KR940011647B1 - 전동장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전동장치

제1도는 본 발명의 제1실시예를 도시한 종단면도.

제2도는 제1도의 부분확대도.

제3도는 제1도의 회전자에 형성된 나선형홈의 평면도.

제4도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 종단면도.

제5도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 종단면도.

제6도는 제5도의 A-A선을 따라 취한 단면도.

제7도는 본 발명의 제4실시예를 도시한 종단면도.

제8도는 제7도의 B-B선을 따라 취한 단면도.

제9도 및 제10도는 제7도에 도시된 전동장치의 일부분의 다른 실시예를 도시한 도면.

제11도는 종래의 기술에 의한 전동장치의 단면도.

본 발명은 전동장치에 관한 것으로, 특히 회전자의 회전축방향으로 고정자와 회전자 사이에 자기 공극을 구비하며, 회전력을 전달하기 위한 구동축이 불필요한 회전자와 고정자로 구성되는 플래트(flat)구조의 전동장치에 관한 것이다.

제11도는 종래의 기술에 의한 전동장치의 예인 브러쉬레스 플래트모터(brushless flat motor)를 도시한 종단면도이다. 베이스(21)와 고정자코일을 부착시키기 위한 베이스 플레이트(22)가 고정자볼트(23)에 의해 연결되어 프레임구조를 이루고 있다. 고정자 회전자 자석을 구비하는 회전자(27)는 베이스(21)와 베이스 플레이트(22)에 각각 고정된 베어링(24)(25)에 의해 회동가능하게 지지된 모터축(26)에 고착된다. 고정자코일(28)은 베이스플레이트(22)하부에 고착되어있으며, 회전자(27)에 의해 작동되는 타코미터(33)와 회전자의 회전속의 회전속도를 제어하는 홀소자(29)는 베이스 플레이트(22) 상부에 고착되어 있다. 또한 상술한 것과 유사한 구조는 고정자 볼트를 대단히 얇게 만들기 위하여 포토에칭법에 의해 제조된 모터코일을 구비하는 시트코일모터(sheet coil motor)에도 적용될 수 있다. 상술한 구조의 전동장치는 예컨대 모터축(26)에 고정된 다면경을 구비하는 레이저 스캐너나 회전자(27)에 직접 착탈가능하게 부착된 광디스크를 구비하는 광디스크 구동장치 또는 회전자(27)에 고정장착된 날개를 구비하는 송풍기에서와 같이 다양한 방식으로 이용될 수 있다.

상술한 구조의 전동장치에서는 베어링(24, 25)의 틈이 방사상 방향으로 너무커서 회전자(27)가 진동하게 되는데, 특히 베어링(24, 25)으로 볼베어링을 사용하는 경우에는 진동이 야기되어 진동에 민감한 테이프레코더나 VTR에 문제점을 야기시킨다.

또 밀봉 수단을 사용하지 않고는 부식에 양호한 저항성을 나타내는 레이디얼 베어링은 없어므로 이러한 베어링은 침수상태에서는 사용될 수 없다. 더욱이 전기제품에 모터를 이용하는 경우에는 불균일한 회전이 문제를 야기시키며, 레이디얼 베어링의 경우에는 마찰정항이 상당히 변하기 때문에 불균일한 회전을 발생시킬 수 있다.

상술한 종류의 전동장치에 있어서는 그 축길이가 짧고 또 얇은것이 여러가지 경우에 바람직하다. 그러나 모터는 레이디얼베어링(24, 25)간의 거리를 짧게 만들 수 없으면 만들 수 없다. 역으로 레이디얼베어링간의 거리를 짧게 만들면 레이디어베어링에 의해 지지되도록 되어 있는 방사상의 부하가 증가할 것이고, 레이디얼 베어링에 존재하는 틈때문에 모터축이 기울질 가능성도 증가할 것이다.

상술한 종류의 전동장치에서는 회전자의 자석에 의해 항상 추력부하가 인가되고, 전동장치를 장기간 사용하지 않은 상태로 두면 금속볼과 볼베어링의 리테이너가 영구적이 손상을 입게되어 다시 사용이 불가능하게 된다. 또 전동장치가 고해상도의 화상을 재생하는 고속레이저 스캐너에 사용되면 다면경의 평면편차를 최소화하기 위하여 모터축(26)과 레이디얼 베어링(24, 25)을 매우 정밀하게 기계가공하지 않으면 안되는 동시에 그들을 다면경과함께 높은 정밀도로 조립하여야 한다.

