KR100564012B1 - 프레임 없는 카트리지 모터를 위한 디자인 - Google Patents

Abstract

프레임없는 카트리지 모터의 구조에 대한 시스템과 방법을 보여준다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터의 스테이터에 정렬된 로터, 조정되고 유연성 부재를 통하여 모터에 부착된 피드백 장치, 그리고 모터의 하우징에 로터를 고정시키는 잠금쇠로 구성된 카트리지 모터가 제공된다.

로터, 스테이터, 모터, 하우징, 피드백 장치, 브레이크.

Description

프레임 없는 카트리지 모터를 위한 디자인 {Design for frameless cartridge motors}

로터(rotor), 스테이터(stator) 또는 직접 구동 토크 모터(motor)로 구성된 영구 자석 동기 모터에 관한 것이다.

본 발명은 일반적으로 직접 구동 토크 모터 또는 로터와 스테이터 부품 셋트로부터 만들어지는 영구자석 동기 모터에 관한 것이다. 이들 모터는 지난 세월동안 기계의 효율성과 크기를 최적화하기 위하여 사용되어져 왔다. 그 성능상의 장점은 잘 알려진 바와 같이 유지보수의 불필요, 말끔한 기계적 결합, 줄어든 부품수, 개선된 서보 성능, 정확성과 정숙성을 들 수 있다.

그러나, 이들 모터는 이들 모터의 성능상 잇점이 절대적으로 요구되는 매우 특별한 응용분야에 제한되어 사용되어 왔다. 그 이유는 상기 모터를 적용하는데 있어서 로터와 스테이터로 구성된 프레임 없는 부품 셋트를 사용함으로써 발생되는 아주 어려운 부품의 결합과 설계 시간 때문이다. 따라서, 이들 모터를 실제로 적용하기 위해서는 공학적인 자문과 설계를 위한 긴 기간(초기개발비와 함께)이 자주 요구된다.

이러한 어려움은 프레임 없는 부품 셋트의 로터와 스테이터 사이에 기계적인 공극을 유지하기 위한 하우징(housing)이나 베어링을 반드시 구비하는 것은 아니기 때문에 발생된다. 따라서, 로터와 스테이터 사이의 큰 자기력은 기계 내부의 부품 조립을 어렵게 하고, 모터의 크기가 커질수록 어려움도 커지게 된다. 안전하고 (기계 작동과 사람 모두에게) 매끄럽게 로터 부품을 스테이터에 장착하기 위해서는 많은 작업과 기계 조작뿐 아니라 주의를 기울여야만 할 것이다.

위에서 열거한 문제 중 일부를 해결하기 위해서 스테이터를 유지하는 하우징에 로터가 정열되어 고정되는 로터/스테이터 결합을 사용하는 선행기술이 알려져 있다. 상기 선행기술 시스템에서는 로터를 하우징 정면에 볼트로 결합하여 고정시킨다. 그러나, 상기 시스템은 설치과정에서 심각한 로터의 축 이동이 발생되고, 이 때문에 설치과정의 어려움이 발생된다. 더욱이, 피드백(feedback) 소자가 설치 시에 장착되어 각도가 정렬되어야 하는, 전문적인 장비가 필요한 아주 정교한 과정이 진행되어야만 하기 때문에 어려운 점이 발생된다.

본 발명에서는 위에서 설명한 안정성, 결합의 용이성, 통합 비용의 문제에 대하여 접근할 것이다.

본 발명에 따르는 프레임 없는 카트리지 모터가 구현됨으로서, 위에서 확인된 이 기술분야의 문제들이 해결되고 기술적 진보가 이루어진다.

본 발명의 카트리지 모터의 기술적 사상은 모터의 조립과 적용을 위한 시간을 감소시키고, 더 많은 응용분야에 사용되는 것을 용이하게 한다. 기술적 사상의 최종 실시단계에서, 모터의 조정 또는 피드백 장치의 장착이나 조정의 필요 없이 간단하게 장착될 수 있는 단일 유닛으로 모터(스테이터와 로터), 하우징, 그리고 피드백 장치가 공급된다.

