KR20050088432A - 통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브 - Google Patents

통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브 Download PDF

Info

Publication number
KR20050088432A
KR20050088432A KR1020057010815A KR20057010815A KR20050088432A KR 20050088432 A KR20050088432 A KR 20050088432A KR 1020057010815 A KR1020057010815 A KR 1020057010815A KR 20057010815 A KR20057010815 A KR 20057010815A KR 20050088432 A KR20050088432 A KR 20050088432A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
raceway surface
roller
carrier
raceway
supporting
Prior art date
Application number
KR1020057010815A
Other languages
English (en)
Inventor
엑시아올랜 에이아이
제프리 비샵
Original Assignee
더 팀켄 컴퍼니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 팀켄 컴퍼니 filed Critical 더 팀켄 컴퍼니
Publication of KR20050088432A publication Critical patent/KR20050088432A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H13/00—Gearing for conveying rotary motion with constant gear ratio by friction between rotary members
    • F16H13/06—Gearing for conveying rotary motion with constant gear ratio by friction between rotary members with members having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H13/00—Gearing for conveying rotary motion with constant gear ratio by friction between rotary members
    • F16H13/10—Means for influencing the pressure between the members
    • F16H13/14—Means for influencing the pressure between the members for automatically varying the pressure mechanically
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/18—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with ribs or fins for improving heat transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브(1)가 제공된다. 장치는 전기 모터(100) 및 트랙션 드라이브(200)를 포함한다. 전기 모터(100)는 높은 각속도에서 태양 롤러(153)에 동력을 제공한다. 태양 롤러(153)는 동력을 트랙션 드라이브(200)로 전달하고, 트랙션 드라이브는 동력을 보다 작은 각속도로 감소시키고, 그것을 출력 샤프트(252)를 경유하여 전달한다.

Description

통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브 {INTEGRATED ELECTRIC MOTOR AND TRACTION DRIVE}
관련출원의 참조
본 출원은 2002년 12월 13일에 출원된 미국 가출원 No.60/433.331과 관련되며, 여기에서 참고적으로 첨부되어 우선권을 청구한다.
전기모터는 가장 널리 이용되는 장치 중 하나이다. 그 용례는 자동차에서 지상의 이동 장치(earth mover)까지, 항공기에서 해양 장치까지, 가정용 기기에서 의료 장치까지의 범위에 걸쳐 있다.
최근, 동력 밀도가 보다 더 큰 모터에 대한 수요가 증가하고 있다. 본 발명에서 동력 밀도(power density)는 각각 W/kg 또는 W/리터로 표시되는 단위 중량 또는 단위 부피 당 전달되는 동력의 양으로 정의될 수 있다. 동력 밀도를 증가시키는 한 가지 방법은 모터의 속도를 증가시키는 것이다. 모터의 속도가 증가함에 따라 모터의 전체적인 동력 역시 증가한다. 그 결과, 기계 설계에 있어서 고속으로 작동하는 소형의 전기 모터를 이용하고자 하는 경향이 있다. 이러한 경향으로 인해, 용례에 따라서는, 모터가 종동 부재에서 요구되는 속도보다 더 빠른 속도로 구동된다. 따라서, 모터의 속도를 종동 부재에서 요구되는 속도로 감속시키기 위하여 모터와 종동 부재 사이에 종종 감속 유닛을 포함시키는 것이 필요한 것으로 간주된다. 이것은 전체적으로 동력 밀도를 커지게 하지만, 상기 감속 유닛은 추가의 중량 및 부피 때문에 여전히 동력 밀도를 제한한다.
이것의 한 가지 해결 수단으로서, 기어 감속 유닛을 전기 모터에 통합한 소위 기어-헤드 모터가 있다. "보통의" 기어-헤드 모터보다 훨씬 비싸고 보다 빠른 속도로 구동될 수 있는 "정밀한" 기어-헤드 모터를 비롯하여 많은 종류의 기어-헤드 모터가 있다. 그러나, 정밀하게 만들어진 기어 헤드조차도, 기어-헤드 모터는 동작 속도가 종종 5,000 내지 6,000 rpm으로 제한된다. 이것은 상당한 정도로 기어-헤드 모터가 그 궁극의 동력 밀도 잠재력을 달성하지 못하도록 하였다.
트랙션 드라이브에서의 최근의 기술 개발에 따르면, 잘 조립된 트랙션 드라이브는 10,000 rpm 이상의 고속으로 동작하고 기어-헤드 드라이브보다 비용이 훨씬 적게 소요될 수 있다는 것이 입증되었다. 따라서, 트랙션 드라이브를 전기 모터와 통합하면 시스템의 동력-밀도 포텐셜을 증가시키고, 따라서 전기 모터의 응용 분야를 확대시킬 수 있다.
