KR20140022913A - 로터리 드라이브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제 1 본체의 맞물림 시스템을 갖고, 상기 맞물림 시스템이 제 1 회전 축선을 중심으로 제 1 원주를 따라 뻗는, 제 1 본체, 제 2 본체의 맞물림 시스템을 갖고, 상기 맞물림 시스템이 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 제 2 원주를 따라 뻗는, 제 2 본체, 컨버터의 제 1 맞물림 시스템을 갖고, 상기 제 1 맞물림 시스템이 제 2 회전 축선을 중심으로 제 1 거리로 원주를 따라 뻗고, 컨버터의 제 2 맞물림 시스템을 또한 갖고, 상기 제 2 맞물림 시스템이 제 2 거리로 원주를 따라 상기 제 1 맞물림 시스템에 대하여 동축적으로 뻗는, 컨버터를 구비하고, 상기 제 2 회전 축선은 상기 제 1 회전 축선에 평행하며, 그로부터 이격되고, 서로 평행하지 않은 작용 방향을 가진 적어도 2개의 액추에이터를 또한 구비하고, 그 액추에이터들에 의해 상기 컨버터가 각각의 경우에 일 방향으로 변위될 수 있고, 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템은 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템과 제 1 결합 구역에서 결합하고, 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템은 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템과 제 2 결합 구역에서 결합하며, 상기 컨버터는, 상기 제 2 회전 축선이 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 원형 경로를 따라 뻗는 바와 같은 방식으로, 각각의 경우에 상기 적어도 2개의 액추에이터에 의해 일 방향으로 변위될 수 있는 로터리 드라이브에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아래에서 로터리 드라이브(rotary drive)로서 인용되는 전기 모터에 관한 것으로, 특히 제어하기 쉽고, 전자기장에 의해 구동되며, 과부하가 방지되고, 높은 토크 밀도를 갖는 전기 로터리 드라이브에 관한 것이다.
예컨대, EP1324465B1, EP0670621B1 및 EP0901710B1에 기술된 바와 같은 종래 기술에 따른 전기 모터들은 전자기장에 의해 회전하게 될 수 있는 로터들을 갖는다. 상기와 같은 전기 모터들의 토크는 낮다. 높은 모터 출력 레벨들은 높은 로터 회전 속도에 의해 달성된다. 이런 이유로, 전기 모터들은 종종 멀티-스테이지(다단식) 변속기와 결합되고, 그 결과 전기기계 효율이 악화되고, 설치 공간, 중량, 변속 여유 및 소음 배출이 증가된다. 전기 모터들의 높은 회전 속도 및 로터들의 높은 질량 관성 모멘트도 역시 동적 거동에 악영향을 미친다. 스테핑 모터를 제외하고는, 전기 모터들은 회전 속도, 자세 또는 부하를 검출하기 위한 추가의 센서들을 필요로 한다. 그러나, 스테핑 모터들은 제한된 분해능(limited resolution capability) 및 파열 래칫 토크(disruptive ratchet torques)를 갖는다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 높은 토크 밀도, 역학 관계, 작동 정밀도 및 가동 안정성을 갖는 전기 모터를 이용 가능하게 만드는 것이다. 특히, 모터 샤프트는 전기 제어 신호들을 적용함으로써 규정된 위치들로 이동되거나 및/또는 전기 제어 신호들에 의해 미리 정해진 회전 속도들로 미리 정해진 회전 방향들로 규정된 형태로 회전될 수 있다는 점에서 유리하다.
상기 목적은 청구항 1에 청구된 바와 같은 로터리 드라이브, 청구항 19에 청구된 바와 같은 로터리 드라이브의 가동 방법, 청구항 23에 청구된 바와 같은 로터리 드라이브에서 부하 토크를 검출하는 방법, 및 청구항 24에 청구된 바와 같은 로터리 드라이브의 위치 및 자세를 검출하는 방법에 의해 달성된다. 각각의 종속 청구항은 본 발명에 따른 로터리 드라이브 및 본 발명에 따른 방법들의 유리한 개량을 구체적으로 명시한다.
본 발명에 따르면, 제 1 본체 및 제 2 본체를 구비하는 로터리 드라이브가 구체화되고, 상기 제 1 본체는 제 1 회전 축선을 중심으로 제 1 원주를 따라 둘레로 뻗는 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템을 갖고, 상기 제 2 본체는 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 제 2 원주를 따라 둘레로 뻗는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템을 갖는다. 따라서, 상기 제 1 본체 및 제 2 본체의 맞물림 시스템들은 동축인 것으로 고려될 수 있다. 이와 관련해서, 상기 2개의 본체의 맞물림 시스템들은 공통 평면에서 또는 서로 평행한 것이 바람직한 상이한 평면들에서 뻗을 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 본체의 맞물림 시스템들은 상기 제 1 회전 축선에 대하여 등거리에 배치된 다수의 치형부에 의해 형성될 수 있으며, 상기 제 1 회전 축선에 대하여 각 치형부의 동일한 지점들을 고려하면, 이들은 각각 해당 본체 내부에서 일정한 거리에 있다. 상기 제 1 본체의 치형부들과 상기 제 1 회전 축선 사이의 거리는 상기 제 1 회전 축선으로부터의 상기 제 2 본체의 치형부들의 거리와는 상이한 것이 유리하다. 특히, 맞물림 시스템의 직경은 각각의 경우에 피치원 직경을 가질 수 있다.
상기 제 1 본체 및 상기 제 2 본체는 유리하게는 모터 샤프트들 또는 캐리어 구조체들(하우징들)일 수 있다. 특히, 유리하게는, 상기 캐리어 구조체는, 상기 제 1 본체 및 상기 제 2 본체가 회전 가능하게 장착되거나, 또는 상기 본체들 중 하나가 회전 가능하게 장착되고 다른 하나가 상기 캐리어 구조체에 연결되거나 또는 그 일부가 되는, 하우징 또는 모터 하우징인 것으로 생각되어지는 것이 가능하고, 상기 액추에이터들은 상기 캐리어 구조체에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브는 컨버터를 또한 구비하고, 상기 컨버터는 제 1 맞물림 시스템 및 제 2 맞물림 시스템을 갖고, 상기 제 1 맞물림 시스템은 제 2 회전 축선을 중심으로 제 1 거리로 원주를 따라 둘레로 뻗고, 상기 제 2 맞물림 시스템은 제 2 거리로 원주를 따라 상기 제 1 맞물림 시스템에 대하여 동축적으로 둘레로 뻗는다. 상기 컨버터는 동의어로 롤링 본체로서 또는 간단히 제 3 본체로서 인용될 수도 있다. 상기 컨버터는 유리하게는, 상기 맞물림 시스템을 제외하면, 원통형 또는 디스크형 본체일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제 2 회전 축선은 상기 제 1 회전 축선에 평행하게 배치되며, 그로부터 이격된다. 상기 축선들은 나란히 놓이는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 서로 평행하지 않은 작용 방향들을 가진 적어도 2개의 액추에이터를 구비하고, 그에 따라 그 작용 방향들은 서로에 대하여 0°와 같지 않고 또한 180°와 같지 않은 각도로 된다. 그러나, 본 발명에 따른 로터리 드라이브가 2개 이상의 액추에이터를 구비하면, 그에 따라 이들 액추에이터의 일부가 서로에 대하여 0° 또는 180°의 각도로 될 가능성이 있다.
상기 컨버터는 각각의 경우에 적어도 2개의 액추에이터에 의해 일 방향으로 시프트될 수 있다. 따라서, 상기 컨버터는, 다른 액추에이터들의 작용이 무시되면, 상기 액추에이터들 중 정해진 액추에이터에 의해 정밀하게 일 방향으로만 시프트될 수 있는 것이 유리하다. 이런 의미에서, 상기 액추에이터들은 선형 액추에이터로 고려될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템은 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템과 제 1 결합 구역에서 결합되고, 그에 따라 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템은 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템과 제 1 결합 구역에서 맞물리게 된다. 또한, 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템도 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템과 제 2 결합 구역에서 결합되고, 즉 제 2 결합 구역에서 이 맞물림 시스템과 맞물린다.
상기 제 1 결합 구역 및 제 2 결합 구역은 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템과 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템의 외주의 일부 또는 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템과 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템의 외주의 일부에 걸쳐서만, 즉 그 외주 전체가 아닌 둘레로 연장되는 것이 유리하다.
그에 따라, 본 발명에 따르면, 상기 컨버터는, 상기 제 2 회전 축선이 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 원형 경로를 따라 둘레로 뻗는 바와 같은 방식으로, 각각의 경우에 적어도 2개의 액추에이터에 의해 일 방향으로 시프트될 수 있다.
회전 축선이 이 문헌에서 언급되든 안 되든, 무엇보다도 수학적 관점에서의 회전 축선을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 대응하는 컨버터 또는 본체는 대응하는 회전 축선을 중심으로 회전하도록 장착될 수 있거나, 및/또는 회전 축선상에 놓이는 물리적인 축을 가질 수 있다.
상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템이 상기 제 2 회전 축선 둘레로 뻗는 제 1 거리는 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템이 상기 제 2 회전 축선 둘레로 뻗는 제 2 거리와 다른 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브에 있어서, 내부 맞물림 시스템 또는 내측 맞물림 시스템은 외부 맞물림 시스템 또는 외측 맞물림 시스템과 결합되는 것이 유리하다. 따라서, 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템은 내부 맞물림 시스템일 수 있으며, 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템은 외부 맞물림 시스템일 수 있거나, 또는 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템은 외부 맞물림 시스템일 수 있으며, 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템은 내부 맞물림 시스템일 수 있다. 상기 제 2 본체의 제 1 맞물림 시스템이 내부 맞물림 시스템으로 되고 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템으로 되거나, 또는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템으로 되고 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템이 내부 맞물림 시스템으로 되는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 특히 바람직하게는 하우징일 수 있는 캐리어 구조체를 구비하는 것이 유리하다. 상기 적어도 2개의 액추에이터가 상기 캐리어 구조체 또는 상기 하우징에 영구적으로 연결될 수 있는 것이 유리하다. 대안으로서 또는 추가적으로, 상기 제 1 또는 상기 제 2 본체도 상기 캐리어 구조체에 영구적으로 연결되거나, 및/또는 상기 캐리어 구조체의 일부로 될 수 있다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브가 캐리어 구조체 또는 캐리어 구조체로서의 하우징을 구비하면, 적어도 2개의 액추에이터뿐만 아니라 가능한 추가의 액추에이터들이 상기 캐리어 구조체 및 상기 제 1 본체에 또한 영구적으로 연결될 수 있으며, 또한 제 2 본체는 상기 액추에이터들 및 상기 캐리어 구조체에 대하여 회전될 수 있다. 이 개량에 있어서, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 특히 유리하게는 이상기(phase shifter)로서 사용될 수 있으며, 여기서, 상기 제 1 본체 및 상기 제 2 본체는 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 동일한 속도로 회전하지만, 이와 관련해서, 상기 제 1 본체에 대하여 위상을 변경하기 위해, 상기 제 1 본체는 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 전방으로 또는 후방으로 이동될 수 있고, 그 결과, 상기 제 1 본체와 상기 제 2 본체 사이의 회전 위상이 변경된다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브의 유리한 일 개량에 있어서, 각각의 경우에 샤프트는 상기 제 1 본체에 및/또는 상기 제 2 본체에 연결될 수 있거나, 또는 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 본체는 각각 샤프트의 일부로 될 수 있다.
상기 액추에이터들에 의해 가해진 힘은 각각의 경우에 액추에이터상으로 또는 그로부터 멀리 지향되는 것이 유리하다. 따라서, 이와 관련해서, 상기 액추에이터들이 하나의 메인 방향으로만 힘을 가하는 것이 유리하기 때문에 선형 액추에이터로서 인용될 수 있다. 이와 관련해서, 메인 방향은 대응하는 액추에이터에 의해 가해진 힘들이 평균적으로 작용하는 방향인 것으로 이해된다. 다양한 액추에이터들의 작용들의 중첩이 이렇게 액추에이터들 중 하나 쪽으로 지향되지 않는 힘들을 야기하더라도, 선형 액추에이터는 여기서는, 다른 영향이 없을 때에는 상기 액추에이터의 방향으로 또는 상기 액추에이터로부터 멀어지는 방향으로 힘을 가하는 것으로서 이해된다.
유리한 일 개량에 있어서, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 상기 제 1 회전 축선에 대하여 방사상의 방향으로의 상기 제 1 및/또는 제 2 본체에 대한 상기 컨버터의 상대 이동과, 그 상대 이동에 의해 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템이 상기 컨버터의 대응하는 맞물림 시스템으로부터 분리되게 되는 것을 막도록 상기 제 1 회전 축선 둘레로 뻗어서 배치될 수 있는 적어도 하나의 편심체를 구비한다. 상기와 같은 편심체는 높은 부하 토크에서도 특히 신뢰도 있는 가동을 보장할 수 있다. 상기 편심체는, 적어도 상기 제 1 및/또는 제 2 결합 구역에 대하여 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 상기 제 1 회전 축선에 관하여 방사상으로 배치되는 구역에서, 외측 둘레로 뻗는 접촉 구역을 갖고 내측 둘레로 뻗는 상기 컨버터의 접촉 구역과 접촉하는 것이 유리하다. 대안으로서, 상기 편심체는, 적어도 상기 제 1 및/또는 제 2 결합 구역에 대하여 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 상기 제 1 회전 축선에 관하여 방사상으로 배치되는 구역에서, 내측 둘레로 뻗는 접촉 구역을 갖고 외측 둘레로 뻗는 상기 컨버터의 접촉 구역과 접촉할 수 있다.
유리한 일 개량에 있어서, 상기 편심체는 바람직하게는 원형인 플레이트, 링 또는 실린더일 수 있다. 이와 관련해서, 상기 편심체는 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다. 그 대칭 축선은 상기 제 1 결합 구역의 방향 또는 상기 제 1 결합 구역으로부터 멀어지는 방향으로 및/또는 상기 제 2 결합 구역의 방향 또는 상기 제 2 결합 구역으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 회전 축선에 관하여 방사상으로 상기 제 1 회전 축선에 대하여 오프셋될 수 있다. 따라서, 상기 편심체는, 그 대칭 축선이 상기 제 1 축선에 대하여 평행하게 오프셋된 상태로 회전 가능하게 장착될 수 있으며, 상기 축방향 오프셋은, 상기 제 1 축선에 관하여, 상기 제 1 결합 구역의 방향으로 또는 상기 제 1 결합 구역으로부터 멀어지는 방향으로 및/또는 상기 제 2 결합 구역의 방향으로 또는 상기 제 2 결합 구역으로부터 멀어지는 방향으로 지향될 수 있다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 그 중력 중심이 상기 제 1 회전 축선에 관하여 상기 컨버터의 위치마다 상기 컨버터의 중력 중심과 방사상으로 반대 방향으로 되거나 또는 상기 컨버터의 중력 중심과 방사상으로 동일 방향으로 되도록 배치되는 적어도 하나의 균형 질량체를 구비한다. 상기 중력 중심이 상기 컨버터의 중력 중심과 동일 방향으로 놓이면, 불균형이 증폭되고, 반대 방향으로 놓이면, 불균형이 보상된다.
특히, 상기 편심체의 중력 중심은 상기 제 1 회전 축선에 관하여 상기 컨버터의 위치마다 상기 컨버터의 중력 중심과 방사상으로 반대 방향에 놓이거나 또는 상기 컨버터의 중력 중심과 동일 방향에 놓일 수도 있다.
상기 액추에이터들은 각각 상기 컨버터에 직접적으로 힘을 가하는 것이 유리하다. 따라서, 이들은 유리하게는 상기 컨버터에 또는 상기 컨버터의 실제 축에 작용하는 힘을 생성한다.
특히, 상기 액추에이터들이 각각 상기 제 2 회전 축선상에 놓이는 축에, 또는 상기 제 2 회전 축선상에 놓이며 그 위에 상기 컨버터가 회전 가능하게 장착되는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 힘을 가하는 개량이 또한 유리하다. 상기 액추에이터들은 바람직하게는 상기 축에 또는 상기 로터리 베어링에 영구적으로 연결될 수 있다. 이와 관련해서, 이들은, 예컨대 캐리어 구조체 또는 하우징에 연결되지 않는 상기 축 또는 상기 로터리 베어링상에 상기 대응하는 액추에이터의 그 단부에 의해 연결될 수 있다.
유리한 일 개량에 있어서, 상기 액추에이터들은 전자기력에 의해 작용할 수 있다. 이 경우에, 상기 컨버터 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링은 강자성 재료를 갖거나 또는 상기와 같은 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리한 일 개량에 있어서, 하나가 다른 하나에 결합하는 적어도 2개의 맞물림 시스템은 사이클로이드(cycloid) 맞물림 시스템 및/또는 나선형(evolvent) 맞물림 시스템일 수 있다. 따라서, 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템이 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템과 함께 사이클로이드 맞물림 시스템 및/또는 나선형 맞물림 시스템을 형성하는 것이 가능하거나, 및/또는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템이 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템과 함께 사이클로이드 맞물림 시스템 및/또는 나선형 맞물림 시스템을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 로터리 드라이브를 가동하는 방법은 본 발명에 따른다. 이와 관련해서, 상기 액추에이터들은 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 회전하는 힘을 상기 컨버터 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 가하거나 또는 생기게 하는 바와 같은 방식으로 회전하도록 작동 및/또는 여자된다. 이와 관련해서, 각각의 경우에 유리하게는 상기 컨버터 및/또는 상기 로터리 베어링에는 상기 액추에이터들에 의해 인력 및/또는 척력이 가해질 수 있다.
상기 액추에이터들의 다양한 작동 패턴이 가능하다. 그에 따라, 예컨대, 각각의 경우에 정해진 시간에 정밀하게 하나의 액추에이터가 활성화될 수 있다. 그라나, 복수의 액추에이터가 전부 활성화되거나 또는 복수의 액추에이터가 위상-오프셋 형태로 활성화될 수도 있다.
상기 액추에이터들은 유리하게는 여자(energization)에 의해 활성화될 수 있다. 유리한 일 개량에 있어서, 사인파형의 전류 프로파일로 상기 액추에이터들을 여자시키는 것이 가능하고, 인접하는 액추에이터들은 인접하는 위상들로부터의 전류로 여자되고, 2개의 인접하는 위상간의 위상차는 2개의 인접하는 액추에이터들간의 각도와 동일하고, 상기 액추에이터들은 상기 회전 축선에 수직한 평면에서 상기 회전 축선을 에워싼다. 여기서는, 상기 회전 축선을 중심으로 등각 간격으로 3개 이상의 다수의 액추에이터가 배치되는 것이 유리하다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 로터리 드라이브로 부하 토크를 검출하는 방법이 수행될 수도 있고, 여기서 상기 액추에이터들의 전류, 전압 및/또는 전하의 진폭 및/또는 전기 변수들간의 위상 관계가 전자 평가 수단에 의해 및/또는 상기 액추에이터들의 전기 인덕턴스, 전기 커패시턴스 및/또는 전기 저항을 평가함으로써 검출됨에 있어서, 상기 제 1 본체와 캐리어 구조체 사이 및/또는 제 2 본체와 상기 캐리어 구조체 사이 및/또는 상기 제 1 본체와 상기 제 2 본체 사이에서 토크가 결정된다.
