 로봇 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스, 너트 러너 등 각종 산업 자동화 장치에 실시될 수 있으며, 또한 다른 유사한 기술 분야에 본 발명의 기술적 사상의 범주 이내애서 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에 참조하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치의 블록 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 동력장치는 서보모터(20), 변속기(100) 그리고 구동부(30)를 구비하고, 서보모터(20)와 변속기(100) 그리고 구동부(30)의 동작을 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
또한 제어부(10)는 변속기(100)로부터 제 1위치감지센서(103), 제 2위치감지센서(104) 그리고 변속위치 감지센서(106)로부터 제공되는 신호를 이용하여 변속 동작을 위한 액츄에이터(101)의 동작을 제어한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치에서 변속기 부분의 단면 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 주요 부분을 도시한 분해 사시도이다.
도 2에서는 변속기(100)의 구성을 단면도로 나타내고 있는데, 변속기(100)의 일측은 서보모터(20)와 축 결합되어 있고, 변속기(100)의 타측은 동력장치에 축 결합으로 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에서 동력장치는 로봇 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스, 너트 러너 등으로 실시될 수 있고, 변속기(100)는 이 동력장치에 동력을 제공하는 축에 결합된다. 본 실시예에서는 이 동력장치에 대한 구성을 자세하게 설명하지 않고 있으나. 로봇 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스, 너트 러너와 같은 동력장치는 해당 분야에서 일반적으로 공지된 기술이고, 이러한 동력장치를 본 발명의 실시예에 따른 변속기(100)에 결합하는 것 또한 당해 분야의 평균적 기술자가 용이하게 실시할 수 있다.
이하에서는 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 변속기(100)는 외관을 형성하는 하우징(102)을 구비한다. 하우징(102)의 좌측으로는 구동축(110)이 노출되어 서보모터(20)와 축 결합된다. 그리고 구동축(110)의 하우징(102) 관통 위치에는 베어링(105)이 설치된다.
하우징(102)의 상부에는 액츄에이터(101)가 설치된다. 이 액츄에이터(101)는 하우징(102)을 관통하여 하우징(102) 내부로 연장된 축을 포함한다. 이 축은 도면상의 좌우 방향으로 구동할 수 있도록 되어 있다. 본 발명의 실시예에서 액츄에이터(101)는 공압, 유압 또는 모터 등으로 실시될 수 있다.
한편, 서보모터(20)와 결합되어 하우징(102) 내부로 연장된 구동축(110)의 우측 끝단에는 유성기어부(120)가 구비된다, 유성기어부(120)는 구동축(110)의 우측 끝단에 설치되어 구동축(110)과 함께 회전하는 태양기어(121)와, 태양기어(121)의 주변에 위치하는 복수개의 유성기어(122)를 구비한다. 유성기어(122)들은 태양기어(121)의 외주에 동시에 치합되어 있다.
이들 유성기어(122)들은 각각이 유성기어 지지축(122a)에 의하여 등 간격으로 캐리어(124)에 설치되고, 이 유성기어 지지축(122a)에 의하여 각각의 유성기어(122)는 회전이 자유롭게 설치되어 있다. 즉, 유성기어 지지축(122a)의 외주와 유성기어(122)의 내주 사이에는 볼 베어링 또는 오일리스 베어링이 설치될 수 있다.
유성기어(122)들의 외주에는 링기어(123)가 구비된다. 링기어(123)는 유성기어(122)들의 외주를 감싸는 형태로 구비되며, 내주에 유성기어(122)와 치합하는 기어면이 형성된 기어부(123c)와 이 기어부(123c)에서 구동축(110)을 향하여 연장되며 직경이 기어부(123c)에 비하여 작아진 형태의 연결부(123a)를 구비한다. 그리고 링기어(123)의 구동축(110)의 외주와 접하는 적어도 하나 이상의 위치에는 베어링(105)이 설치된다.
