KR102193903B1

KR102193903B1 - 브러시리스 직류 전기 모터

Info

Publication number: KR102193903B1
Application number: KR1020197037750A
Authority: KR
Inventors: 커트 디. 길모어; 대릴 비즐리
Original assignee: 아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2020-12-22
Also published as: KR20170118218A; KR102060043B1; JP2018507675A; US20160254735A1; CN107431420B; EP3262738B1; JP7019420B2; US10673290B2; CN107431420A; EP3262738A2; TW201640786A; WO2016138396A3; TWI719013B; WO2016138396A2; WO2016138396A9; KR20190143479A

Abstract

단일 베어링, 다극 배향 자석, 출력 커플링 및 회전자 셸을 갖는 회전자를 갖는 브러시리스 직류 전기 모터에 관한 것이다. 회전자 셸은 전기 절연성 재료로 형성되며 자석, 베어링 및 출력 커플링 상에 오버몰딩될 수 있다.

Description

브러시리스 직류 전기 모터{BRUSHLESS DC ELECTRIC MOTOR}

(관련 출원에 대한 상호-참조)

본 출원은 미국 실용특허 출원 제15/051,838호(2016년 2월 24일 출원)에 대해 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 발명의 명칭이 "브러시리스 직류 전기 모터(Brushless DC Electric Motor)"인 미국 가특허출원 제62/120,956호(2015년 2월 26일 출원) 및 발명의 명칭이 "전기 모터의 회전자를 형성하기 위한 방법(Method For Forming The Rotor Of An Electric Motor)"인 미국 가특허출원 제62/173,624호(2015년 6월 10일 출원)의 이익을 청구한다. 상기 특허 출원의 각각의 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 상세하게 원용된다.

본 발명은 브러시리스 직류 전기 모터에 관한 것이다.

이 섹션은 반드시 종래 기술이 아닌 본 발명에 관한 배경 정보를 제공한다.

브러시리스 직류 전기 모터는 다양한 펌프 및 액추에이터 용으로 자동차에서 보편적으로 채용된다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 JP 2003 017309 A 및 EP 2 124 316 A1에 개시되어 있다.

본 발명자는 브러시리스 직류 전기 모터의 대부분이 비교적 비싸다는 사실에 주목하였으며, 종래의 브러시리스 직류 전기 모터에 비해 상대적으로 낮은 질량과 적은 개수의 부품을 갖는 브러시리스 직류 전기 모터를 설계했다.

이 섹션은 본 발명의 전체적인 개요를 제공하는 것이며, 그 전체 범위 또는 그 전체 특징의 포괄적인 개시가 아니다.

하나의 형태에서, 본 발명은 브러시리스 직류 전기 모터를 형성하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 다극 구성을 갖는 중공 자석을 제공하는 단계; 상기 중공 자석의 내표면 상에 플라스틱 재료를 오버몰딩하는 단계; 상기 중공 자석에 출력 부재를 결합하는 단계; 및 고정자 내에 회전자를 삽입하는 단계로서, 상기 회전자는 중공 자석, 출력 부재, 및 중공 자석의 내표면 상에 오버몰딩되는 플라스틱 재료를 포함하는 단계를 포함한다.

다른 형태에서, 본 발명은 복수의 권선을 갖는 고정자, 및 상기 고정자에 수용되고 회전축 주위로 고정자에 대해 회전 가능한 회전자를 구비하는 브러시리스 직류 모터를 제공한다. 상기 회전자는 출력 부재, 중공 자석, 및 중공 자석의 내표면과 출력 부재 사이에 배치되는 플라스틱 재료를 갖는다. 중공 자석은 다극 구성을 갖는다. 플라스틱 재료는 내표면에 오버몰딩된다. 중공 자석의 외표면은 회전자의 회전축 주위에 동심적으로 배치된다. 내표면은 중공 자석의 질량 중심이 회전자의 회전축으로부터 반경 방향으로 오프셋되도록 회전자의 회전축 주위에 중심맞춤되지 않는다.

또 다른 형태에서, 본 발명은 회전자를 형성하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 콜렛(collet)과 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 갖는 사출 몰드를 제공하는 단계로서, 콜렛은 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 사이에 수용되며, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재의 각각은 몰드 공동의 일부를 형성하는 단계; 상기 몰드 공동의 여러 부분 중 하나에 모터 출력 부재를 설치하는 단계; 상기 콜렛 내에 중공 원통형 자석을 설치하는 단계; 중공 원통형 자석의 외표면을 모터 출력 부재의 회전축에 대해 위치시키고 중공 원통형 자석의 외표면에 압축력을 가하기 위해 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 폐쇄 위치에 위치시키는 단계; 중공 원통형 자석과 모터 출력 부재 사이에 용융 플라스틱을 가압 사출하는 단계; 및 사출된 용융 플라스틱을 냉각시켜 모터 출력 부재를 중공 원통형 자석에 고정하는 단계를 포함한다.

