KR100467880B1 - 조정가능한영구자석결합기 - Google Patents

Abstract

조정 가능한 결합기는 전도성 회전자 상의 전도성 소자들로부터 갭에 의해 이격된 자석 모듈들을 가진 회전 자석 회전자를 구비한다. 자석 모듈들은 반대된 각각의 극들을 가진 2개의 나란한 영구 자석들을 각각 구비하고 자석들 사이의 중립면을 갖는다. 자석 모듈들은 중립면들이 결합기의 회전축에 교차하는 최대 토크위치와, 자석 모듈들이 최대 토크 위치로부터 90도 회전된 최소 토크 위치 사이의 토크 조정을 위해 회전될 수 있다.

Description

조정 가능한 영구 자석 결합기{Adjustable permanent magnet coupler}

본 발명은 자석 회전자가 전도성 회전자로부터 이격된 영구 자석을 제공하고 있는 형태의 자석 구동기들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 영구 자석 결합기들의 토크 전달력을 변경하는 것에 관한 것이다.

참조된 공동 계류중인 출원에 있어서, 자석 회전자의 영구 자석들이 자석 회전자의 대향 측면들에 위치된 전도성 회전자의 전도성 소자들로부터 공기 갭들에 의해 이격되어 있는 영구 자석 구동기가 도시되어 있다. 자석들은 그룹들로 배치되고, 각 그룹은 2개의 자석으로 이루어지고, 각각의 그룹은 자석들의 극들이 반대로 되어, 전도성 소자들 각각에 대향하는 반대 극성의 극들을 갖는다. 극 표면들과 전도성 소자들 사이의 공기 갭들을 변경함으로써 토크 변경들이 성취된다. 본 발명은, 공기 갭들에 관계없이 "부드러운 시동(soft start)"을 성취하기 위해 사용될 수 있는 토크 변경들을 하기 위한 대안적인 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 조정 가능한 결합기의 제 1 실시예의 수직 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 자석 회전자 부품을 확대하여 나타낸 수직 단면도.

도 3은 도 2의 선 3-3에 의해 지시된 바와 같이 커버 플레이트가 제거된 상태로 취한 부분 정면도.

도 4a∼4c는 커버 플레이트가 제거된 자석 회전자를 나타낸 정면도들로서, 각각 제 1 실시예의 자석 모듈의 최대 토크 위치, 중간 토크 위치 및 최소 토크 위치를 도시하는 도면.

도 5는 조정 가능한 결합기의 제 2 실시예를 나타내고 도 1과 비슷하게 절취한 수직 단면도.

도 6은 도 5에 도시된 회전자 부품을 확대하여 나타낸 수직 단면도.

도 7은 커버 플레이트와 허브 플레이트가 제거되고, 도 5에서의 선 7-7로 지지된 바와 같이 절취된 제 2 실시예의 자석 회전자의 정면도로서, 및 자석 모듈이 최대 토크 위치에 있는 정면도.

도 8은 도 7와 유사하게 절취된 조정 가능한 결합기의 제 3 실시예에서의 자석 회전자의 정면도로서, 자석 모듈이 최대 토크 위치에 있는 정면도.

도 9는 자석 모듈이 최소 토크 위치에 있는 도 8과 유사하게 나타낸 정면도.

[실시예]

도 1 내지 도 4를 참조하면, 전도성 회전자(9)와 자석 회전자(10)를 구비한 결합기에 적용된 본 발명의 제 1 실시예가 도시되어 있으며, 자석 회전자(10)는, 전도성 회전자에 의해 제공되고 바람직하게는 철-함유된 배킹 디스크들(ferrous backing discs; 13, 14)을 갖는 2개의 전도성 디스크들(11, 12) 사이의 중간에 위치된다. 디스크들(11, 12)은, 디스크들(11, 12)과 자석 회전자(10) 사이의 공기 갭들(17 - 18)을 규정하기 위해 디스크들의 원주 방향으로 동일하게 이격된 3개 이상의 스페이서 슬리브들(16)에 의해 분리되어 있다. 각각의 결합 볼트(tie bolt; 20)는 배킹 디스크(14), 전도성 디스크(12), 슬리브들(16), 전도성 디스크(11)를 통해 연장되고, 배킹 디스크(13)에 스레드된다(threaded). 디스크들(11, 13)은 볼트들(22)에 의해 허브(24)에 고정되어 있고, 자석 회전자(10)는 볼트들(26)에 의해 허브(28)에 고정되어 있다. 허브들(24, 28)은 가늘어진 부싱 맞품부들(tapered bushing fittings; 30, 31)에 의해 키들(keys; 32, 33)을 통해 독립 축들(34, 35)에 차례로 고정되며, 그 중 하나는 동력 입력 축이고 그 중 다른 하나는 부하(load)에 접속된 출력축이다. 적절한 베어링들이 축들(34, 35)을 서로 독립적으로 지지한다.

