KR102208324B1 - 포스트 사이에 배열되는 영구 자석을 가진 축방향 갭 전기 기계 - Google Patents

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Abstract

전기 기계가 전자기 요소의 어레이를 갖는 스테이터를 갖는다. 로터가 베어링 상에 장착되고, 로터 포스트의 어레이를 갖는다. 로터 포스트는 각각 서로 반대편에 있는 단부들을 한정하는 길이를 갖고, 로터 포스트의 어레이는 로터 포스트 각각의 길이에 수직한 방향으로 로터를 따라 연장된다. 로터는 복수의 로터 포스트들 사이에 배치되는 자극을 한정하는 전자기 요소를 갖는다. 공기갭이 로터와 스테이터가 작동 위치에 있을 때 이들 사이에 형성된다. 복수의 로터 플럭스 제한기가 로터 상에 형성되고, 각각 로터 포스트의 서로 반대편에 있는 단부들 중 하나에 인접하게 놓인다.

Description

포스트 사이에 배열되는 영구 자석을 가진 축방향 갭 전기 기계
전기 기계(electric machine).
전기 기계의 설계에서, 기계의 의도된 응용과 원하는 성능 특성에 따라 슬롯(slot) 개수와 같은 구조적 파라미터를 선택하는 것이 알려져 있다. 그러나, 실제로는 구조적 파라미터의 모든 값이 사용되지는 않는다. 특히 로봇 공학(robotics)에서, 전기 기계의 개선된 성능의 여지가 있다.
전기 기계는 전형적으로 플럭스(flux)를 발생시키기 위해 연자성 스테이터 포스트(soft magnetic stator post)(치형부) 주위에 권취되는 전기 전도성 와이어 턴(wire turn)을 사용한다. 이러한 유형의 모터 구성을 위한 제조 공정은 시간 소모적이고 고가일 수 있다. 또한, 그러한 모터는 전형적으로 그것들을 하류 액추에이터(actuator)의 중량이 상류 액추에이터에 의해 지지되고 가속되어야 하는 로봇 공학과 같은 이동식 액추에이터 응용에 대해 비교적 무겁게 만드는 토크 대 질량비(torque to mass ratio)를 갖는다.
일반적인 영구 자석(permanent magnet) 직접 구동 모터는 로터(rotor)와 스테이터 사이의 높은 영구 자석 힘으로 인해 조립하기에 어려울 수 있다. 이들 높은 자력은 전형적으로 로터와 스테이터가 합착될 때 부품의 손상과 사람의 부상을 회피하기 위해 조립을 위한 복잡한 고정구를 필요로 한다.
로봇 암 조인트(robot arm joint)와 같은 많은 모션 제어 장치(motion control device)에 사용되는 큰 직경의 저 프로파일 베어링(low profile bearing)은 전형적으로 베어링 조립체의 분리를 방지하기 위해 하우징 내에 물리적으로 유지되어야 한다. 많은 저 프로파일 베어링은 또한 보다 큰 프로파일의 보다 작은 직경 베어링에 비해 상대적으로 낮은 공차를 갖는 경향이 있다. 또한, 베어링은 전형적으로 나사형성된 또는 다른 유형의 부재에 의해 제공되는 조절가능 프리로드(preload)를 전형적으로 필요로 한다. 이는 저 프로파일 조립체 내에 끼워맞춰지기에 어렵고, 특히 얇은 단면 베어링의 경우에 힘들다.
일반적인 축방향 플럭스(axial flux) 액추에이터에서, 베어링은 로터의 자기 활성 섹션(magnetic active section)의 내경부에 위치된다. 이러한 구성은 베어링을 로터의 외경부에 배치하는 것이 더욱 큰 항력(drag)을 유발하고 베어링 직경이 증가함에 따라 전체 베어링 프로파일이 증가하기 때문에 일반적인 관례이다. 로터의 OD 상의 베어링은 또한 장치의 회전 속도를 제한하는 경향이 있을 것이다.
단일 내측 베어링이 단일 로터/단일 스테이터와 함께 작동하게 만들기 위해, 로터와 스테이터 구조가 편향을 감소시키기 위해 보다 강직성의 구조를 제공하도록 두꺼워져야 하거나, 또는 공기 갭 거리(air gap distance)가 로터 및 스테이터 편향을 수용하기 위해 증가되어야 한다. 첫 번째 방법은 보다 무거운 장치와 보다 큰 엔빌로프(envelope)를 야기하며, 이는 엑추에이터 가속도와 토크 밀도를 감소시킨다. 후자의 방법은 보다 큰 공기 갭 거리로 인해 토크의 감소를 야기한다.
본 발명자는 전기 기계의 추가의 신규한 특징과 함께, 로봇 공학에 특히 적합한 신규한 구조적 파라미터 범위를 갖는 전기 기계를 제시하였다.
일 실시예에서, 전자기 요소(electromagnetic element)의 어레이를 갖는 스테이터 및 베어링 상에 장착되는 로터를 갖는 전기 모터가 제공된다. 로터는 로터 포스트(rotor post)의 어레이를 갖고, 로터 포스트 각각은 서로 반대편에 있는 단부들을 한정하는 반경방향 길이를 갖고, 로터 포스트의 어레이는 로터 포스트 각각의 반경방향 길이에 수직한 원주 방향으로 로터를 따라 연장되고, 로터 포스트 각각은 반경방향 내측 단부 및 반경방향 외측 단부를 갖는다. 로터는 복수의 로터 포스트들 사이에 배치되는 자극(magnetic pole)을 한정하는 전자기 요소를 갖는다. 공기갭이 스테이터와 로터가 작동 위치에 있을 때 로터와 스테이터 사이에 형성된다. 복수의 로터 플럭스 제한기(rotor flux restrictor)가 로터 상에 형성된다. 복수의 로터 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트의 서로 반대편에 있는 단부들 중 하나에 인접하게 각각 놓인다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트들의 반경방향 내측 단부들에 인접하여 배치되는 복수의 내측 플럭스 제한기 및 로터 포스트들의 반경방향 외측 단부들에 인접하여 배치되는 복수의 외측 플럭스 제한기를 갖는다.
다양한 실시예에서, 하기의 또는 다른 특징 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 베어링은 로터와 스테이터를 연결하는 제1 베어링 및 로터와 스테이터를 연결하는 제2 베어링을 추가로 포함할 수 있다. 제1 베어링은 전기 모터의 반경방향 내향으로 배열되고, 제2 베어링은 전기 모터의 반경방향 외향으로 배열된다. 제1 베어링 및 제2 베어링은 로터와 스테이터의 상대 회전 운동을 허용하도록 배열된다. 로터 포스트의 어레이 및 복수의 로터 플럭스 제한기는 제1 베어링과 제2 베어링 사이에서 로터 상에 놓일 수 있다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 내의 복수의 구멍을 포함할 수 있다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 복수의 막힌 구멍(blind hole)을 포함할 수 있다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터를 반경 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(through hole)을 포함할 수 있다. 전기 모터는 축방향 전기 모터(axial electric motor)일 수 있다. 제1 베어링은 내측 스러스트 베어링(thrust bearing)일 수 있다. 제2 베어링은 외측 스러스트 베어링일 수 있다. 스테이터의 전자기 요소 및 로터의 전자기 요소는 외측 스러스트 베어링의 반경방향 내향으로 그리고 내측 스러스트 베어링의 반경방향 외향으로 배열될 수 있다. 내측 스러스트 베어링 및 외측 스러스트 베어링은 로터의 전자기 요소 및 스테이터의 전자기 요소의 자기 인력(magnetic attraction)에 대항하여 공기갭을 유지시키도록 배열될 수 있다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트로부터 반경방향 외향으로 그리고 외측 스러스트 베어링으로부터 반경방향 내향으로 놓이는 복수의 외측 플럭스 제한기를 포함할 수 있다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트로부터 반경방향 내향으로 그리고 내측 스러스트 베어링으로부터 반경방향 외향으로 놓이는 복수의 내측 플럭스 제한기를 포함할 수 있다. 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트로부터 반경방향 내향으로 그리고 내측 스러스트 베어링으로부터 반경방향 외향으로 놓이는 복수의 내측 플럭스 제한기를 포함할 수 있다. 내측 및 외측 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트에 대해 교번 패턴으로 반경방향으로 정렬될 수 있어, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 로터 포스트에 하나 걸러 인접한다. 내측 및 외측 플럭스 제한기는 교번하는 로터 포스트에 인접하여 각각의 로터 포스트가 단지 내측 플럭스 제한기 중 하나 또는 외측 플럭스 제한기 중 하나에 인접할 수 있다. 내측 및 외측 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트와 반경방향으로 정렬될 수 있고, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 각각의 로터 포스트에 인접할 수 있다. 두 개의 내측 플럭스 제한기는 로터 포스트 각각의 반경방향 내향으로 인접하고, 두 개의 외측 플럭스 제한기는 로터 포스트 각각의 반경방향 외향으로 인접할 수 있다. 복수의 내측 플럭스 제한기 및 복수의 외측 플럭스 제한기는 각각 동일한 기하학적 구조를 갖는 복수의 구멍으로 구성될 수 있다. 동일한 기하학적 구조를 갖는 복수의 구멍은 각각 원형 단면을 가질 수 있다. 복수의 구멍 각각의 원형 단면은 동일한 직경을 갖는다. 스테이터는 스테이터의 전자기 요소를 형성하는 스테이터 포스트와 함께, 스테이터 포스트들 사이의 슬롯, 각각의 슬롯 내의 하나 이상의 전기 전도체를 추가로 포함할 수 있고, 스테이터 포스트 각각은 서로 반대편에 있는 단부들을 한정하는 길이를 갖고, 스테이터 포스트의 어레이는 포스트 각각의 길이에 수직한 방향으로 원형으로 스테이터 주위로 연장된다. 스테이터는 스테이터 상에 형성되는 복수의 스테이터 플럭스 제한기(stator flux restrictor)를 추가로 포함할 수 있고, 복수의 스테이터 플럭스 제한기 각각은 스테이터 포스트의 서로 반대편에 있는 단부들 중 하나에 인접하게 놓인다. 전기 모터는 선형 전기 모터(linear electric motor)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 베어링은 제1 선형 베어링을 추가로 포함할 수 있다. 제2 베어링은 제2 선형 베어링을 추가로 포함할 수 있다. 스테이터의 전자기 요소 및 로터의 전자기 요소는 제1 선형 베어링과 제2 선형 베어링 사이에서 축방향으로 배열될 수 있다. 제1 선형 베어링 및 제2 반경방향 베어링은 로터의 전자기 요소 및 스테이터의 전자기 요소의 자기 인력에 대항하여 공기갭을 유지시키도록 배열될 수 있다. 복수의 플럭스 제한기는 로터 포스트와 제1 선형 베어링 사이에 놓이는 복수의 제1 플럭스 제한기를 추가로 포함할 수 있다. 복수의 플럭스 제한기는 로터 포스트와 제2 선형 베어링 사이에 놓이는 복수의 제2 플럭스 제한기를 추가로 포함할 수 있다. 제1 및 제2 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트에 대해 교번 패턴으로 로터 포스트 중 대응하는 로터 포스트의 길이와 정렬될 수 있어, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 로터 포스트에 하나 걸러 인접한다. 제1 및 제2 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트 중 대응하는 로터 포스트의 길이와 정렬될 수 있고, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 각각의 로터 포스트에 인접한다. 복수의 제1 플럭스 제한기 및 복수의 제2 플럭스 제한기는 각각 동일한 기하학적 구조를 갖는 복수의 구멍으로 구성될 수 있다.
제1 캐리어(carrier)(로터 또는 스테이터)가 베어링에 의해 제2 캐리어(스테이터 또는 로터)에 대한 회전을 위해 지지되고, 베어링이 제1 캐리어 및 제2 캐리어를 형성하는 균일 판(homogenous plate)의 균일 연장부(homogenous extension)인 베어링 레이스(bearing race)를 포함하는 전기 기계가 또한 개시된다. 즉, 베어링의 베어링 레이스는 베어링에 의해 지지되는 각각의 캐리어와 통합된다. 통합형 베어링 레이스(integrated bearing race)는 축방향 플럭스 또는 반경방향 플럭스 기계에서 내측 또는 외측 베어링 또는 둘 모두에 사용될 수 있다.
장치 및 방법의 이들 및 다른 태양은 청구범위에 기재된다.
이제 하기의 도면을 참조하여 단지 예로서 본 발명의 바람직한 실시예가 참조될 것이다.
도 1은 예시적인 액추에이터의 등각 투상도.
도 2는 도 1의 예시적인 액추에이터의 분해도.
도 3은 도 1의 예시적인 액추에이터의 로터의 등각 투상도.
도 4는 도 1의 예시적인 액추에이터의 스테이터의 등각 투상도.
도 5는 도 1의 예시적인 액추에이터의 섹션의 등각 투상도.
도 6은 도 1의 단면 A-A를 따른 예시적인 액추에이터의 몸체의 도면.
도 7은 도 6의 상세부 C1을 도시한 외측 베어링 및 열 억지 끼워맞춤부(thermal interference fit)의 확대 상세도.
도 8은 도 6의 상세부 E1을 도시한 내측 베어링 및 안전 링(safety ring)의 확대 상세도.
도 9는 대안적인 열 억지 끼워맞춤부를 갖는 예시적인 액추에이터의 섹션의 등각 투상도.
도 10은 도 9의 예시적인 액추에이터의 단면도.
도 11은 도 10의 상세부 C2를 도시한 외측 베어링 및 열 억지 끼워맞춤부의 확대 상세도.
도 12는 도 10의 상세부 E2를 도시한 내측 베어링 및 안전 링의 확대 상세도.
도 13은 통합형 베어링 레이스를 갖춘 예시적인 스테이터 판의 섹션의 등각 투상도.
도 14는 통합형 베어링 레이스를 갖춘 예시적인 로터 판의 섹션의 등각 투상도.
도 15는 통합형 베어링 레이스를 갖춘 예시적인 액추에이터의 섹션의 등각 투상도.
도 16은 도 6의 단면 B-B를 따른 자속(magnetic flux) 및 힘의 표현을 포함하는 로터 및 스테이터의 단면도.
도 17은 안전 링을 갖춘 예시적인 액추에이터의 몸체의 도면.
도 18은 플레인 베어링(plain bearing)을 갖춘 안전 링의 상세도.
도 19는 스러스트 베어링을 갖춘 안전 링의 상세도.
도 20은 자석의 설치와 제거 중의 로터의 근접도.
도 21은 로터 판 섹션의 부분 단면도.
도 22a는 플럭스 제한 구멍을 갖는 로터 판 섹션의 부분도.
도 22b는 플럭스 제한 구멍의 다른 배열을 갖는 로터 판 섹션의 부분도.
도 23은 플럭스 제한 구멍이 없는 로터 판에 대한 FEMM 시뮬레이션 결과.
도 24는 플럭스 제한 구멍이 있는 로터 판에 대한 FEMM 시뮬레이션 결과.
도 25는 ID 베어링과 OD 베어링 사이의 중단되지 않는 경로를 갖춘 스테이터 판 섹션의 단면도.
도 26은 예시적인 액추에이터의 분해도.
도 27은 상부 및 하부 하우징에 연결된 예시적인 액추에이터를 도시한 일 실시예의 단면도.
도 28은 도 27의 예시적인 액추에이터의 분해 등각 투상도.
도 29는 도 27의 예시적인 액추에이터의 등각 투상 절결도.
도 30은 테이퍼진(tapered) 자석과 플럭스 경로 제한부를 갖춘 축방향 플럭스 집중형 플럭스 로터(concentrated flux rotor)의 세그먼트를 통한 단면도.
도 31은 연장된 길이의 자석을 갖춘 축방향 플럭스 집중형 플럭스 로터의 일부분의 근접 단면도.
도 32는 단부 아이언(end iron)을 갖춘 집중형 플럭스 로터의 축방향 플럭스 스테이터-로터-스테이터 구성의 일 실시예의 간략화된 분해 단면도.
도 33은 백 아이언(back iron), 단부 아이언 및 플럭스 경로 제한부를 갖춘 집중형 플럭스 로터의 축방향 플럭스 스테이터-로터-스테이터 구성의 일 실시예의 간략화된 분해 단면도.