첨부한 도면은 본 명세서의 일부를 구성한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 전면을 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 상기 실시예의 후면을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 상기 실시예의 단면도이다.
도 4는 모터의 단면도이다.
도 5는 상기 실시예의 궤도면 및 지지 샤프트에서의 힘을 나타내는 다이어그램이다.
일부의 도면 전체에 걸쳐서, 대응되는 참조 부호는 대응되는 부품을 나타낸다.
간략히 말하자면, 본 발명은 높은 각속도에서 동력을 받아들이고 보다 작은 각속도에서 동력을 전달하는 트랙션 드라이브가 통합된, 높은 각속도에서 동력을 공급하는 모터이다. 모터는 고정자, 높은 각속도로 고정자 내에서 회전하는 회전자, 회전자에 고정되고 제1 궤도면을 갖는 태양 롤러(sun roller)를 포함한다. 트랙션 드라이브는 캐리어(carrier), 출력 샤프트 및 태양 롤러의 제1 궤도면에 대해 편심된 제4 궤도면을 갖는 외측 링 부재, 제3 궤도면을 갖고 캐리어에 의하여 지지되는 로딩 유성 롤러(loading planetary roller)를 포함한다. 제3 궤도면은 제1 및 제4 궤도면에 형성되는 수렴 웨지(convergent wedge)에서 태양 롤러의 제1 궤도면 및 외측 링의 제4 궤도면과 맞물려 태양 롤러와 외측 링 사이에 동력을 전달한다. 외측 링의 출력 샤프트는 작은 각속도에서 동력을 전달한다.
후술되는 상세한 설명은 본 발명을 단지 예로서 설명하는 것이며, 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 후술되는 상세한 설명은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하고 이용할 수 있게 하며, 현 시점에서 본 발명을 실행하기에 최적의 형태인 것으로 생각되는 것을 비롯하여, 본 발명의 다양한 실시예, 수정, 변형, 대안 및 용도를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브(1)의 한 가지 실시예는 전기 모터(100) 및 트랙션 드라이브(200)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는, "통합형"은 "복수 개의 부품을 결합하여 단일 유닛을 형성하는 것"을 의미한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 전기 모터(100)는 모터 하우징(110), 모터 커버(120), 베어링 컵 플레이트(130), 고정자(140), 회전자(150) 및 태양 롤러(153)를 포함한다. 모터 하우징(110)은 모터 커버(120)에 부착하기 위한 구멍(112)이 형성된 전면(111), 감속기(200)에 부착하기 위한 구멍(114)들이 형성된 후면(113), 고정자(140)에 고정하기 위한 내면(115), 외면(117)으로부터 연장되어 동작 중에 발생되는 열의 분산을 돕는 냉각 핀(116)이 형성된 중공 실린더이다. 모터 커버(120)는 베어링 컵 플레이트(130)에 부착하기 위한 구멍(122)들이 형성된 전면(121), 모터 하우징(110)의 전면(111) 및 각각의 구멍(112)에 부착하기 위한 구멍(124)이 형성된 후면(123), 베어링(155)을 매개로 하여 태양 롤러(153)를 지지하기 위한 제1 보어(125)를 형성하고 있는 융기형 동심 환형부(raised concentric annulus)가 마련된 디스크이다. 베어링 컵 플레이트(130)는 모터 커버(120)의 전면(121) 및 각 구멍(122)들에 부착하기 위한 구멍(132)들이 형성된 후면(131)을 형성하는 디스크이다. 고정자(140)는 모터 하우징(110)의 내면(115)에 고정하기 위한 외면(141)과, 전력에 의하여 전류를 공급받아 회전자(150)에 맞물림 결합되기 위한 자극(磁極)들을 형성하는 내부 극들(internal poles)(142)이 마련된 중공 실린더이다. 회전자(150)는 태양 롤러(153)에 고정하기 위한 제2 보어와, 고정자(140)의 내부 암극들(female poles)(142)에 맞물리는 외부 수극들(male poles)(152)을 규정하는 중공 실린더이다. 태양 롤러(153)는 트랙션 드라이브(200)와 맞물리도록 제1 궤도면(154)을 형성하는 샤프트이다.
