KR20020081253A - 외부 회전자를 구비한 전기모터 - Google Patents

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KR20020081253A
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Abstract

고정자(20)가 고정 장착되고 회전자(22)가 회전가능하게 장착된 샤프트(24)를 포함하는 전기 모터(10)가 개시되어 있다. 이 샤프트(24)는 구조적 지지부에 고정 장착되도록 적용된 양단부를 구비한 길이방향 축선을 형성한다. 고정자(20)는 상기 권선 극성이 바뀔 수 있도록 전류의 방향을 바꿀 수 있는 복수의 권선(56)을 포함하는 것이 바람직하다. 회전자는 고정자의 주변에서 방사방향으로 이격되어 있는 복수의 자석(74,260)을 포함한다. 상기 자석의 각각은 적어도 하나의 소정의 극을 구비한다. 제어기(12)는 상기 권선에 연결되어 있고 이러한 방식으로 상기 권선을 통하여 흐르는 전류의 방향을 제어하여 상기 고정자 주위의 상기 회전자의 회전을 시동시키고 제어한다.

Description

외부 회전자를 구비한 전기모터{ELECTRIC MOTOR WITH EXTERNAL ROTOR}
전기모터는 많은 다양한 상업적 및 주거용 응용에 널리 사용된다. 전형적으로 전기모터는 회전자와 고정자를 포함하는데, 회전자와 고정자의 각각은 주변부 주위에 배치된 다수의 자석을 가진다. 회전자위의 자석의 극과 고정자위의 자석의 극을 제어함으로써 회전자의 극이 고정자의 대응하는 극으로 당겨지거나 반발되어 고정자에 상대적인 회전자의 회전이 발생한다. 극의 제어는 일반적으로 회전자 또는 고정자의 일련의 자석들중 적어도 하나에 의해 이루어지는데, 전자석의 권선으로부터 제조되고 그 극성은 권선을 통과하는 전류의 방향이 바뀜으로써 변경된다.
대부분의 전기모터에서, 고정자는 전기모터의 외부 하우징을 형성하거나 또는 그 일부분이고, 회전자는 고정자내에 장착되고 그 안에서 상대적인 회전이 가능한 샤프트를 포함한다. 다수의 응용에서는 회전자가 하우징의 외부를 형성하는 것이 바람직하다. 외부 회전자를 갖는 전기모터는 벨트의 내부에 위치하면서 벨트와 같은 것을 구동하는데 사용될 수 있다. 이러한 구성에 대한 적절한 응용은 물품을 취급하는 환경일 것이다.
외부 회전자를 갖는 전기모터에 관한 한가지 문제점은 출력이 너무 작아서 하나의 모터에 의해서는 단지 짧은 물품취급 진행거리만 구동가능하고 또한 상대적으로 무게가 가벼운 물건만이 모터에 의해 옮겨질 수 있다는 것이다. 외부 회전자를 갖는 전기모터로부터 큰 출력을 가지려면 모터의 직경이나 길이가 더 커야 한다. 그러나 직경의 증가는 무게의 증가 및 회전자의 밸런스 상태 때문에 바람직하지 않다. 회전자의 길이를 증가시키면, 결과적으로, 회전자와 고정자 사이에서 회전자와 고정자를 접촉하게 하는 자기적 인력에 응답하여, 고정자를 장착하는 샤프트가 기울어지게 되고 모터의 성능이 저하되며 극단적인 경우에는 모터의 회전이 완전히 불가능해진다.
본 발명은 전기모터에 관한 것이고, 특히 외부 회전자를 가진 전기모터에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 외부 회전자를 갖는 전기모터를 도시하는 도면,
도2는 도1의 선2-2를 따라 자른 전기모터의 단면도,
도3은 도2의 선3-3을 따라 자른 전기모터의 단면도,
도4는 본 발명에 따른 고정자의 하나의 코일 모듈의 투시도,
도5는 본 발명에 따른 회전자 케이지의 투시도,
도6은 회전자 케이지의 고정 자석을 조립하기 위한 지그의 투시도,
도7은 고정자의 주요 조립 단계를 나타내는 투시 조립도,
도8은 회전자를 고정자에 조립하는 주요 단계를 나타내는 조립도,
도9는 본 발명에 따른 외부 회전자를 갖는 전기모터를 만드는 트레드밀(treadmill)의 투시도,
도10은 본 발명에 따른 외부 회전자를 갖는 전기모터를 만드는 물품취급 시스템의 일부를 나타내는 투시도,
도11은 제2 실시예의 샤프트, 회전자와 고정자 사이의 공간 관계를 도시하는 제2 실시예의 전기모터의 길이방향의 단면도,
도12는 도11의 선12-12를 따라 자른 단면도,
도13은 기울어진 키홈을 도시하는 샤프트의 평면도,
도14는 전기 콘딧용 내부통로를 도시하는, 샤프트의 일단에 대한 확대 부분 단면도,
도15는 간략화를 위해 회전자와 엔드캡을 제외한, 샤프트에 장착된 고정자의 길이방향의 단면도,
도16은 간략화를 위해 샤프트를 제거한, 도15의 선16-16을 따라 자른 단면도,
도17은 간략화를 위해 고정자, 샤프트, 및 엔드캡을 제거한, 회전자 및 하우징의 길이방향의 단면도,
도18은 고정자에 대한 자속 방향의 변화를 나타내는, 도17의 선18-18을 따라자른 단면도,
도19는 본 발명에 따른 전기모터를 위한 하우징의 개방단을 닫기 위한 엔드캡의 끝면도,
도20은 도19의 라인 20-20을 따라 자른 단면도,
도21은 샤프트에 대해 커버를 밀봉하기 위한 커버의 도면,
도22는 도21의 선22-22를 따라 자른 단면도, 및
도23은 장착 블록, 엔드캡, 및 실을 도시하는, 조립된 전기모터의 측면도.
본 발명은 고정자가 고정 장착되고 회전자가 회전가능하게 장착되어 있는 샤프트를 포함하는 전기모터에 관한 것이다. 샤프트는 구조적 지지부에 고정 장착되도록 적용된 양 단부를 구비한 길이방향 축선을 형성한다. 상기 고정자는 상기 권선 극성이 바뀔 수 있도록 전류의 방향을 바꿀 수 있는 복수의 권선을 포함하는 것이 바람직하다. 회전자는 고정자의 주변에서 방사방향으로 이격된 복수의 자석을 포함한다. 이 자석의 각각은 적어도 하나의 소정의 극을 갖는다. 컨트롤로는 권선에 연결되어 있고 고정자의 주변의 회전자의 회전을 시동하고 제어하는 방식으로 권선을 통하여 흐르는 전류의 방향을 제어한다.
회전자는 길이방향 축선을 갖는 튜브형상의 하우징을 포함하는 것이 바람직하고, 자석은 이 튜브형상의 하우징에 작동가능하게 연결되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서, 하우징은 고정자에 대하여 회전하고 전기 모터에 대한 외부 구동 메커니즘으로서 기능한다. 자석은 네오디뮴으로 제조되는 것이 바람직하다.
자석은 고정자를 둘러싸는 복수의 자기화된 금속 링을 포함할 수 있거나 이산된 자석이 고정자의 주변에서 방사방향으로 이격될 수 있다. 자기화된 금속링은 교호 극성의 방사상 세그먼트를 포함하는 것이 바람직하다. 세그먼트는 중심에서 약 30도의 원호만큼 떨어져 있다.
회전자는 복수의 자석을 지지한 원통형상의 케이지를 더 포함할 수 있고 튜브형상의 하우징내에 축방향으로 위치되어 고정자는 원통형상의 케이지내에 수용된다. 방사방향으로 이격된 자석 개구는 케이지내에 형성되고 이 개구의 각각은 자석을 수용한다. 개구 및 자석은 케이지의 주변에서 약 60도로 이격되는 것이 바람직하다.
