KR20200015537A - 자기 작동식 브레이크 - Google Patents

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KR20200015537A
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friction sheet
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제임스 브랜트 클라쎈
다미안 스파소브
크리스토퍼 에스터에르
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제네시스 로보틱스 앤드 모션 테크놀로지스 캐나다, 유엘씨
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Abstract

모터용 자기 브레이크는 플럭스 집중 로터의 표면 상의 자력을 사용하여, 가요성 브레이크 스프링 또는 마찰 시트를 로터와 마찰 접촉하도록 당긴다. 전자기 스테이터는 그것이 통전될 때 가요성 브레이크 스프링 또는 마찰 시트를 로터로부터 멀어지게 당긴다. 브레이크 스프링은 반경방향 플럭스 모터에서 원주 주위에서 또는 축방향 플럭스 모터에서 반경방향으로 가변 두께일 수 있고, 브레이크 스프링이 하우징에 고정되는 곳 부근에서 더 두껍다. 브레이크 스프링은 분할될 수 있어서 그것이 로터 상에 대칭으로 클램핑될 수 있다. 브레이크 스프링의 OD는 브레이크 스프링의 고정 섹션 부근에서 주위 스테이터에 더 가까울 수 있어, 브레이크 스테이터에 대한 에어 갭이 더 작고, 로터 및 브레이크 스프링의 ID에 대한 갭이 더 커서, 브레이크 스테이터가 통전되어 브레이크를 맞물림해제시킬 때 브레이크 스테이터가 초기에 더 큰 힘으로 이러한 영역을 당기도록 허용한다.

Description

자기 작동식 브레이크
브레이크.
저 프로파일의 경량 브레이크는 기계적 시스템에서의 이동을 저지 또는 감소시키기 위해 로봇 및/또는 동작 제어 응용들을 포함하는 다양한 응용에서 유익한 것일 수 있다.
미국 특허 제9755463호에 도시된 전기 모터와 같은 고 토크 모터와 쌍을 이룰 때, 저 프로파일의 경량 브레이크 조립체는 실제 작동 및/또는 안전 고려사항에 대한 부하를 감소, 저지, 또는 정적으로 유지하는 능력을 제공하면서 전체 시스템 중량의 최소의 증가를 허용한다.
일 실시예에서, 제1 요소에 대해 이동가능한 제2 요소를 제동시키기 위한 자기 작동식 브레이크(magnetically actuated brake)가 개시되며, 자기 작동식 브레이크는, 제1 요소에 고정되는 마찰 시트 - 마찰 시트는 자기 민감성 재료(magnetically susceptible material)를 포함함 -, 제동 표면을 한정하는 제2 요소 - 제동 표면은 제2 요소가 제1 요소에 대해 이동하고 있을 때 제1 요소에 대한 제2 요소의 운동 방향에 실질적으로 평행하고, 제1 요소는 제동 표면을 향하여 배치되는 유지 표면을 한정함 -, 및 마찰 시트를 마찰 시트가 제동 표면과 맞물리는 제동 위치와 마찰 시트가 유지 표면과 맞물리는 비제동 위치 사이에서 이동시키도록 배열되는 전자석들을 포함한다.