링기어(123)의 연결부(123a) 외주에는 적어도 하나 이상의 제 1결합홈(123b)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 제 1결합홈(123b)을 다수개 형성하였지만, 다른 실시예로 제 1결합홈(123b)은 하나 이상 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제 1결합홈(123b)을 복수개로 형성하는 경우 제 1결합홈(123b) 각각은 연결부(123a)의 외주에 등 간격으로 위치하도록 할 수 있다.
링기어(123)의 기어부(123c)의 내주에는 기어면이 형성되어 있지만. 기어부(123c)의 외주에는 제 1결합홈(123b)과 동일 수이며, 동일한 각도 위치에 적어도 하나 이상의 제 2결합홈(123d)이 형성되어 있다.
그리고 제 1결합홈(123b)은 좌측 단부가 개방되어 있고, 제 2결합홈(123d)은 좌우측 단부가 모두 개방되어 있는데, 필요한 경우 우측 단부만을 개방할 수 있다. 그리고 이 개방된 단부로 후술할 체결돌기들이 서로 반대하는 방향으로 진입하여 체결되도록 되어 있다.
다음으로 변속 동작을 위한 변속 기어부(140)가 유성 기어부(120)의 외측에 구비된다. 이 변속 기어부(140)는 링기어(123)의 연결부(123a)와 체결 및 분리되는 제 1슬라이딩부(141)를 포함하고, 또한 링기어(123)의 기어부(123c)와 체결 및 분리되는 제 2슬라이딩부(142)를 포함한다. 그리고 제 2슬라이딩부(142)는 액츄에이터(101)에 연결되어 액츄에이터(101)로부터 동력을 전달 받아서 직선 운동한다.
보다 구체적으로 변속 기어부(140)를 설명하면, 변속 기어부(140)의 제 1슬라이딩부(141)는 대략 원통 형상으로 형성되어 구동축(110)의 외주에 삽입되며, 구동축(110)에 형성된 키돌기(111)와 결합되는 키홈(141a)이 내주면에 형성되어 있다. 따라서 제 1슬라이딩부(141)는 구동축(110)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하고, 또한 구동축(110)과 함께 항상 회전하도록 되어 있다.
그리고 제 1슬라이딩부(141)의 외주면에는 외주를 따라 연장 형성된 원형 고리 형상의 지지홈(141b)이 형성되고, 제 1슬라이딩부(141)의 내주는 전술한 키홈(141a)이 형성된 좌측부와 키홈(141a)이 형성되지 않은 우측부로 구분되고, 우측부는 내경이 좌측부보다 확장되어 단차진 형상으로 구비된다. 이 단차진 부분에 적어도 제 1결합돌기(141c)가 형성된다. 이 제 1결합돌기(141c)는 변속 동작 수행 시에 링기어(123)의 연결부(123a)에 구비된 제 1결합홈(123b)에 결합된다. 즉, 제 1결합돌기(141c)는 제 1슬라이딩부(141)의 좌우 방향으로의 슬라이딩 동작에 의하여 제 1결합홈(123b)과 체결 또는 분리된다.
다음으로 제 2슬라이딩부(142)는 좌우 방향으로 슬라이딩 구동 가능하도록 하우징(102) 내부에 양단이 지지된 지지축(142a)에 축 지지된 상태에서 액츄에이터(101)에 의하여 좌우 방향으로 슬라이딩 동작하도록 구성된다. 그리고 제 2슬라이딩부(142)의 좌측단에는 제 1슬라이딩부(141) 측으로 하향 연장되어 제 1슬라이딩부(141)의 지지홈(141b)에 일부 삽입되어 지지되는 시프트 바(142b)를 구비한다. 시프트 바(142b)의 끝단은 양측으로 굴곡지게 분기되어 지지홈(141b)의 양측에 각 단부가 일부 삽입되도록 형성된다.
