KR101493656B1 - 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터에 관한 것으로, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 위에 구비되며 상면 중앙에 원형의 개구부가 형성된 하우징; 상기 베이스 플레이트의 중앙에 수직으로 구비되는 중공의 고정축; 상기 하우징 내부에 구비되고 중공의 고정축 둘레에 배치되어 회전하는 로터; 상기 중공의 고정축과 로터 사이에 결합되는 크로스 롤러링; 상기 하우징의 상면에 형성된 원형의 개구부 내측에 위치하고 상기 로터의 상부에 결합되어 로터의 회전 시 상기 중공의 고정축 상부 둘레를 회전하는 원형의 회전 플레이트; 및 상기 하우징 내부에서 로터 둘레에 고정 배치되는 스테이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 로터의 안쪽에 크로스 롤러링을 배치하고 크로스 롤러링의 안쪽에는 중공의 고정축을 배치함으로써 제품을 소형화하였고 불필요한 부분의 회전을 최소화 함으로써 제품 크기 대비 높은 토크와 높은 반복 정밀도를 제공한다.
또한, 종래의 중심축 회전방식이 아닌 중심축 고정에 크로스 롤러링의 외륜 회전 방식을 적용함으로써 축방향에 대한 강성을 극대화시켜 높은 안정성을 제공한다.
또한, 불필요한 구성을 제거하여 내부 구성을 간결히 함으로써 누적 조립 오차를 최소화하여 10 um 이내의 최상의 기구 정밀도를 제공한다.

Description

고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터{HIGH ACCURATE DIRECT DRIVE MOTOR}

본 발명은 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체, LCD 및 기타 자동화 장비 등에 사용되는 직접 구동식 모터(Direct Drive Motor : 이하 ‘DD 모터’라 한다)에 관한 것이다.

DD모터(Direct Drive Motor)란, 직접 구동하는 모터를 말한다.

일반적으로 모터에 비해 큰 기계를 움직일 때는 저속의 큰 토크가 필요하며, 부하가 걸리는 부분이 떨어져 있을 때는 출력축에 벨트를 연결하여 '간접구동 방식'으로 동력을 전달한다.

그러나 장기 사용시 기어의 뒤틀어짐이 발생하거나 벨트가 느슨해지는가 하면, 슬립(slip 미끄러짐) 등의 오차가 누적되는 문제가 따르기도 한다. 따라서 회전 정밀도가 요구되는 기계에는 모터의 출력축에 부하를 직접 연결하여 저속으로 구동할 수 있는 DD모터를 이용하는 것이다. 최근 들어 국내 가전제품사는 세탁기에 DD모터를 적용 출시하여, 소음에서 전기소모량까지 줄여졌음을 소비자에게 선보이고 있다.

이 밖에도 DD모터는 충격 및 진동을 최소화해야 하는 반도체 및 LCD 공정분야와 기타 자동화 공정분야에서 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래 DD 모터의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 DD 모터(100)는 하우징(200)의 중앙에 회전축(300)이 위치하며 회전축(300)의 상부에는 회전 플레이트(400)가 결합된다. 회전축(300)의 둘레에는 로터(500)와 스테이터(600)가 배치된다. 또한, 회전축(300)의 상부와 하우징(200) 사이에는 크로스 롤러링(700)이 결합된다.

종래 DD 모터(100)에 의하면, 로터(500)가 회전 시 로터(500)에 결합된 회전축(300)이 함께 회전함으로써 회전축(300)의 상부에 결합된 회전 플레이트(400)가 회전한다. 이 경우 크로스 롤러링(700)의 내륜이 회전하게 된다.

종래 DD 모터(100)에 의하는 경우, 크로스 롤러링(700)이 회전 운동하는 회전축(300)의 바깥쪽에 위치하여 토크 대비 크로스 롤러링(700)의 사이즈가 크며, 제품의 구성이 간결하지 못하고 각 부품 간 분리 및 결합된 형태에 의해 발생하는 누적 오차로 인하여 회전 정밀도는 정밀급 사양이 20um 정도, 일반 사양은 40~80um 정도로 기구 정밀도가 현저히 낮은 편이다. 또한, 중앙에 위치한 내부 회전축(300) 회전 방식으로 불필요한 중량을 회전시키므로 용량 대비 관성이 높은 편이다.