도 34는 단부 아이언과 플럭스 경로 제한부를 갖춘 집중형 플럭스 로터의 축방향 플럭스 로터-스테이터-로터 구성의 일 실시예의 간략화된 분해 단면도.
도 35는 단부 아이언, 플럭스 경로 제한부 및 백 아이언을 갖춘 집중형 플럭스 로터의 축방향 플럭스 로터-스테이터-로터 구성의 일 실시예의 간략화된 분해 단면도.
도 36은 백 아이언과 플럭스 제한기를 갖춘 선형 플럭스 기계의 간략화된 사시도.
도 37은 백 아이언이 없고 플럭스 제한기가 있는 선형 플럭스 기계의 간략화된 사시도.
도 38은 플럭스 제한기의 교번 패턴을 갖는 선형 플럭스 기계의 간략화된 사시도.
도 39a는 슬롯 피치(slot pitch)와 포스트 높이(post height)가 상이한 모터의 시뮬레이션된 시리즈에 대한 일정한 전류 밀도에서의 토크의 그래프.
도 39b는 슬롯 피치와 포스트 높이가 상이한 모터의 시뮬레이션된 시리즈에 대한 주어진 온도에서 가능한 최고 스테이터 전류 밀도를 도시한 도면.
도 39c는 전기 기계의 시리즈에 대해 슬롯 피치와 포스트 높이의 함수로서 일정한 온도 토크를 도시한 도면.
도 39d는 슬롯 피치와 포스트 높이가 상이한 모터의 시뮬레이션된 시리즈에 대한 주어진 온도에서 가능한 최고 스테이터 전류 밀도에 대한 가중 함수의 값을 도시한 도면.
도 39e는 고정된 전류 밀도에 대해, 슬롯 피치와 포스트 높이가 상이한 모터의 시뮬레이션된 시리즈에 대한 Km″을 도시한 도면.
도 39f는 고정된 전류 밀도에 대해, 슬롯 피치와 포스트 높이가 상이한 모터의 시뮬레이션된 시리즈에 대한 KR″을 도시한 도면.
도 40은 KR″ > 1.3에 대한 경계선과 200 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인(domain) 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 41은 KR″ > 1.5에 대한 경계선과 200 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 42는 KR″ > 1.8에 대한 경계선과 200 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 43은 KR″ > 1.5에 대한 경계선과 100 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 44는 KR″ > 1.7에 대한 경계선과 100 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 45는 KR″ > 1.9에 대한 경계선과 100 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 46은 KR″ > 2.2에 대한 경계선과 50 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 47은 KR″ > 2.5에 대한 경계선과 50 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 48은 KR″ > 2.9에 대한 경계선과 50 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 49는 KR″ > 3.3에 대한 경계선과 25 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 50은 KR″ > 3.4에 대한 경계선과 25 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 51은 KR″ > 3.6에 대한 경계선과 25 mm 크기를 갖는 기계의 경우에, 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해, KR"에 대한 이득의 영역을 도시한 도면.
도 52는 프레임 없는 모터/액추에이터를 사용하는 로봇 암의 조인트를 도시한 도면.
도 53은 프레임 없는 모터/액추에이터 및 로봇 암의 단면도.
도 54는 프레임 없는 모터/액추에이터 스테이터, 로터 및 하우징 조립체의 근접 단면도.
도 55는 프레임 없는 모터/액추에이터 로봇 암 조립체의 분해도.
도 56은 로터 상의 탭 특징부와 스테이터를 보기 위한 하우징을 통한 단면도.
도 57은 로터를 고정시키기 위해 도 56의 탭 특징부와 함께 사용되는 상향, 위로 및 하향 조립 동작의 표현을 도시한 도면.
도 58은 로터를 고정시키기 위해 사용되는 탭 특징부를 보여주는 근접 단면도.
도 59는 스테이터를 고정시키기 위해 스테이터 상에 사용되는 탭 특징부를 보여주기 위한 하우징을 통한 단면도.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용될 여러 용어가 우선 정의될 것이다.
캐리어는 전기 기계의 맥락에서 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 회전 기계를 지칭할 때 스테이터 또는 로터를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 로터는 원형일 수 있다. 로터는 또한 선형 모터(linear motor)의 전기자(armature) 또는 리액션 레일(reaction rail)을 지칭할 수 있다. 스테이터는 원형일 수 있다. 그것은 또한 선형 모터의 전기자 또는 리액션 레일을 지칭할 수 있다.
치형부는 포스트로 지칭될 수 있다.
전기 기계에서, 스테이터 또는 로터 중 어느 하나는 포스트 주위에 권취되는 코일에 의하여 한정되는 정류된 전자석 어레이(electromagnet array)를 구비할 수 있는 한편, 스테이터 또는 로터 중 다른 하나는 영구 자석 또는 코일 또는 영구 자석 및 코일 둘 모두에 의해 한정되는 자극을 구비할 수 있다. 전기 기계는 모터 또는 발전기로서 구성될 수 있다.
영구 자석은 시스템에 플럭스를 부가하기 위해 로터 및/또는 스테이터 상의 전자석과 조합하여 사용될 수 있다.
PM은 영구 자석을 의미한다. EM은 전자석을 의미한다. ID는 내경부를 의미한다. OD는 외경부를 의미한다.
전자기 요소는 영구 자석, 포스트, 연자성 포스트일 수 있는 자기 포스트에 의해 한정되는 슬롯, 및 전기 전도체를 포함할 수 있다. 하나의 캐리어가 슬롯과 포스트를 구비하는 임의의 실시예에서, 다른 캐리어는 전자기 요소를 위한 영구 자석을 구비할 수 있고, 임의의 그러한 실시예에 대해, 용어 전자기 요소는 용어 영구 자석에 의해 대체될 수 있다. 자극은 몇몇 경우에, 예를 들어 집중형 플럭스 로터 실시예에서, 자기장이 영구 자석에 의해 확립되는 인접 포스트와 함께 영구 자석에 의해 한정될 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 플럭스는 자속을 지칭한다. 연자성 재료는 철 또는 강 또는 코발트 또는 니켈 합금과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 자기적으로 민감한 그리고 일시적으로 자화될 수 있는 재료이다.
분수 슬롯 모터(fractional slot motor)는 위상마다 자극당 분수 개의 슬롯을 갖춘 모터이다. 슬롯의 개수를 자석의 개수로 나누고 다시 위상의 수로 나누어 그 결과가 정수가 아니면, 모터는 분수 슬롯 모터이다.
스러스트 베어링은 앵귤러 콘택트 베어링(angular contact bearing) 및 4-점 접촉 베어링과 순수 스러스트 베어링(pure thrust bearing)을 포함하여, 상당한 축방향 추력을 지지하도록 배열되는 임의의 베어링을 포함한다. 반경방향 고정 베어링(radially locating bearing)은 사용시, 베어링에 의해 연결된 요소의 축의 상대 변위를 방지하는 베어링이다.
베어링은 (크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)과 같이) 반경방향 및 스러스트 고정(locating)일 수 있거나, 그것은 단지 반경방향 또는 단지 스러스트 고정일 수 있다.
캐리어는 프레임 또는 베어링에 의해 다른 캐리어에 대한 운동을 위해 지지될 수 있고, 베어링은 슬라이딩, 롤러, 유체, 공기 또는 자기 베어링일 수 있다.
축방향 전기 기계는 자속 연결이 축방향 공기갭을 가로질러 발생하고 캐리어가 동축으로 나란히 장착되는 디스크의 형태인 전기 기계이다. 제1 캐리어는 어느 하나의 캐리어가 프레임, 하우징 또는 다른 요소에 의해 지지됨으로써 다른 캐리어에 대해 이동하도록 배열될 수 있는 한편, 다른 하나의 캐리어는 제1 캐리어에 대해 이동한다.
반경방향 전기 기계는 자속이 반경방향으로 배향되도록 공기갭이 배향되고 캐리어가 하나가 다른 하나 외부에 동심으로 장착되는 전기 기계이다.
선형 액추에이터는 운동 방향이 만곡된 경로보다는 직선인 축방향 플럭스 또는 반경방향 플럭스 회전 모터의 섹션과 구성이 유사하다.
사다리꼴 전기 기계는 축방향 및 반경방향 플럭스 기계 둘 모두의 조합인 전기 기계이며, 여기서 공기갭의 평면이 축방향 및 반경방향 구성의 공기갭에 의해 형성되는 평면들 사이의 도중에 비스듬히 놓인다.
회전 기계에 대한 공기갭 직경은 공기갭 표면의 중심에서의 회전축에 수직한 직경으로 정의된다. 반경방향 플럭스 모터에서, 모든 공기갭은 동일한 직경에 있다. 공기갭 표면이 축방향 플럭스 모터에서와 같이 디스크-형상의 슬라이스(disc-shaped slice)이면, 평균 공기갭 직경은 내경과 외경의 평균이다. 대각선 또는 만곡된 표면과 같은 다른 공기갭 표면에 대해, 평균 공기갭 직경은 단면 공기갭 뷰(view)의 평균 공기갭 직경으로 확인될 수 있다.
반경방향 플럭스 모터에 대해, 공기갭 직경은 외측 로터 반경방향 플럭스 모터에 대해 로터 내경과 스테이터 외경의 평균을 또는 내측 로터 반경방향 플럭스 모터에 대해 로터 공기갭 외경과 스테이터 공기갭 내경의 평균을 지칭한다. 반경방향 플럭스 모터의 공기갭 직경의 유사물이 다른 유형의 회전 모터에 사용될 수 있다. 축방향 플럭스 기계에 대해, 공기갭 직경은 PM 내경과 PM 외경 및 EM 내경과 EM 외경의 평균으로 정의된다.
스테이터의 후방 표면은 자기 활성 공기갭에 있는 표면에 대해 스테이터의 반대측에 있는 표면으로 정의된다. 반경방향 플럭스 모터에서, 이는 외측 로터 구성에 대해 스테이터의 내측 표면에, 또는 내측 로터 구성에 대해 스테이터의 외경 표면에 대응할 것이다. 축방향 플럭스 모터에서, 스테이터의 후방 표면은 스테이터의 축방향 외측 표면이다.
분포 권선(distributed winding)에 대해, 슬롯의 개수는 N × 자극의 개수일 것이며, 여기서 N은 위상의 수의 배수이다. 따라서, 3상 기계(3 phase machine)에 대해, N은 3, 6, 9, 12 등일 수 있다. 집중 권선(concentrated winding)에 대해, 슬롯의 개수는 변할 수 있지만, 위상의 수의 배수이어야 한다. 슬롯과 자극의 소정 조합이 보다 큰 토크와 더욱 우수한 노이즈-감소(noise-reduction) 또는 코깅-감소(cogging-reduction) 특성을 산출할 것임을 제외하고는, 그것은 자극의 개수에 의존하지 않는다. 주어진 개수의 자극에 대한 슬롯의 최소 개수는 적절한 토크를 얻기 위해 50% 미만이어서는 안 된다.
전도체 체적은 단일 스테이터의 길이당 슬롯 면적을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 슬롯 면적은 치형부에 직교하지만 캐리어의 상대 운동의 평면에 평행하지 않은 평면 내에서의 슬롯의 단면의 면적이다. 축방향 모터에서, 이러한 평면은 슬롯을 통과하는 반경부에 수직할 것이다. 슬롯 면적은 스테이터 설계 내에 통합될 수 있는 최대 전도체 체적을 효과적으로 한정하고, 전도체를 위한 모든 가용 공간을 이용하기 위해 최대한 높은 충전율(fill factor)을 갖는 것이 일반적으로 모터 설계자의 목표이다.
스테이터에서의 최대 전도체 체적이 슬롯 면적에 관하여 한정되기 때문에, 최대 전도체 체적 또는 슬롯 면적을 갖는 것으로 지칭되는 임의의 스테이터는 슬롯과 슬롯을 한정하기 위한 치형부를 구비하여야 한다. 이러한 파라미터는 회전 모터에 대해 다음과 같이 정의된다:
Figure 112019015526205-pct00001
여기서, AS는 단일 슬롯의 단면적, 또는 변하는 슬롯 면적을 갖는 스테이터 설계에 대해 단일 슬롯의 평균 면적이다.
비교적 정확한 근사치로서, AS는 치형부의 높이 ht에 슬롯의 평균 폭 ws를 곱하여 계산될 수 있으며, 따라서 위의 방정식은 다음과 같이 된다:
Figure 112019015526205-pct00002
슬롯 깊이 또는 포스트 높이는 또한 전도체 체적에 대한 대용물로서 사용될 수 있다. 또한 치형부 높이 또는 슬롯 깊이로 알려진 포스트 높이는 전도체가 차지할 수 있는 슬롯의 단면적 양에 대한 대용물이다. 슬롯이 만곡된 또는 테이퍼진 프로파일과 같은 다양한 형상을 가질 수 있지만, 슬롯 높이는 전도체에 의해 차지될 수 있는 슬롯의 총 면적을 가장 잘 나타내는 최근접 직사각형 근사(closest rectangular approximation)에 기초한다. 이러한 치수는 실질적으로 슬롯 면적에 추가함이 없이 치형부의 높이에 추가되는 자극편(pole shoe)과 같은 특징부를 포함하지 않는다. 횡방향 플럭스 모터에 대해, 포스트 높이는 코일 권선 방향에 수직한, 전도체 코일에 바로 인접한 포스트의 부분으로 정의된다.
집중 권선은 개별적으로 권취된 포스트 또는 통전시 인접 포스트의 교번 극성을 생성하는 임의의 권선 구성을 포함한다. 모든 포스트가 항상 두 인접 포스트의 반대 극성은 아닐 것이 이해되어야 한다. 그러나, 집중 권선 구성은 모터가 통전될 때 대부분의 포스트가 대부분의 시간 동안 하나의 또는 두 인접 포스트와 반대 극성인 결과를 가져올 것이다. 집중 권선은 위상마다 자극당 슬롯의 비가 1 미만인 분수 슬롯 권선의 형태이다.
용어 일-피스(one-piece), 단일형(unitary), 균일, 솔리드(solid), 등방성(isotropic) 및 단일체(monolithic)는 본 명세서에서 스테이터 또는 로터를 지칭할 때 상호교환가능하게 사용된다. 각각의 용어는 상당한 전기 절연성 재료를 포함하는 라미네이트(laminate) 및 분말 재료를 배제한다. 그러나, 예를 들어 재료의 벌크 등방성 저항률(bulk isotropic resistivity)이 200 마이크로옴(microohm)-cm를 초과하지 않는 경우에, 재료의 전기 전도 특성을 현저히 방해하지 않는 작은 절연 입자가 존재할 수 있다. 일-피스, 단일형, 균일, 솔리드, 등방성 또는 단일체 재료는, 예를 들어 재료의 벌크 등방성 저항률이 200 마이크로옴-cm를 초과하지 않는 경우에, 연성 철(ductile iron)을 포함하는 철, 강을 포함하는 금속 합금을 포함할 수 있고, 단일 상 또는 다중-상 중 어느 하나로, 고용체(solution) 내의 전기 전도 원자로 형성되는 금속 합금, 또는 재료의 강도 또는 전도성을 개선하는 다른 재료와의 금속의 혼합물로 형성되는 합금을 포함할 수 있다.
본 장치의 실시예는 바람직하게는 스테이터 및/또는 로터 내에 기계가공되는 통합형 베어링 레이스를 사용하며, 여기서 베어링 레이스와 적어도 스테이터 및 로터 포스트의 축방향 표면은 동일한 구성으로 기계가공될 수 있다. 이는 스테이터 및 로터 포스트에 대한 베어링 레이스 축방향 및 반경방향 위치들 사이의 중요한 기하학적 구조 관계의 매우 높은 제조 공차를 제공할 수 있다. 이들 기하학적 관계의 일관성이 장치의 일관된 코깅 및 다른 성능 특성에 중요하다.
본 장치의 실시예는 스테이터와 로터가 조립된 후에 영구 자석이 개별적으로 로터 내에 설치되도록 허용하는 로터 구성을 갖는 능률적인 제조를 허용할 수 있다.