케이지는 자석을 구비한 자석 커버가 안에 수용된 축방향의 슬롯을 더 포함할 수 있다. 자석 커버가 자석 슬롯내에 수용될 때, 자석은 또한 자석 개구내에 수용된다.
고정자는 길이방향 축선을 형성하는 권선 코어를 포함하는 것이 바람직하다. 이 코어는 둘레에 권선이 장착된 복수의 권선 극을 구비한다. 바람직한 형상에서, 권선은 권선 길이방향 축선이 권선 코어 길이방향 축선과 제1 예각을 형성하도록 코어상에 장착된다. 제1 예각은 10도인 것이 바람직하다.
권선 코어는 복수의 디스크를 포함할 수 있고, 이 디스크의 각각은 샤프트를 미끄러짐가능하게 수용하는 크기를 가진 축방향의 개구를 구비하고 그래서 복수의디스크를 샤프트에 장착하게 된다. 각각의 디스크는 키 및 키홈중 하나를 포함하고 샤프트는 상기 키 및 상기 키홈중 또 다른 하나를 포함하여 디스크가 샤프트에 장착될 상기 키가 상기 키홈내에 수용되고 그래서 디스크를 샤프트에 대하여 정렬시키게 된다. 상기 샤프트의 상기 키 및 상기 키홈중 하나는 샤프트 길이방향 축선에 대하여 제2 예각으로 방향이 정해질 수 있고 이것은 또한 10도인 것이 바람직하다.
권선 극은 임의의 바람직한 방사상 스페이싱으로 고정자의 주변에서 이격될 수 있다. 그러나, 권선 극은 중심에서 약 40도 또는 중심에서 약 20도로 이격되는 것이 바람직하다.
권선 극은 그 단말부에 캡을 포함할 수 있어 권선 극상에 권선을 유지시키는 것을 돕는다. 대안으로, 권선 코어는 권선 코어상에 권선을 유지하는 것을 돕는 발산하는 단말부를 구비하고 권선 극 사이에 배치된 탭을 더 포함할 수 있다.
고정자는 각각이 샤프트에 미끄러짐가능하게 장착된 복수의 권선 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 각각의 권선 어셈블리는 그 자체내에 그리고 그자체의 복수의 권선을 포함한다. 스페이서는 샤프트에 장착되고 인접한 권선 어셈블리 사이에 배치되고 그래서 샤프트의 휨 저항성을 증가시키기 위해 샤프트 단면적을 효율적으로 증가시키는 것이 바람직하다. 수지는 샤프트의 휨 저항성을 더 증가시키기 위해 스페이서 및 권선 어셈블리를 효율적으로 통합하도록 스페이서와 권선 어셈블리 사이의 공간에 배치될 수 있다.
베어링은 하우징을 샤프트에 회전가능하게 장착하기 위해 사용된다. 베어링은 샤프트의 각각의 단부 가까이에 있는 샤프트상에 위치된다.
회전자는 하우징의 개방 단부를 폐쇄하고 하우징을 샤프트에 장착시키는 양 엔드캡을 더 포함할 수 있다. 이 엔드캡은 샤프트가 수용되는 개구를 형성하는 중앙 허브를 가질 수 있다. 이 엔드캡은 하우징을 샤프트에 장착하기 위해 하우징 내부내에 수용되는 주변벽을 더 포함할 수 있다. 중앙 허브는 중앙 개구를 둘러싸는 베어링 홈을 포함하고, 회전자를 샤프트에 회전가능하게 장착시키는 베어링을 수용하는 것이 바람직하다. 주변벽의 말단 에지는 주변벽의 하우징내로의 용이한 삽입을 향상시키기 위해 테이퍼되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 테이퍼되어 있는 말단 에지는 또한 하우징에 대하여 샤프트의 중심을 맞추는 것을 돕는다. 각각의 엔드캡은 샤프트에 대하여 중앙 개구를 밀봉하는 커버를 더 포함할 수 있다. 중앙 허브 및 커버는 각각 커버가 엔드캡에 장착될 때 래버린스 실을 형성하도록 맞물리는 상응하는 동심 링을 구비하는 것이 바람직하다.
전기 모터는 구조적 지지부에 샤프트 단부를 고정 장착하는 장착 블록을 더 포함할 수 있다.
도1 내지 도3은 전기모터(10)의 동작을 제어하기 위한 제어시스템(12)을 따르는 본 발명에 의한 전기모터(10)를 도시한다. 전기모터(10)는 회전자(22) 내부에 위치하는 고정자(20)를 포함한다. 고정자(20)는 다수의 권선 어셈블리(26)가 그 위에 고정적으로 장착되는 샤프트(24)를 포함하고, 스페이서(28)에 의해 이격되어 있다. 로킹 와셔(30)는 스페이서(28)에 대해 샤프트(24) 상에 권선 어셈블리(26)를 고정시킨다.
바람직하게는, 권선 어셈블리로부터 모터 외부까지 필요한 대로 전기선 등의 통로를 위한 콘딧을 형성하기 위해, 샤프트(24)는 적어도 움푹 패인 끝부분을 가진다. 샤프트(24)는, 조립하는 동안 샤프트(24)를 따라서 스페이서(28)의 길이방향의 움직임을 제한하기 위해 스페이서(28)와 상호작용하는 칼라(36)에 의해 나누어지는, 중앙에 위치한 대직경부(24a)를 가진다. 샤프트는 대직경부(24a)의 각 끝단에 다수의 축소된 직경부(24b, 24c, 24d)를 포함한다. 계단형태의 각 직경부(24a내지 24d)의 결합부에 의해 대응 숄더부(25b, 25c, 25d)가 형성된다. 키(38)는 샤프트(24)를 따라 길이방향으로 뻗어있다.
스페이서(28)는 웹(34)에 의해 연결된 주변벽(33) 및 중앙 허브(31)를 포함한다. 단수의 개구(35)가 웹(34)을 따라서 뻗어있다. 반지름방향의 개구(37)는 주변벽(33)을 통해 뻗어있고, 주변벽(33)과 허브(32) 사이의 공간과 주변벽(33)의 외부를 유동적으로 연결하기 위해 웹 개구(35)를 가로지른다. 허브(32)의 일 끝단은 중앙 개구로 뻗어있는 환형 종단부(39)를 포함하고, 허브(32)가 샤프트 상에 미끄러짐가능하게 장착되고 이에 의해 스페이서의 길이방향의 움직임을 제한할 때의 대략 샤프트의 숄더부(36)의 크기에 맞추어 제조된다.
권선 어셈블리(26)의 각각은, 축방향 개구(44) 및 키홈(46)을 갖는 다수의 축방향으로 정렬된 디스크(42)로 구성되는 권선코어(40)를 포함한다. 다수의 디스크(40)의 정렬된 축방향 개구(44) 및 키홈(46)은 권선코어(40)를 위한 축방향 개구 및 키홈을 형성한다.
각 디스크(42)의 주변은 다수의 권선 극(50)으로 형성되어 있는데, 이것은 바람직하게는 디스크(42) 주위에서 40도 간격으로 이격되고 탭(52)에 의해 분리되어 있다. 정렬된 권선 극(50)은 권선 축(51)을 규정짓는다. 권선 채널(54)이 각 권선 극(50)의 주변 근처에 형성되고 개구를 통해 중앙 통로를 갖는 권선(56)을 수용할 수 있는 크기로 만들어져, 권선(56)이 권선 극(50) 상에 미끄러짐가능하게 장착될 수 있도록 한다.