본 발명의 제1의 목적은 회전자의 회전축 방향으로 자기공극을 가지도록 회전자와 고정자 배열시킴으로써 단순구조와 높은 내구력을 가지는 것을 특징으로 하는 전동장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 회전자의 진동과 평면편차를 최소화시키는 전동장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제3의 목적은 내마모성과 내구력이 우수하며, 기체·액체등의 상태를 포함한 광범위한 환경조건하에서도 적용가능한 전동장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제1모드는 고정자가 회전축의 축방향으로 회전자의 단부표면에 대향하도록 배열되어있는 전동장치에 관한 것으로, 회전자측의 슬라이딩 표면이 고정자에 대향하는 회전자의 단부표면에 구비되어 있고, 슬라이딩표면에 대향하는 회전자의 전면이 고정자측의 베어링 표면으로 형성되며, 회전자측의 슬라이딩표면과 고정자측의 베어링표면은 각각 경세라믹재료로 만들어졌으며, 회전자측 슬라이딩 표면이나 고정자측 베어링표면중의 하나는 유동압을 발생시키기에 적합한 홈을 구비하는 평면으로서 형성된 다른 표면과 함께 평활면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2모드는 회전자의 회전축의 축방향으로 회전자의 양단부 표면이 각각 회전자측 슬라이딩 표면이 되도록 형성되고, 고정자는 슬라이딩표면중의 하나와 대향하도록 배열되며 요동가능한 베어링표면은 다른 슬라이딩표면과 대향하도록 배열된 전동장치에 관한것으로, 회전자측 슬라이딩표면에 대향하는 전면이 고정자측 베어링표면으로서 형성되어있고, 두 회전자측 슬라이딩 표면과 그에 대향하는 두 베어링표면은 각각 경세라믹재료로 만들어지며, 상기 두 표면중의 하나는 유동압을 발생시키기에 적합한 홈이 형성된 회전축의 축방향으로 회전자의 양 단부표면에 형성된 슬라이딩부분을 구성하며, 나머지 표면은 평활면으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3모드는 회전축의 축방향으로 회전자의 양단부표면이 회전자측 슬라이딩표면이 되도록 각각 형성되고, 고정자는 회전자측 슬라이딩 표면중의 하나에 대향하도록 배열되며, 요동가능한 베어링표면은 다른 회전자측 슬라이딩표면에 대향하도록 배열되어있는 전동장치에 관한 것으로, 회전자의 회전축을 따라 뻗어있는 회전축은 고정자에 고정장착되고 관통공은 고정축에 대응하는 회전자의 중앙에 형성되어 레이디얼 베어링을 형성하며, 회전자측 슬라이딩표면에 대향하는 고정자의 표면은 고정자측 베어링표면으로서 형성되고 회전자측의 두 슬라이등표면과 거기에 대향하는 두 베어링표면은 각각 경세라믹재료로 만들고, 상기 두 표면중의 하나는 유동압을 발생시키기에 적합한 홈이 구비된 회전축의 축방향으로 회전자의 양단부표면에 형성된 슬라이딩 부분을 구성하며, 나머지 표면은 평활면이 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전동장치에 고정자와 회전자 사이에 한정된 슬라이딩부분은 각각 경세라믹재료로 만들고 슬라이딩 부분중의 하나는 유동압을 발생시키기에 적합한 홈이 형성되어있기 때문에 회전자의 회전에 의해 슬라이딩 부분에서는 유동압이 발생되고, 회전자는 부유상태로 회전하게 되므로 결국 아주작은 미끄럼저항만이 발생한다.

또 회전자는 슬라이딩 부분들 사이에 형성된 유막에 의해 제공되는 제동효과 때문에 편향이 억제될 수도 있다.

본 발명의 제2모드에서는 회전축의 축방향으로 회전자의 양단부 표면이 제동효과를 갖는 슬라이딩 부분에 의해 각각 지탱되기 때문에 회전자의 편향이 최소화된다.

또 본 발명의 제3모드에서는 방사상의 부하를 지탱하기에 적합한 슬라이딩 부분이 회전자와 고정축의 중앙에 구비된 관통공 사이에 한정되고, 상술한 바와 동일한 방식으로 유막이 슬라이딩 부분에 형성되기 때문에 미끄럼저항 또한 작다.

본 발명은 첨부도면과 그에 대한 간략한 설명과 관련한 다음의 설명을 검토해보면 보다 분명해질 것이다.

이제 첨부도면을 참고로하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

제1도는 회전자측 슬라이딩 표면이 회전자(10)의 단부표면중 하나에 회전자축의 축방향으로 형성되어있는 통상형의 브러시레스 플래트모터를 도시한 종단면도이다. 회전자(10)는 원형 편평면을 구비하는 디스크형 구조의 강철요크(1), 강철요크(1)에 맞추어져 고착된 환형영구자석(2), 영구자석(2)의 내주면에서 강철 요크(1)와 영구자석(2)에 고정 장착된 세라믹 재료로된 플레이트(100)로 구성되어있다. 영구자석(2)은 같은 간격을 두고 환형으로 배열된 다수의 자극으로 자화되어있다. 플레이트(100)로는 예컨대 β-SiC, α-SiC, Si₃N₄등을 함유하는 미세하고 고밀도의 세라믹재료인 경세라믹재료가 사용된다. 회전자측에 있는 슬라이딩 표면(9)은 유동압을 발생시키기에 적합한 홈으로 형성된 평활면이다. 특히 고정자에 대향하여 회전자측에 있는 이 슬라이딩표면(9)은 전 표면에 걸쳐 공차 1㎛ 이내의 평평도를 가지도록 기계가공되고, 유동압을 발생시키기에 적합한 3-50㎛의 깊이를 가지는 나선형 홈을 구비하고 있다. 회전축에 대응하는 회전자(10)의 위치에는 반구형 오목부가 형성되어있다.