장치의 실시예는 높은 토크 밀도, 제조의 용이함, 최소 개수의 구성요소와의 매우 간단한 조립으로 인한 조립의 용이함 및 유용성, 및 매우 빠른 비상 정지를 허용하는 높은 토크-대-관성으로 인한 우수한 작동 안전성을 제공할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 축방향 플럭스 모터(110)의 비제한적인 예시적인 실시예가 상부 암 부재(100)와 하부 암 부재(200) 내에 내장된다. 상부 및 하부 암 부재(100, 200)는 회전축(300)을 중심으로 회전한다.
로봇 암 조립체 내의 장치의 비제한적인 예시적인 실시예가 도 2에 도시된다. 상부 암 부재(100)는 지지 하우징(101)을 포함한다. 하부 암 부재(200)는 암 하우징(201)을 포함한다. 지지 하우징(101)과 암 하우징(201)은 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘 또는 탄소 섬유 복합재와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 경량 재료로 제조된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터(102)는 예를 들어 볼트 및/또는 접착제 및/또는 열 끼워맞춤으로 또는 암과 일체로 형성됨으로써 상부 암(100)에 부착된다. 도 2에서, 스테이터(102)는 링(101A)과의 압입 끼워맞춤(press fit)을 사용하여 상부 암(100)에 연결된다. 외측 베어링(302)과 내측 베어링(301)이 스테이터(102)와 로터(202)의 상대 회전을 허용하고, 스테이터(102)와 로터(202)의 정밀한 상대 축방향 위치를 제공하여, 스테이터 포스트(105)(도 4)와 로터 포스트(205)(도 3) 사이의 공기갭을 유지시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 로터는 플럭스 제한 구멍(206)과 영구 자석(204)을 구비할 수 있다. 영구 자석은 슬롯(208) 내에 안착된다.
내측 베어링(301)을 공기갭의 ID 내부에 그리고 외측 베어링(302)을 공기갭의 OD 외부에 배치하는 것은 보다 긴 사용 수명 및/또는 보다 가벼운 베어링을 위해 스테이터(102)와 로터(202) 사이의 인력을 2개의 베어링들(301, 302) 사이에 분배한다. ID 및 OD 베어링의 사용은 또한 예를 들어 장치의 실시예의 많은 자극 총수(high pole count)에 의해 가능한 바와 같이, 스테이터(102)와 로터(202)에 대한 기계적 응력을 감소시켜 보다 얇은 단면과 보다 가벼운 중량을 허용한다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 로터(202)는 로터 판(203)(도 3)을 포함하고, 스테이터(102)는 스테이터 판(103)(도 4)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같은 스테이터 판(103)과 도 3에 도시된 바와 같은 로터 판(203)은 연성 철로 제조될 수 있다. 영구 자석(204)은 네오디뮴 - N52H일 수 있다. 많은 다른 재료가 다양한 구성요소에 사용될 수 있다. 이들 재료는 예로서 주어진다.
로터(202)는 하부 암(200) 내에 내장되고, 예를 들어 볼트 및/또는 접착제 및/또는 열 끼워맞춤으로 또는 암과 일체로 형성됨으로써 부착된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 로터(202)는 링(201A)과의 압입 끼워맞춤을 사용하여 하부 암(200)에 연결된다. 로터(202) 내의 영구 자석 플럭스로부터 생성되는 스테이터(102)와 로터(202) 사이의 축방향 자기 인력은 베어링(301, 302) 상에 축방향 프리로드를 제공한다. 분석과 실험에 의해, 네오디뮴 N52 자석과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 고 강도 자석의 경우에, 이러한 축방향 힘이 베어링(301, 302)을 스테이터(102)와 로터(202)에서 프리로딩된(preloaded) 상태로 유지시키고 하부 암(200)이 모든 방향으로 유효 부하(useful load)를 지지하도록 허용하기에 적절한 축방향 힘을 제공하기에 적절한 것으로 밝혀졌다. 이러한 부하는 임의의 방향으로의 암 중량 및 가속력과 페이로드(payload)의 조합일 수 있다.
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도 6을 참조하면, 축방향 플럭스 모터(110)는 도시된 설계를 가질 수 있다. 외측 베어링(302)과 내측 베어링(301)이 스테이터와 로터의 상대 회전을 허용하고, 스테이터와 로터의 정밀한 상대 축방향 위치를 제공하여, 자석(204)을 유지시키고 자석에 의해 제공되는 자기장에 대한 플럭스 경로를 제공하는 로터 포스트와 스테이터 포스트(105) 사이의 원하는 공기갭을 유지시킨다. 로터는 플럭스 제한 구멍(206)과 자석(204)을 구비할 수 있다. 베어링을 공기갭의 ID 내부에 그리고 제2 베어링을 공기갭의 OD 외부에 사용하는 것은 보다 긴 사용 수명 및/또는 보다 가벼운 베어링을 위해 스테이터와 로터 사이의 인력을 2개의 베어링들 사이에 분배한다. ID 및 OD 베어링의 사용은 예를 들어 장치의 실시예의 많은 자극 총수에 의해 가능한 바와 같이, 스테이터와 로터에 대한 기계적 응력을 감소시켜 보다 얇은 단면과 보다 가벼운 중량을 허용할 수 있다.
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도 3과 도 4에 도시된 비제한적인 예시적인 실시예에서, 3상 결선(three phase wiring)을 갖는 그리고 스테이터 상의 각각의 위상이 각각 8개의 포스트의 4개의 동일하게 배열된 섹션으로 분할되는 96개의 스테이터 포스트(96개의 슬롯에 해당함)와 92개의 로터 포스트가 있다. 이 예에서 로터 포스트의 개수는 로터 및 스테이터 포스트가 정렬되는 4개의 동일하게 배열된 각도 위치를 생성하는 92개이다. 이는 결과적으로 4개의 위치에서 스테이터와 로터 사이의 피크 축방향 인력을 생성한다.
스테이터 포스트 개수와 로터 포스트 개수의 많은 다른 조합이 사용될 수 있는 것에 유의한다. 다른 수의 위상이 또한 사용될 수 있다. 여기에서의 예는 이로운 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌지만, 다양한 구성 원리를 이들 예시적인 기하학적 구조로 제한하지 않는다. 예를 들어, 자기적으로 프리로딩된 베어링 또는 결선 구성과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 장치의 실시예의 특징이 훨씬 더 적은 또는 훨씬 더 많은 개수의 자극을 갖춘 로터 및 스테이터와 함께 사용될 수 있다.
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또한, 도시된 결선 구성의 실시예를 사용하는 장치의 실시예에 대해, 스테이터 상의 포스트의 개수가 3, 6, 9, 12, 14, 16 등과 같은 3개의 섹션의 배수일 수 있으며, 이때 각각의 섹션이 스테이터 상에 2, 4, 6, 8, 10, 12 등과 같은 짝수 개의 포스트를 구비하는 것이 이롭다.
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많은 전형적인 3상 모터의 경우에, 단일 슬롯 내에 2상 또는 3상으로부터의 와이어를 구비하는 것이 일반적이다. 본 장치의 실시예는 열을 이루는 2개 이상의 인접한 슬롯이 단지 1상으로부터의 전도체를 수용하는 결선 구성을 사용한다. 많은 상이한 권선 방법이 이러한 장치와 함께 사용될 수 있지만, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같은 권선 구성(104)의 이점은 축방향으로 정렬된(각각의 슬롯 내에 원주방향으로 적층된) 비-중첩 플랫 와이어(flat wire)(3상 분포 권선 기계에서 전형적으로 행해지는 바와 같이 와이어를 중첩시키는 것은 플랫 와이어의 경우에 문제가 됨)를 사용하는 능력을 포함한다. 이러한 권선 구성 및 방법의 조립의 간단함을 이용하기 위해, 위상당 최대한 적은 섹션(예를 들어 위상당 1개의 섹션, 예컨대: 96개의 슬롯 스테이터에 대해 위상당 32개의 슬롯, 또는 위상당 2개의 섹션, 예컨대: 96개의 슬롯 스테이터에 대해 위상당 16개의 슬롯)을 구비하는 것이 이로울 수 있다. 이러한 권선 구성에 대한 로터 포스트의 개수는 바람직하게는 스테이터 슬롯의 개수 더하기 또는 빼기 위상당 섹션의 개수와 동일하며, 예컨대 96개의 스테이터 슬롯에 대한 94개 또는 98개의 로터 포스트는 위상당 2개의 동일하게 배열된 섹션을 구비한다.
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스테이터 및/또는 로터 상의 포스트로부터 포스트까지의 단일체 재료가 하우징 구조체를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 로터 및/또는 스테이터는 하나의 또는 두 부재 상의 추가의 하우징의 필요를 없애기 위해 구조적 강성을 갖는다. 스테이터와 로터를 균일 판으로서 통합시키는 것은 중량과 제조 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다. 각각의 균일 판의 일부로서 형성되는 통합형 베어링 레이스가 스테이터 포스트로부터 롤링 요소와 접촉하는 베어링 레이스로의 구조적 부하 경로가 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같은 자성 금속의 단일 피스로부터 형성되도록 허용할 수 있다. ID 및 OD 베어링은 축방향으로 얇은 구성요소로 로터 및 스테이터 재료 응력을 감소시키기 위해 그리고 작은 공기갭을 유지시키기 위해 사용된다. 철 또는 강 합금과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 중단되지 않는 연자성 균일 재료가 스테이터 또는 로터 포스트 및 베어링, 스테이터 또는 로터 포스트 및 인접 포스트, 스테이터 또는 로터 포스트 및 OD 베어링 또는 베어링 시트(seat), 스테이터 또는 로터 포스트 및 ID 베어링 또는 베어링 시트, 및 스테이터 또는 로터 포스트 및 포스트와 베어링 사이의 부하 경로 내의 구조 부재 중 둘 이상 사이에 사용될 수 있다.
예를 들어, 스테이터 및/또는 로터를 위한 균일 재료는 연성 철 또는 다른 유형의 철 구성을 포함할 수 있다. 스테이터 및/또는 로터를 위한 균일 재료는 또한 철, 연성 철 및 강 합금 중 하나를 포함할 수 있고, 또한 실리콘과 같은 전기 전도성 억제제(inhibitor)를 포함할 수 있다.
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스테이터 및/또는 로터를 위한 연성 철의 사용은 장치의 실시예의 특이한 요건에 특유하게 적합할 수 있는 특성의 조합을 허용한다. 몇몇 실시예에서 이로울 수 있는 연성 철의 특징 중 일부는 감소된 와전류 손실(eddy current loss), 저 비용 제조를 위한 우수한 기계가공성, 스테이터 및/또는 로터의 정형 또는 근사-정형 주조(net or near-net shape casting)를 위한 우수한 주조성, 긴 사용 수명을 위한 고 피로 강도, 통합형 베어링이 최소의 윤활제로 또는 추가의 윤활제 없이 작동하도록 허용할 수 있는 자가 윤활 특성, 몇몇 응용에서 윤활제가 필요 없이 베어링 및 액추에이터 밀봉을 제공하기 위한 건조 상태에서의 소정 시일 재료들 사이의 우수한 마모 특성, 및 코깅 및 다른 고주파 효과로부터의 노이즈 및 진동을 감소시키기 위한 우수한 감쇠 특성을 생성하는 고 탄소 함량으로 인한 낮은(poor) 전기 전도성을 포함한다.
위에 언급된 바와 같이, 장치의 실시예는 내경부(ID)에 또는 그 부근에 있는 일 세트의 베어링 요소와 외경부(OD)에 또는 그 부근에 있는 일 세트의 베어링 요소를 포함한다. 베어링의 이러한 조합은 로터와 스테이터가 경량이도록 허용할 수 있는 청구된 기하학적 구조 범위와 조합될 때 로터와 스테이터 사이의 축방향 및 반경방향 지지를 제공한다. ID 및 OD 베어링은 또한 고정된 공기 갭 거리를 유지시킨다.
로터의 OD 상의 베어링으로부터의 항력으로 인해, 그것이 토크에 불리하지만, 축방향 플럭스 기계에서 로터의 OD 상에 베어링 세트를 배치하는 것이 장치로 더욱 큰 토크를 발생시키는 이득을 갖고서 로터와 스테이터 사이의 더욱 정밀하게 제어된, 따라서 보다 작은 공기 갭 거리를 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다. 로터와 스테이터 사이의 공기 갭 거리는 영구 자석(PM) 인력으로 인한 작동 중의 로터의 편향과 기계가공 공차에 의해 제한될 수 있다. 축방향 기계 내의 로터는 공기 갭 내에서의 자속으로 인해 편향될 것이며, 따라서 공기 갭은 스테이터와 로터 사이의 접촉을 회피하기 위해 로터의 작동 편향보다 클 필요가 있다. 단지 ID 베어링만을 갖춘 액추에이터와 ID 및 OD 베어링을 갖춘 액추에이터 사이의 편향을 비교하면, ID-단독(ID-only) 액추에이터 내의 로터와 스테이터가 ID/OD 베어링 액추에이터 내의 로터보다 상당히 더 많이 편향된다. ID/OD 액추에이터에서의 편향의 감소는 보다 작은 공기 갭 거리가 유지되도록 허용할 수 있으며, 이는 주어진 입력 전력에 대해 보다 큰 토크를 생성한다. 분석과 실험에 의해, 공기 갭 거리 감소에 의해 얻어지는 토크가 몇몇 실시예에서 OD 베어링에 의해 유도되는 항력보다 클 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 공기갭을 유지시키는 데 필요한 구조 재료의 감소로 인해, OD 베어링의 사용에 기인하는 토크-대-중량의 증가가 추가 베어링의 중량과 추가 베어링을 지지하는 데 필요한 재료보다 더욱 중요할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 장치의 비제한적인 예시적인 실시예에서, 스테이터의 외경은 200 mm이고, 축방향 공기 갭은 대략 .010"이다.
장치의 비제한적인 예시적인 실시예는 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 스테이터와 하나의 로터를 구비한다. 단일 스테이터/단일 로터 구성은 로터가 스테이터를 축 방향으로 지속적으로 끌어당김으로써 ID 및 OD 베어링을 프리로딩할 수 있게 한다. 도 16에 예시된 바와 같이, 영구 자석(204)은 화살표(401)에 의해 표시된 자속을 발생시킨다. 한편, 인접 자석이 또한 동일 극성 자속(402)을 자극(205) 내로 발생시킨다. 두 플럭스(401, 402)는 로터 자극(205)을 통해 이동하고, 공기갭(400)을 통해 스테이터 포스트(105) 내로 통과하며, 스테이터(102) 및 로터(202) 둘 모두 상에 자기 인력(403)을 발생시킨다. 자력(403)은 그것들이 많은 응용에 대한 가용 작동 조건 하에서 수동 및 능동 작동 중에 스테이터와 로터를 함께 유지시킬 수 있을 정도로 강하다. 포스트는 백 아이언(106)에 연결된다.
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본 장치의 10" OD 액추에이터에 대해, 인력은 ~2000 lb의 범위 내로 밝혀졌다. 이러한 힘은 장치의 조립과 분해를 작은 장치에 대해 극히 어렵게 그리고 장치의 보다 큰 형태에 대해 엄청나게 어렵고 불안전하게 만들기에 충분히 크다.
조립 및 분해 안전 우려가 장치의 실시예로 감소될 수 있고, 조립 고정구의 비용과 복잡성이 감소될 수 있다.
도 3에 도시된 로터 판은 영구 자석으로부터 바로 축방향 외향(장치의 반경방향 플럭스 실시예 등에서 영구 자석으로부터 반경방향 외향에 대응함)에서 백 아이언을 구비하지 않는다. 그 결과, 자석 슬롯(208)이 로터의 후면에서 개방되어, 스테이터와 로터가 조립된 후에 자석이 슬롯 내에 조립될 수 있다. 도 20은 자석(204)이 로터의 후방으로부터 접근될 수 있는 것을 도시하며, 이는 로터를 스테이터로부터 제거함이 없이 그들 자석 각각이 개별적으로 제거되거나 설치되도록 허용한다.
