KR20210117259A - 매체 분리 기능을 갖는 작동 기계들을 구동하기 위한 전기 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 샤프트(4)를 수용하기 위한 샤프트 부분, 및 모터 전자 장치(5) 및 모터 권선(6)이 배열되는 모터 부분을 포함하는 모터 케이싱(2)을 포함하며, 샤프트 부분 및 모터 부분은 모터 케이싱(2)에 배열되는 캔(7)에 의해 밀폐된 방식으로 서로 이격된다. 내부 로터 및 그에 축방향으로 인접한 금속 볼 베어링 포트(8)는 상기 캔(7)의 샤프트 부분에 배열되며, 모터 샤프트(4) 장착을 위한 볼 베어링(9)은 볼 베어링 포트(8)에 고정된다.

Description

매체 분리 기능을 갖는 작동 기계들을 구동하기 위한 전기 모터

본 발명은 예를 들어 펌프, 원심 분리기 또는 분리기에서와 같이, 필수적인 매체 분리를 갖는 기계들을 구동하기 위한 전기 모터에 관한 것이다.

모터 샤프트의 높은 회전 속도를 생성하는 이러한 종류의 전기 모터들에서, 모터 샤프트를 지지하는 볼 베어링의 전력 소산이 강력한 열 축적으로 인해 현저하게 증가한다. 특히 볼 베어링이 다른 많은 컴포넌트들에 직접 인접하게 위치하는 전기 모터의 콤팩트한 실시예들에서, 생성된 열은 충분한 정도로 소산될 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 모터 샤프트로부터 모터 전자 장치를 분리하는 것 외에도, 모터 샤프트를 지지하는 볼 베어링에 대한 열 소산이 개선된 매체 분리를 갖는 기계용 구동 장치로서 전기 모터를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 따른 특징들의 조합에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 모터 샤프트를 수용하기 위한 샤프트 섹션과 모터 전자 장치 및 모터 권선을 수용하기 위한 모터 섹션을 갖는 모터 하우징이 있는 전기 모터가 제안된다. 샤프트 섹션과 모터 섹션은 미디어 분리를 보장하기 위해 모터 하우징에 위치된 분할 포트를 통해 밀폐된 방식으로 서로 격리된다. 샤프트 섹션에서, 내부 로터와 그에 축 방향으로 인접한 금속 볼 베어링 컵이 분할 포트에 위치되며; 모터 샤프트와 내부 로터를 지지하는 볼 베어링이 볼 베어링 컵에 장착된다. 내부 로터가 특별히 구현되며, 축 방향 정지면을 형성하는 샤프트 통로가 있다. 예를 들어, 축 방향 정지면은 계단을 형성하는 내주면의 리세스에 의해 생성될 수 있다. 추가로, 압입 부싱은 샤프트 통로에 위치되어, 모터 샤프트가 가압될 수 있는 부싱으로 정지면에 닿는다.

샤프트 통로는 바람직하게는 페라이트 영구 자석의 플라스틱 압출 코팅에 의해 생성되며, 이는 압입 부싱이 방사상으로 팽창되며 그 외경이 방사상 방향으로 적어도 약간 확대되면서 압입될 수 있다.

분할 포트는 모터 섹션에서 샤프트 섹션을 격리시키고 크랭크 케이스와 전자 장치와 모터 권선 사이의 가스 교환을 방지하는 데 사용된다. 적합한 재료로는 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드가 있다.

그러나, 볼 베어링 컵이 수용된 스플릿 포트는 볼 베어링이 중앙 위치에 단단히 패키징되어야 하고 동작 중에 발생되는 열의 대부분을 바깥쪽으로 소산시킬 수 없는 설계를 초래한다. 본 발명에 따르면, 열 소산은 모터 하우징, 특히 하우징 커버에 수용된 볼 베어링과 함께 스플릿 포트와 볼 베어링 컵의 연결을 통해 발생한다.

전기 모터의 일 실시예에서, 스플릿 포트는 모터 샤프트의 회전 축을 중심으로 모터 하우징에 의해 일체로 형성된다. 이는 추가적인 밀봉 요소들 없이 밀봉을 보장한다. 특히, 모터 하우징은 주변 외벽을 형성하며, 이는 분할 포트가 침몰되는 축 방향 벽에 의해 축 방향 측면에 인접된다. 분할 포트는 바람직하게는 상이한 직경들의 섹션들을 갖는 중공 실린더의 형태로 구현되며, 볼 베어링 컵은 모터 하우징으로 가장 멀리 돌출되는 섹션에 수용된다.