이와 같이 종래 DD 모터(100) 방식에 의하면, 부품의 구성이 간결하지 못하고 많은 부품을 필요로 하게 되어 모터의 비용이 비싸지는 문제가 있으며, 누적 오차로 인하여 회전 정밀도가 현저히 떨어지는 문제가 있고, 불필요한 중량의 회전을 위해 전기가 많이 소모되는 문제가 있다.

따라서, 모터의 구성을 보다 더 간결하게 하여 제품 비용을 절감하고 회전 정밀도를 향상시키며, 불필요한 중량을 회전시키는 것이 아니라 필요한 구성만을 회전시킬 수 있는 DD 모터의 개발이 절실히 필요하다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0122807호 대한민국 등록특허 제10-1013293호 대한민국 등록특허 제10-1095246호

본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 크로스 롤러링을 로터와 회전 플레이트의 바깥쪽이 아닌 안쪽에 배치하여 크로스 롤러링의 외륜과 결합하는 로터 및 회전 플레이트가 회전하도록 함으로써 불필요한 부분의 회전을 최소화하여 제품 크기 대비 높은 토크와 높은 반복 정밀도를 제공하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 위에 구비되며 상면 중앙에 원형의 개구부가 형성된 하우징; 상기 베이스 플레이트의 중앙에 수직으로 구비되는 중공의 고정축; 상기 하우징 내부에 구비되고 중공의 고정축 둘레에 배치되어 회전하는 로터; 상기 중공의 고정축과 로터 사이에 결합되는 크로스 롤러링; 상기 하우징의 상면에 형성된 원형의 개구부 내측에 위치하고 상기 로터의 상부에 결합되어 로터의 회전 시 상기 중공의 고정축 상부 둘레를 회전하는 원형의 회전 플레이트; 및 상기 하우징 내부에서 로터 둘레에 고정 배치되는 스테이터를 포함한다.

또한, 상기 중공의 고정축 외주면에 형성된 결합홈에 상기 크로스 롤러링의 내륜이 결합하고, 상기 로터의 내주면에 형성된 결합홈에 상기 크로스 롤러링의 외륜이 결합함으로써, 크로스 롤러링의 외륜이 회전할 수 있다.

또한, 상기 크로스 롤러링의 내륜 및 외륜의 일정 부분이 각각 중공의 고정축 외주면에 형성된 결합홈과 로터의 내주면에 형성된 결합홈에 결합함으로써, 로터가 중공의 고정축에서 일정 거리 이격되어 회전하고, 상기 원형의 회전 플레이트는 상부가 중공의 고정축 방향으로 돌출되어 형성됨으로써 원형의 회전 플레이트의 상부 내주면은 중공의 고정축 상부 외주면과 인접할 수 있다.

또한, 상기 원형의 회전 플레이트의 상면은 중공의 고정축 및 하우징의 상면 보다 일정 높이 더 높게 구비될 수 있다.

또한, 상기 로터의 저면에 구비되어 로터와 함께 회전하는 스케일; 및 상기 베이스 플레이트의 상면에 구비되어 로터의 회전시 거리, 방향 및 속도를 스케일로부터 검출하는 엔코더를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 로터의 저면에 부착되는 스케일 고정부; 및 상기 베이스 플레이트의 상면에서 스케일 고정부와 대향하는 위치에 형성된 결합홈에 수용되는 엔코더 고정부를 더 포함하고, 상기 스케일은 스케일 고정부의 하부에 부착되고, 상기 엔코더는 엔코더 고정부의 상부에 부착될 수 있다.

또한, 상기 스테이터는 외주면에 돌출 형성된 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부가 하우징 내부 측면에 오목하게 형성된 결합홈에 결합함으로써 로터 둘레에 고정 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터에 의하면, 로터의 안쪽에 크로스 롤러링을 배치하고 크로스 롤러링의 안쪽에는 중공의 고정축을 배치함으로써 제품을 소형화하였고 불필요한 부분의 회전을 최소화 함으로써 제품 크기 대비 높은 토크와 높은 반복 정밀도를 제공한다.

또한, 종래의 중심축 회전방식이 아닌 중심축 고정에 크로스 롤러링의 외륜 회전 방식을 적용함으로써 축방향에 대한 강성을 극대화시켜 높은 안정성을 제공한다.