그리고 제 2슬라이딩부(142)의 우측단에는 하향 돌출한 제 2결합돌기(142c)가 형성된다. 이 제 2결합돌기(142c)는 제 2슬라이딩부(142)의 좌우측 방향으로의 구동에 의하여 제 2결합홈(123d)과 체결 또는 분리된다.
또한, 제 2슬라이딩부(142)의 좌측과 우측부의 외측에는 제 1위치감지센서(103)와 제 2위치감지센서(104)가 설치된다. 이 제 1위치감지센서(103)와 제 2위치감지센서(104)가 제 2슬라이딩부(142)의 동작 위치를 감지하여 제어부(10)에 동작 상태에 대한 신호를 전달한다.
한편, 제 1결합돌기(141c)의 우측단과 제 2결합돌기(142c)의 제 1결합돌기(141c)와 마주하는 좌측단 사이의 간격(D2)은 제 1결합홈(123b)의 입구단과 제 2결합홈의 입구단(123d) 사이의 간격(D1)보다 작게 형성된다. 즉, "D1 > D2"가 되도록 구성되어 있다(도 5 참조). 따라서 변속 기어부(140)는 유성기어부(120)를 제 1결합홈(123b) 또는 제 2결합홈(123d)을 통하여 항상 지지하여 유성기어부(120)와 구동축(110)이 변속 기어부 (140)의 변속을 위한 동작 중에 회전이 자유로운 상태가 되는 것을 방지한다.
한편, 변속 동작을 위한 정확한 변속 위치 판단을 위하여 변속위치 감지센서(106)가 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 변속위치 감지센서(106)는 제 1결합홈(123b)의 위치를 정확히 판단할 수 있도록 하우징(102)의 하부에 설치될 수 있다. 그리고 변속위치 감지센서(106)의 감지에 의한 위치 식별을 위하여 연결부(123a)의 외주에 별도의 변속위치 지시부(141d)를 형성할 수 있다. 변속위치 감지센서(106)는 근접센서 또는 광센서로 실시될 수 있고, 변속위치 지시부(141d)는 홈, 돌기 또는 수광센서 등으로 실시될 수 있다.
그리고 변속 위치 판단을 위하여 전술한 변속위치 감지센서(106)를 사용하지 않고, 서보모터(20)와 엔코더의 각도 검출 기능을 이용할 수 있다. 서보모터(20)의 엔코더는 변속기(100)의 동작에 따라 1회전내의 각도 데이터의 검출과 원점에서의 이동량을 검출하는데 사용될 수 있다. 따라서 이 엔코더를 이용하여 제 1결합홈(123b)의 정확한 위치를 감지할 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치의 작용에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 고출력 동작 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 변속 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 고속 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 동력장치의 최초 상태는 고속 동작, 고출력 동작 또는 변속을 위한 변속기어의 변속 동작 중인 상태 중에서 어느 하나의 상태일 수 있다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 변속기(100)의 고출력 동작 상태에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시예에서 고출력 상태는 변속기(100)가 서보모터(20)에서 제공되는 속도를 감속하여 높은 출력 토오크를 발휘하도록 하는 동작이다.
이를 위하여 액츄에이터(101)는 변속 기어부(140)를 도면상의 좌측으로 이동시킨다. 이에 따라 제 1슬라이딩부(141)는 좌측으로 구동축(110)을 따라 슬라이딩 이동하여 제 1결합돌기(141c)와 제 1결합홈(123b)이 분리된 상태가 된다. 그리고 제 2슬라이딩부(142)의 제 2결합돌기(142c)는 링기어(123)의 제 2결합홈(123d)에 삽입 결합된다. 이때 제 1위치감지센서(103)와 제 2위치감지센서(104)가 감지한 제 2슬라이딩부(142)의 위치에 따라 제어부(10)는 고출력 모드 상태가 준비되었다고 인식할 수 있다.