상술한 바와 같은 로터리 드라이브의 위치 및/또는 자세를 검출하는 방법도 본 발명에 따르며, 여기서 전자 평가 수단에 의해 및/또는 상기 액추에이터들의 전기 인덕턴스, 전기 커패시턴스 및/또는 전기 저항을 평가하는 것에 의해 상기 액추에이터들의 전류, 전압 및/또는 전하의 진폭 및/또는 전기 신호들간의 위상 관계를 평가함으로써, 상기 위치 및/또는 상기 자세가 상기 컨버터의 경우에는 캐리어 구조체에 대하여 검출되거나, 및/또는 상기 제 1 본체의 및/또는 상기 제 2 본체의 경우에는 상기 캐리어 구조체에 대하여 검출되거나, 및/또는 상기 본체들의 경우에는 서로에 대하여 검출된다.
상기 제 1 본체와 캐리어 구조체 사이 및/또는 제 2 본체와 상기 캐리어 구조체 사이에서, 및/또는 상기 제 1 본체와 상기 제 2 본체 사이에서 회전 속도 및/또는 위치 및/또는 힘을 검출하기 위해, 유리하게는 센서들이 존재할 수 있다.
유리한 일 개량에 있어서, 로터리 드라이브는 다음과 같은 양태를 가질 수 있다:
- 맞물림 시스템을 가진, 회전 가능하게 장착된 모터 샤프트,
- 컨버터로서 인용되며 제 1 및 제 2 맞물림 시스템을 갖는 환형, 원통형 또는 디스크형 요소로서, 상기 컨버터가 그 제 2 맞물림 시스템에 의해 상기 모터 샤프트의 맞물림 시스템에서 롤링될 수 있는, 상기 요소,
- 맞물림 시스템을 갖는 모터 하우징으로서, 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템이 상기 모터 하우징의 맞물림 시스템에서 롤링될 수 있는, 상기 모터 하우징,
- 상기 모터 샤프트에 대하여 회전하는 힘들을 상기 컨버터에 가할 수 있는 전기 제어식 액추에이터들,
- 그 결과로, 상기 컨버터가 그 제 1 맞물림 시스템에 의해 상기 모터 하우징의 맞물림 시스템에서 포지티브하게 결합하는 형태로 롤링되고, 동시에 상기 컨버터가 그 제 2 맞물림 시스템에 의해 상기 모터 샤프트의 맞물림 시스템에서 포지티브하게 로킹되는 형태로 롤링되어, 상기 모터 샤프트가 회전하게 되도록, 상기 모터 샤프트 축선에 수직한 평면에서 원형 시프트 동작을 수행하기 위해 전기 제어식 액추에이터들에 의해 상기 컨버터가 여기될 수 있다.
본 발명은 높은 토크 밀도, 높은 위치 정밀도 및 비용-효율이 높은 제조에 의해 구별되는 로터리 드라이브를 제공한다. 이는 유리하게는, 특히 후술하는 조치들에 의해 달성될 수 있다.
유리한 일 개량에 있어서, 상기 컨버터는, 그 제 1 및 제 2 맞물림 시스템에 의해, 상기 모터 하우징 및 상기 모터 샤프트의 맞물림 시스템들과의 상호 작용을 통해 2-스테이지(단) 변속을 형성할 수 있다.
제 1 변속 스테이지는 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템과 상기 모터 하우징의 맞물림 시스템의 맞물림 페어링에 의해 형성될 수 있다.
제 2 변속 스테이지는 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템과 상기 모터 샤프트의 맞물림 시스템의 맞물림 페어링에 의해 형성될 수 있다.
각각의 변속 스테이지는, 하나가 다른 하나의 내에서 포지티브하게 결합하는 형태로 롤링되는 치형부 페어링들의 치형부들의 개수 차이에 의해 제공되는 별도의 변속비를 가질 수 있다.
상기 모터 샤프트, 컨버터 및 모터 하우징은 원형의 맞물림 시스템을 가지는 것이 바람직하다.
상기 모터 샤프트 및 모터 하우징의 맞물림 시스템들은 하나의 축선상에 서로에 대하여 동심으로 배치되는 것이 바람직하다. 서로에 대하여 동심으로 배치되는 맞물림 시스템들은, 상기 맞물림 시스템들이 일 축선에 대하여 동축적으로 배치되고, 상기 맞물림 시스템들의 피치원 중심점들이 이 축선상에 놓이는 것을 의미하는 것으로 이해되는 것이 유리하다.
상기 컨버터는, 유리하게는 전기 제어식 액추에이터들에 의해 여기되어, 바람직하게는 상기 모터 샤프트의 축선에 수직하게 놓이는 평면에서 동작을 수행할 수 있다. 전기로 제어될 수 있는 액추에이터들은, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고 본체들에 인력 또는 척력을, 및/또는 인력과 척력을 가할 수 있는 액추에이터를 의미하는 것으로 이해되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 액추에이터들은 선형으로 작용하는 액추에이터인 것이 바람직하며, 예컨대 편심체 또는 전기 모터와 같은 회전형 액추에이터는 아니다.
특히, 바람직하게는 상기 모터 샤프트의 축선에 수직한 평면에서 전자기 액추에이터들에 의해 작용하는 자력 및 상기 모터 샤프트의 축선 둘레로 뻗는 자력은, 유리하게는 상기 컨버터에 가해질 수 있다. 전자기 액추에이터들로서는, 현재 공지되어 있는 모든 디자인의 전자석들이 적합하다. 또한, 정전 액추에이터들이 액추에이터로서 사용될 수 있다. 상기 컨버터를 시프트시키기 전에는, 솔리드-스테이트 액추에이터들이 마찬가지로 액추에이터로서 사용될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 액추에이터들은, 전기로 작동될 수 있으며 상기 모터 샤프트의 축선에 대하여 방사상으로 배치되는 전자석들일 수 있다.
상기 전자석들은, 예컨대 전기 전도성 절연 와이어를 감아서 구성되는 코일이 둘레로 권취되는 강자성 재료로 이루어진 코어를 각각 구비할 수 있다. 상기 전자석들의 코어들은, 유리하게는 극편(pole shoe)들로서 구현될 수 있다. 상기 코어들 및 극편들을 가진 모든 상기 전자석들로 이루어진 장치(arrangement)는 스테이터로서 인용될 수 있으며, 개개의 전자석은 전기 제어식 스테이터 수단으로서 인용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전기 제어식 스테이터 수단을 가진 스테이터는 모터 하우징에 영구적으로 연결될 수 있다.
특히, 솔리드-스테이트 액추에이터들 또는 정전식 액추에이터들, 예컨대, 압전형 액추에이터들, 전기-왜곡형 액추에이터들, 자기-왜곡형 액추에이터들, 자기 형상 기억(MSM) 액추에이터들, 바이메탈 액추에이터들, 유전형 액추에이터들, 정전식 코움(comb) 액추에이터들이, 유리하게는 전기 제어식 스테이터 수단으로서 사용될 수도 있다. 이 경우에, 상기 컨버터의 원형 시프트를 위해 기능하는 이들 액추에이터들로 이루어진 장치는 스테이터로서 인용될 수 있으며, 상기 액추에이터들은 전기 전환식 스테이터 수단으로서 인용될 수 있다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 유리하게는, 복수의 디자인으로 구성될 수 있으며, 그 개수는 후술하는 바와 같다:
· 상기 컨버터에 의해 둘러싸이는 내부 스테이터를 가진 로터리 드라이브,
· 상기 컨버터가 내부에 배치되는 외부 스테이터를 가진 로터리 드라이브,
· 내부 및 외부 스테이터에 의해 둘러싸이는 컨버터를 갖는 로터리 드라이브, 및
· 상술한 3가지 장치의 조합에 대응하는, 복수의 스테이터를 갖는 로터리 드라이브.
특히, 상기 컨버터는 유리하게는, 환형, 원통형, 원형 또는 디스크형으로 될 수 있다.
상기 스테이터 수단이 2개의 이격된 전극 장치를 가진 정전식 액추에이터이거나, 또는 이것으로 구성된 경우에는, 그 전극 장치들 사이에서의 제어 가능한 힘들은 가변적인 전위차를 인가함으로써 생성될 수 있고, 각각의 경우에 상기 전극 장치들 중 하나를 상기 컨버터에 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 연결하고, 다른 하나를 상기 모터 하우징에 연결하는 것이 가능하다. 상기 컨버터 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링은, 이 경우에는, 예컨대 실리콘, 플라스틱, 금속인 임의의 원하는 재료를 가질 수 있거나 또는 임의의 원하는 재료로 구성될 수 있다.
상기 스테이터 수단들이 다른 비-전자기 액추에이터, 예컨대 피에조 액추에이터인 경우에는, 이들은 그들의 단부들 중 하나가 개개의 액추에이터의 작용 방향에서는 가능한 한 견고하게 또한 개개의 액추에이터의 작용 방향에 수직한 방향에서는 가능한 한 유연하게 상기 컨버터에 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 연결되고, 그들의 다른 단부가 상기 모터 하우징에 연결되는 것이 유리하고, 그 결과 상기 컨버터에 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 부착되는 복수의 액추에이터들의 작용들은 가능한 한 간섭 없이 중첩될 수 있다. 이와 관련해서, 상기 컨버터 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링은 임의의 원하는 재료, 예컨대 실리콘, 플라스틱, 금속을 갖거나 또는 그것으로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브의 디자인 및 기능을 설명하기 위해, 예시의 명료화 때문에, 우선 전자기 스테이터 수단, 즉 전자석을 참조한다. 이와 관련해서, 적어도 특정 부분에 있어서, 상기 컨버터는 상기 스테이터 수단(전자석들)이 전자기력을 가할 수 있는 강자성 재료를 갖거나 또는 그것으로 구성된다.
내부 스테이터의 경우에는, 상기 스테이터의 극편들은 연자성 컨버터에 의해 짧은 거리로 둘러싸일 수 있다. 연자성 재료는 여기서는 강자성 재료로 되는 것으로 이해된다. 상기 거리는 가능한 한 작게 선택되는 것이 바람직하며, 그 결과 상기 컨버터에 작용하는 자력은 최대로 되지만, 상기 스테이터의 자극들과 상기 컨버터 사이의 기계식 접촉은 배제된다. 컨버터 전체가 연자성 재료로 구성될 필요는 없다. 상기 로터리 드라이브의 기능에 대하여, 상기 컨버터가 상기 극편들의 반대쪽 영역에 적어도 부분적으로 연자성 재료를 가지거나 또는 이들 특정 부분에서 상기 재료로 구성되면 충분하다. 추가의 실시예에 있어서, 상기 컨버터는 상기 극편들에 대면하는 그 표면에 영구 자석들을 구비할 수 있다.
외부 스테이터를 가진 상기 로터리 드라이브의 디자인은, 상기 컨버터가 내부이고 상기 스테이터의 극편들에 의해 짧은 거리로 둘러싸인 것을 제외하면, 유사하게 구성될 수 있다.
동력을 더욱 증가시키기 위해, 상기 컨버터는 유리하게는 내부 스테이터 및 외부 스테이터에 의해 둘러싸일 수 있으며, 그 사이에는 링-형상의 또는 벨-형상의 컨버터가 배치되는 환형 갭이 존재한다.
상기 로터리 드라이브가 상기 컨버터에 힘을 전달할 수 있는 복수의 스테이터를 구비하는 것도 가능하며, 상기 스테이터들은 내부 및/또는 외부 스테이터일 수 있다.
특히, 상기 스테이터의 극편들은 상기 모터 샤프트 및 모터 하우징의 맞물림 시스템들에 대하여 동심으로 배치되는 것이 바람직하다. 모터 샤프트 맞물림 시스템, 모터 하우징 맞물림 시스템 및 스테이터의 중심점들은 하나의 축선상에 위치되는 것이 바람직하다. 상기 맞물림 시스템들과 상기 스테이터는 각각, 이 축선에 대하여 수직하게 배향되는 평면들에 놓이는 것이 유리하다. 상기 축선을 따르는 이들 요소의 길이방향 범위는 제한되지 않는다.
모든 공지된 디자인의 전기 모터와는 달리, 본 발명에 따른 드라이브에서는, 유리하게는 상기 스테이터들의 전자석들 또는 자극들의 회전 위상-오프셋 여자에 의해 상기 컨버터에 방사상으로 작용하는 자력이 지배적으로 가해질 수 있다.
특히, 상기 컨버터에 방사상으로 작용하는 회전 자력은, 유리하게는, 상기 모터 샤프트 하우징의 맞물림 시스템 및 동시에 상기 모터 샤프트의 맞물림 시스템에서의 상기 컨버터의 맞물림 시스템들의 포지티브하게 결합하는 결합 및 롤링을 야기하여, 상기 모터 샤프트의 회전을 야기할 수 있다.
이를 위해, 상기 모터 샤프트 맞물림 시스템/상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템의 페어링 및 상기 모터 하우징 맞물림 시스템/상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템의 페어링이 동일한 편심률을 가지도록 구현되는 것이 바람직하다. 그러나, 편심률에 있어서의 작은 차이는 상기 로터리 드라이브의 기능에 악영향을 미치지 않는다. 특히, 하나의 맞물림 시스템의 피치원의 중심점의, 다른 하나의 맞물림 시스템의 피치원의 중심점에 대한 축 오프셋은 맞물림 시스템 페어링의 편심률로서 이해될 수 있다.
축방향에 있어서, 즉 상기 모터 샤프트 축선의 방향에 있어서, 상기 컨버터의 시프트는, 유리하게는, 정지부들, 심 링(shim ring)들/스프링 와셔들 또는 다른 요소들 또는 장치들에 의해 제한될 수 있다.
방사상의 방향에 있어서, 상기 컨버터의 최대 시프트는 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템에 대한 상기 모터 샤프트 맞물림 시스템의 직경 차이 및 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템에 대한 상기 모터 하우징 맞물림 시스템의 직경 차이에 의해 제한되는 것이 바람직하다. 특히, 이들 두 가지 맞물림 시스템 페어링은 가급적 동일한 편심률을 가지는 것이 유리하다.
추가의 기계식 수단(예시되지 않음)에 의해, 더 유리하게는, 상기 컨버터의 시프트 및 회전을 방해함이 없이, 상기 모터 샤프트의 축선에 수직한 평면에서 상기 컨버터의 평행 안내를 돕는 것이 가능하다. 이를 위해, 상기 컨버터는, 예컨대, 그 경계면들이 상기 모터 하우징 및 상기 추가의 모터 부품들에 적절하게 끼워맞춰지거나, 또는 추가의 안내면들, 예컨대 사이드 디스크들 또는 볼 베어링, 니들 베어링, 슬라이딩 베어링과 같은 베어링 수단이 갖춰질 수 있다.
상기 로터리 드라이브를 구동하기 위해, 유리하게는, 상기 모터 샤프트 맞물림 시스템 및 상기 모터 하우징 맞물림 시스템과의 결합부로 상기 컨버터의 맞물림 시스템들을 이동시키는 것이 가능하다. 이를 위해, 상기 스테이터의 자극들은 방사상의 합력이 상기 자극들에 의해 상기 컨버터에 가해지도록 여자될 수 있다. 결과적으로, 상기 모터 샤프트의 초기 설정이 규정될 수 있으며, 상기 모터 샤프트는 초기에 그 회전 각도 위치에 유지될 수 있다.
이 위상 각도에서 비롯하여, 상기 자극들의 전기 여자 패턴은 상기 모터 샤프트의 축선 I-I'에 대하여 원주방향으로 회전될 수 있다. 상기 로터리 드라이브에는 상이한 여자 패턴들이 적합하다. 예컨대, 각각의 경우에 단 하나의 자극이 여자될 수 있으며, 상기 여자는 하나의 자극으로부터 다른 자극으로 전환될 수 있다. 이는 상기 모터 샤프트의 더 단차형의 회전을 야기한다. 예컨대, 각각의 경우에 복수의 자극의 회전 위상-오프셋 여자에 의해 상기 모터 샤프트의 더욱 균일한 회전이 달성될 수 있으며, 여기서 상기 자극들의 전류의 신호 형상은 사인파형이 바람직하다. 그러나, 상기 컨버터에 회전형 방사상 힘을 가하는 상기 개개의 자극의 여자의 회전 신호 형상은 매우 상이한 유형으로 될 수 있다. 예컨대, 상기 자극들은 상기 개개의 자극들간의 상이한 위상 오프셋들로 삼각형, 램프(ramp)형, 사다리꼴형, 톱니형 또는 다른 신호 형상을 가진 회전 형태로 여자될 수도 있다. 특히, 본 발명에 따른 로터리 드라이브에는 자기 저항 원리가 또한 적합하다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브는 다수의 자극을 구비할 수 있다. 예컨대, 하기의 기능이 구현될 수 있다. 상기 자극들은 예시를 위해 P1 내지 PX로 연속으로 넘버링된다. 보편성의 제한 없이, 예시의 목적상, 상기 로터리 드라이브가 PX개의 자극을 구비하며, 자극(P1)만이 우선적으로 완전히 여자되고, 한편 다른 모든 자극들은 여자되지 않는 것으로 가정한다. 하기에서는 상기 컨버터가 연자성 재료를 구비하거나 또는 그것으로 구성되는 것으로 가정한다. 자극(P1)의 여자는 상기 자극(P1)에 의해 상기 컨버터상으로 방사상으로 지향되는 인력이 생기게 하고, 그 결과로서, 상기 컨버터의 맞물림 시스템들이 상기 모터 샤프트 및 상기 모터 하우징의 맞물림 시스템들과의 완전한 결합부로 이동한다. 인접하는 자극(P2)의 여자와 자극(P1)의 소자(de-energization)의 결과로서, 상기 자극(P2)상으로 지향된 인력은 상기 컨버터에 작용하게 되고, 그 결과로서, 상기 컨버터 표면과 상기 자극(P2) 사이의 거리가 최소로 되어 새로운 힘의 균형이 수립될 때까지, 상기 컨버터는 그 제 1 맞물림 시스템이 상기 모터 하우징 맞물림 시스템에서 롤링된다. 자극(P1)으로부터 자극(PX)까지 상기 여자의 반복된 순차 진행의 결과로서, 상기 컨버터는 결국 그 제 1 맞물림 시스템이 상기 모터 하우징 맞물림 시스템에서 롤링될 수 있고, 결과적으로 회전이 이루어진다. 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템 및 상기 모터 하우징 맞물림 시스템의 상이한 직경들 및 결과로서 야기되는 편심률의 결과로서, 상기 컨버터의 원형 시프트 동작(=텀블링 동작(tumbling movement; 동축(動軸) 회전 동작))이 여기서는 컨버터의 고유의 회전에 중첩된다. 상기 컨버터의 텀블링 동작 때문에, 그에 따라 상기 회전 가능하게 장착된 모터 샤프트의 맞물림 시스템은 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템에서 동시에 롤링되고, 그 결과로서 상기 모터 샤프트는 상기 컨버터에 대하여 회전하게 된다. 또한, 상기 컨버터의 고유의 회전은 상기 컨버터의 제 2 내부 맞물림 시스템의 치형부의 개수에 대한 상기 모터 샤프트 외부 맞물림 시스템의 치형부의 개수의 비에 따라 상기 모터 샤프트에 전달된다. 상기 모터 하우징에 대한 상기 모터 샤프트의 최종 회전은 이들 부품의 추가에 기인한다. 그러므로, 상기 컨버터의 제 1 변속 스테이지가 방사상으로 회전하는 자력을 상기 컨버터의 중첩된 회전 동작을 가진 상기 컨버터의 텀블링 동작으로 변환하는 반면, 상기 컨버터의 제 2 변속 스테이지는 상기 텀블링 동작을 상기 모터 샤프트의 순수 회전으로 다시 변환하고, 여기에 상기 제 2 변속 스테이지의 회전 동작이 추가로 중첩된다.