자석(204)은 하기와 같이 슬롯 내에 설치될 수 있다. 인접 자석이 동일 포스트와 접촉할 때 동일 극성 자속이 로터 포스트와 접촉하는 상태로 자석을 슬롯에 정렬시킨다. 매 두 번째 자석이 동일 원주방향 극성 정렬 상태에 있을 것이다. 매 첫 번째 자석이 매 두 번째 자석과 반대일 것이어서, 포스트가 극성을 교번한다. 자석을 슬롯 내로 활주시키되, 그것이 탭에 고정될 때까지(평행 면인 경우에) 또는 테이퍼진 자석이 사용되면, 테이퍼진 자석이 테이퍼진 슬롯 내에 안착될 때까지 활주시킨다. 모든 자석이 설치될 때까지 위의 단계를 반복한다. 접합제(예컨대, 왁스, 에폭시, 글루(glue))를 적용하여 간극 갭을 충전한다. 이러한 단계는 정밀 테이퍼진 슬롯 내의 정밀 테이퍼진 자석의 경우와 같이, 모든 경우에 필요하지는 않을 수 있다.
로터를 제거하고 스테이터 코일과 볼 베어링에 접근하기 위해, 로터는 자석을 개별적으로 제거함으로써 용이하게 탈자화될(demagnetized) 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 로터 내의 영구 자석(204) 각각은 그것의 바로 인접한 영구 자석과 동일 극성 플럭스를 발생시키며, 이는 모든 자석이 그것의 양측에서 인접 자석을 밀어낼 것임을 의미한다. 이는 자석이 서로 밀어내게 할 것이지만, 소정 기하학적 구조가 이들 척력이 자석이 그들 자체를 슬롯으로부터 제거하게 하는 것을 방지할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 공기갭이 작을수록, 많은 경우에, 힘이 강해지며, 이는 자석이 그들 자체를 슬롯 외부로 벗어나게 하는 대신에 슬롯 내에 박히게 할 것이다. 테이퍼진 자석의 사용이 또한 이러한 의미에서 이로운데, 왜냐하면 테이퍼의 큰 치수가 로터의 후면을 향하는 테이퍼진 자석이 일반적으로 축방향으로 로터 포스트를 향해, 따라서 공기갭을 향해 끌어당겨지기 더욱 쉬울 것이기 때문이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 물리적 정지부가 자석이 공기갭 내로 이동하지 않도록 하기 위해 사용된다. 이 실시예에서, 정지부는 자석이 슬롯 내로 활주할 때 인력을 발생시키는, 슬롯의 양측에 있는 탭(210)이다. 그것들의 조합된 힘은 자석을 슬롯 내로 끌어당긴다. 척력이 부분적으로 또는 완전히 상쇄되었기 때문에, 자극과 탭으로부터의 조합된 힘이 자석에 작용하는 합력(resultant force)이 된다. 자석은 탭 상에 놓이고, 자기 인력은 자석을 자극에 고정시킨다. 정확하게 구성될 때, 앞선 개시 내용에 기술된 바와 같이, 자석에 대한 순힘(net force)은 자력을 사용하여 자석을 슬롯 내에 자기적으로 유지시키도록 맞춰질 수 있다. 슬롯 내에서의 자석의 좌우 이동(side-to-side movement)을 방지하기 위한 것을 제외하고는 이러한 경우에 접착제 또는 기계적 메커니즘이 요구되지 않는다.
액추에이터의 비제한적인 예시적인 실시예가 도 22a에 도시되며, 이때 자석의 반대 극성 면들 사이에서의 그리고 인접 로터 자극들 사이에서의 플럭스 누설을 감소시키기 위해 플럭스 제한 구멍(206)이 자석 슬롯들(208) 사이에 그리고 로터 상의 자석 슬롯(208)의 외부 및 내부 반경부를 따라 배치된다. 그들 구멍이 플럭스 누설을 감소시키는지 확인하기 위해 자기 시뮬레이션이 행해졌고, 작고 일관된 공기갭을 달성하는 데 필요한 구조적 강도 및 강직성을 여전히 유지하면서 로터 자극들 사이에서의 플럭스 누설이 현저히 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
플럭스 제한 구멍은 대안적으로 도 22b에 도시된 바와 같이 OD 상의 매 두 번째 포스트 사이에 그리고 ID 상의 매 두 번째 포스트 사이에 위치될 수 있다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 내측 및 외측 플럭스 제한 구멍은 각각의 포스트가 단지 내측 또는 외측 플럭스 제한 구멍 중 하나에 인접하도록 엇갈린다. 이는 단지 OD 주위의 N개의 포스트와 단지 ID 주위의 S개의 포스트 사이의 제한 없는 플럭스 연결과, OD 주위의 매 첫 번째 포스트와 ID 주위의 매 두 번째 포스트에 대한 증가된 구조적 완전성을 제공한다. 이들 구멍은 그것들이 필요한 구조적 강도 및 강직성과 원하는 플럭스 경로 자기저항을 제공하는 한 관통-구멍 또는 막힌 구멍일 수 있다.
도 23은 플럭스 제한 구멍이 없는 경우의 자기 시뮬레이션으로부터의 플럭스 경로를 도시하고, 도 24는 플럭스 제한 구멍이 있는 경우의 자기 시뮬레이션으로부터의 플럭스 경로를 도시한다. 도면으로부터, 플럭스 제한 구멍이 인접 로터 자극들 사이에서의 플럭스 누설을 감소시키는 것을 보여준다. 예를 들어, 플럭스 제한 구멍이 사용될 때, 플럭스 밀도가 로터 자극의 공기 갭 표면에서 증가하였고, 더욱 많은 플럭스가 스테이터를 통과하도록 지향된다. 그 결과, 코일이 맞물릴 때 전자기력이 증가하고, 스테이터와 로터에 의해 발생되는 토크가 증가한다.
플럭스 제한 구멍이 있는 경우와 없는 경우의 로터 판에 대한 자석 시뮬레이션이 또한 동일한 결론으로 이어졌다. 더욱 많은 플럭스가 포스트로부터 공기갭 내로 지향된다.
도 25에 도시된 실시예에서, 스테이터는 (일반적인 라미네이팅된 구조 대신에) 단일형 재료로 형성되고, 스테이터 포스트(105), 스테이터 백 아이언(106), 내측 베어링 레이스(111B), 및 외측 베어링 레이스(112B)를 포함한다. 도 25의 스테이터의 단면을 살펴보면, 스테이터 포스트의 팁과 내측 베어링 레이스, 상기 스테이터 포스트의 팁과 외측 베어링 레이스 사이의 스테이터 재료 경로(500)를 따라 중단이 없다.
통합형 하우징 내부에 유지되는 스테이터 판은 솔리드 재료 피스로부터 기계가공된다. 전형적인 스테이터는 흔히 라미네이팅된 강 층을 사용하여 제조된다. 예시적인 실시예에서, 도 25에 도시된 바와 같이, 내측 베어링 레이스(111B), 스테이터 포스트(105) 및 외측 베어링 레이스(112B) 사이의 재료 경로는 중단되지 않으며, 연성 철 또는 자성 강, 예를 들어 M19와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 균일 재료를 포함한다. 스테이터 코어는 솔리드 강 피스로부터 주조되거나 기계가공될 수 있다. 이러한 구성의 이득은 많은 작은 라미네이팅된 부분의 조립보다는 단일 부분으로 인한 보다 낮은 비용 및 복잡성과, 전형적인 라미네이팅된 스테이터 구성에서 있을 바와 같은 접착제가 부하 경로 내에 없기 때문에 훨씬 더 높은 강도, 강직성 및 내크리프성(creep resistance)을 포함할 수 있다. 이는 훨씬 더 얇은 스테이터 단면의 사용을 허용하여, 중량 감소에 이롭다.
중단되지 않는 반경방향 플럭스 경로는 반경방향 플럭스 장치에서 중단되지 않는 축방향 경로에 해당한다. 도 25의 플럭스 경로(500)는 통합형 베어링 레이스에서 ID 및 OD에서 종단된다. 중단되지 않는 경로는 또한 별개의 베어링 레이스가 사용되는 경우에 베어링 레이스 시트에서 종단될 수 있다. 그것은 또한 스테이터와 베어링 레이스 시트 사이의 중간 구성요소 또는 층에서 종단될 수 있다. 중단되지 않는 반경방향 경로는 완전히 반경방향으로 연장될 필요는 없지만, 캐리어(여기서, 스테이터)의 내경부와 외경부를 연결한다. 즉, 경로는 중단되지 않는 ID로부터 OD까지의 3차원 경로를 따른다. 따라서, 구멍은 도 25에 도시된 단면에서 드릴링될(drilled) 수 있지만, 여전히 ID로부터 OD까지의 중단되지 않는 단일체 재료 경로가 있을 것이다.
도 26을 참조하면, 볼트를 사용하여 한 쌍의 로봇 암에 연결되는 예시적인 로터와 스테이터의 분해도가 도시된다. 제1 암(700)이 볼트(718)를 사용하여 로터 하우징(702)에 연결된다. 로터 하우징(702)은 볼트(720)를 사용하여 로터(708)에 연결된다. 제1 베어링 요소(706)가 로터(708)와 스테이터(712) 사이에 연결되고, 압입 끼워맞춤 링(704)에 의해 연결된다. 제2 베어링 요소(710)가 또한 볼트(722)를 사용하여 로터(708)와 스테이터(712) 사이에 연결된다. 스테이터(712)는 볼트(724)를 사용하여 스테이터 하우징(714)에 연결된다. 제2 암(716)이 볼트(726)를 사용하여 스테이터 하우징(714)에 연결된다.
도 27 내지 도 29를 참조하면, 로터(606)가 연성 철과 같은 철 재료로부터 제조되고, 원주 방향으로 분극되는 자석(605)의 등간격 어레이(equi-spaced array)를 유지시킨다. 자석(605)의 극성은 로터(606)의 반경방향 웨브(web)에서 교번하는 북극 및 남극을 생성하기 위해 교번된다. 스테이터(609)는 연성 철과 같은 철 재료로부터 제조되고, 일 세트의 스테이터 권선(610)이 그것 주위에 권취되는 축방향 포스트의 등간격 어레이를 포함한다. 스테이터 권선(610)에 정류된 전력을 인가하는 것은 원주방향 인력 및 척력이 스테이터(609)의 포스트와 로터(606)의 반경방향 웨브 사이에서 발생되어 토크를 발생시키도록 스테이터(609)의 포스트를 분극시킨다. 스테이터 권선(610)은 와이어의 이동을 방지하는 역할을 하는 그리고 와이어로부터 스테이터(609)로 열을 전달하는 데 도움을 주는 스테이터 포팅 화합물(stator potting compound)(611)에 의해 봉지된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 스테이터 캡(612)이 스테이터(609) 위에 배치되고 와이어(610)를 적소에 유지시킬 수 있다.
자석(605)은 또한 스테이터(609)와 로터(606) 사이의 인력을 유발한다. 베어링(603, 604)은 하우징(601, 602, 607, 608)을 통해 스테이터(609)와 로터(606) 사이의 인력에 대항하고, 그것들 사이의 갭을 정확하게 제어하는 역할을 한다. 스테이터(609)와 로터(606) 사이의 축방향 인력은 대부분의 응용에서 상부 하우징(601)이 하부 하우징(602)으로부터 분리되는 것을 방지하기에 적절하여, 그것들 사이의 추가의 유지의 필요를 없앤다. 하우징(601, 602, 607, 608)과 로터(606) 및 스테이터(609) 사이의 계면에 있는 직경 맞춤부(diametral fit)가 내측 4-점 접촉 베어링(604)을 통해 2개의 조립체들 사이에서 반경방향 부하를 전달한다. 조립체에 인가되는 외부 모멘트가 주로 외측 스러스트 베어링(603)을 통해 전달된다.
스테이터 권선(610)을 통한 전류의 흐름은 스테이터(609)의 온도를 다른 구성요소에 비해 증가시키는 경향이 있다. 인접 하우징으로의 발생된 열의 전도는 이러한 증가를 그것의 온도로 감소시키는 데 도움을 준다. 도시된 예는 스테이터(609)보다 높은 열 팽창 계수를 갖는 경합금 하우징을 포함한다. 온도가 증가할 때 스테이터(609)의 외경부와 하부 하우징(602)의 내경부 사이의 계면에서 억지 끼워맞춤을 유지시키기 위해, 주요 직경 위치는 스테이터(609)의 위치설정 후크(locating hook)의 내경부에서 발생한다.
도 29에서, 스테이터와 로터가 삽입되도록 그리고 자석이 마지막으로 삽입되도록 허용하는 제거가능 캡(614, 616)이 암 내에 놓인다.
또한, 기계력과 자력의 조합을 사용하여 로터 슬롯 내에 자석을 유지시키기 위해 힘을 제공할 수 있다. 테이퍼진 자석은 상당한 비율의 자속이 공기갭을 통과하면서 로터 슬롯 내에 자석을 유지시키는 구조를 제공할 수 있다.
공기 갭을 향해 더 얇아지도록 접선방향으로 테이퍼지는 자석이 집중형 플럭스 로터 구성에서 높은 성능을 제공할 수 있다. 도 30 내지 도 35를 참조하면, 자석(3302)이 테이퍼진 단부(3316)를 구비하고 로터 포스트(3304)가 테이퍼진 단부(3318)를 구비하는 축방향 플럭스 구성의 로터(3300)가 도시된다. 자석과 로터 포스트는 반대 방향으로 테이퍼져 상호로킹(interlocking) 배열을 형성한다. 영구 자석은 스테이터(3330)의 방향으로 테이퍼지는 한편, 로터 포스트(3304)는 스테이터로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼진다. 이 실시예에서, 2개의 실질적으로 거울상인(mirrored) 로터(3300)가 한 쌍의 스테이터들 사이에 조립될 수 있으며, 이때 각각의 로터의 테이퍼진 포스트는 후면과 후면이 접하고, 각각의 로터의 테이퍼진 자석은 후면과 후면이 접한다. 이러한 방식으로 자석(3302)을 테이퍼지게 하는 것은 공기 갭에서 보다 큰 로터 포스트 폭을 허용한다. 그것은 또한 공기 갭으로부터 떨어진 로터 포스트(3304)에 더욱 많은 플럭스를 제공하기 위해 자석 테이퍼의 넓은 단부에서 보다 큰 자석 폭을 허용하며, 여기서 면이 평행하면, 포스트(3304)는 덜 포화되는 경향이 있을 것이다. 이러한 방식으로, 활성 영구 자석(3302)과 연자성 재료가 공기갭에서 더욱 많은 플럭스를 제공하기 위해 더욱 효과적으로 사용된다. 2개의 로터 부분은 예를 들어 접착제에 의해 함께 고정될 수 있지만, 몇몇 바람직한 변형에서 볼트(도시되지 않음) 또는 고정 링(도시되지 않음)과 같은 기계적 특징부가 사용될 수 있다.
테이퍼진 포스트(3304)와 자석(3302)의 상호로킹 배열은 영구 자석이 제거되는 것을 방지하는 정지부로서 작동하며, 이는 자력이 자석을 로터 내에 유지시킬 필요를 감소시켜, 자속이 단부 아이언(3314)을 통해 누설될 필요를 감소시킨다.
몇몇 실시예에서, 플럭스 경로 제한부(3328)의 어레이가 예를 들어 그것들이 단부 아이언(3314)과 연결되는 각각의 로터 포스트(3304)의 기부에 있는 단부 아이언(3314) 내의 구멍으로서 단부 아이언(3314) 내에 형성될 수 있다. 이들 플럭스 경로 제한부(3328)는 로터 포스트(3304)와 단부 아이언(3314) 사이의 가용 플럭스 경로를 감소시킨다.
도 30은 테이퍼진 슬롯 로터의 축방향 플럭스 구성을 도시하지만, 테이퍼진 슬롯 로터는 반경방향 플럭스 구성에서 동등하게 구성될 수 있다. 테이퍼진 자석은 대향 캐리어를 향해 또는 그것으로부터 멀어지게 좁아질 수 있다.