이와 관련하여, 유리한 실시예는 분할 포트 및 볼 베어링 컵이 볼 베어링 컵이 위치되는 분할 포트의 섹션에서 동일한 형상으로 구현되는 것이다. 즉, 볼 베어링 컵과 스플릿 포트는 동일한 외부 윤곽을 정의한다.

제1 실시예 변형에서, 하우징 커버와 분할 포트 사이의 갭은 0의 갭 치수를 갖는다. 따라서, 하우징 커버는 분할 포트에 직접 닿는다. 따라서, 분할 포트에 다시 한 번 수용된 볼 베어링 컵은 마찬가지로 하우징 커버에 직접 연결되어 열이 볼 베어링 컵에서 분할 포트를 통해 하우징 커버 및 주변 환경으로 멀리 전도된다.

대안적인 실시예에서, 하우징 커버와 분할 포트 사이의 갭은 작은 갭 치수를 가지며, 이는 볼 베어링의 최대 외경의 1/20 크기까지이다. 작은 갭은 볼 베어링 컵에서 하우징 커버로의 열 소산에 거의 부정적인 영향을 미치지 않지만, 접촉없이 컴포넌트들의 상대적 위치를 허용한다.

전기 모터의 또 다른 유리한 실시예는 열 전도 페이스트 또는 열 전도 접착제가 분할 포트와 하우징 커버 사이에 제공되는 실시예이다. 열 전도 페이스트는 바람직하게는 중간 층을 구성하고 컴포넌트들이 서로 접촉하지 않고도 분할 포트에 하우징 커버의 열 연결을 가능하게 한다. 따라서, 개별 컴포넌트들의 진동은 서로 분리된 상태로 유지된다. 열 전도성 접착제를 사용하면, 열 전도성 페이스트의 유리한 효과 외에도, 분할 포트에 하우징 커버의 접착식 연결을 생성하는 것이 가능하다.

예시적인 실시예에서, 하우징 커버는 모터 하우징에 분리 가능하게 고정되며 나머지 모터 하우징의 축 방향에 배치된다. 따라서, 하우징 커버는 분할 포트를 통해 볼 베어링 컵과 이에 따른 볼 베어링에 간접적으로 연결되는 모터 하우징의 섹션을 형성한다. 분할 포트가 모터 하우징에 일체형으로 구현된 경우, 전기 모터의 컴포넌트들의 장착은 하우징 커버가 제거 가능하게 위치되는 스플릿 포트의 축 방향 반대쪽에 의해 수행될 수 있다. 동시에, 히트 싱크로서 기능하는 하우징 커버를 갖는 실시예는 주변 환경에 대한 열 소산을 위한 넓은 영역을 제공한다.

모터 하우징에는, 모터 전자 장치에 연결되는 일체형 커넥터도 유리하게 제공되며, 여기에 고객별 플러그가 삽입될 수 있다. 통신 인터페이스는 커넥터에 통합될 수도 있다.

전기 모터의 열 소산 용량은 하우징 커버가 주변 환경의 방향으로 축 방향으로 돌출된 냉각 요소를 갖는 변형에서 추가로 개선되며, 이는 하우징 커버의 냉각 표면적을 국부적으로 확대한다. 바람직하게는, 하우징 커버 상의 냉각 요소는 하우징 커버 위에 분포된 복수의 냉각 핀들로 구현된다. 특히, 냉각 핀들은 하우징 커버에 일체형으로 구현될 수 있거나 또는 대안적으로 일체로 결합된 방식으로 고정될 수 있다. 이와 관련하여, 이는 또한 축 방향 돌출부에서 볼 때, 볼 베어링 컵에 국부적으로 축적된 열이 특히 빠르고 효과적인 방식으로 주변 환경으로 전도되도록 복수의 냉각 핀들이 볼 베어링 컵에 걸쳐 연장되는 경우에 유리하다.

전기 모터의 일 실시예에서, 열 소산 용량은 또한 반대쪽 축 방향으로 즉, 분할 포트를 향하는 방향으로 향상되고, 히트 싱크가 하우징 커버에 구현되며, 이는 볼 베어링 컵을 향해 돌출되고 분할 포트를 통해 간접적으로 볼 베어링 컵 상의 장착 표면을 국부적으로 확장시킨다.

유리한 실시예에서, 히트 싱크는 분할 포트의 축 방향 외벽 표면 상에 축 방향 장착 표면을 갖는 원통형 또는 원추형으로 구현된다. 결과적으로, 볼 베어링의 열은 볼 베어링 컵에서 분할 포트로 전달된 다음 후자의 축방향 외벽 표면에서 원통형 히트 싱크의 장착 표면으로 전달되며 마지막으로 냉각 요소를 포함하는 하우징 커버의 전체 표면 영역으로 전달된다.