일부 실시예에서 존재할 수 있는 추가의 특징들은 하기를 포함한다: 전자석들은 유지 표면을 한정하는 제1 요소의 유지 부분 내에 배열됨; 제2 요소는 영구 자석들을 포함하고, 영구 자석들은 전자석들이 통전되지 않을 때 마찰 시트를 제동 위치로 이동시키기에 충분한 강도를 가짐; 제2 요소 및 제1 요소는 전기 모터의 구성요소들이고, 제1 요소는 영구 자석들과의 상호작용에 의해 모터를 구동하도록 배열되는 추가의 전자석들을 포함하는 구동 부분을 가지며, 제2 요소는 제1 요소의 구동 부분과 제1 요소의 유지 부분 사이에 배열됨; 마찰 시트는 마찰 시트가 제동 위치에 있을 때 마찰 시트의 일부분이 제동 표면보다 유지 표면에 더 가깝게 유지되도록 배열됨; 제동 표면보다 상기 유지 표면에 더 가까운 마찰 시트의 일부분을 지지하기 위해 심(shim)이 제1 요소에 부착됨; 제1 요소는 스테이터(stator)를 포함하고, 제2 요소는 스테이터에 대해 회전가능한 로터(rotor)를 포함함; 마찰 시트는 마찰 시트의 제1 원주방향 부분에서 고정되고, 제1 원주방향 부분으로부터 원주방향으로 연장됨; 마찰 시트는 양쪽 원주 방향들로 제1 원주방향 부분으로부터 원주방향으로 연장됨; 마찰 시트는 그것이 제1 원주방향 부분으로부터 연장됨에 따라 두께가 감소함; 스테이터는 로터의 반경방향 내향으로 배열되고, 마찰 시트는 로터의 반경방향 외향으로 제1 요소의 일부분에 고정됨; 스테이터는 로터의 반경방향 외향으로 배열되고, 마찰 시트는 로터의 반경방향 내향으로 제1 요소의 일부분에 고정됨; 마찰 시트는 원주방향 슬롯들을 한정함, 추가의 스테이터가 로터를 구동하도록 배열됨; 마찰 시트는 파면 전파(wavefront propagation)로 제동 위치와 비제동 위치 사이에서 이동함; 파면 전파는 마찰 시트가 제동 위치로부터 비제동 위치로 이동할 때 마찰 시트가 제1 요소에 고정되는 곳으로부터 시작됨; 제1 요소, 제2 요소 및 마찰 시트 각각은 각각 축방향 플럭스 모터(axial flux motor)와 조합될 수 있는 디스크의 형태임; 마찰 시트 내의 슬롯들은 반경방향으로 또는 원주방향으로 연장될 수 있고, 전자석들의 자극(pole)들에 수직하게 배향될 수 있음.
이제 도면들을 참조하여 실시예들이 예로서 설명될 것이며, 도면에서 유사한 도면 부호들은 유사한 요소들을 지시한다.
도 1은 내측으로부터 본 자기 작동식 브레이크의 예시적인 축방향 실시예의 세그먼트(섹션)의 제1 사시도이다.
도 2는 외측으로부터 본 자기 작동식 브레이크의 예시적인 축방향 실시예의 세그먼트(섹션)의 제2 사시도이다.
도 3은 도 1의 브레이크를 위한 예시적인 마찰 디스크의 세그먼트(섹션)의 평면도이다.
도 4는 축방향 자기 작동식 브레이크를 위한 예시적인 박리 심(peel shim)의 세그먼트(섹션)의 사시도이다.
도 5는 축방향 자기 작동식 브레이크를 위한 예시적인 2차 스테이터(secondary stator)의 세그먼트(섹션)의 사시도이다.
도 6은 맞물림 위치에 있는 축방향 자기 작동식 브레이크의 측면 절취도이다.
도 7은 맞물림해제 위치에 있는 도 1의 브레이크의 측면 절취도이다.
도 8은 축방향 자기 작동식 브레이크를 위한 2차 스테이터에 대한 예시적인 권선(winding) 패턴을 도시한 개략도이다.
도 9는 부분적으로 맞물린 브레이크를 도시한 반경방향 자기 작동식 브레이크를 위한 로터, 마찰 시트 및 2차 스테이터의 단부도이다.
도 10은 부분적으로 맞물린 브레이크를 도시한 반경방향 자기 작동식 브레이크를 위한 로터, 마찰 시트 및 2차 스테이터의 단부도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 구성요소들의 등각도이다.
도 12는 반경방향 자기 작동식 브레이크를 포함하는 액추에이터 조립체의 절취도이다.
도 13은 반경방향 브레이크를 위한 마찰 시트의 등각도이다.
도 14는 브레이크를 도시한 도 12의 액추에이터의 확대 절취도이다.
청구범위에 의해 커버되는 것으로부터 벗어남이 없이 여기에서 설명되는 실시예에 대해 무형의 변경이 이루어질 수 있다.