이러한 방식으로 자석을 테이퍼지게 하는 것의 부수 효과(second effect)는 공기 갭을 향해 영구 자석으로부터의 플럭스의 높은 비율을 편의(bias)시키는 것이다. 이는 적어도 2가지 면에서 이롭다. 첫째는 테이퍼진 영구 자석이 공기 갭을 향해 끌어당겨질 것이며, 여기서 그것들이 보다 낮은 자기저항 플럭스 연결을 위해 영구 자석과 로터 슬롯 벽 사이의 공기갭을 폐쇄할 것이고, 그것들이 추가로 이동하는 것이 기계적으로 방지되어 테이퍼진 로터 포스트에 의해 확고하게 유지될 것이라는 점이다. 둘째로, 후방 표면에서의 보다 좁은 로터 포스트가 로터의 중심 평면을 따라 보다 큰 포스트간 거리를 생성한다. 이는 로터의 중심 평면을 따른 포스트로부터 포스트로의 공기를 통한 누설의 양을 감소시킨다. 테이퍼진 포스트와 테이퍼진 자석을 갖춘 2개의 실질적으로 거울상인 로터 반부를 후면을 맞대어 조립함으로써, 영구 자석으로부터의 플럭스의 큰 비율이 공기 갭을 가로질러 연결되도록 가압될 수 있다.
이러한 방식으로, 자석을 자기적으로 그리고 기계적으로 유지시키면서 매우 높은 플럭스 밀도가 공기 갭에서 달성될 수 있다. 테이퍼진 로터 포스트 로터를 제조하는 비용 효과적인 방식은 2개의 대칭 로터(3300)를 후면을 맞대어 사용하는 것이다. 이러한 구성은 로터를 강화시키기 위한 백 아이언의 사용을 허용하지 않으며, 따라서 연자성 단부 아이언(3314)이 대신에 사용된다. 단부 아이언(3314)은 바람직하게는 단부 아이언을 통해 로터 포스트들 사이의 높은 자기저항 플럭스 경로를 생성하도록 최대한 얇은 그리고 작고 일관된 공기 갭을 유지시키기 위해 기계적 강도와 강성을 제공하는 데 필요한 만큼 두꺼운 단면을 구비한다.
단부 아이언 연결부를 통한 포스트로부터 인접 포스트로의 플럭스의 손실을 보상하기 위해, 일 실시예는 공기 갭에서 연자성 스테이터 포스트(3332)보다 긴 영구 자석(3302)을 사용한다. 이는 도 31에 도시되며, 여기서 영구 자석(3302)은 스테이터 포스트(3332)와 동일한 또는 거의 동일한 길이를 가질 로터 포스트(3304)보다 길다. 도 32에 도시된 바와 같이, 권선 구성(3334)이 스테이터 포스트(3332) 주위로 연장된다. 영구 자석 깊이를 스테이터 반경방향 길이에 비해 증가시킴으로써, 영구 자석(3302)은 공기갭에서 로터 포스트에서의 높은 플럭스 밀도를 여전히 유지하면서 단부 아이언(3314)을 포화시키기에 적절할 것이다. 도 31에 도시된 바와 같이, 각각의 로터 포스트(3304)의 각각의 단부에 인접한 2개의 플럭스 제한기(3328)가 있다. 로터 포스트(3304)는 로터의 축방향 외측 단부에서 보다 큰 폭을 갖는다. 플럭스 제한기(3328)는 로터 포스트의 외측 단부에 인접하여 보다 크고, 로터 포스트의 내측 단부에서 보다 작다.
예를 들어 도 3, 도 14, 도 22a, 도 22b, 및 도 34 내지 도 38에 개시된 실시예에 기술된 플럭스 제한 구멍은 전력과 구조적 강도 사이의 허용가능한 상충관계(trade-off)를 충족시키도록 설계된다. 자석 위의 단면적은 공기갭을 유지시키기 위한 강도를 제공하고, 플럭스 제한기는 플럭스가 자석들 사이에서 과도하게 연장되는 것을 방지한다. 플럭스 제한기는 구멍이 모든 포스트에 인접하기보다는 매 두 번째 포스트에 인접한 상태로 배치될 수 있으며, 이는 보다 강한 구조를 제공할 것이지만, 플럭스에 상당한 영향을 미치지 않는다. 플럭스 제한기는 플럭스 경로 및 구조적 부하 경로의 단면적 감소가 있는 한 막힌 또는 관통-구멍일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 플럭스 제한기는 포스트의 어레이와 베어링의 각각의 세트 사이에서 포스트의 양단부 상에 놓일 것이다. 플럭스 제한기는 바람직하게는 각각의 포스트의 길이와 평행하게 놓일 것이다. 플럭스 제한기는 자속 경로에서보다는 구조적 부하 경로에서 보다 큰 단면적이 있도록 설계될 수 있다. 플럭스 제한기는 또한 본 명세서에 기술된 축방향 및 선형 플럭스 기계에 대해 기술된 것과 동등한 방식으로 반경방향 플럭스 기계에 사용될 수 있다. 플럭스 제한기를 갖춘 본 명세서에 기술된 기계의 일 실시예는 예를 들어 자력을 지지하기에 충분히 강하지만 경량이기에 충분히 얇은 연성 철로 제조되는 솔리드 재료를 구비할 수 있다. 플럭스 제한기는 로터 또는 스테이터 상의 모든 포스트에 인접하게 또는 로터 또는 스테이터 상의 매 두 번째 포스트에 인접하게 배치될 수 있다. 플럭스 제한기는 일반적으로 각각의 포스트, 또는 각각의 두 번째 포스트의 양단부 상에 배치될 것이다. 플럭스 제한기는 각각의 포스트의 일단부에서 모든 포스트에 인접하게 그리고 각각의 포스트의 타단부에서 매 두 번째 포스트에 인접하게 배치될 수 있다. 플럭스 제한기는 각각의 포스트가 단지 하나의 플럭스 제한기에 인접하고, 각각의 인접 포스트에 대해, 대응하는 플럭스 제한기가 인접 포스트의 대향 단부에 인접하도록 교번 패턴으로 배치될 수 있다. 플럭스 제한기는 동일한 기하학적 구조를 유지하면서 상이한 크기를 가질 수 있다. 단면 플럭스 경로는 매 두 번째 포스트 사이에서 일관될 수 있지만, 단면 플럭스 경로는 각각의 포스트가 그것에 바로 인접한 포스트와 상이한 단면 플럭스 경로를 갖도록 단면 플럭스 경로가 인접 포스트들 사이에서 교번하도록 선택될 수 있다. 각각의 두 번째 포스트가 플럭스 제한기에 인접하도록 플럭스 제한기가 교번 패턴으로 배치되는 경우에, 플럭스 제한기에 인접한 각각의 포스트의 단면은 플럭스 제한기에 인접하지 않은 각각의 포스트의 단면보다 작을 수 있다. 그러한 실시예에서, 매 두 번째 포스트는 플럭스 제한기에 인접한 인접 포스트 각각보다 큰 단면을 가질 것이다. 플럭스 제한기가 일반적으로 스테이터보다는 로터 상에 배치될 때 코깅을 감소시키는 데 더욱 효과적일 것이지만, 플럭스 제한기는 로터 및 스테이터 둘 모두 상에 또는 단지 로터 상에만 배치될 수 있다. 도 31에 도시된 바와 같이, 포스트의 각각의 단부에 인접한 다수의 플럭스 제한기가 있을 수 있다.
로터를 위한 제조 방법은 주조 또는 성형(forming) 또는 분말 금속 구성, 적층 가공(additive manufacturing), 기계가공 등을 포함할 수 있다. 자석의 제조는 성형 또는 적층 또는 절삭 가공(subtractive manufacturing)에 의해 행해질 수 있다. 자석은 또한 슬롯 내로의 삽입 후에 자화될 수 있다. 분말 경자성 재료를 로터 슬롯 내로 가압시킨 다음에 가압 후에 PM 재료를 자화시키는 것이 현재 또는 미래 공정으로 가능할 수 있거나, 에폭시 또는 다른 중합체 내의 PM 자석 재료의 슬러리가 슬롯을 충전하기 위해 사용된 다음에 경화 후에 자화될 수 있다. 경자성 재료의 자화는 매우 높은 플럭스 밀도를 2개 이상의 포스트에 동시에 적용함으로써 행해질 수 있다.
백 아이언, 측부 아이언(side iron) 및 단부 아이언은 유지 요소의 역할을 하고, 로터 포스트와 강성 연결부를 형성한다. 일 실시예의 특징이 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다.
도 32를 참조하면, 단부 아이언(3314)을 갖춘 스테이터-로터-스테이터 구성이 도시된다. 단부 아이언(3314)과 로터 포스트(3304)는 등축 연질 금속성 재료의 단일 피스로부터 형성될 수 있으며, 이때 영구 자석(3302)의 단일 어레이가 로터 포스트들(3304) 사이에 끼워맞춰진다. 단부 아이언(3314)은 로터(3300)의 양단부에 형성된다. 이 실시예에서, 플럭스 경로 제한부(3328)는 도 33에 도시된 바와 같이 포함될 수 있다.
도 33은 백 아이언(3310), 단부 아이언(3314) 및 플럭스 경로 제한부(3328)를 갖춘 스테이터-로터-스테이터 구성의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 영구 자석(3302)의 2개의 어레이가 백 아이언(3310)에 의해 분리된다. 플럭스 경로 제한부(3328)는 단부 아이언(3314)에서 플럭스 누설을 감소시키기 위해 영구 자석(3302)의 단부에 보어(bore)로서 형성된다.
도 34는 로터-스테이터-로터 구성의 일 실시예를 도시한다. 2개의 집중형 플럭스 로터(3300)가 중심 스테이터(3330)와 맞물린다. 로터(3300)는 각각 단부 아이언(3314)과 플럭스 경로 제한부(3328)를 포함한다. 많은 응용에서, 단부 아이언만이 또는 백 아이언만이 집중형 플럭스 로터(3300)에 적절한 강성을 제공하기에 충분할 것이다.
도 35는 로터-스테이터-로터 구성의 일 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 각각의 로터(3300) 상에 두꺼운 백 아이언(3310)을 추가하여 도 34에 도시된 것과 본질적으로 동일하다.
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이제, 본 특허 문헌에 개시된 설계 요소를 이용할 수 있는 구성, 예를 들어 내측 및 외측 베어링 구성을 갖는 전기 기계의 일 실시예가 기술될 것이다.
개시된 구조 중 임의의 것이 포스트와 포스트들 사이의 슬롯을 포함하는 전자기 요소를 구비하는 전기 기계와 함께 사용될 수 있으며, 여기서 포스트는 적어도 스테이터 또는 로터 중 어느 하나 상에 자극을 생성하도록 권취되며, 여기서 자극 밀도는 본 특허 문헌에 명시된 방정식에 의해 한정되는 자극 밀도의 범위 내에 있고, 포스트 높이는 본 특허 문헌에 명시된 방정식에 의해 한정되는 포스트 높이의 범위 내에 있다. 이들 방정식 각각은 경계 영역(bounded area)을 한정한다. 경계 영역은 전기 기계의 크기에 의존하며, 여기서 크기는 기계의 반경에 의해 한정된다. 경계 영역은 자극 밀도, 포스트 높이 및 기계의 크기에 의해 한정되는 공간에서 경계 표면(bounded surface)을 함께 한정한다. 이러한 경계 영역은 2017년 2월 16일자로 공개된 공히 계류중인 WO2017024409호에 개시되고, 여기서 반복된다.
모델링 연구와 FEMM 분석에 기초하여, 하기의 결론이 나오는 것으로 여겨진다: 적어도 특정 자극 밀도를 넘어 그리고 모터의 주어진 직경에 대한 특정 전도체 체적 또는 포스트 높이에 대해: 1) 개시된 바와 같은 자극 밀도와 전도체 체적 또는 포스트 높이를 갖는 전기 기계는 보다 낮은 자극 밀도 및/또는 보다 높은 전도체 체적을 갖는 그 외에는 동등한 기계에 비해 주어진 토크 또는 힘에 대해 증가된 열 생성(및 따라서 보다 낮은 효율)을 갖지만, 대응하는 유효 열 방출을 갖고; 2) 증가된 자극 밀도와 보다 낮은 전도체 체적 또는 포스트 높이는 또한 전체적으로 증가된 토크 대 질량비(토크 밀도)와 함께, 보다 낮은 자극 밀도 및/또는 보다 높은 전도체 체적을 갖는 그 외에는 동등한 기계에 비해 질량을 감소시키는 효과를 갖는다.
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예를 들어, 개시된 각각의 전기 기계 실시예는 KR 면에서 이득을 제공하는 것으로 여겨지는 자극 밀도와 포스트 높이의 한정(definition) 내에 있는 자극 밀도와 포스트 높이를 갖는 것으로 도시된다.
예를 들어 0.5 이상의 범위 내의 자극 밀도의 경우에, 그리고 슬롯이 대략 치형부(tooth)만큼 넓은 것이 특이하지 않음을 고려할 때, 치형부 폭은 25 mm 폭 기계에 대해 대략 1 mm일 수 있다. 보다 좁은 치형부가 사용될 수 있다. 보다 얇은 치형부의 이점은 강 또는 철 또는 자성 금속 합금과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 솔리드 재료가 치형부가 정상 모터 라미네이션의 두께에 보다 근사함으로 인해 최소 와전류와 함께 사용될 수 있다는 것이다. 모터의 이러한 크기에 대한 일반적인 모터 라미네이션은 0.015" 내지 0.025"의 범위 내에 있을 수 있다. 제시된 자극 밀도와 치형부 기하학적 구조(많은 짧은 포스트)는 또한 제1 캐리어(스테이터)에서 와전류를 회피하는 데 도움을 준다. 예를 들어, 144개의 슬롯을 갖춘 전기 기계에 대해, 와전류 손실은 200 rpm 및 70 A/㎟에서 권선의 총 저항 손실의 단지 7%로 밝혀졌다. 솔리드(비-라미네이팅된) 재료의 사용은 강도, 강직성 및 신뢰성에 있어 이점을 제공할 수 있다.
개시된 기계의 실시예는 분수 권선(fractional winding)을 사용할 수 있다. 몇몇 실시예는 분포 권선을 사용할 수 있고; 다른 실시예는 집중 권선을 사용할 수 있다. 분포 권선은 단부 턴(end turn)에서의 더욱 많은 구리와 보다 낮은 전력으로 인해 보다 무겁다(보다 큰 모터를 요구함). 그것들은 또한 플럭스가 분수 권선의 경우에서와 같이 다음 포스트로 이동하기보다는 적어도 3개의 포스트를 이동하여야 하기 때문에 보다 두꺼운 백아이언을 필요로 한다. 분포 권선은 보다 긴 전도체(단부 턴이 그 사이를 연결하여야 하는 보다 긴 거리의 결과)로 인해 더욱 많은 열을 생성한다.
제시된 자극 밀도를 갖는 전기 기계의 일 실시예는 임의의 적합한 개수의 포스트를 구비할 수 있다. 최소 개수의 포스트는 100개의 포스트일 수 있다. 많은 개수의 포스트는 포스트당 보다 적은 권선을 허용한다. 비제한적인 예시적인 실시예에서, 각각의 포스트 상의 권선은 단지 하나의 층 두께이다(포스트로부터 원주방향 외향으로 측정됨). 이는 전도체로부터의 열이 스테이터 포스트로 열 전도에 의해 방출되도록 전도체를 통해 전도되는 공기갭 및/또는 포팅 화합물 갭 및/또는 와이어 절연 층의 개수를 감소시킨다. 이는 열 용량에 대해(순간적인 고 전류 이벤트에 대해) 그리고 연속 작동 냉각에 대해 이득을 갖는다. 전도체와 직접 접촉하는 기체 또는 액체 냉각제에 의한 코일의 직접 냉각시, 높은 자극 밀도와 조합되는, 적은 개수의 원주방향 층, 및 예를 들어 포스트 상의 와이어의 단일 원주방향 층이 냉각 유체에 노출되는 전도체의 매우 큰 표면적을 생성한다(전도체의 체적에 비해). 이는 전도체의 냉각에 이롭고, 개시된 바와 같은 낮은 전도체 체적을 이용하는 많은 예시적인 방식 중 하나이다. 포스트당 단일 열(또는 적은 개수의 열)의 코일은 또한 제조 복잡성을 감소시켜 보다 낮은 비용의 제조를 허용한다. 다른 실시예에서, 각각의 포스트의 권선은 2개의 층 두께이다.