당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 전력 공급이 제공되어 고정자(140)의 내부 극(142)들의 권선들에, 그리고 그 권선들로부터 전력을 공급한다. 도면을 용이하게 볼 수 있도록, 권선들은 도면에 도시하지 않았다. 도 1 내지 도 3의 실시예는 통상적인 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance moter)를 보여주고 있지만, 브러시리스(brushless) 모터들, DC 모터들, 및 AC 인덕션(induction) 모터들과 같은 다른 유형의 모터들도 이용할 수 있다. 도 1 내지 도 3의 실시예는 적층 플레이트들에 의하여 형성된 회전자(150)를 설명하고 있지만, 다른 유형의 회전자들도 이용할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 트랙션 드라이브(200)는 캐리어(210), 로딩 유성 롤러(230), 지지 유성 롤러(245)들, 외측 링 부재(250), 이중 열 베어링(double row bearing)(260), 트랙션 드라이브 하우징(270)을 포함한다. 캐리어(210)는 베이스 플레이트(211) 및 커버 플레이트(220)를 포함한다. 베이스 플레이트(211)는 전면(212), 후면(213), 모터 하우징(110) 및 트랙션 드라이브 하우징(270)에 부착하기 위한 구멍(214)들, 로딩 유성 롤러(230)를 지지하기 위한 옵라운드 핀홀(obround pinhole; 215), 지지 유성 롤러(245)를 지지하기 위한 핀홀(216)들, 태양 롤러(153)를 지지하기 위한 제3 보어(217), 섬(218)들이라 지칭하는 후면(213) 상의 아치형 웨지를 형성하는 융기형 동심 환형부가 마련된 디스크이다. 섬(218)들은 베이스 플레이트(211)과 커버 플레이트(220) 사이에서 스페이서(spacer)로 기능하여, 지지 유성 롤러(245)와 로딩 유성 롤러(230)를 수용하는 공동을 형성한다. 커버 플레이트(220)는 로딩 유성 롤러(230)를 지지하기 위한 옵라운드 핀홀(221), 지지 유성 롤러(245)를 지지하기 위한 핀홀(222) 및 태양 롤러(153)를 수용하기 위한 관통공(223)을 형성하는 디스크이다.
지지 유성 롤러(245)는 핀 샤프트(246) 및 베어링(247)들을 포함한다. 베어링(247)은 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)과 맞물리는 제2 궤도면(248)을 형성한다. 베어링(247)들은 핀 샤프트(246)들에 고정되어, 제2 궤도면(248)이 자유롭게 회전하게 한다. 핀 샤프트(246)는 베이스 플레이트(211)의 핀홀(216)들과 커버 플레이트(220)의 핀홀(222)들에 삽입되어, 지지 유성 롤러(245)는 섬(218)들에 의해 형성되는 공동 내에 위치하게 한다.
로딩 유성 롤러(230)는 핀 샤프트(231), 탄성 인서트(elastic insert)(232), 지지 베어링(235) 및 롤러(238)를 포함한다. 탄성 인서트(232)는 외면(233) 및 중앙 구멍(234)이 있는 원형의 형태이다. 지지 베어링(235)은 내부 궤도(236)와 외부 궤도(237)가 형성된, 볼 베어링과 같은 원형의 마찰 방지 베어링이다. 롤러(238) 역시 내면(239) 및 제3 궤도면(240)이 있는 원형의 형태이다. 조립시, 지지 베어링(235)은 탄성 인서트(232)에 고정되는데, 그 내부 궤도(236)가 인서트(232)의 외면(233) 위로 기밀하게 끼워맞춰진다. 롤러(238)는 그 내면(239)과 지지 베어링(235)의 외부 궤도(237) 사이에서 억지 끼워맞춰지면서 지지 베어링(235)에 설치되어, 롤러(238)는 자유롭게 회전할 수 있다. 이어서, 탄성 인서트(232)는 탄성 인서트(232)의 중앙 구멍(234)을 통해 핀 샤프트(231)를 삽입함으로써 핀 샤프트(231)에 고정된다. 핀 샤프트(231)는 베이스 플레이트(211)의 핀홀(215)과 커버 플레이트(220)의 핀홀(221)에 삽입되어, 제3 궤도면(240)이 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154) 및 외측 링(250)의 제4 궤도면(251)에 맞물린다. 핀홀들(215, 221)의 옵라운드(obround) 형상은 핀 샤프트(231)가 전후로 약간 활주할 수 있도록 해준다. 동작 중에, 이는 로딩 롤러(238)가 로딩 롤러(238)의 제3 궤도면(240)에 대하여 효과적인 위치로 자동으로 이동하여, 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)과 외측 링(250)의 제4 궤도면(251) 사이에서 수렴 웨지에 맞물리도록 함으로써, 태양 롤러(153)와 외측 링(250) 사이에 동력이 전달될 수 있게 한다. 도 1 내지 도 3에 도시한 핀 샤프트(231)는 핀홀들(215, 221)에 의해 지지되는 것으로 도시되어 있지만, 핀 샤프트(231)를 스프링 또는 엘라스토머들(elastomers)을 통해 캐리어(210)에 의해 지지되도록 할 수도 있다.