또한, 불필요한 구성을 제거하여 내부 구성을 간결히 함으로써 누적 조립 오차를 최소화하여 10 um 이내의 최상의 기구 정밀도를 제공한다.

도 1은 종래 발명에 따라 단면을 통해 내부 구성을 보여주는 DD 모터의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 DD 모터의 단면도.
도 3은 본 발명에 따라 단면을 통해 내부 구성을 보여주는 DD 모터의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 DD 모터의 사시도.
도 5는 종래 발명에 따른 DD 모터의 기구 정밀도를 측정하는 모습의 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 DD 모터의 기구 정밀도를 측정하는 모습의 예시도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 일 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터(10)는 베이스 플레이트(20), 하우징(30), 중공의 고정축(40), 로터(50), 크로스 롤러링(60), 회전 플레이트(70) 및 스테이터(80)를 포함하며, 스케일(91), 스케일 고정부(90), 엔코더(95) 및 엔코더 고정부(93)를 더 포함할 수 있다.

베이스 플레이트(20)는 중앙에 관통공이 형성되어 있다.

하우징(30)은 DD모터의 각 부품을 수용하고 상부에는 하우징커버(33)가 위치하며, 하우징커버(33)의 중앙에는 원형의 개구부가 형성되어 있다.

중공의 고정축(40)은 고정축바디(41)와 고정축커버(43)로 구성되며, 고정축바디(41)는 베이스 플레이트(20) 상에 볼트 결합한다. 베이스 플레이트(20)에 형성된 관통공과 고정축바디(41)에 형성된 관통공이 연결되어 하나의 관통공을 형성한다.

또한, 고정축바디(41) 상에는 관통공이 형성된 고정축커버(43)가 볼트 결합된다. 결국, 베이스 플레이트(20)의 가운데에 고정축바디(41)와 고정축커버(43)로 구성된 중공의 고정축(40)이 볼트로 고정 결합된다.

로터(50)는 하우징(30) 내부에 구비되고 중공의 고정축(40) 둘레에 배치되어 회전한다. 로터(50)는 다수의 영구자석으로 구성되어 있으며, 다수의 권선된 코일이 구비된 스테이터(80)와의 사이에 발생하는 전자기력에 의하여 회전한다. 하우징(30)의 외부에는 커넥터(11)가 구비되어 있으며 커넥터(11)를 통해 제어신호 및 전원을 공급함으로써 스테이터(80)에 구비된 코일에 전기가 흘러 로터(50)를 회전 및 제어하게 된다.

크로스 롤러링(60)은 중공의 고정축(40)과 로터(50) 사이에 결합한다.

회전 플레이트(70)는 하우징(30)의 상면에 형성된 원형의 개구부 내측에 위치하고 로터(50)의 상부에 결합되어 로터(50)의 회전 시 중공의 고정축(40) 상부 둘레를 회전한다. 회전 플레이트(70)와 로터(50)는 볼트 결합하며, 회전 플레이트(70)는 중공의 고정축(40)을 구성하는 고정축커버(43)의 둘레를 회전한다.

구체적으로, 중공의 고정축(40)을 구성하는 고정축바디(41)의 외주면에 형성된 결합홈(47)에 크로스 롤러링(60)의 내륜이 결합하고, 로터(50)의 내주면에 형성된 결합홈(51)에 크로스 롤러링(60)의 외륜이 결합함으로써 크로스 롤러링(60)의 외륜이 회전한다.

고정축바디(41)의 외주면에 형성된 ‘ㄴ’자 형태의 결합홈(47)에 크로스 롤러링(60)의 내륜을 밀착 후 그 위에 고정축커버(43)를 안착시키고 고정축바디(41)와 고정축커버(43)를 볼트 결합함으로써 크로스 롤러링(60)의 내륜이 중공의 고정축(40)에서 이탈되지 않고 안정적으로 결합된다.

또한, 크로스 롤러링(60)의 내륜 및 외륜의 일정 부분이 각각 중공의 고정축(40)을 구성하는 고정축바디(41)의 외주면에 형성된 결합홈(47)과 로터(50)의 내주면에 형성된 결합홈(51)에 결합함으로써, 로터(50)가 중공의 고정축(40)에서 일정 거리 이격되어 회전하고, 원형의 회전 플레이트(70)는 상부에 형성된 돌출부(71)가 중공의 고정축(40)을 구성하는 고정축커버(43) 방향으로 돌출되어 형성됨으로써 원형의 회전 플레이트(70)의 상부 내주면은 중공의 고정축(40) 상부 외주면과 인접하여 회전한다.