175 mm 이상의 평균 공기갭의 전기 기계에 대해, 슬롯의 개수는 축방향 플럭스 전기 기계에 대해 60개 이상, 또는100개 이상일 수 있으며, 예를 들어 예시적인 175 mm직경의 실시예에서 108개의 슬롯이 있을 수 있다. 또한, 그러한 전기 기계에 대해, 포스트의 평균 반경방향 길이-대-원주방향 폭은 4:1 초과, 예를 들어 약 8:1일 수 있지만, 10:1 이상에 달할 수 있다. 예시적인 108개의 슬롯 실시예에 대해, 비는 약 8:1이다. 그러한 구성의 경우에, 열 방출이 개선된다. 보다 낮은 종횡비가 매우 작은 토크에 대해 많은 재료일 것이어서, 종횡비는 고 KR 및 로봇 공학에 유용한 토크를 달성하는 동시에 열 방출 효과를 이용하는 데 도움을 준다.
몇몇 실시예에서, 공기갭을 유지시키는 저 마찰 표면으로 공기갭을 코팅함으로써 강성 요건이 감소된다. 선형 모터의 일 실시예에서, 0.008" 공기갭을 유지시키는 저 마찰 표면이 공기갭 내에 적용된다. DLC(다이아몬드-유사 코팅)와 같은 코팅이 로터 및 스테이터 둘 모두 상에 0.0025"로 침착될 수 있고, 갭이 유지될 것이다.
KR 면에서, 또는 토크, 토크-대-중량, 및 Km(추가로 기술되는 바와 같음)을 조합하는 가중 함수 면에서 상당한 이득을 제공하는 자극 피치(pole pitch)(또는 밀도)와 전도체 체적의 범위가 발견되었다. 가중 함수 면에서의 이득의 양은 냉각 및 다른 인자의 양에 의존하지만, 방정식은 지시된 바와 같은 이득을 제공하는 전기 기계의 신규한 구조를 한정한다. 이들 이득을 산출하는 전도체 체적과 자극 밀도의 범위에 의하여 결정되는 경계 영역을 한정하는 방정식이 제공된다.
일 실시예에서, 기계 크기, 자극 밀도 및 포스트 높이에 의해 한정되는 위상 공간의 영역 내에서 작동시킴으로써 이점이 얻어진다. 도 39a 내지 도 39f에 도시된 일련의 그래프는 옥타브(OCTAVE)™(수치 계산을 풀기 위한 프로그램)에서 생성된 자동 솔버(automated solver)를 사용하는 FEMM 소프트웨어를 사용하여 생성되고 분석된, 선형 모터 섹션 기하학적 구조의 예시적인 시리즈에 대한 토크 밀도(z축) 대 슬롯 밀도(x축) 및 포스트 높이(y축)를 도시한다. 슬롯 밀도는 그것이 자극 밀도와 동일하기 때문에 이 예에 사용되었다.
하기의 규칙과 가정이 시리즈 내의 모터 모두에 적용되었다. 각각의 섹션은 144개의 전자석과 146개의 영구 자석으로 구성되었다. 로터는 NdFeB 52 자석 및 M-19 규소 강의 섹션을 포함하였다. 모든 영구 자석은 로터에 접선방향으로 배치되었고, 그것의 자기장 방향이 로터에 접선방향으로 정렬되고 그것의 인접 영구 자석에 대향하도록 배향되었다. M-19 규소 강 섹션은 영구 자석들 사이에 배치되었다. 스테이터는 M-19 규소 강으로부터 제조되었다. 전자석은 집중 권선 코일을 3-상 구성으로 사용하였다. 코일의 75% 충전율이 가정되어, 슬롯 면적의 75%로 구성되었다. 조사되었던 2가지 변수는 포스트 높이와 슬롯 밀도였다. 기하학적 구조 변수의 나머지는 하기의 관계에 따라 스케일링되었다(scaled): 모든 시뮬레이션에 걸친 1.25 인치의 일정한 모델 두께, 로터 영구 자석 폭은 영구 자석 피치의 50%로 설정됨, 로터 영구 자석 높이는 영구 자석 폭의 2.3배로 설정됨, 스테이터 슬롯 폭은 스테이터 전자석 피치의 50%임(포스트와 슬롯의 동일한 폭), 스테이터 백 아이언 높이는 스테이터 포스트 폭의 50%로 설정됨, 0.005 인치의 공기갭 축방향 높이.
개시된 고유 기하학적 구조를 나타내는 경계 영역은 바람직한 실시예, 즉 최고의 토크-대-중량 및 KR을 산출할 실시예에 대해 모델링된다. 이 실시예에서 로터 내의 등급 N52 NdFeB 자석, 146:144의 로터 자극 대 스테이터 자극비, 및 백 아이언을 갖춘 플럭스 집중 로터의 선택과 같은 소정 설계 선택이 이루어졌다. 이러한 구성이 개시된 직경 내의 액추에이터의 크기에 대해 최고의 실용적인 토크-대-중량 구성 중 하나를 제공하면서 여전히 합리적인 수준의 제조성 및 구조적 안정성을 유지시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 상이한 로터 유형(표면 영구 자석, 매립 영구 자석 등), 세라믹, 사마륨 코발트, 및 고온 NdFeB를 이에 제한됨이 없이 포함하는 상이한 자석 재료 및 등급, 상이한 로터 자극 대 스테이터 포스트비, 상이한 스테이터 권선 구성, 상이한 스테이터 재료 등과 같은 많은 다른 구성이 가능하다. 많은 경우에, 이들 파라미터들에 대한 상이한 설계 선택이 바람직한 실시예와 동일한 자극 피치 및 포스트 높이에 대해 감소된 토크 또는 증가된 중량을 생성함으로써 바람직한 실시예에 비해 큰 KR 이득을 갖지 않을 것이다. 그러나, 대부분의 설계에 대해, 모든 다른 설계 변수 및 기하학적 관계가 일정하게 유지될 때 개시된 영역 외부의 기하학적 구조에 걸쳐 개시된 영역 내부의 자극 피치와 포스트 높이를 사용함으로써 KR에 대한 이득이 있다. 이러한 원리는 선형 모터, 축방향 플럭스 회전 모터, 반경방향 플럭스 회전 모터, 사다리꼴/환상(toroidal) 회전 모터, 및 횡방향 플럭스 선형 및 회전 모터에 대해, 집중 및 분포 권선 설계 둘 모두에 적용된다.
그들 모터 섹션 기하학적 구조 각각에 대해, 자기 시뮬레이션 및 열 시뮬레이션이 수행되었다. 모든 자기 시뮬레이션에 대해, 프로그램은 질량, 수평력, 및 전력 소비에 대한 값을 산출하였다. 코일 단면의 기하학적 외삽이 전체 시스템의 질량과 전력 소비를 더욱 정확하게 예측하기 위하여 단부 권선의 질량 및 전력 소비를 알아내기 위해 사용되었다. 스톨 토크(stall torque) 및 저속에서의 토크를 계산하기 위해, 저항 손실의 제곱근이 전력 소비의 지배적인 부분이며, 이때 승수(multiplier)가 단부 권선의 저항 손실을 고려하기 위해 슬롯 기하학적 구조에 기초한다. 이들 값은 각각의 시뮬레이션의 질량 힘 밀도(단위 질량당 힘) 및 면적-정규화 힘(area-normalized force)(공기갭의 단위 면적당 힘)을 계산하기 위해 사용되었다. 모든 열 시뮬레이션에 대해, 프로그램은 코일 온도, 로터 온도 및 스테이터 온도에 대한 값을 산출하였다. 냉각제로서 물을 그리고 700 W/m2K의 대류 계수를 사용하여 스테이터 내측 표면에 설정된 냉각률이 적용되었다. 물의 온도는 15℃로 설정되었고, 그것은 6 내지 20 mm/s의 유량을 가졌다. 정상 상태 조건이 가정되었다.
일정한 전류 밀도 시뮬레이션에 대해, 고정된 전류 밀도가 전도체에 적용되었고, 결과적으로 생성된 힘, 질량, 전력 소비, 및 최대 스테이터 온도가 프로그램에 의해 계산되었다.
일정한 온도, 면적당 힘, 또는 힘 밀도 시뮬레이션에 대해, 전류 밀도가 관심 있는 파라미터가 목표값에 도달할 때까지 각각의 기하학적 구조 지점에서 조절되었고, 다른 파라미터가 그 지점에서 기록되었다. 일정한 온도, 면적당 힘, 또는 힘 밀도 시뮬레이션에 대한 목표 오차는 각각 1도, 0.002 N/㎟, 및 1 N/㎏이다. 이러한 데이터는 면적-정규화 힘에 회전 모터 내의 공기갭의 원주방향 면적을 곱하고 힘에 직경을 곱하여 결과적으로 생성된 토크를 산출함으로써 회전 모터의 임의의 크기에 직접 적용될 수 있다. 모터의 곡률 반경, 및 선형 구조와 만곡된 구조를 근사시키는 것과 관련된 오차로 인해 어느 정도의 작은 편차가 있을 것이지만, 본 출원인의 시뮬레이션은 회전 시뮬레이션된 토크가 전형적으로 선형 모델에 의해 예측된 것의 10% 내에 있음을 보여주었다.
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일정한 전류 밀도에서의 면적당 힘(2320)이 슬롯 피치와 포스트 높이의 함수로서 도 39a에 플로팅된다. 가상 시리즈 내의 모든 모터에 인가되는 동일한 전류는 개시된 범위(2322)(파선에 의해 개략적으로 표시됨) 내에서 면적당 급격히 더 낮은 힘을 생성한다. 파선은 3D 표면 상에 투사된 각각의 크기(아래에서 방정식에 관하여 논의되는 바와 같은 25 mm, 50 m, 100 mm 및 200 mm)로부터의 중간 경계에 대응한다. 이러한 중간 경계는 방정식 세트 A2, B2, C2 및 D2에 대응한다. 이 그래프에서, 일정한 전류 밀도에서의 면적당 힘(2320)은 주어진 3상 입력 전력에 대한 최고 토크 회전 위치를 알아내기 위해 옥타브 내의 스크립트(script)를 사용하여 FEMM에서 분석된 모터의 시리즈에 대해 도시된다. 이들 모터는 도시된 바와 같이 달라지는 전도체 체적과 슬롯 밀도를 제외하고는 모든 점에서 동일하다.
주어진 온도에서 가능한 최고 전류 밀도(2324)가 슬롯 피치와 포스트 높이의 함수로서 도 39b에 플로팅된다. 개시된 범위(2322) 내에서의 지수적으로 더 높은 열 방출 특성은 주어진 온도에서 훨씬 더 높은 전류 밀도를 허용한다. 낮은 전도체 체적은 액추에이터 중량을 감소시키는 경향이 있지만, 낮은 전도체 체적은 또한 액추에이터 토크를 감소시키는 경향이 있다. 그러나, 전도체 체적과 슬롯 밀도가 개시된 범위 내에 있을 때, 전도체로부터 스테이터의 후면으로의 또는 냉각이 적용될 수 있는 임의의 다른 표면으로의 열 흐름 저항의 급격한 감소가 있어, 액추에이터를 과열시킴이 없이 매우 높은 전류 밀도가 전도체에 인가되도록 허용한다.
도 39b에서, 도 39a에서와 동일한 모터의 시리즈가 사용되지만, 각각의 모터에 인가되는 일정한 전류 밀도 대신에, 전류 밀도는 전도체의 정상 상태 온도가 ~70℃일 때까지 달라졌다. 전형적인 물 냉각 효과의 합리적인 표현이 700 W/m2K의 대류 계수에서 스테이터의 외측 축방향 표면에 적용되었다. 물의 온도는 15℃로 설정되었다. 주위 온도는 15℃로 설정되었다. 간단함을 위해 공기 대류 냉각이 로터에 적용되지 않았는데, 왜냐하면 수냉식 표면이 냉각 면에서 매우 지배적이었고 로터가 그 자체의 열을 생성하지 않았기 때문이다. 정상 상태 조건이 가정되었다. 3D 그래프 상의 각각의 지점에 대해, 모터의 전류 밀도가 0으로부터 코일의 온도가 ~70℃에 도달할 때까지 증가되었다.
도 39c는 그것이 70℃의 일정한 온도와 대조적으로 6 A/㎟으로 일정한 전류를 갖는 것을 제외하고는 도 39d와 동일하다. 따라서, 짧은 포스트의 열 방출 이득이 개시된 범위에 예기치 않은 이득을 제공하는 방식을 보여주기 위해, 도 39c는 하기의 가중치 규약, 즉 토크 ― 1의 가중치, 토크-대-중량 ― 3의 가중치, 전력 소비 ― 2의 가중치를 사용하여 전개되었다. 토크-대-중량은 암의 중량이 액추에이터의 중량에 의해 결정되기 때문에 그리고 암의 중량이 전형적으로 페이로드의 중량보다 상당히 더 클 것이기 때문에 가장 크게 가중되었다. 토크는 그것을 중요한 고려 사항으로서 포함하도록 그러나 페이로드가 암의 중량보다 상당히 더 작을 수 있음을 인식하여 1로 가중되었다. 전력 소비에는 그것이 중요한 고려 사항이기 때문에 중간 정도의 가중치가 주어졌지만, 전력 소비는 토크-대-중량에 대한 보다 높은 가중치에 의해 달성되는 바와 같이, 보다 작은 암 중량으로부터 이득을 얻는 것으로 알려져 있으며, 따라서 전력 소비에 대한 보다 큰 가중치는 잠재적으로 역효과를 낳는(counter-productive) 것으로 간주되었다.
일정한 전류 밀도를 모터의 시리즈에 인가하고, 위의 가중치와 결과를 조합함으로써, 도 39d의 표면(2328)은 슬롯(또는 자극) 밀도와 전도체 체적의 개시된 범위(2322)를 향해 그리고 그것을 통해 계속되는 보다 낮은 전체 성능 쪽으로의 경향을 도시한다. 도 39d는 도 39b로부터 일정한 온도 전류 밀도가 인가될 때 개시된 범위 내에서의 이득을 보여준다.
모터 능력에 대한 산업 표준 측정 기준은 기본적으로 토크-대-전력 소비인 KM이다. KM은 주어진 전력에 대해 충분한 냉각을 가정한다. 그것은 단지 소정 수준의 토크를 생성하는 데 필요한 전력의 양을 고려한다. 슬롯 피치와 포스트 높이의 함수로서의
Figure 112019015526205-pct00003
표면(2330)이 도 39e에 플로팅된다.
토크 대 중량 대 전력 소비는 도 39f의 슬롯 피치와 포스트 높이의 함수로서의
Figure 112019015526205-pct00004
표면(2332)의 그래프로부터 볼 수 있는 바와 같이 개시된 범위(2322) 내에서 가장 예기치 않은 급격한 이득을 보여준다. 높은 KR은 고정 응용에서 크게 유익하지 않을 수 있지만, 로봇 공학과 같은 응용에서, KR은 전력 소비 이득이 전체 시스템의 중량을 감소시킴으로써 달성될 수 있음을 보여준다.
Figure 112019015526205-pct00005
이 자극 밀도와 포스트 높이에 따라 달라지는 방식을 도시하는 그래프를 생성하는 방법은 하기와 같다. 작은 전도체 체적(낮은 포스트 높이)과 낮은 자극 밀도를 갖는 기하학적 구조 A를 갖는 모터 섹션을 고려한다. 기하학적 구조 A를 갖는 모터 섹션이 시뮬레이션되고; 설정된 냉각률이 냉각제로서 물을 그리고 700 W/m2K의 대류 계수를 사용하여 스테이터 내측 표면에 적용된다. 물의 온도는 15℃로 설정되고, 그것은 6 내지 20 mm/s의 유량을 갖는다. 정상 상태 조건이 가정된다. 이어서, 기하학적 구조 A의 전도체를 통과하는 전류가 전도체의 최대 온도가 70℃에 도달할 때까지 증가된다. 이어서, 이러한 시점에서의 기하학적 구조 A의 토크 밀도가 기록되고, 포스트 높이 및 자극 밀도의 대응하는 값에 대해 그래프에 플로팅된다. 이러한 과정이 예를 들어 포스트 높이와 자극 밀도를 변화시키고 전술된 바와 같이 나머지 파라미터를 스케일링함으로써 얻어지는 다른 기하학적 구조에 대해 반복된다. 예를 들어, 기하학적 구조 B는 모든 다른 파라미터가 전술된 바와 같이 스케일링되는 상태에서, 포스트 높이를 증가시킴으로써 기하학적 구조 A로부터 얻어질 수 있다. 기하학적 구조 C는 기하학적 구조 A와 동일한 포스트 높이를 갖지만 보다 큰 자극 밀도를 가질 수 있다. 기하학적 구조 D는 기하학적 구조 A에 비해 증가된 포스트 높이와 증가된 자극 밀도를 가질 수 있다. 토크 밀도를 플로팅하는 것은 그래프에 표면을 생성한다.
