KR20010092777A - 자기 구동장치를 장착한 식품 가공 장치 - Google Patents

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KR20010092777A
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존 에프. 주니어 카르코스
존 미쉐리
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아일랜드 오아시스 프로즌 칵테일 컴퍼니, 아이엔씨.
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Abstract

하나의 밀폐 격리된 하우징에 장착된 하나의 회전 가능한 피구동 부재의 자기 유도 구동장치, 특히 하나의 블렌더 컵에 축으로 설치된 하나의 블레이드와, 하나의 얼음 쉐이버에 축으로 설치된 하나의 블레이드는, 하나의 구동 축에 고정된 하나의 하우징 안에 원주 상으로 배열된 자극들을 가지는 자화 재질로 만들어진 비교적 얇은 하나의 원형 구동 플레이트를 사용한다. 하우징과 분리된 하나의 베이스 내에 장착된 하나의 브레시레스 직류 모터는, 하나의 고정자 코일 링이 발생시킨, 전자적으로 제어되는 하나의 회전 전자기장과 상호작용하는 파이 모양의 영구 자석 부분 어레이로 형성되는 하나의 회전자를 갖는다. 그러한 제 2 영구 자석은, 서로 인접하여 배열된 반대 극성을 가진 자극들을 통해 회전자와 함께 연결되어 동축 회전한다. 하나의 철재 디스크가 회전자와 제 2 영구 자석에 삽입되고 본딩된다. 제 2 자석의 자기장은(lines of flux) 회전자에서 축 방향으로 멀리 떨어지게 하여 구동 플레이트 내의 반대 극성을 가진 자극들을 유도한다. 제 2 자석과 플레이트 자기 결합은, 베이스의 하단면, 하우징의 상단면 및 이들 상단면과 하단면 사이와 플레이트와 제 2 자석의 에어갭을 포함하는 근접하게 위치한 간격에 작용한다. 하나의 기어 어셈블리가 구동 플레이트에서 피구동 부재로 전달된 토크의 양을 증가 또는 감소시키도록 구동 축에 연결될 수 있다.

Description

자기 구동장치를 장착한 식품 가공 장치{Food Processing Apparatus Including Magnetic Drive}
종래의 가정용 블렌더와 믹서는 분리 가능한 블렌더 컵 속에서 회전할 수 있도록 장착되어, 기계적으로 구동되는 임펠러를 포함하고 있다. 컵의 베이스는, 그 저면에 형성된 돌기부 또는 요홈부의 패턴을 가지는 일반적으로 원형인 연결 플레이트를 포함하고 있으며, 상기 패턴은, 수직 삽입(drop-in) 이동에 의해, 기계 베이스에 수용되어 있는 모터 축에 부착된 동일한 플레이트에 형성된, 상응하는 형상의 패턴과 분리가능하게 결합할 수 있다. 블렌더 컵과 블렌더 모터의 이러한 기계적 결합은 임펠러와 연결 플레이트 사이의 컵 베이스에 로타리 씨일(rotary seal)을 필요로 한다. 이러한 씨일은 기계적 커플링과 마찬가지로 시간이 지나면서 상당한 마모를 입게 된다. 이 씨일이 완벽하지 않으면 컵 밖으로 액체가 흘러나오게 되므로, 컵 베이스의 씨일과 마찰에도 잘 견딜 수 있도록 만들어진다. 마찰은 마모, 열 및 전력 소비를 일으킨다. 게다가, 기존의 블렌더는 필요없는 많은 소음을 낼 뿐만 아니라, 플레이트와 플레이트 사이의 기계적인 상호연결 커플링은 컵을 베이스에서 분리시키고 다시 되돌려 놓기에 불편하다.
많은 음료 믹서들은 컵 바로 아래의 베이스에 장착된 구동 모터(drive motor)를 갖고 있다. 그러나 전체 높이가 문제가 되는 경우, 모터는 측면에 위치하게 되고 벨트 또는 기어를 사용하여 구동 축에 연결된다.
기존의 가정용 및 상업용 블렌더는 보통의 교류 모터를 사용한다. 교류 모터는 정밀한 출력 토크(torque)뿐 아니라 다양한 속도를 제공하도록 구성 및 제어될 수 있지만, 그러한 전형적인 모터는 일반적으로 부피가 크고 무거우며, 전자 속도제어, 특히 전자적 제동에 적합하지 않다.
브러시레스(brushless) 직류 모터가 알려져 있기는 하지만, 블렌더 또는 블렌더/쉐이버용으로 사용되고 있지는 않다. 이러한 브러시레스 직류 모터는 영구 자석들이 부채꼴 모양으로 정렬되어 있는, 비교적 무거운 회전자(rotor)를 사용한다. 특히 냉동 음료수(frozen drink)의 결빙(freeze-up)의 시작 또는 결빙 과정에서의 부서진(shaved and cubed) 얼음과 액체의 혼합 작업은 비교적 높은 토크를 필요로 한다. 브러시레스 직류 모터는 통상의 교류 모터에 비해 낮은 출력 토크를 그 특징으로 하며, 그렇기 때문에 주로 팬(fan)과 같이 낮은 출력 토크가 허용되는 용도의 동력원으로 사용되어 왔다.
냉동 음료수 제조에 사용되는 상업성있는 블렌더/쉐이버는 여러 가지 특별하고 중요한 설계 기준을 만족시켜야 한다. 바아(bar)라는 제한적인 공간을 효율적으로 이용할 수 있도록 바닥 면적 및 전체 높이에 있어서 소형이어야 한다. 무게 또한 가벼운 것이 이상적이다. 블렌더 컵 밑에 보통 전기 모터를 직접 결합하는 방법은 기계의 전체 높이를 증가시키므로 일반적으로 잘 사용되지 않는다. 각기 다른 사용 단계에 맞는 상이한 동력 및 속도 조건을 충족시키기 위해, 일반적으로 전동장치(gearing)와 전자장치에 의한 속도 제어가 있어야 한다. 신속한 제동 제어는 내용물 혼합에 필요한 총 시간을 제한하기 위해, 내용물 혼합이 완료된 후 혼합된 내용물이 튀는 것을 방지하기 위해, 그리고 안전을 위해서도 중요한 사항이다. 진동 제어, 과열 방지, 마모의 최소화, 유지보수의 용이성 및 내구성 또한 중요하다.
블렌더 컵 안의 임펠러가 기계적이 아닌 자기적 또는 전자기적으로 구동될 수 있다고 알려져 있다. 자기 구동장치의 한 형태는 블렌더 컵 또는 그와 유사한 장치 외부의 하나의 회전 영구 자석을, 블렌더 컵 안에서 회전하도록 장착되어 있는 다른 영구 자석에 결합시킨다. 헨드릭스(Hendricks)의 미국 특허 제 2,459,224호, 일레(Ihle) 등의 미국 특허 제 2,655,011호, 퀴그(Quigg)의 미국 특허 제 5,478,149호가 그 예이다. 헨드릭스는 액체 혼합을 위해 자기식 스터러를 발표했는데, 액체 용기 내의 스터러의 하단부에 자석을 장착시킨 것이 그 특징이다. 퀴그는 기어 박스와 축을 통해 한 자석 세트를 구동시켜서 교반기에 설치된 다른 자석 세트를 결합시키는 모터를 발표했다.
미국 특허 제 3,140,079호의 베르멘(Baermann)은, 아주 작고 회전 가능한 도체 디스크의 일부분 아래를 통과하는, 원주 위로 떨어져 배치된 일련의 자석들이 장치된 하나의 커다란 회전 플레이트를 사용하고 있다.