자기 작동식 브레이크, 예를 들어 브레이크(도 1 내지 도 8에서 10, 또는 도 9 내지 도 14에서 50)는 제1 요소에 대해 이동가능한 제2 요소를 제동시키기 위해 제공된다. 도 1에 도시된 브레이크(10)의 축방향 실시예에서, 제2 요소는 로터(12)를 포함하고, 제1 요소는 2차 스테이터(14)를 포함한다. 로터(12)는 1차 스테이터(primary stator)(16)에 대해 회전하도록 배열되고, 1차 스테이터(16)와 2차 스테이터(14) 사이에 위치된다. 1차 스테이터(16)는 종래의 방식으로 1차 스테이터(16)에 대해 로터(12)를 구동하기 위해 로터(12) 상의 전자기 요소들(예를 들어, 영구 자석(28)들)과 상호작용하는 1차 스테이터(16)의 구동 부분 내에 전자기 요소(30)들, 예를 들어 포스트(post)들 상의 코일들을 포함한다. 도 2에 더욱 상세히 도시된 마찰 시트(18)가 2차 스테이터(14)에 고정되고, 자기 민감성 재료를 포함한다. 로터(12)는 제동 표면(20)을 한정한다. 제동 표면(20)은 로터(12)가 2차 스테이터(14)에 대해 이동하고 있을 때 2차 스테이터(14)에 대한 로터(12)의 운동 방향에 실질적으로 평행하다. 스테이터(14)는 제동 표면(20)을 향하여 배치되는 유지 표면(22)을 한정한다. 자기 코일 포스트(25)들 주위에 권취된 코일 또는 코일들(42)(도 5에는 도시되지 않지만 도 8에서 더욱 상세히 볼 수 있음)로 형성된 전자석이 마찰 시트(18)를 도 6에 도시된 바와 같이 마찰 시트(18)가 제동 표면(20)과 맞물리는 제동 위치와 도 7에 도시된 바와 같이 마찰 시트(18)가 유지 표면(22)과 맞물리는 비제동 위치 사이에서 이동시키도록 2차 스테이터(14)의 유지 부분(26) 내에 배열된다.
로터(12)는 다양한 종래의 방식들 중 임의의 방식으로 로터 내의 슬롯들 내에 고정되는 도 7에 도시된 영구 자석(28)들을 포함할 수 있다. 영구 자석(28)들은 전자석이 통전되지 않을 때 마찰 시트(18)를 제동 위치로 이동시키기에 충분한 강도를 갖도록 선택된다.
마찰 시트(18)는 마찰 시트(18)가 제동 위치에 있을 때 마찰 시트(18)의 일부분, 예를 들어 내부 부분(34)이 제동 표면(20)보다 유지 표면(22)에 더 가깝게 유지되도록 배열될 수 있다. 마찰 시트(18)의 이러한 위치를 달성하는 방식은 제동 표면(20)보다 유지 표면(22)에 더 가깝게 마찰 시트(18)의 부분(34)을 지지하기 위해 로터(12)에 부착된 심(36)을 제공하는 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 마찰 시트(18)는 원하는 브레이크 작동을 달성하도록 재료의 강성을 맞추기 위해 반경방향으로 연장되는 슬롯들 또는 절결부(38)들을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 8에 도시된 전자기 브레이크의 축방향 플럭스 실시예에서, 디스크인 2차 스테이터(14)는 역시 디스크인 1차 스테이터(16)에, 역시 디스크인 축방향 플럭스 로터(12)가 사이에 개재된 상태로 볼트(40)들에 의해, 직접 부착될 수 있다. 마찰 시트(18)도 또한 디스크의 형태를 갖는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 2차 스테이터(14)는 작동 동안 자력을 생성하기 위해 사용되는 코일 권선(42)들을 내장한다. 코일(42)들은 교번하는 방향들로 제2 스테이터(14)의 표면을 가로질러 반경방향으로 권취되어, 각각의 원형 포스트(25)는 그의 ID 및 OD의 포스트(25)들과 반대 극성이다. 슬롯들 내의 권선(42)들은 매 첫 번째 슬롯에서 동일한 방향이고 매 두 번째 슬롯에서 반대 방향일 것이어서, 매 두 번째 원형(또는 반원형) 포스트(25)는 동일한 극성을 갖지만, 그의 바로 내측 및 외측에 있는 원형(또는 반원형) 슬롯과는 반대 극성을 갖는다. 이는 다수의 방식으로, 예를 들어 원주방향 슬롯들 사이에서 와이어를 반대 방향으로 슬롯(도 3에는 도시되지 않지만 도 8에서 볼 수 있는 반경방향 슬롯)으로 경로설정(route)하기 위해 사용되는, 아래의 스테이터의 상부 면을 따른 반경방향 슬롯으로 달성될 수 있다. 반경방향 홈이 와이어가 각각의 다음 동심 원형 포스트에서 교번 극성 플럭스를 생성하도록 하는 방식으로 삽입되도록 허용한다.