고정자측은 후술하기로 한다. 고정자코일(4)은 나사에 의해 도시되지 않은 고립자측부재에 차례로 고정장착된 고정평판(6)에 고정된다. 고정자코일(4)에는 경세라믹재료로 만든 고정자측 베어링(3)이 고정장착된다.

고정자코일(4)은 함께 접합고정된 다수의 시트코일로 이루어져있다. 고장자코일(4)에는 회전자(10)의 영구자석(2)의 자극을 검출하기에 적합한 홀소자(29)와 회전자(10)의 회전속도를 검출하기에 적합한 타코미터(33)가 일체로 고정되어있다. 회전자(10)의 회전하는 쪽에서 슬라이딩표면(9)에 대응하는 고정자코일(4)에 고정된 고정자측 베어링(3)의 표면(8) 또한 유사한 방식으로 평활하고 기복이없는 평면을 회전자에 제공한다. 반구형 오목부(11) 또한 회전자의 회전축에 대응하는 고정자의 위치에서 형성된다. 두 오목부(11)(12)에 의해 한정된 공간을 플라스틱재료가 금속재료 또는 세라믹재료로 만든 작은볼(7)을 수용할 수 있으며 작은 방사상의 부하를 지탱하기에 적합하다. 제2도는 회전축 슬라이딩표면(9)과 제1도에 도시된 고정자측 베어링 표면(8)의 중앙부를 도시한 확대도이다.

회전자의 회전축(13)을 따라 각각 형성된 반구형 오목부(11), (12)에 의해 한정된 공간을 대체로 구형이며, 이 공간부보다 직경이 작은 볼(7)이 그곳에 수용된다. 회전자(10)가 정지해 있거나 고정자측 베어링 표면(8)과 회전자측 슬라이딩표면(9)이 서로 접촉하고 있으면 세라믹재료로 만든 플레이트(100)의 회전자측 슬라이딩표면(9)과 고정자측 베어링(3)의 고정자측 베어링표면(8)사이에는 대체로 공간이 남지않게 된다. 그러나 회전자(10)가 회전하기 시작하면 유체(14)의 동압이 슬라이딩 부분에서 발생하여 회전자(10)가 떠오르게된다. 회전자(10)의 부유높이는 슬라이딩 부분에 존재하는 유체의 점성, 회전자(10)의 회전속도, 슬라이딩 부분에 가해지는 추력부하, 유동압을 발생시키는 홈의 형상등의 각종 요인에 따라 좌우된다. 실제로는 유체의 점성이 특히 중요한 인자이다.

제3도는 나선형홈(15)이 세라믹재료의 원형 플레이트(100)에 단일방향으로 형성된 회전자측 슬라이딩표면(9)의 정면도이다. 세리믹플레이트의 중앙부(16)는 나선형홈(15)의 중앙부와 같은 깊이로 형성되어있다. 플레이트의 중앙부(16)는 나선형홈(15)에 인접한 랜드부(17)에 의해 표시되는 평활면의 높이와 같게하거나 또는 나선형홈(15)의 깊이보다 더 깊게 기계가공할 수도 있다. 그러나 회전자측 슬라이딩표면(9)상의 돌기부분을 포함하는 랜드부(17)의 영역은 그들이 이러한 종류의 전동장치에서는 보다 큰 기동토크를 필요로 하지 않기 때문에 최소화하는 것이 바람직하다.

제3도에서, 화살표 A는 회전자(10)의 회전방향을 나타낸다. 회전자측 슬라이딩표면(9)은 회전자(10)와 함께 회전하기 때문에 유체(14)는 나선형홈(15)에 의해 회전자의 외주에는 유입되어 중앙부(16)로 흐른다. 나선형홈(15)에서는 유체가 외주의 단부에서 내주의 단부로 흐르기 때문에 높은 유동압이 발생하고 중앙부(16)에 유체의 압력(유압)이 고르게 분포된다. 홈에 발생된 유동압의 크기는 회전자(1)를 고정자(101)쪽으로 내리누르는 작용력의 크기에 비례한다. 회전자(10)와 고정자(101)는 그들사이에 형성된 유막때문에 작은 슬라이딩 저항으로 회전할 수도 있다.

회전자측 슬라이딩표면(9)으로 부터 가장 돌출된 부분은 랜드부(17)이며 전표면에 걸쳐 각 랜드부의 기복은 1㎛ 이내이다. 고정자측 베어링표면(8)에서의 돌출부분 또한 기복이 전표면에 걸쳐 1㎛ 이내로 제한된 평활한 베어링 표면이다.