이러한 상태에서 서보모터(20)를 통하여 동력이 구동축(110)에 전달되면 제 1슬라이딩부(142)는 구동축(110)과 함께 회전한다. 그러나 링기어(123)는 제 2결합돌기(142c)와 제 2결합홈(123d)이 체결되어 있으므로 회전하지 않도록 구속되어 있다.
따라서 구동축(110)의 회전 동력은 태양기어(121)를 거쳐서 복수개의 유성기어(122)들로 전달되고, 유성기어(122)들이 자전하면서 태양기어(121) 주변을 공전하게 되고, 이때의 공전으로 캐리어(124)는 태양기어(121)의 회전수 보다 작은 회전수로 회전한다. 그리고 이 캐리어(124)의 회전으로 출력축(130)이 회전하고, 구동축(110)의 회전수는 유성기어부(120)를 거치면서 감속되어 전달되므로 상대적으로 높은 토오크에 의한 고출력 동력 전달이 이루어진다.
한편, 고출력 동력 전달 이후 고속 동작이 필요한 경우 변속 기어부(140)는 변속을 위한 동작을 진행한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 변속 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 변속의 진행을 위하여 변속 기어부(140)는 액츄에이터(101)에 의하여 슬라이딩 동작한다. 이 변속과정에서 변속 기어부(140)의 제 1결합돌기(141c)와 제 2결합돌기(142c)는 유성기어부(120)의 제 1결합홈(123b)과 제 2결합홈(123d)에 동시에 결합되어 유성기어부(120)와 변속 기어부(140)를 동시에 구속한다.
따라서 구동장치에 상당한 하중이 가해지거나 외부력이 가해지더라도 구동축(110)과 출력축(130)은 자체 회전이 이루어지지 않도록 고정된 상태를 유지한다. 따라서 작업 중 변속이 이루어지더라도 구동장치의 안정적인 위치 유지가 가능하다.
이러한 상태는 제 1결합돌기(141c)의 우측단과 제 2결합돌기(142c)의 제 1결합돌기(141c)와 마주하는 좌측단 사이의 간격(D2)이 제 1결합홈(123b)의 입구단과 제 2결합홈의 입구단(123d) 사이의 간격(D1)보다 작게 형성되어 있기 때문에 가능하다.
따라서 변속 기어부(140)가 슬라이딩 이동할 때 제 1결합돌기(141c)와 제 1결합홈(123b) 또는 제 2결합돌기(142c)와 제 2결합홈(123d) 중의 어느 하나는 항상 결합된 상태를 유지한다. 만약 제 1결합돌기(141c)와 제 1결합홈(123b)과 제 2결합돌기(142c)와 제 2결함홈(123d)이 모두 결합 해제된 상태가 가면 구동축(110)과 출력축(130)은 직결되어 출력축(130)에 가해지는 외부 하중 또는 외력이 그대로 전달되어 구동장치가 헛돌게 되는 경우가 발생할 수 있지만. 본 발명의 실시예에서처럼 제 1결합돌기(141c)와 제 1결합홈(123b) 그리고 제 2결합돌기(142c)와 제 2결합홈(123d) 중의 어느 한쪽 은 항상 결합된 상태를 유지함으로서 변속 동작이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 변속을 위한 제 1결합홈(123b)과 제 2결합홈(123d)의 위치 감지는 유성기어부(120)의 변속위치 지시부(141d)의 위치를 변속위치 감지센서(106)가 감지함으로서 판단될 수 있으며, 이를 위하여 변속위치 지시부(141d)는 필요한 경우 제 1결합홈(123b)이 설치된 위치와 동일한 축선상에 형성될 수 있다. 따라서 제어부(10)에서 변속이 필요하다고 판단되고, 변속위치 지시부(141d)를 변속위치 감지센서(106)가 최초로 감지하게 되면 해당 위치를 변속위치라고 판단하여 변속동작을 진행할 수 있다. 그리고 다른 실시예로는 서보모터(20)의 엔코더에서 발생시키는 펄스 신호를 이용하여 동기위치를 찾고, 주기적으로 원점 위치를 찾을 수 있도록 설정하여 동기 위치를 찾을 수 있다.
