KR20200039811A - 수동 제어 가변식 회전자/고정자 정렬을 갖는 영구 자석 모터 - Google Patents

수동 제어 가변식 회전자/고정자 정렬을 갖는 영구 자석 모터 Download PDF

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KR20200039811A
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rotor assembly
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칼슨 레이첼 에이 디아스
스콧 티 퍼처스
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인디고 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

전기 모터는, 제1 및 제2 서브시스템(이 중 하나는 자기 회전자 조립체를 포함하고, 이 중 다른 하나는 코일 고정자 조립체를 포함함); 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체를 지지하고 회전축을 정의하는 허브 조립체; 및 허브 조립체 상의 제1 및 제2 서브시스템 중 적어도 하나를 지지하는 베어링 조립체를 포함하고, 제1 서브 시스템은 축 방향으로 유도된 자기장을 생성하기 위한 리프트 생성 요소 어레이를 갖고, 제2 서브 시스템은, 제1 서브 시스템의 리프트 생성 요소 어레이에 대향하고 이와 정렬되는 전기 전도성 부위를 갖고, 베어링 어셈블리는, 자기 회전자 조립체로 하여금 허브 조립체의 회전축을 중심으로 회전시키고 코일 고정자 조립체로부터 자기 회전자 조립체의 분리 거리를 변화시킨다.

Description

수동 제어 가변식 회전자/고정자 정렬을 갖는 영구 자석 모터
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 5일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/554,068호 및 2018년 3월 21일에 출원된 미국 특허출원 제15/927,328호의 이익을 주장하며, 이들 모두 참조로 본원에 포함된다. 미국 출원 목적상, 본 출원은 미국 출원 번호 제15/927,328호의 연속이다.
기술분야
본 발명의 구현예는, 일반적으로 전기 모터, 보다 구체적으로 가변 토크 상수를 나타내는 전기 모터에 관한 것이다.
전기 모터는 토크 상수(Kt)를 특징으로 할 수 있으며, 이는 기본적으로 모터에 의해 생성된 토크를, 그 토크를 생성하는 데 필요한 코일 전류로 나눈 것이다. 토크 상수가 높은 모터는 일반적으로 낮은 RPM에서 높은 토크를 생성하는 데 유용하지만, 낮은 토크 상수를 갖는 모터는 더 높은 속도를 생성하는 데 더 적합할 수 있으며, 높은 토크는 필요하지 않다. 매우 일반적인 의미에서, 토크 상수는, 코일 조립체와 자기 회전자 조립체 사이의 전자기 커플링의 측정치이다. 더 높은 커플링은, 낮은 커플링에 비해 더 높은 토크 상수를 생성한다. 그러나, 더 높은 토크 상수를 갖는 모터를 사용하면 불리한 점 중 하나는, 상대적으로 더 높은 후방 EMF와 더 높은 속도에서 생성되는 유도 맴돌이 전류이다. 이러한 후방 EMF와 유도된 맴돌이 전류는 모터에 의해 달성될 수 있는 최대 속도를 낮추고, 더 높은 속도에서 더 높은 손실을, 즉 덜 효율적인 작동을 초래한다. 따라서, 작동 범위에 걸쳐서 토크 상수를 가변시켜서, 더 낮은 속도에서 더 높은 토크 상수 및 더 높은 속도에서 더 낮은 토크 상수를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 전기 모터를 특징부로 하되, 상기 모터는, 제1 서브시스템 및 제2 서브시스템(상기 제1 서브시스템 및 제2 시스템 중 하나는 자기 회전자 조립체를 포함하고, 상기 제1 및 제2 서브시스템 중 다른 하나는 코일 고정자 조립체를 포함함); 상기 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체를 지지하고 회전축을 정의하는 허브 조립체; 및 상기 허브 조립체 상에 상기 제1 및 제2 서브 시스템 중 적어도 하나를 지지하는 베어링 조립체를 포함한다. 자기 회전자 조립체는 토크 생성 자석 어레이를 포함하고, 코일 고정자 조립체는 상기 자기 회전자 조립체의 토크 생성 자석 어레이에 대향하는 구동 코일 어레이를 포함하고, 상기 제1 서브 시스템은 축 방향으로 유도된 자기장을 생성하기 위한 리프트 생성 요소 어레이를 포함하고, 제2 서브 시스템은 상기 제1 서브시스템의 리프트 생성 요소 어레이에 대향하고 이와 정렬하는 전기 전도성 부위를 포함하며, 상기 베어링 조립체는 상기 자기 회전자 조립체로 하여금, 상기 허브 조립체의 회전축을 중심으로 회전시키고, 상기 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체의 분리 거리로 하여금, 상기 리프트 생성 요소 어레이와 상기 전기 전도성 부위 서로에 대한 상대적인 이동으로 생성된 리프트 힘에 반응하여 변화시킨다.