또한 회전자측 슬라이딩표면(9)과 고정자측베어링표면(18)사이의 짧은 틈때문에 그들 양표면 사이에 한정된 슬라이딩 부분들 간의 유압은 그 슬라이딩부분에 한정된 공간에 대해서는 독발적인 변화를 제한하는 제동효과를 갖는다는 점에 주목하여야 한다. 결국 회전자(10)가 회전하면 회전축의 회전방향으로 회전자(10)가 진동하는 정도가 소량으로 제한된다. 상술한 바와 같은 슬라이딩부분에서의 틈이 작고 안정적이므로 회전자(10)의 영구자석(2)과 고정자코일(4) 사이의 틈 또한 작게 만들수 있고, 따라서 고정자코일(4)에 의해 발생된 자게는 회전자(10)에 효과적으로 전달될 수 있다. 고정자코일(4)에 대향하는 고정평판(6)은 자속누설을 방지하기 위하여 실리콘스틸로 만들 수 있다.

고정자코일(4)과 영구자석(2) 사이에 배열된 고정자측베어링(3)용으로 사용되는 경세라믹재료는 회전자계 속에 삽입되기 때문에 와류손을 최소화하기 위해서는 큰 전기저항을 갖는 것이 바람직하고, 이러한 이유때문에 사용가능한 세라믹재료중에서 BeO가 첨가된 Si₃N₄나 -SiC를 사용하는 것이 바람직하다.

제1도를 참조하면 고정자측 베어링표면(8)은 유동압을 발생시키는 홈이 형성된 표면으로서 이용될 수 있다. 이 경우에 고정자측 베어링표면(8)과 대향하는 회전자측 슬라이딩표면(9)은 평활면으로 남게될 것이다.

제4도는 양단부에서 동력을 발생시킬 수 있는 본 발명의 제2실시예를 도시한 단면도이다.

시트코일이 적층된 고정자코일(4)은 세라믹재료로 만든 2개의 고정자측 베어링표면(3, 3)에 의해 양면에 고정된다. 고정자측 베어링표면(3, 3)은 평활면은 중앙베어링표면(8, 8)을 구비한다. 타코미터(33)는 회전자(10)의 대향면과 접촉하지 않도록 중앙베어링표면(8)으로 부터 음푹들어간 곳에 배치되어있다.

제4도에서 회전자(10)의 하부에 부착된 영구자석(2)의 위치에 홀소자(29)에 의해 검출되고, 하부회전자(10)는 도시되지 않은 제어장치에 의해 고정자코일(4)이 여기됨으로써 회전된다. 이때 고정자코일(4)에 의해 발생된 자속 또는 고정자코일(4)의 상부측에서 나타날 것이고, 또 고정자코일(4)는 상부회전자(10)를 회전시킬 것이다.

그러나 상·하부 회전자(10, 10)는 서로 반대 극성의 자극을 구비한다. 결국 회전자(10, 10)는 서로 끌어당길 것이므로 두 회전자(10, 10)는 특별한 고정장치를 마련하지 않고도 고정자에 의해 지지될 수 있다.

작은볼(7)의 대체로 레이디얼베어링의 대용이 된다. 작은볼(7)은 회전자(10, 10)와 고정자(101)가 방사상 방향으로 이동하는 것을 막아주는 효과를 나타내주고, 또 위치결정을 위한 기준장치의 대용이 된다. 상술한 바와같은 작은 볼외의 강철볼, 스테인레스스틸볼 또는 세라믹볼등의 또한 이용될 수 있으며, 형상으로는 원통형 또는 2중 원추형 등 각종형상이 이용될 수 있다.

본 발명에 의한 슬라이딩 부분을 구성하기 위하여 경세라믹재료가 사용되는 주된 이유는 유동압을 발생시키기에 적합한 홈을 아주 정밀하게 제조할 수 있고, 유동압을 발생시키기에 적합한 형상으로 슬라이딩 부분을 만들수 있어, 유동압이 실제로 발생할때 그 형상이 유지될 수 있고, 그 슬라이딩 부분은 만약 야기된 부하가 어느정도로 제한되면 전동장치가 기동하거나 정지될때 발생하는 고체물질들 간의 슬라이딩 마모를 견디기에 충분히 안정적이라는 점에 있다.

경세라믹재료로 만든 표면에 유동압을 발생시키는 홈을 기계가공하는 방법으로는 랜드부에 대응하는 플라스틱 마스킹을 평활면이 되도록 마무리한 경세라믹재료로된 표면에 붙이거나, 플라스틱재료를 랜드부에 대응하는 부분에 스크린 인쇄법등으로 붙여 경화시키는 방법이 있다. 계속해서 Al₂O₃, SiC등의 입자를 쇼트블라스팅(Shut blasting)의 형태로 가압공기를 이용하여 노출된 세라믹재료에 주입한다. 쇼트블라스팅고정(shot blasting process)후에 세라믹표면 위의 플라스틱재료층을 제거하는 것이 좋다. 따라서 랜드부는 평활면의 상태로 복귀할 수 있는 반면 홈은 사금석 외양을 갖는 표면으로 기계가공될 수도 있다. 또 홈은 후술하는 유동압효과를 사용하는 레이디얼베어링이 갖추어져 있으면 상술한 바와같은 쇼트 블라스팅 방법에 의해 유사한 방식으로 제공될 수도 있다.