또 다른 형태에서, 본 발명은 회전자를 형성하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 갖는 사출 몰드를 제공하는 단계로서, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재의 각각은 몰드 공동의 일부를 형성하는 단계; 상기 몰드 공동의 여러 부분 중 하나에 모터 출력 부재를 설치하는 단계; 상기 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 중 하나에 중공 원통형 자석을 결합시키는 단계; 모터 출력 부재의 종축을 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재에 의해 형성되는 회전자의 회전축과 일치되게 정렬하고, 중공 원통형 자석의 외표면을 회전자 축 주위에 동심적으로 위치시키며, 중공 원통형 자석의 외표면에 압축력을 가하기 위해 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 폐쇄 위치에 위치시키는 단계; 중공 원통형 자석과 모터 출력 부재 사이에 용융 플라스틱을 가압 사출하는 단계; 및 사출된 용융 플라스틱을 냉각시켜 모터 출력 부재를 중공 원통형 자석에 고정하는 단계를 포함한다.

적용 가능한 추가 영역은 본 명세서에 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 개요에서의 설명 및 특정 예는 단지 예시를 목적으로 의도된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다.

여기에서 설명되는 도면은 선택된 실시예만을 설명하기 위한 것이며 모든 가능한 실시예를 설명하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적인 브러시리스 직류 전기 모터의 사시도이다.
도 2는 종동 장치와 작동적으로 관련하여 도시된, 도 1의 브러시리스 직류 전기 모터의 종단면도이다.
도 3은 회전자를 보다 상세하게 도시하는, 도 1의 브러시리스 직류 전기 모터의 일부의 사시도이다.
도 4는 도 3의 회전자의 종단면도이다.
도 5는 자석을 보다 상세하게 도시하는, 도 3의 회전자의 일부의 사시도이다.
도 6은 자석 상의 북극과 남극 사이에서 연장되는 자속 선을 도시하는 자석의 개략도이다.
도 7은 회전자의 내부로 연장되는 자속 선을 도시하는, 종래의 브러시리스 직류 전기 모터의 자석의 개략도이다.
도 8은 출력 커플링을 보다 상세하게 도시하는, 도 3의 회전자의 일부의 사시도이다.
도 9는 샤프트 부재를 보다 상세하게 도시하는, 도 1의 브러시리스 직류 전기 모터의 일부의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적인 브러시리스 직류 전기 모터의 사시도이다.
도 11은 도 10의 브러시리스 직류 전기 모터의 분해 종단면도이다.
도 12는 회전자를 보다 상세하게 도시하는, 도 10의 브러시리스 직류 전기 모터의 일부의 종단면도이다.
도 13은 회전자의 모터 출력 부재의 단부 섹션에 형성된 중심맞춤 특징부를 도시하는, 도 12의 부분 확대도이다.
도 14는 중공 자석을 보다 상세하게 도시하는, 회전자의 일부의 사시도이다.
도 15는 자석의 자극의 다극 배향을 도시하는, 자석의 축방향 단부의 개략도이다.
도 16은 도 10의 브러시리스 직류 전기 모터의 회전자를 형성하는데 사용하도록 구성된 예시적인 사출 몰드의 일부의 도시도이다.
도 17 내지 도 23은 도 16과 유사하지만, 회전자를 형성하기 위한 공정의 다양한 단계에서의 사출 몰드를 도시하는 도면이다.
대응하는 참조 번호는 도면의 여러 도면에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적인 브러시리스 직류 전기 모터가 전체적으로 참조번호 10으로 표시되어 있다. 모터(10)는 모터 하우징(12), 고정자(14) 및 회전자(16)를 구비할 수 있다. 모터 하우징(12)은 고정자(14) 및 회전자(16)가 그 안에 수용될 수 있는 공동(18)을 가질 수 있다. 고정자(14)는 종래의 방식으로 구성될 수 있으며 여기에서 상세하게 논의될 필요는 없다.

도 2, 도 3 및 도 4에서, 회전자(16)는 자석(30), 회전자 셸(32), 출력 커플링(34), 베어링(36) 및 선택적 샤프트 부재(38)를 포함할 수 있다.