다른 구현예는 다음의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 베어링 조립체는, 허브 조립체 상의 제1 서브시스템과 허브 어셈블리 상의 제2 서브시스템 중 하나 또는 모두를 지지한다. 제1 서브시스템은 자기 회전자 조립체를 포함하고 제2 서브시스템은 코일 고정자 조립체를 포함하거나, 대안적으로 제1 서브시스템은 코일 고정자 조립체를 포함하고 제2 서브시스템은 자기 회전자 조립체를 포함한다. 리프트 생성 요소 어레이는, 영구 자석 어레이 또는 전기 코일의 어레이이다. 베어링 조립체는, 허브 조립체 상의 자기 회전자 조립체를 지지하는 회전 베어링 조립체를 포함한다. 베어링 조립체는, 허브 조립체 상의 코일 고정자 조립체를 지지하는 선형 베어링 조립체를 포함한다. 베어링 조립체는, 허브 조립체 상의 자기 회전자 조립체를 지지하고, 자기 회전자 조립체로 하여금, 회전축을 중심으로 회전시키고 회전축을 따라 길이 방향으로 전후 이동시킬 수 있다. 제2 서브시스템은, 전기 전도성 부위를 형성하는 환형 전도성 플레이트를 포함한다. 자기 회전자 조립체 및 코일 고정자 조립체는, 반경 방향 플럭스 모터 또는 축 방향 플럭스 모터를 형성한다.
도 1은 전기 전도성 플레이트 위로 이동하는 자석을 도시한다.
도 2는, 도 1의 시스템에 대한 회전 속도의 함수로서, 리프트와 드래그의 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는, 고정자 조립체가, 회전하는 자기 회전자 조립체에 반응하여 축 방향으로 이동하는 구현예를 나타낸다.
도 4a는 자기 회전자 조립체 면 하나 상에 리프트 생성 자석 어레이를 나타낸다.
도 4b는 자기 회전자 조립체의 둘레에 있는 벽 상에 토크 생성 자석 어레이를 나타낸다.
도 4c는 코일 고정자 조립체 상의 코일 어레이 및 전도성 플레이트를 나타낸다.
도 5는, 도 3a의 시스템용 자기 회전자 조립체의 회전 속도의 함수로서 토크 계수(Kt)를 나타낸 그래프이다.
도 6a는, 리프트 생성 자석 어레이가 자기 회전자 조립체 상에 있고 선형 베어링 조립체가 코일 고정자 조립체를 지지하는 구현예를 나타낸다.
도 6b는, 리프트 생성 자석 어레이가 자기 회전자 조립체 상에 있고, 코일 고정자 조립체는 정지되어 있고, 자기 회전자 조립체는, 자기 회전자 조립체의 회전 이동과 축 방향으로 유도된 이동 모두를 허용하는 베어링 조립체에 의해 허브 상에 지지되는 구현예를 나타낸다.
도 7은, 코일 고정자 조립체 상에 구동 코일을 또한 리프트 생성 요소로서 사용하는 구현예를 나타낸다.
도 8은, 구동 어레이와 상이한 코일 고정자 조립체 상에 리프트 생성 코일 어레이를 사용하는 구현예를 나타낸다.
도 9는, 리프트 생성 장치의 한 구성 요소(예, 전도성 플레이트)가, 코일 고정자 조립체 또는 자기 회전자 조립체가 아닌 모터의 일부에 의해 지지되는 구현예를 나타낸다.
도 10은, 가변 토크 계수를 구현하기 위해 리프트 생성 장치를 이용하는 축 방향 플럭스 모터를 나타낸다.