이후 변속이 완료되면 고속 출력이 이루어진다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속기의 고속 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 고출력 상태에서 변속 기어부(140)가 액츄에이터(101)에 의하여 우측 끝까지 이동하면 제 1결합돌기(141c)는 제 1결합홈(123b)에 결합되어 제 1슬라이딩부(141)와 유성기어부(120)의 연결부(123a)가 결합된다. 그리고 제 2결합돌기(142c)는 제 2결합홈(123d)에서 완전히 분리되어 결론적으로 유성기어부(120)의 링기어(123)가 구동축(110)과 함께 회전 가능한 상태가 된다. 그리고 이러한 상태를 제 1위치감지센서(103)와 제 2위치감지센서(104)가 제 2슬라이딩부(142)의 위치를 감지함에 따라 제어부(10)는 고속 출력 상태로의 변속이 완료된 것으로 판단하여 고속출력 명령을 서보모터(20)에 전달한다.
이 고속출력 동작은 구동축(110)이 회전하면 변속 기어부(140)의 제 1슬라이딩부(141)가 구동축(110)과 함께 회전하고, 또한 유성기어부(120)가 제 1슬라이딩부(141)를 통하여 연결됨으로써 유성기어부(120) 또한 구동축(110)과 함께 회전하여 결론적으로 구동축(110)의 동력이 출력축(130)으로 1:1 출력되어 전술한 도 4의 감속 동작시 보다는 빠른 속도로 회전 동력을 제공하게 된다. 즉 고속출력 동작은 서보모터(20)의 출력 속도가 그대로 출력축(130)에 전달되도록 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 서보모터와 연결되는 변속기 및 서보모터와 변속기를 구비하는 동력장치는 서보모터를 이용하여 정밀하게 동작이 제어되도록 하며 필요시 변속 및 고출력 동작이 가능하도록 한다.
또한, 출력 조절을 위한 감속과 고출력 동작시에 오동작 및 위치 이탈이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 할 수 있으므로 로봇 구동팩, 모터 실린더, 서보 프레스 및 너트 러너 등에 사용되어 안정적이고 효과적인 자동화 동작을 수행할 수 있도록 한다.
이상의 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 서보모터;
    상기 서보모터와 연결된 구동축과, 상기 구동축과 연결되는 유성기어부와, 상기 서보모터가 정지한 상태에서 변속을 위한 동작시에 상기 구동축과 상기 유성기어부가 동시에 설정된 변속 위치에 위치한 상태로 변속 동작이 이루어지도록 하는 변속 기어부와, 상기 변속 기어부를 동작시키는 액츄에이터를 구비하는 변속기;
    상기 서보모터로부터 상기 변속기를 거쳐서 제공되는 구동부;
    상기 서보모터와 상기 변속기 그리고 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유성기어부는 상기 구동축의 일단에 구비된 태양기어와, 상기 태양기어의 외주에 치합되는 복수개의 유성기어와, 상기 복수개의 유성기어들의 외주에 상기 복수개의 유성기어들과 동시에 치합된 링기어와, 상기 복수개의 유성기어들이 동시에 결합되어 상기 유성기어들에 의하여 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 동력을 외부로 출력하는 출력축을 구비하는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 링기어는 내주면에 복수개의 상기 유성기어들과 치합하는 기어가 형성되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 제 1결합홈이 형성된 기어부와, 상기 기어부에서 상기 구동축 방향으로 연장되며 외주면에 적어도 하나 이상의 제 2결합홈이 형성된 연결부를 포함하고,
    상기 변속 기어부는 상기 제 1결합홈과 상기 제 2결합홈에 선택적으로 결합되는 제 1결합돌기와 제 2결합돌기를 구비되는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 변속 기어부는 상기 구동축에 키 결합되어 상기 구동축과 함께 회전 가능하고, 상기 구동축을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제 1결합돌기가 형성된 제 1슬라이딩부와,
    상기 구동축과 평행하게 축 지지되며 일단에 상기 제 1슬라이딩부의 회전과 축방향 이동이 가능하게 상기 제 1슬라이딩부의 외주를 지지하는 시프트 바가 형성되고, 타단에 상기 제 2결합홈과 선택적으로 결합되는 상기 제 2결합돌기가 형성된 제 2슬라이딩부를 구비하는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1결합돌기의 일단과 상기 제 2결합돌기의 상기 제 1결합돌기와 마주하는 단부 사이의 간격은 상기 제 1결합홈의 입구단과 상기 제 2결합홈의 입구단 사이의 간격보다 작도록 구비되는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 변속 기어부에는 변속 위치를 지시하는 변속위치 지시부가 구비되고, 상기 변속 기어부의 인근에는 상기 변속위치 지시부의 위치를 감지하는 변속위치 감지센서가 구비되는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 변속 기어부의 위치를 감지하는 적어도 하나 이상의 위치감지센서를 구비하는 서보모터와 변속기를 가지는 동력장치.