스트링햄(Stringham)의 미국 특허 제 1,242,493호와 스타인브룩(Stainbrook)의 미국 특허 제 1,420,773호는 교류 모터의 고정자가 블렌더 컵 안 또는 그 밑 바닥의 회전자를 둘러싸고 이와 상호작용하는 전기 음료 믹서를 발표했다. 스트링햄 특허에서는 고정자 권선(windings) 면에 하나의 다람쥐 집 모양의 회전자(squirrel cage rotor)가 있다. 스타인브룩 특허에서는 블렌더 컵 베이스에 하나의 교류 회전자가 장착되고, 컵 아래에 고정자 코일이 위치한다. 그러한 분리형 교류 모터 구조는 토크, 속도 제어, 와류 손실 및 교류 모터의 기전력 간섭 문제에 의해 제한을 받으며, 고정자 권선과 회전자의 물리적 분리도 또한 문제이다. 그러한 구조로는 속도를 제대로 제어할 수 없다. 그러한 구조는 직류 자기장 결합을 이용하지 않는다. 용기 또는 컵 내부에 모터 회전자를 넣으면, 컵 어셈블리에 불필요한 무게를 더하게 되고, 회전자가 여전히 돌아가고 있는 상황에서 컵을 들 경우 회전 운동 효과(gyroscopic effects)로 인해 컵을 마음대로 취급하기 어렵게 만든다.
브러시레스 직류 모터의 회전자가 블렌더 컵의 밑 부분에 위치해야 한다면, 컵이 무거워져 심각한 회전 운동 효과를 나타내게 될 뿐 아니라 금속성 싱크와 조리대에 달라붙고 은식기, 각종 주방 용기 또는 동전 등과 같은 고정되지 않은(loose) 금속성 도구들을 끌어당기게 될 것이다.
본 발명은 직접적인 기계적 연결 없이 구동원(motive source)으로부터 하나의 막힌(enclosed) 공간으로 회전 운동을 전송시키는 자기 구동장치(magnetic drive)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블렌더, 믹서 및 기타 유사한 기계, 특히 분리 가능한(removable) 컵 또는 용기에 장착되어 기계의 고정 베이스 내에 위치한 모터에 의해 회전하는 스터러(stirrer), 임펠러, 블레이드(blade) 또는 기타 절단날(tool)들을 포함하고 있는 장치들에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 블렌더(blender)/쉐이버(shaver) 기계의 사시도,
도 2는 도 1의 블렌더/쉐이버 기계의 정단면도,
도 3은 도 1과 도 2의 블렌더 컵의 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 블렌더 컵 베이스에 장착된 임펠러(impeller)에 전원을 공급하기 위한 도 2의 자기 구동장치의 정단면상세도,
도 5는 본 발명에 따른 자기 구동장치의 모터 어셈블리(assembly) 장착을 보여주는 도 1과 도 2의 블렌더/쉐이버 베이스의 분해사시도,
도 6은 도 4의 이중 자석 어셈블리의 사시도,
도 7은 본 발명의 블렌더 컵의 다른 실시예의 정단면도,
도 8은 본 발명의 블렌더/쉐이버의 얼음 쉐이버 부분의 자기 구동장치와 기어 어셈블리의 정단면도,
도 9는 도 8의 자기 구동장치와 기어 어셈블리의 F-F 선 평단면도이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동원으로부터 밀폐 격리된 회전 가능한 피구동 요소로 신뢰성 있는 속도 제어 회전 동력을 전달하는 시스템을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 부하가 미리 정해진 값을 초과하거나 피구동 부재가 그 작동 위치를 이탈했을 때 구동장치의 연결을 끊기 위해 자동 클러치되는(clutched) 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 분리 가능한 블렌더 컵 안에 드라이버 구성 요소가 위치하고, 블렌더로부터의 블렌더 컵 삽입 및 분리가 용이하고, 컵 분리시 심각한 회전 운동 효과 또는 자력을 나타내지 않아 작동이 용이한 이점을 갖는 자기 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마모율이 낮고 유지보수 비용이 적게 들며, 모터와 구동장치 구성 요소 사이의 비-기계적인 결합을 제공하는 것으로, 특히 현재의 벨트 드라이브와 기계적 클러치와 브레이크 관련 유지보수에 필요한 높은 비용을 줄이는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 이점을 가지는 작고 가벼우며 그 사용과 청소가 용이한 블렌더 또는 기타 그와 유사한 기계에 사용되는 자기 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 작동 특성이 프로그램될 수 있고 신속 정확하게 제동되는 구동장치를 제공하는 것이다.
블렌더 또는 기타 다른 식품 가공 장치용 구동장치의 바람직한 사용 예에서, 본 발명은 도체이고 자화 가능한 재질로 만들어진 디스크 형상의 구동플레이트(drive plate) 가까이에 위치하는 축 방향의 극(pole)을 가진 하나의 링 자석, 바람직하게는 두 개의 링 자석의 어셈블리(assembly)를 회전시키는 하나의 전기 모터를 사용한다. 자석 어셈블리와 구동 플레이트 각각은 매칭되고, 원주면에 간격을 두고 위치한(circumferentially spaced) 극들을 갖고 있다. 자석 어셈블리는 일반적으로 짝수 개의 파이 모양이고 극성이 교대로 바뀌는 영구 자석 막대 또는 세그멘트를 갖는 것이 바람직하다. 구동 플레이트는 자극을 정의하고 와류를 제어하는 개방형의(open-ended) 레이디얼 슬롯(radial slot)을 가지는, 냉간압연 스틸(cold-rolled steel)과 같은 얇은 철재인 것이 바람직하다. 자석 어셈블리는 일반적으로 높은 자기 저항 에어갭(reluctance air gap)을 갖는 간격(spacing)에도 불구하고, 디스크 극의 반대 극성화(oppositely polarizing)를 유도하는 충분히 강력한 자기장(flux line)을 발생시킨다. 이러한 피유도 자화(induced magnetization)는 자석 어셈블리를 플레이트에 결합시켜 구동시킨다. 블렌더에서, 구동 플레이트는 블렌더 컵 베이스에 회전 가능하도록 설치되어 축을 지지하며, 축에는 임펠러가 장치된다. 자석 어셈블리와 모터는 구동 플레이트와는 분리 설치된다.
전기 모터는, 디스크에 자기 결합되는 것과 같은 자석 어셈블리를 포함하는 하나의 회전자와 상호작용하는 회전 전자기장을 발생시키고, 상기 회전자에 토크를 발생시키는, 고정자 권선을 갖는 브러시레스 직류 모터인 것이 바람직하다. 회전자 자석 링은, 이러한 자석 링을 원형 냉간압연 스틸 디스크의 반대면에 밀착시켜 구동 자석 링에 고정시키는 것이 바람직하다. 플레이트와 그 관련 장치인 블렌딩 컵이 작동 위치에 있을 때, 회전자, 구동 자석 링 및 구동 플레이트는 동축 정렬된다. 모터와 드라이브 하우징은, 블렌더 컵의 평평한 바닥 면이 그러하듯이, 평평한 상단면이 자석과 플레이트 사이의 공간부에 걸쳐 계속 연장되어 있는 것이 바람직하다. 표면 자기장 세기가 1400인 자석 어셈블리에 있어, 블렌더의 경우의 가까운 간격은 대략 0.25 인치인 것이 바람직하다. 피구동(driven) 부재 아래에 장치된 비교적 평평한 브러시레스 직류 모터를 사용함으로써 구동장치의 모터부가 컴팩트한 형상을 갖게 되며, 이 때 높이 대 폭의 비율은 1:3이 적당하다.
하나의 방법으로 넓게 볼 때, 본 발명은, 자극을 회전 전자기장과 상호작용시킴으로써 원주면에 간격을 두고 위치한 다수의 자극을 가진 회전자 자석을 회전시키는 단계를 포함한다. 회전자는, 회전자와 함께 회전하도록 기계적으로 연결되고, 원주면에 정렬한 동일한 수의 자극을 가진 제 2 구동 자석에 다시 결합된다. 이 방법은, 또한, 회전 가능하게 장치된 하나의 전도성 구동 플레이트에 서로 반대 극성을 가진 자극들을 유도하기 위해 구동 자석의 자장을 회전자로부터 축 방향으로부터 멀리 떨어지게 하는 단계와, 구동 자석을 상기 플레이트로부터 가까운 간격을 갖도록 하여 상기 플레이트에 유도된 자극이 상기 간격 그리고 회전을 저지하는 부하에도 불구하고 회전 자석 어셈블리의 전극을 따르게 된다. 자기장의 방향 설정(directing)은 자석들을 샌드위치 방식으로 얇은 철제 디스크 반대면에 본딩하는 것과 링 자석을 축 방향으로 극성화시키는 것(polarizing)을 포함한다.