2차 스테이터(14)와 로터(12) 사이에는, 이러한 실시예에서 역시 디스크인 마찰 시트(18)뿐만 아니라 박리 심(36)이 있을 수 있다. 일 실시예에서, 박리 심(36)은 접촉이 없음을 보장하기 위해 로터(12)에 대해 적절한 갭을 갖고서 1차 스테이터(16)의 내경부 상에 포함된다. 박리 심(36)은 마찰 디스크(18)를 로터(12)로부터 분리시키는데 필요한 요구되는 인가된 힘을, 그리고 그에 따라서 맞물림해제를 생성하기 위해 브레이크에 인가되도록 요구되는 전류 또는 전력의 양을 효과적으로 감소시킨다. 박리 심(36)의 크기, 형상, 및 각도(35)는 그것이 마찰 디스크(18)의 맞물림해제를 위해 요구되는 인가된 힘을 감소시키는 정도에 영향을 끼친다. 박리 심은, 맞물림해제 시, 2차 스테이터(14)에 전력이 인가될 때, 2차 스테이터 옆에 있지만 그와 접촉하지 않는 마찰 디스크(18)의 국소 섹션에 대한 순수 힘(net force)이 더 높도록, 맞물림 동안 마찰 디스크(18)의 표면이 2차 스테이터 표면에 더 가깝게 유지되는 결과로서 마찰 디스크(18)의 내경으로부터 외경으로 박리 작용을 생성한다. 더 높은 순수 힘은 박리 심(36)의 영역 내의 마찰 디스크(18)가 박리 심(36)으로부터 가장 멀리 떨어진 마찰 디스크(18)보다 빨리 맞물림해제되는 결과를 가져온다. 이러한 운동은 2차 스테이터(14)에 가장 가까이에서 더 높은 자력을 이용하여 그를 로터(12)의 표면으로부터 맞물림해제시킨다.
일 실시예에서, 마찰 디스크(18)는 주어진 자력에 대해 높은 제동력을 달성하기 위해 알루미늄 청동과 같은 고 마찰 계수 재료로 구성된다.
맞물림에 대한 브레이크(10)의 작동은, 2차 스테이터(14) 내의 코일 권선(42)들에 전력이 제공되지 않을 때, 브레이크가 로터(12) 내에 수용된 영구 자석(28)들에 의해 생성되는 인력으로 인해 맞물리게 한다. 영구 자석(28)들의 힘은 마찰 디스크(18)와 로터 표면(20) 사이의 접촉력이 로터(12)의 이동을 방지하거나 없애기에 충분한 마찰을 생성하도록 마찰 디스크(18)가 로터 표면(20)으로 당겨지는 결과를 가져온다.
일부 실시예에서, 내구성 및 마모를 최대화하고/최대화하거나, 계면의 전체적인 마찰 특성을 향상시키고/향상시키거나, 열을 소산시키기 위해, 다양한 코팅 및 표면 마감재가 마찰 디스크(18) 및 로터 접촉 표면(20) 상에 사용될 수 있다.
맞물림해제에 대한 브레이크의 작동은, 자기 코일 권선(42)들에 전력이 인가될 때, 2차 스테이터(14)와 마찰 디스크(18) 사이에서 자기 견인력이 발생되게 한다. 마찰 디스크(18)에 대한 순수 힘은, 로터(12)를 향해 당기는 자력과 2차 스테이터(14)를 향해 당기는 새롭게 생성된 힘을 고려할 때, 마찰 디스크(18)가 2차 스테이터(14)의 표면을 향해 당겨지는 결과를 가져온다.
2차 스테이터(14)에 의해 발생되는 자기 견인력의 크기는 권선들의 개수(자기 코일 권선 포스트(25)들의 개수) 및 자기 코일들에 인가되는 전류의 총량에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 마찰 디스크를 200 mm 외경(OD) 디스크 상에서 맞물림해제된 상태로 유지하는데 요구되는 유지 전류(holding current)는 10 암페어 미만이다. 가요성 디스크(18)가 로터(12)와 맞물리기 때문에, 디스크(18)와 로터(12)의 맞물림은 파면 운동(wavefront motion)으로 전파된다.