회전 플레이트(70)의 수직 단면은 ‘ㄱ’자 형태의 모양으로 상부인 돌출부(71)가 중공의 고정축(40)을 구성하는 고정축커버(43) 방향으로 돌출됨으로써 회전 플레이트(70)의 회전 시 돌출부(71)가 고정축커버(43)의 외주면에 인접하여 회전하게 된다.

또한, 로터(50)의 내주면에 형성된 ‘ㄴ’자 형태의 결합홈(51)에 크로스 롤러링(60)의 외륜을 밀착 후 그 위에 회전 플레이트(70)를 안착시키고 회전 플레이트(70)와 로터(50)를 볼트 결합함으로써 로터(50)의 회전 시 크로스 롤러링(60)의 외륜이 회전하게 된다.

원형의 회전 플레이트(70)의 상면은 중공의 고정축(40)을 구성하는 고정축커버(43) 및 하우징(30)을 구성하는 하우징커버(33) 보다 일정 높이, 예를 들어 4~7mm 정도 더 높게 구비됨으로써, 회전 플레이트(70) 위에 놓인 대상물이 회전 플레이트(70)를 따라 회전하게 된다.

스케일(91)은 로터(50)의 저면에 구비되어 로터(50)와 함께 회전하며, 엔코더(95)는 베이스 플레이트(20)의 상면에 구비되어 로터(50)의 회전 시 거리, 방향 및 속도를 스케일(91)로부터 검출한다.

구체적으로는, 스케일 고정부(90)가 로터(50)의 저면에 부착되고, 엔코더 고정부(93)가 베이스 플레이트(20)의 상면에서 스케일 고정부(90)와 대향하는 위치에 형성된 결합홈(21)에 수용되며, 스케일(91)은 스케일 고정부(90)의 하부에 부착되고, 엔코더(95)는 엔코더 고정부(93)의 상부에 부착된다.

스테이터(80)는 하우징(30) 내부에서 로터(50) 둘레에 고정 배치된다.

구체적으로, 스테이터(80)는 외주면에 돌출 형성된 돌출부(81)를 구비하고, 돌출부(81)가 하우징(30) 내부 측면에 오목하게 형성된 결합홈(31)에 결합함으로써 로터(50)와 인접한 둘레에 고정 배치된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 종래 발명에 따른 DD 모터의 기구 정밀도와 본 발명에 따른 DD 모터의 기구 정밀도 측정 결과를 볼 수 있다.

도 5는 종래의 DD 모터의 기구 정밀도 측정 모습이며, 도 6은 본 발명의 DD 모터의 기구 정밀도 측정 모습이다.

도 5와 도 6에서 (a)는 Radial Run-Out(좌우유동)을 측정하는 모습이며, (b)는 Axial Run-Out(상하유동)을 측정하는 모습이다.

구 분	Radial Run-Out	Axial Run-Out
종래 DD 모터	40 um	30 um
본 발명의 DD 모터	5 um	4 um

[표 1] 에서 볼 수 있듯이 측정결과, 종래 DD 모터에 비하여 본 발명에 따른 DD 모터가 회전 플레이트(70)의 회전 시 좌우유동 및 상하유동이 훨씬 적어 높은 기구 정밀도를 제공하는 것을 알 수 있다.

도 6에서와 같은 실험 결과가 얻어진 이유는 종래의 DD 모터의 구성과 달리 중공의 고정축(40)을 고정시키고 크로스 롤러링(60)의 외륜에 결합된 로터(50)와 로터(50)의 상부에 결합된 회전 플레이트(70)가 회전하도록 구성함으로써 DD 모터(10)의 구성을 간결히 하고 회전에 필요한 부분만 회전하도록 하여 오차를 줄였기 때문이다.

본 발명에 의하면, 로터의 안쪽에 크로스 롤러링을 배치하고 크로스 롤러링의 안쪽에는 중공의 고정축을 배치함으로써 제품을 소형화하였고 불필요한 부분의 회전을 최소화 함으로써 제품 크기 대비 높은 토크와 높은 반복 정밀도를 제공한다.