자극 밀도가 증가하고 포스트 높이가 감소함에 따라 토크 밀도가 증가하는 것으로 밝혀졌다. 토크 밀도의 그러한 증가는 낮은 포스트 높이 또는 높은 자극 밀도를 갖는 기하학적 구조에서 발생하지 않는 것으로 도시되며; 토크 밀도의 이득은 단지 이들 2가지 인자를 조합한 기하학적 구조에 대해 관찰된다. 그러나, 이러한 영역에서, 효율이 감소하고 있다. 그래프가 지시된 가정에 기초하여 생성되었지만, 개시된 냉각 효과와 증가하는 자극 밀도 및 감소하는 전도체 체적 또는 포스트 높이의 플럭스 손실의 감소에 기초하여, 동일한 기하학적 구조가 시뮬레이션에 사용되었던 파라미터의 다른 값에서 이득을 가질 것으로 여겨진다. 포스트 높이 또는 자극 밀도에 영향을 미치지 않는 모터 설계 요소의 변화가 이득의 손실을 유발할 것으로 예상되지 않는다. 예를 들어, 접선방향으로 배향된 영구 자석을 갖춘 로터를 포함하는 전기 기계 및 표면-장착형 영구 자석을 갖춘 로터를 포함하는 유사한 전기 기계가 다소 상이한
Figure 112019015526205-pct00006
표면을 보유할 수 있으며; 그럼에도 불구하고, 전술된 원리가 여전히 적용될 것이고, 이득이 여전히 전술된 낮은 포스트 높이와 높은 자극 밀도의 기하학적 구조의 영역 내에서 예측될 것이다. 현재 이해되는 바와 같이, 이러한 원리는 단지 축방향 플럭스 및 반경방향 플럭스 기계와 같은, 포스트를 갖춘 전기 기계에 적용된다.
개시된 방정식과 그래프에서, 파라미터
Figure 112019015526205-pct00007
은 크기-독립적이고, 토크 대신에 힘을 사용하도록 그리고 원주방향 길이 및 축방향 길이 둘 모두와 관계없도록 종래의 KR로부터 변환되었다. 따라서, 임의의 크기의 모터의 종래의 KR은
Figure 112019015526205-pct00008
값으로부터 알게 될 수 있다. 또한, 동일한 크기(공기갭에서의 직경 및 축방향 길이)이지만 상이한 기하학적 구조(즉, 자극 밀도 및/또는 포스트 높이)의 2개의 모터에 대해, 배율 계수(multiplying factor)는 동일할 것이며, 따라서 보다 높은
Figure 112019015526205-pct00009
을 갖는 모터가 보다 높은 종래의 KR을 가질 것이다.
자극 밀도와 포스트 높이의 함수로서의
Figure 112019015526205-pct00010
은 종래의 KR을 도시하는 그래프의 표면과 크게 유사하다. 그러나, 토크 밀도에 대응하는 이러한 특정 표면은 상이한 온도가 분석에서 구속조건(constraint)으로서 사용될 때 상당히 변할 수 있다. 이와 대조적으로
Figure 112019015526205-pct00011
은 실질적으로 변하지 않는다(전류가 시리즈 내의 모터가 포화되기 시작하기에 충분히 높아지지 않는다면; 3D 곡선 형상이 변할 것이다). 따라서, 이전에-논의된 이득을 생성하는 포스트 높이와 자극 밀도의 특정 범위를 한정하기 위해 사용되는 것은
Figure 112019015526205-pct00012
이다.
개시된 이득의 범위는 공기갭에서의 결과적인 모터 직경에 의존한다. 모터의 물리적 크기가 보다 낮은 슬롯 밀도가 사용되는 것을 방지하기 때문에 보다 작은 모터가 더욱 구속된다. 200 mm 이상, 100 mm 이상, 50 mm 이상, 및 25 mm 이상에 해당하는 4가지 별개의 모터 직경 범위를 한정하였다. 각각의 직경 범위에 대해, 3가지
Figure 112019015526205-pct00013
수준을 기술한다. 제1 수준은
Figure 112019015526205-pct00014
에 대한 작은 이득이 시작되는 경우에 해당하고, 제2 수준은 중간 정도의
Figure 112019015526205-pct00015
이득에 해당하며, 제3 수준은 그러한 특정 직경 범위에 대해 높은
Figure 112019015526205-pct00016
이득에 해당한다. 보다 높은
Figure 112019015526205-pct00017
값은 일반적으로 그러한 모터 크기 범위에 대해 보다 낮은 전체 토크 값에 해당한다.
개시된 이들 모터 크기(25 mm 내지 최대 200 mm 직경 이상)는 소형 내지 대형 모터를 나타낸다. 시뮬레이션에 사용된 0.005 인치의 공기갭은 모터의 이러한 범위에 대한 최소의 합리적인 공기갭 크기로 여겨진다. 보다 작은 공기갭은 제조 공차, 베어링 정밀도, 구성요소 편향, 및 열 팽창으로 인해 이러한 모터 범위에 대해 실용적이지 않다.
위의 방정식 내의 계수는 관심 있는 영역의 경계를 설정하고 결과적으로 생성된 관계를 거의 연속으로 만드는 방식으로 선택되었다.
포스트:슬롯 폭의 50:50 비가 이들 시뮬레이션에 대해 선택되었는데, 왜냐하면 분석이 이러한 비가 40:60 내지 60:40일 때 최고 이득이 얻어지는 것을 보여주었기 때문이다. 50:50 비는 전형적인 최선의 시나리오이며; 고정된 포스트 높이에서, 10:90의 슬롯:포스트 폭 비를 사용하는 것은 그에 비해 상당히 저하된 성능을 가질 것이다. 분석은 일정한 포스트 높이에서, 일 실시예가 50% 슬롯 폭에서 토크 및 토크 밀도의 최대값을 그리고 40% 슬롯 폭에서 Km 및 Kr의 최대값을 나타내는 것을 보여준다. 그러나, Km과 Kr의 최대값은 50:50 기하학적 구조에서 주어지는 값의 5% 내에 있으며; 그 결과, 50:50 비는 시뮬레이션을 위한 스케일링 파라미터의 합리적인 선택으로 간주되었다. 포스트:슬롯 폭의 다른 비가 개시된 이득의 일부를 제공할 것이다.
상이한 실시예에 대해, KR 면에서, 또는 토크, 토크-대-중량, 및 Km을 조합하는 가중 함수 면에서 상당한 이득을 제공하는 전도체 체적과 자극 밀도의 범위를 보여주는 방정식과 그래프가 아래에서 논의된다. 전술된 방정식과 마찬가지로, 가중 함수 면에서의 이득의 영역은 냉각의 양에 의존한다.
전기 기계의 크기는 본 명세서에 한정된 바와 같이 축방향 플럭스 기계 또는 반경방향 플럭스 기계의 공기갭 직경 또는 선형 기계의 캐리어의 병진 방향으로의 길이를 의미한다.
제1 경계 영역은 상당한 KR 이득이 도메인 내의 기하학적 구조의 나머지에 대해 발견되는 영역에 해당한다. 주어진 장치 크기에 대해, KR은 범위 밖의 어딘가에서보다 기하학적 구조의 개시된 범위 내에서 더 높은 값을 가져, 이들 기하학적 구조의 장치를 사용하는 소정 응용에 대해 전체 시스템 효율에 대한 잠재적인 이득을 나타낸다.
Figure 112019015526205-pct00018
의 그래프는 특정
Figure 112019015526205-pct00019
값에서 수평 평면을 배치함으로써 경계를 한정하기 위해 사용된다.
Figure 112019015526205-pct00020
의 4가지 값이 200 mm 이상, 100 mm 이상, 50 mm이상, 및 25 mm 이상의 크기에 해당하는 4가지 상이한 액추에이터 크기에 대한 이득의 영역을 한정하기 위해 사용된다.
하기의 표에서, 자극 피치는 변수 S에 의해 mm 단위로 표현된다. 포스트 높이가 또한 밀리미터 단위로 표현된다.
25 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00021
> 3.3에 대한 경계선이 표 1에 보인 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 49이다.
표 1 세트 A1
Figure 112019015526205-pct00022
25 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00023
> 3.4에 대한 경계선이 표 2에 보인 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 50이다.
표 2 세트 A2
Figure 112019015526205-pct00024
25 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00025
> 3.6에 대한 경계선이 표 3에 보인 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 51이다.
표 3 세트 A3
Figure 112019015526205-pct00026
50 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00027
> 2.2에 대한 경계선이 표 4의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 46이다.
표 4 세트 B1
Figure 112019015526205-pct00028
50 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00029
> 2.5에 대한 경계선이 표 5의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 47이다.
표 5 세트 B2
Figure 112019015526205-pct00030
50 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00031
> 2.9에 대한 경계선이 표 6의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 48이다.
표 6 세트 B3
Figure 112019015526205-pct00032
100 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00033
> 1.5에 대한 경계선이 표 7의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 43이다.
표 7 세트 C1
Figure 112019015526205-pct00034
100 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00035
> 1.7에 대한 경계선이 표 8의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 44이다.
표 8 세트 C2
Figure 112019015526205-pct00036
100 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00037
> 1.9에 대한 경계선이 표 9의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 45이다.
표 9 세트 C3
Figure 112019015526205-pct00038
200 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00039
> 1.3에 대한 경계선이 표 10의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 40이다.
표 10 세트 D1
Figure 112019015526205-pct00040
200 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00041
> 1.5에 대한 경계선이 표 11의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 41이다.
표 11 세트 D2
Figure 112019015526205-pct00042
200 mm 크기를 갖는 기계에서,
Figure 112019015526205-pct00043
> 1.8에 대한 경계선이 표 12의 값에 의해 한정되고, 대응하는 그래프는 도 42이다.
표 12 세트 D3
Figure 112019015526205-pct00044
각각의 기계 크기에서, 각각의 경계선이 주어진 K'' 값에 대해 한정되며, 따라서 각각의 기계 크기에 대해, K'' 값의 세트와 경계선의 대응하는 세트가 있다. 경계선의 쌍이 선택될 수 있으며, 여기서 하나의 경계선은 장치의 2가지 연속적인 크기, 즉 25 mm 및 50 mm, 50 mm 및 100 mm, 또는 100 mm 및 200 mm 각각으로부터 선택된다. 경계선은 크기, 자극 피치, 및 포스트 높이에 의해 한정되는 공간 또는 체적을 차지한다. 경계 표면이 제1 경계선 내의 임의 지점과 제2 경계선 내의 임의 지점을 연결하는 모든 선의 합집합(union)의 외부 표면인 공간 내의 2차원 중단되지 않는 표면으로 정의될 수 있다. 경계 표면은 이득 공간(benefit space)을 둘러싼다. 경계선의 각각의 쌍에 대해, 경계 표면은 이득 공간을 한정한다. 주어진 이득 공간 내에 있는 크기, 자극 피치 및 포스트 높이를 갖는 전기 기계가 그러한 크기의 기계에 대한 대응하는 경계선에 의해 한정되는 실시예 내에 속하는 것으로 고려된다.
최대 계산 크기보다 큰 기계 크기에 대해, 최대 계산 크기에 대해 계산된 경계선이 사용된다. 따라서, 최대 계산 크기를 넘어서는 이득 공간은 단순히, 그러한 크기 및 보다 큰 크기에 대응하지만 표면 상의 지점과 동일한 자극 피치와 포스트 높이를 갖는 지점의 체적에 대해 계산된 경계선에 의해 한정되는 표면이다.
전기 기계의 주요 구성요소는 전자기 요소의 어레이를 갖춘 제1 캐리어(로터, 스테이터, 또는 선형 기계의 일부)와 자극을 한정하는 전자기 요소를 갖춘 제2 캐리어를 포함하며, 제2 캐리어는 예를 들어 자기 베어링일 수 있는 베어링에 의해 제1 캐리어에 대해 이동하도록 배열된다. 이러한 이동은 제1 캐리어와 제2 캐리어의 전자기 요소에 의해(모터 실시예) 또는 외부 소스(external source)에 의해 생성되는 자속의 상호작용에 의해 유발될 수 있으며, 이러한 경우에 이동은 기전력(electromotive force)이 전기 기계의 권선 내에 생성되게 한다(발전기 실시예). 공기갭이 제1 캐리어와 제2 캐리어 사이에 제공된다. 제1 캐리어의 전자기 요소는 포스트와 함께, 포스트들 사이의 슬롯, 각각의 슬롯 내의 하나 이상의 전기 전도체를 포함하며, 제1 캐리어의 포스트는 mm 단위의 포스트 높이를 갖는다. 제1캐리어와 제2 캐리어는 함께 전기 기계의 크기를 한정한다. 자극은 mm 단위의 자극 피치를 갖는다. 모터, 자극 피치, 및 포스트 높이의 크기는 크기, 자극 피치 및 포스트 높이에 의해 한정되는 공간 내의 영역 내에 속하도록 선택된다. 이러한 영역은 1) a) 제1 크기의 전기 기계에 대해 제1 불균등부(inequality) 세트에 의해 한정되는 제1 표면, b) 제2 크기의 전기 기계에 대해 제2 불균등부 세트에 의해 한정되는 제2 표면; 및 c) 제1 표면 상의 제1 종점과 제2 표면 상의 제2 종점을 갖는 선분 상에 놓인 모든 지점을 포함하는 것으로 정의되는 세트의 합집합, 또는 2) 불균등부 세트 및 보다 큰 크기에 대응하지만 표면 상의 지점에 대응하는 자극 피치와 포스트 높이를 갖는 모든 지점에 의해 한정되는 표면에 의해 한정된다.
제1 불균등부 세트와 제2 불균등부 세트는 각각 불균등부 세트 A 및 B, 또는 B 및 C, 또는 C 및 D이며, 여기서 A는 표 1, 2 및 3에 기재된 방정식으로 구성되는 불균등부 세트(각각 균등부(equality) 세트 A1, A2 및 A3)의 군으로부터 선택되고, B는 표 4, 5 및 6에 기재된 방정식으로 구성되는 불균등부 세트(각각 균등부 세트 B1, B2 및 B3)의 군으로부터 선택되며, C는 표 7, 8 및 9에 기재된 방정식으로 구성되는 불균등부 세트(각각 불균등부 세트 C1, C2 및 C3)의 군으로부터 선택되고, D는 표 10, 11 및 12에 기재된 불균등부로 구성되는 불균등부 세트(각각 불균등부 세트 D1, D2 및 D3)의 군으로부터 선택된다.
전기 기계가 특징지어지는 공간은 인접 크기에 대한 불균등부 세트에 의해 한정되는 불균등부의 임의의 쌍, 예를 들어: A1 B1, A1 B2, A1 B3, A2 B1, A2 B2, A2 B3, A3 B1, A3 B2, A3 B3, B1 C1, B1 C2, B1 C3, B2 C1, B2 C2, B2 C3, B3 C1, B3 C2, B3 C3, C1 D1, C1 D2, C1 D3, C2 D1, C2 D2, C2 D3, C3 D1, C3 D2, C3 D3에 의해 형성될 수 있다. 그것은 또한 임의의 불균등부 세트 및 보다 큰 크기에 대응하지만 불균등부 세트에 의해 한정되는 영역 내의 자극 피치와 포스트 높이를 갖는 모든 지점에 의해 형성될 수 있다.
본 출원에 기술된 모든 장치는 이들 방정식에 의해 한정되는 영역과 공간 내에 속하는 크기, 자극 피치 및 포스트 높이를 가질 수 있다.