가요성 디스크(18) 내의 반경방향 슬롯(38)들은 2가지 목적에 도움이 된다. 하나는 디스크(18)가 파 전파 동안 마찰 디스크(18)의 로터(12)에 대한 맞물림을 원주방향으로 확장시키도록 허용하는 것이다. 둘째는 정렬된 자극들 사이의 플럭스 제한기(flux restrictor)로서의 역할을 하는 것이다. 이는 일부 실시예에서 브레이크를 맞물림해제시키기 위해 2차 스테이터(14) 전자석으로부터 필요한 힘을 감소시키는데 필요할 수 있다. 2차 스테이터(14) 상의 포스트(25)들은 원주방향이어서 그들을 가요성 디스크 슬롯(25)들에 수직하게 만드는 한편, 슬롯(25)들은 1차 스테이터(16) 상의 자극들에 평행하다. 따라서, 가요성 디스크 슬롯(25)들은 전자기 스테이터로부터의 플럭스를 제한하지 않으며, 이는 가요성 디스크를 2차 스테이터에 맞대어 유지시키고 가요성 디스크(18)를 2차 스테이터(14)와 접촉하도록 끌어당기기 위한 전력을 감소시킨다.
전기 모터의 반경방향 플럭스 실시예에서, 모터용 자기 브레이크는 플럭스 집중 로터(flux concentrating rotor)의 외부 표면 상의 자력을 사용하여, 마찰 시트를 형성하는 가요성 브레이크 스프링을 로터와 마찰 접촉하도록 당긴다. 로터가 스테이터의 OD 상에 있는 경우, 가요성 브레이크 스프링은 로터의 OD와 접촉한다. 전자기 스테이터는 로터 및 브레이크 스프링을 둘러싸고, 전자기 스테이터가 통전될 때 가요성 브레이크 스프링을 로터로부터 멀어지게 당긴다. 브레이크 스프링은 원주 주위에서 가변 두께를 가질 수 있고, 그것이 하우징에 고정되는 곳 부근에서 더 두껍다. 브레이크 스프링은 분할될 수 있어서 그것이 로터 상에 대칭으로 클램핑될 수 있다. 브레이크 스프링의 OD는 브레이크 스프링의 고정 섹션 부근에서 주위 스테이터에 더 가까울 수 있어, 브레이크 스테이터에 대한 에어 갭이 더 작고, 로터 및 브레이크 스프링의 내경(ID)에 대한 갭이 더 커서, 브레이크 스테이터가 통전되어 브레이크를 맞물림해제시킬 때 브레이크 스테이터가 초기에 더 큰 힘으로 이러한 영역을 당기도록 허용한다.
도 9 내지 도 11은 로터가 제동 표면의 반경방향 내향으로 배열되는 전자기 브레이크(50)의 일 실시예를 예시하고, 도 12는 반경방향 플럭스 전기 기계(48)에서의 그러한 브레이크의 일 실시예를 예시한다. 자기 작동식 브레이크(50)는 스테이터(54)(제1 요소) 및 도 9 내지 도 11에는 도시되어 있지 않지만 도 12에 도시된 추가의 스테이터(56)에 대해 이동가능한 로터(52)(제2 요소)를 제동시키기 위해 제공된다. 추가의 스테이터(56)는 종래의 방식으로 로터(52)를 구동하도록 배열된다. 마찰 시트(58)가 스테이터(54)에 고정된다. 도 9 내지 도 11에는, 로터(52)의 외부 표면을 형성하는 마찰 실린더의 마찰 표면만이 도시되어 있고, 스테이터(54)의 코일들만이 도시되어 있다.
마찰 시트(58)는 자기 민감성 재료를 포함하고, 일단부(55)에서 분할되는 브레이크 스프링을 포함할 수 있다. 로터(52)는 로터(52)의 일체형 부분에 고정되거나 그로서 형성되는 별개의 제동 실린더일 수 있는 제동 표면(60)을 한정한다. 제동 표면(60)은 로터(52)가 스테이터(54)에 대해 이동하고 있을 때 스테이터(54)에 대한 로터(52)의 운동 방향에 실질적으로 평행하게 연장되고, 스테이터(54)는 제동 표면(60)을 향하여 배치되는 유지 표면(62)을 갖거나 한정한다. 스테이터(54) 내의 전자석(64)들은 마찰 시트(58)를 마찰 시트가 제동 표면과 맞물리는 제동 위치와 마찰 시트가 유지 표면(62)과 맞물리는 비제동 위치 사이에서 이동시키도록 배열된다. 스테이터(54) 내의 전자석(64)들을 위한 코일들이 스테이터(54)의 내경부 주위에 권취된다. (임의의 개수의 코일이 사용될 수 있지만) 도 12 및 도 14에 도시된 3개의 예시적인 코일 각각은 방향이 교번하여, 원주방향 스테이터 포스트(65)들은 반경 방향으로 N S N S로 교번한다.