선행 도면에서, 유사한 요소 및 유사한 구성 요소는 유사한 참조 부호로 식별될 수 있다.
본원에 설명된 영구 자석(PM) 동기식 모터는, 모터의 토크 상수를 변화시키기 위한 장치를 제공하여 더 넓은 범위의 토크/속도(예, 고속에서 저 토크 및 저속에서 고 토크)에 걸쳐서 개선된 효율을 달성한다. 일반적으로, 모터는 수동적으로 그리고 모터의 전류 및/또는 속도와 직접적으로 상관되는 방식으로 토크 상수를 변화시킨다. 이들은, 리프트(및 드래그)를 생성하는 별도의 자기장 생성 어레이를 채용하며, 이의 크기는 모터의 속도에 따라 달라진다. 결과적으로, 리프트는, 모터 요소 중 하나를 다른 요소에 대해 축 방향으로 이동시킴으로써, 자석 체결 길이를 변화시키고 따라서 토크 상수를 변화시킨다.
리프트 장치는, 전도성 플레이트 위로 이동함에 따라 자석 자기장에 의해 전도성 플레이트에 유도된 맴돌이 전류에 의존한다. 유도된 맴돌이 전류는, 자석의 자기장에 대향하는 그들만의 자기장을 생성한다. 맴돌이 전류에 의해 생성된 자기장과 자석의 자기장이 상호 작용하면, 전도성 플레이트로부터 자석을 밀어내는 힘을 생성한다.
이것은 속도 v와 플레이트 위의 거리 x에서 전도성 플레이트(12)에 평행하고 우측으로 이동하는 자석(10)을 나타낸 도 1에 의해 예시된다. 이 실시예에서, 자석은 길이(L), 폭(b), 및 두께(h)를 갖고 전도성 플레이트는 두께(d)를 갖는다. 자석은, 반발(리프트)힘 F lift , 및 드래그 힘 F drag 를 갖는 자석에 결국 작용하는 맴돌이 전류를 전도성 재료에 생성한다. 이들 힘의 방향은 도면에 나타나 있다. 이러한 상호 작용을 통제하는 법칙은 렌쯔의 법칙으로서 지칭되며, 이는 전도성 재료 위로 자석을 이동시키면 대향하는 자기장 그리고 따라서 리프트 힘을 유발하는 것을 말한다. 도 1에 나타낸 배열에 있어서, 리프트 힘은 자석 특성, 자석과 전도성 플레이트의 기하 구조, 및 자석이 이동하는 속도의 함수이다.
반경 방향 모터의 경우, 리프트 생성 자석 어레이는, 즉 접선 방향 속도 v에 대응하는 일부 회전 속도 ω 에서 전도성 플레이트를 가로질러 이동할 것이다.
Figure pct00001
도 2에 나타낸 바와 같이, 저속의 경우 드래그 힘은 리프트 힘보다 클 것이다. 그러나, 일단 임계 값에 도달하면, 리프트 힘은 훨씬 더 커질 것이나 일부 드래그 힘은 항상 있다. (참고: 도 2에서 하부 곡선은 드래그 힘을 나타내며 상부 곡선은 리프트 힘을 나타낸다.)
이 원칙이 채용되는 전기 모터(100)가 도 3a에 개략적으로 도시되어 있다. 이는 자기 회전자 조립체(102) 및 코일 고정자 조립체(104)를 포함하며, 이들 모두는 길이 방향 축(108)을 갖는 샤프트(106)(또는 허브 조립체) 상에 장착된다. 자기 회전자 조립체(102)는, 자기 회전자 조립체(102)로 하여금 샤프트를 중심으로 회전시킬 수 있으나 축 방향으로 샤프트를 따라 이동시키지 않는 베어링(110)을 통해, 샤프트(106) 상에 지지된다. 다른 한편으로, 코일 고정자 조립체(104)는, 코일 고정자 조립체(104)로 하여금 축 방향으로 샤프트를 따라 전후로 이동시킬 수 있지만 샤프트를 중심으로 회전시키지 않는 선형 베어링(112)의 시스템을 통해 샤프트(106) 상에 장착된다.