카트리지 모터는 통합된 피드백 장치와 함께 제공되므로 모터는 빠르고 쉽게 장착될 수 있다. 이를 위하여 본 발명은 모터가 생산되는 공장에서 피드백 장치의 설치를 가능하게 하는 피드백 장치를 위한 유연성있는 마운트를 제공한다. 이러한 구성으로, 피드백 장치는 모터의 전자기에 대해서 영점화되므로 전자적 정류(commutation)가 정확해진다. 본 발명을 사용 하지 않으면 피드백 장치를 장착하는 것은 상당한 부담이 된다. 모터와 함께 있는 장치를 정렬하거나 "영점화" 하기 위해서는 특별한 장비를 필요로 하기 때문에 또한 부정확하다. 그래서, 공정은 길어지고, 점점 비용이 많이 들게 되고, 그러한 과정으로 인해 카트리지 모터의 이점이 없어지게 된다. 본 명세서에 있는 기술적 사상은 소비자가 모든 모터 부품들을 수분내에 장착하고 케이블을 연결하고 구동할 수 있도록 하는 것이다.

다른 실시예로서, 카트리지 모터는 설치하는 시점에 지나친 축상의 이동을 발생시키지 않도록 하는 잠금쇠가 함께 제공된다. 이러한 과정을 통해서도 설치의 복잡성을 감소시킨다.

따라서, 하우징, 스테이터, 로터 그리고 잠금쇠를 포함하는 직접 구동 카트리지 모터를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 잠금쇠는 설치하는 동안 지나친 축상의 이동이 없이 운송을 위해 정렬되고 조정된 형태로 하우징에 로터를 고정하는데 사용된다.

더 나아가 본 발명의 목적은 하우징, 로터, 스테이터, 잠금쇠 그리고 유연성 부재를 통해서 모터에 장착된 피드백 장치를 포함하는 통합된 피드백 장치를 가지는 직접 구동 카트리지 모터를 제공하는 것이다. 이때 잠금쇠는 운송을 위해 정렬되고 조정된 형태로 로터, 스테이터, 그리고 하우징을 고정하는데 사용된다. 그리고, 유연성 부재는 다른 방향으로 몇도의 이동은 허용하면서도 피드백 장치가 모터와 각을 이루게 정렬되도록 유지한다

또 다른 본 발명의 목적은 직접 구동 카트리지 모터를 조립하는 방법과, 로터와 스테이터를 정렬하는 방법과, 피드백 장치를 유연성 부재를 가지고 모터위에 설치하는 방법과, 피드백 장치를 정렬하는 방법과 배송을 위해 정렬된 형태에서 로터를 고정하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 발명의 전형적인 실시예에 따라 운송하기 위해 정렬된 카트리지 모터를 보여준다.

도 2는 본 발명의 전형적인 실시예에 따라 설치될 기계장치(수용기계장치)에 부분적으로 장착된 카트리지 모터를 보여준다.

도 3은 본 발명의 전형적인 실시예에 따라 수용기계장치에 설치된 카트리지 모터를 보여준다.

도 4A는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 확대도로 묘사한 유연성있는 피드백 마운트를 가진 카트리지 모터를 보여준다.

도 4B는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 유연성있는 피드백 마운트를 정면도와 측면도로 보여준다.

도 5는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 쉽핑볼트를 보여준다.

도 6은 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 다른 쉽핑볼트 구성을 보여준다.

도 7은 본 발명의 전형적인 실시예에 따라 쉽핑잠금쇠로서 브레이크를 사용하는 카트리지 모터를 보여준다.

본 발명의 프레임 없는 카트리지 모터는 직접 구동 방식에서 전통적으로 가지는 가중되는 문제점을 피하면서 직접 구동 토크 모터의 모든 잇점을 가지게 된다. 본 발명의 카트리지 모터는 설치의 어려움을 피하기 위하여 패키지화된 상태로 나오는 직접 구동 모터를 제공한다. 이것은 모터의 제조 공장에서 모든 필요한 정렬과 조정을 수행한 다음에 스테이터를 제자리에 고정함으로써 달성된다. 이렇게 고정함으로써 모터는 제작자가 정해준 정렬과 조작 상태를 유지하게 된다. 모터는 패키지 형태로 최종 사용자에게 운반되어 설치된다. 설치되는 동안 모터는 고정상태가 풀리게 되고 동작 형태에 맞게 배치된다

도 1은 본 발명의 전형적인 실시예에 따라 운송을 위해 구성된 카트리지 모터를 보여준다. 카트리지 모터는 스테이터를 지지 하는 하우징(10)으로 구성된다. 다른 실시예에서, 하우징은 주위로부터 봉해지게 되고/되거나 스테이터는 액화 냉각될 수 있다. 당연히, 모터는 모터 샤프트(20) 주위에 노출된 로터(18)를 포함한다. 모터 샤프트 또한 움직이는 기계의 구동 샤프트에 모터를 붙이는데 쓰이는 플레이튼(platen)(25)을 포함한다.

