KR101664534B1

KR101664534B1 - 하모닉 감속기

Info

Publication number: KR101664534B1
Application number: KR1020130149553A
Authority: KR
Inventors: 박준환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2016-10-10
Also published as: CN104675942A; CN104675942B; KR20150064625A; DE102014210513A1; US9945468B2; US20150153240A1

Abstract

웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 서큘러 스플라인의 3요소 중 어느 하나인 제1요소에 연결된 입력축; 입력축과 베어링을 통해 연결된 감속기 하우징; 감속기 하우징에 설치되어 축방향으로 감속기 하우징이 받는 하중을 측정하는 로드셀; 및 제1요소를 제외한 나머지 두 요소 중 하나인 제2요소를 통해 출력되는 출력토크를 로드셀에서 측정된 축방향의 하중으로부터 역산하는 연산부;를 포함하는 하모닉 감속기가 소개된다.

Description

하모닉 감속기 {HARMONIC DRIVE}

본 발명은 하모닉 감속기의 웨이브 제너레이터에 발생하는 축방향 힘을 측정하여 토크셀 없이 출력 토크를 측정할 수 있는 하모닉 감속기에 관한 것이다.

일반적으로 하모닉 감속기는 기본적으로 원통형의 서큘러 스플라인(CIRCULAR SPLINE), 컵 형태의 플렉스 스플라인(FLEX SPLINE) 및 웨이브 제너레이터(WAVE GENERATOR)로 구성되어 있다. 웨이브 제너레이터는 통상 타원 형상을 이루며 플렉스 스플라인의 내측에 설치된다. 웨이브 제너레이터가 장착된 플렉스 스플라인은 서큘러 스플라인의 내주면에 설치된다. 일반적으로 서큘러 스플라인 내주면과 플렉스 스플라인 외주면에는 치형이 가공되어 미끌림이 발생되지 않도록 구성된다.

본 발명은 하모닉 감속기를 구비한 구동모듈에서 출력 토크를 간단히 측정하는 것에 목적이 있다. 기존 구동모듈은 출력단의 부하를 측정하기 위해 모터-하모닉 감속기-토크셀-출력단 순으로 구성을 해야 하므로 설계 자유도가 떨어진다.

그리고 출력토크가 커질수록 토크셀의 강성도 함께 증가시켜야 하므로 토크셀의 부피/중량이 커져야 한다.

또한, 토크셀을 1자유도로 구속하기 위한 추가적인 부재가 필요하여 부피/중량이 증가하는 단점이 있다. 그에 따라 출력단의 관성이 커지므로, 시스템의 반응성이 나빠지는 단점도 있다.

본 발명에 의하면 하모닉 감속기의 웨이브 제너레이터에 발생하는 축방향 힘을 측정하여 토크셀 없이 출력 토크를 측정할 수 있다.

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.

US 2008-0110287 A1 US 2005-0253675 A1 US 7891272 B2

본 발명은 하모닉 감속기의 웨이브 제너레이터에 발생하는 축방향 힘을 측정하여 토크셀 없이 출력 토크를 측정할 수 있는 하모닉 감속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하모닉 감속기는, 웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 서큘러 스플라인의 3요소 중 어느 하나인 제1요소에 연결된 입력축; 입력축과 베어링을 통해 연결된 감속기 하우징; 감속기 하우징에 설치되어 축방향으로 감속기 하우징이 받는 하중을 측정하는 로드셀; 및 제1요소를 제외한 나머지 두 요소 중 하나인 제2요소를 통해 출력되는 출력토크를 로드셀에서 측정된 축방향의 하중으로부터 역산하는 연산부;를 포함한다.

입력축은 구동모터의 로터와 고정될 수 있다.

감속기 하우징은 입력축의 측면을 감싸는 형상으로써, 후단부가 베어링을 통해 입력축의 후단부와 연결되고 전단부가 서큘러 스플라인과 고정될 수 있다.

연산부는 하기의 식으로부터 출력토크를 역산할 수 있다.