본 발명의 다른 측면을 따르면, 본 발명의 구동 장치는 구동 플레이트로부터 피구동 부재, 예를 들어 출력 축으로 토크를 전달하기 위한 하나 또는 그 이상의기어를 갖는 하나의 기어 어셈블리를 포함할 수 있다. 기어 어셈블리는 구동 플레이트로부터 피구동 부재로 전달된 토크를 감소 또는 증가시키도록 배열되고 크기가 조정된 하나 또는 그 이상의 기어를 포함한다. 바람직한 실시 예에서는 얼음 쉐이버의 블레이드를 회전시키기 위해 구동장치와 기어 어셈블리가 채택된다. 얼음 쉐이버는 단일 개체일 수도 있고, 본 발명의 블렌더처럼 하나의 블렌더와 함께 냉동 음료수 제조용 자동 블렌더/얼음 쉐이버 기계를 구성할 수도 있다.
본 발명의 특징과 목적을 첨부된 도면과 다음 내용을 통해 상세히 설명하고자 한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 주요 실시예, 즉, 바아 또는 레스토랑에서 냉동 음료수를 자동 제조하는데 적합한 블렌더/쉐이버 기계(10)에 적용한 실시예를 보여 준다. 호퍼(12)에 담긴 얼음은 회전 블레이드 세트(14)에 의해 하나의 블레이드(16)로 공급된다. 분쇄된(shaved) 얼음은 뚜껑(20)을 가진 슈트(chute)(18)를 통해, 풍미제 농축액 또는 알코올류(spirit) 등의 액체 원료가 첨가된 블렌더 컵(22)으로 떨어진다. 사전에 설정된 시간 동안 컵 바닥의 임펠러(24)(또는 블레이드 세트)가 회전하여, 내용물을 따랐을 때 최상의 상태를 가지며 일반적으로 균일하고, 불규칙한 결정이 없으며(non-marbled) 물기가 없는(non-watery) 조화(consistency)를 가진 냉동 음료를 만들어낸다. 이하에서는 본 발명을 블렌더/쉐이버(20)에서 사용하는데 대하여 설명할 것이지만, 구동원(예를 들어, 모터)의 회전 출력으로부터 부하가 걸린 피구동 부재, 특히 구동원으로부터 밀폐되고(sealed)되고 분리가능한 용기에 포함된 회전 피구동 부재 동력을 전달하기 위한 여러 다양한 실시예에 적용될 수 있다. 예를 들어 본 발명은, 가정용 블렌더, 믹서기, 식품 가공기 및 쥬서기 등과 같은 다양한 식품 가공 장치에 사용될 수 있다.
임펠러(24)의 자기 구동 장치(26)는 본 발명의 핵심 부분이다. 도 3-5에 의하면 구동장치(26)는 블렌더 컵(22)의 베이스(22a) 내에 회전할 수 있도록 장착된일반적으로 원형인 하나의 구동 플레이트(34)와, 고정자 코일(30)과 하나의 회전자(32)를 포함하는 하나의 브러시레스 직류 모터(28)를 포함한다. 회전자는 하나의 회전자 링 자석(36)으로 이루어지는 것이 바람직한 하나의 이중 자석 어셈블리(35), 하나의 구동 링 자석(38)과, 바람직하게는 냉간압연 스틸인 자성 물질로 만들어진, 자석(36과 38) 사이에 본딩된 하나의 디스크(40)를 포함한다.
링 자석(36과 38) 각각은 축 방향으로 원주상으로 배열된 복수의 자극(poles)(42)을 가지며, 도 6에는 8개의 링 자석이 나타나 있다. 옆에 인접한 세그멘트는 서로 반대의 극성을 갖고 있다. 8개의 자극을 갖는 것이 바람직하지만, 이외에도 짝수의 자극이 사용될 수 있다. 각각의 전극(42)은 히타치 회사(Hitachi Corporation)의 세라믹(ceramic) 자석과 같은 강력한 자성 물질로 만들어진 연속 링 형태의 일반적으로 파이 모양인 영구 자석 영역(44)을 갖는 것이 바람직하다. 자석(36과 38) 각각의 자석 영역(44)은 접착된 별개의 개체일 수도 있고, 그 외에 표면이 평평하고 외벽이 원통 형상을 이루는 링 어셈블리를 이루도록 서로 기계적으로 고정될 수도 있다. 중앙 축의 어셈블리 장착을 용이하게 하도록, 방사형의 지지벽(support wall)(43a)을 갖고 있는 하나의 플라스틱 허브(hub)(43)가 자석(36과 38)의 중앙 부분을 채운다. N극 부분(44)은 S극 부분(44)에 인접해 있다. 어셈블리(36과 38)는 디스크(40)에 부착되는데, 한 어셈블리의 영구 자석 부분(44) 각각은 다른 어셈블리의 자석 부분에 겹쳐지되, 자석(36과 38) 사이의 반발(repulsive) 자성을 피하기 위해 다른 전극끼리 겹치게 하는 것이 바람직하다. 플라스틱 덮개(48)는 샌드위치형 어셈블리를 보호하는 역할을 한다. 축 방향의 전극 부분(44)으로 이루어지며 모든 전극 부분(44)의 철제 디스크(40)에 의한 낮은 자기 저항 리턴 경로를 가지는 이러한 자석 어셈블리 구성은 회전자 자석(36) 자기장(line of flux)을 고정자 코일(30) 쪽 축 방향(아래쪽)으로 하고, 구동 자석(38) 자기장을 컵 베이스(22a)의 플레이트(34) 쪽 축 방향(위쪽)으로 한다. 구동 자석(38) 자기장의 강도와 이러한 축 방향 설정은, 비록 근접하기는 하지만 간격(46)에도 불구하고 구동 플레이트(34)의 상응 자극(24a)에 반대 극성의 자기장을 유도한다. 이 간격은 자석 어셈블리의 평평한 상단면(38a)과 플레이트(34)의 평평한 하단면(34b) 사이의 간격이다.
불렌더/쉐이버(대략 80 온스의 냉동 음료를 블렌드하는데 사용됨)의 바람직한 실시 예에서, 영구 자석(36)은 약 1400 가우스의 표면 자기장 강도를 발생시키며 축 방향으로 측정된 간격(46)은 약 0.25 인치이다. 이러한 간격은 도 4에서처럼, 보통 플라스틱 재료로 만들어진 4개의 층(layer)(48,50a,52,22b)뿐 아니라 에어갭(54와 56)을 포함한다. 층(48과 52)은 자석 어셈블리(35)와 구동 플레이트(34) 각각을 위한 얇은 플라스틱 오버몰딩(over-molding)이다. 덮개(50a)는 블렌더/쉐이버(10)의 베이스(50)의 평평한 상부 벽면(flat upper wall) 부분이다. 층(22b)은 컵 베이스(22a)의 평평한 하부 벽면(flat lower wall) 부분이다.
에어갭(54)은 회전자 오버몰딩(over-molding)(48)과 벽(50a) 사이의 미세한 틈이다. 에어갭(56)은 벽(22b)과 구동 플레이트 오버몰딩(52) 사이의 미세한 틈이다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들은 이 간격은 링 구동 자석(38)과 플레이트(34) 사이의 자석 회로의 중요한 자기 저항원임을 알 수 있을 것이다. 공지된 직류 브러시레스 모터, 예를 들어 미국 콘넥티커트 토링톤의 인테그레이티드 모숀 콘트롤(Integrated Motion Control)사의 모델 번호 50인 5인치 디스크-지름 모터는 그 크기, 구조 및 자기장 강도에 있어 대체로 자석(38)과 비교 가능하지만, 블렌더/쉐이버를 작동시키는 디스크 구동에 충분한 힘으로 간격(46)을 지나서 플레이트(34)에 결합할 수 없다.