외측 링 부재(250)는, 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)에 대해 편심되어 로딩 유성 롤러(230)의 제3 궤도면(240) 및 지지 유성 롤러(245)의 제2 궤도면(248)에 맞물리는 제4 궤도면(251), 동력을 전달하기 위한 출력 샤프트(252), 제4 궤도면(251)과 출력 샤프트(252)를 연결하여 제4 궤도면(251)과 출력 샤프트(252) 사이에서 발생 가능한 임의의 오정렬(misalignment)을 수용하는 스포크(spoke; 253)를 형성하는 환형 링이다. 출력 샤프트(252)는 등을 맞댄 채 배열된 이중열 베어링(260)에 의하여 지지된다.
트랙션 드라이브 하우징(270)은 베이스 플레이트(211) 및 각각의 구멍들(214)에 부착하기 위한 구멍(272)이 형성된 전면(271), 이중열 베어링(260)을 수용하는 제4 보어(273), 외부 장착을 위한 후면(274)을 형성하는 융기형 동심 환형부가 마련된 중공 실린더이다.
본 실시예를 조립하기 위하여, 구멍(132)들을 각각의 구멍(122)과 정렬하고, 볼트 또는 리벳과 같은 적절한 기계적 수단을 이용하여, 베어링 컵 플레이트(130)의 후면(131)을 모터 커버(120)의 전면(121)에 부착한다. 유사하게, 구멍(124)들을 각각의 구멍(112)들과 정렬하고, 볼트 또는 리벳과 같은 적절한 기계적 수단을 이용하여, 모터 커버(120)의 후면(123)을 모터 하우징(110)의 전면(111)에 부착한다. 고정자(140)는 고정자(140)의 외면(141)이 모터 하우징(110)의 내면(115)에 고정되도록 모터 하우징(110)에 삽입한다.
베어링(156)은 회전 지지를 위한 제1 궤도면(154) 부근의 태양 롤러(153)에 고정된다. 슬리브 스페이서(sleeve spacer; 159)가 베어링(156) 부근에 고정된다. 회전자(150)는 슬리브 스페이서(159) 부근에서 태양 롤러(153)에 고정된다. 너트(157)를 태양 롤러(153)에 부착하여 회전자(150)를 고정한다. 베어링(155)을 회전 지지를 위한 제1 궤도면(154)과 대향하는 태양 롤러(153)의 단부에 고정한다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 태양 롤러(153) 및 회전자(150)는 고정자(140)에 삽입되어, 베어링(155)은 모터 커버(120)의 제1 보어(125)에 고정되고, 베어링(156)은 베이스 플레이트(211)의 제3 보어(217)에 고정된다. 이 위치에서, 태양 롤러(153) 및 회전자(150)는 고정자(140) 내에서 자유롭게 회전한다. 또한, 제1 궤도면(154)은 베이스 플레이트(211)를 지나 연장되어, 제1 궤도면(154)은 캐리어(210) 내에서 회전한다.
캐리어(210)를 조립하기 위하여, 커버 플레이트(220)를 베이스 플레이트(211)의 섬(218)들에 부착한다. 지지 유성 롤러(245)의 핀샤프트(246)들을 베이스 플레이트(211)의 핀홀(216)들과 커버 플레이트(220)의 핀홀(222)들에 삽입하여, 제2 궤도면(248)이 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)과 마찰식으로 맞물리도록 한다. 로딩 유성 롤러(230)의 핀 샤프트(231)를 베이스 플레이트(211)의 핀홀(215)과 커버 플레이트(220)의 핀홀(221)에 삽입하여, 제3 궤도면(240)이 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)과 마찰식으로 맞물리도록 한다.
이중열 베어링(260)을 트랙션 드라이브 하우징(270)의 제4 보어(273)에 고정한다. 이중열 베어링(260)을 더욱 고정하기 위하여, 스냅 링(snap ring; 275)을 이용할 수도 있다. 이중열 베어링(260)을 외측 링 부재(250)의 출력 샤프트(252)에 고정하여, 외측 링 부재(250)가 자유롭게 회전할 수 있도록 한다. 구멍(272)을 각 구멍(214)과 정렬하고 볼트 또는 리벳과 같은 적절한 기계적 수단을 이용하여, 트랙션 드라이브 하우징(270)의 전면(271)을 베이스 플레이트(211)의 후면(213)에 부착한다. 이 위치에서, 외측 링 부재(250)의 제4 궤도면(251)은 로딩 유성 롤러(230)의 제3 궤도면(240) 및 지지 유성 롤러(245)의 제2 궤도면(248)과 마찰식으로 맞물린다.
동작시, 전력은 내부 암극(142)의 권선들에 공급되어, 회전자(150) 및 태양 롤러(153)를 회전시키고 높은 각속도에서 동력을 전달하게 한다. 동력은 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)으로부터 지지 롤러(245)의 제2 궤도면(248) 및 로딩 유성 롤러(230)의 제3 궤도면(240)까지 전달된다. 이어서, 동력은 제2 궤도면(248) 및 제3 궤도면(240)으로부터 외측 링(250)의 제4 궤도면(251)까지 전달된다. 최종적으로, 동력은 외측 링(250)의 스포크(253)를 통하여 출력 샤프트(252)로 전달되는데, 이 샤프트에서 동력은 보다 작은 각속도에서 출력된다.