자기 회전자 조립체(102)는 2개의 자석 어레이, 즉 토크 생성 자석 어레이(114) 및 리프트 생성 자석 어레이(116)를 포함한다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 토크 생성 자석 어레이(114)는 자기 회전자 조립체(102)의 둘레 주위에 배열된 영구 자석(118)에 의해, 그리고 회전자 조립체의 회전축에 대하여 반경 방향을 가리키는 자화 방향으로 형성된다. 예를 들어, 자석은 동일한 형상 및 동일한 크기의 요소일 수 있고, 이는 양의 반경 방향 및 음의 반경 방향 사이에서 전환되는 자화 방향으로 회전자 조립체 주위에 균등하게 이격된다. 대안적으로, 자화 방향은 할바흐(Halbach) 어레이를 형성하도록 배열될 수 있다. 회전자 조립체의 영구 자석을 배열하는 상이한 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 리프트 생성 자석 어레이(116)는, 코일 고정자 조립체(104)와 대면하는 자기 회전자 조립체(102)의 면 상에 원형 패턴으로 배열된 영구 자석(120)에 의해 형성된다. 리프트 생성 자석 어레이(116)의 영구 자석(120)은, 그들의 자화 방향이 어레이 주위의 N-S-N-S의 패턴을 갖는 축 방향으로 모두 가르키도록 배열된다. 대안적으로, 다른 가능한 예들 중 두 가지 예를 들면 N-N-S-S-N-N-S-S-S 또는 할바흐 어레이와 같은 다른 패턴을 사용할 수 있다.
이 구현예에서, 도 4c에 나타난 바와 같이, 코일 고정자 조립체(104)는 자기 회전자 조립체(102)를 둘러싸고 있는 원통형 외벽(105)을 가지며, 이의 내측 상에 회전축(108)을 둘러싸는 코일 어레이(122)의 균일하게 이격된 코일(124)의 어레이가 장착된다. 코일 어레이(122)의 코일(124)은, 그들의 축이 반경 방향으로 향하도록, 자석 어레이(114)의 자석(118)과 대향하도록 배열된다. 적당한 구동 신호가 코일(124)에 인가되는 경우, 코일 생성 자기장과 자석(118)의 자기장의 상호 작용은 자기 회전자 조립체(102) 상에 토크를 생성하여, 인가되는 구동 신호에 의존하는 방향과 속도를 갖고 회전축(108) 주위로 이를 회전시킨다.
도 3a를 참조하면, 코일 고정자 조립체(104)의 내부 수직 벽(126) 상에, 즉 자기 회전자 조립체(102)와 대면하는 벽 상에, 회전축을 둘러싸는 전도성 재료의 링(또는 환형 전도성 플레이트)(128)(예, 알루미늄 플레이트)이 있다. 대안적으로, 코일 고정자 조립체(104)의 몸체는 알루미늄(또는 일부 전기 전도성 재료)으로 만들어질 수 있고, 이 경우 별도의 환형 전도성 플레이트가 필요하지 않고, 오히려 코일 고정자 조립체 몸체 그 자체는 전도성 링으로서 기능할 수 있다.
마지막으로, 코일 고정자 조립체의 좌측 이동(즉, 코일 고정자 조립체가 자기 회전자 조립체로부터 멀리 이동)에 저항하는 코일 고정자 조립체(104)의 후방에 대한 복귀력을 제공하기 위한 스프링 조립체(130)가 있다. 모터가 작동하지 않는 경우에 스프링 어셈블리(130)는, 코일 고정자 조립체(104)를 자기 회전자 조립체를 향해, 그리고 구동 코일 어레이와 토크 생성 자석 어레이가 서로 최대 중첩을 갖는 위치인 정지부(미도시)에 역행해 밀어 낸다. 설명된 구현예에서, 스프링 어셈블리(130)는 작동 범위에 걸쳐 실질적으로 생성된 힘이 일정하도록 하기 위해 일정한 힘의 스프링을 포함하나, 다른 힘 특성을 갖는 스프링도 사용될 수 있다. 또한, 스프링 이외의 수단을 사용하여 복귀력을 생성시킬 수 있다.
