서보모터 감속기 원리와 종류

감속기란?

감속기

서보모터에 부착하여 사용하는 제품입니다.

서보모터는 고정밀 제어가 가능한 고성능 모터로, 사용자가 원하는 데이터 값을 입력하면 그 값에 맞춰 위치와 속도를 제어하는 역할을 합니다. 서보모터 감속기는 이러한 서보보터의 속도를 필요한 수준으로 낮추고, 토크를 증가시켜 주는 역할을 하는 장치입니다.

감속기를 사용하는 이유는?

서보모터 감속기는 서보모터의 회전 속도를 감소시키는 장치입니다. 이 장치를 사용하는 이유는 아래와 같습니다.

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1.속도조절 및 정확한 위치제어

서보모터는 고속으로 회전하는데, 이를 사용하는 기계나 로봇은 필요한 속도가 다릅니다.

감속기는 모터의 속도를 필요한 수준으로 낮춰주는 역할을 합니다.

서보모터 감속기는 정밀한 위치 제어를 가능하게 합니다. 서보모터는 정해진 위치로 정확하게 움직이도록 설계되었지만, 때로는 고속으로 회전하는 경우 정확한 위치 제어가 어려울 수 있습니다. 감속기를 사용하면 모터의 회전 속도를 줄여서 더 정밀한 위치 제어가 가능해집니다.

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2. 토크증가

감속기를 사용하면 모터의 회전력(토크)이 증가합니다. 이는 감속기가 회전 속도를 줄이는 대신, 회전력을 증폭시키기 때문입니다. 감속기를 통해 회전 속도를 줄이면 동일한 입력 전력에 대해 더 큰 출력 토크를 얻을 수 있습니다. 이는 서보모터가 더 큰 하중을 움직일 수 있게 하거나, 더 강력한 작업을 수행할 수 있게 해 줍니다.

3. 내구성 향상 및 안정성 향상

감속기를 사용하면 모터의 내구성이 향상됩니다. 이는 감속기가 모터의 부하를 분산시키고, 진동과 소음을 감소시키기 때문입니다. 높은 속도로 회전하는 모터는 부품의 마모가 빠르게 진행될 수 있습니다. 감속기를 사용하면 모터의 회전 속도를 감소시킴으로써 부품의 마모를 줄일 수 있으며, 이는 서보모터의 수명을 연장시킬 수 있습니다.

감속기는 시스템의 안정성을 향상합니다. 이는 감속기가 모터의 속도와 토크를 조절하여 시스템의 동작을 안정적으로 유지하기 때문입니다.

감속기의 원리

서보모터 감속기는 다양한 원리와 구조를 가질 수 있지만, 일반적으로 가장 많이 사용되는 원리는 플래닛 기어 감속 원리입니다. 이 원리는 플래닛 기어와 소형 기어로 구성된 구조로, 회전 운동을 감속시키는 역할을 합니다

• 입력축: 서보모터로부터 회전 운동이 입력되는 축입니다.
• 플래닛 기어: 플래닛 기어는 여러 개의 작은 기어로 구성된 구조입니다. 이 작은 기어든 중심에 위치한 중심 기어에 맞물려 회전하며, 중심 기어는 입력축과 연결되어 회전 운동을 전달받습니다.
• 소형 기어: 작은 기어들과 맞물려 있는 소형 기어는 출력축과 연결되어 회전 운동을 출력축으로 전달합니다.
• 출력축: 회전 운동이 출력되는 축으로, 서보모터 감속기의 출력 축입니다.

플래닛 기어 감속기는 입력축의 회전 운동을 플래닛 기어를 통해 전달하면서 동시에 회전 운동을 감속시킵니다. 작은 기어들이 중심 기어와 맞물려 회전하면서 전체 구조가 회전하게 되는데, 이 과정에서 소형 기어가 회전 운동을 출력축으로 전달합니다. 작은 기어들의 구성과 크기에 따라 감속 비율이 결정되며, 일반적으로 큰 토크 전달과 안정성을 줍니다.