따라서, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 유리하게는 방사상으로 회전하는 작용력, 특히 전자기 견인력 및 압축력을 회전으로 변환할 수 있다. 상이한 맞물림 시스템 구성 및 그 조합의 가능성을 통해, 극도의 승압으로부터 감압까지, 변속비의 매우 큰 전개가 가능하다. 본 발명에 따른 로터리 드라이브는 소수의 부품만을 필요로 하고, 극히 콤팩트한 디자인으로 된다. 특히, 예컨대 편심 커넥팅 로드 형태의 상기 컨버터에 대하여 기계식 베어링이 반드시 필요한 것은 아니며, 상기와 같은 로드는 선택적으로 제공될 수 있다. 그에 따라 상기 컨버터 및 상기 맞물림 시스템들의 롤링 운동체들은 시프트 동작을 특히 효율적으로 회전 및 토크로 변환한다. 사이클로이드 맞물림 시스템들과 함께, 높은 과부하 용량이 제공되지만, 상기 로터리 드라이브는 나선형 맞물림 시스템 또는 다른 형태의 맞물림 시스템을 가질 수도 있다. 특히, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 상가 모터 샤프트의 기계식 각도 위치와 전기 위상 사이에 명확한 할당이 존재하기 때문에, 제어된 가동에 적합하다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브의 하기의 추가적인 실시예들이 또한 가능하다.
상기 컨버터는 극편들상에서 접촉을 이루는 형태로 롤링될 수 있다. 힘-타입 결합은 여기서는 포지티브 결합뿐만 아니라 마찰 결합일 수 있다. 이를 위해, 상기 극편들 및 상기 극편들 사이의 구역들은, 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템이 내부에서 롤링되는, 폐쇄된 또는 부분적인 맞물림 시스템(상기 제 1 본체의 맞물림 시스템)을 구비할 수 있다.
그 맞물림 시스템들에서 편심되게 롤링되는 상기 컨버터는 상기 모터 모드에서 접촉을 이루지 않고 상기 극편들에 가깝게 최소 거리까지만 이동하도록 배치될 수 있다. 이 거리는 상기 맞물림 시스템들에 의해 및/또는 편심체에 의해 보장될 수 있다.
마찬가지로, 상기 로터리 드라이브는, 하나가 다른 하나의 내부에 끼워지거나 및/또는 축을 따라 배치되는 복수의 스테이터 및/또는 컨버터를 구비할 수 있고, 상기 스테이터들은 내부 및/또는 외부 스테이터일 수 있다. 상기 컨버터는 상기 샤프트 및 하우징의 대응하는 맞물림 시스템들에서 롤링되는 하나 이상의 제 1 맞물림 시스템 및/또는 하나 이상의 제 2 맞물림 시스템을 구비할 수도 있다.
상기 로터리 드라이브의 기능에 대하여, 상기 극편들에 인접하는 구역들에서 상기 컨버터가 적어도 부분적으로 강자성 재료를 가지면 충분하다. 추가의 실시예에 있어서, 상기 컨버터는 영구 자석들을 구비할 수 있으며, 그 결과, 상기 액추에이터들은 거기에 견인력 및/또는 압축력을 가할 수 있다.
특히, 상기 스테이터의 극편들은 샤프트 또는 샤프트들의, 그리고 하우징 또는 하우징들의 맞물림 시스템들에 대하여 동축적으로 배치될 수 있다. 샤프트 맞물림 시스템 또는 샤프트 맞물림 시스템들, 그리고 하우징 맞물림 시스템 또는 하우징 맞물림 시스템들 상의 피치원들의 중심점들은, 유리하게는 상기 샤프트 또는 샤프트들에 대하여 회전 축선을 구성하는 상기 스테이터의 축선 상에 위치될 수 있다. 특히, 상기 맞물림 시스템들 및 상기 자극들을 가진 상기 스테이터는 상기 회전 축선에 대하여 수직하게 배향되는 평면들에 놓인다. 이들 요소의 상기 회전 축선을 따르는 길이방향 범위는 제한되지 않는다.
공지된 전기 모터들과는 달리, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는 로터 대신에 롤링체 또는 컨버터를 구비한다. 유리하게는, 상기 스테이터의 여자된 전자석들의 자기장들이나 솔리드-스테이트 액추에이터들은 모두, 그 동축 맞물림 시스템들의 대칭 축선, 즉 그 롤링 축선을 중심으로 하는 회전에 관하여 상기 컨버터에 직접적으로 토크를 전달하는 것은 아니다. 대신에, 상기 컨버터는 유리하게는, 상기 회전 축선에 대하여 수직하게 놓이는 평면에서 대략 선형으로 작용하는 액추에이터들에 의해 시프트된다.
본 발명에 따르면, 상기 컨버터는, 상기 액추에이터들이 연속으로 여자될 때, 결합 구역들이 대체되는 맞물림 시스템들을 구비하고, 그 결과, 상기 컨버터는 샤프트들 및/또는 하우징들의 할당된 맞물림 시스템들에서 롤링되고, 그 과정에서 편심 동작을 수행한다. 따라서, 상기 컨버터와 상기 극편들간의 거리는 상기 컨버터의 편심 동작 중에는 가변적이다. 통상적인 디자인의 전기 모터들의 경우에는, 로터가 상기 극편들로부터 동심으로 이격되어 장착되며, 순수하게 회전 동작을 수행하고, 편심 동작을 수행하지는 않는다. 따라서, 종래의 전기 모터들의 경우에, 상기 로터와 상기 극편들간의 거리는 일정하다. 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 경우에 있어서의 토크의 발생은, 개개의 자극들 또는 액추에이터들, 또는 그들 복수가 여자되는 경우에 외부 부하 토크가 작용하면 상기 컨버터가 무부하 상태에 대하여 편심되게 시프트되고, 그 결과로서, 상기 컨버터에 작용하는 복원력 성분들이 생성되고, 상기 복원력 성분들은 상기 제 1 본체(하우징 또는 샤프트)와 상기 제 2 본체(하우징 또는 샤프트) 사이에서 토크로서 작용하게 된다는 사실에 기초한다.
상기 적어도 하나의 샤프트, 상기 하우징 및 상기 컨버터의 맞물림 시스템들은, 유리하게는 서로 맞물리는 방식으로 롤링될 수 있게 구현된다.
예컨대, 편심체 형태의, 상기 컨버터의 기계식 베어링은 존재할 수 있지만, 기능적으로는 필요없다.
상기 컨버터는 적어도 부분적으로 환형, 원통형, 원형 또는 디스크형일 수 있으며, 그 길이방향 범위에 있어서 상이한 직경을 가질 수 있다.
상기 컨버터는, 유리하게는 복수의 기능적으로 최적화된 영역을 가지거나 및/또는 그러한 영역들로 구성될 수 있다.
강자성 입자들로 충전되는 재료, 특히 예컨대 사출 성형에 의해 용이하게 및 비용 효율적으로 처리될 수 있는 플라스틱이 또한 상기 로터리 드라이브에 유리하게 적합하다.
상기 컨버터는, 적어도 부분적으로, 영구 자석들 및/또는 다른 강자성 또는 비-강자성 재료들을 가질 수 있거나 또는 그러한 재료들로 구성될 수 있다.
모든 유형의 전기 및 비-전기 액추에이터들, 특히 선형 액추에이터들이 상기 컨버터의 드라이브 액추에이터들로서 적합하다.
특히, 상기 로터리 드라이브는 상이한 액추에이터들의 조합으로 구성될 수도 있다. 예컨대, 로터리 드라이브는 전자기 액추에이터들 및 압전형 액추에이터들을 구비할 수 있다.
부하 하에서 분리되지 않거나, 또는 분리되기 어려운 자기-안내식 맞물림 시스템들이 또한 상기 로터리 드라이브에 유리하게 적합하다.
상기 맞물림 시스템들은, 유리하게는 나선형 맞물림 시스템들 또는 사이클로이드 맞물림 시스템들일 수 있다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브들은, 유리하게는 비-강자성 재료들을 가질 수도 있다. 이는 자기장에서의 그 가동에 대하여 특히 적합하다. 전자기 액추에이터들 이외의 액추에이터들을 가진 로터리 드라이브들은 작은 누설 전자기장(electro-magnetic leakage fields (EMC))만을 추가로 갖는다.
전자기 로터리 드라이브 변형예들의 모든 디자인은 솔리드-스테이트 액추에이터들 또는 다른 액추에이터들에 의해 구성될 수도 있다.
액추에이터들, 특히 솔리드-스테이트 액추에이터들이 드라이브 링에 연결되면, 상기 컨버터는 상기 드라이브 링에 회전 가능하게 장착되고, 상기 드라이브 링 및/또는 상기 컨버터에 마찬가지로 힘을 가하는 추가의 전자기 액추에이터들이 존재할 수 있다.
상기 드라이브 링이 순환하는 원형 형태로 이동할 때 상기 컨버터가 편심되게 회전하는 마찰식으로 결합하는 또는 포지티브하게 결합하는 형태로 롤링됨에 있어서, 상기 액추에이터들은 드라이브 링에 기계식으로 결합되어 거기에 힘을 가할 수도 있다.
솔리드-스테이트 액추에이터들은 상기 드라이브 링과 상기 하우징 사이에서 그들의 메인 작용 방향으로 고정된 형태로 부착되는 것이 바람직하지만, 상기 하우징에 대하여 수직한 방향으로는 충분히 가요성이 있어, 상기 드라이브 링에 작용하는 복수의 액추에이터들의 편향들 및 힘들은 손실 없이 중첩될 수 있다. 다양한 작용 방향들을 기계적으로 분리시키기 위해, 상기 액추에이터들과 상기 하우징 사이 및/또는 상기 액추에이터들과 상기 컨버터의 로터리 베어링 사이 및/또는 상기 액추에이터들과 상기 드라이브 링 사이에 장착될 수 있는 운동체들은 종래 기술에 공지되어 있다. 상기와 같은 운동체들의 예로서는, 일 축선에 대해서는 압축에 저항하지만, 거기에 대하여 수직한 방향에서는 탄성적인 지주(strut)들 뿐만 아니라, 평행 구조체들, 연결 링크들 및 로드 운동체들이 있다.
상기 컨버터(3)가 상기 드라이브 링(4)에 회전 가능하게 장착되는 경우에는, 상기 드라이브 링(4)의 시프트 동작만이 상기 컨버터(3)에 전달되고, 회전 축선 I-I'을 중심으로 하는 상기 드라이브 링(4)의 회전 동작은 전달되지 않는다. 스테이터 링의 액추에이터들의 개수 및 스테이터 링들의 개수는 제한되지 않는다.
전자기 액추에이터들 이외의 액추에이터들이 사용되는 경우에는, 상기 컨버터 및/또는 상기 드라이브 링은 비-강자성 재료, 예컨대 실리콘, 플라스틱, 금속, 합금, 복합 재료를 가질 수도 있거나, 또는 그러한 재료로 구성될 수 있다.
하기의 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는 다수의 도면을 참조로 더욱 상세히 기술되며, 기능이 상세히 설명된다. 동일한 참조 번호들은, 여기서는 동일한 또는 상응하는 특징부들에 대응한다. 예시들에 도시되는 특징부들은 특정한 예에 관계없이 구현될 수도 있다.
도 1은 내부 스테이터와, 외부 맞물림 시스템을 가진 모터 샤프트와, 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템에 비해 상대적으로 직경이 큰 외부 맞물림 시스템을 가진 모터 하우징과, 모터 샤프트 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템들에 대응하는 2개의 내부 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를, 평면도에 단면으로 나타내어 도시하고,
도 2는 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한, 도 1의 K-K' 선을 따르는 도 1에 예시된 로터리 드라이브를 통한 단면을 평면도로 도시하고,
도 3은 모터 샤프트, 모터 하우징 및 컨버터의 3개의 기본 요소로 이루어진 상이한 장치에 의해 구성될 수 있는, 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 4가지 상이한 기본 형상을 도시하고,
도 3a는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 3b는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 3c는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 3d는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 4는 모터 샤프트가 단부측에 추가로 장착되어 있으며, 외부 맞물림 시스템을 가진 모터 샤프트 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 5는 모터 샤프트가 모터 하우징에서 양 측부상으로 나오며, 외부 맞물림 시스템을 가진 모터 샤프트 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 6은 직경이 동일한 모터 샤프트 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템들과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 7은 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 8은 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 9는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 10은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 11은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 12는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 13은 직경이 동일한 모터 샤프트 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템들과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 14는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 15는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 16은 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 작은 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 17은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 18은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 19는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 작은 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 외부 및 내부 스테이터와 함께 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 20은 제 1 모터 샤프트가 내부 맞물림 시스템을 갖고 제 2 모터 샤프트가 직경이 보다 작은 외부 맞물림 시스템을 갖는, 환형 컨버터에 의해 결합된 형태로 구동되는 2개의 모터 샤프트와, 외부 스테이터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 21은 디스크형 질량 균형 요소와, 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터와 함께 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 22는 질량 균형 요소가 별도의 보조 스테이터 권선들에 의해 구동되는 유형의 본 발명의 로터리 드라이브를 도시하고,
도 23은 모터 불균형을 보상하는 디스크형 질량 균형 요소의 다양한 구성 가능성을 도시하고,
도 23a는 디스크형 질량 균형 요소의 제 1 실시예를 가진 로터리 드라이브를 평면도로 도시하고,
도 23b는 디스크형 질량 균형 요소의 제 2 실시예를 가진 로터리 드라이브를 평면도로 도시하고,
도 23c는 디스크형 질량 균형 요소의 제 3 실시예를 가진 로터리 드라이브를 평면도로 도시하고,
도 24는 모터 불균형을 보상하는 회전 비대칭 질량 균형 요소의 다양한 변형예를 도시하고,
도 24a는 회전 비대칭 질량 균형 요소의 중실 실시예를 평면도로 도시하고,
도 24b는 회전 비대칭 질량 균형 요소의 컷아웃들을 구비한 실시예를 평면도로 도시하고,
도 24c는 추가의 중량체 또는 강자성 재료를 구비한 회전 비대칭 질량 균형 요소의 실시예를 평면도로 도시하고,
도 25는 컨버터가 편심체에 의해 장착되어 있는 로터리 드라이브를 도시하고,
도 26은 모터 불균형을 보상하는 편심체의 2가지 변형 실시예를 도시하고,
도 26a는 도 25에 따른 로터리 드라이브의 컷아웃들을 구비한 편심체를 도시하고,
도 26b는 도 25에 따른 로터리 드라이브의 추가의 중량체를 구비한 편심체를 도시하고,
도 27은 내부 스테이터 및 U-형상 컨버터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 28은 외부 스테이터 및 U-형상 컨버터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 29는 양 측부상으로 나오는 모터 샤프트 및 내부 스테이터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 30은 출력 요소가 외부 링인, 내부 스테이터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 31은 컨버터가 복수의 디크스-형상 및/또는 환형 요소들을 갖는, 도 30에 따른 로터리 드라이브를 도시하고,
도 32는 복수의 내부 스테이터, 중공-원통형 컨버터 및 양 측부상으로 나오는 모터 샤프트를 구비한 로터리 드라이브의 원통형 디자인을 도시하고,
도 33은 모터 샤프트의 맞물림 시스템에 대하여 대칭으로 배치되는 2개의 내부 스테이터, 중공-원통형 컨버터 및 양 측부상으로 나오는 모터 샤프트를 구비한 로터리 드라이브의 원통형 디자인을 도시하고,
도 34는 모터 샤프트의 맞물림 시스템에 대하여 대칭으로 배치되는 상대적으로 많은 수의 내부 스테이터를 구비한 도 33에 따른 로터리 드라이브를 도시하고,
도 35는 컨버터의 드라이브 요소들로서 솔리드-스테이터 액추에이터들을 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 36은 도 35의 K-K' 선을 따라 취한 솔리드-스테이트 액추에이터들을 구비한 로터리 드라이브의 평면도를 도시하고,
도 37은 각각의 메인 작용 방향이 모터 샤프트의 축선상으로 지향되어 있지 않은 4개의 솔리드-스테이트 액추에이터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 38은 서로에 대하여 90도 각도로 배치되는 2개의 벤딩(bending) 액추에이터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 39는 모터 샤프트 축선의 방향으로 배향되는 4개의 벤딩 액추에이터를 구비한 원통형 로터리 드라이브를 도시하고,
도 40은 도 39에 도시된 실시예의 벤딩 액추에이터 홀더들의 구역에서의 로터리 드라이브의 단면도를 도시하고,
도 41은 힘의 전달을 향상시키는 자기 수단을 도시하고,
도 42는 로터리 드라이브의 기본적인 변형예들을 각각의 경우에 평면 단면도 및 사시 단면도로 도시하고,
도 43은 2개의 샤프트를 구비한, 동력이 분할되는 로터리 드라이브를 도시하고,
도 44는 컨버터 및 추가의 모터 요소들이 설치되어 있는 로터리 드라이브를 사시도로 도시한다.