마찰 시트(58)는 마찰 시트(58)의 제1 원주방향 부분(66)에서 예를 들어 스테이터(54)에 고정될 수 있고, 제1 원주방향 부분(66)으로부터 원주방향으로 예를 들어 도 9에 도시된 원주 방향(A, B)들 중 하나 또는 둘 모두로 연장될 수 있다. 마찰 시트(58)는 그것이 제1 원주방향 부분(66)으로부터 연장됨에 따라 얇아질 수 있으며, 즉 두께가 감소할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 스테이터(56)는 로터(52)의 반경방향 내향으로 배열될 수 있고, 마찰 시트(58)는 위치(66)에서 마찰 시트(58)와 로터(52) 사이에 갭(72)이 형성되도록 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 로터(52)의 반경방향 외향으로 스테이터(54)의 일부분에 고정된다. 대안적으로, 스테이터는 로터의 반경방향 외향으로 배열될 수 있고, 마찰 시트는 로터의 반경방향 내향으로 제1 요소의 일부분에 고정된다. 마찰 시트(58)는 원주방향 슬롯(68)들을 한정할 수 있다. 마찰 시트(58)는 마찰 시트(58)가 로터(52)와 맞물리는 도 9 및 도 11에 도시된 제동 위치와 마찰 시트(58)가 스테이터(54)에 대항하여 로터(52)로부터 멀어지게 당겨지는 도 10에 도시된 비제동 위치 사이에서 이동한다. 마찰 시트(58)는 파면 전파로 제동 위치와 비제동 위치 사이에서 이동할 수 있다.
파면 전파는 마찰 시트(58)가 제동 위치로부터 비제동 위치로 이동할 때 마찰 시트(58)가 제1 요소에 고정되는 곳으로부터 시작될 수 있다.
장치의 실시예들은 도 12에 도시된 반경방향으로 구성된 액추에이터(48)와 함께 작동하도록 제조된 자기 작동식 브레이크(50)를 포함한다. 본 문헌에 제시된 장치의 비제한적인 실시예는 브레이크 스테이터(54) 및 브레이크 스테이터 코일(70), 마찰 시트(58) 또는 브레이크 스프링을 포함하며, 모터의 로터(52)와 계면을 이루는 마찰 실린더(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 로터(52)는 출력부를 구동하기 위해 대칭 차동 기어 시스템(80)에 결합될 수 있다.
스테이터(56) 및 로터(52)를 갖는 액추에이터(48)를 위한, 도 12에 도시된 차동 기어 시스템은, 적어도 중심 기어(84) 및 제1 외부 기어(86)를 갖는 차동 기어(82)를 포함한다. 중심 기어(84)는 로터(52)에 의해 구동되도록 로터(52)와 기어식으로 접촉한다. 제1 외부 기어(86)는 기준 기어를 형성하도록 스테이터(54) 및 스테이터(56)에 대해 고정된 레이스(race)(88)와 기어식으로 접촉한다. 중심 기어(84)는 출력부(90)와 기어식으로 연결된다. 차동 기어(82)는 제2 외부 기어(92)를 가질 수 있고, 제2 외부 기어(92)는 부동 레이스(floating race)(94)와 기어식으로 접촉할 수 있다. 각각의 기어형성 표면 및 레이스는 경사진 치형부 및 대응하는 홈을 가질 수 있고, 중심 기어(84)는 기어 치형부의 헤링본(herringbone) 패턴을 가질 수 있다. 베어링(96)은 하우징(98) 및 스테이터(56)에 대해 출력부(90)를 지지하기 위해 사용될 수 있다.