도 5에서, 자석(30)은 예를 들어 압출된 페라이트로 형성될 수 있는 중공 원통형 구조물일 수 있다. 자석(30)은 자석(30)의 둘레 주위에서 교번하는 복수의 북극 및 남극(40, 42)을 각각 갖는 다극 배향 구성을 가질 수 있다. 도 6에 도시되어 있듯이, 자속 선(44)은 북극 및 남극(40, 42)을 연결할 수 있으며, 따라서 자석(30)의 내부는 종래의 브러시리스 직류 전기 모터에서 요구되는 자기 감응성 재료로 채워질 필요가 없다. 이와 관련하여, 종래의 브러시리스 직류 전기 모터에서는 반경방향 이방성 구조(도 7에 도시됨)를 갖는 자석이 채용되기 때문에, 자기 회로를 완성하기 위해 자기 감응성 재료가 자석 내부에 필요하다. 종래의 브러시리스 직류 전기 모터와 비교하여, 자석(30)의 다극 배향 구성은 회전자(16)(도 4)가 자기 감응성 코어를 가질 필요가 없게 하며, 이는 회전자(16)(도 4)의 중심이 중공일 수 있게 하고 따라서 회전자(16)(도 4)의 질량 및 관성 모멘트를 감소시킨다. 도 5로 돌아가서, 자석(30)은 중심 개구(46) 및 외부 자석 표면(48)을 가질 수 있다. 중심 개구(46)는 팔각형 형상과 같은 비원형 단면 형상을 가질 수 있다. 비원형 단면 형상의 선택이 북극 및 남극(40, 42)의 양을 좌우할 수 있음을 알 것이다. 제공된 특정 예에서, 팔각형 형상에 의해 생성되는 여덟 개의 내부 모서리는 자석(30)이 여덟 개의 자극[네 개는 북극(40)이고 네 개는 남극(42)]을 갖도록 지시한다. 외부 자석 표면(48)은 센터리스 연삭(centerless grinding)과 같은 소정 공정으로 형성될 수 있다.

도 2 및 도 4에서, 회전자 셸(32)은 자석(30)에 장착될 수 있으며, 적절한 플라스틱 재료와 같은 전기 절연성 재료로 형성될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 회전자 셸(32)은 외부 자석 표면(48) 및 자석(30)의 내표면(50)을 회전자 셸(32)의 플라스틱 내에 포위시키기 위해 자석(30) 상에 오버몰딩된다(즉, 밀착 결합된다). 외부 자석 표면(48) 및 자석(30)의 내표면(50) 상에 재료를 오버몰딩하는 것은 자석(30)이 높은 플라스틱 사출 압력에 대한 노출에 응답하여 변형되지 않도록 오버몰드가 형성될 때 자석(30)에 인가되는 힘을 균형잡는데 도움이 된다. 또한, 오버몰딩된 플라스틱이 자석(30)의 내표면(50) 상에 피착되는 것은 회전자(16)를 회전적으로 균형잡는데 도움이 될 수 있다. 이와 관련하여, 자석(30)의 중심 개구(46)가 약간 편심되면, 중심 개구(46)는 자석(30)을 회전적으로 균형잡기 위해 추가 질량이 요구되는 영역에서 오버몰드를 형성하는 플라스틱 재료에 의해 부분적으로 충전될 수 있다. 자석(30)의 중심 개구(46)(도 5)가 외부 자석 표면(48)에 완벽하게 중심맞춤되지 않는다고 가정하면, 회전자 셸(32)을 형성하기 위해 상대적으로 무거운(즉, 밀도가 높은) 재료가 채용될 수 있고 상대적으로 더 무거운 재료[즉, 자석(30)의 밀도와 유사한 밀도를 갖는 재료]는 회전자(16)를 회전적으로 균형잡는데 도움이 될 것임을 알 것이다. 경우에 따라서, 출력 커플링(34) 및/또는 베어링(36)은 회전자 셸(32)을 형성하는 플라스틱을 통해서 자석(30)에 고정될 수도 있다[예를 들어, 회전자 셸(32)은 출력 커플링(34) 및/또는 베어링(36) 상에 오버몰딩될 수도 있다].

도 4 및 도 8을 참조하면, 출력 커플링(34)은 선택적이며, 예를 들어 모터(10)(도 2)로부터의 회전 파워를 회전자 셸(32)을 통해서만 출력하는 것이 바람직하지 않을 수도 있는 상황에서 채용될 수 있다. 제공된 예에서, 출력 커플링(34)은 압축 소결된 분말형 금속 재료로 형성되며, 회전자 셸(32)은 출력 커플링(34)에 오버몰딩됨으로써 출력 커플링(34)을 자석(30)에 확고하게 결합시킨다. 대안적으로, 회전자 셸(32)은 보링 또는 천공될 수 있으며 출력 커플링(34)은 간섭 끼워맞춤, 접착 재료, 스태킹(staking), 출력 커플링(34)의 변형, 리벳 및/또는 나사식 체결구와 같은 소정 방식으로 회전자 셸(32)에 고정될 수 있다. 출력 커플링(34)에 대한 회전자 셸(32)의 결합을 촉진하기 위해, 출력 커플링(34)은 출력 커플링(34)이 회전자 셸(32)과 인터로크될 수 있게 하는 다양한 특징부를 채용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 캐스털레이션(castellation)(62)을 형성하기 위해 복수의 홈(60)이 출력 커플링(34) 내에 형성될 수 있다. 이들 홈(60)은 회전자 셸(32)을 형성하는 재료를 수용하도록 구성될 수 있다. 홈(60) 안에서 응고되는 오버몰드 재료는 회전자 셸(32)에 대한 출력 커플링(34)의 회전을 억제하기 위해 캐스털레이션(62)과 협력하는 복수의 로크 구조물(구체적으로 도시되지 않음)을 형성한다.