도 4와 도 5를 특히 참조하면, 하나의 철제 모터 덮개(62)와 후면 고정자 지지대(64)를 거쳐, 베이스(50)의 모터 장착 벽면(50b)에 형성된 나선 소켓(66)으로 통과하는 스크류(60)에 의해 모터(28)가 베이스(50)에 설치되어 있다. 후면 고정자 지지대(64)는 모터 축(70)을 저널(journal)하는 하나의 베어링 어셈블리(68)를 지지하는(hold) 하나의 중앙 중공부(opening)를 갖고 있다. 후면 고정자 지지대의 중공부(54a)를 지나는 스크류(도시되지 않음)는 코일(30)에 인접한 어셈블리 내의 백 스틸(back steel) 링(74)을 끼워 넣도록 전면 고정자 지지대(72)로 들어가(thread into) 이를 고정시킨다. 전면 고정자 지지대(72)는 앞에서 언급한 모델 50의 모터에서처럼 고정자 권선(30)을 갖도록 경사지고 홈이 파여진 하나의 외연(periphery)을 갖고 있다.(슬롯 내의 권선 부분은 도시하지 않음) 권선은 회전 전자기장을 발생시키기 위해 종래의 브러시레스 직류 모터 구동 회로에 의해 전원이 가해지는 삼상(three phase) 권선이다. 베이스와 고정자 지지대는 모터(28)를 견고하게 지지할 수 있는 두께를 가지며, 성형가능하고(moldable) 강도가 센 플라스틱으로 만들어지는 것이 바람직하다.
중앙 부분에 고정시킨 축(70)을 가진 이중 자석 어셈블리(35)는 베어링(68)으로 축 방향으로 들어가게 된다(도 4 참조). 어셈블리(35)는 어셈블리(35)의 모든 면에 틈(clearance)을 갖는 베어링(68) 내에서 회전한다. 앞에서 설명한 것처럼, (도시된)하부 회전자 자석(36)에 의해 주로 발생되는 다극 직류 자기장은 주로 아래 방향을 향하게 되어, 전류가 통할 때 고정자 코일(30)에 의해 발생된 회전 전자기장과 상호 작용한다. 회전자 자석 어셈블리와 상호 작용하는 이 전자기장의 회전은 동일한 회전 속도로 회전자를 회전시키는 토크를 발생시킨다. 자석(36과 38) 사이에 본딩된 디스크(40)는 이러한 토크를 플레이트 구동 자석(38)으로 전달한다. 연소에 대한 안전 조치로 코일(30)이 과열되면, 링 모양의 덮개(76)는 어셈블리(35)의 외부 가장자리와 고정자 지지대(64)(자석 어셈블리(35)와의 마찰 접촉을 피하기 위한 작은 클리어런스를 가짐)의 원통형 내부면 사이의 에어갭을 가로질러 뻗어있는 하나의 하부 플랜지(flange)(76a)를 갖는다.
지름 5인치의 자석 어셈블리의 무게는 대략 3파운드이다. 일반적인 작동 속도는 4,000 - 10,000 rpm이며, 장착 구조물에 대한 막강한 힘, 특히 빠르게 바뀌는 힘을 발휘한다. 장착 구조물은 외부 립(rib) 등의 벽 강화재의 사용과 같은 전체 설계뿐만 아니라 재료의 선택 및 그 치수에 의해 충분히 견고하게 만들어진다. 그렇게 함으로써, 정상 동작 상황에서 발생된 힘과 모멘트에 저항할 수 있으며, 느슨하게 하고, 마모시키고 결국에는 모터를 파괴시키게 될 진동을 제어하게 된다.
회전자의 위치는 모터 하우징(motor housing) 또는 베이스(58)에 공지의 방식대로 설치된 3가지 전형적인 홀 효과(Hall effect) 센서에 의해 감지된다. 위치 신호는 삼상 고정자 권선(three phase windings)(30)에 전류를 보내는 전자 제어및 구동 회로에 입력을 제공하는데, 이는 시동 토크와, 선택된 작동 속도로의 회전자 회전 속도의 증가, 부하가 걸린 상태의 선택 속도에서의 회전 유지와, 빠르고 신뢰할만한 제동을 만들어낸다. 이처럼 모터의 작동은 전자적으로 제어되고 프로그램화될 수 있다. 제동은 전자적인 것으로, 그 제동 전류는 권선(30)에 유기되며, 히트 싱크에 설치된 전계효과트랜지스터(FET:Field Effect Transistor) 또는 대용량 저항기에 분산된다.
도 2-4를 참조하면, 특히 도 3과 도 4를 참조하면, 도체 구동 플레이트(34)는 중첩된(stacked) 한 쌍의 니들 베어링 어셈블리(80) 안에 저널된 축(78)의 하단에 비회전식으로 고정된다. 플라스틱 베이스(22a)의, 원형 벽을 갖고 있는 중앙 중공부(22c)에 압입고정된 둥근(surrounding) 베어링 칼라(brass collar)(82)가 베어링 어셈블리(80)를 지지하고(hold) 있다. 컵의 밑바닥에는, 칼라(82)가 마모 방지 고무 등과 같은 적정 엘라스토머(elastomeric) 재료로 만들어진 로타리 씨일(84)을 받아 고정시키는 확개 카운터 구멍(enlarged diameter counter bore)을 갖고 있다. 그 씨일은, 각각의 내측 단부가 연결되고, 축(78) 주위에 저저항(low-frcition) 이동 (running or sliding) 씨일을 가능하게 하는, 내측으로 서로 마주하고 있는 3개의 입술형 가지(lip)(84)를 갖고 있다. 씨일(84)은 컵의 밑 바닥을 통과하는 회전 축에도 불구하고, 컵(22) 안에 액체를 보관할 수 있다. 최하단의 입술형 가지(lip)(84a)는 원주형 홈의 형태로 되어 있어서 축(78)을 감싸주어 씨일의 위치를 잡아주고 고정시킨다. 씨일 하부면의 깊은 원형 홈(84b)은, 입술형 가지가 축에 대해 약하나마 탄력적으로 굽혀질 수 있도록 해준다. 씨일 위에는, 축(78)의 상단에 나사 결합된 하나의 아콘 너트(acorn nut)(86)가 3 개의 와셔(washer)(88a, 88b, 88c) 사이에 끼워진(sandwiched) 블레이드(24)를 고정시킨다.
구동 플레이트(34)는, 수직이고, 방사형으로 정렬되며 각각의 자극(34a)(도 3 참조)에 대해 각을 이루며 중앙에 위치한 보강 립(rib)(90) 세트를 포함한다. 립(90)과, 축(78)을 둘러싸고 있는 중앙 보스(boss)(91)는 저면 층(52)과 지속적으로 몰드되는(molded) 것이 바람직하다. 플레이트(34)는 전극(34a)을 발생시키는 단부 개방형의 방사형 슬롯(92) 세트와 함께, 예를 들어 두께 0.058 인치의 냉간압연 스틸과 같은 얇은 철제 판재로 만들어지는 것이 바람직하다. 슬롯(92)은 또한 구동 자석 어셈블리(38)의 회전 자기장에 의해 플레이트 내로 유도되는 와류를 제어한다. 플레이트(34)가 얇고 홈이 파여 있으므로, 보통 무게가 5파운드인 플레이트 구동 자석 어셈블리(38)의 큰 흡인 자력을 받는 경우, 모양이 변형되어 컵 베이스(22b)와 마찰 접촉에 놓일 수 있다. 립(90)과 오버몰딩은 플레이트가 평평한 형태를 유지하도록 도와준다.
도시되어 있듯이, 구동 플레이트(34)에 작용하는 흡인 자력은, 드라이브 어셈블리의 저부 표면에 튀어나온 하나의 반구형 볼-베어링과 컵 베이스 벽면(22b)의 상단면과 같은 높이로 설치된 하나의 스테인레스 스틸 플레이트(96)로 형성된 단일, 중앙 피봇 포인트(central pivot point)에 작용되는(carried) 것이 바람직하다. 이러한 구성은 플레이트(34)에 끌어내리고(pulling down) 동시에 축(78)의 낮은 마찰과 마모를 용이하게 하는 자력에 저항한다.