마찰 실린더가 예를 들어 압입 끼워맞춤 또는 마찰 끼워맞춤에 의해 모터 로터(52)의 내경부 또는 외경부에 고정될 수 있거나, 또는 로터(52)의 표면의 일부이거나 로터(52)의 표면을 형성할 수 있다. 마찰 시트 또는 브레이크 스프링(58)은 그의 원주 주위의 일정 지점에서, 예를 들어 기부(66)에서, 모터의 고정 구성요소에 고정되어야 한다. 도 12에 도시된 비제한적인 실시예에서, 브레이크 스프링(58)의 기부는 66에서 액추에이터의 고정 링(54)에 고정된다. 도 9에서, 제동 위치에서, 66에서 브레이크 스프링(58)과 로터(52) 사이에 기부 갭(72)이 있고, 브레이크 스프링(58)과 스테이터(54) 사이에 상부 갭(73)이 있다. 브레이크 스프링(58)은 부착점 부근에서 브레이크 스테이터(54)에 가까우며, 이는 로터(52)로부터 브레이크를 해제시킬 때 박리 파(peeling wave)가 브레이크 스프링(58) 주위로 전파되도록 허용한다.
전력공급되지 않은 상태에서, 브레이크 스프링(58)은 모터의 로터(52) 내의 자석(76)들로 끌어당겨지며, 이어서 로터(52)의 마찰 링 또는 제동 표면과 접촉하여 로터(52)가 회전하는 것을 방지한다. 전류가 브레이크 코일(70)에 인가될 때, 브레이크 스프링(58)은 브레이크 코일(70)들로 끌어당겨지고 마찰 실린더 또는 로터 제동 표면으로부터 맞물림해제되어, 로터(52)가 자유롭게 회전하게 한다.
도 9 내지 도 13에 도시된 비제한적인 실시예에서, 브레이크 스프링은 로터의 자석(76)들로부터의 플럭스 경로에 저항을 부가하기 위해 원주방향으로 연장되는 슬롯들 또는 절결부(68)들을 갖는다. 이들 절결부(68)는 브레이크 스테이터(54)가 스프링(58)을 로터(52)로부터 박리시키는 것을 더욱 용이하게 한다.
외부 로터를 갖는 일 실시예가 도시된다. 다른 실시예에서, 로터는 내부 로터일 수 있고, 마찰 실린더는 로터의 내경부 상에 있을 수 있으며, 브레이크 스프링 및 스테이터 코일들은 로터의 내경부의 내향으로 모터의 일부분에 고정될 수 있다.
선형 실시예에서, 마찰 요소는 스테이터에 대해 이동가능한 이동 요소 또는 로터로 통상적으로 끌어당겨지는 평평한 시트를 포함할 수 있고, 스테이터는 정상 작동 동안 이동 요소로부터 평평한 시트를 들어올리도록 작동될 수 있는 전자석을 포함할 수 있다.
마찰 시트(18)는 파면 전파로 해제 위치로부터 제동 위치로 이동하는 가요성 디스크일 수 있다. 마찰을 증가시키고/증가시키거나, 마모를 감소시키고/감소시키거나, 열을 소산시키기 위해 다양한 코팅이 로터 또는 마찰 시트에 적용될 수 있다. 마찰 시트의 슬롯은 작동 동안 디스크의 외경이 변하도록 허용하기 위해 마찰 시트의 원주방향 확장을 허용할 수 있다.