도 5에서 태양 롤러(153)가 회전함에 따라, 제1 궤도면(154)과 로딩 유성 롤러(230)의 제3 궤도면(240) 사이의 접촉점에서 발생되는 마찰력(FR; 트랙션)은 로딩 롤러(230)를 회전시키고, 제3 궤도면(240)과 외측 링(250)의 제4 궤도면(251) 사이의 접촉점에서 반응 마찰력(FR)을 발생시키는 경향이 있다. 이들 마찰력은 태양 롤러(153)의 회전 방향에 따라 어느 한 방향으로, 로딩 롤러(230)를 태양 롤러(153)와 외측 링(250) 사이의 수렴형 웨지 간극으로 당긴다. 마찰력(FR)은 제1 궤도면(154)과 제3 궤도면(240)의 사이 및 제4 궤도면(251)과 제3 궤도면(240)의 사이의 접촉점에서의 수직 접촉 항력(N), 캐리어(210)로부터 핀 샤프트(231), 탄성 인서트(232) 및 서포트 베어링(235)을 경유하여 로딩 롤러(238)로 제공되는 지지력(FS)에 의하여 균형이 잡혀진다.
마찰력(FR)에 응답하여 발생되는 수직 항력(N)의 크기는 외측 링(250)의 구조적인 유연성 및 다른 관련 부품의 유연성과 함께 접촉점에서 접촉 강성과 관련있는 로딩 롤러(230) 조립체의 지지 강성(Ks)에 의하여 제어된다. 헤르츠(Hertzian) 접촉 강성, 외측 링(250) 및 다른 관련 부품의 구조적 유연성을 나타내는 총괄적 접촉 강성을 KR로 표시하는 것으로 하면, 다음의 관계식은 일반적으로 참이다.
식에서,
KS = 로딩 롤러의 유효 지지 강성
KR = 로딩 롤러와 태양 롤러 사이 및 로딩 롤러와 외측 링 사이의 유효 접촉 강성
μ0 = 동작 트랙션 계수
δ= 동작 웨지 각도(초기 웨지 각도와 다름)
트랙션 드라이브(200)가 접촉점에서 과도하게 미끄러지는 것을 방지하기 위하여, 다음의 부등식이 유지되어야 한다.
식에서, μm = 이용 가능한 최대 트랙션 계수
지지 롤러(245)의 제2 궤도면(248)은 태양 롤러(153)의 제1 궤도면(154)과 외측 링(250)의 제4 궤도면(251)의 사이에서 이들 궤도면과 접촉 상태로 배치된다. 지지 롤러(245)는 외측 링(250)과 각각의 지지 롤러(245) 사이의 접촉점에 적절한 힘을 가하여 외측 링(250)과 로딩 롤러(230) 사이의 접촉점에서의 접촉력과 균형을 맞춘다. 유사하게, 지지 롤러(245)는 태양 롤러(153)와 지지 롤러(245) 사이의 접촉점에 적절한 힘을 가하여, 태양 롤러(153)와 로딩 롤러(230) 사이의 접촉점에서의 접촉력과 균형을 맞춘다. 따라서, 외측 링(250)과 태양 롤러(153)에 작용하는 힘은 내부적으로 스스로 평형된다(self-balanced).
이해할 수 있는 바와 같이, 마찰력은 지지 롤러(245)와 외측 링(250) 사이 및 지지 롤러(245)와 태양 롤러(153) 사이의 접촉점에서도 발생할 수 있다. 이들 마찰력 역시 태양 롤러(153)과 외측 링(250) 사이에서 토크 및 전력을 전달하는 것을 도와줄 수 있다.
효율의 관점에서, 종래의 트랙션 드라이브는 더 작은 웨지 각도로 작동해야 하지만, 다음의 식으로 정의되는 소위 마찰각 δf에 근접해야 한다.
식에서, μ는 접촉점에서의 마찰 계수이다.
이것은, 외측 링의 제4 궤도면(251)에 대한 태양 롤러의 제1 궤도면(153)의 편심률(e)과 관련하여, 웨지각(δ)은 로딩 롤러(230)의 방위각 위치(α)와 직접 관련되기 때문에, 로딩 롤러(230)의 방위각 위치와 관련하여 바람직하지 않은 설계 제약을 부과한다.