자석 회전자(10)는 볼트들(26)에 의해 함께 유지된 1차 디스크(10a)와 커버 디스크(10b)를 포함하며, 그들 외주에 인접된 복수의 정렬된 원형 개방부들(37, 38)를 구비한다. 자석 홀더들(40)을 가진 자석 모듈들(39)은 개구부들(37, 38)을 점유한다. 각각의 홀더(40)는 각각의 개구부(38)를 둘러싸는 보유 립(retaining lip; 38a)과 커버 디스크(10b) 사이에 보유된 환형 외부 랜드(41)를 제공하기 위해 오목한 외부 가장자리부를 구비한다. 사각형 컷아웃부(rectangular cutout)는 한 쌍의 사각형 영구 자석들(42, 43)을 수용하기 위해 각각의 홀더에 제공되며, 한 쌍의 사각형 영구 자석들(42, 43)은 그들의 대향 측면들이 그들 사이에 중립면(44)을 갖고, 그들의 반대 극들이 전도성 디스크들(11, 12)을 향하도록 나란히 위치된다. 자석들(42, 43)의 극들은 서로 반대이며, 즉 자석(42)의 남극과 자석(43)의 북극은 동일 방향으로 향해 있다. 자석들(42, 43)의 인접한 측면들 사이의 중립면(44)은 축(35)의 회전축과 평행하며, 최대 토크 성능(performance)에서(도 4a), 이러한 회전축을 포함한다. 최소 토크 성능을 위해(도 4c), 자기 모듈들(39)은 최대 성능 위치로부터 1/4 회전됨으로써, 최대 토크 성능에서의 위치와 수직인 위치로 중립면(44)을 위치시킨다. 고정 나사들(45)은 1 차 디스크(10a)의 외주로부터 방사형으로 연장되는 스레드된 보어들(threaded bores; 46) 내로 죄여져, 최대 및 최소 성능 위치들 사이에서 선택된 토크 성능 위치들에 자석 모듈들(39)을 고정하기 위해(예를 들면, 도 4b), 홀더들의 랜드들(41)에 닿는다. 제 1 실시예의 토크 전달력은 모든 자석 모듈들(39)을 동일한 양만큼 회전시킴으로써 변경될 수 있지만, 자석 모듈들(39)을 다른 양으로 회전함으로써 변경될 수 있다. 홀더들(40)은 자석 모듈들(39)의 방향을 나타내기 위해 1 차 디스크(10a) 또는 커버 디스크(10b) 상의 표시와 정렬될 수 있는 방사상 표시의 노출된 세트들(exposed sets)을 가질 수 있다.

중심 태양 기어와 맞물린 유성 기어를 각각의 자석 홀더에 제공함으로써 속도 조정을 위해 자석 모듈들이 동시에 회전될 수 있어서, 태양 기어가 회전될 때 또는 유성 기어들(planetary gears) 중 하나가 회전될 때, 모든 유성 기어들이 동일한 양만큼 응답적으로 회전된다.

제 2 실시예를 도시한 도 5 내지 도 7에 참조하면, 수정된 자석 회전자(10')는 전방으로 향한 환형 홈(a forwardly facing annular groove; 64)으로 형성된 배킹 디스크(62)를 구비하며, 전방으로 향한 환형 홈(64)은, 감소된 직경의 환형 후방 보유 립(annular back retaining lip; 66)을 각각 구비한 복수의 동일하게 이격된 원형 포켓들(65)과 그 외주에서 교차된다(intersect). 환형 홈(64)은 중심 포스트(72)를 둘러싸는 중심 홈(70)으로부터 방사하는 부채꼴형 오목부(sectorial shaped recess; 68)와 교차된다. 그 외부 가장자리부에서 배킹 디스크(62)는 전방으로 돌출한 주변 립(74)을 구비한다.