도 2는 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한, 도 1의 K-K' 선을 따르는 도 1에 예시된 로터리 드라이브를 통한 단면을 평면도로 도시하고,
도 3은 모터 샤프트, 모터 하우징 및 컨버터의 3개의 기본 요소로 이루어진 상이한 장치에 의해 구성될 수 있는, 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 4가지 상이한 기본 형상을 도시하고,
도 3a는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 3b는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 3c는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 3d는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 2개의 맞물림 시스템을 가진 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 4는 모터 샤프트가 단부측에 추가로 장착되어 있으며, 외부 맞물림 시스템을 가진 모터 샤프트 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 5는 모터 샤프트가 모터 하우징에서 양 측부상으로 나오며, 외부 맞물림 시스템을 가진 모터 샤프트 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 6은 직경이 동일한 모터 샤프트 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템들과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 7은 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 8은 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 9는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 10은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 11은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 12는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 13은 직경이 동일한 모터 샤프트 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템들과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 14는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 15는 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 작은 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 16은 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 작은 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 17은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 18은 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 큰 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 외부 스테이터 및 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 19는 모터 샤프트의 내부 맞물림 시스템 및 실질적으로 직경이 보다 작은 모터 하우징의 내부 맞물림 시스템과, 외부 및 내부 스테이터와 함께 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 20은 제 1 모터 샤프트가 내부 맞물림 시스템을 갖고 제 2 모터 샤프트가 직경이 보다 작은 외부 맞물림 시스템을 갖는, 환형 컨버터에 의해 결합된 형태로 구동되는 2개의 모터 샤프트와, 외부 스테이터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 21은 디스크형 질량 균형 요소와, 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템 및 직경이 보다 큰 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템과, 내부 스테이터와 함께 환형 컨버터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 22는 질량 균형 요소가 별도의 보조 스테이터 권선들에 의해 구동되는 유형의 본 발명의 로터리 드라이브를 도시하고,
도 23은 모터 불균형을 보상하는 디스크형 질량 균형 요소의 다양한 구성 가능성을 도시하고,
도 23a는 디스크형 질량 균형 요소의 제 1 실시예를 가진 로터리 드라이브를 평면도로 도시하고,
도 23b는 디스크형 질량 균형 요소의 제 2 실시예를 가진 로터리 드라이브를 평면도로 도시하고,
도 23c는 디스크형 질량 균형 요소의 제 3 실시예를 가진 로터리 드라이브를 평면도로 도시하고,
도 24는 모터 불균형을 보상하는 회전 비대칭 질량 균형 요소의 다양한 변형예를 도시하고,
도 24a는 회전 비대칭 질량 균형 요소의 중실 실시예를 평면도로 도시하고,
도 24b는 회전 비대칭 질량 균형 요소의 컷아웃들을 구비한 실시예를 평면도로 도시하고,
도 24c는 추가의 중량체 또는 강자성 재료를 구비한 회전 비대칭 질량 균형 요소의 실시예를 평면도로 도시하고,
도 25는 컨버터가 편심체에 의해 장착되어 있는 로터리 드라이브를 도시하고,
도 26은 모터 불균형을 보상하는 편심체의 2가지 변형 실시예를 도시하고,
도 26a는 도 25에 따른 로터리 드라이브의 컷아웃들을 구비한 편심체를 도시하고,
도 26b는 도 25에 따른 로터리 드라이브의 추가의 중량체를 구비한 편심체를 도시하고,
도 27은 내부 스테이터 및 U-형상 컨버터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 28은 외부 스테이터 및 U-형상 컨버터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 29는 양 측부상으로 나오는 모터 샤프트 및 내부 스테이터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 30은 출력 요소가 외부 링인, 내부 스테이터를 구비한 로터리 드라이브의 판상형 디자인을 도시하고,
도 31은 컨버터가 복수의 디크스-형상 및/또는 환형 요소들을 갖는, 도 30에 따른 로터리 드라이브를 도시하고,
도 32는 복수의 내부 스테이터, 중공-원통형 컨버터 및 양 측부상으로 나오는 모터 샤프트를 구비한 로터리 드라이브의 원통형 디자인을 도시하고,
도 33은 모터 샤프트의 맞물림 시스템에 대하여 대칭으로 배치되는 2개의 내부 스테이터, 중공-원통형 컨버터 및 양 측부상으로 나오는 모터 샤프트를 구비한 로터리 드라이브의 원통형 디자인을 도시하고,
도 34는 모터 샤프트의 맞물림 시스템에 대하여 대칭으로 배치되는 상대적으로 많은 수의 내부 스테이터를 구비한 도 33에 따른 로터리 드라이브를 도시하고,
도 35는 컨버터의 드라이브 요소들로서 솔리드-스테이터 액추에이터들을 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 36은 도 35의 K-K' 선을 따라 취한 솔리드-스테이트 액추에이터들을 구비한 로터리 드라이브의 평면도를 도시하고,
도 37은 각각의 메인 작용 방향이 모터 샤프트의 축선상으로 지향되어 있지 않은 4개의 솔리드-스테이트 액추에이터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 38은 서로에 대하여 90도 각도로 배치되는 2개의 벤딩(bending) 액추에이터를 구비한 로터리 드라이브를 도시하고,
도 39는 모터 샤프트 축선의 방향으로 배향되는 4개의 벤딩 액추에이터를 구비한 원통형 로터리 드라이브를 도시하고,
도 40은 도 39에 도시된 실시예의 벤딩 액추에이터 홀더들의 구역에서의 로터리 드라이브의 단면도를 도시하고,
도 41은 힘의 전달을 향상시키는 자기 수단을 도시하고,
도 42는 로터리 드라이브의 기본적인 변형예들을 각각의 경우에 평면 단면도 및 사시 단면도로 도시하고,
도 43은 2개의 샤프트를 구비한, 동력이 분할되는 로터리 드라이브를 도시하고,
도 44는 컨버터 및 추가의 모터 요소들이 설치되어 있는 로터리 드라이브를 사시도로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예로서의 로터리 드라이브를 평면도에 단면으로 나타내어 도시한다. 도 2는 도 1의 K-K' 단면을 따르는 도 1로부터의 로터리 드라이브를 평면도로 도시한다. 로터리 드라이브는 베어링(8)들을 사용하여 상기 회전 축선 I-I'에 대하여 회전 가능하게 제 2 본체로서 모터 샤프트(2)가 장착되는 모터 하우징(1)을 제 1 본체로서 갖는다. 모터 샤프트(2)는 베어링(8)들에 의해 또는 심 링들, 서클립(circlip)들, 디스크 스프링들 등의 요소들(예시되지 않음)에 의해 회전 축선 I-I'를 따른 축방향 시프트에 대하여 고정된다. 또한, 로터리 드라이브는 자극들(P1, PX)을 갖는다. 자극(P)들 및 각 자극의 요소들(5, 6, 7)은 연속 매개변수(X)로 색인되고, 여기서 X는 1≤X≤i 범위의 정수이고, i≥2이며 i=정수이다. 그러므로, 수치 i는 본 발명에 따른 유형의 로터리 드라이브의 최대 자극 수를 나타낸다. 예컨대, 도 2에 도시되는, i=8의 로터리 드라이브는 총 8개의 자극(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 및 P8)을 갖는다. 각각의 자극은, 전압을 인가함으로써 회전 축선 I-I'에 대하여 실질적으로 방사상 외향으로 작용하는 전류 및 자기장을 발생시킬 수 있는 전기 전도성 절연 와이어의 권선(7.1, 7.X)에 의해 둘러싸이는 강자성 재료(5.1, 5.X)의 구역을 갖는다. 자극들(P1, PX)은 컨버터(3)의 강자성 재료와의 상호작용을 통해 전자기 액추에이터들을 형성한다. 대안적으로, 자극들 자신은 컨버터에 작용하는 액추에이터들로 고려될 수도 있다. 이는, 달리 언급하지 않는 한, 모든 도면에서의 예에 적용된다. 자극들은, 도 2에 예시된 바와 같이, 모터 샤프트 축선 I-I'에 수직한 평면에서 등각 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 자극(P1, PX)은 그 외주에 자속을 전도하도록 기능하는 극편(6.1, 6.X)을 갖는다. 자극들의 연자성 재료들은 내부 중심 구역(4)에서 서로 연결된다. 권선 패킷들(7.1, 7.X)과 함께 자극들(P1, PX)의 강자성 재료로 이루어진 대략 별-형상의 본체를 여기서는 스테이터라고 한다. 스테이터는 중심 구역(4)에서 모터 하우징(1)에 영구적으로 연결된다. 모터 샤프트(2)는 그 모터측 단부에 외부 맞물림 시스템(NW)을 갖는다. 또한, 모터 하우징(1)은, 모터 샤프트(2)의 단부측의 맞은편에 놓인 그 구역에, 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 동심이며 외부 맞물림 시스템(NG)을 갖는 핀(pin)-형상의 융기부(elevated portion)를 갖는다. 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템(NW) 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템(NG)은 컨버터(3)로서 인용되는 환형 요소에 의해 둘러싸이고, 적어도 극편(6.1, 6.X)의 구역에 연자성 재료를 갖는다. 컨버터(3)는, 그 두 단부에서, 모터 샤프트의 외부 맞물림 시스템(NW) 및 모터 하우징의 외부 맞물림 시스템(NG)에 대응하며 모터 샤프트(2) 및 모터 하우징(1)의 외부 맞물림 시스템들 안에서 롤링될 수 있는, 내부 맞물림 시스템(NK2 및 NK1)을 갖는다. 이를 보장하기 위해, 컨버터(3)의 맞물림 시스템 구역들은 모터 샤프트(2) 및 모터 하우징(1)의 구역들을 초과하는 크기로 에워싼다. 컨버터(3)의 내부 맞물림 시스템(NK2)은 모터 샤프트(2)의 외부 맞물림 시스템(NW)보다 적어도 1개 많은 치형부를 갖는다. 컨버터(3)의 내부 맞물림 시스템(NK1)도 마찬가지로 모터 하우징(1)의 외부 맞물림 시스템(NG)보다 적어도 1개 많은 치형부를 갖는다. 맞물림 시스템들은, 두 맞물림 시스템 페어링(NK2/NW 및 NK1/NG)에 대하여 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 가능한 한 동일하며 도 1에서 축선 J-J'로 나타내지는 편심률(e)이 발생되도록 구현된다. 그러므로, 컨버터(3)의 최대 시프트 경로는 편심률(e)의 두 배에 대응한다. 도 1에서 J-J'로 나타내진, 컨버터(3)의 내부면들의 중심 축선은 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 최대 절대값 ±e 만큼 시프트될 수 있다. 모터 샤프트(2) 및 모터 하우징(1)의 맞물림 시스템들의 직경은 무작위로, 특히 상이하게 선택될 수 있다. 모터 샤프트(2)를 회전시키기 위해, 자극들(P1, PX)이 회전식으로 여자된다.
자기장 자력의 결과로서, 컨버터(3)는 각각 여자된 자극들의 방향으로 당겨지고, 그 결과, 컨버터(3)의 맞물림 시스템들은 모터 하우징 맞물림 시스템(NG) 및 모터 샤프트 맞물림 시스템(NW)과 완전히 결합하도록 이동한다. 컨버터(3)에 작용하는 방사상으로 지향된 자력 벡터의 방향은 자극들(P1, PX)의 주파수(ωel)의 회전형 전기 여자와 동 위상으로 변화하고, 그 결과로서, 컨버터(3)는 그 내부 맞물림 시스템(NK1)에 의해 모터 하우징(1)의 외부 맞물림 시스템(NG)에서 롤링된다. 결과적으로, 컨버터(3)는 회전하게 되는 한편, 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 중첩된 원형 시프트 동작(=텀블링 동작)을 수행하며, 그 동작은 컨버터(3)의 내부 맞물림 시스템(NK2)에서 모터 샤프트(2)의 외부 맞물림 시스템(NW)의 동시 롤링을 초래한다. 모터 하우징(1)에 대한 모터 샤프트(2)의 최종 회전 방향 및 회전 속도는 이들 효과의 누적에 기인하고, 그 결과로서, 맞물림 시스템의 구성 및 맞물림 시스템 디자인들의 조합(내부/내부, 내부/외부, 외부/내부, 외부/외부)에 의거하여, 매우 높은, 중간의 또는 낮은 다운 스텝(down step) 및 전기 작동 주파수(ωel)의 회전 방향에 대하여 포지티브 또는 네거티브 회전 방향을 갖는 드라이브들이 제조될 수 있다.
로터리 드라이브의 디자인 및 기능은 도 2에 대하여 더 예시된다. 도 2는 도 1에서 평면도로 예시된 로터리 드라이브를 도 1에서의 K-K' 선을 따르는 단면을 따라 도시한다. 도 2에 도시된 실시예에 있어서는, 로터리 드라이브가 8개의 자극(P1, ..., P8)을 갖는다. 일반적으로, 자극을 PX로 나타낸다. 컨버터(3)의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)은 도 2에서 모터 샤프트(2)의 맞물림 시스템(NW) 및 모터 하우징(1)의 맞물림 시스템(NG)과의 결합 구역의 상부 위치에서는 결합하고, 하부 위치에서는 분리된다. 이는 상세 확대부(D1 및 D1')에 의해 도 2에 예시된다. 8개의 권선(7.1, ..., 7.8) 각각은 모터 제어 전자장치(예시되지 않음)에 접속되는 전기 접속 라인(9.X)을 갖는다. 컨버터(3)는 권선들(7.1, ..., 7.8)의 회전 여자를 통해 xy 평면 내에서 자력에 의해 시프트될 수 있고, 컨버터(3)의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)은 모터 샤프트(2)의 맞물림 시스템(NW) 및 모터 하우징(1)의 맞물림 시스템(NG)에서 롤링되며, 그 결과로서 모터 샤프트(2)가 회전하게 된다.
도 3에 따른 예에 있어서, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는, 필수 요소로서, 모터 샤프트(2), 모터 하우징(1) 및 컨버터(3)를 포함하는 맞물림 시스템들을 갖는 부품들뿐만 아니라 컨버터(3)용 드라이브 액추에이터들을 구비한다. 모터 샤프트(2)의 축선 및 모터 하우징 맞물림 시스템(NG)의 중심점 또는 중심 축선은 공통 축선 I-I'상에 놓이므로, 서로에 대하여 동심이 된다. 모터 샤프트(2)는 베어링 수단(도 3에는 예시되지 않음)에 의해 축선 I-I'에 대하여 모터 하우징(1)에 대하여 회전 가능하도록 장착된다. 컨버터(3)는, 명료화를 위해 도 3에는 예시되지 않은 액추에이터들, 바람직하게는 스테이터 및 자극들을 갖는 전자기 액추에이터들, 정전 액추에이터들, 솔리드-스테이트 액추에이터들(압전형, 전기-왜곡형, 자기-왜곡형, 유전형, MSM 등), 서멀 액추에이터들, 공압 및 유압 액추에이터들, 공기역학적 액추에이터들(풍력 발전 설비), 수력 액추에이터들 및 내연식 액추에이터들(예컨대, 2-행정 및 4-행정 불꽃 점화 및 디젤 모터의 피스톤들)에 의해, 모터 샤프트(2) 및 모터 하우징 맞물림 시스템(NG)의 공통 축선 I-I'을 중심으로 편심되게 시프트될 수 있고, 여기서 컨버터(3)의 중심 축선 J-J'은 모터 샤프트(2) 및 모터 하우징 맞물림 시스템(NG)의 공통 축선 I-I'을 중심으로 편심률(e)로 원형 경로상을 이동한다. 맞물림 시스템들은, 컨버터(3)가 축선 I-I'을 중심으로 시프트할 때, 하나가 다른 하나의 내에서 롤링될 수 있는 바와 같은 방식으로 구현된다. DIN 9107에 따르면, 모든 도면 및 설명에 있어서, 최대 이동 거리의 절반, e =(Xmax - Xmin)/2가 편심률(e)로서 나타내진다. 컨버터(3)는 축선 I-I'상에 배치되는 도 3에는 예시되지 않은 편심체에 의해 회전 가능하고 방사상으로 변위 가능한 형태로 선택적으로 안내될 수 있다. 도 3에 개략적으로 예시되는 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 변형은, 하기와 같이, 컨버터(3)의 맞물림 시스템들이 내부 맞물림 시스템들 또는 외부 맞물림 시스템들인지의 여부의 함수로서 구분된다.
도 3a: 컨버터의 제 1 맞물림 시스템(NK1)은 내부 맞물림 시스템이고, 컨버터의 제 2 맞물림 시스템(NK2)은 외부 맞물림 시스템이며: 2개의 변속 스테이지의 회전 속도들이 추가된다. 모터 샤프트의 회전 방향은 컨버터 시프트의 회전 방향과 동일하다.
도 3b: 컨버터의 제 1 맞물림 시스템(NK1)은 외부 맞물림 시스템이고, 컨버터의 제 2 맞물림 시스템(NK2)은 내부 맞물림 시스템이며: 2개의 변속 스테이지의 회전 속도들이 추가된다. 모터 샤프트의 회전 방향은 컨버터 시프트의 회전 방향과 반대 방향이다.
도 3c: 컨버터의 두 맞물림 시스템(NK1 및 NK2)은 내부 맞물림 시스템이고, 제 1 변속 스테이지의 회전 방향은 전기 여자 패턴의 회전 방향과 동일 방향이고, 제 2 변속 스테이지의 회전 방향은 전기 여자 패턴의 회전 방향과 반대 방향이다. 2개의 변속 스테이지의 회전 속도들은 반대이다. 모터 샤프트의 최종 회전 방향은 제 1 변속 스테이지의 제 2 변속 스테이지에 대한 변속비의 비율에 의존하고, 둘은 컨버터 시프트의 회전 방향과 동일 방향 및 그 반대 방향으로 될 수 있다.
도 3d: 컨버터의 두 맞물림 시스템(NK1 및 NK2)은 외부 맞물림 시스템이고, 제 1 변속 스테이지의 회전 방향은 전기 여자 패턴의 회전 방향과 반대 방향이고, 제 2 변속 스테이지의 회전 방향은 전기 여자 패턴의 회전 방향과 동일 방향이다. 2개의 변속 스테이지의 회전 속도들은 반대이다. 모터 샤프트의 최종 회전 방향은 제 1 변속 스테이지의 제 2 변속 스테이지에 대한 변속비의 비율에 의존하고, 둘은 컨버터 시프트의 회전 방향과 동일 방향 및 그 반대 방향으로 될 수 있다.
모터 하우징(1)에 대하여 모터 샤프트(2)의 회전 방향 및 회전 주파수(Ω)의 하기의 관계는 식 (1)을 적용한다:
Ω = {1-((NK2·NG)/(NW·NK1))}·ωel 식 (1)
여기서,
NG - 모터 하우징 맞물림 시스템의 치형부의 개수
NW - 모터 샤프트 맞물림 시스템의 치형부의 개수
NK1 - 컨버터의 제 1 맞물림 시스템의 치형부의 개수
NK2 - 컨버터의 제 2 맞물림 시스템의 치형부의 개수, 및
ωel - 전기 작동 주파수(회전 주파수).