출력 커플링(34)은 회전 파워를 전달하도록 구성되는 출력 부재(70)로 구성될 수 있다. 출력 부재(70)는 샤프트형 구조물로서 구성될 수 있지만, 특정 예에서는 비원형 개구를 포함한다. 제공된 예에서, 비원형 개구는 회전자(16)의 회전축(74)에 수직한 평면에 배치되는 두 개의 평탄면(72)을 갖는다. 이런 식의 구조는 출력 커플링(34)이 슬립-끼워맞춤 방식으로 다른 구조물에 연결되어 그 사이에서 회전 파워를 전달할 수 있게 하며, 토크 전달면 사이에 약간의 순응성을 제공하고[즉, 평탄면(72)과 출력 커플링(34)으로부터 회전 파워를 수용하는 구조물의 교합면 사이에 약간의 오정렬을 허용하고], 축방향 길이의 변동에 대해 상대적으로 덜 민감한 연결을 제공한다.

도 2에서, 베어링(36)은 자석(30)에 결합될 수 있으며, 출력 커플링(34)에 대향하는 회전자(16)의 축방향 단부에서 회전자(16)를 지지하도록 구성될 수 있다. 회전자 셸(32)은 베어링(36)을 회전자 셸(32)에 고정하기 위해 베어링(36)에 오버몰딩될 수 있다. 대안적으로, 회전자 셸(32) 내에 보어가 주조 또는 가공될 수 있으며 베어링(36)이 보어 내에 조립될 수 있다. 베어링(36)은 모터 하우징(12) 상에 형성되는 스터브 샤프트(80)를 수용하도록 구성될 수 있다.

도 2, 도 4 및 도 9에서, 샤프트 부재(38)는 샤프트형 구조물일 수 있으며 제1 파워 전달 부분(100) 및 제2 파워 전달 부분(102)을 구비할 수 있다. 제1 파워 전달 부분(100)은 출력 커플링(34)과 결합하여 그로부터 회전 파워를 수용하도록 구성된다. 제공된 예에서, 제1 파워 전달 부분(100)은 출력 커플링(34)에서의 출력 부재(70)(도 8)의 비원형 개구의 평탄면(72)(도 8)에 결합될 수 있는 한 쌍의 평탄면(110)을 갖는다. 제2 파워 전달 부분(102)은 트랜스미션 또는 펌프와 같은 종동 장치(D)에 회전 파워를 전달하도록 구성될 수 있다. 제공된 예에서, 제2 파워 전달 부분(102)은 한 쌍의 평탄면(118)을 가지며 종동 장치(D)는 한 쌍의 평탄면(구체적으로 도시되지 않음)을 갖는 개구(122)가 형성된 입력 부재(120)를 갖는다. 개구(122)는 제2 파워 전달 부분(102) 상의 평탄면(118)이 입력 부재(122) 상의 평탄면과 구동적으로 결합하도록 제2 파워 전달 부분(102)을 수용할 수 있다.

이상으로부터, 모터(10)는 베어링(36)과 대향하는 회전자(16)의 측에 베어링을 구비하지 않음을 알 것이다. 오히려, 모터(10)는 베어링(36)과 대향하는 측에서 회전자(16)를 지지하기 위해 종동 장치(D)의 구조에 의존할 수 있다. 예를 들어, 종동 장치(D)는 샤프트 부재(38)를 지지/배치할 수 있는 베어링 또는 부싱(150)을 구비할 수 있다. 대안적으로, 종동 장치(D)의 입력 부재(122)는 샤프트 부재(38)를 충분히 지지/배치할 수 있다.

종래의 브러시리스 직류 전기 모터와 비교하여, 이러한 방식으로 모터(10)를 구성하는 것은 비교적 저렴하고, 회전자의 축방향 길이를 단축시킬 수 있으며, 회전자의 관성 모멘트를 감소시키고, 회전자의 런아웃을 감소시키며, 회전자를 회전 지지하는 베어링을 필요없게 만든다. 또한, 회전자(16)에 대한 낮은 질량 및 관성 모멘트는 회전자(16)가 보다 빠른 가속 및 감속을 달성할 수 있게 한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 다른 브러시리스 직류 전기 모터(10')는 모터 하우징(12'), 고정자(14'), 및 본 발명의 교시에 따라 구성되는 회전자(16')를 구비할 수 있다. 모터 하우징(12')에는 고정자(14') 및 회전자(16')가 수용될 수 있는 공동(218)이 형성될 수 있다. 고정자(14')는 통상적으로 복수의 권선을 구비할 수 있다. 고정자(14')는 통상적인 방식으로 구성될 수 있으며 여기에서 상세하게 논의할 필요가 없다.