원형 자석 홀더들(76)을 가진 자석 모듈들(75)은 포켓들(65)로 끼워 맞춘다. 각 자석 홀더는, 환형 홈(64) 내에 위치된 태양 기어링(78)과 맞물린 톱니형(teeth; 77')으로 형성된 감소된 폭의 유성 기어링(77)을 형성하기 위하여, 전방 및 후방 외부 에지들에서 오목하게 된다. 태양 기어(78)는 볼 베어링 유닛(ball bearing unit; 82)에 의해 중심 포스트(72) 상으로 저널된(journaled) 허브(80)로, 오목부(68)에서 안쪽으로 방사되는 스포크 아암(spoke arm; 79)을 구비한다.

각 자석 모듈이 각 축 방향으로 향하는 북극과 남극을 가지고, 각 자석 극들이 다른 자석의 대응 극들에 대해 반대가 되도록 고정 배열된 나란한 한 쌍의 영구 자석들(42', 43')을 수용하기 위해, 각각의 자석 홀더(76)는 사각형 컷아웃부(84)를 구비한다. 상술된 바와 같이, 각 자석 모듈의 두 자석들은 인접한 측면들을 중립면(44)의 대향 측면들 상에 가지며, 도 7에 도시된 바와 같이, 자석 회전자가 소정 부하에 대해 최대 토크 성능 위치에 자석 모듈들을 가질 때 각 중립면은 자석 회전자의 회전축에 평행하고, 회전축을 통해 연장한다.

배킹 디스크(62)는 허브 플레이트들(87)에 볼트들(86)에 의해 고정되고, 허브 플레이트는 끼워진 축(keyed shaft; 35')상에 설치된 허브 어셈블리(hub assembly; 90)에 볼트들(88)에 의해 접속된다. 환형 커버 플레이트(92)는 허브 플레이트(87)의 림(rim)과 외부 립(74) 사이의 배킹 플레이트(62)의 노출된 전면 상에 맞춰진다(fit). 커버 플레이트(92)는 자석 모듈들(75)의 대응 단부를 수용 및 노출하기 위해 원주 방향으로 이격된 원형 컷아웃들(93)을 구비한다. 이들 컷아웃들은 환형 후방 보유 숄더들(94)을 제공하기 위해 후방에서 역-보어된다(counterbored). 바람직하게는 베어링 볼들(90, 91)은 유성 기어링들(76)과 태양 기어(78)의 전후방에 각각 제공된다.

스포크 아암(79)은 고정 볼트(96)를 수용하는 스레드된 보어(95)를 가지며, 고정 볼트(96)는 고정 볼트(96)가 죄여질 때 태양 기어(78)가 자석 회전자(10')의 나머지에 대해 제위치에 고정되도록, 허브 플레이트(87)의 아치형 컷아웃부(97)를 통하여 후방으로 돌출된다. 아치형 컷아웃부(97)는 도 7에서의 가상 선으로 나타내어진다. 바람직하게는 배킹 플레이트(62)의 부채꼴형 오목부(68)는 유성 기어들(77)의 90도 회전에 대응하는 각도 범위에서 스포크 아암(79)이 이동하는 것을 허용하는 크기로 되어 있다. 고정 볼트(96)의 수동 조작은 태양 기어(78)를 회전시켜, 자석 회전자(10')의 회전축에 대해 원하는 토크 성능 위치에 자석 모듈들의 중립면들(44)을 위치시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

제 3 실시예에서, 자석 모듈들(75)의 각도 조정을 위한 태양 기어(78)의 회전은 스포크 아암(79)과 구동 접속부를 갖는 가역 방향 전류 모터(reversible direct current motor; 100)를 수용하기 위해 적절한 크기(68')로 오목부(68)를 확대함으로써 모터화(motorize)될 수 있다. 오목부(68')의 깊이는 모터(100)의 위치에서 증가될 수 있고 또한, 허브 플레이트(87)는 모터의 두께를 허용하기 위해, 필요하다면 모터 위치에서 오목하게 될 수 있다. 모터(100)의 구동 축에는, 내부-스레드된 링크(104)에 의해 수용되는 긴 외부-스레드된 연장부(elongated externally-threaded extension; 102)가 제공될 수 있다. 링크는 105에서 스포크 아암(79)과 피벗식으로(pivotally) 접속되어 있고, 모터(100)는 106에서 배킹 플레이트(62)와 피벗식으로 접속되어 있다. 모터를 순방 및 역방 작동시키는 동력선(lead)은 배킹 플레이트(62)와 허브 플레이트(87)의 개구부들(openings)을 통하여, 허브(90)상의 통상적인 슬립 링들에 접속될 수 있다. 이들은 순방향 또는 역방향으로 모터(100)에 선택적으로 동력을 가하기 위하여, 제어 모듈로부터의 정지선상 단자들에 표준 방법으로 슬립 접속된다. 이러한 배치로 인하여 자석 모듈들은 부하의 토크 조정을 위해 결합기와 멀리 떨어진 제어 사이트(site)로부터 마음대로 선택적으로 조정될 수 있다.