도 1과는 대조적으로, 도 4는 모터 샤프트(2)가 그 정면측 단부(9)에서 모터 하우징(1)에 연결된 스테이터(4)에 또는 모터 하우징(1) 자체에 추가로 회전 가능하게 장착되어 있는 변형예를 도시한다. 이중 장착의 결과로서, 모터 샤프트(2)에 작용하는 방사상 힘들이 보다 양호하게 취해질 수 있으며, 모터 샤프트(2)의 경동(tilting)이 최소화될 수 있어, 맞물림 시스템들 전체의 만족스러운 주행을 돕는다. 이를 위해, 스테이터(4)는, 모터 샤프트(2)의 정면측 핀(10)이 베어링(9)에 의해 회전 가능하게 장착되는, 컷아웃(11)을 구비할 수 있다. 볼 베어링, 니들 베어링, 슬라이딩 베어링 등과 같은 모든 공지된 베어링 변형예들이 베어링(9)으로서 사용될 수 있다.
도 5는 모터 샤프트(2)가 모터 하우징(1)에서 양 측부상으로 나오고, 도 4에 이미 기술된 방식으로 추가로 회전 가능하게 장착되는 실시예를 도시한다.
도 6은 맞물림 시스템들이 동일한 직경을 갖는 특수한 경우의 로터리 드라이브를 도시한다. 모터 샤프트의 회전은, 식 (1)에 따라, 맞물림 시스템 페어링(NK1과 NG 및 NK2와 NW)이, 이 특수한 경우에서는 두 맞물림 시스템 페어링의 변속비들이 서로 동일하지 않게, 구현될 것을 필요로 한다. 이는, 예컨대, 상이한 치형부의 개수 차이 및/또는 상이한 치형부 형상에 의해 달성될 수 있다.
도 7은 컨버터(3)의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)이 모두 내부 맞물림 시스템이고, 맞물림 시스템(NK2)의 직경이 맞물림 시스템(NK1)의 직경보다 큰 실시예를 도시한다. 구체적으로, 맞물림 시스템들이 동일한 치형부 계수 및 동일한 편심률(e)을 갖는 경우에는, 이는 스테이터 자극들(P1, PX)들의 전기 여기 주파수(electrical excitation frequency)(ωel)의 회전 방향으로의 회전 방향을 가진 모터 샤프트(2)의 회전을 초래한다.
도 8은 스테이터 자극들(P1, PX)들의 전기 여기 주파수(ωel)의 회전 방향과는 반대 방향으로의 모터 샤프트(2)의 회전을 초래하는, 컨버터(3)의 외부 맞물림 시스템(NK1) 및 내부 맞물림 시스템(NK2)을 가진 실시예를 도시한다.
도 9는 스테이터 자극들(P1, PX)들의 전기 여기 주파수(ωel)의 회전 방향으로의 모터 샤프트(2)의 회전을 초래하는, 컨버터(3)의 내부 맞물림 시스템(NK1) 및 외부 맞물림 시스템(NK2)을 가진 실시예를 도시한다.
도 10은 컨버터(3)의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)이 모두 외부 맞물림 시스템이고, 맞물림 시스템(NK2)의 직경이 맞물림 시스템(NK1)의 직경보다 큰 실시예를 도시한다. 구체적으로, 맞물림 시스템들의 동일한 편심률 및 동일한 치형부 계수가 주어지면, 이는 스테이터 자극들(P1, PX)들의 전기 여기 주파수(ωel)의 회전 방향과는 반대 방향으로의 모터 샤프트(2)의 회전을 초래한다.
도 11은, 도 10과 비교하면, NK1의 직경이 NK2의 직경보다 큰 실시예를 도시한다. 이는 스테이터 자극들(P1, PX)들의 전기 여기 주파수(ωel)의 회전 방향으로의 모터 샤프트(3)의 회전을 초래한다.
구성 가능성을 명확히 하기 위해, 도 12는 내부 맞물림 시스템(NK2)의 직경이 외부 맞물림 시스템(NK1)의 직경보다 현저하게 작은 변형예를 도시한다.
식 (1)에 따르면, 전체 변속비(Ω/ωel)는 넓은 한계 내에서 NK1, NK2, NG, NW의 치형부의 개수를 선택함으로써 결정될 수 있다. 가능하면, 맞물림 시스템들은 두 맞물림 시스템 페어링(NK1과 NG 및 NK2과 NW)의 편심률이 동일해지게 구성되게 된다. 그러나, 로터리 드라이브의 기능에 필요한 모든 것은 맞물림 시스템들의 치형부들의 결합이다. 편심률은, 포지티브하게 결합하는 치형부의 결합이 보장되는 한, 결국 서로 상이할 수 있다.
도 13은 외부 스테이터 또는 스테이터 자극들(P1, PX)을 가진 로터리 드라이브의 변형예를 도시한다. 극편들(6.1, 6.X)은 외측에서 강자성 컨버터(3)에 작용한다. 도 13은 맞물림 시스템들이 동일한 직경을 갖는 도 6에 도시된 실시예와 유사한 특수한 경우를 도시한다. 모터 샤프트(2)의 회전은, 식 (1)에 따라, 맞물림 시스템 페어링(NK1과 NG 및 NK2와 NW)이, 이 특수한 경우에서는 두 맞물림 시스템 페어링의 변속비들이 서로 동일하지 않게, 구현될 것을 필요로 한다. 이는, 예컨대, 상이한 치형부의 개수 차이 및/또는 상이한 치형부 형상에 의해 달성될 수 있다.
도 14는 컨버터(3)의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)이 모두 내부 맞물림 시스템이고, 맞물림 시스템(NK1)의 피치원 직경이 맞물림 시스템(NK2)의 피치원 직경보다 큰, 외부 스테이터 또는 스테이터 자극들(P1, PX)을 가진 로터리 드라이브의 다른 변형예를 도시한다.
도 15는 컨버터의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)이 모두 내부 맞물림 시스템이지만, 맞물림 시스템(NK1)의 직경이 맞물림 시스템(NK2)의 직경보다 작은, 도 14와는 상보적인 실시예를 도시한다.
도 16은 컨버터(3)의 내부 맞물림 시스템(NK2)이 외부 맞물림 시스템(NK1)보다 현저하게 큰 직경을 갖는, 외부 스테이터 또는 스테이터 자극들(P1, PX)을 가진 로터리 드라이브의 변형예를 도시한다.
도 17은 컨버터(3)의 외부 맞물림 시스템(NK2)이 외부 맞물림 시스템(NK1)보다 현저하게 작은 직경을 갖는, 외부 스테이터 또는 스테이터 자극들(P1, PX)을 가진 로터리 드라이브의 실시예를 도시한다.
도 18은 컨버터(3)의 두 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템이며, 맞물림 시스템(NK1)이 맞물림 시스템(NK2)에 비해 큰 직경을 갖는, 외부 스테이터 또는 스테이터 자극들(P1, PX)을 가진 로터리 드라이브의 실시예를 도시한다.
도 19는 컨버터(3)가 외부 스테이터 자극들(AP1, APX) 및 내부 스테이터 자극들(BP1, BPX)에 의해 구동되는, 훨씬 높은 토크용의 로터리 드라이브의 실시예를 도시한다.
도 20은 2개의 모터 샤프트(2, 4)상으로 동력이 분할되는 로터리 드라이브의 실시예를 도시한다. 두 모터 샤프트(2, 4)가 외부 부하 토크가 작용하는 출력 모터 샤프트인 경우에는, 기능은 전기로 구동되는 차동장치의 기능에 주로 대응하고, 즉 로터리 드라이브의 전기기계 동력은 모터 샤프트(2) 및 모터 샤프트(4)에 작용하는 외부 부하 토크에 따라 2개의 출력 모터 샤프트간에 분배된다. 예컨대, 모터 샤프트(2)가 모터 하우징(1)에 대하여 고정되어 있으면, 총 구동력은 모터 샤프트(4)에 전달된다. 역으로, 모터 샤프트(4)가 고정되어 있을 경우에는, 총 구동력은 모터 샤프트(2)에 전달된다. 균등하게 큰 부하 토크가 양 모터 샤프트에 작용하면, 로터리 드라이브의 구동력은 양 모터 샤프트상에 분배된다. 모터 샤프트(2) 및 모터 샤프트(4)에 작용하는 외부 부하 토크가 균등하지 않으면, 동력 분할은 외부 부하 토크들의 비율에 비례한다. 2개의 모터 샤프트간의 동력 분할의 원리는 이 문헌에 의해 취급되는 발명에 따라 로터리 드라이브의 모든 디자인 및 변형예에 적용될 수 있다. 그러므로, 다양한 변형예가 구체적으로 예시되지는 않는다.
그러나, 도 20에 예시된 로터리 드라이브의 경우에는, 모터 샤프트들 중 하나는 (종동) 입력 모터 샤프트일 수도 있으며, 각각의 다른 모터 샤프트는 출력 모터 샤프트(동력 인출 장치)일 수 있다. 결과적으로, 입력 모터 샤프트는, 예컨대 체인, 치형부 벨트, 샤프트와 같은 기계식 변속 수단에 의해, 예컨대 전기 모터, 내연 기관인 일부 다른 드라이브에 의해, 풍력에 의해, 유압력에 의해 또는 수력에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 구동될 수 있고, 출력 모터 샤프트는, 예컨대 자동차의 캠샤프트인 부하를 구동할 수 있다. 입력 모터 샤프트가 기계식 회전 주파수(ωE)로 회전하면, 출력 모터 샤프트에 대한 입력 모터 샤프트의 위상-고정 커플링(phase-rigid coupling)은, 전기 회전 주파수(ωel = ωE)로 코일(7.X), 코어(5.X) 및 극편(6.X)을 갖거나 또는 이들로 구성되는 스테이터 수단(예컨대, 도 20에서와 같은 전자석들)(P1, PX)의 위상-동기 작동(phase-synchronous actuation)에 의해 달성될 수 있으며, 위상-고정 커플링 동안, 출력 모터 샤프트는 입력 모터 샤프트와 동일한 회전 주파수(ωE)로 위상-고정 형태(phase-rigid fashion)로 이동한다. 로터리 드라이브의 입력 모터 샤프트의 동력은, 컨버터(3)를 통한 출력 모터 샤프트에의 입력 모터 샤프트의 포지티브하게 결합하는 연결에 의해 여기서는 사실상 손실 없이 출력 모터 샤프트에 전달된다. 입력 모터 샤프트 회전 속도 및/또는 출력 모터 샤프트 회전 속도를 검출하기 위해, 로터리 드라이브는 센서 수단, 예컨대 홀(Hall) 센서, 인코더 및 전기 평가 및 작동 수단(작동 전자기기 및 MC 소프트웨어)(도 20에는 예시되지 않음)을 갖는다. ωel을 증가 또는 감소시킴으로써, 입력 모터 샤프트와 출력 모터 샤프트간의 포지티브 또는 네거티브 차동 회전 속도를 설정하는 것이 또한 가능하다. 차동 회전 속도는 ωel의 주파수 변조 및/또는 위상 변조를 통해 발생순으로 변경이 이루어질 수 있다. 예컨대, ωel의 주기적인 위상 변조를 통해, 출력 모터 샤프트를 ωE의 절대 위상의 관점에서 입력 모터 샤프트에 대해 앞선 및/또는 지연된 위치로 주기적으로 이동시키는 것이 가능하다. 그러므로, 도 20에 도시된 로터리 드라이브는 이상기의 기능을 수행할 수 있다. 상기와 같은 이상기는, 예컨대, 특성-선도-의존적인 형태로 유입 및 유출 밸브의 유입 시간 및 유출 시간을 제어하기 위해 자동차 내연 기간의 경우에는 캠샤프트 조정에 사용된다. 특히, 로터리 드라이브의 출력 모터 샤프트의 메인 구동력은 여기서는 입력 모터 샤프트에 의해 이용 가능한 반면, 로터리 드라이브는 출력 모터 샤프트를 입력 모터 샤프트에 대하여 조정하는데 필요한 동력을 이용 가능하기만 하면 된다. 입력 모터 샤프트 및 출력 모터 샤프트는 그들의 기능에 있어서 호환 가능하고, 즉, 도 20의 각각의 모터 샤프트(2, 4)는 입력 모터 샤프트 또는 출력 모터 샤프트로서 기능할 수 있다.
모터 축선 I-I'을 중심으로 편심 가능하게 이동되는 컨버터(3)는 분균형이 된다. 상기와 같은 불균형은, 주지된 데로, 유익하지 않은 모터 진동 및 소음을 발생시키고, 회피되어야 한다. 이를 위해, 도 21의 실시예는, 컨버터(3)에 의해 야기되는 불균형을 모터 샤프트의 축선 I-I'을 중심으로 위상-동기 형태로 회전하는 균형 질량체(9)에 의해 보상하는 해법을 구체화한다. 특히, 강자성 균형 질량체(9)는 스테이터(4) 및 스테이터 자극들(P1, PX)과 함께 컨버터(3)의 자력 바이패스로 구동될 수 있다. 도 21에 예시된 바와 같이, 스테이터 자극(P1)이 여자될 때, 컨버터(3)는 상기 스테이터 자극(P1)에 의해 자기적으로 인력을 받고, 그 결과, 도 21에서의 컨버터(3)의 질량 중심은 y 축선을 따라 하향 이동된다. 동시에, 컨버터(3)의 내부에 장착되는 디스크형 강자성 균형 질량체(9)는 컨버터(3)에 의해 전달된 자력에 의해 y 축선을 따라 상부 위치로 끌어당겨진다. 균형 질량체(9)의 거리 및 편심률은 컨버터(3)로부터의 균형 질량체(9)의 거리가 이들 요소가 접촉함이 없이 여기서는 가능한 한 작아지는 크기로 된다. 적절한 크기가 주어지면, 컨버터(3) 및 균형 질량체(3)의 질량 중심들의 반대 동작에 의해 모터 불균형의 완전한 보상이 달성될 수 있고, 그 보상 동안 컨버터(3) 및 균형 질량체(9)의 공통의 질량 중심은 매 가동 상태마다 모터 샤프트의 축선 I-I' 상에서 멈춘다. 균형 질량체(9)가 편심되게 회전하는 컨버터(3)와 함께 위상-고정 형태로 이동하기 때문에, 로터리 드라이브는 모든 가동 위상에서 완전히 균형을 이룬다. 균형 질량체(9)는 고정용 디스크(10), 볼 베어링(10) 및 스프링 와셔(11)의 요소들에 의해 스테이터 코어(4)와 맞닿아 유극 없이 변위 가능하게 유지된다. 컨버터와의 위상-동기로 균형 질량체(9)의 시프트의 결과로서, 상기 균형 질량체(9)는, 모터 샤프트 축선에 대하여 동심으로 배치된, 스테이터의 핀(14)상에서 그 내부 구역과 함께 롤링되고, 결국 그 자체의 회전이 이루어진다. 그러므로, 기본적으로는, 핀(14)상으로의 균형 질량체(9)의 임의의 추가적인 볼 베어링 장착을 필요로 하지 않지만, 상기와 같은 장착은 선택이 가능하다. 균형 질량체의 고유의 회전은 로터리 드라이브의 기능에 어떠한 영향도 미치지 않으며, 지장을 주지도 않는다. 도 21에 도시된 컨버터(3)의 위치에서의 맞물림 시스템들의 결합 조건은 각각에 관하여 90도에 걸쳐 회전되는 상세 확대부(D1 및 D1'과, D2 및 D2')에 의해 개략적으로 예시된다.
도 22는 불균형을 보상하는 추가 실시예를 도시하고, 여기서 균형 질량체(9)는 권선들(10.1, 10.X)을 가진 스테이터 자극들(H1, HX)로 구성되거나 자극들을 갖는 추가의 보조 스테이터에 의해 컨버터(3)와 함께 위상-동기로 전자기적으로 구동된다. 보조 스테이터 자극들(H1, HX)의 여자는, 균형 질량체(9) 및 컨버터(3)의 공통 질량 중심이 모든 가동 위상에서 모터 샤프트 축선 I-I' 상에 놓이도록 차례로 발생한다. 균형 질량체(9)가 그 자신의 관성의 극복을 제외하고는 어떠한 작업도 수행하지 않기 때문에, 보조 스테이터 권선들(H1, HX)에 대한 에너지 필요요건이 낮다. 그러므로, 보조 스테이터의 권선들(10.1, 10.X)은 얇은 와이어로 컴팩트하게 구현될 수 있으며, 메인 스테이터 권선들(7.1, 7.X)에 선택적으로 전기 접속될 수 있다. 도 22에 도시된 컨버터(3)의 위치에서의 맞물림 시스템들의 결합 조건은 각각 90도에 걸쳐 회전되는 상세 확대부(D1 및 D1'과, D2 및 D2')에 의해 개략적으로 예시된다.
완전한 불균형 보상을 수행하기 위해, 디스크형 균형 질량체(9)의 두께에 의해 및 형상에 의해 컨버터(3)에 대한 균형 질량체(9)의 크기 결정이 수행될 수 있다. 이 점에서, 도 23a는 두께 및 밀도가 적절히 선택되어 있는 균형 디스크(9)를 일례로서 도시한다. 마찬가지로, 대향 불균형은 균형 질량체의 형상에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 일례로서, 도 23b는 넓은-에지형 링 형태의 균형 질량체(9)를 도시하고, 도 23c에는 얇은-에지형 링 형태가 도시된다. 디스크형 또는 환형의 균형 질량체(9)들은, 스테이터 또는 모터 하우징의 모터 샤프트의 축선 I-I'의 축선을 중심으로 대칭인, 핀(14)의 외측상에서 그들의 내면이 롤링된다. 균형 디스크의 내부 드릴링된 구멍의 직경과 스테이터 핀(14)의 외부 직경의 차이에 따라, 균형 질량체들은 기능에의 영향 없이 그 자체의 범위보다 크거나 적게 회전한다.
회전 대칭 형상을 가진 도 23에 도시된 균형 질량체와는 달리, 도 24는 모터 샤프트 축선 둘레로 회전하는 회전 비대칭인 균형추(9)들을 도시한다. 도 24a는 적절한 두께 및 밀도를 가진 균질체 형태의 강자성 균형추를 도시하고, 상기 균질체는 베어링(8)에 의해 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 회전 가능하게 장착된다. 강자성 균형추(9)는 편심되게 이동된 컨버터(3)에 의해 전달되는 자력에 의해 이 균질체(3)와 위상-동기로 이동되는데, 이는 상기 균형추(9)가 항상 컨버터(3)와 균형추(9) 사이의 거리가 최소가 되는 위치로 이동하기 때문이다. 균형추(9)는 여기서는 전기 여기 주파수(ωel)의 회전 주파수로 회전한다.