본 발명에 의한 전동장치의 각종 형상은 회전자의 외주면에서 다면체의 거울과 함께 형성된 다면경, 회전자에 직접 고정장착된 날개를 구비한 펌프, 회전자 표면의 상부에서 디스크를 착탈가능하게 고정시키는 장치를 통합하는 자기디스크 또는 광디스크를 구동시키는 구동장치를 포함하는 다양한 응용분야에서 이용될 수 있다.

제5도는 본 발명의 제2모드에 의한 전동장치를 도시한 종단면도이다. 이 장치는 다면경의 구동장치로 이동된다.

제5도에서 참조번호(50)은 도시되지 않은 고정부재에 체결되는 지지판을 나타낸다. 캡(51)은 지지판(50)위에 배치되고 주위환경으로 부터 캡내에 있는 회전부재를 격리시키기 위하여 나사로 고정부재로 조인다. 유리창(50)은 캡 내부의 다면경(52)에 대응하는 위치에 캡에 형성된다.

지지판(50)에는 고정자코일(54)이 고정되고, 고정자코일(54)의 상면에는 고정자측 베어링(55)이 고착되며, 고정자측 베어링(55)은 평활면(56)으로 마무리된 전면을 구비하는 세라믹재료로 만든 원형 플레이트를 포함한다. 평활면(56)은 고정자측베어링 표면의 대용이 된다. 다면경(52)의 회전축에 대응하는 베어링 표면의 위치에는 반구형 오목부(57)가 형성되어 있으며, 이 반구형 오목부(57)의 외부에는 유동압을 발생시키기에 적합한 홈들이 형성되어 있다. 고정자측 베어링(55)상부에는 다면경(52)이 회동가능하게 설치되고, 다면경(52)상부에는 압력판(58)이 구비된다.

다면경(52)는 영구자석(61)과 거울부분(62)이 회전자측에 배치되어 소정자코일(54)를 향하고 있는 경세라믹재료로 만든 하부 슬라이딩플레이트(59)와 회전자측에 배치되어 압력판(58)을 향하고 있는 경세라믹재료로 만든 상부 슬라이딩 플레이트(60)사이에 고정장착되도록 구성되어 있다. 회전자측에 있는 상·하부 슬라이딩 플레이트(60)(59)의 전면은 거의 기복이 없는 평활면을 형상하도록 놓여지며, 다면경(52)의 회전축에 대응하는 위치에 각각 반구형 오목부(64), (63)를 구비하고 있다. 압력판(58)은 강철재의 배면판(65), 고무판(66) 및 경세라믹제의 베어링판(67)으로 구성되며 이들 3개의 판(65, 66, 67)은 적층되고 다면층(52)에 대향하는 베어링판(67)과 함께 부착된다.

또 배면판(65)과 캡(51)은 스프링(68)에 의해 탄력있게 연결되므로 압력판(58)이 다면경(52)쪽으로 힘을 받는다. 스프링(68)내부에는 솔레노이드(69)가 구비된다. 솔레노이드(69)가 여기되면 압력판(58)이 솔레노이드(69)쪽으로 흡인되므로 배면판을 다면경(52)에 누르도록 작용하는 힘이 경감되거나 분산될 수 있다.

베어링판(67)의 전면(도면에 보았을때 하부측 표면)의 거의 기복이 없고 유동압을 발생시키기에 적합한 3-50㎛의 깊이를 가지는 홈을 구비할 뿐아니라 다면경(52)의 회전축에 대응하는 위치에 형성된 반구형 오복부(70)을 구비하는 평활면으로 형성되어 있다.

반구형 오목부(57)과 (63), (64)과 (70)은 서로 대향하고 있으며, 이들 오목부에 의해 한정된 대체로 구형의 공간은 세라믹 또는 금속재료등의 경질재료로 만든 작은볼(71, 72)을 각각 수용한다.

제6도는 제5도의 A-A선을 따라 취한 횡단면도이다. 영구자석(61)은 원형이며 환형의 배열로 자화된 8개의 자극을 구비하고 있다. 영구자석의 외주부에는 거울부분(62)이 형성되어 있다. 레이저빔을 반사시키는 거울부분(62)의 부분들은 거울부분의 정다각형의 면부분(73)에 구비된다. 이들 각각의 면은 높은 반사율을 가지는 거울표면을 가지도록 마무리 손질한다. 제5도와 제6도에 관하여 다면경(52)이 회전하면 솔레노이드(69)가 여기되어 압력판(58)이 약간 상승되어 고정자코일(54)이 전원에 연결된다. 선행실시예와 동일한 방법으로 다면경의 회전속도를 검출하는 회로와 자극을 검출하는 소자들이 회전자 코일(54)의 상부표면에 구비되어있기 때문에 상기 회전속도 검출회로와 자극검출소자들에 의해 제공되는 출력신호에 따라 가장 적합한 코일이 도시되지 않은 구동제어장치에 의해 통전될 수도 있으므로 다면경(52)이 원하는 회전속도로 회전될 수 있다. 솔레노이드(69)는 다면경(52)의 회전속도가 정격속도에 도달하기전에 여기되지 않은 상태로 될 것이기 때문에 압력판(58)이 스프링력에 의해 눌려지고, 다면경(52) 양단부 사이의 슬라이딩부분에서 회전축의 회전방향으로 유막이 형성되는 상태하에서 다면경(52)이 회전할 수도 있다.