상술된 모터화되지 않은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들은, 구동 모터의 시동 동안, 부하가 최대로 되기 전에 구동 모터가 최대 속도에 도달되도록 허용하기 위해 결합기 회전자들 사이에서 충분히 슬립이 있어서, 그에 의해 부드러운 시동을 성취하도록, 구동 모터로부터 공지된 일정한 부하를 구동하기 위해 결합기의 토크 전달력이 조정될 수 있게 한다. 부드러운 시동은 부하가 항상 구동 모터에 직접 결합된 경우보다 더 적은 에너지 소비 및 더 적은 마력의 구동 모터를 요구한다.

상술된 모터 작동된 제 3 실시예 장치는 자석 모듈들(75)이 예를 들면, 그들 최소 성능 위치(도 9)에서 초기에 설정되고, 그 후 구동 모터가 최대 속도를 성취했을 때 자석 모듈들이 그들 최대 성능 속도(도 8)로 원격 제어에 의해 회전될 수 있기 때문에, "부드러운 시동"의 가변 원격 제어를 제공한다.

본 발명은 또한 구동 모터가 일정한 고속으로 작동하는 동안 부하(예를 들면 펌프)의 속도가 최대 효율 속도 레벨로 설정될 수 있도록 결합기가 조정되도록 허용한다.

본 발명에 따라, 각각의 그룹 내의 2개의 나란한 영구 자석들은, 자석 회전자의 디스크형 몸체의 원형 포켓에서 회전될 수 있는 각각의 원형 홀더의 자석 모듈로서 설치된다. 이러한 구성으로 인하여, 2개의 나란한 자석의 인접 측면들 사이의 중립면(neutral plane)은, 중립면이 회전자의 회전축으로부터 방사되는 최대 토크 위치로부터 중립면이 최대 토크 위치와 수직이 되는 최소 토크 위치까지 홀더를 회전시킴으로써 자석 회전자의 회전축에 대해 이동될 수 있다.

본 발명의 가장 간단한 형태에 있어서, 자석 모듈들은 개별적으로 조정되고, 조정된 위치에 고정 나사(set screw)에 의해 고정된다. 더 복잡한 장치에 있어서 모듈들은 조정된 위치로 동시에 회전될 수 있다. 홀더들 중 하나가 회전되거나 태양 기어(sun gear)가 회전될 때, 홀더들이 동시에 회전되도록 태양 기어와 맞물리는 톱니(teech)가 홀더들 상에 제공될 수 있다.

상술한 것은 본 발명의 특정 실시예가 예시할 목적으로 본 명세서에 기술되었지만 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있음은 분명하다. 따라서, 본 발명은 청구 범위를 제외하고 한정되지 않는다.

Claims (20)

1. 조정 가능한 결합기에 있어서,

   자석 유닛, 및

   상기 자석 유닛으로부터 갭에 의해 이격된 전도성 유닛을 포함하고,

   상기 유닛들은 상기 자석 유닛이 회전축 상에서 상기 전도성 유닛에 대해 회전될 수 있도록 설치되고,

   상기 자석 유닛은 다중 자석 모듈들을 포함하고, 자석 모듈들 각각은 상기 전도성 유닛을 향하는 반대 극성의 두 자석 극들을 제공하며,

   상기 모듈들은 토크 조정을 위하여 상기 자석 유닛내에서 회전 가능한, 조정가능한 결합기.
2. 제 1 항에 있어서 ,

   각 모듈의 상기 2개의 자석 극들은 2개의 각기 나란한 영구 자석들에 의해 제공되는, 조정 가능한 결합기.
3. 제 2 항에 있어서,

   각 모듈의 상기 자석들은 상기 자석 유닛내의 회전 가능한 홀더에 설치되는,조정 가능한 결합기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 홀더들 각각은 상기 홀더를 회전시키기 위해 이동될 때 작동하는 각각의 기어 유닛과,

   상기 기어 유닛들을 동일한 양만큼 선택적으로 이동시키는 수단을 구비하며,

   상기 수단은 상기 기어 유닛들 중 적어도 하나와 맞물리는, 상기 자석 유닛에 의해 구비된(carried) 기어를 포함하는, 조정 가능한 결합기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 홀더들 각각은 각각의 유성 기어부(planetary gear section)와,