균형추 질량은, 도 24b에 개략적으로 도시된 바와 같은 후속 형성된 컷아웃들 또는 드릴링된 홀(15)들에 의해 또는 도 24c에 도시된 바와 같은 추가의 추(16)에 의해 조절될 수 있다.
컨버터(3)에서 비롯하는 자기장 라인들 및 균형추(9)에 작용하는 자력을 대신하여 및/또는 그에 더하여, 균형추(9)는 영구 자석을 가질 수 있고, 그 결과로서, 균형추는 항상 컨버터(3)로부터 가장 짧은 거리의 위치를 취하고, 또한 전기 여기 주파수(ωel)로 위상-고정 형태로 이동한다. 이 실시예는 도 24c에 예시된 실시예와 유사하고, 번호 16으로 지시된 요소가 영구 자석을 나타내고 있다.
도 25는 컨버터(3)가 편심체(9)에 의해 회전 및 변위 가능한 형태로 안내되는 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 실시예를 도시한다. 이를 위해, 편심체(9)는 드릴링된 홀(9.1)이 모터 하우징(1)의 볼트(14)상에 편심되게 회전 가능한 형태로 장착된다. 동시에, 편심체(9)는 그 원통형 외면(9.2)이 컨버터(3)의 내부 드릴링된 홀 내로 유극 없이 회전 가능한 형태로 끼워진다. 그러므로, 편심체(9)의 편심률 및 크기는, 맞물림 시스템들이 하나가 다른 하나의 내에 결합되어 롤링될 수 있게, 모터 샤프트 맞물림 시스템(NW) 및 모터 하우징 맞물림 시스템(NG) 및 맞물림 시스템들(NG, NW, NK1 and NK2)에 대하여 컨버터(3)의 편심률(e)에 합치된다. 스테이터 자극들(P1, PX)에 의해 컨버터(3)에 전자기력이 인가되면, 그에 따라 컨버터(3)는 편심되게 이동할 수 있고, 또한 회전할 수 있다. 모터 모드에 있어서, 편심체(9)는 모터 샤프트(2)의 축선 I-I'을 중심으로 전기 여기 주파수(ωel)로 회전한다. 한편으로는, 모터 하우징(1)의 볼트(14)에 대한, 또한 다른 한편으로는 컨버터(3) 내에서의 마찰 없이 편심체(9)를 장착하기 위해, 종래 기술에 대응하는 베어링 수단, 예컨대 슬라이딩 베어링, 볼 베어링, 니들 베어링 등이 사용될 수 있으며, 베어링은 되도록 유극 없이 구현되어야 한다. 도 25에 예시된 변형예는 편심체(9)의 슬라이딩 베어링을 도시한다. 특히, 편심체(9)를 적절한 크기로 함으로써, 맞물림 시스템 페어링(NW과 NK2 및 NG과 NK1)이 항상 결합해 있는 것을 보장하는 컨버터(3)의 포지티브 안내를 달성하는 것이 가능하다.
도 25에 도시된 변형예의 추가의 장점은, 모터 샤프트 축선 I-I'을 중심으로 전기 여기 주파수로 위상-고정 형태로 회전하는 편심체(9)가 편심되게 시프트되며 회전하는 컨버터(3)에 의해 야기되는 모터 불균형을 보상하도록 기능할 수 있다는 점이다. 도 25를 참조하면, 도 26a는 이를 위해 그 절반면에 컷아웃들 및/또는 드릴링된 홀(15)들을 갖는 편심체(9)의 실시예를 도시한다. 컷아웃(15)들은 여기서는 편심체(9)의 보다 넓은 폭을 갖는 구역에 위치되며, 그 결과, 도 26a의 편심체의 질량 중심은 양의 y 축선의 방향으로 상향으로 시프트된다. 컨버터(3)의 질량 중심은 도 25에 도시된 위치에서 음의 y 축선을 따라 하향으로 시프트된다. 편심체(9)의 컷아웃(15)들을 적절히 크기를 정해 배치함으로써, 컨버터(3) 및 편심체(9)의 전체 질량 중심이 항상 모터 샤프트 축선 I-I'상에 놓이고, 그 결과로서 모터가 완전한 질량 균형을 이루어 진동 없이 가동하는 것을 보장할 수 있다. 편심체(9)의 컷아웃(15)들 대신에, 도 26a에 도시된 바와 같은, 편심체(9)가 상대적으로 작은 폭의 구역에 추가의 질량체(16)를 갖도록 할 수 있다. 이 일례를 도 26b에 도시한다. 이는 상대적으로 높은 밀도를 가진 재료 구역들을 수반할 수도 있다. 이 조치는 편심체(9)의 질량 중심이 원하는 대로 시프트되게 할 수도 있다. 도 26a 및 도 26b에 예시된 조치들은 서로 결합될 수도 있다.
도 27은 내부 스테이터를 가진 로터리 드라이브의 특히 판상형 변형예를 도시하고, 이 변형예에서는 컨버터(3)가 U-형상의 환형 프로파일 형태로 구현된다.
도 28은 외부 스테이터를 가진 로터리 드라이브의 특히 판상형 변형예를 도시하고, 이 변형예에서는 컨버터(3)가 U-형상의 환형 프로파일 형태로 구현된다.
컨버터(3)가 편심 수단(9)에 의해 장착되는 로터리 드라이브를 제외하면, 로터리 드라이브의 다른 모든 변형예에서는, 컨버터가 모터 하우징(1)의, 또는 모터 샤프트(2)의, 또는 로터리 드라이브의 다른 부품들의 대응하는 표면들에 의해 평행하게 안내된다는 사실 때문에, 컨버터(3)의 경동이 방지될 수 있다. 컨버터(3)의 평행 안내에는, 슬라이딩 베어링들과, 볼 베어링등, 니들 베어링들 또는 다른 베어링들(예컨대, 자기 베어링, 유체 정역학적 베어링, 유체 동력학적 베어링)이 적합하다.
도 29는, 모터 샤프트(2, 2')가 모터 하우징(1, 4)을 통해 안내되고, 그 결과 모터 샤프트(2) 및 모터 샤프트(2')를 포함하는 2개의 결합된 출력 샤프트가 부하를 구동하기 위해 또는 회전 운동을 돕기 위해 이용될 수 있는, 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 판상형 실시예를 도시한다. 예컨대, 모터 샤프트(2')는 자동차의 조향 기어에 연결될 수 있으며, 모터 샤프트(2)는 조향 휠에 연결될 수 있고, 로터리 드라이브는 원하는 형태의 조향을 돕는 힘을 인가할 수 있다.
이와는 달리, 도 30에 예시된 변형예는, 외부 베어링 수단(8)에 의해 회전할 수 있게 장착되는 외부 링(2) 또는 외부 디스크(2) 형태로 모터 샤프트가 구현되는, 본 발명에 따른 로터리 드라이브를 도시한다.
도 31에 도시된 변형예는 서로 연결된 2개의 디스크(3.1 및 3.2)를 갖는 설치된 컨버터(3)를 갖거나, 또는 상기 컨버터(3)는 그들의 외주부에 맞물림 시스템(NK1 및 NK2)을 갖는 상기 디스크들(3.1 및 3.2), 및 디스크(3.2)에 연결되는 강자성 링(3.3)으로 구성된다. 이는, 개개의 요소(3.1, 3.2 및 3.3)가 개별적으로, 예컨대 펀칭에 의해 제조 및 테스트되고, 기지의 연결 및 접합 기술에 의해 컨버터(3)에 연결될 수 있기 때문에, 특히 경제적인 제조를 허용한다. 출력 요소는, 도 31에서는, 베어링 수단(8)에 의해 모터 샤프트 축선 I-I'을 중심으로 회전할 수 있게 장착되는 외부 링/디스크(2) 형태를 갖는다.
본 발명에 따른 원리는 다양한 디자인 및 종횡비로 로터리 드라이브를 제조하는데 적합하다. 이 일례로서, 도 32는 z 축선(모터 샤프트 축선)을 따르는 길이방향 범위가 xy 범위에 비해 큰 로터리 드라이브를 도시한다. 이를 위해, 모터 하우징(1)은 스테이터 자극들(AP1, APX)을 가진 적어도 하나의 스테이터 링을 구비하지만, 도 32에서는 바람직하게는 색인 A, B, C 및 D의 복수의 스테이터 링을 구비한다. 각각의 스테이터 링은 강자성 재료로 이루어진 코어(A5.X)들, 극편(A6.X)들 및 권선(A7.X)들을 구비한다. 특히, 도 32에 예시된 로터리 드라이브는, 도 32에서 문자 A, B, C, D로 지시되는, 각각 다수의 스테이터 자극(APX, BPX, CPX, DPX)을 갖는, 복수의 스테이터 링을 구비한다. 개개의 스테이터 링은 서로 상이한 다수의 스테이터 자극을 가질 수 있다. 그러나, 특히 개개의 스테이터 링은 동일한 개수의 스테이터 자극을 가지며, 그 결과, 도 32에서는, 각 경우에 권선들(A7.1, B7.1, C7.1, D7.1), 권선들(A7.2, B7.2, C7.2, D7.2) 및 권선들(A7.X, B7.X, C7.X, D7.X)이 서로 전기적으로 연결될 수 있거나 또는 함께 하나의 권선을 형성한다. 스테이터 링들 및 스테이터 자극들의 다양성은 로터리 드라이브의 동력 및 토크를 증가시키도록 기능한다.
내부로 안내되는 모터 샤프트(2)는 모터 하우징(1) 내에 이중으로 장착되어 모터 하우징을 통해 안내될 수 있고, 그 결과로서 출력측에서 2개의 연결부를 이용할 수 있다. 모터 샤프트(2)는 베어링 수단(8)에 의해 모터 하우징(1) 내에 회전 가능하게 장착되고, 축방향 이동에 대하여 고정된다. 그 하우징측 일단부에서, 모터 샤프트(2)는 외부 맞물림 시스템(NW)을 가진 디스크형 구역(4)을 구비한다. 중공-원통형 컨버터(3)는 적어도 하나의 내부 맞물림 시스템(NK1 및 NK2)을 구비한다. 유사하게, 모터 하우징(1)은 컨버터(3)의 내부 맞물림 시스템(NK1)에 대응하는 적어도 하나의 외부 맞물림 시스템(NG)을 구비한다. 권선들(A7.1, A7.2, A7.3 ... 뿐만 아니라 B7.1, B7.2, B7.3... 내지 D7.1, D7.2, D7.3, ...)의 회전 여자를 통해, 컨버터(3)는 자력에 의해 회전 형태로 시프트되고, 맞물림 시스템들은 하나가 다른 하나의 내에서 롤링된다. 결과적으로, 컨버터(3)는 회전하게 되며, 편심 동작은 컨버터 동작(텀블링)에 중첩되고, 그 결과로서 모터 샤프트(2)가 회전하게 된다.
도 33은 축선 K-K'에 대하여 거울면 대칭인 도 32에 나타내진 유형의 로터리 드라이브를 도시하고, 여기서 디스크형 구역(4)은 외부 맞물림 시스템(NW)을 가지고 모터 중심에 놓이며, 중공-원통형 컨버터(3)는 그 2개의 단부에 2개의 외부 맞물림 시스템(NK1)을 구비하며, 상기 외부 맞물림 시스템(NK1)들은 모터 하우징(1)의 내부 맞물림 시스템(NG)들과 결합될 수 있고, 컨버터(3)의 전자기 시프트에 의해 하나가 다른 하나의 내에서 롤링될 수 있다. 컨버터(3)에 작용하는 경동 모멘트는 대칭 디자인에 의해 최소화된다. 로터리 드라이브는 디스크형 구역(4)의 우측 및 좌측에 각각 적어도 하나의 스테이터 링(A 및 B)을 구비한다. 도 33에서 디스크형 구역(4)의 좌측에 놓이는 스테이터 자극들은 AP1, APX로 지시되고, 그 우측에 놓이는 스테이터 자극들은 BP1, BPX로 지시된다. 모터 샤프트(2)는 모터 하우징(1)의 양 측부상으로 나온다.
도 33에 예시된 변형예의 확장으로서, 도 34는 디스크형 구역(4)의 우측 및 좌측에 놓이는 스테이터 링들을 다단으로 구성할 수 있음을 도시한다. 도 34에 따른 디자인은 대칭 축선 K-K'의 좌측에 4개의 스테이터 링(A, B, C, D) 및 대칭 축선의 우측에 4개의 스테이터 링(E, F, G, H)을 구비한다. 원칙적으로, 스테이터 링의 개수 및 모터 길이에 대하여 제한은 없으며, 이렇게 해서 매우 박형의, 길고 강한 로터리 드라이브를 형성하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 로터리 드라이브들은, 전기 및 기계 위상(=모터 샤프트 조정)이 분명하게 상관되기 때문에, 전적으로 개-루프 제어형 가동(피드-포워드 제어)에 적합하다.
컨버터 및 그에 따른 모터 샤프트의 위치 및 동작은 유도식, 용량성, 선택적, 임피던스 측정, 전류 및 전압 측정, 또는 다른 물리적 방법들에 의해 결정될 수 있다. 특히, 스테이터 자극들의 권선들, 예컨대 7.1, 7.X는 상기 물리적 측정 방법들에 의해 컨버터 위치 및 컨버터 동작과 그에 따른 모터 샤프트 위치 및 모터 샤프트 회전의 결정을 위한 센서로서 스스로 기능할 수 있다. 또한, 상기 측정 방법들은 모터 샤프트(2) 또는 모터 샤프트들(2, 2')에 작용하는 부하 토크를 검출하는데 적합하다. 권선들, 예컨대 7.1, 7.X 및 그 인덕턴스를 이용하면, 이를 위해 추가의 센서 시스템이 반드시 필요해지지는 않는다. 캐리어 구조체에 대한 제 1 본체의, 및/또는 캐리어 구조체에 대한 제 2 본체의, 및/또는 제 1 본체와 제 2 본체 사이의, 컨버터 동작/위치 및/또는 회전 속도 및/또는 각도 위치 및/또는 토크를 검출하기 위해, 모터 하우징에 대한 컨버터의 위치를 검출하는, 예컨대 홀 센서와 같은 외부 센서를 제공할 수도 있다. 액추에이터들이 전자석 이외의 다른 액추에이터, 특히 압전형 액추에이터인 경우에는, 그 전류 신호, 전압 신호 및 전하 신호로부터 센서 정보를 추출하고, 이를 사용해서 로터리 드라이브의 개-루프 및 폐-루프 제어를 수행할 수도 있다. 특히, 부하 토크는 토크일 수 있다.
한편, 전자석뿐만 아니라, 전계 효과에 의해 비접촉 형태로 컨버터에 힘을 인가할 수 있는 모든 유형의 액추에이터는 본 발명에 따른 로터리 드라이브의 구동 요소로서 적합하다. 특히, 정전식 액추에이터, 특히 정전식 코움 액추에이터(코움 드라이브) 및 특히 MEMS 기술을 이용해서 제조된 정진식 액추에이터가 또한 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는 부분적으로 또는 전체적으로 미세-기계식 및/또는 미세 전자기계식 부품으로서 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로터리 드라이브는 컨버터(3)에 기계식으로 결합된 액추에이터, 특히 압전형 액추에이터, 자기-왜곡형 액추에이터, 자기 형상 기억 액추에이터, 유전형 액추에이터, 서모-바이메탈(thermo-bimetal) 액추에이터 등에도 적합하다. 이에 관련하여 디자인 및 기능을 설명하는 추가의 실시예들은 다음과 같다:
도 35의 단면도 및 도 35의 구간 K-K'을 따르는 도 36의 평면도에 도시되는 로터리 드라이브는 컨버터(3)를 구동하기 위한 솔리드-스테이트 액추에이터(5, 5.X)를 구비한다. 솔리드-스테이트 액추에이터(5, 5.X)로서는, 특히 압전형 다층 액추에이터(압전형 다층 스택)가 적합하고, 상기 액추에이터는 전압의 극성 및 진폭의 함수로서 솔리드-스테이트 액추에이터의 접촉 핀(7)들에 전압이 인가될 때 연신 및/또는 수축된다. 도 35에 예시된 솔리드-스테이트 액추에이터들의 메인 작용 축선들은 y 축선을 따라 연장된다. 솔리드-스테이트 액추에이터들(5, 5.X)은 모터 하우징(1)상에 그들의 일단부가 지지되고, 그들의 타단부는 컨버터(3)를 둘러싸는 환형 드라이브 링(4)상에 지지된다. 솔리드-스테이트 액추에이터는, 솔리드-스테이트 액추에이터(5.X)를 둘러싸는 요소(6)에 의해, 환경적 영향, 특히 습기로부터 보호될 수 있다. 요소(6)는 솔리드-스테이트 액추에이터들에 기계식으로 초기 응력을 부여하고 이들을 모터 하우징(1)과 드라이브 링(3) 사이에 기계식으로 고정하는 스프링 요소의 기능을 가질 수도 있다.
드라이브 링(4)은, 도 36에 예시된 바와 같이, 니들 베어링, 볼 베어링, 슬라이딩 베어링 또는 종래 기술에 대응하는 다른 베어링 수단과 같은 이들에 적합한 베어링 수단(9)에 의해 컨버터(3)에 대하여 회전 가능하게 장착된다. 컨버터(3)는 모터 하우징(1)의 맞물림 시스템(NG) 및 모터 샤프트(2)의 맞물림 시스템(NW)에서 롤링될 수 있는 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)을 구비하고, 그에 따라 모터 샤프트(2)가 앞서 기술한 형태로 제어 가능한 회전을 수행하게 한다. 모터 샤프트(2)는 베어링 수단(8)에 의해 모터 하우징(1)에 회전 가능하게 장착된다. 또한, 모터 샤프트(2)는 모터 하우징(1) 내의 추가의 베어링 수단(10)에 의해 단부측 구역(11)에 장착될 수 있다. 결과적으로, 압전형 액추에이터의 강한 힘이 유리하게 주어지는, 모터 샤프트의 특히 높은 수준의 방사상 강성이 달성된다. 그러나, 베어링(10)이 있는 구역(11)에서의 모터 샤프트(2)의 추가의 베어링은 로터리 드라이브의 기능과는 무관하다. 따라서, 도 35에 예시된 로터리 드라이브는, 컨버터(3)의 원형 시프트 동작을 여기시키기 위해, 전자기 액추에이터 대신, 여기서는 솔리드-스테이트 액추에이터가 사용된다는 차이를 제외하면, 도 1 및 도 14에 도시된 것들과 기능 및 디자인 면에서 상당히 유사하다. 이렇게 해서, 도 36의 평면도에 도시된 솔리드-스테이트 액추에이터를 가진 로터리 드라이브의 디자인 및 기능은 도 2에 예시된 전자기 액추에이터를 가진 로터리 드라이브에 상당히 대응한다.