도 11 및 도 12에서, 회전자(16')는 회전자 출력 부재(220), 자석(222) 및 커플링 부재(224)를 포함할 수 있다. 회전자 출력 부재(220)는 보디 부분(226) 및 상기 보디 부분(226)의 대향 축방향 단부에 배치되는 한 쌍의 단부 섹션(228)을 갖는 샤프트형 구조물일 수 있다. 단부 섹션(228)의 각각은 중심맞춤 특징부(230)를 구비할 수 있으며; 중심맞춤 특징부(230)는 회전자 출력 부재(220)의 회전축(232)을 미리결정된 방식으로 정렬하는데 사용하도록 구성될 수 있다. 제공된 예에서, 중심맞춤 특징부(230)의 각각은 예를 들어 센터드릴(도시되지 않음)로 형성될 수 있는 절두-원추형 표면(234)(도 13)을 포함한다. 그러나, 중심맞춤 특징부(230)의 하나 또는 양자는 다른 방식으로 형성될 수 있으며 회전자 출력 부재(220) 상의 하나 이상의 외표면을 포함할 수 있음을 알 것이다.

도 11, 도 14 및 도 15를 참조하면, 자석(222)은 예를 들어 압출된 페라이트로 형성될 수 있는 중공 원통형 구조물일 수 있다. 자석(222)은 자석(222)의 둘레 주위에서 교번하는 복수의 북극 및 남극(240, 242)을 각각 구비하는 다극 배향 구성을 가질 수 있다. 도 15에 도시되어 있듯이, 자속 선(244)은 북극 및 남극(240, 242)을 연결할 수 있으며, 따라서 자석(222)의 내부는 종래의 브러시리스 직류 전기 모터에서 요구되는 자기 감응성 재료로 채워질 필요가 없다. 이와 관련하여, 종래의 브러시리스 직류 전기 모터에서는 반경방향 이방성 구조를 갖는 자석이 채용되기 때문에, 자기 회로를 완성하기 위해 자기 감응성 재료가 자석 내부에 필요하다. 종래의 브러시리스 직류 전기 모터와 비교하여, 자석(222)의 다극 배향 구성은 회전자(16')가 자기 감응성 중실 코어를 가질 필요가 없게 한다.

도 11 및 도 14에서, 자석(222)은 중심 개구(246) 및 외부 자석 표면(248)을 가질 수 있다. 중심 개구(246)는 팔각형 형상과 같은 비원형 단면 형상을 가질 수 있으며, 이 개구에는 회전자 출력 부재(220)가 수용될 수 있다. 제공되는 비원형 단면 형상의 선택이 북극 및 남극(240, 242)의 양을 좌우할 수 있음을 알 것이다. 제공된 특정 예에서, 팔각형 형상에 의해 생성되는 여덟 개의 내부 모서리는 자석(222)이 여덟 개의 자극[네 개는 북극(240)이고 네 개는 남극(242)]을 갖도록 지시한다. 중심 개구(246)는 회전축(232)에 수직한 단면에서 5 내지 10개의 변을 갖는 다각형과 같은 다각형으로서 형상화될 수 있음을 알 것이다. 외부 자석 표면(248)은 센터리스 연삭 작업과 같은 소정 공정으로 형성될 수 있다. 회전자 출력 부재(220)는 외부 자석 표면(248)이 회전자 출력 부재(220)의 회전축(232) 주위에 동심적으로 배치되도록 자석(222)과 정렬될 수 있다.

커플링 부재(224)는 자석(222)에 장착될 수 있으며 적절한 플라스틱과 같은 전기 절연성 재료로 형성될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 커플링 부재(224)는 중심 개구(246)에 형성되는 내부 자석 표면(250)과 회전자 출력 부재(220)의 보디 부분(226)의 외표면(252) 양자에 오버몰딩(즉, 밀착 결합)되며, 따라서 자석(222)과 회전자 출력 부재(220)를 함께 확고하게 결합시킨다. 오버몰딩된 플라스틱이 중심 개구(246) 내에 피착되는 것은 회전자(16')를 회전적으로 균형잡는데 도움이 될 수 있다. 이와 관련하여, 자석(222)의 중심 개구(246)가 [자석(222)의 외표면(248) 및/또는 회전자(16')의 회전축(232)에 대해] 약간 편심되면, 중심 개구(246) 내의 플라스틱 재료는 자석(222)을 회전적으로 균형잡는데 도움이 되는 위치에 추가 질량을 제공한다. 자석(222)의 중심 개구(246)(도 14)가 외부 자석 표면(248)에 완벽하게 중심맞춤되지 않는다고 가정하면, 커플링 부재(224)를 형성하기 위해 상대적으로 무거운(즉, 밀도가 높은) 재료가 채용될 수 있고 상대적으로 더 무거운 재료[즉, 자석(222)의 밀도와 유사한 밀도를 갖는 재료]는 회전자(16')를 회전적으로 균형잡는데 도움이 될 것임을 알 것이다. 이와 관련하여, 커플링 부재(224)를 형성하는 플라스틱 재료는 70℉와 같은 미리결정된 온도에서 자석(222)을 형성하는 재료의 밀도의 10 또는 5% 이내의 밀도를 가질 수 있다. 적절한 플라스틱 재료에는 폴리프로필렌, 나일론 6, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 또는 임의의 다른 고비중 열가소성 화합물이 포함된다.