본 실시예에서 다면경(52)의 양면 사이에 형성된 유막에 의해 제공되는 제동효과는 이 경우에 회전자인 다면경의 굴절을 회전축 방향으로 제한할 것이다. 또 다면경(52)의 거울부분(62)이 정다각형 형상이고, 그 정다각형의 면들이 상·하부 슬라이딩 플레이트(59)(60)의 외부 테두리와 내부 접촉하고 있기 때문에 조작할때 다면경(52)이 더럽혀 지지않을 것이다.

제7도 및 제8도는 본 발명의 제3모드를 도시한 것이다. 제7도는 다면경을 구동시키는 장치를 도시한 종단면도이다. 제8도는 제7도의 B-B선을 따라 취한 횡단면도이다. 제7도에서 제5도와 공통된 부재는 동일한 참조번호로 표시하고 유사한 부재는 거기에 100을 더한 대응번호로 표시한다.

제7도를 참조하면 캡(51)는 지지판(50)에 나사로 체결되고 경세라믹재료로 만든 고정축(74)의 단부(76)는 지지판(50)의 중앙관통공(75)에 맞추어져 고정된다. 고정축(71)의 외부에는 고정자코일(54)이 환형배열로 배치되어 있다. 또 고정자코일(54)은 접착제나 공지의 체결장이에 의해 지지판(50)에 고착된다. 고정자코일(54)의 상부표면 또는 다면경(152)의 대향표면에 베어링(155)의 경세라믹재료로 만든 환형디스크의 회전자측에서 고정부착되어 있다. 다면경(152)을 향하는 회전자측 베어링의 표면은 거의 기복이 없는 평활면을 구비하도록 마무리되어 있으며 유동압을 발생시킬수 있도록 깊이 3-50㎛를 가지는 홈을 구비하고 있다. 또 고정자측 베어링의 표면괴 고정축(74)의 축은 서로 수직방향으로 고정된다.

다면경(152)은 양단부 표면에서 회전축방향으로 회전자측이 슬라이딩표면으로 형성되어 있다. 상부 회전자측 슬라이딩 플레이트(160)와 하부 회전자측 슬라이딩 플레이트(159)는 각각 경세라믹 재료로 만들어졌다. 특히, 하부회전자측 슬라이딩 플레이트(159)는 다면경(152)의 회전슬리브(79)와 일체로 되어있다. 회전슬리브(79)의 내주면은 평활한 원주형 표면으로 되어있으며 고정자코일(54)을 향하는 회전자측 슬라이딩 플레이트(159)의 표면에 수직방향으로 적당하게 유지되어 있다. 다면경(152)의 회전슬리브(79)에 대응하는 고정축(74)의 부분은 유동압을 발생시키기에 적합한 홈(80)으로 형성되어 있다. 헤링본 형상으로 배열된 홈(80)의 깊이는 3-15㎛가 적합하다. 고정축(74)과 회전슬리브(79)사이의 틈은 2-3㎛인것이 바람직하다. 방사상의 부하를 지탱하는 회전슬리브(79)와 고정축(74)사이의 상대회전속도에 의해 형성된 유막은 고정축(74)과 회전슬리브(79)의 슬라이딩 표면들이 적절하게 평행을 유지하는한 바람직하게 발생한다. 그러나 본 실시예에서는 다면경(152)의 회전슬리브(79)의 길이(대체로 다면경(152)의 두께와 같음)가 아주 짧기 때문에 고정축(74)의 회전면과 회전슬리브(79)의 내주면을 종래의 기술보다 용이하게 가공할 수 있고, 따라서 높은 정밀도를 얻을 수 있다.

거울부분(62), 상부회전자측 슬라이딩 플레이트(160), 영구자석(161) 및 하부회전자측 슬라이딩 플레이트(159)(회전슬리브(79)를 포함)는 일체로 접착하며, 상부회전자측 슬라이딩 플레이트(160)는 회전자측의 상·하부 슬라이딩 플레이트에 대하여 양호한 대응을 달성하도록 광택을 낸다. 그리고 균형이 잡히도록 조정한다.

제8도는 제7도의 B-B선을 따라 취한 단면도이다. 영구자석(161)은 환형으로 배열되어 자화된 8개의 자극을 구비하고 있으며, 거울부분(62)의 외주가장자리는 정 8각형의 형상이다.

제9도는 고정자코일(54)의 상부표면에 고정장착된 베어링(155)의 고정자측 슬라이딩표면의 패턴을 도시한 것이다.

화살표(81)는 다면경(152)의 회전방향을 나타내고, 참조번호(82)는 고정축(74)을 관통하여 뻗어있는 관통공을 나타낸다. 고정차측 베어링(155)의 전면에는 전원주 둘레에 유동압을 발생시키는 검은색으로 표시한 나선형의 홈(84)과 나선형의 랜드부(84)가 교대로 형성되어 있다. 이들 홈(84)의 내주단부는 서로 홈(85)을 통하여 연결되어 있으며 이홈(85)에 의해 압력이 균일하게 된다. 압력을 균일화시키는 홈(85)의 내측에는 랜드부(86)가 형성된다. 랜드부(84)(86)은 동일한 평면내에 배치된다.