열 소산은 하우징 커버가 금속 또는 열 전도성 플라스틱으로 만들어졌다는 사실에 의해 촉진된다.

바람직한 실시예에서, 볼 베어링 컵은 볼 베어링이 압입되는 볼 베어링 시트를 형성한다.

추가로, 전기 모터의 한 변형은 볼 베어링 컵이 볼 베어링과 주변 환경에 연결된 모터 하우징의 섹션 사이에 개방 공간을 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서, 볼 베어링은 개방 공간의 공기로 직접 열을 소산시킬 수 있으며, 분할 포트 및 히트 싱크에 닿는 볼 베어링 컵의 축방향 표면과 직접 접촉하지 않는다.

더구나, 변형에서, 전기 모터에서, 분할 포트는 모터 하우징을 통해 하우징 커버까지 축방향으로 연장된다. 따라서, 축 방향에서, 즉 모터 샤프트의 회전 축을 따라, 분할 포트는 회전 축을 중심으로 중앙에 위치된 내부 모터 하우징의 상당 부분을 정의한다. 바람직하게는, 분할 포트는 축 방향으로 모터 하우징의 전체 축방향 길이의 60-95 % 이상, 보다 바람직하게는 70-95 % 이상, 훨씬 더 바람직하게는 80-90 % 이상 연장된다.

다른 유리한 예시적인 실시예는 모터 하우징 및 분할 포트가 플라스틱으로 만들어지고 금속 볼 베어링 컵이 사출 성형 공정에서 직접 플라스틱으로 압출 코팅되는 실시예이다.

콤팩트한 설계를 달성하기 위해, 전기 모터에서, 권선은 유리하게는 원주 방향으로 분할 포트를 포함한다. 동시에, 권선이 볼 베어링으로부터 축 방향으로 이격되어 배치되는 것이 유리하다. 결과적으로, 모터 권선의 열 발생은 볼 베어링의 열 발생과 별도로 유지된다.

전기 모터의 콤팩트한 설계를 위해, 모터 전자 장치가 중앙 개구부를 갖는 인쇄 회로 기판의 한 면에 축방향으로 배치되고, 하우징 커버에서 돌출되는 히트 싱크는 중앙 개구부를 통해 연장되는 것이 유리하다. 대안으로, 분할 포트는 중앙 개구부를 통해 연장된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예들은 종속항들에 개시되며, 도면들에 기초한 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 함께 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 도면들에서,
도 1은 예시적인 실시예의 전기 모터를 통한 측단면도를 도시한다;
도 2는 도 1로부터의 상세도를 도시한다.

도 1 및 2에서, 본 발명 1에 따른 전기 모터의 예시적인 실시예가 각각 측단면도 및 상세도에 도시된다.

전기 모터(1)는 모터 하우징(2)에 축방향으로 고정될 수 있고 고정된 상태에서 모터 하우징의 일부를 구성하는 하우징 커버(3)와 함께 PPS(폴리페닐렌 설파이드)로 만들어진 일체형 모터 하우징(2)을 포함한다. 하우징 커버(3)의 축방향 반대편에서, 모터 하우징(2)은 모터 하우징(2)의 내부로 축방향으로 연장되는 분할 포트(7)를 일체로 형성한다. 모터 하우징(2)의 내벽과 분할 포트(7)의 외부 케이싱 사이에는 인쇄 회로 기판(14)의 한 면에 축방향으로 고정되는 모터 권선(6) 및 모터 전자 장치(5)를 수용하는 모터 섹션이 있다. 모터 전자 장치(5)의 컴포넌트들은 모터 권선(6)의 방향으로 모터 섹션의 캐비티들로 연장된다. 분할 포트(7) 내부에 그리고 분할 포트(7)에 의해 밀봉된 방식으로 격리된 샤프트 섹션이 있으며, 이는 기계들에 의해 운반되는 매체와 접촉하고 모터 샤프트(4)가 회전축을 따라 연장된다. 분할 포트(7)는 본질적으로 전체 모터 하우징(2)을 통해 하우징 커버(3)까지 축 방향으로 연장된다. 추가로, 모터 하우징(2)은 고객별 플러그들에 연결하기 위해, 인쇄 회로 기판(14) 상의 모터 전자 장치(5)에 연결되는 연결부와 함께 그에 통합된 커넥터(77)를 갖는다.