작동 중에, 자기 회전자 조립체(102)가 회전하면서 전도성 플레이트(128) 위로 리프트 생성 자석 어레이(116)가 이동하면, 코일 고정자 어셈블리(104) 상에 힘 Flift를 생성하고, 선형 베어링 어셈블리(112) 상의 그것을 좌측으로 그리고 자기 회전자 어셈블리(102)로부터 멀리 밀어냄으로써, 이 둘 사이의 갭 xair을 증가시키고, 이는 도 3b에 나타나 있다. 회전 속도가 증가함에 따라, 갭 x air 는, 리프트 어레이의 세기, 전도성 재료 특성, 및 스프링 힘에 의존하는 양만큼 증가한다. 갭이 증가함에 따라, Flift는 감소해서 스프링 어셈블리에 의해 인가되는 힘과 같아진다.
이 실시예에서 고정자를 완전 체결 위치로 복귀시키는 스프링 힘이 일정하다고 가정하는 경우, 리프트 힘은 또한 작동 범위 전체에 걸쳐 일정할 것이다. 즉,
Figure pct00002
F spring = F lift = 일정
반경 방향 플럭스 모터의 경우, 다음과 같이 토크 상수는 자석 체결 길이와 일차식으로 계산한다:
Kt(x) = NI(L 0 - x d )B
여기서 L0은 상기 코일과 상기 자석 사이의 최대 중첩의 길이이고, (L 0 -x d )는 코일이 최대 중첩으로부터 멀리 거리 x d를 이동하는 경우 중첩량의 측정치 또는 "체결 길이"이고, N은 코일의 권선 수이고, I는 코일을 통과하는 전류이며, B는 코일에 의해 보여지는 자기장 세기이다.
전술한 바와 같이, 모터의 속도가 빨라지면, 갭 x air 는 증가하고, 이는 체결 길이(L 0 -x d )를 감소시킴으로써, 토크 상수(Kt)를 감소시킨다. 샘플 모터용 2N의 일정한 스프링 힘에 대한 이 관계의 예시적인 그래프가 도 5에 나타나 있다. 이는, 더 높은 속도에서 모터는 전압 제한이 덜 될 것이고 일정한 Kt를 갖는 모터에 비해 회전 손실을 감소시킨다는 것을 의미한다. 회전 손실(예, 코어 손실 및 맴돌이 전류 손실)은 또한 체결 길이(L 0 x d )로 계산한다. 즉, 가변성 토크 상수 모터는, 더 큰 범위의 토크/속도 조합에 대해 더 높은 효율을 가질 뿐만 아니라, 더 높은 최고 속도를 또한 갖는다. 이는 더 높은 속도에서 보이는 토크 상수의 감소에 기인한 것이며, 이는 결국 감소된 후방 EMF를 초래하여, 모터로 하여금 주어진 구동 전압에 대해 더 높은 속도를 달성시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b의 실시예에 의해 나타낸 일반적인 개념을 구현하는 다른 방법이 있다. 예를 들어, 다른 구현예는 도 6a에 나타나 있고, 여기서 토크 생성 영구 자석(142)의 어레이를 유지하는 자기 회전자 조립체(140)가, 코일 어레이(146)를 유지하는 코일 고정자 조립체(144)를 둘러싼다. 다른 관점에서, 설계는, 자석의 자화 방향이 축 방향으로 배향된 자기 회전자 조립체(140)의 내부 측벽 상에 리프트 생성 자석 어레이(148), 및 코일 고정자 어셈블리(144)에 의해 지지되는 전도성 플레이트(150)가 있고, 이것이 리프트 생성 자석 어레이(148)와 대면하는 점에서 도 3a 내지 도 3b의 것과 매우 유사하다. 자기 회전자 조립체(140)는 샤프트(154)(또는 허브) 상에, 샤프트(154)의 길이 방향 축을 중심으로 회전시키나 샤프트를 따라 축 방향으로 이동시키지 않는 베어링 어셈블리(152)에 의해 지지된다. 다른 한편, 코일 고정자 조립체(144)는, 이를 축 방향의 전후로 이동시키지만 샤프트(154)를 중심으로 회전시키지 않는 선형 베어링 어셈블리(160)에 의해 샤프트(154) 상에 지지된다. 스프링 조립체(130)는 코일 고정자 조립체(130)의 후방에 역행해 힘을 가한다. 도 3a 및 도 3b에 나타낸 구현예에서와 같이, 자기 회전자 조립체(140) 상의 회전 리프트 자석 어레이(148)는, 코일 고정자 조립체(144)를 우측으로 이동시키는 맴돌이 전류를 전도성 플레이트(150)에 유도하여, 자기 체결 길이를 감소시키고 이에 따라 토크 상수를 감소시킨다.