각각의 권선 극(50)에 대해 권선(56)이 제공된다. 권선(56)은 바람직하게는전기적으로 도전성 전선의 다수의 권선으로 형성되는데, 이 권선의 틈새 공간은 에폭시로 채워지고 권선을 단단한 구조로 경화하기 위해 가열된다. 각 권선은 샤프트(24)의 움푹 패인 내부를 따라 리드(도2, 58)를 통해 전기제어 시스템(12)에 연결된다.
회전자(22)는, 그 외측면이 병렬 핑거(64) 쌍으로 뻗어있는 일반적으로 실린더형의 본체(62)를 갖는 회전자 케이지(60), 바람직하게는 알루미늄 주조물을 포함하고, 그 사이에 자석 슬롯(66)을 형성한다. 자석 슬롯(66)은 본체(62)의 주변 주위에 대략 60도 간격으로 이격된다. 본체(62)는 자석 슬롯(66) 내에 위치한 개구(68)를 갖는다.
회전자(22)는 바람직하게는 강으로 제조된, 커버(72)를 포함하는 자석 어셈블리(70), 2쌍의 자석(74)을 더 포함한다. 이 자석(74)은 커버(72)상에 위치되어 커버(72)가 자석 슬롯(66)내에 위치될 때 본체(62)의 자석 슬롯(66)내에 끼워맞추어지는 것이 바람직하다.
전기 모터(10)는 회전자 케이지(6)가 미끄러짐가능하게 수용되는 외부 하우징(80)을 더 포함하고 고정자(20)는 상기 회전자 케이지(60)내에 미끄러짐가능하게 수용된다. 하우징은 탄소강으로 제조되는 것이 바람직하다. 하우징(80)의 단부는 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직한 엔드캡(82)에 의해 폐쇄된다. 이 엔드캡(82)은 홈의 내부 개구 부근의 축방향의 그루브내에 수용된, 스냅링 또는 이와 유사한 리테이너(88)에 유지된 세라믹이 미끄러짐가능하게 장착된 홈을 갖는 중앙 허브(84)를 포함한다.
이 중앙 허브(84)는 방사상 웹(92)에 의해 주변벽(90)에 연결된다. 이 주변벽(90)은 하우징의 내경과 실질적으로 동일한 외경을 갖는다. 방사상 웹(92)은 주변벽(90) 위에 방사방향으로 뻗는 환형상의 정지부(94)를 포함한다. 이 환형상의 정지부(94)는 하우징(88)의 내경 보다 큰 외경을 갖고 엔드캡 주변벽(90)의 삽입 깊이를 제한한다. 일련의 핀(96)은 방사상 웹(92)내에 형성되고 이 방사상 웹(92)으로부터 내부로 그리고 외부로 방사방향으로 뻗는다. 핀은 모터가 회전할 때 전기 모터(10)의 내부 온도의 냉각을 돕는다. 본질적으로, 핀(96)은 기냉의 히트 싱크로서의 기능을 한다.
엔드캡(82)은 안으로 환형상 정지부(102)가 뻗는 축방향의 개구부(100)를 갖는 커버(98)를 더 포함한다. 동심 링(104)은 커버(98)내에 형성되고 엔드캡(82)의 외부상에 동심 링(106)에 상응하게 된다. 이 동심 링(104,106)은 커버(98)가 샤프트(24)상에 미끄러짐가능하게 장착될 때 포개지고 그래서 모터의 내부로 먼지 및 다른 입자가 침투하는 것을 방지하도록 레버린스 실을 형성하게 된다.
제어 시스템(12)은 샤프트(24)상에 위치된 홀 센서(110) 및 회전자 케이지(60)상에 장착된 상응하는 요소(112)를 포함한다. 이 요소(112)는 자석(74)의 극과 상응하도록 위치된다. 홀 센서(110)는 회전자 케이지(60)를 고정자(20)의 주위에서 추진하도록 권선(56)을 통과하는 전류의 방향을 바꾸는 전기 회로(도시되지 않음)에 연결된다. 이러한 타입의 전기 제어는 주지되어 있고 보다 상세하게 설명하지 않을 것이다.
전기 모터의 조립
아래의 조립 설명은 많은 단계를 포함한다. 이러한 많은 단계의 순서는 중요하지 않다. 따라서, 조립 설명은 주로 다양한 부품의 상호 연결 및 전기 모터(10)를 조립하는데 필요한 단계의 설명에 대한 것이다. 조립 설명은 어셈블리 단계의 순서에 한정하기 위해 제안된 것은 아니다.
도 6에서, 전기 모터(10)의 조립은 자석(74)을 커버(72)에 조립함으로써 시작된다. 자석(74)은 매우 높은 자기 밀도를 갖는 네오디뮴으로 만드는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 자석 슬롯(66)에 대한 각각의 자석 쌍들은 350 파운드의 분리력을 갖는다. 큰 자력 밀도와 이에 상응하는, 자석(74)에 대한 큰 자력이 주어질 때, 자석이 자기력으로 객체에 연결되는 것이 바람직하지 않다면, 자석은 주의깊게 다루어져야 하고 조립되는 동안 서로에게 또는 다른 자성물과 매우 근접한 범위내에 있지 않아야 하는 것은 필수적이다.
도 6에서, 자석의 조립에 있어서, 베이스부(122)를 포함하는 지그(120) 및 커버(124)가 자석(74)을 커버(72)에 소정의 방향으로 부착하기 위해 제공되고, 그래서 자석은 회전자 케이지(60)의 본체(62)내의 자석 개구(68)내에 끼워맞추어지게 된다. 지그 바닥부(122)는 커버(72)를 미끄러짐가능하게 수용하는 크기를 갖는 채널(126)을 형성하는 U 형상의 단면을 갖는다. 포지셔닝 개구(128)는 자석 슬롯(66)내의 개구(68)의 스페이싱에 상응하는 스페이싱의 채널(126)내에 제공된다.
자석(74)을 커버(72)에 조립하기 위해, 쌍으로 된 자석이 포지셔닝 개구(128)내에 위치된다. 이 개구는 자석(74)의 상부가 채널(126)의 바닥부와 동일평면이거나 경미하게 아래에 있도록 하는 크기를 갖는다. 그다음, 커버(124)는 채널(126)의 개방 상부에 가깝도록 지그 바닥부(122)의 상부에 위치된다. 커버는 지그(120)에 정위치에 클램핑되는 것이 바람직하다. 그다음, 커버(72)는 지그(120)의 개방 단부의 하나내에 미끄러짐가능하게 삽입된다. 강 자석 커버(72)가 자석(74)과 만나게 될 때, 자석은 그 자체를 자석 커버(72)에 부착시키게 된다. 자석 커버(72)와 자석(74) 사이의 마찰 계수는 충분히 낮아서 커버(72)에서 자석을 떼어내는 분리력(얏 350파운드)과 비교할 때 자석(74)에 대하여 커버(72)를 미끄러지게 하기 위해 상대적으로 작은 힘(본 발명의 자석에 대하여 약 70-80 파운드)이 필요하게 된다. 필요하다면, 적은 양의 윤활유를 커버(72) 또는 자석(72)에 칠하여 마찰 계수를 감소시키고 그래서 커버(72)를 자석(74)상에 미끄러지게 하는데 필요한 힘을 감소시키게 된다. 커버(72)가 지그(120)내에 완전히 위치될 때, 지그 커버(124)는 클램핑 해제되어 제거된다. 그다음 자석 커버(72)는 회전자 케이지(60)내에 삽입되기에 적합하게 방향이 정해진 자석(74)을 구비한 채널(126)의 개방 상부의 밖으로 올려지게 된다.