회전자(16')는 고정자(14') 내에 회전 가능하게 수용될 수 있다. 회전자(16')를 모터 하우징(12')에 대해 회전 지지하기 위해 하나 이상의 베어링이 채용될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 베어링(260)은 각각의 단부 섹션(228)과 모터 하우징(12)에 의해 형성된 관련 베어링 마운트(262) 사이에 장착된다.

도 19를 참조하면, 회전자(16')(도 12)를 형성하기 위한 사출 몰드(1000)가 도시되어 있다. 사출 몰드(1000)는 각각 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)와 콜렛(1106)을 가질 수 있다. 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)는 몰드 공동(1110)을 부분적으로 형성할 수 있는 폐쇄 위치(도 21에 도시됨)와 부품이 몰드 공동(1110)에 수용되거나 그로부터 제거될 수 있게 되는 개방 위치(도 17에 도시됨) 사이에서 이동될 수 있다. 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재(1102, 1104)의 각각은 몰드 공동(1110)의 일부를 형성할 수 있다. 콜렛(1106)은 원주 방향으로 이격되는 방식으로 배치되는 복수의 콜렛 핑거(114)를 갖는 슬리브형 구조물일 수 있다. 콜렛(1106)은 자석(222)(도 14)을 수용하도록 크기 형성된 콜렛 개구(1116)를 가질 수 있다. 콜렛(1106)은 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재(1102, 1104) 사이에 수용될 수 있고, 미리결정된 위치에서 제2 몰드 부재(1104)에 장착됨으로써, 자석(222)(도 14)의 외부 자석 표면(248)(도 14)을 몰드 공동(1110)에 형성되는 몰드 축(1120)과 동심적으로 정렬시킬 수 있다. 제공된 예에서, 콜렛(1106)은 제2 몰드 부재(1102)에 대한 콜렛(1106)의 제한된 이동을 허용하는 방식으로 제2 몰드 부재(1104)에 장착된다. 예를 들어, 콜렛(1106)은 비교적 좁은 환형 숄더(1118)가 수용될 수 있는 세장형 홈(117)을 가질 수 있다. 환형 숄더(1118)는 제2 몰드 부재(1102)에 조립될 수 있는 스냅 링과 같은 개별 부품일 수 있거나 또는 제2 몰드 부재(1102)와 통합적으로 및 일체적으로 형성될 수 있다.

도 18에서, 모터 출력 부재(220)는 제1 몰드 부재(1102) 또는 제2 몰드 부재(1104)에 의해 형성될 수 있는 몰드 공동(1110)의 부분 중 하나에 로딩될 수 있다. 명료함을 위해서, 제1 몰드 부재(1102)에 의해 형성되는 몰드 공동(1110)의 부분에 로딩되는 모터 출력 부재(220)에 대해 논의가 이루어질 것이지만, 통상의 기술자라면 모터 출력 부재(220)가 대안적으로 제2 몰드 부재(1104)에 의해 형성되는 몰드 공동(1110)의 부분에 로딩될 수도 있음을 알 것이다. 제공된 특정 예에서, 제1 몰드 부재(1102)는, 몰드 축(1120) 주위에 동심적으로 배치되고 모터 출력 부재(220)의 단부 섹션(228)을 수용하도록 구성되는 제1 샤프트 공동(1124)을 형성한다. 제1 몰드 부재(1102)는, 모터 출력 부재(220)가 제1 샤프트 공동(1124) 내에 수용될 때 모터 출력 부재(220)의 축방향 단부에 형성된 중심맞춤 특징부(230) 중 대응하는 것과 결합하도록 구성되고 제1 샤프트 공동(1124) 내에 배치되는 제1 중심맞춤 부재(1126)를 구비할 수 있다.

도 19에서, 자석(222)은 회전자 출력 부재(220)가 자석(222)을 통해서 수용되도록 제1 몰드 부재(1102)에 의해 형성되는 몰드 공동(1110)의 부분에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 자석(222)은 콜렛(1106) 내에 직접 로딩될 수 있다.

도 20에서, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)는 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)를 도 21에 도시하듯이 폐쇄 위치에 위치시키기 위해 자석(222)이 콜렛 개구(1116)(도 19) 내에 수용되도록 서로에 대해 이동될 수 있다. 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)가 폐쇄 위치에 위치하면 콜렛 핑거(114)(도 16)가 미리결정된 하중으로 자석(222)의 외부 자석 표면(248)(도 14)에 결합됨이 초래될 뿐 아니라 몰드 축(1120)에 대한 자석(222) 및 모터 출력 부재(220) 양자의 정렬이 초래된다.