도 6a에 나타낸 것과 유사한 배열이 도 6b에 나타나 있다. 이러한 다른 배열에서, 코일 고정자 조립체(144)는 샤프트(154) 상에서 고정되고(즉, 길이 방향으로 회전하거나 이동하지 않을 수 있고), 자석 회전자 어셈블리(140)는, 이를 샤프트 중심으로 회전시키고 샤프트 상에서 길이 방향 전후로 이동시키는 베어링 조립체(153)에 의해 샤프트(154) 상에 지지된다. 이 경우, 스프링 조립체(130)는 자기 회전자 조립체(140)의 후방측에 역행하는 회복력을 인가한다.
또 다른 배열은 도 6a에 의해 나타난 것과 유사한 구현예를 보여주는 도 7에 의해 나타나 있으나, 리프트 자석 어레이에 의해 수행되는 기능이 구동 코일(160)에 의해 그 대신 수행되는 것을 제외한다. 보다 구체적으로, 구동 코일(161)은, 코일 고정자 조립체(164)의 외주로부터 코일 고정자 조립체(164)의 전방면(162) 상으로 연장되며, 여기서 이는 자기 회전자 조립체(140) 상의 전도성 플레이트(166)를 향하여 그리고 축 방향으로 유도된 자기장을 또한 생성시킨다. 그 축 방향으로 유도된 자기장은 회전 전도성 플레이트(166) 내에 맴돌이 전류를 유도함으로써, 코일 고정자 조립체(164)를 스프링(130)에 역행해 우측으로 그리고 회전 속도에 따라 새로운 위치에 밀어내는 리프트 힘을 생성한다.
또 다른 접근법이, 도 7에 의해 나타낸 것과 유사한 구현예를 보여주는 도 8에 나타나 있으나, 리프트 힘을 유도하는 자기장을 생성하기 위해 구동 코일(170)을 사용하는 대신에, 별도의 리프트 생성 코일(172)이 사용되는 것을 제외한다. 즉, 자기 회전자 조립체(140) 상의 전도성 플레이트(166)와 대향하고 대면하는 코일 고정자 조립체(164)의 면(174)에, 리프트 생성 코일(172)이 코일 고정자 조립체(164) 주위에 배열되고 전도성 플레이트(166)와 정렬한다. 이 구현예에서, 리프트 코일은 구동 코일과 번호가 동일하고, 이들은 동일한 구동 신호를 수신한다. 따라서, 구동 신호가 전달되고 대응하는 리프트 및 구동 코일이 연결되는 버스(176)가 있다.
따라서, 지금까지 설명된 모든 구현예에서, 리프트 힘을 생성시키는 데 관련된 요소 중 하나는, 회전 요소, 즉 자기 회전자 조립체였다. 항상 그렇지 않은 다른 구현예도 가능하다. 예를 들어, 도 9에 도시된 구현예를 참조한다. 이 구현예에서, 자기 회전자 조립체(800)는 토크 생성 자석 어레이(802)를 갖고, 구동 코일 어레이(806)를 갖는 코일 고정자 조립체(804) 내에서 회전한다. 자기 회전자 조립체(800)는, 이를 샤프트(154)의 회전축(108)을 중심으로 회전시키는 베어링(808)을 통해 허브 조립체(154) 상에 장착된다. 코일 고정자 조립체(804)는, 이를 축 방향의 전후로 샤프트(154)를 따라 이동시키지만 샤프트를 중심으로 회전시키지 않는 선형 베어링 세트(810)에 의해 샤프트(154) 상에 지지된다. 비회전 코일 고정자 조립체(804)는 그의 후방측(814) 상에, 즉 자기 회전자 조립체(800)로부터 멀리 대면하는 측면 상에 리프트 생성 코일 어레이(812)를 또한 포함한다. 샤프트(154) 상에 고정 장착되는 디스크(또는 구조물)(816)가 코일 고정자 조립체(804)의 후방측에 인접하게 있어서, 샤프트를 따라 회전시키거나 축 방향으로 이동할 수 없다. 디스크(816)는, 코일 고정자 조립체(804)의 후방측 상에 리프트 생성 코일 어레이(812)와 대면하는 환형 전도성 플레이트(818)를 포함한다. 스프링 조립체(130)는, 리프트 생성 코일 어레이(812)에 신호가 인가되지 않는 경우, 디스크(816)를 향하여 그리고 정지부(미도시)에 역행하여 그것을 압입하는 코일 고정자 조립체(804)에 역행하여 밀어 낸다. 이러한 특정 구현예에서, 리프트 생성 코일 어레이(812)를 구동하는 신호는, 구동 코일 어레이(806)를 구동하는 구동 신호와 동일하다. (리프트 생성 코일 어레이(812)는 상이한 신호에 의해 개별적으로 구동될 수 있다.)