대체 실시예로서의 블렌더 컵(122)에 관한 도 7에 있어서, 축 방향으로 떨어져 위치한 두 개의 니들 베어링(200a과 200b)에 의해 축(178)이 회전 가능하게 지지된다. 원통형의 스페이서(spacer)(202)가 니들 베어링(200a과 200b) 사이에 삽입되고 축(178)을 감싼다. 구동 플레이트(134)는 축(178) 내에 형성된 내부 나사산(thread)과 짝을 이루는 외부 나사산을 갖는 나사(206)를 통해 축(178)에 부착된다. 하나의 플랜지(204)가 축(178)의 끝에 설치될 수 있으며, 구동 플레이트(134)가 나사(206)의 머리부에 가까운 와셔(208)와 플렌지(204)의 사이에 끼워진다. 이러한 특수한 구성은 축(178)이, 니들 베어링(200a과 200b)과 나사(206)에 의해, 컵 베이스 벽(wall)에 장착된 스테인레스 스틸 플레이트(96) 및 드라이브 어셈블리의 저면으로부터 튀어나온 반구형의 볼-베어링을 설치할 필요없이 회전 가능하게 지지되도록 해준다. 도 7의 실시 예의 구성 요소들은 앞에서 설명한 구성 요소들과 유사하며, 그에 따라 유사한 구성요소를 나타내기 위해 동일한 도면 부호를 사용하였으나, 실시 예를 차별화하기 위해 도면 부호에 100을 더하여 나타냈다.
자석(38)과 구동 플레이트(34) 사이의 결합(coupling) 또는 트랙션(traction)은 자극(34a)에 작용하는 자기장 강도 및 자석과 디스크 사이의 간격의 근접성(closeness)의 함수로서 뿐만 아니라, 플레이트(34)의 두께와 슬롯(92)의 너비의 함수로 증가하는 것이 밝혀졌다. 일반적으로, 플레이트가 얇고 슬롯이 넓을수록 주어진 자석과 간격에 대해 보다 큰 트랙션이 발생된다. 8개의 자극을 가지며 플레이트 지름이 4.425 인치인 슬롯의 바람직한 너비는 약 0.245 인치이다.
바람직한 트랙션의 정도(level)은 경우에 따라 다르다. 바람직한 트랙션의 레벨은 구동 플레이트를 구동 자석에 신뢰성있게 결합시키기 위해, 1)블렌더 컵 안에 냉동 음료의 갈아진 얼음과 액체 내용물이 들어 있는 상태에서 임펠러(24)가 시동될 때, 2)동작 속도를 보통 수천 rpm인 선택 동작 속도로 증가시키는 동안, 그리고 3)임펠러, 그리고 임펠러와 상호 작용하는 컵 속의 갈아진 내용물이 멈춰질 때, 선택된다. 그러나, 트랙션은 얼음 슈트(18) 밑의 베이스 벽(50a) 위인 동작 위치에서 컵(22)이 이탈하거나 부하가 설정 최대 값을 초과할 때, 구동장치(26)를 연결 해제하여, 자동 클러치시킬 때도 선택된다. 후자의 경우는, 예를 들어, 냉동 음료가 컵 안에서 냉동될 때, 즉, 부분적으로 또는 완전히 단단한 냉동 상태가 되었을 때 또는 동작 중 우연히 스푼, 보석 또는 병뚜껑 등이 블렌더 속으로 들어갈 때 일어날 수 있다. 결합을 해제함으로써, 자기 구동장치(26)는 자동으로 즉시 임펠러로의 둥력을 차단하여 블렌더 주변의 사람 또는 기계 자체의 손상을 방지한다. 이러한 특성은 기계식 클러치 설치 및 유지보수 비용 또한 절감시킨다.
브러시레스 직류 모터가 상대적으로 낮은 토크 출력을 갖고 있는 것으로 알려져 있는 반면에, 본 발명은 이러한 결점을 극복하였다. 그러나 모터(28)의 성능을 최대화시키기 위해서는, 예를 들어 약 8,000 rpm 정도의 설정 동작 속도로 토크 출력을 최적화하도록 고정자 코일(30)을 감는 것이 바람직하다.
주로 얇은 금속 디스크인, 구동 플레이트 어셈블리와 그 위의 플라스틱 몰딩은 가벼우며 자성을 갖고 있지 않다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 사용 후 블렌더/쉐이버에서 컵이 분리하면 탐지 가능한 회전 운동 효과는 거의 없다. 임펠러와구동 플레이트 어셈블리로 인한 낮은 회전 추진력(momentum)이 있을 뿐이다. 컵은 가볍고 자성이 없기 때문에 사용하기가 쉽다.
본 발명의 자기 구동장치(26)에 의해 매끄럽고 평평한 베이스 부분(50a) 위의 매끄럽고 평평한 컵 베이스(22b) 위의 작동 위치에 간단한 측면 미끄러짐 이동으로 컵(22)을 놓을 수 있다는 것도 중요하다. 기계적으로 결합된 구동장치 결합부에 컵을 수직으로 내려 놓고 이 결합부에서 컵을 수직으로 들어올릴 필요가 없다. 측면 미끄러짐 삽입 및 제거 방법은 편리할 뿐만 아니라 컵 위에 필요한 수직 여유 공간(clearance)을 감소시킨다. 이렇게 미끄러지게 밀어 넣을 수 있는 구조는 또한 블렌더 베이스의 청소를 용이하게 한다. 즉, 매끄러운 표면을 닦아주기만 하면 된다. 엎질러진 액체와 슬러시는 벽(50a) 뒤쪽 밑 바닥에 있는 드레인(drain)(94)으로 저절로 흘러갈 수 있고, 강제로 쓸어낼 수 있다. 안전 상의 문제, 블렌더 과부하, 기타 컵을 신속히 제거하여야 하는 비정상적인 경우, 미끄러짐 운동 방법으로 기계에서 컵을 보다 쉽고 신속하게 빼낼 수 있다. 보다 중요한 것은, 실제 사용시 생길 수 있는 문제로, 사용자 부주의로 모터가 완전히 멈추기 전에 컵을 빼낸 경우, 컵을 빼낸 것만으로 모터(28)와 임펠러 드라이브와의 연결이 자동 해제된다(컵을 잘못 놓거나 들어올리는 것이 자석 어셈블리(38)가 발생시킨 자력선과 자극(34a)의 연결 관계를 끊어준다). 종래의 벨트를 사용하고 기계적으로 클러치되는 블렌더/쉐이버의 경우, 그러한 섣부른 제거 작업은 구동장치 구성부분(train)과 클러치에 응력(stress)과 마모를 일으킬 수 있다.
본 발명의 구동장치의 다른 중요한 이점은 모터를 블렌더 바로 밑에 위치시킴으로써 드라이브 벨트 또는 체인과 풀리 또는 스프라켓 등을 없앨 수 있다는 것이다. 모터 자체의 높이, 컵과 모터 사이의 결합부의 수직 높이 및 컵을 연결부(coupling)에 놓거나 분리하는데 필요한 수직 여유 간격(clearance) 등의 경우에 있어 수직, 수평 상의 컴팩트함을 유지하면서도 그러하다.
본 발명을 바람직한 실시 예에 의해 설명하였지만, 여러 가지 변경과 변형예들도 이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들에게 가능할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 브러시레스 교류 모터를 사용하는 것으로 설명되었으나 본 발명의 몇몇 이점은 출력 축이 플레이트 구동 자석과 결합되는 교류 모터에 의해서도 달성될 수 있다. 컵 베이스의 플레이트로 연결되는 구성요소로서 하나의 회전 자석 어셈블리가 설명되어 있으나, 원하는 자극 어레이(desired array of magnetic poles)를 발생시키기 위해, 자성적으로 구성되거나 강자성 물질과 결합 작용하는 단일 영구 자석과 같은 영구 자석 장치 또는 전자석 어셈블리를 사용하여 회전 전자기장 또는 회전 자기장을 만들어낼 수 있다. 본 발명이 블렌더 컵의 베이스 부분에서 회전 가능한 플레이트에 대해 설명되었지만, 구동 구성 요소들은 여러 다른 다양한 형태가 가능하며 심지어 액체를 담는 용기가 아닌 경우에도 가능하다. 자석과 플레이트가 같은 수의 자극을 갖고 있는 것으로 설명되었지만 이 또한 본 발명의 실시에 있어 필수 요소는 아니다. 다양한 설치 및 회전 지지 구조가 이중 자석 어셈블리(35)와 피구동 유도 플레이트(34) 두 가지 모두에 대해 가능하다. 또한 방사형의 홈이 파여진 플레이트(34)가 자극(34a)을 형성하고 플레이트 내의 와류를 제어하는 것으로 설명되어 있으나, 자극 형성과 와류 제어를 위해 다양한 변경과 변형예들이 이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들에게 가능할 것이다. 또한, 자석이 금속 디스크에 붙어 있는 것으로 설명되어 있으나 반드시 디스크를 사용할 필요는 없다.