삭제
낮은 전도체 체적은 이 경우에 보다 짧은 전도체로 인한 보다 낮은 열 저항의 이득을 갖는다. 개시된 범위 내에서, 보다 높은 전류 밀도로 이들 전도체에 전력을 공급할 필요는 주어진 토크-대-중량을 달성하기 위해 장치의 열 방출 이득에 의해 보상되는 것 이상이다. 개시된
Figure 112019015526205-pct00045
범위 내에서, 중량의 감소(부분적으로 작은 전도체 체적에 기인함)가 추가의 필요 전력(보다 높은 전류 밀도에 기인함)을 초과할 수 있어, KR 면에서 순 이득이 생성될 수 있다. 주어진 직경의 기계에서의 기하학적 구조의 언급된 범위는 훨씬 더 작은 기계에 대해 알려진 그러나 본 장치의 원리에 따라 큰 직경의 기계에 사용되는 특징 기하학적 구조와 관련된 열 방출 효과를 제공한다.
삭제
개시된 전기 기계에 대해, KR은 낮은 전력 출력(power output)에서 높은 전력 출력에 이르기까지 동일하며(KR이 감소될 시점인, 스테이터가 포화될 때까지), 따라서 전력 출력에 따라 상이한 냉각 수준이 필요할 것이지만, 토크-대-중량-대-전력 소비는 상당히 일정하게 유지된다. 자극 밀도 및 전도체 체적의 개시된 범위는 주어진 냉각 방법으로 주어진 열 방출률에 대해 특이하게 높은 토크-대-중량을 제공할 수 있다. 자극 밀도 및 전도체 체적의 개시된 범위는 스테이터의 후방 표면에 적용되는 주어진 냉각 방법과 주어진 전도체 온도에 대해 보다 높은 토크-대-중량을 생성할 수 있다. 자극 밀도 및 전기 전도체 체적의 개시된 범위에 대한 전기 전도체 냉각의 주요 형태는 전기 전도체로부터 스테이터의 후방 표면으로의 열 전도성 열 전달이다.
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고정된 토크를 생성하는 단일 액추에이터에 대해, 전력 소비는 개시된 범위 내에서 상승하고, 개시된 범위 내부의 최소 포스트 높이 및 슬롯 피치를 향해 지수적으로 더 커진다. 32 mm의 반경방향 치형부 길이와 로터 및 권선을 갖춘 단일 200 mm 평균 공기갭 직경 액추에이터로 100 N m의 토크를 생성하는 데 필요한 전력 소비의 시뮬레이션으로부터, 최소 전력 소비가 개시된 범위 외부에서 발생하고, 전력 소비가 개시된 범위 내부에서 상당히 증가하는 것을 볼 수 있다. 전력 소비를 최소화시키기 위해, 설계자는 보다 큰 슬롯 피치와 보다 큰 전도체 체적의 장치를 향해 인도될 것이다. 본 장치의 기하학적 구조를 사용하는 임의의 액추에이터는 이러한 유형의 응용을 위해 보다 큰 슬롯 피치 및 전도체 체적 값을 향해 개시된 범위 밖의 것보다 높은 전력 소비를 가질 것이다.
전기 기계의 자극 캐리어가 슬롯과 포스트를 포함하며, 슬롯이 슬롯 또는 자극 피치 s를 갖고, 포스트가 높이 h를 가지며, 여기서 s가 개시된 방정식에 따라 h와 관련되는 개시된 구조의 경우에, 전기 여기가 적어도 70 A/㎟의 전류 밀도로 슬롯 내의 전도체에 인가될 수 있다. 70 A/㎟을 초과하는 전기 여기가 일반적으로 개시된 장치의 작동에 적합한 것으로 고려된다. 개시된 슬롯 및 전도체 구조를 갖는 냉각 효과는 전도체 내의 전류에 의하여 생성되는 열의 일부 또는 전부를 상쇄시키기 위한 냉각을 제공한다. 생성된 임의의 남아 있는 열은 개시된 냉각 구조체 또는 채널 중 하나 이상을 사용하여 방출될 수 있다. 개시된 범위 내부의 모터는 주어진 전기 입력 전력에 대해 자속 경로 내에서의 평균 플럭스 밀도의 감소를 보여준다. 이는 부분적으로, 보다 짧은 포스트의 감소된 플럭스 경로 길이 및 백아이언을 통한 포스트로부터 인접 포스트까지의 감소된 거리와, 포스트들 사이에서의 감소된 플럭스 누설에 기인한다. 결과는 포화에 도달함이 없이 개시된 범위 내에서 모터에서 보다 높은 전류 밀도를 작동시키는 능력이다. 개시된 범위 밖의 모터에 비해 주어진 전류 밀도에서의 증가된 냉각 능력과 보다 낮은 플럭스 밀도의 조합은 보다 높은 연속 토크-대-중량이 주어진 냉각률에서 주어진 온도에 대해 달성될 수 있고 개시된 범위 내에서의 모터의 피크 순간 토크-대-중량이 개시된 범위 내에서 주어진 토크-대-중량에 대해 보다 낮은 플럭스 밀도로 작동함으로 인해 상당히 더 높을 수 있는 조건의 조합을 생성한다.
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전술한 설명이 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 이루어졌지만, 많은 변형 및 대안이 가능하다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 이들 변형 중 몇몇은 위에서 논의되었고, 다른 것은 당업자에게 명백할 것이다.
청구범위에서, 단어 "포함하는"은 그것의 포괄적인 의미로 사용되며, 다른 요소가 존재할 가능성을 배제하지 않는다. 청구항 특징부 앞의 부정관사("a/an")는 단지 단일 요소만이 의도되는 것이 문맥으로부터 명확하지 않은 한, 하나 초과의 특징부가 존재하는 것을 배제하지 않는다.

Claims (50)

  1. 전기 기계(electric machine)로서,
    전자기 요소(electromagnetic element)의 어레이를 갖는 스테이터(stator);
    베어링(bearing) 상에 장착되는 로터(rotor) - 로터는 로터 포스트(rotor post)의 어레이를 갖고, 로터 포스트 각각은 서로 반대편에 있는 단부들을 한정하는 반경방향 길이를 갖고, 로터 포스트의 어레이는 로터 포스트 각각의 반경방향 길이에 수직한 원주 방향으로 로터를 따라 연장되고, 로터 포스트 각각은 반경방향 내측 단부 및 반경방향 외측 단부를 갖고, 로터는 복수의 로터 포스트들 사이에 배치되는 자극(magnetic pole)을 한정하는 전자기 요소를 가짐 -;
    스테이터와 로터가 작동 위치에 있을 때 로터와 스테이터 사이에 형성되는 공기갭(airgap); 및
    로터 상에 형성되는 복수의 로터 플럭스 제한기(rotor flux restrictor) - 복수의 로터 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트의 서로 반대편에 있는 단부들 중 하나에 인접하게 각각 놓임 - 를 포함하고, 상기 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트들의 반경방향 내측 단부들에 인접하여 배치되는 복수의 내측 플럭스 제한기 및 로터 포스트들의 반경방향 외측 단부들에 인접하여 배치되는 복수의 외측 플럭스 제한기를 갖는, 전기 기계.
  2. 제1항에 있어서, 베어링은,
    전기 기계의 반경방향 내향으로 배열되며, 로터와 스테이터를 연결하고 로터와 스테이터의 상대 회전 운동을 허용하도록 배열되는 제1 베어링; 및
    전기 기계의 반경방향 외향으로 배열되며, 로터와 스테이터를 연결하고 로터와 스테이터의 상대 회전 운동을 허용하도록 배열되는 제2 베어링을 추가로 포함하고,
    로터 포스트의 어레이 및 복수의 로터 플럭스 제한기는 제1 베어링과 제2 베어링 사이에서 로터 상에 놓이는, 전기 기계.
  3. 제2항에 있어서, 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 내의 복수의 구멍을 포함하는, 전기 기계.
  4. 제3항에 있어서, 복수의 로터 플럭스 제한기는 복수의 막힌 구멍(blind hole)을 포함하는, 전기 기계.
  5. 제3항에 있어서, 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터를 반경방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(through hole)을 포함하는, 전기 기계.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 기계는 축방향 전기 기계(axial electric machine)를 추가로 포함하고,
    제1 베어링은 내측 스러스트 베어링(thrust bearing)이고,
    제2 베어링은 외측 스러스트 베어링이고,
    스테이터의 전자기 요소 및 로터의 전자기 요소는 외측 스러스트 베어링의 반경방향 내향으로 그리고 내측 스러스트 베어링의 반경방향 외향으로 배열되고, 내측 스러스트 베어링 및 외측 스러스트 베어링은 로터의 전자기 요소 및 스테이터의 전자기 요소의 자기 인력(magnetic attraction)에 대항하여 공기갭을 유지시키도록 배열되는, 전기 기계.
  7. 제6항에 있어서, 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트로부터 반경방향 외향으로 그리고 외측 스러스트 베어링으로부터 반경방향 내향으로 놓이는 복수의 외측 플럭스 제한기를 포함하는, 전기 기계.
  8. 제6항에 있어서, 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트로부터 반경방향 내향으로 그리고 내측 스러스트 베어링으로부터 반경방향 외향으로 놓이는 복수의 내측 플럭스 제한기를 포함하는, 전기 기계.
  9. 제7항에 있어서, 복수의 로터 플럭스 제한기는 로터 포스트로부터 반경방향 내향으로 그리고 내측 스러스트 베어링으로부터 반경방향 외향으로 놓이는 복수의 내측 플럭스 제한기를 포함하는, 전기 기계.
  10. 제9항에 있어서, 내측 및 외측 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트에 대해 교번 패턴으로 반경방향으로 정렬되어, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 로터 포스트에 하나 걸러 인접하는, 전기 기계.
  11. 제10항에 있어서, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 교번하는 로터 포스트에 인접하여 각각의 로터 포스트가 단지 내측 플럭스 제한기 중 하나 또는 외측 플럭스 제한기 중 하나에 인접하는, 전기 기계.
  12. 제9항에 있어서, 내측 및 외측 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트와 반경방향으로 정렬되고, 내측 및 외측 플럭스 제한기는 각각의 로터 포스트에 인접하는, 전기 기계.
  13. 제9항에 있어서, 두 개의 내측 플럭스 제한기는 로터 포스트 각각의 반경방향 내향으로 인접하고, 두 개의 외측 플럭스 제한기는 로터 포스트 각각의 반경방향 외향으로 인접하는, 전기 기계.
  14. 제9항에 있어서, 복수의 내측 플럭스 제한기 및 복수의 외측 플럭스 제한기는 각각 동일한 기하학적 구조를 갖는 복수의 구멍으로 구성되는, 전기 기계.
  15. 제14항에 있어서, 동일한 기하학적 구조를 갖는 복수의 구멍은 각각 원형 단면을 갖는, 전기 기계.
  16. 제15항에 있어서, 복수의 구멍 각각의 원형 단면은 동일한 직경을 갖는, 전기 기계.
  17. 전기 기계(electric machine)로서,
    전자기 요소(electromagnetic element)의 어레이를 갖는 스테이터(stator);
    베어링(bearing) 상에 장착되는 로터(rotor) - 로터는 로터 포스트(rotor post)의 어레이를 갖고, 로터 포스트 각각은 서로 반대편에 있는 단부들을 한정하는 반경방향 길이를 갖고, 로터 포스트의 어레이는 로터 포스트 각각의 반경방향 길이에 수직한 원주 방향으로 로터를 따라 연장되고, 로터는 복수의 로터 포스트들 사이에 배치되는 자극(magnetic pole)을 한정하는 전자기 요소를 가짐 -;
    스테이터와 로터가 작동 위치에 있을 때 로터와 스테이터 사이에 형성되는 공기갭(airgap); 및
    로터 상에 형성되는 복수의 로터 플럭스 제한기(rotor flux restrictor) - 복수의 로터 플럭스 제한기 각각은 로터 포스트의 서로 반대편에 있는 단부들 중 하나에 인접하게 각각 놓임 - 를 포함하고,
    베어링은,
    전기 기계의 반경방향 내향으로 배열되며, 로터와 스테이터를 연결하고 로터와 스테이터의 상대 회전 운동을 허용하도록 배열되는 제1 베어링; 및
    전기 기계의 반경방향 외향으로 배열되며, 로터와 스테이터를 연결하고 로터와 스테이터의 상대 회전 운동을 허용하도록 배열되는 제2 베어링을 추가로 포함하고,
    로터 포스트의 어레이 및 복수의 로터 플럭스 제한기는 제1 베어링과 제2 베어링 사이에서 로터 상에 놓이는, 전기 기계.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11139707B2 (en) 2015-08-11 2021-10-05 Genesis Robotics And Motion Technologies Canada, Ulc Axial gap electric machine with permanent magnets arranged between posts
EP3335299A4 (en) 2015-08-11 2019-06-12 Genesis Robotics and Motion Technologies Canada, ULC ELECTRICAL MACHINE
US11043885B2 (en) 2016-07-15 2021-06-22 Genesis Robotics And Motion Technologies Canada, Ulc Rotary actuator
WO2020232066A1 (en) * 2019-05-15 2020-11-19 Essam Abdelrahman Ammar Apparatus and methods for a spherical assembly

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005045868A (ja) * 2003-07-23 2005-02-17 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 振動モータ
JP2005151725A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Equos Research Co Ltd アキシャルギャップ回転電機
JP2008278551A (ja) * 2007-04-25 2008-11-13 Toyota Motor Corp ステータコアおよびモータ
JP2010094001A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Asmo Co Ltd 回転電機のロータ構造
JP2015033287A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社ダイナックス アキシャルギャップモータ
JP2015116033A (ja) * 2013-12-11 2015-06-22 株式会社ダイナックス アキシャルギャップモータ
JP2015211624A (ja) * 2014-04-30 2015-11-24 マブチモーター株式会社 ブラシレスモータ

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04131179U (ja) * 1991-05-20 1992-12-02 テイアツク株式会社 スピンドルモータ
US5445456A (en) * 1992-11-26 1995-08-29 Sony Corporation Bearing assembly
US6259180B1 (en) * 1996-07-02 2001-07-10 Schlenker Enterprises, Ltd. Motor including embedded permanent magnet rotor and method for making the same
DE4423620A1 (de) * 1994-07-06 1996-01-11 Philips Patentverwaltung Mittels Permanentmagneten erregbarer elektrischer Motor, insbesondere Innenläufer- oder Außenläufermotor
JP2005520470A (ja) * 2001-05-16 2005-07-07 トリニティ・モーターズ・インコーポレイテッド モーター／交流発電機／同期発電機万能機器
JP4692090B2 (ja) * 2005-06-16 2011-06-01 株式会社富士通ゼネラル アキシャルエアギャップ型電動機
WO2008113082A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 A.O. Smith Corporation Interior permanent magnet motor including rotor with flux barriers
GB0821815D0 (en) * 2008-11-28 2009-01-07 Cummins Generator Technologies Rotating electrical machine
US8026626B1 (en) * 2010-11-23 2011-09-27 Moshe Meller Axial flux alternator with air gap maintaining arrangement
US20120212085A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 The Hong Kong Polytechnic University Axial-flux electric machine
JP5954865B2 (ja) * 2012-03-29 2016-07-20 株式会社日本製鋼所 モータ回転子支持体およびその製造方法
EP2961044B1 (en) * 2014-06-27 2017-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor and its permanent magnet rotor
CN105196889A (zh) * 2015-08-22 2015-12-30 成都佰世成科技有限公司 一种用于直线电机轨道的爆炸复合感应板装置
CN205105071U (zh) * 2015-11-11 2016-03-23 南京康尼电子科技有限公司 一种用于切向式永磁直流无刷电机的转子结构及其电机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005045868A (ja) * 2003-07-23 2005-02-17 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 振動モータ
JP2005151725A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Equos Research Co Ltd アキシャルギャップ回転電機
JP2008278551A (ja) * 2007-04-25 2008-11-13 Toyota Motor Corp ステータコアおよびモータ
JP2010094001A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Asmo Co Ltd 回転電機のロータ構造
JP2015033287A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社ダイナックス アキシャルギャップモータ
JP2015116033A (ja) * 2013-12-11 2015-06-22 株式会社ダイナックス アキシャルギャップモータ
JP2015211624A (ja) * 2014-04-30 2015-11-24 マブチモーター株式会社 ブラシレスモータ

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