샤프트 섹션에서, 내부 로터(44)는 분할 포트 (7)에 배치되며, 그 페라이트 영구 자석(55)에는 모터 샤프트(4)를 위한 샤프트 통로를 형성하는 내주면을 정의하는 압출 플라스틱 코팅이 제공된다. 압입 부싱(22)은 내주면에 안착되며 모터 샤프트(4)가 제자리에 압입될 수 있도록 하는 축방향 정지부(도시되지 않음)에 지지된다.

열 전도 재료, 특히 금속으로 만들어진 볼 베어링 컵(8)은 축 방향에서 볼 때 분할 포트(7)의 가장 깊은 부분에 위치된다. 사출 성형 공정에서, 분할 포트(7)가 있는 모터 하우징(2)의 플라스틱은 분할 포트(7)와 볼 베어링 컵(8)이 동일한 형태 또는 보다 정확하게는 동일한 각각의 내부 및 외부 윤곽선들을 가지며 서로에 대해 직접적으로 맞닿도록 볼 베어링 컵(8) 주위에 성형된다. 볼 베어링 컵(8)은 모터 샤프트(4)가 지지되는 압입식 볼 베어링(9)을 위한 베어링 시트를 정의한다. 모터 샤프트(4)의 자유 단부가 연장되는 개방 공간(13)은 볼 베어링(9)과 분할 포트(7)의 축방향 내벽 표면 사이에 형성된다.

회전축을 중심으로, 일체형 히트 싱크(11)가 볼 베어링 컵(8)의 방향으로 축방향으로 돌출되는 고체 재료로 구성된 실린더 형태로 하우징 커버(3)에 구현된다. 갭 치수가 볼 베어링 외경의 최대 1/20의 갭 치수를 갖는 갭이 히트 싱크(11)와 분할 포트(7)의 축방향 외벽 표면 사이에 축방향으로 위치된다. 도시된 실시예에서, 갭(121)에는 열 전도성 페이스트(10) 층이 제공되며, 열 전도성 접착제가 또한 대체될 수 있다.

동작 중에 볼 베어링9)에 의해 생성된 열은 볼 베어링(9)에서 볼 베어링 컵(8)으로, 그런 다음 분할 포트(7)로, 그리고 열 전도 페이스트(10)를 통해 축 방향으로 모터 하우징(2)의 하우징 커버(3)의 히트 싱크(11)로 소산된다. 그런 다음, 열은 하우징 커버(3)에서 주변 환경으로 전달된다. 따라서, 모터 하우징 및 특히 하우징 커버(3)는 히트 싱크로 기능한다. 도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 열 전도 페이스트 10)는 생략되고 히트 싱크(11)는 분할 포트(7)와 직접 접촉한다. 그런 다음, 갭(121)은 갭 치수 0을 갖는다.

분할 포트(7)는 중공 실린더의 형태로 구현되며, 각각 다른 내경을 갖는 3개의 축방향 섹션들로 분할된다. 개방 공간(13)은 가장 작은 직경의 영역에 있고, 볼 베어링 (9)이 있는 베어링 시트는 중간 영역에 있으며, 모터 권선(6)은 가장 큰 내경의 영역에서 분할 포트(7) 주위에 방사상으로 위치된다. 따라서, 볼 베어링(9)은 축 방향에서 볼 때 모터 권선(6)과 오버랩되지 않는다.

모터 샤프트(4)의 회전축 주위에, 인쇄 회로 기판(14)은 하우징 커버(3)로부터 축 방향으로 돌출되는 히트 싱크(11)가 축 방향으로 분할 포트(7)까지 연장되는 중앙 개구(15)를 정의한다. 도시되지 않았지만 마찬가지로 본 개시의 일부인 대안적인 변형에서, 히트 싱크(11) 대신에, 분할 포트(7)의 가장 작은 직경의 영역은 개구(15)를 통해 또는 적어도 개구(15) 내로 연장되어 분할 포트(7)와 히트 싱크(11) 사이의 접촉이 인쇄 회로 기판(14)의 높이에서 또는 인쇄 회로 기판(14) 위로 축방향으로 생성된다. 다른 대안적인 실시예에서, 하우징 커버(3)는 히트 싱크(11) 없이 구현되며, 분할 포트(7)는 직접 또는 열 전도 페이스트(10)를 통해 또는 열 전도성 접착제를 통해 하우징 커버(3)의 축방향 내벽과 접촉하게 된다.