결국 다면경이 화살표(81)방향으로 회전하면 다면경둘레의 유기(기체)는 나선형홈(83)의 외주쪽으로 부터 내주쪽으로 향하는 힘을 받게되고 슬라이딩 부분에서 유동압이 발생한다.

제10도는 높은 회전속도로 회전하는 다면경에 적합한 유동압을 발생시키는 홈의 예를 도시한 도면이다. 이 홈은 회전자측 슬라이딩 표면에 형성되어 있다. 화살표(87)는 다면경의 회전방향을 나타낸다. 회전자측 슬라이딩 플레이트(88)의 중앙에는 관통공(89)이 형성되어 있으며 이 관통공(89)을 통하여 고정축이 뻗어있고, 관통공(89)의 내주면은 회전슬리브의 대용이 된다. 회전자측 슬라이딩 플레이트(88)의 전면에는 유동압을 발생시키는 나선형의 홈(91)(흑색으로 표시된 부분)이 형성되어 있으며, 이 홈에 인접한 랜드부(92)는 평활면으로 마무리 되어있다. 또 연속 랜드부가 회전자측 슬라이딩 플레이트(88)의 외주 가장자리(93)의 전체둘레에 구비되어 있다. 다면경이 화살표(87)방향으로 회전하면 나선형홈(91)에 의해 발생된 원심력이 유체를 나선형홈(91)의 내주쪽으로부터 외주쪽으로 흐르게하고, 유압은 외주둘레로 완곡하게 연장되어있는 랜드부(93)에 의해 한정될 것이다. 결국 보다 큰 유동압이 나선형홈(91)의 외주쪽으로 발생될 것이다.

제10도에 도시된 유형의 유동압을 발생시키는 홈의 패턴이 이용되는 경우에는 그 내부의 유체가 대체로 홈의 중앙부분으로 부터 외주쪽으로 흐르도록 될 것이다. 따라서 압력판(58)의 중앙부나 고정자코일(54)의 중앙부 또는 압력판 및 고정자코일의 중앙부에는 홈의 외주에서 대기와 연결되어 균일한 압력을 만드는 통로가 한정되어 있다. 그러므로 유체는 계속 공급되지 않으면 안된다.

본 발명에 의하면 회전축의 회전방향으로 회전자의 단부표면에 대향하도록 고정자가 배열된 전동장치에서는 경세라믹재료로 만든 평탄의 유동압베어링이 회전자와 고정자의 슬라이딩 부분에 구비되기 때문에 효과가 기대될 수 있다.

(가) 소형의 가볍고 수명이 긴 전동장치를 조립할 수 있다.

(나) 트러스트 베어링 부분에서 내마모성과 내부식성이 향상될 수 있으므로 유지가 간단하다.

(다) 액체 중에서 뿐만아니라 기체 또는 슬러리중에서 조차도 전동장치를 사용할 수 있다.

(라) 트러스트베어링 부분에서의 슬라이딩 마모에 대한 마찰계수가 0.0001 이하이므로 그 부분에서의 동력손실을 최소로 감소시킬 수 있다.

(마) 플래트모터가 구비될 수도 있다.

(바) 단순한 구조의 각종 전동장치는 블레이드, 반사경 등의 기능 부재플 회전자에 고정부착시키거나 회전자와 일체화시킴으로써 구성될 수도 있다.

본 발명의 제2모드에서는 상술한 효과외에도 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(사) 유동압에 견디는 경세라믹재료로 만든 베어링은 회전자의 양단부에서 회전축의 축방향으로 구비되기 때문에 회전자는 두 슬라이딩 표면에 의해 제공되는 제동효과를 받는 동안 회전하게되고 따라서 회전자의 편향각은 극히 작을 것이다.

본 발명의 제3모드에 관한한 상술한 효과(가)-(사)외에 다음의 효과를 얻을 수 있다.

(아) 회전자의 중앙부에 형성된 관통공과 이 관통공을 통하여 연장된 고정축으로 구성된 레이디얼 베얼링은 회전축의 방향으로 짧은 길이를 갖기 때문에 가공정밀도를 향상시킬 수 있고 큰 유동압을 얻을수도 있다.

(자) 레이디얼 베어링을 용이하게 기계가공할 수 있다.

(차) 회전축의 방향으로 회전자의 양단에 형성된 트러스트베어링이 유체가 외주쪽에서 내주쪽으로 흐르도록 하는 유동압용의 베어링이거나 소위 "펌프-인(pump-in)"형이라면 레이디얼베얼링에서 유체의 압력은 증가할 것이다. 즉, 레이디얼베어링의 유동압효과는 상당히 상승될 것이다.

(카) 회전자의 양단부에서 회전축의 방향으로 형성된 트러스트베어링중의 하나가 상술한 "펌프-인"형이고 나머지가 "펌프-아웃(pump-out)"형으로 되어있다면 슬라이딩 부분에 존재하는 유체는 한방향으로 흐르게될 것이고 따라서 고정자코일과 슬라이딩부분의 냉각이 효과적으로 이루어질 수 있다.