제작시에 카트리지 모터의 부품들은 적절한 동작을 위해 조립되고 조정된다. 로터와 스테이터가 정렬된 결과 둘 사이의 적절한 공극을 형성한다. 그후 로터는 제 자리에 고정된다. 로터와 스테이터를 제 자리에 고정함으로써 운송되는 동안 적절한 조정상태가 유지되게 되고, 그럼으로써 최종 사용자의 장치에 설치하는 것이 용이해진다. 이렇게 고정시키는 데는 많은 방법이 있다. 예를 들면, 도 1에서 보는 것처럼, 쉽핑볼트(30)는 로터를 하우징에 고정시키고, 그럼으로써 적절한 방사상의 정렬을 유지한다.

피드백 장치(40) 또한 정렬시에 설치된다. 피드백 장치 로터(35)는 유연성있는 마운팅 판을 통하여 모터 샤프트에 부착된다. 이 유연성 있는 마운팅 판은 약간의 방사상과 축상의 이동을 허용하면서 각 정렬을 유지한다. 또는, 피드백 장치 스테이터는 유연성있는 결합을 통해서 모터 스테이터에 장착될 수 있고 피드백 장치 로터는 단단하게 모터 로터에 장착된다. 이에 따라 피드백 로터(35)는 모터 샤프트의 각 이동의 궤적을 따르게 되고 피드백 장치(40)에 그 이동을 전달한다.
이때, 상기 피드백 장치(40)로는 엔코더, 리졸버, 회전속도계, 인덕토신(inductosyn), 사인 엔코더, 테이프 스케일(tape scale), 홀 효과 센서 셋트 중 어느 하나가 이용될 수 있다.

도 1의 카트리지 모터는 단지 하나의 베어링(50)만을 요구한다. 더욱이, 이 베어링은 유연성 부재에 부착될 때 피드백 장치(40)와 피드백 로터(35) 사이의 일정한 공극을 유지하는데 사용될 뿐이다. 따라서, 이 카트리지 모터 디자인은 닳아 서 고장날 수 있는 부품들의 수를 크게 감소시키고, 따라서 장치의 사용수명이 증가하게 된다.

도 2는 수용기계장치에 부분적으로 장착된 카트리지 모터를 보여준다. 모터 하우징(10)은 볼트(68)로 수용기계장치 몸체(65)에 고정된다. 이것으로 모터의 움직이지 않는 부분들을 고정시킨다. 모터 플레이튼(25)은 볼트에 의해서 수용기계장치의 구동 샤프트(70)에 부분적으로 고정된다. 플레이튼과 구동 샤프트의 구조는 이들이 함께 조정되도록 되어 있어 적당한 정렬을 보장하게 된다. 이 설치단계에서 볼트(75)는 완전히 조여지지 않고 구동 샤프트와 플레이튼 사이의 간격(80)은 유지 된다. 수용기계장치에 로터와 하우징이 고정된다면, 가설치 상태의 수용기계장치가 모터의 적절한 정렬을 유지할 수 있기 때문에 쉽핑볼트(30)를 풀 수 있게 된다. 볼트(30)가 풀리면 샤프트(20)는 축방향으로 자유롭게 이동한다.

도 3은 도 1의 카트리지 모터가 수용기계장치에 완전히 장착된 상태를 보여준다. 이런 결과는 볼트(75)를 조이고 쉽핑볼트(30)을 제거함으로써 이루어진다. 볼트(75)가 조여짐에 따라 플레이튼은 드라이브 샤프트(70)쪽으로 당겨지고 그에 의해서 사이 간격(80)이 없어지게 된다. 이런 과정은 또한 로터(18)를 하우징으로부터 멀리 잡아 당기고 새로운 간격(85)이 생기게 된다. 그러므로 로터는 회전하는데 자유롭게 된다. 수용기계장치에 단단히 부착된 모터 또는 플레이튼과 회전하는데 자유로운 로터를 갖추고 모터는 동작할 준비가 된다.