청구범위에서, 단어 "포함하는"은 그것의 포괄적인 의미로 사용되며, 다른 요소가 존재하는 것을 배제하지 않는다. 청구항 특징부 앞의 부정 관사("a" 및 "an")는 하나 초과의 특징부가 존재하는 것을 배제하지 않는다. 여기에 설명된 개별 특징부들 중 각각의 특징부는 하나 이상의 실시예에서 사용될 수 있으며, 여기서 설명된 것만으로 인해, 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 모든 실시예에 필수적인 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (22)

  1. 제1 요소에 대해 이동가능한 제2 요소를 제동시키기 위한 자기 작동식 브레이크(magnetically actuated brake)로서,
    상기 제1 요소에 고정되는 마찰 시트 - 상기 마찰 시트는 자기 민감성 재료(magnetically susceptible material)를 포함함 -;
    제동 표면을 한정하는 상기 제2 요소 - 상기 제동 표면은 상기 제2 요소가 상기 제1 요소에 대해 이동하고 있을 때 상기 제1 요소에 대한 상기 제2 요소의 운동 방향에 실질적으로 평행하고, 상기 제1 요소는 상기 제동 표면을 향하여 배치되는 유지 표면을 한정함 -; 및
    상기 마찰 시트를 상기 마찰 시트가 상기 제동 표면과 맞물리는 제동 위치와 상기 마찰 시트가 상기 유지 표면과 맞물리는 비제동 위치 사이에서 이동시키도록 배열되는 전자석들을 포함하는, 자기 작동식 브레이크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자석들은 상기 유지 표면을 한정하는 상기 제1 요소의 유지 부분 내에 배열되는, 자기 작동식 브레이크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 요소는 영구 자석들을 포함하고, 상기 영구 자석들은 상기 전자석들이 통전되지 않을 때 상기 마찰 시트를 상기 제동 위치로 이동시키기에 충분한 강도를 갖는, 자기 작동식 브레이크.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 요소 및 상기 제1 요소는 전기 모터의 구성요소들이고, 상기 제1 요소는 상기 영구 자석들과의 상호작용에 의해 상기 모터를 구동하도록 배열되는 추가의 전자석들을 포함하는 구동 부분을 가지며, 상기 제2 요소는 상기 제1 요소의 구동 부분과 상기 제1 요소의 유지 부분 사이에 배열되는, 자기 작동식 브레이크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 시트는 상기 마찰 시트가 상기 제동 위치에 있을 때 상기 마찰 시트의 일부분이 상기 제동 표면보다 상기 유지 표면에 더 가깝게 유지되도록 배열되는, 자기 작동식 브레이크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제동 표면보다 상기 유지 표면에 더 가까운 상기 마찰 시트의 상기 일부분을 지지하기 위해 상기 제1 요소에 부착되는 심(shim)을 추가로 포함하는, 자기 작동식 브레이크.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 요소는 스테이터(stator)를 포함하고, 상기 제2 요소는 상기 스테이터에 대해 회전가능한 로터(rotor)를 포함하는, 자기 작동식 브레이크.
  8. 제7항에 있어서, 상기 마찰 시트는 상기 마찰 시트의 제1 원주방향 부분에서 고정되고, 상기 제1 원주방향 부분으로부터 원주방향으로 연장되는, 자기 작동식 브레이크.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마찰 시트는 양쪽 원주 방향들로 상기 제1 원주방향 부분으로부터 원주방향으로 연장되는, 자기 작동식 브레이크.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 마찰 시트는 상기 마찰 시트가 상기 제1 원주방향 부분으로부터 연장됨에 따라 두께가 감소하는, 자기 작동식 브레이크.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터는 상기 로터의 반경방향 내향으로 배열되고, 상기 마찰 시트는 상기 로터의 반경방향 외향으로 상기 제1 요소의 일부분에 고정되는, 자기 작동식 브레이크.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터는 상기 로터의 반경방향 외향으로 배열되고, 상기 마찰 시트는 상기 로터의 반경방향 내향으로 상기 제1 요소의 일부분에 고정되는, 자기 작동식 브레이크.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 시트는 원주방향 슬롯들을 한정하는, 자기 작동식 브레이크.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터를 구동하도록 배열되는 추가의 스테이터를 추가로 포함하는, 자기 작동식 브레이크.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 시트는 파면 전파(wavefront propagation)로 상기 제동 위치와 상기 비제동 위치 사이에서 이동하는, 자기 작동식 브레이크.
  16. 제15항에 있어서, 상기 파면 전파는 상기 마찰 시트가 상기 제동 위치로부터 상기 비제동 위치로 이동할 때 상기 마찰 시트가 상기 제1 요소에 고정되는 곳으로부터 시작되는, 자기 작동식 브레이크.
  17. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 요소, 제2 요소 및 마찰 시트 각각은 각각 디스크의 형태인, 자기 작동식 브레이크.
  18. 제17항에 있어서, 축방향 플럭스 모터(axial flux motor)와 조합되는, 자기 작동식 브레이크.
  19. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 시트 내에 슬롯들을 추가로 포함하는, 자기 작동식 브레이크.
  20. 제19항에 있어서, 상기 슬롯들은 반경방향으로 연장되는, 자기 작동식 브레이크.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전자석들은 자극(pole)들을 한정하고, 상기 슬롯들은 상기 전자석들의 자극들에 수직하게 연장되는, 자기 작동식 브레이크.
  22. 제19항에 있어서, 상기 슬롯들은 원주방향으로 연장되는, 자기 작동식 브레이크.
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