(타) 전술한 (차)부분에 기재된 전동장치가 사용되면 회전자는 감축된 압력하에서 밀폐된 콘테이너에 수용될 수도 있으므로 공기에 대한 다면경의 저항도 줄이들 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명에 의하여 그에 따르는 각종효과를 얻을 수 있다.

본 발명을 특정실시예를 참고로하여 상세히 설명하였다. 그러나 본 발명은 그들 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 규정된 본 발명의 사상 및 범위내에서는 수정되거나 변경될 수도 있다.

Claims (5)

1. 고정자코일과 고정자측 단부표면을 구비하는 고정자, 상기 고정자에 대해 동축회전하도록 상기 고정자 단부표면에 대향장착된 슬라이딩 표면과 그들 사이에 자기적 간격을 가지고 상기 고정자 코일에 대향하여 간격져 있는 다수의 극을 구비한 영구자석으로 구성되는 전동장치로서, 상기 고정자측 단부표면은 그 일부분으로서 고정자측 베어링 표면을 구비하고, 상기 회전자는 상기 고정자측 베얼링 표면과 슬라이딩 결합하는 상기 회전자측 슬라이딩 표면을 구비하며, 상기 회전자측 슬라이딩 표면과 상기 고정자측 베어링 표면은 경질의 세라믹 재료로 되어있으며, 상기 회전자측 슬라이딩 표면과 상기 고정자측 베어링 표면중의 하나는 평활면으로 되어 있고 다른 하나는 상기 회전자가 회전할때 유동압을 발생시키는 다수의 홈을 구비하며, 상기 회전자측 단부표면과 상기 고정자측 단부표면상에는 회전축을 따르는 위치에 대향 오목부가 구비되고, 상기 두개의 대향 오목부에 의해 한정된 공간에는 경질의 재료부지가 수용되어 그들 사이에 상대회전이 있는 동안 상기 회전자측 슬라이딩 단부표면과 고정자측 베어링 표면의 상대 레이디얼 운동을 방지시켜주고 그에 따라 상기 회전자는 상기 고정자에 대하여 회전구동되는 즉시 전동장치의 구동부재가 될 수 있는 것을 특징으로 하는 전동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정자측 베어링 표면용으로 사용된 세라믹 재료는 BeO를 함유하는 α-SiC 또는 Si₃N₄나 β-SiC인 것을 특징으로 하는 전동장치.
3. 고정자와 회전자를 구비하는 전동장치에 있어서, 상기 고정자는 고정자 코일과 고정자단부표면을 구비하고, 상기 회전자는 양면에 슬라이딩 단부 표면을 구비하며, 하나의 회전자측 단부표면은 상기 고정자측 단부표면에 대향하고 있으며, 상기 회전자는 상기 고정자에 대해 동축회전하도록 장착되고 그들 사이에 자기적 간격을 두고 상기 고정자코일에 대향하여 간격져 있는 다수의 극을 구비한 영구자석을 구비하고 있으며, 상기 고정자측 단부표면은 그 일부분으로서 고정자측 베어링 표면을 구비하고, 상기 회전자는 상기 고정자측 베어링 표면과 슬라이딩 결합하는 상기 회전자측 슬라이딩 단부표면을 구비하며, 회전자의 다른 슬라이딩 단부표면에는 요동가능한 베어링 표면이 대향하고 있으며, 상기 두개의 회전자측 슬라이딩 표면과 고정자측 베얼링 표면 및 요동 가능한 베얼링 표면은 경질의 세라믹 재료이며, 상기 하나의 회전자측 슬라이딩 표면과 고정자측 베어링 표면중의 하나는 평활면으로 되어있고, 나머지 표면을 상기 회전자가 회전할 때 유동압을 발생시키는 다수의 홈을 구비하며, 상기 다른 회전자측 슬라이딩 표면과 요동가능한 베어링 표면중의 하나는 평활면으로 되어 있고 다른 표면은 상기 회전자가 회전할 때 유동압을 발생시키는 다수의 홈을 구비하며, 상기 고정자측 베얼링 표면 및 상기 고정자측 베어링 표면에 대향하는 상기 회전자측 미끄럼 표면과 상기 요동가능한 베어링 표면에 대향하는 상기 회전자측 미끄럼 표면의 회전축을 따르는 위치에는 대향 오목부가 구비되고, 상기 고정자측 베어링 표면과 회전자측 슬라이딩 표면을 지지하기에 적합한 경질의 재료부재는 서로 대향하는 각각의 오목부 쌍에 의해 한정되는 공간에 수용되어 상기 회전자 및 상기 회전자와 상기 요동가능한 베어링 표면과의 상대 레이디얼 운동을 방지시켜 주는 것을 특징으로 하는 전동장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정자측 베어링 표면에 사용되는 세라믹 재료는 BeO를 함유하는 α-SiC 또는 Si₃N₄나 β-SiC인 것을 특징으로 하는 전동장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 회전자의 외주면은 다면경을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동장치.

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