자석(74)을 소정의 위치로 자석 커버에 장착시키는 공정은 특정 회전자 케이지(60)에 대하여 요구되는 자석 어셈블리(70)의 수 만큼 반복된다. 도시된 바와 같이, 6개의 자석 어셈블리(70)가 필요하다. 그러나, 모터의 크기에 따라 보다 적거나 보다 많은 자석 어셈블리가 사용될 수 있다. 완료된 자석 어셈블리(70)는 하나의 자석 어셈블리의 자석이 다른 자석 어셈블리와 결합하느 것을 방지하기 위해 조립후에 서로로부터 충분히 이격되어 저장되어야 한다.
일단, 자석 어셈블리(70)가 조립되면, 바람직하게는 자석 슬롯(66)내에 자석 어셈블리(70)를 동시에 펀칭함으로써 회전자 케이지(60)의 자석 슬롯(66)내에 놓이게 된다. 회전자 케이지(60)는 알루미늄과 같은 비자성체로 제조되는 것이 바람직하기 때문에, 자석(74)와 회전자 케이지(60) 사이의 자기 상호 작용은 크게 중요하지 않다.
고정자(20)의 어셈블리로 이동하여, 초기에, 각각의 권선 코어(40)는 종래 방식으로 조립된다. 권선(56)은 권선 극(50)상에 미끄러짐가능하게 장착된다. 이러한 공정은 특정 모터에 필요한 권선 어셈블리의 수 만큼 반복된다. 도시된 바와 같이 전기 모터(10)는 단지 2개의 권선 어셈블리(26)만이 필요하다. 그러나, 필요한 권선 어셈블리가 보다 적거나 많던가에 본 발명의 범위내에 포함되어 있고 특정 동작 파라미터, 특히 전기 모터(10)의 전력 출력에 달려 있다. 소정의 권선 어셈블리(26)에 대하여, 권선 어셈블리가 많으면 많을 수록, 보다 많은 전력을 모터는 발생시키게 된다.
도 7에서, 일단 권선 어셈블리(26)가 완성되면, 고정자(20)는 권선 어셈블리(26), 스페이서(28), 및 엔드캡(82)중 하나를 샤프트(24)에 장착시킴으로써 조립된다. 초기에, 스페이서(28)는 환형상 정지부(37)가 샤프트 칼라(36)에 인접할 때까지 샤프트의 일단부 위에 미끄러짐가능하게 장착된다. 권선 어셈블리(26)의 방향은 그다음, 권선 어셈블리(26)내의 키홈(46)이 샤프트(24)상의 키(38)와 정렬하도록 샤프트(24)와 일렬이 된다. 권선 어셈블리(26)는 권선 코어(40)가 스페이서(28)의 허브(32)에 인접할 때까지 샤프트(24)상으로 미끄러지게 된다. 로킹 와셔(30)는 권선 코어(40)에 인접하도록 샤프트의 양단부 상에 미끄러짐가능하게 장착되고, 샤프트 칼라(36)와 인접한 스페이서(28)에 대하여 권선 코어(40)를 유지하도록 정위치에 잠금된다.
권선 어셈블리(26)가 샤프트(24)에 장착될 때, 권선(56)의 내부 단부가 스페이서(28)의 허브(32)와 주변벽(33) 사이에서 수용될 필요는 없다. 허브(32)의 단부 및 주변벽(33)은 권선 코어(40)에 인접하여 스페이서(28)의 개방 단부를 효과적으로 폐쇄하게 되고 안에 권선(56)의 단부를 폐쇄하게 된다. 따라서, 권선(56)의 내부 단부는 스페이서(28)의 폐쇄된 내부 내에 유지되고, 이 스페이서(28)를 통하여 웹 개구(35) 및 이에 상응하는 주변벽 개구(37)가 접근하게 된다.
수지 재료가 주변벽 개구 및 웹 개구(35)를 통하여 스페이서(28)의 폐쇄된 내부내에 주입된다. 충분한 양의 수지는 스페이서(28)의 내부를 완전히 채우도록 주입된다. 샤프트(24)의 고정자 서브어셈블리, 권선 어셈블리(26), 및 수지로 채워진 스페이서(28)는 수지를 경화하기에 적합한 온도까지 가열된다.
샤프트(24)로부터 유지되는 고정자 서브어셈블리, 권선 어셈블리(26), 스페이서(28), 및 구워진 수지 충전물은 샤프트(24)만의 휨 강성보다 훨씬 더 큰 휨 강성을 갖는 구조를 생성하게 된다. 권선 코어(40)와 샤프트(24) 사이의 정밀한 끼워맞춤, 권선 코어(40)와 스페이서(28) 사이의 압축 장착 및 수지로 채워진 스페이서(28)의 견지에서 서브어셈블리의 단면 면적의 효율적인 증가로 인해 강성이 증가하게 된다. 도 2의 라인(130)은 샤프트(24)에 따라 제조된 샤프트의 효율적인 직경을 나타내지만, 서브어셈블리의 효율적인 강성을 갖는다.
이때에, 권선(56)에 대한 전기 리드가 샤프트의 내부를 통해 뻗는 콘딧에 연결되어 있다는 것을 염두에 두어야 한다. 전기 리드의 연결은 잘 알려져 있고 본 발명의 실질적인 부분을 형성하고 있지 않기 때문에, 상세하게 설명되지 않을 것이다. 또한 홀 센서(110)는 샤프트 서브어셈블리가 완료된 수에 전통적인 방식으로 샤프트(24)에 장착된다는 것을 이해해야 한다.
일단, 샤프트 서브어셈블리가 완료되면, 이미 세라믹 베어링(86)이 설치된 엔드캡(82)의 하나는 베어링의 단부가 샤프트(24)의 축소된 직경부분(24b)의 숄더부(25c)에 인접하고 커버 정지부(102)가 샤프트(24)의 축소된 직경부분(24c)의 숄더부(25d)에 인접할 때까지 엔드캡의 허브(84)내의 개구를 통해 샤프트를 미끄러지게 함으로써 샤프트(24)의 단부상에 장착된다.
도 8에서, 상응하는 엔드캡(82)과 함께 샤프트 서브어셈블리는 회전자 본체(62)내에 미끄러짐가능하게 장착된다. 제1 권선 어셈블리(26)가 회전자 케이지 본체(62)의 내부내에 수용될 때, 자석(74)은 권선을 당기어 자석과 접촉하게 한다. 자석(74)을 자석 커버(72)에 장착하는 것에 대하여, 자석이 매우 큰 분리력을 가지고 있지만, 마찰 계수는 충분히 낮아서 고정자 서브어셈블리는 회전자 케이지 본체(62)의 내부내에 미끄러질 수 있다. 필요하다면, 미끄러짐을 용이하게 하기 위해 샤프트 서브어셈블리 또는 회전자 케이지 본체(62)의 내부에 윤활유를 칠할 수 있다.
시동기 및 회전자의 서브어셈블리는 하우징(80)내에 미끄러짐가능하게 장착된다. 회전자/고정자 서브어셈블리의 삽입시에, 자석(74)은 하우징(80)의 일부에연결되고, 그래서 샤프트(24) 및 하우징(80)의 길이방향 축선이 경미하게 오프셋되는 결과를 가져오게 된다. 회전자/시동기 서브어셈블리가 완저히 삽입되면, 엔드캡 주변벽(90)상의 테이퍼되어 있는 표면(120)은 하우징의 에지와 접촉하게 되고 샤프트(24)를 하우징(80)에 대하여 그 단부에서 중심을 맞추게 된다. 테이퍼되어 있는 표면(120)의 쐐기 효과는 복수의 자석을 하우징(80)으로부터 연결해제하고, 결과적으로 하우징 및 샤프트 길이방향 축선을 경사지게 한다.