작동 중, 리프트 생성 어레이에 인가된 구동 신호는, 변화하는 구동 신호에 따라 변하는 전도성 플레이트(818)에서 자기장을 생성할 것이다. 이는 전도성 플레이트에 맴돌이 전류를 유도할 것이며, 이는 전술한 바와 같이, 결국 코일 고정자 조립체(804)를 디스크(816)로부터 멀리 그리고 스프링 조립체(130)에 의해 생성된 복귀력에 역행해서 밀어내는 리프트 힘을 생성할 것이다.
지금까지 제공된 예는 반경 방향 플럭스 영구 자석 동기식 모터를 포함하고 있다. 또한, 상기 개념은 축 방향 플럭스 영구 자석 동기식 모터에도 적용 가능하다. 도 10은, 구동 코일(204), 및 자기 회전자 조립체(208)의 토크 생성 자석(206) 사이의 갭의 폭 xair을 변화시키기 위해, 리프트 자석 어레이(202)를 사용한 축 방향 플럭스 모터(200)를 도시한다, 코일 고정자 조립체(210)는, 코일 고정자 조립체(210)의 둘레 주위에 배열된 구동 코일(204)의 어레이를 갖는다. 자기 회전자 어셈블리(208)의 대향면 상에는, 회전자 조립체의 둘레 주위에 놓이는 자석 그룹이 있다. 자석 어레이의 자석은, N-S-N-S-N..; 2N-2S-2N-2S... 또는 할바흐 어레이와 같으나 제한 없는 일부 패턴에서 그들의 자화 방향을 축 방향으로 유도시킨다. 자기 회전자 조립체(208)의 동일면 상에 그리고 회전축에 더 가까이, 한 세트의 리프트 생성 자석(214)이 회전축 주위로 또한 배열된다. 이들 자석은, 자석 어레이 주위로 이동함에 따라 양의 축 방향에서 음의 축 방향으로 변하는 자기장을 생성하기 위해 축 방향으로 유도된 자화 방향을 또한 갖는다. 코일 고정자 조립체의 대향면(구동 코일이 위에 위치한 동일면)의 해당 위치에, 전도성 플레이트(212)가 있다. 자기 회전자 조립체가 회전하면서, 리프트 어레이의 자기장과 전도성 플레이트와의 상호 작용은, 전술한 바와 같이 리프트 힘을 생성하고 코일 고정자 조립체로 하여금 우측으로 이동시켜, 구동 코일과 토크 생성 자석 어레이 사이의 커플링을 우측으로 감소시키고 따라서 모터에 대한 토크 계수를 감소시킨다. 다른 관점에서, 도 10의 모터는, 이전에 설명된 유사 번호의 요소의 기능을 수행하는 특정 번호의 요소를 갖는 다른 구현예에 대해 이전에 설명된 것과 동일하게 작동한다.