도 2,8,9는 본 발명의 다른 실시예, 즉, 깎여진 얼음을 블렌더/쉐이버 기계(10)의 블렌더로 공급하는 얼음 쉐이버 어셈블리를 설명한다. 얼음 쉐이버 어셈블리는 슈트(16)를 통하여 깎여진 얼음을 블렌더 컵(22)으로 공급하기 위해 블레이드(14)를 회전시키도록 움직이는 하나의 자기 구동장치 및 기어 어셈블리(300)를 포함한다. 자기 구동장치 및 기어 어셈블리(300)는 윗부분이 회전 블레이드 세트(14)로 연결되는 출력 축(302)과 결합된다. 자기 구동장치 및 기어 어셈블리(300)는 작동과 구성에 있어 브렌더의 자기 구동장치(26)와 유사한 하나의 자기 구동장치(304)를 포함한다. 자석 구동장치의 출력은 기어 어셈블리(306)를 통해 쉐이버의 출력 축(302)으로 보내진다. 기어 어셈블리는 세 개의 기어, 즉, 하나의 모터 기어(328), 하나의 복식 아이들 기어(compound idle gear)(332), 하나의 출력 기어(334)를 포함한다.
쉐이버용 자기 구동장치(304)는 얼음 쉐이버 어셈블리의 모터 하우징(housing) 안에 회전 가능하게 장착되어 있는 원형의 구동 플레이트와, 고정자 코일(312)과 회전자(314)를 포함하는 하나의 브러시레스 직류 모터(310)를 포함한다. 회전자(314)는 나아가 하나의 회전자 링 자석(316)과, 하나의 구동 링 자석(318)과, 바람직하게는 냉간압연 스틸인 자기화 가능 물질로 이루어지고 자석(316과 318) 사이에 붙어있는 하나의 디스크(320)로 이루어지는 것이 바람직한 하나의 이중 자석 어셈블리를 포함한다.
링 자석(316과 318) 각각은 위에서 설명한 블렌더의 자기 구동장치의 링 자석(36과 38)의 경우처럼 다수의, 원주상 배열식, 축 방향 자극을 갖는다. 그렇게 함으로써, 링 자석(316과 318)은 블렌더의 자기 구동장치의 링 자석(36과 38)과 유사한 방법으로 구성 및 배열되는 자극을 갖게 된다. 플라스틱 허브(321)가 중앙 축(322) 위로의 자석 설치를 용이하게 하기 위해 링 자석(316과 318) 중앙을 채운다. 링 자석은 디스크(320)에 부착되는데, 이 때 자석(316과 318) 간의 반발 자력을 피하기 위해, 하나의 링 자석의 자극 위에 위치한 다른 링 자석의 각 자극은 반대 자극을 갖는 것이 바람직하다. 자석(316과 318)과 디스크(320)를 둘러싸는 플라스틱 덮개는 자석 어셈블리의 고정을 도울 수 있다.
회전자(314) 바로 밑의 모터 하우징309) 안에 브러시레스 교류 모터(310)가 장착되어 있다. 모터(310)는 위에서 설명한 블렌더의 자기 구동장치(26)의 모터(28)와 동일한 방법으로 구성 및 작동된다. 고정자 코일(312)은 회전 전자기장을 발생시키기 위해 기존의 브러시레스 직류 모터 드라이브 회로에 의해 전압이 가해지는(energized) 삼상 코일이다. 중앙에 고정된 축(322)을 갖는 회전자(314)는 베어링(324)의 축 방향으로 미끄러져 들어간다. 회전자(314)는 회전자(314)의 모든 면에 틈을 갖고 있는 베어링(324) 내에서 회전한다. 하부 회전자 링 자석(316)에 의해 주로 발생되는 직류 자기장은 코일에 전압이 가해질 때, 대체로 아래쪽으로 향하여 고정자 코일(30)에 의해 생성되는 회전 전자기장과 상호작용하게 된다. 회전자 자기 어셈블리(314)와 상호작용하는 이 전자기장의 회전은 동일한 회전 속도로 회전자를 회전시키는 하나의 토크를 발생시킨다. 자석(316과 318) 사이에 붙어있는 디스크(32)는 이 토크를 드라이브 링 자석(318)으로 보낸다.
상술한 블렌더의 자기 구동장치(26)의 회전자(32)의 경우에서처럼, 모터(314)의 위치는 모터 하우징(309)에 장착되어 있는 세 개의 공지의 홀 효과 센서에 의해 감지될 수 있다. 위치 신호는, 시동 토크, 회전자 회전 속도의 선택된 동작 속도에로의 증가, 부하가 걸린 상태 하의 선택된 속도에서의 회전 유지 및 빠르고 신뢰할만한 제동 토크를 만들어내기 위해 삼상 고정자 권선(312)에 전원을 공급하는 전자 제어 및 구동 회로에 입력을 제공한다. 위에서 설명한 모터(28)의 경우에서처럼, 모터(310)의 작동은 이렇게 전자적이며 프로그램될 수 있다. 제동은 전자적인 것으로서, 권선(312)에 유도된 제동 전류는 히트 싱크에 설치된 대용량 저항기 또는 전계효과트랜지스터(FET:Field-Effect Transistor)에 분산된다.
구동 플레이트(308)는 위에서 설명한 블렌더의 자기 구동장치(26)의 구동 플레이트(34)와 동일한 방법으로 구성될 수 있다. 구동 플레이트(308)는 구동 축(326)의 하단에 비회전식으로 고정된다. 모터 기어(328)는, 구동 축(326)의 상단에 다시 부착되는, 하나의 모터 기어 축(329)에 비회전식으로 고정된다. 모터 기어(328)는 복수의 헬리컬 기어치를 갖는 하나의 헬리컬 기어인 것이 바람직하다. 구동 축(326)은 기어 축(329) 안에 축 방향으로 고정되고, 기어 축(329)과 기어(328)에 비회전식으로 고정되어, 구동 축(326)과 기어(328)가 함께 회전할 수 있도록 한다. 그렇게 함으로써, 구동 플레이트(308)로부터의 회전 토크는 구동 축(326)을 통해 기어(328)로 전달될 수 있다. 모터 기어(328)의 기어 축(329)과 구동 축(326)은 한 쌍의 저널 베어링(journal bearing)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
복식 아이들 기어(332)는 모터 기어(328)와 출력 기어로부터의 회전 토크를 전달하기 위해 모터 기어(328)와 출력 기어(334)에 기계적으로 연결된다. 아이들 기어(331)는 여러 개의 헬리컬 기어치(teeth)를 갖는 길고(elongate) 원통형인 하나의 상단(upper) 기어 부(332a)와 디스크 형상인 하단 기어 부(332b)를 포함한다. 하단 기어 부(332b)는 모터 기어(328)의 기어치(350)와 크기와 형상 모두가 맞물려지는 여러 개의 헬리컬 기어치(354)를 갖고 있다. 모터 기어(328)의 기어치(350)는 하단 기어 부(332b)의 기어치(354)와 맞물려(engage) 모터 기어(328)으로부터의 회전 운동과 토크를 아이들 기어(332)로 전달한다. 복식 아이들 기어(332)는 한 쌍의 저널 베어링(333a와 333b)으로 회전 지지된 기어 축(356)에 비회전식으로 고정된다.