수학식 2로 나타낸 바와 같이, 유효 접촉 강성(KR)에 대한 유효 지지 강성(KS)의 적절한 비율을 선택함으로써, 드라이브의 효율을 희생하는 일이 없이, 마찰 계수에 상관없이 주어진 동작 웨지각의 넓은 범위에서 트랙션 드라이브(200)를 동작시킬 수가 있다. 즉, 트랙션 드라이브(200)는 작은 웨지각에서도 이용 가능한 최대값에 가까운 동작 트랙션 계수로 동작할 수 있다. 이것은 가장 넓은 웨지 간극에 대응하는 방위각 위치, 또는 그 방위각 위치 부근에 로딩 롤러(230)를 배치할 수 있도록 해준다. 따라서, 동일한 로딩 롤러(230)를 양방향 로딩 기구로 이용할 수가 있어, 트랙션 드라이브(200)의 설계 및 구성을 실질상 단순화할 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 상기 구성에 대하여 다양한 변형을 할 수 있다. 상기 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에서 나타낸 모든 내용은 단지 예시를 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님을 유의해야 한다.

Claims (12)

  1. 통합형 모터 및 트랙션 드라이브에 있어서,
    높은 각속도에서 동력을 공급하고, 고정자와, 상기 고정자 내에서 높은 각속도로 회전하는 회전자 및 상기 회전자에 고정되고 제1 궤도면(raceway)이 있는 태양 롤러를 포함하는 모터;
    높은 각속도에서 동력을 받아들이고 보다 작은 각속도에서 동력을 전달하는 트랙션 드라이브;를 포함하며,
    상기 트랙션 드라이브는 캐리어, 외측 링 부재, 및 로딩 유성 롤러를 구비하고,
    상기 외측 링 부재는 상기 태양 롤러의 제1 궤도면에 대하여 편심된 제4 궤도면과 보다 작은 각속도에서 동력을 전달하는 출력 샤프트를 구비하고,
    상기 캐리어에 의해 지지되는 상기 로딩 유성 롤러는 상기 태양 롤러의 제1 궤도면 및 상기 외측 링의 제4 궤도면과 맞물려 상기 태양 롤러와 상기 외측 링 사이에서 동력을 전달하는 수렴형 웨지를 형성하는 제3 궤도면을 구비하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 궤도면은 상기 태양 롤러의 상기 제1 궤도면과 상기 외측 링의 상기 제4 궤도면과 맞물려 다음의 식을 만족하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브
  3. 제1항에 있어서, 상기 캐리어에 의해 지지되고, 상기 제1 궤도면 및 제4 궤도면과 맞물려 내부 힘들을 스스로 평형시키는 제2 궤도면을 갖는 지지 유성 롤러를 더 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지지 유성 롤러는 상기 캐리어에 의하여 지지되는 핀 샤프트와 상기 핀 샤프트에 고정되는 베어링을 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정자와 상기 캐리어에 고정되고, 상기 태양 롤러를 지지하기 위한 제1 보어와 외측 링을 지지하기 위한 제4 보어를 갖는 하우징을 더 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 캐리어에 부착되고 상기 고정자에 고정되는 모터 하우징, 상기 모터 하우징에 부착되고 상기 태양 롤러를 지지하기 위한 제1 보어가 마련된 모터 커버, 상기 모터 커버에 부착되어 상기 태양 롤러를 고정하는 베어링 컵 플레이트; 및
    상기 캐리어에 부착되고, 상기 외측 링을 지지하기 위한 제4 보어가 마련된 트랙션 드라이브 하우징;을 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 로딩 유성 롤러는 외부 궤도(race)와 내부 궤도를 구비하고, 상기 지지 베어링의 외부 궤도는 상기 로딩 유성 롤러의 내면과 맞물려 상기 로딩 유성 롤러가 자유롭게 회전하도록 해주는 지지 베어링을 구비하며;
    상기 탄성 인서트는 외면 및 중앙 구멍을 구비하여, 상기 탄성 인서트의 외면은 상기 지지 베어링의 내부 궤도와 맞물리게 되어 있고;
    상기 핀 샤프트는 상기 탄성 인서트의 상기 중앙 구멍에 맞물려, 상기 로딩 유성 롤러, 지지 베어링 및 탄성 인서트는 상기 캐리어에 의하여 지지되고, 상기 로딩 유성 롤러의 제3 궤도면은 상기 태양 롤러의 제1 궤도면 및 상기 외측 링의 제4 궤도면과 맞물려, 상기 제1 궤도면으로부터 상기 제4 궤도면으로 동력을 전달하는 수렴 웨지를 형성하게 되어 있는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  8. 제1항에 있어서, 상기 캐리어는,
    상기 로딩 유성 롤러를 지지하기 위한 핀홀, 상기 태양 롤러를 지지하기 위한 제3 보어, 상기 지지 유성 롤러를 지지하기 위한 핀홀들과, 섬들이 마련된 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트에 부착되고, 상기 로딩 유성 롤러를 지지하기 위한 핀홀 및 상기 태양 롤러를 수용하기 위한 구멍이 마련된 커버 플레이트;를 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  9. 통합형 모터 및 트랙션 드라이브에 있어서,
    높은 각속도에서 동력을 공급하고, 고정자와, 높은 각속도로 상기 고정자 내에서 회전하는 회전자 및 상기 회전자에 고정되고 제1 궤도면이 마련된 태양 롤러를 포함하는 모터;
    높은 각속도에서 동력을 받아들이고, 보다 낮은 각 속도에서 상기 동력을 전달하는 트랙션 드라이브;를 포함하고,
    상기 트랙션 드라이브는, 캐리어, 외측 링 부재, 로딩 유성 롤러, 지지 유성 롤러, 및 하우징을 구비하며,