도 16으로 돌아가서, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)는 콜렛(1106)이 반경 방향으로 수축되게 할 수 있고 콜렛 핑거(114)를 자석(222)(도 14)의 외부 자석 표면(248)(도 14)에 대해 클램핑시킬 수 있는 콜렛 결합 특징부(1150)를 가질 수 있다. 제공된 예에서, 콜렛(1106)의 대향 축방향 단부는 콜렛(1106)의 대향 축방향 단부에 근접할수록 절두-원추형 형상의 각각이 발산되도록 절두-원추형으로 형상화되며, 콜렛 결합 특징부(1150)는 대응하는 절두-원추형 형상을 갖는다. 이런 식으로의 구성은 콜렛(1106)을 몰드 축(1120)에 대해 중심맞춤하는데 도움이 되며, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)가 축방향으로 서로를 향해 이동될 때 콜렛(1106)에 반경방향 내측으로 향하는 힘을 인가할 수 있다.

도 16 및 도 21을 참조하면, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)를 폐쇄 위치에 위치시키는 것 또한, 제2 몰드 부재(1104)에 장착되는 제2 중심맞춤 부재(1154)를, 제2 몰드 부재(1104)에 의해 형성되는 몰드 공동(1110)의 부분에 수용되는 중심맞춤 특징부(230) 중 하나에 결합시킬 수 있다. 제1 및 제2 중심맞춤 부재(1126, 1154)는 회전자 출력 부재(220)의 회전축(232)을 몰드 축(1120)에 정렬시키기 위해[즉, 회전자 출력 부재(220)의 회전축(232)과 몰드 축(1120)이 일치하도록] 협력할 수 있다. 제공된 특정 예에서, 제2 중심맞춤 부재(1154)는 제2 몰드 부재(1104)에 형성된 제2 샤프트 공동(1158)에 슬라이딩 가능하게 수용될 수 있으며, 스프링(1160)은 제2 중심맞춤 부재(1154)를 제1 몰드 부재(1102)를 향하는 방향으로 가압하기 위해 채용될 수 있다. 이런 식으로의 구성은 회전자 출력 부재(220)의 전체 길이의 변동에도 불구하고 제2 중심맞춤 부재(1154)가 회전자 출력 부재(220)의 관련 축방향 단부(228) 상의 중심맞춤 특징부(230)와 계속 결합될 수 있게 한다.

도 22에서, 용융 플라스틱은 제1 몰드 부재(1102) 또는 제2 몰드 부재(1104)를 통해서 몰드 공동(1110) 내에 사출될 수 있다. 용융 플라스틱이 몰드 공동(1110) 내에 사출되는 압력은 비교적 높을 수 있으며[예를 들어 1000 psig 이상, 또는 2000 psig 이상, 또는 3000 psig 이상] 자석(222)의 내부 자석 표면(250)에 인가되는 반경방향 외측으로 향하는 힘을 생성할 수 있음을 알 것이다. 일반적으로, 반경방향 외측으로 향하는 힘의 크기는 자석(222)의 파괴를 초래하기에 충분히 클 수 있다. 그러나 콜렛(1106)에 의해 자석(222)에 인가되는 반경방향 내측으로 향하는 힘은 자석(222)의 중심 개구(246)(도 14) 내에 플라스틱 재료를 사출함으로써 발생되는 반경방향 외측으로 향하는 힘을 상쇄시킬 수 있다.

도 23에서, 용융 플라스틱은 중실 오버몰드 부재, 즉 커플링 부재(224)를 형성하고 자석(222)을 회전자 출력 부재(220)에 고정하기 위해 냉각될 수 있다. 이후, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)는 회전자(16')가 사출 몰드(1000)로부터 제거될 수 있도록 개방 위치에 위치될 수 있다. 필요하다면, 회전자(16')는 회전자(16')를 회전축(232) 주위에서 회전적으로 균형잡기 위한 밸런싱 작업에서 처리될 수 있다.

모터 출력 부재(220)가 커플링 부재(224)와 별개로 형성되어 두 개의 요소가 개별 부품인 것으로 기술되었지만, 출력 부재(220)가 커플링 부재(224)와 공동으로 형성될 수 있음[즉 출력 부재(220)와 커플링 부재(224)가 동시에 형성될 수 있고, 예를 들어 플라스틱 재료로 사출 성형될 수 있음]을 알 것이다. 통상의 기술자는 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재(1102, 1104)를 폐쇄하는 것 이외의 방식으로 자석(222)이 콜렛(1106)에 고정될 수 있다는 것도 알 것이다. 예를 들어, 콜렛(1106)은, 콜렛(1106)이 제2 몰드 부재(1104) 내에 나사결합될 때 콜렛(1106)상의 핑거(114)(도 16)를 자석(222)의 외표면(248)에 대해 수축시키기 위해 제2 몰드 부재(1104)와 콜렛(1106) 상의 표면이 협력하도록 제2 몰드 부재(1104) 내로 나사결합될 수 있다.