출력 기어(334)는 일반적으로 원통형 형상이며 출력 축(302)에 비회전식으로 부착되어 출력 축(302)을 회전한다. 특히, 출력 기어(334)는 출력 축(302) 위에 축 방향으로 배열되고, 그러한 출력 축은 출력 기어(332)의 중앙 중공부 안에 부착된다. 출력 기어(334)는 아이들 기어(332)의 상단 기어 부(332a)의 기어치(352)와 크기와 형상 모두가 맞물려지는 여러 개의 헬리컬 기어치(334a)를 갖고 있다. 상단 기어 부(332a)의 기어치(352)는 출력 기어(334)의 기어치(334a)와 맞물려(engage) 회전 운동 및 토크를 아이들 기어(332)에서 출력 기어(334)로 전달한다. 출력 축(302)과 출력 기어(334)는 한 쌍의 저널 베어링(336a와 336b)에 의해 회전식으로 지지된다.
회전자 기어(328), 아이들 기어(332)와 출력 기어(334)는 헬리컬 기어인 것이 바람직하며, 헬리컬 기어치를 갖고 가벼우며 아세틸 또는 나일론과 같은 가벼우면서도 강한 플라스틱으로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들은 평기어(spur gear), 윔기어(worm gear) 또는 그들의 결합체 등 다른 종류의 기어와, 금속 또는 복합재(composite)와 같은 다른 재질이 본 발명의 기어 어셈블리(306)에 쓰일 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 기어 어셈블리(306)의 기어비(gear ratio)는 자기 구동장치(304)의 구동 축(326)에서 얼음 분쇄기의 출력 축(302)으로 전달된 토크 및 회전 속도를 증가 또는 감소시키도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 기어 어셈블리(306)의 기어비는, 회전 속도를 감소시켜 구동 축(326)에서 출력 축(302)으로 전달된 토크를 감소시키도록, 조절될 수 있다. 반대로, 기어 어셈블리(306)의 기어비를 조절하여, 기어 어셈블리(306)에 의해 전달된 회전 속도를 증가시킴으로써 전달된 토크를 감소시킬 수 있다. 기어비는 기어치의 수, 기어의 수, 기어 어셈블리의 기어 크기 변화에 의해 조절할 수 있으며, 이것은 공지되어 있다.
본 발명의 얼음 쉐이버의 바람직한 실시예에서 있어서, 얼음 쉐이버의 효과적인 작동을 위한 출력 축(326)의 바람직한 속도는 대략 540 rpm 이다. 하나의 브러시레스 교류 모터를 채택하는 것이 바람직한 본 발명의 자기 구동장치(300)는 전형적으로 대략 6000 rpm의 작동 속도를 발생시킨다. 따라서, 기어 어셈블리(306)의 기어비는 대략 11.1:1 이다.
이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들은 본 발명의 자기 구동장치 및 기어 어셈블리가 위에서 설명한 얼음 쉐이버 외에 블렌더, 믹서기, 식품 가공기 및 쥬서기 등 모터의 회전 출력으로부터 부하가 걸린 피구동 부재로 동력을 전달해야 하는 여러 다른 식품 가공 분야에서 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 얼음 쉐이버가 복합 블렌더/얼음 쉐이버의 한 구성 요소로 설명되어 있으나 이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들은 얼음 쉐이버가 블렌더와 분리된, 즉 독립 개체가 될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
더욱이, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 이들은 본 발명의 얼음 쉐이버와 관련하여 여기에서 설명된 기어 어셈블리의 기어치의 수, 기어의 종류 및 수, 기어의 크기는 하나의 예일 뿐임을 알 수 있을 것이다. 기어 어셈블리의 이러한 특성들은 다른 특성과 함께 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 필요에 따라 에서 동일하거나 유사하거나 또는 다른 기어비를 다양하게 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 무게와 크기 제한 등과 같은 설계 고려사항은 원하는 기어비를 달성하기 위해 채택된, 기어치의 수, 기어의 수, 종류, 크기 등을 규정할 수 있다.
이 분야에 통상의 기술을 가진 자들이 첨부 도면에 따라 상술한 설명을 읽은 경우 상도하게 될 상술한 그리고 그 외의 변경과 변형예들을 첨부된 청구 항의 범위 내에 포함하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (46)

  1. 피구동 부재에 연결되어 회전하고, 자화 가능한 재질로 만들어진, 하나의 구동 플레이트와;
    상기 구동 플레이트와 아주 근접하게 위치하고, 하나의 회전자 자석을 포함하는 하나의 회전자와, 상기 회전자 자석과 상호작용하여 상기 회전자 자석을 회전시키는 하나의 전자기장을 발생시키는 하나의 고정자를 포함하는 하나의 모터와;
    상기 회전자 자석에 연결되어 회전하고, 상기 구동 플레이트 쪽으로 자기장을 유도하여 상기 모터로부터 상기 구동 플레이트로 구동장치 토크를 전달하고, 그렇게 함으로써 상기 피구동 부재를 회전시키는 하나의 구동 자석;을 포함하여 이루어지는, 피구동 부재를 회전시키는 하나의 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터가 하나의 전기 모터인 구동장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전기 모터가 하나의 브러시레스 직류 모터인 구동장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 자석과 상기 회전자 자석 각각이 다수의 자극을 포함하는 구동장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동 자석과 상기 회전자 자석이 동일한 수의 자극을 포함하는 구동장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구동 자석의 상기 자극들이 상기 회전자 자석의 상기 자극들의 자극 극성에 의해 배열되는 구동장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 구동 자석의 상기 자극들과 상기 회전자 자석의 상기 자극들이 원주면에 정렬되는 구동장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 구동 플레이트가 상기 구동 플레이트 위에 복수의 자극을 정의하는 다수의 방사상이고 개방형인 슬롯을 포함하는 구동장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 구동 플레이트와 상기 구동 자석이 동일한 수의 자극을 가지며, 상기 구동 플레이트의 상기 자극들이 상기 구동 자석의 상기 자극들에 맞추어 정렬되는 구동장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 구동 플레이트가 냉간압연 스틸로 이루어지는 구동장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 구동 플레이트와 상기 구동 자석과 상기 회전자 자석각각이 8개의 자극을 갖는 구동장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 구동 자석과 상기 회전자 자석이 하나의 공통 회전 축을 중심으로 하는 구동장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 공통 축이 상기 구동 플레이트의 회전 축과 동축 정렬되는 구동장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 구동 자석과 상기 회전자 자석 사이에 고정된 자화 가능한 재질로 이루어진 하나의 플레이트를 더 포함하여 이루어지는 구동장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 회전자 자석과 상기 구동 자석과 상기 플레이트가 한 층의 플라스틱 재질 안에 수용되어 있는 구동장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 구동 플레이트를 수용하는 제1 하우징과, 상기 모터와 상기 회전자 자석과 상기 구동 자석을 수용하는 제2 하우징을 더 포함하여 이루어지며, 상기 구동 플레이트가 상기 구동 자석과 가까운 간격을 두고 축 방향으로 정렬되어 제1 하우징에 회전 가능하게 설치되는 구동장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가까운 간격이 ⅰ)상기 제2 하우징의 하나의 상단 벽면과, ⅱ)상기 제1 하우징의 하나의 하단 벽면과, ⅲ)상기 하단 벽면과 상기 구동 플레이트 사이의 하나의 에어갭과, ⅳ)상기 상단 벽면과 상기 구동 자석 사이에 하나의 에어갭을 수용하는 구동장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 구동 자석의 표면 자기장 강도가 약 1400가우스이며, 축 방향으로 측정된 상기 가까운 간격이 약 0.25 인치인 구동장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 모터와 상기 구동 자석의 높이 대 폭의 최대 비율이 약 1:3이며, 상기 높이는 상기 모터와 상기 구동 자석의 회전 축을 따라 측정된 것인 구동장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 모터는 베어링 내의 상기 고정자에서 회전 가능하며 상기 회전자에 고정된 하나의 출력 축과, 상기 베어링을 중앙에서 지지하고 상기 고정자와 상기 회전자를 하나의 빈 공간으로 둘러싸는 견고하고 일반적으로 원통형인 벽면을 가지는 하나의 후면 고정자 지지대와, 상기 공간을 덮는 하나의 덮개를 갖는 구동장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 회전자 자석과 구동 자석 각각이 하나의 단일 링 자석으로 된 구동장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 피구동 부재가 하나의 식품 가공 장치의 하나의 축인 구동장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 식품 가공 장치가 하나의 블렌더, 하나의 얼음 분쇄기, 하나의 식품 믹서, 하나의 식품 가공기 또는 쥬서기인 구동장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 식품 가공 장치가 가공할 식품을 받기 위한 하나의 용기를 포함하며, 상기 용기가 상기 축에 설치된 하나의 회전 가능한 구성 요소를 갖는 구동장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 축 주위에 위치하여 상기 용기와 상기 축 사이에 하나의 액체 씨일을 제공하는 하나의 씨일을 더 포함하여 이루어지는 구동장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 회전 가능한 구성요소가 식품 가공을 위한 하나의 블레이드인 구동장치.