또한, 종래의 중심축 회전방식이 아닌 중심축 고정에 크로스 롤러링의 외륜 회전 방식을 적용함으로써 축방향에 대한 강성을 극대화시켜 높은 안정성을 제공한다.

또한, 불필요한 구성을 제거하여 내부 구성을 간결히 함으로써 누적 조립 오차를 최소화하여 10 um 이내의 최상의 기구 정밀도를 제공한다.

본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.

10, 100: 다이렉트 드라이브 모터(DD 모터) 11: 커넥터
20: 베이스 플레이트 21, 31, 47, 51: 결합홈
30, 200: 하우징 33: 하우징커버
40: 고정축 41: 고정축바디
43: 고정축커버 45: 중공
50, 500: 로터 60, 700: 크로스 롤러링
70, 400: 회전 플레이트 71, 81: 돌출부
80, 600: 스테이터 90: 스케일 고정부
91: 스케일 93: 엔코더 고정부
95: 엔코더 300: 회전축

Claims (7)

1. 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트 위에 구비되며 상면 중앙에 원형의 개구부가 형성된 하우징;
   상기 베이스 플레이트의 중앙에 수직으로 구비되는 중공의 고정축;
   상기 하우징 내부에 구비되고 중공의 고정축 둘레에 배치되어 회전하는 로터;
   상기 중공의 고정축과 로터 사이에 결합되는 크로스 롤러링;
   상기 하우징의 상면에 형성된 원형의 개구부 내측에 위치하고 상기 로터의 상부에 결합되어 로터의 회전 시 상기 중공의 고정축 상부 둘레를 회전하는 원형의 회전 플레이트; 및
   상기 하우징 내부에서 로터 둘레에 고정 배치되는 스테이터를 포함하되,
   상기 중공의 고정축은 고정축바디와 고정축커버로 구성되며, 고정축바디는 베이스 플레이트 상에 볼트 결합하고, 고정축바디의 외주면에 형성된 ‘ㄴ’자 형태의 결합홈에 크로스 롤러링의 내륜을 밀착 후 그 위에 고정축커버를 안착시키고 고정축바디와 고정축커버를 볼트 결합함으로써 크로스 롤러링의 내륜이 중공의 고정축에 결합되고,
   상기 로터의 내주면에 형성된 ‘ㄴ’자 형태의 결합홈에 크로스 롤러링의 외륜을 밀착 후 그 위에 회전 플레이트를 안착시키고 회전 플레이트와 로터를 볼트 결합함으로써 크로스 롤러링의 외륜이 회전 플레이트 및 로터와 함께 회전하고,
   상기 원형의 회전 플레이트의 수직 단면은 ‘ㄱ’자 형태의 모양으로 상부인 돌출부가 중공의 고정축을 구성하는 고정축커버 방향으로 돌출됨으로써 회전 플레이트의 회전 시 돌출부가 고정축커버의 외주면에 인접하여 회전하는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 크로스 롤러링의 내륜 및 외륜의 일정 부분이 각각 중공의 고정축 외주면에 형성된 결합홈과 로터의 내주면에 형성된 결합홈에 결합함으로써, 로터가 중공의 고정축에서 일정 거리 이격되어 회전하는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원형의 회전 플레이트의 상면은 중공의 고정축 및 하우징의 상면 보다 일정 높이 더 높게 구비되는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 로터의 저면에 구비되어 로터와 함께 회전하는 스케일; 및
   상기 베이스 플레이트의 상면에 구비되어 로터의 회전시 거리, 방향 및 속도를 스케일로부터 검출하는 엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 로터의 저면에 부착되는 스케일 고정부; 및
   상기 베이스 플레이트의 상면에서 스케일 고정부와 대향하는 위치에 형성된 결합홈에 수용되는 엔코더 고정부를 더 포함하고,
   상기 스케일은 스케일 고정부의 하부에 부착되고, 상기 엔코더는 엔코더 고정부의 상부에 부착되는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터.
7. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터는 외주면에 돌출 형성된 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부가 하우징 내부 측면에 오목하게 형성된 결합홈에 결합함으로써 로터 둘레에 고정 배치되는 것을 특징으로 하는 고정밀도의 다이렉트 드라이브 모터.

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