실시예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 포괄적이거나 발명을 제한하도록 의도된 것이 아니다. 특정 실시예의 개별적인 요소 또는 특징부는 일반적으로 그 특정 실시예로 제한되지 않으며, 적용 가능한 경우에 호환 가능하고, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않아도 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 동일한 것이 여러가지 방식으로 변형될 수도 있다. 이러한 변형은 발명의 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하며, 이러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

10: 모터
12: 모터 하우징
14: 고정자
16: 회전자

Claims

회전자를 형성하기 위한 방법이며,
콜렛과 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 갖는 사출 몰드를 제공하는 단계로서, 콜렛은 복수의 콜렛 핑거를 가지며, 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 사이에 수용되며, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재의 각각은 몰드 공동의 일부를 형성하는 단계;
상기 몰드 공동의 일부들 중 하나에 모터 출력 부재를 설치하는 단계;
상기 콜렛 내에 중공 원통형 자석을 설치하는 단계;
중공 원통형 자석의 외표면에 대하여 콜렛 핑거들을 클램핑하는 단계;
중공 원통형 자석의 외표면을 모터 출력 부재의 회전축에 대해 위치시키고 중공 원통형 자석의 외표면에 압축력을 가하기 위해 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 폐쇄 위치에 위치시키는 단계;
중공 원통형 자석과 모터 출력 부재 사이에 용융 플라스틱을 가압 사출하는 단계; 및
사출된 용융 플라스틱을 냉각시켜 모터 출력 부재를 중공 원통형 자석에 고정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 중공 원통형 자석은 비원형 중심 개구를 형성하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 콜렛 내에 중공 원통형 자석을 설치하는 단계 이전에, 상기 방법은 중공 원통형 자석의 외표면을 연삭하는 단계를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 중공 원통형 자석의 외표면은 센터리스 연삭 작업으로 연삭되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 폐쇄 위치에 위치시키는 단계는 한 쌍의 중심맞춤 부재를 모터 출력 부재에 결합시키며, 상기 중심맞춤 부재는 모터 출력 부재의 회전축을 상기 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재에 의해 형성되는 회전자 축과 일치되게 정렬시키도록 구성되는, 방법.
제5항에 있어서, 상기 중심맞춤 부재 중 하나는 회전자 축을 따라서 이동 가능한, 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재의 각각은 콜렛에 의해 형성되는 한 쌍의 절두-원추형 몰드 결합면 중 관련된 하나의 몰드 결합면과 결합하도록 구성되는 절두-원추형 콜렛 결합면을 갖는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 콜렛은 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 중 하나에 대해 그와 함께 움직이도록 장착되는, 방법.
제8항에 있어서, 상기 콜렛은 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 중 하나에 대한 콜렛의 제한된 이동을 허용하는 방식으로 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재 중 하나에 장착되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 사출된 용융 플라스틱의 냉각은 중실 오버몰드 부재를 형성하고, 70℉의 온도에서 상기 중실 오버몰드 부재는 중공 원통형 자석의 밀도의 10% 이내의 밀도를 갖는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 중실 오버몰드 부재의 밀도는 중공 원통형 자석의 밀도의 5% 이내인, 방법.
회전자를 형성하기 위한 방법이며,
제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 갖는 사출 몰드를 제공하는 단계로서, 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재의 각각은 몰드 공동의 일부를 형성하는 단계;
상기 몰드 공동의 일부들 중 하나에 모터 출력 부재를 설치하는 단계;
제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 중 하나에, 복수의 콜렛 핑거를 갖는 콜렛에 장착되는 중공 원통형 자석을 결합시키는 단계;
모터 출력 부재의 종축을 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재에 의해 형성되는 회전자의 회전축과 일치되게 정렬하고, 중공 원통형 자석의 외표면을 회전자 축 주위에 동심적으로 위치시키며, 중공 원통형 자석의 외표면에 압축력을 가하기 위해 제1 몰드 부재 및 제2 몰드 부재를 폐쇄 위치에 위치시키는 단계;
중공 원통형 자석과 모터 출력 부재 사이에 용융 플라스틱을 가압 사출하는 단계; 및
사출된 용융 플라스틱을 냉각시켜 모터 출력 부재를 중공 원통형 자석에 고정하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 중공 원통형 자석과 모터 출력 부재 사이에 사출되는 용융 플라스틱의 압력은 1000 psig 이상인, 방법.
제13항에 있어서, 상기 압력은 2000 psig 이상인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 압력은 3000 psig 이상인, 방법.
제12항에 있어서, 상기 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재 중 하나에 중공 원통형 자석을 결합시키는 단계 이전에, 상기 방법은 중공 원통형 자석의 외표면을 연삭하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 중공 원통형 자석의 외표면은 센터리스 연삭 작업으로 연삭되는, 방법.
제12항에 있어서, 상기 사출된 용융 플라스틱의 냉각은 중실 오버몰드 부재를 형성하고, 70℉의 온도에서 상기 중실 오버몰드 부재는 중공 원통형 자석의 밀도의 10% 이내의 밀도를 갖는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 중실 오버몰드 부재의 밀도는 중공 원통형 자석의 밀도의 5% 이내인, 방법.