그러나, 전자기장에 의해 (비-포지티브하게 맞물리는 형태로) 컨버터에 힘이 전달되는 로터리 드라이브와는 달리, 로터리 드라이브의 기구에 대한 솔리드-스테이트 액추에이터들의 기계식으로 고정되는(포지티브하게 맞물리는) 연결은 컨버터(3)에 대하여 회전 가능하게 장착되는 드라이브 링(4)을 추가의 요소로서 구비한다는 점에서 유리하다. 드라이브 링(4) 내의 컨버터(3)의 로터리 베어링에 의해, 솔리드-스테이트 액추에이터(5)들에 의해 발생되는 힘 및 편향은 그 회전 및 원형 시프트 동작이 악영향을 받는 일 없이 컨버터(3)에 전달된다. 이렇게 해서, 컨버터(3)의 회전 원형 시프트 동작은 솔리드-스테이트 액추에이터들의 회전 전기 여기를 통해 야기되고, 맞물림 시스템들은 앞서 상세히 기술한 바와 같이 하나가 다른 하나의 내에서 롤링되어 모터 샤프트를 회전시킨다. 솔리드-스테이트 액추에이터들의 경미한 전단 부하는 로터리 드라이브의 기능 또는 솔리드-스테이트 액추에이터들의 내용연한에 악영향을 미치지 않는다. 경우에 따라, 솔리드-스테이트 액추에이터들의 전단 부하는 솔리드-스테이트 조인트들, 연결 링크들, 평행 운동체들, 편심체들 등의 추가의 운동 요소들에 의해 더 감소되거나 또는 전부 방지될 수 있다.
도 35 및 도 36에 도시된 로터리 드라이브는, 그들의 메인 작용 축선이 서로 평행하게 배치되지 않고 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 비스듬히 배치되는 적어도 2개의 드라이브 액추에이터(P, PX)를 구비한다. 드라이브 액추에이터들의 최대 개수(i)는 상향 방향에 있어서는 제한되지 않는다. 모터 샤프트 축선 I-I'에 수직한 평면에 배치되는 것이 바람직한 드라이브 액추에이터들은 스테이터 링으로서 인용된다. 본 발명에 따른 로터리 드라이브는 모터 샤프트 축선 I-I'을 따라 배치되는 원하는 임의의 개수의 스테이터 링을 구비할 수 있다. 모터 샤프트 축선 I-I'을 중심으로 복수의 드라이브 액추에이터를 등거리에 배치하는 대칭인 장치는 회전의 균일성 및 작동 성능에 대하여 유리하다. 도 35 및 도 36에 도시된 로터리 드라이브의 경우에는, 개개의 드라이브 액추에이터(P) 각각의 메인 작용 방향이 대략 모터 샤프트 축선 I-I'상으로 지향된다.
도 33, 도 34, 도 35에 예시된 로터리 드라이브들은, 특히 하나 이상의 제 1 컨버터 맞물림 시스템(NK1) 및 하나 이상의 하우징 맞물림 시스템(NG)을 구비한다는 사실에 의해 구분된다. 로터리 드라이브들이 하나 이상의 제 2 컨버터 맞물림 시스템(NK2) 및 하나 이상의 샤프트 맞물림 시스템(NW)을 구비한다는 단서가 또한 존재한다. 이는 본 발명에 따른 모든 로터리 드라이브에 적용된다.
그러나, 도 37에 도시된 바와 같이, 개개의 드라이브 액추에이터(P) 각각의 메인 작용 방향은 반드시 모터 샤프트 축선 I-I' 상으로 지향될 필요는 없다. 도 37에 예시된 실시예는 4개의 드라이브 액추에이터(P1, P2, P3 및 P4)를 구비하고, 그 메인 작용 방향들은 모터 샤프트 축선 I-I'에 수직한 평면에 놓이며, 개개의 액추에이터 각각의 메인 작용 방향은 모터 샤프트 축선 I-I'로 지향되지 않는다. 모터 샤프트(2)의 회전 가동을 위해, 컨버터(3)는 모터 샤프트 축선 I-I'을 중심으로 xy 평면에서 원형 시프트 동작을 겪도록 여기된다. 이를 위해, 각각의 경우에 서로 반대쪽에 위치된 2개의 드라이브 액추에이터, 예컨대 P1과 P3 또는 P2와 P4는 2개의 드라이브 액추에이터 쌍들간의 위상 오프셋에 의해 전기적으로 함께 작동된다. 도 37에 따른 장치에서는, 2개의 드라이브 액추에이터 쌍들(P1, P3 및 P2, P4)의 주기적인 신호 전압들간의 위상 오프셋은 90도인 것이 바람직하다. 드라이브 액추에이터(P)들은, 예컨대 상응하는 전기 바이어스(bias)에 의해 중심 위치에 대하여 포지티브 및 네거티브 편향, 즉 수축 및 팽창을 수행할 수 있다. 서로 반대쪽에 놓이는 2개의 드라이브 액추에이터들 P1과 P2 및 P2와 P4의 작동은 드라이브 링(4)이 xy 평면에서 시프트되는 방식으로 수행된다. 도 37에 도시된 장치에 있어서, 이는 서로 반대쪽에 놓이는 드라이브 액추에이터들에는 그것들에 반대의 바이어스 전압들이 인가된다는 사실에 의해 야기될 수 있다. 결국, 드라이브 링(4)의 시프트 동작은 드라이브 링(4)에서 컨버터(3)의 회전 베어링에 의해 컨버터(3)에 전달되지만, 모터 샤프트 축선 I-I'을 중심으로 한 드라이브 링(4)의 회전 동작은 전달되지 않는다. 따라서, 드라이브 액추에이터들의 열적 길이 변화는 컨버터에 전달될 수 없으며 로터리 드라이브의 기능에 악영향을 미칠 수 없다. 결과적으로, 도 37에 도시된 로터리 드라이브는 넓은 온도 범위에 걸쳐 높은 정도의 가동 안정성을 갖는다. 스테이터 링의 드라이브 액추에이터들의 개수 및 스테이터 링의 개수는 제한되지 않는다.
도 38에 도시된 로터리 드라이브의 평면도에서, 벤딩 액추에이터(5.1, 5.2), 특히 압전형 벤딩 액추에이터는 편심 컨버터 동작을 여기시키도록 기능한다.
도 3에 따르면, 컨버터는 모터 하우징의 맞물림 시스템(NG) 및 모터 샤프트의 맞물림 시스템(NW)에서 롤링되는 2개의 맞물림 시스템(NK1 및 NK2)을 구비하고, 모터 샤프트(2)를 회전시킬 수 있다. 명료화를 위해, 도 38에서는, 다른 맞물림 쌍(NK1과 NG)이 기하학적으로 다른 평면에 놓이기 때문에, 2개의 맞물림 시스템(NK2 및 NW)만이 나타나 있다. 컨버터(3)는 드라이브 링(4)에서 베어링 수단(9)에 의해 회전 가능하게 장착된다. 벤딩 액추에이터(5.1, 5.2)는 그 바닥측 단부에서 모터 하우징(1)에 고정된다. 벤딩 액추에이터(5.1, 5.2)의 연결선(7.1, 7.2)에 전기 신호 전압들을 인가함으로써, 상기 벤딩 액추에이터는 신호 전압들에 비례하는 동작들을 그들의 반대쪽 단부에서 수행하게 된다. 벤딩 액추에이터들은 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 수직하게 놓이는 xy 평면에서 주로 동작을 수행하는 방식으로 배향된다. 도 38에서, 벤딩 액추에이터 단부들의 동작 방향은 화살표에 의해 기호로 명확하게 나타내진다. 압전형 벤딩 액추에이터의 경우에는, 이들 동작의 진폭들은 전형적으로 대략 ±500㎛ 구역에 놓일 수 있다. 벤딩 액추에이터들은, 도 38에서는, 서로에 대하여 90도 각도로 xy 평면에서 회전된다. 주기적인, 바람직하게는 사인파형의, 신호 전압들을 바람직한 90도의 위상 오프셋을 가진 2개의 벤딩 액추에이터(5.1 및 5.2)에 인가함으로써, 이들은, 압축 저항성 및 탄성이 있는 압축 지주들(6.1 및 6.2)을 통해 드라이브 링(4)에 전달되는, 90도의 위상 오프셋을 갖는 기계식인 편향들을 서로에 대하여 수행하게 되고, 상기 편향들은 중첩되어 모터 샤프트(2)의 축선을 중심으로 한 드라이브 링(4)의 원형 시프트 동작을 형성한다. 결과적으로, 컨버터(3)의 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)은 모터 하우징의 맞물림 시스템(NG) 및 모터 샤프트(2)의 맞물림 시스템(NW)에서 롤링되고, 그 결과 모터 샤프트(2)가 회전하게 된다. 압축 지주들(6.1 및 6.2) 대신에, 연결 링크들, 조인트들 등(본원에서 상세히 설명되지는 않음)과 같은 다른 운동 구조체들도 역시 적어도 2개의 벤딩 액추에이터(5.1, 5.2)의 개개의 동작들의 중단 없는 중첩에 적합하다. 도 38에 도시된 유형의 로터리 드라이브는, 특히 평판형 모터 및 소형화된 액추에이터 드라이브에 적합하다. 로터리 드라이브는, 특히 플라스틱 또는 금속의 (미세)사출 성형에 의해 또는 미세-기계식 제조 방법, 예컨대 MEMS에 의해 소형화될 수 있으며, 압전형 벤딩 액추에이터를 대신하여, 정전식 코움 드라이브와 같은 다른 액추에이터 원리를 사용할 수도 있다.
종래 기술에 따르면, 원통형 전기 모터가 보편적이다. 도 39는 컨버터(3)의 드라이브 요소로서 4개의 벤딩 액추에이터(5)를 갖는, 본 발명에 따른 유형의 원통형 로터리 드라이브를 도시한다. 로터리 드라이브는, 모터 샤프트 축선 I-I'을 따라 배향되며 각각 서로에 대하여 90° 회전되는, 전자기 로터리 드라이브의 스테이터 자극들과 유사한 4개의 드라이브 유닛(P1, P2, P3, P4)을 구비한다. 각각의 드라이브 유닛은 홀더 세그먼트(H1.1) 및 홀더 세그먼트(H1.2)를 갖거나 또는 이들로 구성되는 홀더(H1), 전기 접촉면(9)들 및 전기 연결선(7)들을 가진 벤딩 액추에이터(5), 및 단부 캡 세그먼트(G1.2) 및 전달 세그먼트(G1.2)를 갖는 단부 캡(G1)으로 이루어진 요소들을 구비한다. 상기와 같이 인용되는 컨버터(3)에 대면하는 단부에서 벤딩 단부들의 동작의 메인 작용 방향들은 xy 평면 내에 놓인다. 개개의 벤딩 액추에이터의 작용 방향을 중단 없이 중첩시키기 위해, 홀더들(H1, H2, H3, H4)은 도 40에 예시된 바와 같이, 2개의 부분으로 이루어진 디자인을 갖는다. 벤딩 액추에이터(5)는 포크-형상의 홀더 세그먼트(H1.2) 내에서, 예컨대 접착, 가압, 납땜 또는 용접되어 유지된다. 홀더 세그먼트(H1.1)는 편평한 박형 재료를 갖거나 또는 그것으로 구성되고, 홀더 세그먼트(H1.2)에 대하여 90° 회전되어 거기에 연결되거나, 또는 단일편으로 제조된다. 타단부에서는, 홀더 세그먼트(H1.1)가 모터 하우징(1)에 영구적으로 연결된다. 이는 도 40에서 알 수 있는 홀더(H)의 단면-형상 구조를 야기한다. 컨버터측에서 큰 벤딩력을 발생시키기 위해, 가능한 한 경질인 모터 하우징(1)에 대한 벤딩 액추에이터의 기점측 부착이 목표가 된다. 그러나, 이는 90도에 걸쳐 회전되는 인접 벤딩 액추에이터들의 동작을 방해하게 된다. 이런 이유로, 홀더(H)들은, 상기 홀더(H)들이 벤딩 액추에이터를 상기 벤딩 액추에이터의 메인 동작 방향으로 모터 하우징에 연결하되, 상기 메인 동작 방향에 수직한 방향으로 가능한 한 가요성 있게 거동하도록 구현된다. 이는, 2개의 인접 벤딩 액추에이터의 동작에 대하여 매우 작은 저항만을 제공하되, 벤딩 액추에이터를 상기 벤딩 액추에이터의 메인 동작 방향의 기점측에서 모터 하우징에 견고하게 연결하는, 얇은 벤딩 플레이트 형태의 홀더의 구조(도 39 및 도 40에 예시됨)에 의해 달성될 수 있다. 벤딩 플레이트를 대신하여, 기점측 홀더(H1)는 벤딩 액추에이터들의 넓은면들상에서 서로 반대쪽에 부착되는 핀(pin)들의 형태로 구현될 수도 있다. 그들의 컨버터측 단부에서, 벤딩 액추에이터들은 포크-형상부들(G1.1, G2.1, G3.1, G4.1)이 벤딩 액추에이터들을 수용하게 되는 단부 캡들(G1, G2, G3, G4)에 연결된다. 벤딩 액추에이터들은 전달 세그먼트들(G1.2, G2.2, G3.2, G4.2)을 통해 드라이브 링(4)에 기계식으로 연결된다. 전달 세그먼트들은, 드라이브 유닛들(P1, P2, P3, P4)이 작동될 때, 드라이브 링(4)의 평행 시프트를 보장하도록 구현된다. 이를 위해, 전달 세그먼트들은, 예컨대 핀-형상의 형태를 가질 수 있다. 드라이브 링(4)은 베어링 수단(11)에 의해 컨버터(3) 내에 회전 가능하게 장착된다. 컨버터(3)는 모터 하우징의 맞물림 시스템(NG) 및 모터 샤프트(2)의 디스크-형상 구역(10)의 맞물림 시스템(NW)에서 롤링될 수 있는 2개의 맞물림 시스템(NK1 and NK2)을 구비하고, 그 결과로서, 모터 샤프트(2)가 회전하게 된다. 모터 샤프트(2)는 베어링 수단(8)에 의해 모터 하우징(1)에 회전 가능하게 장착된다. 컨버터(3)에 의해 모터 샤프트(2)에 인가된 방사상 힘들을 더 양호하게 수용하기 위해, 모터 샤프트는 도 39에 예시된 바와 같이, 다수의 장착 지점을 가질 수 있다. 로터리 드라이브를 가동하기 위해, 각각의 경우에 서로 반대쪽에 놓이는 벤딩 액추에이터들은 컨버터측 단부들이 동일 방향으로 동시에 이동하도록 전기로 작동된다. 이렇게 형성된 2개의 벤딩 액추에이터 쌍은 도 39 및 도 40에 예시된 구성에서 서로에 대하여 바람직하게는 90도의 위상 오프셋으로 작동된다. 결과적으로, 벤딩 액추에이터들의 개개의 동작은 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)이 결국 모터 하우징(1)의 맞물림 시스템(NG) 및 모터 샤프트(2)의 맞물림 시스템(NW)에서 롤링되게 하는 컨버터(3)의 원형 시프트 동작을 형성하도록 중첩되고, 모터 샤프트를 회전시킨다. 4개의 벤딩 액추에이터를 가진 도 39 및 도 40에 예시된 원통형 로터리 드라이브는 단지 예일 뿐이다. 드라이브 유닛들 또는 벤딩 액추에이터들의 개수 및 단수에 제한은 없다.
전자기 로터리 드라이브 변형예의 모든 디자인은 솔리드-스테이트 액추에이터들 또는 다른 액추에이터들에 의해 제조될 수도 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 드라이브 원리는 비교적 간단한 디자인으로, 작은 공간, 높은 토크, 높은 수준의 위치 정밀도 및 높은 수준의 역학 관계의 높은 변속비를 가진 전기 제어식 로터리 드라이브를 허용한다.
모든 공지된 형태의 전기 및 비-전기 액추에이터가 컨버터용 드라이브 액추에이터로서 적합하다.
컨버터의 기계식 안내를 돕거나 및/또는 컨버터의 강제적인 안내를 초래하는 수단이 본 발명에 따른 모든 유형의 로터리 드라이브에 제공될 수 있으며, 그 결과, 가동 상태마다 맞물림 시스템들이 확실한 결합 상태로 된다. 예컨대, 편심체 또는 연결 링크와 같은 기계식 수단에 더하여, 특히 자기 수단이 이것에 적합하다. 스테이터 수단(P1, PX)이 맞물림 시스템들의 충분한 결합력을 이미 자체적으로 제공하지 못하는 한, 결합력을 증가시키기 위해 추가의 능동 또는 수동 수단, 특히 자석 수단이 존재할 수 있다. 도 41에 도시된 바와 같이, 자석 수단(13, 14)은, 스테이터 수단(P1, PX)에 의해 생성된 맞물림 시스템들의 결합력을 보조하거나 또는 증가시키는 바와 같은 방식으로, 컨버터(3)의 둘레(내측 및/또는 외측)에 배열될 수 있다. 자석 수단은, 예컨대 링 또는 디스크(12)를 갖거나, 또는 상기 링 또는 디스크(12)의 외주에 교대로 배열되는 자극들(13(S극) 및 14(N극))로 구성된다. 컨버터(3)는 적어도 이들 영역에서는, 강자성 재료로 구성되거나, 또는 그러한 재료를 갖는다. 특히, 컨버터(3)에 작용하는 자석 수단의 메인 작용 방향은 모터 샤프트 축선 I-I'에 대하여 방사상으로 된다. 컨버터(3)는 모터 샤프트의 축선 I-I'을 중심으로 텀블링 동작을 수행하고, 그 텀블링 동작 중에, 스테이터 수단으로부터의 컨버터(3)의 최소 거리의 각도 위치가 회전되고, 예컨대 로터리 드라이브의 모터 샤프트가 정지되어 있을 때에도, 로터리 드라이브는 모터 샤프트의 축선 I-I'을 중심으로 주행하거나 및/또는 임의의 각도 위치를 취할 수 있다. 특히, 이러한 이유로, 상기와 같은 자석 수단은 강자성체, 예컨대 컨버터(3) 또는 컨버터(3)의 강자성 구역들로부터 상대적으로 큰 거리인, 도 41의 xmax의 구역에서보다 짧은 거리인, 도 41의 xmin의 구역에서 더욱 큰 힘을 생성하고, 그에 따라 원하는 방식으로 맞물림 시스템들의 결합력을 증가시키기 때문에, 맞물림 시스템들의 결합력을 보조하는 자기 수단으로서는 영구 자석들이 적합하다. 자석 수단은, 예컨대 다수의 방사상으로 배열된 영구 자석들 또는 방사상으로 자화된 재료 도는 전자석들을 가진 디스크 또는 링을 구비할 수 있거나, 또는 그것으로 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 유형의 로터리 드라이브들은, 모터 하우징의 맞물림 시스템(NG)의 치형부의 개수에 대한 컨버터의 제 1 맞물림 시스템(NK1)의 치형부의 개수의 차가 1개이거나, 및/또는 모터 샤프트의 맞물림 시스템(NW)의 치형부의 개수에 대한 컨버터의 제 2 맞물림 시스템(NK2)의 치형부의 개수의 차가 1개인, 맞물림 시스템들을 구비할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 유형의 로터리 드라이브들은 맞물림 시스템들(NK1, NK2, NG 및 NW)에 대하여 사이클로이드 치형 및/또는 나선형 치형을 가질 수 있다.