다른 구현예는 다음의 청구범위 내에 있다. 예를 들어, 자기 회전자 어셈블리 또는 코일 고정자 어셈블리는, 비회전인 다른 부분과 함께 회전할 수 있다. 일반적으로, 코일을 갖는 부분은 비회전 부분일 것이고, 그렇지 않으면 (일반적으로 DC 브러싱 모터에서 찾을 수 있는 것처럼) 정류자가 필요할 것이다. 유사하게, 리프트 자석과 전도성 재료는, 리프트 자석이 코일 고정자 조립체 상에 있고 전도성 재료가 자기 회전자 조립체 상에 있도록 교환될 수 있다. 상기 개념은 어느 방식이든 효과가 있지만, 관성을 제한할 필요성과 같은 일부 트레이드 오프가 결정을 알려줄 수 있다. 또한 이들 개념은 AC 영구 자석 동기식 모터 이외의 모터 유형에 적용 가능함을 유의한다.

Claims (14)

  1. 전기식 모터로서,
    제1 서브시스템 및 제2 서브시스템(상기 제1 서브시스템 및 제2 시스템 중 하나는 자기 회전자 조립체를 포함하고, 상기 제1 및 제2 서브시스템 중 다른 하나는 코일 고정자 조립체를 포함함);
    상기 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체를 지지하고 회전축을 정의하는 허브 조립체; 및
    상기 허브 조립체 상에 상기 제1 및 제2 서브 시스템 중 적어도 하나를 지지하는 베어링 조립체를 포함하되,
    상기 자기 회전자 조립체는 토크 생성 자석 어레이를 포함하고,
    상기 코일 고정자 조립체는 상기 자기 고정자 조립체의 토크 생성 자석 어레이에 대향하는 구동 코일 어레이를 포함하고,
    상기 제1 서브시스템은 축 방향으로 유도된 자기장을 생성하기 위한 리프트 생성 요소 어레이를 포함하고,
    상기 제2 서브 시스템은 상기 제1 서브시스템의 리프트 생성 요소 어레이에 대향하고 이와 정렬하는 전기 전도성 부위를 포함하며, 상기 리프트 생성 요소 어레이와 상기 전기 전도성 부위는 축 방향으로 분리 거리만큼 서로 분리되고,
    상기 베어링 조립체는 상기 자기 회전자 조립체로 하여금, 상기 허브 조립체의 회전축을 중심으로 회전시키고, 상기 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체의 분리 거리로 하여금, 상기 리프트 생성 요소 어레이와 상기 전기 전도성 부위 서로에 대한 상대적인 이동으로 생성된 리프트 힘에 반응하여 변화시키는, 전기식 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베어링 장치는 상기 허브 어셈블리 상의 상기 제1 서브시스템을 지지하는, 전기식 모터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 베어링 장치는 상기 허브 어셈블리 상의 상기 제2 서브시스템을 지지하는, 전기식 모터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베어링 장치는 상기 허브 어셈블리 상의 상기 제1 서브시스템과 제2 서브시스템을 지지하는, 전기식 모터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 서브시스템은 상기 자기 회전자 조립체를 포함하고, 상기 제2 서브시스템은 상기 코일 고정자 조립체를 포함하는, 전기식 모터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 서브시스템은 상기 코일 고정자 조립체를 포함하고, 상기 제2 서브시스템은 상기 자기 회전자 조립체를 포함하는, 전기식 모터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 리프트 생성 요소 어레이는 영구 자석 어레이인, 전기식 모터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 리프트 생성 요소 어레이는 전기식 코일인, 전기식 모터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 베어링 조립체는, 상기 허브 조립체 상의 상기 자기 회전자 조립체를 지지하는 회전 베어링 조립체를 포함하는, 전기식 모터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 베어링 조립체는, 상기 허브 조립체 상의 상기 코일 고정자 조립체를 지지하는 선형 베어링 조립체를 포함하는, 전기식 모터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 베어링 조립체는, 상기 허브 조립체 상의 상기 자기 회전자 조립체를 지지하고, 상기 자기 회전자 조립체로 하여금, 회전축을 중심으로 회전시키고 회전축을 따라 길이 방향으로 전후 이동시키는, 전기식 모터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 서브시스템은, 상기 전기 전도성 부위를 형성하는 환형 전도성 플레이트를 포함하는, 전기식 모터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체는 반경 방향 플럭스 모터를 형성하는, 전기식 모터.
  14. 제1항에 있어서, 상기 자기 회전자 조립체와 상기 코일 고정자 조립체는 축 방향 플럭스 모터를 형성하는, 전기식 모터.
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