하우징 커버(3)는 주변 환경을 향해 배향된 표면 위에 분포되는 복수의 냉각 핀들(111)을 형성하며, 이들 중 일부는 볼 베어링 컵(8)을 거쳐 중앙으로, 즉 축 방향 돌출부에서 볼 수 있게 연장된다. 이에 의해, 볼 베어링 컵(8)의 영역에 축적된 열이 보다 빠르게 주변 환경으로 전도된다.

Claims (15)

1. 모터 샤프트(4)를 수용하기 위한 샤프트 섹션 및 모터 전자 장치(5)와 모터 권선(6)이 위치되는 모터 섹션을 갖는 모터 하우징(2)이 구비된 전기 모터로서; 상기 샤프트 섹션과 상기 모터 섹션은 상기 모터 하우징(2)에 위치된 분리 포트(7)에 의해 밀폐된 방식으로 서로 분리되고; 상기 샤프트 섹션에서, 내부 로터(44)와 그에 축방향으로 인접한 금속 볼 베어링 컵(8)은 상기 분할 포트(7)에 위치되고; 상기 모터 샤프트(4)를 지지하기 위한 볼 베어링(9)은 상기 볼 베어링 컵(8)에 장착되고; 상기 내부 로터(44)는 축방향 정지면을 형성하는 샤프트 통로를 가지며 압입 부싱(22)은 상기 샤프트 통로에 위치되어, 상기 정지면에 닿는, 전기 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 볼 베어링 컵(8)은 상기 주변 환경과 접촉하는 상기 모터 하우징의 섹션에 대해 상기 분리 포트(7)를 통해 간접적으로 닿아 상기 모터 하우징이 히트 싱크로서 기능하고 동작 중에 상기 볼 베어링(9)에 의해 생성되는 열이 상기 볼 베어링 컵(8)을 통해 및 상기 분리 포트(7)를 통해 상기 모터 하우징 및 상기 주변 환경으로 전도되도록 하는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 포트(7)는 상기 모터 샤프트(4)의 회전축을 중심으로 상기 모터 하우징(2)에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 포트(7) 및 상기 볼 베어링 컵(8)은 상기 볼 베어링 컵(8)이 위치되는 상기 분할 포트(7)의 상기 섹션에 동일한 형상으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도성 페이스트(10) 또는 열 전도성 접착제는 상기 분할 포트(7)와 상기 하우징 커버(3) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 하우징(2)은 분리 가능한 하우징 커버(3)를 가지며, 이는 상기 모터 하우징(2)의 나머지의 축방향 측면에 배치될 수 있으며 상기 분할 포트(7)를 통해 간접적으로 상기 볼 베어링 컵(8)에 연결되는 상기 모터 하우징의 상기 섹션을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 커버(3)는 상기 주변 환경의 상기 방향으로 축방향으로 돌출되는 적어도 하나의 냉각 요소를 가지며, 이는 상기 주변 환경과 접속하는 상기 하우징 커버(3)의 냉각 표면적을 국부적으로 확대하는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 요소는 상기 하우징 커버(3) 위에 분포되는 복수의 냉각 핀들(111)로 구현되고, 상기 냉각 핀들(111) 중 적어도 하나는 상기 축방향 돌출부에 보이는 상기 볼 베어링 컵(8)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 커버(3)는 상기 볼 베어링 컵(8)의 상기 방향으로 축방향으로 돌출되는 히트 싱크(11)를 가지며, 이는 상기 분리 포트(7)를 통해 간접적으로 상기 볼 베이링 컵(8) 상의 장착 표면을 국부적으로 확대하는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트 싱크(11)는 원통형 또는 원추형으로 구현되며, 상기 분할 포트(7)의 축방향 외벽 표면 상에 축방향 장착 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼 베어링 컵(8)은 상기 볼 베어링(9)이 압입되거나 삽입되는 볼 베어링 시트를 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼 베어링 컵(8)은 상기 볼 베어링(9)과 상기 주변 환경에 연결되는 상기 모터 하우징(2)의 상기 섹션 사이에 개방 공간(13)을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 포트(7) 및 상기 볼 베어링 컵(8)은 상기 모터 하우징(2)을 통해 상기 하우징 커버(3)로 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 권선(6)은 상기 원주 방향으로 상기 분리 포트(7)를 감싸며 상기 볼 베어링(9)으로부터 축방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
15. 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 전자 장치(5)는 상기 분할 포트(7)와 상기 하우징 커버(3) 사이에 직접 흐름 연결부를 정의하여 동작 중에 상기 볼 베어링(9)에 의해 생성된 열이 상기 하우징 커버(3)로 직접 전달될 수 있도록 하는 중앙 개구(15)를 갖는, 인쇄 회로 기판(14)의 일 측에 축방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는, 전기 모터.
    
    

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