    상기 캐리어는 로딩 유성 롤러를 지지하기 위한 핀홀과 상기 태양 롤러를 지지하기 위한 제3 보어와 상기 지지 유성 롤러를 지지하기 위한 핀홀들과 섬들이 마련된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 부착되고 상기 로딩 유성 롤러를 지지하기 위한 핀홀과 상기 태양 롤러를 수용하는 구멍이 마련된 커버 플레이트를 포함하며;
    상기 외측 링 부재는 상기 태양 롤러의 제1 궤도면에 대해 편심된 제4 궤도면과 보다 낮은 각속도에서 동력을 전달하는 출력 샤프트를 구비하고;
    상기 로딩 유성 롤러는 상기 캐리어에 의해 지지되고, 상기 태양 롤러의 제1 궤도면과 상기 외측 링의 제4 궤도면과 맞물려 상기 태양 롤러와 상기 외측 링 사이에서 동력을 전달하는 수렴 웨지를 형성하는 제3 궤도면이 마련되어 있으며, 상기 로딩 유성 롤러는 외부 궤도와 내부 궤도를 구비하고 지지 베이링의 외부 궤도가 상기 로딩 유성 롤러의 내면과 맞물려 상기 로딩 유성 롤러가 자유롭게 회전하도록 해주는 상기 지지 베어링과, 외면과 중앙 구멍이 있고, 상기 외면이 상기 지지 베어링의 내부 궤도와 맞물리는 탄성 인서트와, 상기 탄성 인서트의 상기 중앙 구멍과 맞물리는 핀 샤프트를 포함하고, 상기 로딩 유성 롤러, 지지 베어링 및 탄성 인서트는 상기 캐리어에 의해 지지되며, 상기 로딩 유성 롤러의 제3 궤도면은 상기 태양 롤러의 제1 궤도면 및 상기 외측 링의 제4 궤도면과 맞물려 상기 제1 궤도면으로부터 상기 제4 궤도면으로 동력을 전달하는 수렴 웨지를 형성하며;
    상기 지지 유성 롤러는 상기 캐리어에 의해 지지되고, 상기 지지 유성 롤러에는 상기 제1 궤도면 및 상기 제4 궤도면과 맞물려 내부 힘들을 스스로 평형시키는 제2 궤도면이 마련되어 있고;
    상기 하우징은 상기 고정자와 상기 캐리어에 부착되고, 상기 하우징에는 상기 태양 롤러를 지지하기 위한 제1 보어와 외측 링을 지지하는 제4 보어가 마련되어 있는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  10. 제9항에 있어서, 상기 지지 유성 롤러는 상기 캐리어에 의해 지지되는 핀 샤프트와 상기 핀 샤프트에 고정되는 베어링을 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  11. 제9항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 캐리어에 부착되고 상기 고정자에 고정되는 모터 하우징, 상기 모터 하우징에 부착되고 상기 태양 롤러를 지지하기 위한 제1 보어가 마련된 모터 커버, 상기 모터 커버에 부착되어 상기 태양 롤러를 고정하는 베어링 컵 플레이트; 및
    상기 캐리어에 부착되고, 상기 외측 링을 지지하기 위한 제4 보어가 마련된 트랙션 드라이브 하우징;을 포함하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제3 궤도면은 상기 태양 롤러의 제1 궤도면과 상기 외측 링의 제4 궤도면과 맞물려, 다음의 식을 만족하는 통합형 모터 및 트랙션 드라이브
KR1020057010815A 2002-12-13 2003-12-11 통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브 KR20050088432A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US43333102P 2002-12-13 2002-12-13
US60/433,331 2002-12-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050088432A true KR20050088432A (ko) 2005-09-06

Family

ID=32595159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057010815A KR20050088432A (ko) 2002-12-13 2003-12-11 통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6981930B2 (ko)
EP (1) EP1570565B1 (ko)
JP (1) JP2006509984A (ko)
KR (1) KR20050088432A (ko)
CN (1) CN1781235A (ko)
AU (1) AU2003297907A1 (ko)
DE (1) DE60317704T2 (ko)
WO (1) WO2004055958A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004183881A (ja) * 2002-12-04 2004-07-02 Hideo Ogoshi 楔ローラ転がり摩擦伝動装置
US7202625B2 (en) 2005-02-25 2007-04-10 Caterpillar Inc Multi-motor switched reluctance traction system
US7843095B2 (en) * 2005-08-19 2010-11-30 The Timken Company Friction drive spindle unit
WO2007109575A1 (en) 2006-03-17 2007-09-27 The Timken Company High ratio eccentric planetary traction drive transmission
US8435150B2 (en) * 2007-10-23 2013-05-07 Keiper Gmbh & Co. Kg Gear stage
CA2938948C (en) * 2013-02-09 2023-01-24 Prime Datum Development Company, Llc Direct-drive system for cooling system fans, exhaust blowers and pumps
EP3125409A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-01 Goodrich Actuation Systems Ltd. Extruded housing for electric motor