(여기서, F는 축방향 하중, T는 출력토크, D는 보정계수, a는 감속비에 따른 상수)

제1요소는 웨이브 제너레이터이고, 제2요소는 플렉스 스플라인일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하모닉 감속기에 따르면, 구동모듈의 출력 토크를 토크셀 없이 측정할 수 있다. 그리고 토크셀의 생략으로 구동모듈의 부피/중량을 줄일 수 있다. 또한, 설계 자유도가 증가한다.

한편, 구동모듈의 부품 수를 감소시킬 수 있으며, 출력단의 관성을 줄여 시스템의 반응성이 좋아진다.

또한, 감속/증속 상태에 따라 축방향 하중의 크기가 변동하게 되므로 출력단의 부하변동도 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기의 주요부를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기의 전체 구성을 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기의 주요부를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 감속기의 전체 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 하모닉 감속기는, 웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 서큘러 스플라인의 3요소 중 어느 하나인 제1요소에 연결된 입력축; 입력축과 베어링을 통해 연결된 감속기 하우징; 감속기 하우징에 설치되어 축방향으로 감속기 하우징이 받는 하중을 측정하는 로드셀; 및 제1요소를 제외한 나머지 두 요소 중 하나인 제2요소를 통해 출력되는 출력토크를 로드셀에서 측정된 축방향의 하중으로부터 역산하는 연산부;를 포함한다.

이하의 실시예는 제1요소가 웨이브 제너레이터이고, 제2요소가 플렉스 스플라인인 경우이다. 다만, 본 발명의 권리가 반드시 아래 실시예에만 한정되는 것은 아님이 자명하다.

본 발명의 실시예는 도시된 바와 같이, 웨이브 제너레이터에 연결된 입력축(620); 입력축(620)과 베어링(640)을 통해 연결된 감속기 하우징(660); 감속기 하우징(660)에 설치되어 축방향으로 감속기 하우징(660)이 받는 하중을 측정하는 로드셀(680); 및 로드셀(680)에서 측정된 축방향의 하중으로부터 플렉스 스플라인(300)을 통해 출력되는 출력토크를 역산하는 연산부(도면 미도시);를 포함한다.

이 경우 출력측 즉, 플렉스 스플라인에서 높은 하중이 외부에서 작용할 경우에는 거꾸로 증속기로 작동되어 웨이브 제너레이터 측이 출력이 될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예로서의 하모닉 감속기는 도 1과 같이 일반적인 하모닉 감속기와 마찬가지로 서큘러 스플라인(500), 플렉스 스플라인(300), 웨이브 제너레이터(100)로 구성된다. 모터의 구동에 따른 입력은 웨이브 제너레이터(100)로 입력되고, 플렉스 스플라인(300)을 통해 출력이 나가며, 서큘러 스플라인(500)은 위치가 고정된 구조이다.

도 2는 그 상세한 전체 하모닉 감속기를 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 하모닉 감속기는, 웨이브 제너레이터(100)에 연결된 입력축(620); 입력축(620)과 베어링(640)을 통해 연결된 감속기 하우징(660); 감속기 하우징(660)에 설치되어 축방향으로 감속기 하우징(660)이 받는 하중을 측정하는 로드셀(680); 및 로드셀(680)에서 측정된 축방향의 하중으로부터 플렉스 스플라인(300)을 통해 출력되는 출력토크를 역산하는 연산부;를 포함한다.

그리고, 입력축(620)은 중앙부가 구동모터의 로터(600)와 고정될 수 있다.

한편, 감속기 하우징(660)은 입력축의 측면을 감싸는 형상으로써, 후단부가 베어링(640)을 통해 입력축(620)의 후단부와 연결되고 전단부가 서큘러 스플라인(500)과 고정될 수 있다. 연산부는 하기의 식으로부터 출력토크를 역산할 수 있다.