감속기의 종류

감속기의 종류는 다양하게 있으나 많이 사용하는 감속기는 아래와 같이 있습니다.

1. 유성기어 감속기

유성기어 감속기는 회전 운동을 감속시키는 기계요소 중 하나입니다. 이 감속기는 유성기어와 톱니 기어로 구성되어 있으며, 입력축과 출력축 사이의 회전 운동을 일정한 비율로 감속시킵니다. 유성기어는 원통형의 기어로, 주로 나선형으로 감겨 있습니다. 이러한 나선형 유성기어와 톱니 기어의 조합을 통해 회전 운동의 속도를 감속시킵니다. 유성기어 감속기는 입력축과 출력축이 직교하는 구조로 설계되어 있으며, 입력축의 회전 운동을 유성기어를 통해 출력축으로 전달함으로써 속도를 감속시킵니다. 유성기어 감속기는 정밀한 회전 운동 제어가 필요한 장비나 기계에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, CNC 기계, 로봇 팔, 컨베이어 벨트 등에서 회전 운동의 속도를 정확하게 조절하기 위해 사용됩니다. 이를 통해 원하는 속도 감속 비율을 설정하고 안정적인 운전을 가능하게 합니다. 유성기어 감속기는 내구성이 뛰어나고 효율적인 감속 효과를 제공하는 장점이 있습니다. 따라서 다양한 산업 분야에서 사용되며, 정밀 기계 및 자동화 시스템에서 필수적인 구성 요소로 활용됩니다.

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2. 사이클로 감속기

사이클로 감속기는 모터의 힘(Power)이 특수베어링(편심)을 통하여 미끄럼방식으로 기어를 회전시켜 모터의 부하를 줄여줍니다. 또한, 일반기어에 비해 동시 치합치수가 많아 구조가 견고하여, 잦은 기동, 정지 및 역회전 시 속도 적용이 잘 됩니다. 주요 부품은 베어링강(SUJ2)으로 사용하여 내부 충격에 강하고, 고장이 적고 수명이 다른 감속기에 비해 깁니다. 소형, 경량으로 큰 감속비가 가능며, 운전이 원활하고 소음이 적습니다. 하지만 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.

3. 하모닉 감속기(하모닉 드라이브)

이 감속기는 특별한 형태의 기어 구조를 사용하여 고정된 속도 감속 비율을 제공합니다. 하모닉 감속기는 "하모닉 드라이브"라고도 불리며, 독특한 작동 원리로 되어 있습니다.

• 외부 원형 기어 (Wave Generator): 입력축과 연결되는 원형 형태의 기어로, 주로 원형의 곡선 모양인 플레이트 형태로 구성됩니다.
• 내부 유형 기어 (Flexspline): 외부 원형 기어와 겹쳐지며 유연한 재질로 만들어진 기어입니다.
• 플렉스스플라인 (Flexspline)와 연결된 출력축: 내부 유형 기어와 연결되어 회전 운동을 출력축으로 전달합니다.
• 중간 원형 기어 (Circular Spline): 외부 원형 기어와 내부 유형 기어 사이에 위치하여 역할을 수행하는 원형 기어입니다.

하모닉 감속기는 입력축의 회전 운동이 외부 원형 기어에 의해 변형된 후, 내부 유형 기어와의 맞물림으로 인해 출력축으로 전달됩니다. 이 과정에서 외부 원형 기어의 이동에 따라 내부 유형 기어가 플렉스스플라인과 맞물려 회전하게 되어 속도를 감속시킵니다. 이러한 특징으로 인해 하모닉 감속기는 정밀한 속도 감속과 높은 토크 전달 효율을 제공합니다. 하모닉 감속기는 로봇 공학, 자동화 시스템, 정밀 기계 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 그 이유는 고정된 감속 비율, 높은 정밀성, 작은 크기와 무게, 높은 출력 토크, 저속 회전 등의 장점을 가지고 있기 때문입니다.