GB2572177B (en) 2018-03-21 2020-07-01 Dyson Technology Ltd An electric drive

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1425430A (en) * 1918-05-06 1922-08-08 Skayef Ball Bearing Company Planetary gear
GB1118782A (en) 1964-09-24 1968-07-03 Ulrich Max Willi Barske Improvements in and relating to friction gearing
US3945270A (en) * 1975-02-18 1976-03-23 Wedgtrac Corporation Friction drive transmission
US4481842A (en) * 1981-08-31 1984-11-13 Wedgtrac Corporation Torque limit drive transmission
DE3629453A1 (de) * 1986-08-29 1988-03-10 Forkardt Paul Gmbh Elektromechanische vorrichtung zum erzeugen einer axialkraft fuer die betaetigung von spannzeugen
US6554730B1 (en) 1997-01-29 2003-04-29 Nsk Ltd. Auxiliary device for bicycle with traction roller type gear
JP4368013B2 (ja) 1999-10-04 2009-11-18 住友重機械工業株式会社 ギヤドモータ及びギヤドモータシリーズ
US6536953B1 (en) * 2000-11-08 2003-03-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bearing mount system for reducing vibration
JP2002276517A (ja) * 2001-01-10 2002-09-25 Honda Motor Co Ltd エンジン始動装置
JP2003182835A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Sumitomo Heavy Ind Ltd コンベヤの駆動装置及びこれに用いるモータ付減速機
JP2006502342A (ja) * 2002-10-09 2006-01-19 ザ　ティムケン　カンパニー 減速機構及びポンプの統合アセンブリ

Also Published As

Publication number Publication date
DE60317704T2 (de) 2008-10-30
WO2004055958A1 (en) 2004-07-01
AU2003297907A1 (en) 2004-07-09
EP1570565B1 (en) 2007-11-21
US20040121601A1 (en) 2004-06-24
JP2006509984A (ja) 2006-03-23
US6981930B2 (en) 2006-01-03
CN1781235A (zh) 2006-05-31
EP1570565A1 (en) 2005-09-07
DE60317704D1 (de) 2008-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2944555A1 (en) A device for externally rotary drive of offset motor
US8253294B1 (en) Increased efficiency dual rotational electric motor/generator
JP5703960B2 (ja) インホイールモータ
CA2284655A1 (en) Flywheel power supply
US7153230B2 (en) Eccentric planetary traction drive transmission with flexible roller for adaptive self-loading mechanism
JPH01164820A (ja) モータの運動量を駆動手段から孤立させるための装置、及びモータ
US20040247437A1 (en) Wind power generator
KR20050088432A (ko) 통합형 전기 모터 및 트랙션 드라이브
JP2004150624A (ja) 磁気軸受装置
KR20170135119A (ko) 순응형 구동모듈
US5816102A (en) Engine-generator set with integral gear reduction
EP1657803B1 (en) Automotive alternator with magnetic fluctuation suppressor for suppressing fluctuations in rotational movement
AU2002235524A1 (en) Design for frameless cartridge motors
EP3780357A1 (en) Rotating electric machine
US8092332B2 (en) Three shaft friction drive unit
JPH0783571B2 (ja) ３相発電機
JP2019086150A (ja) 動力源を有する減速機
US20130285515A1 (en) External rotation type power generation device having biased power generator
KR101260303B1 (ko) 인공 에너지식 구형 회전축 동력 발전장치
JP2006509984A5 (ko)
KR20170123595A (ko) 스플릿 슈퍼차저
JP2918793B2 (ja) 一軸受形ファンモータ
CN218920095U (zh) 驱动装置
WO2021105735A1 (ja) 回転電機
WO2023153338A1 (ja) 星型電動発電機

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid