KR20070110806A

KR20070110806A - 소형 전기역학적 모터

Info

Publication number: KR20070110806A
Application number: KR1020070047338A
Authority: KR
Inventors: 카이 한센
Original assignee: 소니온 호르젠스 에이/에스
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2007-11-20
Also published as: US20080007129A1; EP1858139A2; CN101102061A

Abstract

본 발명은 회전자 중심 축에 대해서 실질적으로 동심으로 배치된 고정자 및 회전자 부재들을 포함하는 소형 전기역학적 모터에 관한 것으로, 상기 회전자 부재는 회전자 샤프트에 고정되게 배치된 회전 가능하게 장착된 환형 영구 자석을 포함하고, 상기 고정자 부재는, 전기 구동 신호의 개별적 수령을 위한 권선 연결부 쌍들을 각각 구비하는 복수의 전기 도전성 고정자 권선들을 포함한다. 본 발명은 또한 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터를 응용한 소형 진동기에 관한 것이기도 하다.

모터, 진동기, 회전자, 고정자

Description

소형 전기역학적 모터{MINIATURE ELECTRO-DYNAMIC MOTOR}

도 1은 제1 쌍의 고정자 권선의 배열을 도시하는 도면.

도 2는 제2 쌍 고정자 권선의 배열을 도시하는 도면.

도 3은 제3 쌍 고정자 권선의 배열을 도시하는 도면.

도 4는 조립된 고정자 권선의 배열을 도시하는 도면.

도 5는 모터의 단면 방향에서의 자속선을 나타내는 도면.

도 6은 한 쌍의 권선이 전기적으로 상호 연결되는 방식을 설명하는 도면.

도 7은 베어링들이 원통형 하우징 부재 내에 배치되는 방식을 보여주는 도면.

도 8은 본 발명에 따른 최종 완성된 진동기를 도시하는 도면.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1: 회전자 샤프트

2: 환형 영구 자석

3: 고정부재

4, 5, 14, 15: 권선

25, 26, 27, 28: 축방향 연장 부분

29, 30, 31, 32: 가교 부분

38, 39: 베어링

본 발명은 휴대 전화기용의 소형 진동기와 같은 전자-기계 장치용 소형 전기역학적 모터(electro-dynamic motor)에 관한 것이다. 본 소형 전기역학적 모터의 고정자 권선(stator windings)은 조립하기에 용이하고 종래의 권선 장치에 비하여 상당히 더 높은 충진률(fill factor)을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 전기역학적 모터의 고정자 권선은 회전자에 대하여 권선이 축방향 및 반경방향으로 용이하고 적절하게 정렬될 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 그러한 소형 전기역학적 모터를 적용하는 전자-기계적 진동기에 관한 것이다.

수년 동안 전자-기계적 모터를 위한 여러 가지 권선 장치가 특허 문헌에서 제안되었다.

하나의 특히 흥미로운 장치가 영국 특허 GB 903,285호 문헌에서 선행기술로서 제안되었는데, 별 형상의 권선 장치에서 여섯 개의 절반 권선들이 연결되어 있고 대응하는 절반 권선의 쌍들이 직렬로 연결되어 세 개의 온전한 권선을 형성한다. 이러한 세 개의 온전한 권선은 별 형상 장치 내에 배열되어 있고 각각의 온전한 권선의 하나의 와이어 단부는 공통 지점에 연결되어 있고 나머지 세 개의 와이어 단부들은 전자적 제어 회로에 연결되도록 외부에서 접근할 수 있게 되어 있다.

영국 특허 GB 903,285호 문헌에 선행기술로서 언급된 권선 장치의 하나의 단 점은, 권선들이 별 형상으로 배열되어 있어서, 두 개의 온전한 권선, 즉 네 개의 절반 권선(예를 들어 a1, a2, b1 및 b2)이 두 개의 외부에서 접근가능한 권선 단부 사이에서 직렬로 연결된다는 점이다(영국 특허 GB 903,285호의 도 4 참조). 따라서 개별 권선(a1과 a2, b1과 b2 또는 c1과 c2)들은 독립적으로 구동될 수가 없다.

본 발명의 목적은 큰 충진률을 가지는 권선 장치를 포함하는 소형 전기역학적 모터를 제공하는 것이다. 권선 장치의 증대된 충진률은 본질적으로 본 발명에 따른 전기역학적 모터로부터 이용 가능한 힘을 증대시키게 된다.

본 발명의 다른 목적은 소형 전기역학적 모터의 기계적인 조립을 용이하게 하는 고정자 권선 장치를 포함한 소형 전기역학적 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 전기역학적 모터의 작동을 효과적으로 그리고 유연하게 제어할 수 있게 하는 고정자 권선 장치를 포함한 소형 전기역학적 모터를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적들은, 제1 태양으로서, 회전자 중심 축에 대하여 실질적으로 동심으로 배치된 고정자 및 회전자 부재들을 포함하는 소형 전기역학적 모터로서, 상기 회전자 부재는 회전자 샤프트에 고정되게 배치된 회전 가능하게 장착된 환형 영구 자석을 포함하고, 상기 고정자 부재는, 전기 구동 신호의 개별적 수령을 위한 개별 쌍의 권선 연결부(respective pairs of winding connections)를 구비하는 복수의 전기 도전성 고정자 권선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전 기역학적 모터에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 전기 도체 고정자 권선 장치의 이점은, 발생된 회전 자계의 각도적인 공간 범위가 고정자의 약 2/3를 커버한다는 점이다. 이러한 회전 자계의 공간 범위로 인하여 특별한 시작 순서나 시작 과정을 완전히 피할 수 있다.

본 발명에 따른 고정자 권선의 다른 이점은, 이러한 고정자 권선 장치를 적용한 모터는 종래의 권선 장치에 의하여 제공되는 힘의 약 두 배의 힘을 제공할 수 있다는 점이다. 이용 가능한 힘이 종래의 권선 장치에 비하여 약 두 배가 된다는 사실은, 본 발명에 따른 권선 조립체의 충진률이 실질적으로 두 배가 되는 점에 기인한다.

본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터의 또 다른 이점은, 각각의 고정자 권선에 대한 전기적 구동 신호를 개별 수용하기 위한 권선 연결부들이 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터의 유연성과 적용성을 크게 증가시킨다는 점이다. 예를 들어, 주어진 고정자 권선에 제공된 전기적 구동 신호의 극성은 다른 고정자 권선에 대한 구동 신호에 영향을 미치지 않고 변경될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터는 작동 모드의 급격한 변화가 요구될 수 있는 용도에 적합하다.

복수의 전기 도전성 고정자 권선은 전기적으로 상호 연결된 제1 쌍의 권선을 포함한 제1 고정자 권선을 포함할 수 있고, 상기 제1 쌍의 권선은 제1 및 제2 권선을 포함하는데, 상기 제1 및 제2 권선 각각은 대향된 축방향 연장 권선 부분들(opposing axially extending winding portions)과 이러한 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 연결시키는 대향된 가교 부분들(opposing bridging portions)을 가지며, 제1 권선의 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각은 제2 권선의 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각에 인접(abut)한다.

전기적으로 상호 연결된 제1 쌍의 권선은 전자 제어 회로에 전기적으로 연결되게 구성된 권선 연결부를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 고정자 권선은 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 포함할 수 있다. 하나의 축방향 연장 권선 부분은 회전자 중심 축에 실질적으로 평행하게 배치된 권선의 일 부분으로 이해되어야 한다.

제1 및 제2 권선은, 두 개의 인접하거나 이웃한 축방향 연장 권선 부분들(two abutting or neighbouring axially extending winding portions)에서의 전류 흐름이 실질적으로 동일한 방향으로 자계를 발생시키도록, 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이런 식으로, 두 개의 인접하거나 이웃한 축방향 연장 권선 부분들을 통하여 동일한 방향으로 전류를 통과시킴으로써 더 강한 자계를 발생시킬 수 있다. 이는 제1 및 제2 권선을 직렬로 전기적으로 연결시킴으로써 달성될 수 있다.

제1 및 제2 권선의 인접하거나 이웃한 가교 부분들 사이에는 개구부들이 존재할 수 있다. 이러한 개구부들은 회전자 축을 수용하도록 구성할 수 있다.

제2 고정자 권선은 전기적으로 상호 연결된 제2 쌍의 권선을 또한 포함할 수 있고, 상기 제2 쌍의 권선은 제3 및 제4 권선을 포함하며, 제3 및 제4 권선 각각은 대향된 축방향 연장 권선 부분들과 이러한 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 연결시키는 대향된 가교 부분들을 포함한다. 또한, 제3 권선의 대향된 축방향 연장 권 선 부분들 각각은 제4 권선의 대향된 축방향 연장 부분들 각각에 인접한다.

전기적으로 상호 연결된 제1 쌍의 권선과 유사하게, 전기적으로 상호 연결된 제2 쌍의 권선은 전자 제어 회로에 전기적으로 연결되게 구성된 권선 연결부를 포함할 수 있다.

전기적으로 연결된 제1 쌍 및 제2 쌍의 권선 각각은 반경방향을 향하는 대칭축을 형성할 수 있다. 반경방향 대칭축들의 방향은 인접하거나 이웃하는 가교 부분들에 의하여 정하여질 수 있다. 제1 쌍의 권선의 반경방향 대칭축의 공간적 방향은 제2 쌍의 권선의 반경방향 대칭축의 방향과는 다를 수 있다. 따라서, 반경방향 대칭축들 사이에 30 내지 150도 범위의 각도가 제공될 수 있다는 점에서, 반경방향 대칭축들은 서로 다르게 배향될 수 있다. 바람직하게는 반경방향 대칭축들 사이의 각도는 50 내지 70도의 범위 또는 80 내지 100도의 범위에 있을 수 있다.

전기적으로 상호 연결된 제2 쌍의 권선의 가교 부분들의 내부 표면 부분은 전기적으로 상호 연결된 제1 쌍의 권선의 가교 부분들의 외부 표면 부분과 인접할 수 있다. 따라서, 전기적으로 상호 연결된 제2 쌍의 권선의 가교 부분들은 전기적으로 상호 연결된 제1 쌍의 권선의 가교 부분들의 외부에 배치될 수 있다. 그러나, 제3 및 제4 권선의 대향된 축방향 연장 권선 부분들은, 제1 및 제2 권선들이 또한 위치하는 실질적으로 원형인 가상 경로 상에 위치할 수 있다. 이러한 실질적으로 원형인 가상 경로의 중심은 회전자 중심 축과 일치할 수도 있다. 따라서, 단면도에서 제1 및 제2 쌍의 권선들의 권선들은 대체로 원형 구조를 형성할 수 있다.

제1 및 제2 권선에서처럼, 제3 및 제4 권선은, 두 개의 인접하거나 이웃하는 축방향 연장 권선 부분들에서의 전류 흐름이 실질적으로 동일한 방향에서 자계를 발생시키도록, 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이는 제3 및 제4 권선을 직렬로 전기적으로 연결시킴으로써 달성된다.

또한, 제3 및 제4 권선의 인접하거나 이웃하는 가교 부분들의 사이에도 하나의 개구부가 존재할 수 있다.

제3 고정자 권선은 전기적으로 상호 연결된 제3 쌍의 권선을 추가로 포함할 수 있고, 상기 제3 쌍의 권선은 제5 및 제6 권선을 포함하는데, 상기 제5 및 제6 권선 각각은 대향된 축방향 연장 권선 부분들과 이러한 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 연결시키는 대향된 가교 부분들을 포함한다. 또한, 제5 권선의 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각은 제6 권선의 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각과 인접한다.

전기적으로 상호 연결된 제1 및 제2 쌍의 권선과 마찬가지로, 전기적으로 상호 연결된 제3 쌍의 권선은 전자 제어 회로에 전기적으로 연결되게 구성된 권선 연결부를 포함할 수 있다.

전기적으로 상호 연결된 제3 쌍의 권선은 제5 및 제6 권선의 인접하거나 이웃하는 가교 부분들에 의하여 정하여지는 반경방향을 향하는 대칭축을 형성할 수 있다. 제3 쌍의 권선의 반경방향 대칭축의 공간적 방향은 제2 쌍의 권선의 반경방향 대칭축의 방향과 다를 수 있다. 바람직하게는, 제1, 제2 및 제3 쌍의 권선들의 반경방향 대칭축들은, 대략 60도와 같이 50 내지 70도 범위의 일 각도에 의하여 각도가 분리된다. 따라서, 바람직한 실시예에서 제1, 제2 및 제3 쌍의 권선들의 반경 방향 대칭축은 각각의 축들 사이에서 대략 60도로 균일하게 분포된다.

명백히, 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터의 고정자 권선 장치에는 권선들의 추가적인 쌍이 추가될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고정자 권선 장치가 세 개의 권선 쌍으로 짝지은 여섯 개의 개별 권선을 가지는 것으로 개시되었지만, 개별 권선의 개수는 여섯 개보다 더 높을 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터의 고정자 권선 장치의 하나의 이점은, 권선들의 개별 쌍들이 개별적으로 접근가능하고 그에 의하여 소형 전기역학적 모터를 적용한 전자-기계적 장치의 작동 및 제어가 더욱 융통성 있게 된다는 것이다.

본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터의 고정자 권선 장치의 다른 이점은 권선들의 개별 쌍들이 평행하게 연결될 수 있다는 것이다. 따라서, 권선들의 제1, 제2 및 선택적으로는 제3 쌍이 평행하게 연결될 수 있다. 이러한 모든 세 쌍을 평행하게 연결시키는 것의 이점은 시동 시간이 매우 짧아진다는 것이다. 나아가서, 평행하게 연결된 세 개의 쌍 모두를 가짐으로써 회전자의 각 위치를 결정하기 위한 위치 결정 장치를 생략할 수 있다.

전기적으로 상호 연결된 제3 쌍의 권선의 가교 부분들의 내부 표면 부분들은 전기적으로 상호 연결된 제2 쌍의 권선의 가교 부분들의 외부 표면 부분들에 인접할 수 있다. 따라서, 전기적으로 상호 연결된 제3 쌍의 권선의 가교 부분들은, 전기적으로 상호 연결된 제2 쌍(및 제1 쌍)의 권선들의 가교 부분들의 외부에 위치할 수 있다. 그러나, 제5 및 제6 권선들의 대향된 축방향 연장 권선 부분들은, 단면에 서 보았을 때에, 제1, 제2, 제3 및 제4 권선들의 대향된 축방향 연장 권선 부분들과 함께 실질적으로 원형인 구조를 형성할 수 있다.

제5 및 제6 권선들은, 인접하거나 이웃하는 축방향 연장 권선 부분들에서의 전류 흐름이 실질적으로 동일한 방향으로 자계를 발생시키도록, 전기적으로 서로 연결될 수 있다.

또한, 제5 및 제6 권선들의 인접하는 가교 부분들 사이에는 개구부들이 존재할 수 있다. 이러한 개구부들은 곡선 구획부(curved section)들을 포함하는 권선 부분들을 가교시킴으로써 제공될 수 있다. 명백히, 각각의 축방향 연장 권선 부분들은 직선형 구획부(linear section)들을 포함할 수 있다.

소형 전기역학적 모터는 전기 구동 신호를 생성하여 다수의 전기 전도성 고정자 권선(stator winding)에 각각 전기 구동 신호를 제공하는 전자 제어 회로를 추가적으로 포함할 수 있다. 전자 제어 회로는 주문형 반도체(ASIC)를 포함할 수 있다. 구동 신호 외에도, 전자 제어 회로는 또한 소형 전기역학적 모터의 회전자를 정지하도록 하는 신호를 발생할 수도 있다. 그러한 신호들은 하나 또는 그 이상의 고정자 권선에 제공되는 하나 또는 그 이상의 구동 신호들의 극성을 변화시키는 것을 포함한다.

소형 전기역학적 모터는 투자성 축방향 연장 하우징부(magnetically permeably axially extending housing portion), 및 투자성 축방향 연장 하우징부에 대해 중심부에 회전자 샤프트(rotor shaft)를 배치하기에 적합한 전방 베어링과 후방 베어링을 추가적으로 포함할 수 있다. 투자성 축방향 연장 하우징부는 실질적 으로 원통형 형상일 수 있다.

환형 영구 자석(permanent annular magnet)은, 회전자 샤프트와 환형 영구 자석 사이에 위치하는 사출 성형 가능한 재료에 의해 중앙 축에 대해 고정되도록 배치될 수 있다.

상기 사출 성형 가능한 재료는, 환형 영구 자석 외부에서 투자성 축방향 연장 하우징부에 대해 환형 영구 자석이 축방향으로 정확하게 정렬되도록 하기 위해 전방 베어링 및 후방 베어링의 내면에 인접하도록 배열되어 있는 축방향 정렬 부재를 형성할 수 있다. 전방 베어링 및 후방 베어링은 회전자 샤프트를 수용하기에 적합하도록 그 내경이 회전자 샤프트의 외경과 대략적으로 대등한 관통 개구부들을 포함할 수 있다. 대략적으로 대등함이란 회전자 샤프트가 자유롭게 회전할 수 있어야 하나, 회전할 때에 전방 베어링 및 후방 베어링 내의 관통 개구부는 투자성 축방향 연장 하우징부에 대해 회전자 샤프트의 정확한 위치를 유지해야 한다는 것을 의미한다.

전방 베어링 및 후방 베어링은 투자성 축방향 연장 하우징부의 내부 원통형 표면 부분에 계합될 수 있도록 축방향으로의 원통형일 수 있다. 투자성 축방향 연장 하우징부는 추가적으로 실질적으로 평면인 외부 표면 부분을 포함할 수 있다. 전방 베어링 및 후방 베어링은 모터의 내부의 적당한 통기 및/또는 와이어의 모터 내부로 출입되도록 하기 위한 관통 개구부를 포함할 수 있다. 상기 관통 개구부들은 전방 베어링 및 후방 베어링의 축방향으로 원추형일 수 있다.

제2 태양에서, 본 발명은 본 발명의 제1 태양에 따르는 소형 전기역학적 모 터를 포함하는 진동기에 관한 것이다. 진동기는 비대칭 방식으로 회전자 샤프트에 고정 배치되어 있는 추(weight)를 추가적으로 포함할 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 다양하게 수정되고 다른 형태로 변형될 수 있으며, 도면의 실시예를 통해 특정한 실시예를 예시하며 좀 더 상세하게 설명할 것이다. 그러나 본 발명은 개시되어 있는 특정 형태로 한정되는 것이 아님을 주지해야 한다. 그 보다는, 본 발명은 첨부되어 있는 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 사상과 범위 내에 속하는 모든 변형, 균등물 및 선택물들을 포함한다.

본 발명의 가장 넓은 태양은 소형 진동기, 펌프 등과 같은 전자-기계 장치용의 소형 전기역학적 모터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터의 권선 장치는, 본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터를 응용한 진동기의 작동을, 특정 시작 절차 또는 과정을 피할 수 있다는 점에서, 상당히 용이하게 하는 고정자의 약 2/3에 걸친 회전 자기장을 생성하도록 배치되어 있는 개별적으로 접근 가능한 고정자 권선을 포함한다.

본 발명에 따른 소형 전기역학적 모터는 각각 전기 구동 신호를 생성하고 그 전기 구동 신호를 다수의 고정자 권선에 제공하도록 구성된 전자 제어 회로에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전자 제어 회로는 전형적으로 소형 전기역학적 모터에 통합될 수 있는 ASIC을 포함한다.

도 1을 참조하면, 회전자 샤프트(1), 환형 영구 자석(2) 및 고정부재(3)가 도시되어 있다. 고정부재(3)는 환형 영구 자석(2)을 회전자 샤프트(1)에 고정시킨 다. 도시된 바와 같이, 환형 영구 자석(2)은, 환형 영구 자석의 반경 방향으로 배치되어 있는 자극(magnetic pole)(미도시)을 갖는 원통형이다. 환형 영구 자석은 네오디뮴(N45H 또는 그 균등물) 자석이다.

환형 영구 자석(2)은 그 환형 영구 자석(2) 내의 중앙 개구부 내에 회전자 샤프트(1)가 위치하도록 회전자 샤프트(1)에 고정되어 있어서, 회전자 샤프트(1)는 환형 영구 자석(2)의 양 측면에 자유 단부를 가진다. 상기 자유 단부들의 길이는 서로 다르기 때문에 환형 영구 자석(2)의 반대 측 위에 존재하는 회전자 샤프트(1)는 단 단부(short end)와 장 단부(long end)가 있게 된다. 진동기에 있어서, 회전자 샤프트(1)의 장 단부는 추에 부착되어 회전할 때에 회전자 샤프트(1)의 비대칭성에 의한 기계적 진동을 생성하도록 추에 부착되도록 구성된다. 환형 영구 자석(2)과 회전자 샤프트(1)가 서로에 대해 정확하게 정렬되어 있을 때, 고정부재(3)가 사출 성형된다. 적당한 재료로는 E130i-천연 또는 기타 사출이 용이하게 가능한 재료(easy injectable material)이다.

선택적으로, 회전자 샤프트(1)의 장 단부는 다른 전자기계 장치에 연결되어 동작되도록 기어 장치에 연결되어 동작될 수 있다.

도 1에 권선(4, 5)이 또한 도시되어 있다. 권선(4, 5)들 각각은 한 쌍의 대향된 축방향 연장 부분(6, 7 및 10, 11)과 대향된 축방향 연장 부분을 상호 연결하는 한 쌍의 대향 가교 부분(8, 9 및 12, 13)을 포함한다. 가교 부분(8, 9 및 12, 13)은 권선(4, 5)들이 조립될 때에 가교 부분(8, 9)과 가교 부분(12, 13) 사이에 개구부가 형성되도록 곡선형으로 되어 있다. 상기 개구부는 도 2에 도시한 바와 같 이 고정부재(3)를 수용하도록 되어 있다.

권선(4, 5)들은 0.04 ㎜ 구리 에나멜 와이어와 같은 권선으로 구성되어 있다. 권선 당 권선 횟수는 특정 수요에 따라 달라진다. 소형 진동기의 환형 영구 자석(2)은 중앙에 위치하는 1 ㎜(직경)의 관통 구멍을 구비하는 직경이 3.1 ㎜이다. 소형 진동기용 환형 영구 자석(2)의 길이는 4.8 ㎜이다. 소형 진동기의 전체적인 크기는 전형적으로 직경이 4.5 ㎜이고 길이가 약 9 ㎜이다.

도 2는 권선(4, 5)이 권선(4, 5)의 축방향 연장 부분과 환형 영구 자석(2) 사이에 공극(air gap)을 두면서 회전자 샤프트(1), 고정부재(3) 및 환형 영구 자석(2)을 포함하는 조립체 위에 장착되는 방식을 도시하고 있다. 도시하고 있는 바와 같이, 권선(4, 5)의 대향된 축방향 연장 부분은 원통형의 환형 영구 자석(2)의 곡형 외부 표면 부분과 실질적으로 평행하다. 권선(4, 5)의 가교 부분은 환형 영구 자석(2)의 평면 단부를 실질적으로 따른다.

도 2는 또한 각각 대향된 축방향 연장 부분(16, 17 및 18, 19)을 구비하고 있는 제2 쌍의 권선(14, 15)을 도시하고 있다. 또한 각 권선(14, 15)들은 각각 가교 부분(20, 21 및 22, 23)을 포함한다. 권선(14, 15)들의 가교 부분(20, 21 및 22, 23)은 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 권선(4, 5)의 가교 부분의 외측에 위치하도록 구성된다. 도 2에서 권선(4, 5)의 방향에 의해 획정되는 대칭축은 파선으로 도시되어 있다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 권선(14, 15)은 권선(4, 5)에 대해 약 60ㅀ 각도로 편위(off-set)되어 있다. 권선(14, 15)의 대향된 축방향 연장 부분은 환형 영구 자석(2)과 함께 공극을 형성한다.

도 3은 또한 각각 대향된 축방향 연장 부분(25, 26 및 27, 28)과 각각 가교 부분(29, 30 및 31, 32)을 구비하고 있는 권선(24, 25)을 도시하고 있다. 권선(24, 25)의 가교 부분(29, 30 및 31, 32)은 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 권선(14, 15)의 가교 부분의 외측에 위치하도록 되어 있다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 권선(24, 25)은 권선(14, 15)에 대해 약 60ㅀ 각도로 오프셋 되어 있다. 권선(24, 25)의 대향된 축방향 연장 부분은 환형 영구 자석(2)과 함께 공극을 형성한다. 도 4는 또한 화살표로 지시하는 바와 같이 조립 고정자 권선과 동심으로 위치하도록 되어 있는 투자성 하우징 부재(33)를 도시하고 있다.

원통형 하우징 부재(33)는 조립 고정자 권선을 감싸서 보호할 뿐만 아니라 도 5에 도시하고 있는 바와 같이 자기 귀환 경로를 제공한다. 도 5는 또한 환형 영구 자석(2)의 자화 방향과 소형 전기역학적 모터의 단면에서의 연계되어 있는 자속선을 도시하고 있다. 필요한 자기 귀환 경로를 제공하는 외에, 원통형 하우징 부재(33)는 또한 고정자 권선가 하우징 부재(33)의 내부 표면에 접하고 있어서 고정자 권선이 적절히 냉각될 수 있게 한다.

도 6은 권선(4, 5)이 상호 연결되는 방식을 도시하는 도면이다. 화살표와 점선으로 도시하고 있는 바와 같이 권선(4)의 와이어 단부(34)는 권선(5)의 와이어 단부(35)에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 권선(4, 5)은 와이어 단부(36)에 제공되는 구동 신호에 응답하여 동일 방향으로 자기장을 생성한다. 권선(4, 5) 내에서의 전류 흐름의 방향은 각각 I4 및 I5로 나타내었다. 와이어 단부(36)와 함께 와 이어 단부(37)는 전자 제어 회로에 연결되어 있다. 따라서 본 발명에 따르면 2개의 고정자 권선, 즉 권선(4, 5)들은 한 쌍의 고정자 권선을 형성하도록 전기적으로 상호 연결되어 있는데, 상기 쌍의 고정자 권선에는 개별적이고 분리된 구동 신호가 제공되는데, 상기 구동 신호는 다른 쌍의 고정자 권선에 제공되는 구동 신호와는 다를 수 있다.

도 7은 베어링(38, 39)이 원통형 하우징 부재(33)에 위치하는 방식을 도시하고 있다. 베어링(38, 39)의 가장자리면(40, 41)은 베어링(38, 39)이 추가적인 고정 수단을 사용하지 않고서도 하우징 부재(33) 내에 위치를 유지할 수 있도록 하우징 부재(33)의 내부 표면 형상에 필적하는 원통형이다. 중앙부에 위치하는 개구부(44, 45)는 회전자 샤프트(1)를 수용하도록 되어 있고, 또한 수용된 회전자 샤프트(1)를 하우징 부재(33)에 대해 반경 방향으로 고정된 상태를 유지하도록 되어 있다. 도 7에 도시하고 있는 진동기 모터의 내부에 적당한 통풍이 이루어지고 모터 내부로부터 및 내부로 전기적 접근이 되도록 하기 위해 베어링(38, 39) 내에는 관통 개구부(42, 43)가 제공되어 있다. 진동기 내부로 이어지고 그 진동기 내부로부터 나오는 와이어들이 모터와 고정된 관계를 유지할 수 있도록 하기 위해서는 관통 개구부(42, 43)의 곡형 내부 표면 부분은 원추형 형상인 것이 바람직하다. 따라서 관통 개구부(42, 43)는 풀 릴리프(pull relief)로서 기능할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 태양에 따른 완성된 진동기를 보여주고 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 진동기는 전술한 권선 조립체 및 모터(46)의 회전자 샤프트에 부착되어 있는 추(47)를 포함하는 소형 전기역학적 모터(46)를 포함하고 있다. 상기 추는 회전자 샤프트에 대한 질량 분포가 비대칭을 이루는 한은 원리적으로 어떠한 형상을 취할 수 있다.

본 발명에 따르면, 큰 충진률을 가지는 권선 장치를 포함하는 소형 전기역학적 모터를 제공할 수 있게 되고, 그에 따라 권선 장치의 증대된 충진률에 의해 전기역학적 모터로부터 이용 가능한 힘이 증대된다. 또한, 권선들의 개별 쌍들이 개별적으로 접근가능하고 그에 의하여 소형 전기역학적 모터를 적용한 전자-기계적 장치의 작동 및 제어가 더욱 융통성 있게 된다.

Claims

회전자 중심 축에 대해서 실질적으로 동심으로 배치된 고정자 및 회전자 부재들을 포함하는 소형 전기역학적 모터로서,

상기 회전자 부재는 회전자 샤프트에 고정되게 배치된 회전 가능하게 장착된 환형 영구 자석을 포함하고,

상기 고정자 부재는, 전기 구동 신호의 개별적 수령을 위한 개별 쌍의 권선 연결부를 구비하는 복수의 전기 도전성 고정자 권선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제1항에 있어서, 제1 고정자 권선이 전기적으로 상호 연결된 제1 쌍의 권선을 포함하고; 상기 제1 쌍의 권선은 제1 및 제2 권선을 포함하고; 상기 제1 및 제2 권선 각각은, 대향된 축방향 연장 권선 부분들과, 이 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 연결시키는 대향된 가교 부분들을 포함하고; 상기 제1 권선의 상기 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각은 상기 제2 권선의 상기 대향된 축방향 연장 권선 부분들에 인접하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 권선들은, 인접하는 축방향 연장 권선 부분들에서 흐르는 전류가 실질적으로 동일 방향의 자장을 형성하도록, 전기적으로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 권선들의 인접하는 가교 부분들 사이에 개구부가 존재하고, 상기 개구부는 회전자 샤프트를 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제2항에 있어서, 제2 고정자 권선이 전기적으로 상호 연결된 제2 쌍의 권선을 포함하고; 상기 제2 쌍의 권선은 제3 및 제4 권선을 포함하고; 상기 제3 및 제4 권선 각각은, 대향된 축방향 연장 권선 부분들과, 이 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 연결시키는 대향된 가교 부분들을 포함하고; 상기 제3 권선의 상기 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각은 상기 제4 권선의 상기 대향된 축방향 연장 권선 부분들에 인접하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제5항에 있어서, 전기적으로 연결된 상기 제1 쌍의 권선과 전기적으로 연결된 상기 제2 쌍의 권선 각각은 반경 방향으로 향하는 대칭축을 형성하고, 상기 반경 방향 대칭축들은 가교 부분들을 인접시킴으로써 한정되고, 상기 제1 쌍의 권선의 반경 방향 대칭축의 방향은 상기 제2 쌍의 권선의 반경 방향 대칭축의 방향과 다른 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제5항에 있어서, 전기적으로 상호 연결된 상기 제2 쌍의 권선의 가교 부분들의 내부 표면 부분들은 전기적으로 상호 연결된 상기 제1 쌍의 권선의 가교 부분들 의 외부 표면 부분들에 인접한 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제5항에 있어서, 상기 제3 및 제4 권선들은, 인접하는 축방향 연장 권선 부분들에서 흐르는 전류가 실질적으로 동일 방향의 자장을 형성하도록, 전기적으로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제5항에 있어서, 상기 제3 및 제4 권선들의 인접하는 가교 부분들 사이에 개구부가 존재하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제5항에 있어서, 제3 고정자 권선이 전기적으로 상호 연결된 제3 쌍의 권선을 포함하고; 상기 제3 쌍의 권선은 제5 및 제6 권선을 포함하고; 상기 제5 및 제6 권선 각각은, 대향된 축방향 연장 권선 부분들과, 이 대향된 축방향 연장 권선 부분들을 연결시키는 대향된 가교 부분들을 포함하고; 상기 제5 권선의 상기 대향된 축방향 연장 권선 부분들 각각은 상기 제6 권선의 상기 대향된 축방향 연장 권선 부분들에 인접하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제10항에 있어서, 전기적으로 연결된 상기 제3 쌍의 권선은 반경 방향으로 향하는 대칭축을 형성하고, 상기 반경 방향 대칭축들은 상기 제5 및 제6 권선들의 가교 부분들을 인접시킴으로써 한정되고, 상기 제3 쌍의 권선의 반경 방향 대칭축의 방향은 상기 제2 쌍의 권선의 반경 방향 대칭축의 방향과 다른 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제10항에 있어서, 전기적으로 상호 연결된 상기 제3 쌍의 권선의 가교 부분들의 내부 표면 부분들은 전기적으로 상호 연결된 상기 제2 쌍의 권선의 가교 부분들의 외부 표면 부분들에 인접한 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제10항에 있어서, 상기 제5 및 제6 권선들은, 제5 및 제6 권선들의 인접하는 축방향 연장 권선 부분들에서 흐르는 전류가 실질적으로 동일 방향의 자장을 형성하도록, 전기적으로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제10항에 있어서, 상기 제5 및 제6 권선들의 인접하는 가교 부분들 사이에 개구부가 존재하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제2항에 있어서, 상기 가교 부분들 각각은 곡형 구획부(curved section)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제2항에 있어서, 축방향 연장 권선 부분들 각각은 직선형 구획부(linear section)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제1항에 있어서, 다수의 전기 도전성 고정자 권선들 각각에 대해 개별적인 전기 구동 신호를 발행시켜 제공하는 전자 제어 회로도 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제17항에 있어서, 상기 전자 제어 회로가 ASIC를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제1항에 있어서, 투자성 축방향 연장 하우징부와, 회전자 샤프트를 상기 투자성 축방향 연장 하우징부에 대해서 중심에 배치시킬 수 있도록 구성된 전방 및 후방 베어링도 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제19항에 있어서, 상기 환형 영구 자석이 회전자 샤프트와 환형 영구 자석 사이에 위치된 사출 성형 가능한 재료에 의해 중심 샤프트에 대해 고정되게 배치된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제20항에 있어서, 상기 사출 성형 가능한 재료는 상기 환형 영구 자석 외부에 축방향 정렬 부재를 형성하고, 상기 축방향 정렬 부재는, 환형 영구 자석이 투자성 축방향 연장 하우징부에 대해서 축방향으로 올바르게 정렬될 수 있도록, 전방 및 후방 베어링의 내부 표면들에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제19항에 있어서, 상기 전방 및 후방 베어링은 상기 회전자 샤프트를 수용하도록 구성된 관통 개구부를 포함하고, 상기 관통 개구부의 직경은 상기 회전자 샤프트의 외경에 거의 일치하도록 한 크기로 한 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제19항에 있어서, 상기 전방 및 후방 베어링의 외부 표면 부분들은 투자성 축방향 연장 하우징부들의 원통형 내부 표면 부분들과 일치하도록 한 원통형 형상으로 된 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제19항에 있어서, 상기 투자성 축방향 연장 하우징부의 외부 표면 부분은 실질적으로 평면인 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제19항에 있어서, 상기 전방 및 후방 베어링이 원추형 형상의 관통된 통기 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전기역학적 모터.
제1항에 따른 소형 전기역학적 모터를 포함하는 진동기로서, 회전자 샤트프에 대해 비대칭으로 고정되게 배치된 추도 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동기.