(여기서, F는 축방향 하중, T는 출력토크, D는 보정계수, a는 감속비에 따른 상수)
여기서 D는 감속기의 사이즈에 따른 고유값×0.00254이고 감속기의 고유값은 사이즈에 따라 8, 11, 14, 17, 20, 25, 32, 40, 45, 50, 58, 65, 80, 90, 100 등으로 다양하며 웨이브제네레이터 중앙의 구멍 내경과 유사한 수치를 보이는 것으로서 각 감속기별로 고유의 사이즈에 의한 규격에 해당한다.
또한, 상수 a는 각도로서 '입력 : 웨이브 제네레이터, 고정 : 서큘러 스플라인, 출력 : 플렉스 스플라인'의 조건에서 감속비에 따라 정해지는 상수에 해당한다. 예를 들어 상기 조건하에서 감속비 30의 경우 a는 32로 설정할 수 있고, 감속비 50의 경우 a는 30으로 설정할 수 있으며, 감속비 80 이상의 경우 a는 20으로 설정할 수 있다.

기존의 경우 구동모듈은 출력축 방향으로의 자유도를 제외한 모든 자유도를 구속하고, 출력축에 토크셀을 설치하여 실제 구동기의 출력 토크를 확인해야 했다.

본 발명은 웨이브 제너레이터에서 작용하는 축방향 하중을 측정하여 출력 토크를 측정하는 방법에 대한 것이다. 일반적으로 하모닉 감속기에서는 웨이브 제너레이터의 자전/공전 현상에 의해 출력축 방향으로의 하중이 작용하는바, 그 웨이브 제너레이터의 회전 방향에 따라 혹은 가감속 방향에 따라 웨이브 제너레이터에서 발생되는 축방향 하중의 방향이 변경된다.

도시된 실시예에서처럼 웨이브 제너레이터의 축방향 힘을 단일베어링이 지지하도록 설계한다. 단일베어링이 자리한 하우징에는 로드셀을 부착하여, 입력이 0 일 때 하우징의 스트레인을 0점으로 조정한다.

이때, 입력축이 회전하게 되면 입력축에 연결된 웨이브 제너레이터는 축방향 하중을 받게 된다. 이 축하중은 입력축과 베어링을 거쳐 하우징으로 전달된다.

이때, 상기 하우징의 스트레인을 측정하는 것이다.

아래의 계산식과 같이 축방향의 하중은 출력토크와 비례관계를 가지므로 로드셀에서 측정한 하우징의 스트레인으로 출력 토크를 역산할 수 있는 것이다.

(여기서, F는 축방향 하중, T는 출력토크, D는 하모닉 감속기에 따라 결정되는 실험값인 보정계수, a는 감속비에 따른 상수)

이를 통해 구동모듈의 출력 토크를 토크셀 없이 측정할 수 있다. 그리고 토크셀의 생략으로 구동모듈의 부피/중량을 줄일 수 있다. 또한, 설계 자유도가 증가한다.

본 발명은 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 : 웨이브 제너레이터 300 : 플렉스 스플라인
620 : 입력축 640 : 베어링
660 : 하우징 680 : 로드셀

Claims

웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 서큘러 스플라인의 3요소 중 어느 하나인 제1요소에 연결된 입력축;
입력축과 베어링을 통해 연결된 감속기 하우징;
감속기 하우징에 설치되어 축방향으로 감속기 하우징이 받는 하중을 측정하는 로드셀; 및
감속기 하우징의 내부 또는 외부에 설치되며 로드셀과 연결되고, 제1요소를 제외한 나머지 두 요소 중 하나인 제2요소를 통해 출력되는 출력토크를 로드셀에서 측정된 축방향의 하중으로부터 역산하는 연산부;를 포함하며,
감속기 하우징은 입력축의 측면을 감싸는 형상으로써, 후단부가 베어링을 통해 입력축의 후단부와 연결되고 전단부가 서큘러 스플라인과 고정된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.
청구항 1에 있어서,
입력축은 구동모터의 로터와 고정된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.
삭제
청구항 1에 있어서,
연산부는 하기의 식으로부터 출력토크를 역산하는 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.

(여기서, F는 축방향 하중, T는 출력토크, a는 감속비에 따른 상수, D는 보정계수로서 감속기의 사이즈에 따른 고유값×0.00254이고, 상기 고유값은 감속기 사이즈에 따라 8, 11, 14, 17, 20, 25, 32, 40, 45, 50, 58, 65, 80, 90, 100 등으로 다양함)
청구항 1에 있어서,
제1요소는 웨이브 제너레이터이고, 제2요소는 플렉스 스플라인인 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.