  27. 제1항에 있어서, 상기 구동 플레이트와 상기 피구동 부재에 연결되는 하나 또는 그 이상의 기어를 포함하는 하나의 기어 어셈블리를 더 포함하여 이루어지며, 상기 기어 어셈블리가 상기 구동 플레이트로부터 상기 피구동 부재로 상기 구동 토크를 전달하는 구동장치.
  28. 제27항에 있어서, 기어 어셈블리가 상기 구동 플레이트로부터 상기 피구동 부재로 전달된 구동 토크를 증가시키는 구동장치.
  29. 제27항에 있어서, 기어 어셈블리가 상기 구동 플레이트로부터 상기 피구동 부재로 전송된 구동 토크를 감소시키는 구동장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 구동 플레이트가 하나의 구동 축에 고정되어 상기 구동 축과 함께 회전하는 구동장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 구동 자석과 상기 회전자 자석이 하나의 공통 회전 축을 중심으로 하는 구동장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 공통 축이 상기 구동 축과 동축 정렬되는 구동장치.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 피구동 부재가 상기 공통 회전 축에서 벗어난 회전 축 주위를 회전하는 구동장치.
  34. 제30항에 있어서, 상기 기어 어셈블리의 제1 기어가 상기 구동 축에 고정되어 회전하는 구동장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 기어 어셈블리의 제2 기어가 상기 피구동 부재에 연결되어 회전하고, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어가 상호작용하여 상기 구동 토크를 상기 구동 플레이트로부터 상기 피구동 부재로 전달하는 구동장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 기어 어셈블리가 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 사이에 삽입된 하나의 제3 기어를 더 포함하여 이루어지고, 상기 제3 기어가 상기 제1 기어와 상기 제2 기어와 상호작용하여 그들 사이에 상기 구동 토크를 전달하는 구동장치.
  37. 제1항에 있어서, 상기 모터에 전기적으로 연결되어 상기 모터의 작동을 제어하는 하나의 제어 및 구동 유닛을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제어 및 구동 유닛이 상기 고정자에 선별적으로 동력을 전달하여 상기 회전자 상에 하나의 동작 토크 또는 하나의 제동 토크를 발생시키는 구동장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 고정자가 하나 또는 그 이상의 고정자 코일을 포함하는 구동장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제어 및 구동 유닛이 상기 고정자 코일을 지나는 전류를 변화시켜 상기 작동 토크 또는 상기 제동 토크를 발생시키는 구동장치.
  40. 제37항에 있어서, 상기 제어 및 구동 유닛에 연결되어 상기 회전자의 위치를 모니터하는 하나 또는 그 이상의 위치 센서를 더 포함하여 이루어지는 구동장치.
  41. 제40항에 있어서, 위치 센서가 홀 이펙트 센서인 구동장치.
  42. 하나의 축 위에 설치된 하나의 회전 구성요소를 갖는 하나의 식품 용기와, 상기 축에 고정되어 회전하는 자화 가능한 재질로 만들어진 하나의 구동 플레이트와, 하나의 모터와 상기 구동 플레이트에 자기적으로 연결된 하나의 자석 어셈블리를 포함하는 식품 가공 장치의 작동 방법에 있어서,
    한 작동 속도로 하나의 작동 토크를 상기 자석 어셈블리를 통해 상기 모터로부터 상기 구동 플레이트로 전송하여 상기 축과 상기 회전 구성요소의 회전을 일으키는 단계와;
    하나의 제동 토크를 상기 자석 어셈블리를 통해 상기 모터에서 상기 구동 플레이트로 전달하여 상기 축과 상기 회전 구성요소의 회전을 종결시키는 단계를 포함하여 구성되는, 식품 가공 장치의 작동 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 작동 토크와 상기 제동 토크가 상기 구동 플레이트의 상기 모터에 대한 기계적 연결없이 상기 모터로부터 상기 구동 플레이트로 전달되는 방법.
  44. 제 42항에 있어서,
    하나의 시도 토크를 상기 모터에서 상기 구동 플레이트로 전달하는 단계와;
    상기 구동 플레이트의 회전 속도를 상기 작동 속도로 증가시키는 단계와;
    상기 작동 속도를 상기 작동 토크로 유지하는 단계를 포함하여 이루어지는 하나의 작동 토크 전달 단계를 포함하는 방법.
  45. 제42항에 있어서, 상기 모터가 하나 또는 그 이상의 고정자 코일을 가지는 하나의 브러시레스 직류 모터이며, 상기 고정자 코일을 지나는 전류를 변화시켜 상기 작동 토크와 상기 제어 토크가 발생되는 방법.
  46. 하나의 제1 축에 회전 가능하게 설치된 하나의 제1 블레이드를 갖는 하나의 블렌더 컵과,
    상기 제1 축에 고정되어 회전하는 자화 가능한 재질로 만들어진 제1 구동 플레이트와,
    하나의 제1 회전자 자석을 가지는 하나의 제1 회전자와 상기 제1 회전자 자석과 상호작용하여 상기 제1 회전자 자석을 회전시키는 전자기장을 발생시키는 하나의 제1 고정자를 가지며, 상기 제1 구동 플레이트에 아주 근접하게 위치한 하나의 제1 모터와,
    상기 제1 구동 플레이트 쪽으로 자기장을 유도하여 상기 제1 모터로부터 상기 제1 구동 플레이트로 구동장치 토크를 전송시키고, 그렇게 함으로써 상기 제1 축과 상기 제1 블레이드를 회전시키며, 상기 제1 회전자 자석에 연결되어 회전하는 하나의 제1 구동 자석을 포함하여 이루어지는 하나의 블렌더와;
    블렌더 컵으로 분쇄된 얼음을 공급하는 데 사용되는, 상기 블렌더 컵에 연결된 하나의 슈트를 포함하며, 하나의 제2 축에 회전 가능하게 설치된 하나의 제2 블레이드를 포함한 하나의 얼음 호퍼와,
    자화 가능한 재질로 만들어진 하나의 제2 구동 플레이트와,
    하나의 제2 회전자 자석을 가지는 하나의 제2 회전자와 상기 제2 회전자 자석과 상호작용하여 상기 회전 자석을 회전시키는 하나의 전자기장을 발생시키는 하나의 제2 고정자를 가지며, 상기 제2 구동 플레이트에 아주 근접하게 위치한 하나의 제2 모터와,
    상기 제2 구동 플레이트 쪽으로 자기장을 유도하여 상기 제2 모터로부터 상기 제2 구동 플레이트로 토크를 전달하며, 상기 제2 회전자 자석에 연결되어 회전하는 하나의 제2 구동 자석과,
    상기 제2 구동 플레이트로부터 상기 제2 축으로 상기 구동 토크를 전달하여 상기 제2 블레이드와 상기 얼음의 분쇄를 일으키며, 상기 제2 구동 플레이트와 상기 제2 축에 연결된 하나 또는 그 이상의 기어를 포함하는 하나의 기어 어셈블리를 포함하여 이루어지는 하나의 얼음 쉐이버;를 포함하여 이루어지는, 하나의 식품 가공 장치.
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