필요한 것은 아니지만, 하우징의 내표면이 하나 이상의 엠보스먼트를 갖고 엔드캡(82)의 주변벽(90)이 상응하는 수의 오목 자국 또는 그루브를 가져서 하우징(80)의 개방 단부내로 엔드캡 주변벽(90)이 삽입될 때, 엠보스먼트는 하우징(80)의 단부에 엔드캡(82)를 효율적으로 잠금하기 위해 상응하는 오목 자국 또는 그루부내에 수용될 때까지 주변벽(90)을 경미하게 편향시키는 것이 바람직하다.
전기 모터(10)의 조립을 완료한 후에, 또 다른 엔드캡(82)은 샤프트(24)의 반대 단부상에 미끄러짐가능하게 장착된다. 자석(74)의 힘이 주어진다면 고정자(20)의 적어도 일측은 회전자 케이지 본체(62)의 내부와 물리적으로 접촉하게 되고, 결과적으로 샤프트(24)가 하우징(80)에 대하여 경미하게 축을 벗어나게 된다는 것을 기억해야 한다. 엔드캡(82)의 주변벽(90)의 외부 단부(120)는 경미하게 테이퍼되어 있다. 이러한 구성에서, 제2 엔드캡(82)가 하우징(80)의 개방 단부내에 삽입될 때, 엔드캡(82)의 주변벽(90)의 테이퍼되거나 쐐기 형상인 외부 에지는 하우징(80)의 일부의 내부 에지와 접촉하게 된다. 하우징(80)의 단부내로의 주변벽(90)의 연속 삽입으로 샤프트의 길이방향의 액세스를 하우징(80) 및 회전자 케이지(60)의 축방향으로 정렬된 길이방향 축선과 정렬시키는 것을 시작할 수 있게 된다. 엔드캡(82)의 삽입의 완료시에, 권선 어셈블리(26)는 당겨지게 되어 회전자 케이지 본체(62)의 내표면과의 접촉이 해제된다. 그다음, 커버(98)는 샤프트상에 미끄러짐가능하게 장착되고 그래서, 중앙 허브(84)를 페쇄하고 대기에 대하여 세라믹 베어링(86)을 밀봉하게 된다.
조립된 위치에 있어서, 권선 어셈블리(26)의 외부와 회전자 케이지 본체(62)의 내부 사이의 약 0.5mm의 갭이 존재한다. 자석(74)의 매우 큰 자력이 주어진다면, 자석은 고정자 서브어셈블리의 과도한 강성에 의해 다행하게도 저항되는 하우징(80)에 연결되는 경향이 있다. 상기와 같은 본 발명에 따른 모터는 3.0 킬로와트의 피크 전력을 생성할 수 있고 약 95%의 효율로 약 850rpm에서 1.6 킬로와트의 안정상태에서 동작할 수 있다. 생성되는 최대 일정 토크는 18.2 Nm이다. 모터(100)의 성능은 모터(10)의 상대적으로 작은 크기를 고려할 때 상당히 큰 것이다. 하우징(80)은 약 417mm의 길이와 114.3mm의 직경을 갖는다. 각각의 권선 어셈블리(26)는 약 135mm 길이를 갖는다.
작동
모터의 작동은 주지된 방식으로 제어되고 여기에서는 일반적인 사항만을 설명할 것이다. 모든 DC 전기 모터에 있어서, 회전자는 상황에 따라 회전자상에 영구 자석을 당기거나 밀도록 고정자상의 극의 극성을 바꿈으로써 고정자에 대하여 전진된다. 본 발명에 따른 고정자는 고정자의 주변에서 약 40°간격으로 배치된권선(56)에 의해 형성된 9개의 극(51)을 구비한다. 회전자상의 영구 자석은 회전자의 주변에서 60°의 증분으로 이격되어 있다. 영구 자석은 권선의 폭보다 경미하게 큰 폭을 갖고 있다.
하나의 영구 자석 극이 하나의 권선 극상에 중심이 맞추어질 때, 다음 영구 자석은 일반적으로 인접한 극의 다음 극 사이에 직접적으로 중심이 맞추어지고, 영구 자석의 일부는 각각의 권선의 일부와 중첩한다. 이어지는 자석(74)은 한번 더 권선 극(51) 상에 중심이 맞추어진다. 자석(74)의 극과 권선(56) 사이에 고정된 물리적 관계가 주어진다면, 홀 센서(110)는 자석의 극 위치를 검출하기 위해 사용될 수 있고 이에 사응하는 신호를 출력하며, 이 신호는 회전자의 회전을 계속하기 위해 필요한대로 자석(74)을 밀거나 당기기 위해 필요한 대로 권선의 극성을 플립핑하도록 권선을 통하여 흐르는 전류의 방향을 바꾸기 위해 전자 제어 시스템(12)에 의해 사용된다. 영구 자석 및 권선의 수가 알려져 있고 이격된 관계도 알려져 있기 때문에 단지 하나의 홀 센서만이 필요하다. 그러나, 홀 센서는 필요한대로 권선(56)의 모든 극 또는 특정 극에 대하여 고정자의 주변에 위치될 수 있다.
전자 제어 시스템은 고정자에 대하여 회전자를 전진시킬 뿐만 아니라 고정자에 대하여 회전자의 방향을 바꿀 수도 있다. 이와 마찬가지로, 전자 제어 시스템은 전기 모터의 전진 또는 후진 동작을 제동하도록 효과적으로 사용될 수 있다. 전자 제어 시스템에 의한 전기 모터의 전진, 후진 및 제동에 대한 기술은 잘 알려져 있기 때문에 상세하게 설명되지 않는다.
모터의 속도는 권선에 인가된 전압의 크기를 조절함으로써 제어된다. 전압이 증가함에 따라, 모터의 속도는 그에 비례하여 증가한다. 따라서, 단순하고 잘 알려진 전압 제어는 모터의 속도를 제어하기 위해 필요한 모든 것이다. 모터의 속도를 제어하는 전압 제어를 사용하는 장점은 속도가 전기 모터에 전압 공급의 제한 내에 본질적으로 연속적으로 조절가능하고 특정 머신의 내부 저항이 모터에 의해 구동된다는 것이다.
안정 상태 동작 동안, 모터는 약 80와트의 열 에너지를 발생시킨다. 전력과 모터가 발생시키는 열에 비하여 작은 크기의 모터가 주어진다면, 특히 열이 자석(74)상에 가질 수 있는 부정적인 성능 효과가 발생할 때 열을 방산시키는 것은 중요하다. 엔드캡(82)상의 핀은 모터에 의해 방출된 열 에너지를 방산시키기 위해 기냉 히트 싱크로서의 기능을 하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 핀은 엔드캡의 내부로부터 외부로 뻗는다. 핀의 내부 로케이션은 모터의 내부내의 공기를 강제로 순환시키어 열 형성 영역을 제거하는 것을 돕게 된다. 모터의 회전은 핀의 회전에 영향을 주어 하우징내의 공기를 순환시킨다. 하우징내의 공기 순환 패턴은 본체(62)상의 자석 슬롯(66) 사이의 개방 스페이스를 통과함으로써 길이방향으로 발전할 수 있다. 회전자 케이지의 형상과 함께 엔드캡상의 핀은 모터의 크기를 증가시키지 않거나 복잡하게 하지 않고 열 에너지를 제거하는 강제 통풍 공기 냉각식 히트 싱크를 형성한다.
애플리케이션
도 9는 본 발명에 따른 전기 모터(10)에 대한 하나의 가능한 애플리케이션을 도시한다. 도 9는 일단부 상에 본 발명에 따른 전기 모터(10)가 장착되어 있고 타단부 상에 롤러(144)가 장착된 데크(142)를 포함하는 트레드밀(140)을 도시한다. 벨트는 전기 모터(10)의 하우징(80)의 주변에서 끌어지고 롤러(144)는 그 사이에서 데크를 구속한다. 벨트(146)가 전기 모터(10)의 하우징(80)과 물리적으로 접촉하고 있기 때문에, 하우징(80)이 회전하면 트레드밀의 벨트가 회전하게 된다.
상술된 바와 같이 전기 모터(10)는 2와 12 mph 사이에서, 이에 상응하는 142rpm에서의 0.27킬로와트 및 854rpm에서의 1.60킬로와트의 전력 요구량으로 작동하는 것이 바람직하다.
도 10은 전기 모터(10)에 대한 또 다른 애플리케이션을 도시한다. 도 10에서, 모터(10)가 일단부에 장착되어 있고 하나 이상의 롤러(154)가 데크(152)상의 다양한 위치에 장착된 데크(152)를 갖는 컨베이어(150)를 포함하는 단순한 물품 취급 시스템이 도시되어 있다. 컨베이어 벨트(156)는 롤러(154) 및 전기 모터(10)에 의해 끌어진다. 하우징(80)의 회전은 컨베이어 벨트(156)의 이동에 영향을 준다.
이러한 애플리케이션중 어느 하나에서, 본 발명은 안정 상태 동작에 대한 상대적으로 높은 출력(1.6킬로와트)를 가지면서 상대적으로 작은 직경(114mm)을 갖는다는 점에서 종래 전기 모터에 비해 유익하다. 전기 모터(10)의 낮은 프로파일로 인해 제한된 공간이 있는 경우의 다양한 애플리케이션에서 사용할 수 있게 된다. 또한 축소된 프로파일은 대직경의 종래 모터와 관련된 벨트의 크기 및 관성 제동 문제를 감소시킨다.
본 발명에 따른 전기 모터의 또 다른 장점은 모터의 전력 출력은 필요한 매개 스페이서(28)와 함께 단순히 4개의 권선 어셈블리(26)를 더함으로써 증가될 수있다. 물론, 이러한 구성은 보다 긴 샤프트(24)를 필요로 한다. 그러나, 종래 기술과는 달리, 종래 모터내에 본래 있었던 편향을 크게 감소시키는 효율적으로 큰 직경 샤프트를 함께 형성하는 추가 스페이서(28)를 추가 권선 어셈블리(26)가 포함할 수 있기 때문에 샤프트의 길이는 크게 중요하지 않고, 그래서 작동 동안 회전자 및 고정자가 접촉할 수 있도록 하기에 충분한 샤프트 편향의 부정적인 결과를 제거할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 대안적인 실시예의 전기 모터(210)를 도시한다. 대안적인 실시예의 전기 모터(210)는 물리적으로 그리고 기능적으로 제1 실시예의 전기 모터(10)와 유사하거나 동일한 많은 구성요소를 포함한다. 따라서, 가능한 데까지, 제1 실시예의 구성요소와 유사한 제2 실시예의 구성요소는 200만큼 증가된 유사한 식별번호를 갖는다.
전기 모터(210)는 전기 모터(210)의 작동을 제어하는 전자 장치의 모두를 포함하는 전기 제어 시스템(212)을 포함한다. 이 전기 제어 시스템은 제어 시스템(12)과 동일하고 따라서 도시되지 않는다. 이 전기 제어 시스템(12)은 많은 잘 알려진 제어 시스템으로 달성될 수 있고 본 발명의 임의의 기본적인 부분을 형성하지 않는다. 따라서, 상세하게 설명되지 않을 것이다. 일반적으로 제어 시스템(12)은 직접 또는 간접적으로 영구 자석의 극에 대하여 각각의 권선의 극의 위치를 모니터링하고 이러한 정보를 사용하여 회전자의 회전(전진 또는 후진), (일반적으로 전압의 크기를 바꿈으로서) 모터 스피드, 제동을 포함할 수 있는 모터 가속/감속에 영향을 주는 권선에 흐르는 전류의 스위칭을 제어하게 된다.
전기 모터(210)는 회전자(222)내에 장착된 고정자(220)를 포함한다. 고정자(220)는 비회전 샤프트(224)에 고정 장착된다. 회전자(222)는 샤프트(224)에 회전가능하게 장착된다. 샤프트의 단부는 컨베이어 시스템의 구조적 요소 또는 특정 애플리케이션의 구조적 요소에 샤프트를 장착시키는 블록(225)을 장착시킴으로써 고정 유지된다.
도 13 및 도 14에서, 샤프트(224)는 환형상 숄더부(224B)에서의 일단부에서 그리고 환형상 넥(224C)내의 타단부에서 종료하는 일정한 직경 중앙부(224A)를 포함한다. 환형상 네크(224C)는 로킹 링(224D)으로 전이하고, 그다음 축소된 직경 센서 장착부(224E)로 전이한다. 환형상 그루브(224F)는 센서 장착부(224E)와 베어링 장착부(224G) 사이에 배치된다. 축소된 직경 키(224H)는 베어링 장착부(224G)로부터 뻗는다. 환형상 숄더부(224B)로부터 외부방향의 샤프트(224)의 타단부는 환형상 그루브(224F), 베어링 장착부(224G) 및 키(224H)를 포함한다는 점에서 구조가 유사하다. 고정자 키홈(224I)은 단부 사이의 중앙부(224A)의 길이를 따라 뻗어 있고 샤프트(224)의 길이방향 축선(224J)에 대하여 10도의 각의 방위를 갖고, 결과적으로 고정자 캐웨이의 양단부가 서로 방사방향으로 20도 오프셋된다. 전기 콘딧(224K)은 샤프트의 일단부에 제공되고 제어 시스템으로부터 권선 및 홀 센서와 같은 내부 센서로 전선에 대한 경로를 제공한다.
도 15 및 도 16에서, 고정자(220)는 제1 실시예의 복수의 권선 어셈블리(26)에 비하여 샤프트(26)에 고정 장착된 단일 권선 어셈블리(226)를 포함한다. 단일 권선 어셈블리(226)는 복수의 권선(256)이 장착된 권선 코어(240)를 포함하고 있다는 점에서 제1 실시예의 권선 어셈블리와 구조가 유사하다. 권선 코어(40)에서와 같이, 권선 코어(240)는 디스크가 샤프트상에서 미끄러질 때 샤프트의 고정자 키홈(224I)내에 수용되는 크기인 키(246)가 안으로 뻗은 축방향의 개구(244)를 각각 갖는 복수의 디스크(242)를 포함한다. 디스크는 일련의 권선 극(25)을 샤프트상에 장착할 때 형성한다. 각각의 권선 극(250)은 효과적으로 권선(256)을 유지하는 캡(252)내에서 종료한다. 권선 극(250)은 권선 채널(254)에 의해 이격된다.
권선(256)은 종래의 것이고 권선 극(250)의 주변에 감겨진 전선을 포함한다. 권선 채널(254)은 수지로, 바람직하게는 2성분 에폭시 수지로 채워져 진동을 감소시킨다.
권선 극(250)은 디스크에 대하여 중심에서 매 20°씩 이격되는 것이 바람직하다. 디스크가 고정자 키홈(224I)을 따르기 때문에, 각각의 권선 극의 양단부는 서로 방사방향으로 20°오프셋되고, 그래서 인접하는 권선 극의 양단부는 방사방향으로 정렬된다. 달리 말하면, 회전의 방향이 주어진다면, 각각의 권선은 리딩 단부 및 트레일링 단부를 가지게 된다. 하나의 권선의 트레일링 단부는 트레일링 권선의 리딩 단부와 방사방향으로 정렬된다.
도 11, 도 12, 도 17 및 도 18에서, 제2 실시예 전기 모터(210)에 대한 회전자(222)는 영구 자석이 외부 하우징에 직접 장착되기 때문에 회전자 케이지가 필요하지 않다는 점에서 제1 실시예 전기 모터(10)와 상이하다. 제2 실시예 회전자(222)는 복수의 금속 링(260)이 미끄러짐가능하게 수용되는 하우징(280)을 포함한다.
하우징(280)은 본질적으로 제1 실시예의 하우징(80)과 동일하다. 하우징(280)은 개구 단부(272)를 갖는 일반적으로 원통형상을 갖는다. 하우징의 외부는 개구 단부(272)에 인접한 테이퍼부(274)를 갖는다. 환형상 칼라(276)는 하우징의 오목한 내부내에 위치되고 제1 내부 직경(278)과 제2 내부 직경(280) 사이에 경계부를 형성한다. 제1 내부 직경은 링(260)의 외부 직경에 상응한다. 제2 내부 직경(280)은 칼라(276)로부터 개방단부(272)로 뻗고 직경이 제1 내부 직경(278)보다 크다.
금속 링(260)은 일단 요구되는 로케이션에 위치되면 하우징(280)의 내부에 결합된다. 금속 링은 Nd-Fe-B(neodymium iron boron)로 제조되는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 링은 10.43 cm의 외부 직경 및 9.83cm의 내부 직경을 갖는다. 각각의 링은 3.35cm의 폭을 갖고, 10개의 링은 전체 33.5cm의 길이로 하우징(280)의 내부를 가로질러 뻗는다.
금속 링(260)은 하우징(280)의 내부에 결합된 후에 자기화된다. 하우징(280)에 삽입되어 장착된 후에 금속 링(260)의 자기화는 Nd-Fe-B 자석의 강도에 관한 제1 실시예에 관련된 조립 문제점을 실질적으로 제거한다.
도 18에서, 금속 링(260)은 각각의 링이 교호하는 자속 방향의 세그먼트(262)를 갖는 방식으로 자기화된다. 도 16의 화살표(265)는 상응하는 세그먼트(262)에 대한 자계의 방향을 도시한다. 세그먼트(262)는 링(260)의 주변의 중심에서 약 매 30°마다 자속이 바뀌게 된다.
세그먼트(262)의 30°이격은 각각의 권선 코어의 20° 이격과 협동하여 하나의 권선 극의 리딩 단부가 소정의 세그먼트(262) 상에서 회전하고 있을 때 트레일링 극의 약 1/2(10°원호)이 소정의 세그먼트 아래에 배치되게 된다. 인접하는 권선과 소정의 세그먼트 사이의 중첩은 소정의 세그먼트 또는 자석에 대하여 권선내에 아무런 중첩이 없는 제1 모터에 비하여 모터에 대한 보다 큰 연속 전력 출력을 야기한다. 인접 권선과 소정의 자석 사이의 중첩량은 모터의 전력 출력 요구랑에 의존하여 변할 수 있다.
제어기는 권선(56)이 회전자(220)의 회전에 영향을 주는 것과 동일한 방식으로 권선(256)을 흐르는 전류를 전환한다. 본질적으로, 전류는 영구 자석의 중심라인이 상응하는 권선의 중심라인을 통과할 때 방향이 전환되고, 그래서 권선은 초기에 영구 자석을 권선 중심라인으로 당기고 그다음 영구 자석을 권선 중심라인으로부터 떨어지도록 민다. 영구 자석의 길이방향 축선에 대하여 권선의 환형상의 방위는 보통 영구 자석의 길이방향의 중심점이 권선의 길이방향의 중심점을 통과할 때 전류를 전환하게 된다.
도 19 및 도 20에서, 엔드캡(282)은 하우징(280)의 개방 단부(272)를 폐쇄하도록 제공된다. 엔드캡(282)은 엔드캡(82)과 동일하고 세라믹 베어링(286)에 대한 시트를 집합적으로 형성하는, 정지부(287)를 갖는 관통구멍(285)을 형성하는 중앙 허브(284)를 포함한다. 환형상의 그루브(288)는 중앙 허브의 내부 단부에 위치된다. 주변벽(290)은 중앙 허브(284)로부터 뻗는 방사상 웹(292)에 의해 연결되어 있다. 방사상 웹(292)의 일부는 주변 정지부(294)를 형성하도록 주변벽(290)상에 뻗어 있다. 주변벽(290)의 팁부(291)는 엔드캡의 하우징(280)내로의 삽입을 돕기위해 테이퍼링된다. 핀(296)은 방사상 웹(292)으로부터 외부방향으로 뻗는다.
도 21 및 도 22에서, 커버(298)가 제공되고 안으로 환형상의 정지부(302)가 뻗는 축방향의 개구(300)를 구비한다. 동심 링(304)은 커버(298)의 내표면상에 형성되고 중앙 허브 개구를 외접시키는 동심 링(306)과 맞물리고 그래서 커버(298)가 엔드캡(282)에 장착될 때 레버린스 실을 형성하게 된다.
도 23은 나사선식 장착 스터드(312)가 뻗어 있는 베이스(310)를 포함하는 장착 블록(225)을 도시하고 있다. 클램핑 요크(314)는 볼트(316)에 의해 엔드키(224H)를 압축식으로 유지한다. 이 요크(314)는 베이스(310)내의 홈(318)내에 수용된다.
제2 실시예의 전기 모터(210)의 조립은 이제 설명될 것이다. 제1 실시예의 전기 모터(10)에 있어서, 조립 단계의 정확한 순서는 본 발명에 중요하지 않다. 조립 단계는 단지 본 발명의 보다 나은 이해를 위해 설명되었고 순서는 제한되는 것으로 생각해서는 안된다.
고정자(220)는 샤프트(224)의 제어 단부 상으로 복수의 디스크(242)를 미끄러지게 함으로써 조립된다. 각각의 디스크의 키(246)는 디스크(242)가 위에 삽입될 때 샤프트 키홈(224I)과 정렬된다. 디스크 키(246)를 샤프트 키홈(224I)과 정렬하고 디스크(242)를 샤프트(224)상에 미끄러지게 삽입함으로써 권선 코어(240)의 권선 극(250)을 형성하게 된다.
일단 디스크(242)가 샤프트(224)상에 장착되면, 스페이서(288)는 샤프트상에 미끄러짐가능하게 장착되고 로크 와셔(289)에 의해 디스크(242)와 인접 접촉되어유지된다. 로크 와셔(289)는 압축식으로 디스크를 칼라(224B)에 대하여 유지시킨다. 그다음 권선(256)은 종래 방식으로 전선을 권선 극(250)의 주변을 감음으로써 형성된다.
일단 권선(256)이 권선 극(250)을 둘러싸도록 조립되면, 고정자(220) 및 회전자(222)는 조립될 수 있다. 고정자(220)는 회전자(222)의 내부내로 미끄러짐가능하게 삽입된다. 링(260)이 미리 자기화되어 있는 것이 바람직하기 때문에, 고정자(220)는 회전자(222)의 자기화된 링(260)과 접촉하도록 당겨진다. 고정자(220)는 그다음, 회전자(222)의 링(260)의 내부를 통해 미끄러짐가능하게 삽입될 수 있다. 제1 실시예에서, 윤활유는 고정자(220)와 회전자(222) 사이의 마찰 계수를 감소시키도록 사용될 수 있다.