피드백 장치는 설치 및 정렬이 어렵고, 그래서 이들은 제조과정에서 사전 조립되는 것이 유리하다. 도 4A와 4B는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 유연성 피 드백 마운트(mount)를 보여준다. 피드백 부재를 설치하는 동안 여전히 축상 이동이나 기타 이동이 허용되며, 유연성 피드백 부재(400)로 인하여 피드백 장치의 사전 설치가 가능하다. 또한, 유연성 피드백 결합은 매우 높은 정밀도로 피드백 로터를 지탱하는데 피드백 베어링(50)을 사용할 수 있게 함으로써 피드백 장치의 통합을 수월하게 만든다.

도 4A에서 보는 것처럼, 유연성 피드백 부재는 피드백 로터(35)와 샤프트(20)에 부착된다. 도 4B는 유연성 피드백 부재의 전형적인 실시예의 구성을 보여준다. 이런 특수한 유연성 부재는, 피드백 로터에 설치하기 위하여 안쪽에 구부러져 나온 2개의 L자형 탭(420)을 가지고 모터 샤프트에 설치하기 위하여 바깥쪽 직경에 2개의 L자형 탭(440)을 가진 얇은 금속의 평면 조각으로 구성된다. 이러한 결합은 비교적 높은 회전 강도를 유지하면서 닳아짐, 허용 오차의 변동, 온도에 따른 팽창에 기인한 축과 방사상의 움직임을 허용할 수 있다.

도 5,6,7은 앞에 설명한 실시예와는 달리, 설치하는 동안 심한 축상 이동을 방지하는 카트리지 모터의 실시예를 보여준다. 이들 실시예에서 로터와 하우징 사이의 간격은 유지된다. 이 상태에서 모터를 운송하는 것은 도 2의 실시예에서 본 것처럼 볼트를 교대로 조이고 풀고하는 것을 요하지 않고 단순하게 설치할 수 있다. 오히려, 카트리지 모터는 간단히 설치될 기계에 단단하게 설치될 수 있고, 쉽핑잠금쇠는 그때 제거될 수 있다. 잠금쇠가 제거되면 하우징과 모터 사이에 존재하는 갭으로 인하여 로터가 자유롭게 회전하게 된다. 예를 들면, 이런 간격은 사용된 잠금쇠의 형태 또는 잠금쇠가 배열된 방식에 의해 유지 될 수 있다.

도 5는 배송하는 동안 하우징과 로터 사이의 간격을 유지하는데 사용될 수 있는 볼트의 한가지 형태를 보여준다. 도시된 것처럼, 이 볼트는 끝부분에 볼트의 나머지 부분(550)보다 더 작은 직경을 가지는 나사부(500)를 가진다. 이런 구조에서는 볼트의 나사부가 로터(18)의 구멍과 맞게 되고, 로터가 볼트의 더 큰 직경부분에 의해 지탱될 때까지 조여지게 된다.

도 6은 볼트의 배열에 의해 형성되는 로터와 하우징 사이의 간격을 유지하는 다른 시스템을 보여준다. 이 실시예에서 한 셋트의 볼트(600)는 하우징하고만 나사결합이 되고 로터 표면에 닿음으로 하우징과 로터 사이의 공간을 유지하게 된다. 그리고 더 긴 두 번째 셋트의 볼트(620)는 로터와 나사결합하여 첫번째 셋트의 볼트(600)에 대해서 로터를 단단히 조이게 된다. 로테이션 축을 따라 하우징을 내려다본 도면에는 짧은 볼트와 긴 볼트를 각각 나타내는 희고 검은 원들이 도시되어 있다.

도 7은 운송하는 동안 로터 하우징 간격을 유지하고 모터와 그 피드백 장치의 적절한 정렬을 유지하는 또 다른 방식을 보여준다. 이 실시예는 적절한 로터간격을 유지하고 피드백 장치가 적절하게 정렬되도록 브레이크(700)를 사용한다. 브레이크(700)는 상용 안전 브레이크이고, 상기 브레이크는 아무런 에너지가 가해지지 않으면 작동한다. 상기 브레이크는 고정 판(710)과 클래퍼 판(720)을 사용하여 축방향으로 그리고 회전방향으로 잠긴 위치에서 브레이크 로터(730)를 붙잡아둔다. 수용기계장치위에 설치한 후 브레이크는 떼어낼 수 있고, 모터는 코일(740)을 통하여 정상적으로 작동할 것이다.

앞에서 인용했던 예들을 조합하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 브레이크는 로터/하우징 간격을 유지하도록 사용될 수 있고, 또한 하나 또는 그 이상의 볼트가 배송되는 동안 회전이 일어나지 않도록 하기 위해 로터에 삽입될 수도 있다.

본 발명의 많은 특징과 이점들은 상세한 설명에 의해 명백하며 이러한 본 발명의 진실한 기술적 사상과 범위내에서 누락된 발명의 모든 특징들과 이를 보호하는 것은 첨부된 청구항에 의하여 정해진다.

더욱이, 이 기술 분야에서 수많은 수정과 변화가 일어날 수 있기 때문에 여기에서 예시하고 묘사한 설명과 동작으로 본 발명을 한정짓는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 자주 사용될 수 있는 모든 적합한 수정품과 등가물들이 청구의 범위 내에 포함되도록 기재하였다.

Claims (23)

1. 하우징;

   상기 하우징에 부착된 스테이터;

   상기 스테이터와 공통의 중심축을 공유하는 로터;

   공통의 중심축을 따라 로터를 관통하는 샤프트;

   운송되는 동안 상기 하우징에 로터를 고정시킴으로써 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 적절한 간격을 유지하도록 하는 잠금쇠;

   상기 샤프트에 연결된 유연성 부재; 그리고,

   상기 유연성 부재위에 장착된 피드백장치;

   를 포함하여 구성되며, 상기 유연성 부재로 인하여 회전 정렬을 유지하면서 상기 샤프트와 상기 피드백 장치 사이에서 축 및 방사상으로 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징은 수용기계장치에 하우징을 장착하기 위한 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 샤프트는 수용기계장치에 샤프트를 설치하기 위한 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 잠금쇠는 잠겼을 때 로터를 하우징에 닿게 하는 축방향 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 잠금쇠는 로터와 하우징 사이의 간격을 유지하는 동안 하우징에 로터를 고정시키는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 피드백 장치는 엔코더인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 피드백 장치는 리졸버인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 피드백 장치는 회전속도계인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 피드백 장치는 인덕토신(inductosyn)인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 피드백 장치는 사인 엔코더인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 피드백 장치는 테이프 스케일(tape scale)인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 피드백 장치는 홀 효과 센서 셋트인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 피드백 장치는 배송 전에 각도가 정렬된 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 유연성 부재는 피드백 장치의 각도 정렬을 유지하는 동안 로터의 축상의 이동을 허용하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
15. 제 1항에 있어서,

    상기 모터는 브러쉬없는 영구 자석 모터인 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
16. 제 1항에 있어서,

    그중에 상기 스테이터는 액화 냉각되는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
17. 제 1항에 있어서

    그중에 상기 하우징은 주변이 봉인된 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
18. 하우징;

    상기 하우징에 부착된 스테이터;

    상기 스테이터와 공통의 중심축을 공유하는 로터;

    공통의 중심축을 따라 로터를 관통하는 샤프트;

    운송 중에 로터를 스테이터에 대하여 같은 중심으로 고정시키는 잠금쇠;

    를 포함하여 구성되며, 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 적절한 간격과 상기 로터와 상기 하우징 사이의 간격이 유지되며, 설치하는 동안 로터 및 하우징의 간격의 지나친 축 이동을 방지하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 잠금쇠는 볼트의 나머지 부분보다 더 작은 직경의 끝을 가진 볼트를 포함하는 카트리지 모터.
20. 제 18항에 있어서,

    상기 잠금쇠는 상기 로터와 상기 하우징 사이의 공간을 유지하는 짧은 볼트 셋트와 상기 로터를 상기 짧은 볼트에 확실히 죄는 긴 볼트 셋트의 적어도 두가지 형태의 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
21. 제 18항에 있어서,

    상기 잠금쇠는 상기 로터를 제 위치에 잡아두는 브레이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
22. 제 21항에 있어서,

    로터의 각도 방향의 이동을 막는 부가적인 잠금쇠를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.
23. 제 18항에 있어서,

    약간의 축상 이동은 허용되나 각도 정렬은 유지하면서, 상기 모터에 피드백 장치를 붙이기 위한 유연성있는 피드백부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지 모터.

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