  8. 구동축과;
    상기 구동축과 연결되는 유성기어부와;
    변속을 위한 동작시에 상기 구동축과 상기 유성기어부가 동시에 설정된 변속 위치에 위치한 상태로 변속 동작이 이루어지도록 하는 변속 기어부와;
    상기 변속 기어부를 동작시키는 액츄에이터를 구비하는 서보모터와 연결되는 변속기.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유성기어부는 상기 구동축의 일단에 구비된 태양기어와, 상기 태양기어의 외주에 치합되는 복수개의 유성기어와, 상기 복수개의 유성기어들의 외주에 상기 복수개의 유성기어들과 동시에 치합된 링기어와, 상기 복수개의 유성기어들이 동시에 결합되어 상기 유성기어들에 의하여 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 동력을 외부로 출력하는 출력축을 구비하는 서보모터와 연결되는 변속기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 링기어는 내주면에 복수개의 상기 유성기어들과 치합하는 기어가 형성되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 제 1결합홈이 형성된 기어부와, 상기 기어부에서 상기 구동축 방향으로 연장되며 외주면에 적어도 하나 이상의 제 2결합홈이 형성된 연결부를 포함하는 서보모터와 연결되는 변속기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 변속 기어부는 상기 제 1결합홈과 상기 제 2결합홈에 선택적으로 결합되는 제 1결합돌기와 제 2결합돌기를 구비되는 서보모터와 연결되는 변속기.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 변속 기어부는 상기 구동축에 키 결합되어 상기 구동축과 함께 회전 가능하고, 상기 구동축을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제 1결합돌기가 형성된 제 1슬라이딩부와,
    상기 구동축과 평행하게 축 지지되며 일단에 상기 제 1슬라이딩부의 회전과 축방향 이동이 가능하게 상기 제 1슬라이딩부의 외주를 지지하는 시프트 바가 형성되고, 타단에 상기 제 2결합홈과 선택적으로 결합되는 상기 제 2결합돌기가 형성된 제 2슬라이딩부를 구비하는 서보모터와 연결되는 변속기.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 1결합돌기의 일단과 상기 제 2결합돌기의 상기 제 1결합돌기와 마주하는 단부 사이의 간격은 상기 제 1결합홈의 입구단과 상기 제 2결합홈의 입구단 사이의 간격보다 작도록 구비되는 서보모터와 연결되는 변속기.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 변속 기어부에는 변속 위치를 지시하는 변속위치 지시부가 구비되고, 상기 변속 기어부의 인근에는 상기 변속위치 지시부의 위치를 감지하는 변속위치 감지센서가 구비되는 서보모터와 연결되는 변속기.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 변속 기어부의 위치를 감지하는 적어도 하나 이상의 위치감지센서를 구비하는 서보모터와 연결되는 변속기.
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