엔드캡(82) 및 베어링(86)을 하우징(280)에 장착시키는 단계는 이전에 제1 실시예에서 설명된 것과 동일하기에 상세하게 설명하지 않는다. 일단, 엔드캡(282), 세라믹 베어링(286), 및 커버(298)가 조립되면, 어셈블리는 장착 블록(225)에 장착될 준비가 된다. 샤프트(224)의 각각의 단부상의 키(224H)는 장착 블록내의 키구멍(340)내에 미끄러짐가능하게 삽입된다. 블록(342)는 장착 블록 및 클램핑을 통하여 뻗는다. 너트(344)는 볼트(342)의 일단부상으로 나사홈이 나있고 장착 블록(225)에 대해 클램핑 바를 당기도록 조여지고 그래서 샤프트를 장착 블록에 단단히 고정시킨다. 장착 블록(225)은 장착 블록을 구조적 지지부에 고정시키는 상기 장착 블록(225)으로부터 뻗은 장착 볼트(346)를 포함한다. 그다음, 장착 블록은 임의의 적합한 구조에 장착될 수 있다.
본 발명이 특정 실시예에 관련하여 상세하게 설명되었지만, 이것은 예시일 뿐이고 제한하는 것은 아니며, 첨부된 청구항의 범위에 그 변형 및 수정이 포함되도록 하였다.

Claims (36)

  1. 길이방향 축선을 형성하고 구조적 지지부에 고정 장착되도록 적용된 양단부를 구비한 샤프트(24);
    상기 샤프트에 고정 장착되고 권선 극성을 바꾸도록 전류의 방향을 바꿀 수 있는 복수의 권선(56)을 포함하는 고정자(20);
    상기 샤프트에 회전가능하게 장착되고, 상기 고정자의 주변에서 방사방향으로 이격되고 각각은 적어도 하나의 소정의 극을 갖는 복수의 자석(74,260)을 포함하는 회전자(22); 및
    상기 고정자의 주위에서 상기 회전자의 회전을 시동시키고 제어하는 방식으로 상기 권선을 흐르는 전류의 방향을 제어하도록 상기 권선에 연결된 제어기(12);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자는 길이방향 축선을 갖는 튜브형상의 하우징(80)을 포함하고 상기 자석은 상기 튜브형상의 하우징의 내부에 작동가능하게 연결되어 상기 하우징이 상기 고정자에 대하여 회전하고 상기 전기 모터에 대하여 외부 구동 메커니즘으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 자석은 상기 고정자를 둘러싸는 복수의 자기화된 금속 링(260)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 자기화된 금속 링의 각각은 상기 링이 교호 극성의 방사상 세그먼트(262)를 포함하도록 자기화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  5. 제 4 항에 있어서, 각각의 방사상 세그먼트는 중심에서 약 30도의 원호만큼 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 회전자는 상기 복수의 자석을 지지하는 원통형상의 케이지(60)를 더 포함하고 상기 튜브형상의 하우징내에 축방향으로 위치되며 상기 고정자는 상기 원통형상의 케이지내에 수용되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 원통형상의 케이지는 상기 자석이 안에 수용된 방사방향으로 이격된 자석 개구(68)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 자석 개구는 상기 원통형상의 케이지의 주위의 중심에서 약 60도로 방사방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 원통형상의 케이지는 상기 자석 개구가 위치된 복수의 축방향의 슬롯(66)을 포함하고, 상기 회전자는 상기 슬롯 내에 수용되고 위에 상기 자석이 장착되어, 자석 커버(72)가 상응하는 슬롯내에 수용될 때, 상기 자석이 상응하는 개구내에 위치되도록 하는 상기 자석 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  10. 제 9 항에 있어서, 각각의 자석 슬롯내에 복수의 자석 개구가 존재하고 상기 자석 커버는 상기 자석 개구의 각각에 대한 자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한항에 있어서, 상기 고정자는 주위에 권선이 장착된 복수의 권선 극(50)을 갖고 길이방향 축선을 형성하는 권선 코어(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 권선은 상기 권선 길이방향 축선이 상기 권선 코어 길이방향 축선과 제1 예각을 형성하도록 상기 코어상에 방향이 정해지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 예각은 10도인 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선 코어는 복수의 디스크를 샤프트에 장착하기 위해 상기 샤프트를 미끄러짐가능하게 수용하는 크기로 된 축방향의 개구(44)를 갖는 복수의 디스크(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  15. 제 14 항에 있어서, 각각의 디스크는 키(38) 및 키홈(46)중 하나를 포함하고 상기 샤프트는 상기 키 및 상기 키홈중 또 다른 하나를 포함하여 상기 디스크를 상기 샤프트에 장착시에 키는 상기 키홈내에 수용되고 그래서 상기 디스크를 상기 샤프트에 대하여 정렬시키는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 샤프트의 상기 키 및 키홈중 하나는 샤프트 길이방향 축선에 대하여 제2 예각으로 방향이 정해지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제2 예각은 10도인 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  18. 제 11 항 내재 제 17 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선 극은 중심에서 방사방향으로 약 40도로 이격된 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  19. 제 11 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선 극은 중심에서 방사방향으로 약 20도로 이격된 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선 극은 상기 권선을 상기 권선 극상에 유지하기 위해 상기 권선의 말단부에 권선 캡(252)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  21. 제 11 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선 코어는 상기 권선 극 사이에 배치된 탭(52)을 더 포함하고 상기 탭은 상기 권선 극상에 상기 권선을 유지하기 위해 발산하는 말단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자는 상기 샤프트에 미끄러짐가능하게 장착된 복수의 권선 어셈블리(26)를 더 포함하고 각각의 권선 어셈블리는 복수의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 고정자는 상기 샤프트에 장착되고 인접하는 권선 어셈블리 사이에 배치된 스페이서(28)를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 샤프트의 휨 저항성을 증가시키기 위해 상기 샤프트 단면적을 효율적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  24. 제 23 항에 있어서, 수지는 상기 샤프트의 휨 저항성을 더 효율적으로 증가시키기 위해 상기 권선 어셈블리 및 상기 스페이서를 효율적으로 통합시키도록 상기 스페이서와 상기 권선 어셈블리 사이의 공간내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 샤프트는 칼라(36)를 포함하고 상기 스페이서는 상기 칼라의 위치를 상기 샤프트에 대하여 고정시키기 위해 상기 샤프트에 상기 칼라를 장착할 때 상기 칼라에 접하는 환형상의 정지부(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  26. 제 2 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서, 회전가능하게 상기 하우징을 상기 샤프트에 장착시키는 복수의 베어링(86)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 샤프트의 각각의 단부 부근의 상기 샤프트상에 하나의 베어링이 장착된 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  28. 제 2 항 내지 제 27 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자는 상기 샤프트에 상기 하우징을 장착하고 상기 하우징의 개방 단부를 폐쇄하는 양 엔드캡(82)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 엔드캡의 각각은 상기 샤프트에 상기 하우징을 장착시키기 위해 상기 하우징 내부내에 수용되는 주변벽(90) 및 상기 샤프트를 수용하는 개구를 형성하는 중앙 허브(84)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 중앙 허브는 상기 샤프트가 베어링 및 상기 허브 개구를 통과하도록 상기 엔드캡에 상기 베어링을 장착시키기 위하여 상기 중앙 개구를 둘려싸는 베어링 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 주변벽은 상기 하우징에 대하여 상기 엔드캡의 삽입을 제한하도록 상기 하우징의 에지에 접하는 정지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변벽의 말단 에지는 상기 주변벽을 상기 하우징내에 용이하게 삽입시키는 것을 향상시키기 위해 테이퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  33. 제 29 항 내지 제 32 항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 엔드캡은 상기 샤프트에 대하여 상기 중앙 개구를 밀봉하기 위해 커버(98)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 중앙 허브 및 커버는 각각 상기 커버가 상기 엔드캡에 장착될 때 래버린스 실을 형성하도록 맞물리는 상응하는 동심 링(104,106)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  35. 제 1 항 내지 제 35 항중 어느 한 항에 있어서, 구조적 지지부에 상기 샤프트 단부를 고정 장착시키는 장착 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  36. 제 1 항 내지 제 35 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석은 네오디뮴으로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
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