   태양 기어(sun gear)의 회전에 응답하여, 상기 홀더들 각각을 동일한 양만큼회전시키도록 상기 유성 기어부들 모두와 맞물리는 상기 태양 기어를 구비하는, 조정 가능한 결합기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 홀더들 각각은 기어 소자와, 상기 기어 소자들을 동시에 회전시키는 기어 수단을 구비하는, 조정 가능한 결합기.
7. 제 3 항에 있어서,

   모터의 작동에 응답하여 상기 홀더들을 동일한 양만큼 회전시키도록 상기 홀더들은 상기 자석 유닛에 의해 구비된 상기 모터에 결합되는, 조정 가능한 결합기.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 전도성 유닛은, 상기 자석 유닛의 각 단부를 향하고, 상기 자석 극들의 부근으로부터 갭에 의해 이격된 각각의 전도성 링을 제공하는, 조정 가능한 결합기.
9. 제 8 항에 있어서,

   각 자석 모듈은 상기 회전축과 평행한 중립면의 대향 측면들 상에 2개의 나란한 자석들을 구비하고,

   상기 2개의 자석들 중 하나의 자석은 상기 2개의 자석들 중 다른 자석의 극들에 대해 반대로 된 극들을 갖는, 조정 가능한 결합기.
10. 제 1 항에 있어서,

    모터가 상기 자석 유닛 상에 설치되고, 상기 모듈들 각각과 구동 상호 접속을 가져서, 상기 모터의 작동은 상기 모듈들 각각을 동일한 양만큼 회전시키는, 조정 가능한 결합기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 유닛들은 동축 회전축들 상에서 회전하기 위해 저널-설치되고 (journal-mounted), 제어 수단은 상기 모터의 작동을 원격으로 제어하기 위해 제공되는, 조정 가능한 결합기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 모터는 전기식이고 상기 자석 유닛으로부터 원격인 전원으로부터 동력이 공급되는, 조정 가능한 결합기.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 모터는 전기식이고 상기 자석 유닛에 의해 구비된 배터리로부터 동력이 공급되는, 조정 가능한 결합기.
14. 제 1 항에 있어서,

    서로에 대해 조정된 위치에서 상기 모듈들을 유지하는 수단이 상기 자석 유닛 상에 제공되는, 조정 가능한 결합기.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 유닛들은 회전축상에서 서로에 대해 회전하기 위해 독립적으로 설치되고,

    상기 자석 모듈들은, 상기 회전축과 평행하고 상기 회전축으로부터 동일하게이격된 각각의 모듈 축들 주위를 회전하도록 설치되는, 조정 가능한 결합기.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 자석 유닛은 상기 자석 유닛에 대해 상기 회전축 주위를 회전하도록 설치된 태양 기어와, 상기 태양 기어의 회전에 응답하여 상기 모듈들을 동일한 양만큼 회전시키기 위하여 상기 자석 모듈들 각각에 상기 태양 기어를 결합하는 유성 기어들을 구비하는, 조정 가능한 결합기.
17. 조정 가능한 결합기에 있어서,

    회전축의 주위를 회전하도록 설치된 자석 유닛, 및

    회전축의 주위를 상기 자석 유닛과 무관하게 회전하도록 설치된 전도성 유닛을 포함하고,

    상기 자석 유닛은 상기 전도성 유닛으로부터 갭에 의해 이격된 자석 모듈을 포함하며, 상기 자석 모듈은 상기 자석 유닛내에서, 상기 자석 유닛의 상기 회전축으로부터 이격되고 그와 평행한 모듈 축의 주위를 토크 조정을 위해 회전하는, 조정 가능한 결합기.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 자석 모듈은 상기 전도성 유닛으로부터 갭에 의해 이격된 반대 극성의극들을 제공하고 상기 모듈 축의 대향 측면들 상에 2개의 나란한 영구 자석들을 구비하는, 조정 가능한 결합기.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 자석 유닛은, 상기 자석 유닛의 회전축으로부터 동일하게 이격되고 서로 동일하게 이격된 다수의 상기 자석 모듈들을 구비하는, 조정 가능한 결합기,
20. 제 17 항에 있어서,

    상기 자석 유닛은 모터가 작동될 때 상기 모듈을 회전시키기 위해 상기 모듈에 대한 구동 접속을 갖는 모터를 구비하는, 조정 가능한 결합기.