도 42는 도 3에 예시된 로터리 드라이브의 기본적인 변형예들을 상세도로 도시한다.
도 42에 예시된 변형예들은 각각 제 1 본체(1), 제 2 본체(2) 및 제 3 본체(3)를 구비한다. 본체(1)와 본체(2)는 공통 회전 축선 I-I'에 대하여 동축적으로 배치되어 회전 가능하게 장착된다. 회전 베어링들은 도 42에는 예시되지 않는다. 본체(1)는 맞물림 시스템(NG)을 구비하고, 본체(2)는 맞물림 시스템(NW)을 구비한다. 맞물림 시스템들(NG 및 NW)은 회전 축선 I-I'에 대하여 동축이 된다. 본체(3)는 2개의 맞물림 시스템(NK1, NK2)을 구비하고, 여기서 맞물림 시스템들(NK1, NK2)의 피치원들의 중심점들은 롤링 축선 J-J' 상에 놓인다. 맞물림 시스템(NK1)은 맞물림 시스템(NG)에서 롤링될 수 있고, 맞물림 시스템(NK2)은 맞물림 시스템(NW)에서 롤링될 수 있다. 롤링 축선 J-J'은 회전 축선 I-I'에 대하여 편심률(e)을 갖는다.
회전 축선 I-I'에 수직한 평면에서 본체(3)에 작용하는 힘들을 가할 수 있는 액추에이터들은 명료화를 위해 도 42에는 예시되지 않는다. 회전식으로 시프트 가능한 형태로 본체(3)를 강제로 안내하기 위해 존재할 수 있지만, 시스템에 어떠한 에너지도 입력하지 않는 편심체들은, 마찬가지 이유로 도 42에는 예시되지 않는다.
상기 평면에서 회전 축선 I-I'에 수직하게 작용하며 본체(3)를 회전 축선 I-I'을 중심으로 편심되게 시프트시키는 힘들은 액추에이터들에 의해 본체(3)에 가해질 수 있으며, 상기 본체의 축선 J-J'은 회전 축선 I-I'을 중심으로 편심률(e)을 가진 원형 경로상을 이동한다. 이와 관련해서, 맞물림 시스템(NK1)은 맞물림 시스템(NG)에서 롤링되고, 맞물림 시스템(NK2)은 맞물림 시스템(NW)에서 롤링되며, 그 결과로서, 본체(1)는 본체(2)에 대하여 회전 축선 I-I'을 중심으로 회전하게 된다. 로터리 드라이브의 동력은 본체(1) 및 본체(2)에 대하여 나뉜다.
본체들 중 하나(1 또는 2)가, 예컨대 캐리어 구조체(하우징)에 연결됨으로써 회전 가능하게 고정된 형태로 정지되면, 로터리 드라이브의 동력은 (모터) 샤프트로 되는 다른 본체에 완전하게 출력된다.
본체(1)가 캐리어 구조체에 연결됨에 있어서의 회전 가능하게 고정되는 것으로 가정하면, 이 캐리어 구조체가 하우징(1)으로서 인용되고, 본체(2)가 샤프트(2)로서 인용된다.
제 1 본체의 맞물림 시스템 및 제 3 본체(컨버터)의 제 1 맞물림 시스템으로 형성되는 맞물림 시스템 페어링은 제 1 컨버터 스테이지(변속 스테이지)를 형성한다.
제 2 본체의 맞물림 시스템 및 제 3 본체(컨버터)의 제 2 맞물림 시스템으로 형성되는 맞물림 시스템 페어링은 제 2 컨버터 스테이지(변속 스테이지)를 형성한다.
도 42에 도시된 기본적인 변형예는, 특히 하기의 양태 및 특성을 갖는다:
도 42a: 맞물림 시스템(NK1)은 내부 맞물림 시스템이며, 맞물림 시스템(NK2)은 외부 맞물림 시스템이고: 두 컨버터 스테이지의 회전 속도들이 더해진다. 샤프트(2)의 회전 방향은 컨버터(3)의 시프트의 회전 방향과 동일하다.
도 42b: 맞물림 시스템(NK1)은 외부 맞물림 시스템이며, 맞물림 시스템(NK2)은 내부 맞물림 시스템이고: 두 컨버터 스테이지의 회전 속도들이 더해진다. 샤프트(2)의 회전 방향은 컨버터(3)의 시프트의 회전 방향과 반대이다.
도 42c: 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)은 모두 내부 맞물림 시스템이고: 제 1 컨버터 스테이지의 회전 방향은 전기 여자 패턴의 회전 방향과 동일한 방향으로 되고, 제 2 컨버터 스테이지의 회전 방향은 상기 전기 여자 패턴의 회전 방향과 반대로 된다. 두 컨버터 스테이지의 회전 속도들은 반대로 된다. 샤프트(2)의 최종 회전 방향은 제 1 컨버터 스테이지의 변속비의 제 2 컨버터 스테이지의 변속비에 대한 관계에 의존하고, 컨버터(3)의 시프트의 회전 방향과 동일한 방향뿐만 아니라 그 반대 방향으로 될 수 있다.
도 42d: 맞물림 시스템들(NK1 및 NK2)은 모두 외부 맞물림 시스템이고: 제 1 컨버터 스테이지의 회전 방향은 전기 여자 패턴의 회전 방향과 반대 방향으로 되고, 제 2 컨버터 스테이지의 회전 방향은 상기 전기 여자 패턴의 회전 방향과 동일한 방향으로 된다. 두 컨버터 스테이지의 회전 속도들은 반대로 된다. 샤프트(2)의 최종 회전 방향은 제 1 컨버터 스테이지의 변속비의 제 2 컨버터 스테이지의 변속비에 대한 관계에 의존하고, 그에 따라 컨버터(3)의 시프트의 회전 방향과 동일한 방향뿐만 아니라 그 반대 방향으로 될 수 있다.
도 43은 2개의 샤프트(2, 4)로 동력이 분할되는 로터리 드라이브의 추가의 실시예를 도시한다.
이와 관련해서, 제 1 본체 및 제 2 본체는 캐리어 구조체(1)(하우징)에 회전 가능하게 장착된다. 회전 가능하게 장착된 제 1 본체는 도 43에서 샤프트(4)를 구성한다. 회전 가능하게 장착된 제 2 본체는 도 43에서 샤프트(2)를 구성한다. 두 샤프트는 베어링 수단(8)에 의해 회전 축선 I-I'에 대하여 하우징(1)에 동축적으로 장착된다. 샤프트(4)는 맞물림 시스템(NG)을 구비한다. 샤프트(2)는 맞물림 시스템(NW)을 구비한다. 컨버터(3)는 롤링 축선 J-J'에 대하여 동축적으로 배치되는 2개의 맞물림 시스템(NK1 및 NK2)을 구비한다. 롤링 축선 J-J'은 회전 축선 I-I'에 대하여 편심률(e)을 갖는다. 컨버터(3)의 맞물림 시스템(NK1)은 샤프트(4)의 맞물림 시스템(NG)에서 롤링될 수 있으며, 컨버터(3)의 맞물림 시스템(NK2)은 샤프트(2)의 맞물림 시스템(NW)에서 롤링될 수 있다. 따라서, 전체 컨버터(3)는 편심되게 회전하는 형태로 맞물림 시스템들에서 롤링될 수 있다. 샤프트들의 회전 축선 I-I'에 대한 컨버터의 롤링 축선 J-J'의 편심률은 e이다. 식 (1)이 계속해서 적용될 수 있으며, 여기서 Ω는, 이 경우에는 샤프트(4)에 관한 샤프트(2)의 회전 속도 및 회전 방향을 명시한다.
두 샤프트(2, 4)가 외부의 부하 토크들이 결합될 수 있는 출력 샤프트이면, 도 43에 도시된 로터리 드라이브는 전기로 구동되는 차동장치의 특성을 갖고, 즉 로터리 드라이브의 전기기계 동력은 두 출력 샤프트들간에 분포된다. 예컨대, 샤프트(2)가 하우징(1)에 대하여 고정되어 있으면, 전체 구동력은 샤프트(4)에 전달된다. 반대로, 샤프트(4)가 고정되어 있을 경우에는, 전체 동력이 샤프트(2)에 전달된다. 부하 토크들이 양 샤프트에 작용하면, 로터리 드라이브의 구동력은 양 샤프트간에 분할된다. 두 샤프트에 대하여 동력이 분할되는 원리는 본원에 의해 보호되는 발명에 따른 로터리 드라이브의 모든 디자인 및 변형예에 적용 가능하며, 이를 위해 제 1 본체 및 제 2 본체는 샤프트들로서 회전 가능하게 장착되어 구현된다. 따라서, 상이한 변형예들을 별도로 취급하지 않는다. 그러나, 도 43에 예시된 로터리 드라이브의 경우에는, 샤프트들 중 하나가 (외부에서 구동되는) 입력 샤프트일 수도 있으며, 각각의 다른 샤프트가 출력 샤프트(출력 샤프트)일 수도 있다. 이를 위해, 입력 샤프트는 예컨대 체인, 치형부 벨트와 같은 기계식 변속 수단에 의해, 또는 예컨대 전기 모터, 내연 기관인 임의의 다른 드라이브에 의해, 풍력에 의해, 유압력에 의해 또는 수력에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 구동될 수 있고, 출력 샤프트는, 예컨대 자동차, 압축기 또는 발전기의 캠샤프트인 부하를 구동할 수 있다. 입력 샤프트가 기계식 회전 주파수(ωE)로 회전하면, 전기 회전 주파수(ωel = ωE)로 코일(7.X), 코어(5.X) 및 극편(6.X)을 갖거나 또는 이들로 구성되는 도 43에 예시된 자극들(P1, PX)을 가진 전자석들과 같은 액추에이터들의 위상-동기 작동에 의해, 출력 샤프트에 대한 입력 샤프트의 위상-고정 커플링을 유발시키는 것이 가능하고, 그 동안, 출력 샤프트는 입력 샤프트와 동일한 회전 주파수로 이동한다. 로터리 드라이브의 입력 샤프트의 기계식 동력은, 컨버터(3)를 통한 출력 샤프트에의 입력 샤프트의 포지티브하게 결합하는 연결에 의해 여기서는 출력 샤프트에 전달된다. 입력 샤프트 회전 속도 및/또는 출력 샤프트 회전 속도를 검출하기 위해, 로터리 드라이브는 센서 수단, 예컨대 홀 센서, 인코더 및 전기 평가 및 작동 수단(작동 전자기기 및 동작 제어용 소프트웨어)(도 43에는 예시되지 않음)을 구비할 수 있거나, 또는 위치 정보 및/또는 부하 정보가 액추에이터들의 전기적 변수로부터 추출된다. ωel을 기계식 회전 주파수(ωE)에 대하여 증가 또는 감소시킴으로써, 입력 샤프트와 출력 샤프트간의 포지티브 또는 네거티브 차동 회전 속도를 설정하는 것이 가능하다. 차동 회전 속도는 ωel의 주파수 변조 및/또는 위상 변조를 통해 발생순으로 변경 가능한 형태로 구성될 수 있다. 예컨대, ωel의 주기적인 주파수 변조 및/또는 위상 변조를 통해, ωE의 기계식 위상의 관점에서 입력 샤프트에 대하여 출력 샤프트의 전진 방향 및/또는 지연 방향으로의 주기적인 조정을 수행하는 것이 가능하다. 그러므로, 도 43에 도시된 로터리 드라이브는 이상기의 기능을 수행할 수 있다. 상기와 같은 이상기는, 예컨대, 유입 밸브들 및 유출 밸브들을 특성 선도의 함수로서 제어하기 위해 자동차 내연 기간의 캠샤프트 조정에 사용된다. 특히, 로터리 드라이브의 출력 샤프트의 메인 구동력은 여기서는 입력 샤프트에 의해 이용 가능해지는 반면, 로터리 드라이브는 포지티브 결합을 유지하고 또한 출력 샤프트를 입력 샤프트에 대하여 조정하는데 필요한 동력을 이용 가능하게 만든다. 샤프트들(2, 4)과 컨버터(3) 사이에서 포지티브하게 결합하는 힘의 플럭스를 돕기 위해, 컨버터(3)는 축선 J-J'을 중심으로 한 회전에 대하여 회전되고, 또한 예컨대 편심체를 사용하여 축선 I-I'에 대하여 편심되게 이동될 수 있도록 장착될 수 있다. 편심체는 동반되기 때문에, 편심체에 대하여 필요한 동력은 낮다. 또한, 편심체는, 적절한 질량 분포를 통해, 컨버터의 편심 동작에 의해 야기된 불균형을 보상하도록 기능할 수 있다. 입력 샤프트 및 출력 샤프트는 그들의 기능에 있어서 호환 가능하고, 즉, 도 43의 각각의 샤프트(2, 4)는 입력 샤프트 또는 출력 샤프트로서 기능할 수 있다.
도 44는 로터리 드라이브, 그 기능 요소들 및 그 장치의 사시도를 도시한다. 도 44의 a는 그 중에서도 하우징(1), 샤프트(2) 및 샤프트(2)용 베어링 수단(8)을 가진 조립된 로터리 드라이브를 도시한다. 도 44의 b는 전자석들의 코일 권선(7)들뿐만 아니라 강자성 재료로 제조된 컨버터(3)의 링(3.3)을 가진 스테이터(5)를 도시한다. 도 44의 c는 컨버터(3)가 삽입되어 있는 스테이터(5)의 정면도를, 도 44의 d는 배면도를 도시한다. 도 44의 f에 예시된 바와 같이, 컨버터(3)는 2개의 기어휠(3.1 및 3.2)뿐만 아니라 강자성 링(3.3), 중공 축(3.4)으로 구성될 수 있다. 상기와 같이 구성된 디자인은 컨버터의 제조를 가능하게 하고, 필요조건에 부합하는 재료들이 사용될 수 있다.
이를 위해, 요소들(3.1, 3.2, 3.3, 3.4)은 서로 기계식으로 연결된다. 이렇게 형성되는 컨버터(3)는 도 44의 c를 참조하면, 샤프트 맞물림 시스템(NW)에서 롤링될 수 있는 외부 맞물림 시스템(NK2)을 가진 기어휠(3.2)을 구비한다. 컨버터(3)의 기어휠(3.1)은 도 44의 d를 참조하면, 하우징 맞물림 시스템(NG)에서 롤링될 수 있는 외부 맞물림 시스템(NK1)을 구비한다. 로터리 드라이브의 개개의 부품들로 이루어진 장치는, 특히 도 44의 e의 단면도에서 확인할 수 있다. 스테이터(5), 극편(6)들, 전자석들의 코일 권선(7)들, 중공 축(3.4), 강자성 재료로 이루어진 컨버터의 링(3.3), 샤프트(2) 및 기어휠들(3.1, 3.2)이 부분적으로 시인된다. 도 44의 g에 도시된 바와 같이, 컨버터(3)는 샤프트(2)상에 장착되는 편심체(9)를 통해 안내될 수 있다. 불균형을 보상하기 위해, 편심체(9)는 질량체(16) 및 컷아웃(15)에 의해 형성되는, 그 회전 축선에 대하여 비대칭인 질량 분포를 갖고, 그 결과, 편심체의 중력 중심은 회전 축선에 대하여 컨버터의 중력 중심과 반대로 된다. 편심체(9)는 그 내부면(9.1)이 샤프트(2)상에 회전 가능하게 장착되고, 그 외부면(9.2)이 컨버터(3)의 중공 축(3.4)에 장착된다.
본 발명에 따른 일례의 로터리 드라이브는, 특히:
- 적어도 하나의 맞물림 시스템을 가진 적어도 하나의 모터 샤프트,
- 적어도 하나의 맞물림 시스템을 가진 모터 하우징, 또는 적어도 하나의 맞물림 시스템을 가진 제 2 모터 샤프트를 가지며 맞물림 시스템을 갖지 않는 모터 하우징,
- 모터 샤프트 축선에 대하여 방사상의 방향으로 이동할 수 있고, 서로에 대하여 동심으로 배치되며 모터 하우징 및 모터 샤프트의 맞물림 시스템들에서 롤링될 수 있는 적어도 2개의 맞물림 시스템을 구비하는 요소,
- 모터 샤프트와 모터 하우징 사이에서 편심 회전 동작을 허용하는 가동 요소로 이루어진 장치,
- 가동 요소에 작용하는 기계식 힘을 생성하기 위한 전환형 스테이터 수단,
- 전환형 스테이터 수단을 작동시키기 위한 수단,
- 전환형 스테이터 수단의 전기적 변수들을 검출하기 위한 수단,
- 가동 요소의 위치를 검출하기 위한 수단
을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 드라이브 원리는 비교적 간단한 디자인으로, 작은 공간, 높은 토크, 높은 수준의 위치 정밀도 및 높은 수준의 역학 관계의 높은 변속비를 가진 전기 제어식 로터리 드라이브를 허용한다.
Claims (25)
- 로터리 드라이브로서,
제 1 본체의 맞물림 시스템을 갖고, 상기 맞물림 시스템이 제 1 회전 축선을 중심으로 제 1 원주를 따라 둘레로 뻗는, 제 1 본체,
제 2 본체의 맞물림 시스템을 갖고, 상기 맞물림 시스템이 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 제 2 원주를 따라 둘레로 뻗는, 제 2 본체,
컨버터의 제 1 맞물림 시스템을 갖고, 상기 제 1 맞물림 시스템이 제 2 회전 축선을 중심으로 제 1 거리로 원주를 따라 둘레로 뻗고, 컨버터의 제 2 맞물림 시스템을 또한 갖고, 상기 제 2 맞물림 시스템이 제 2 거리로 원주를 따라 상기 제 1 맞물림 시스템에 대하여 동축적으로 둘레로 뻗는, 컨버터를 구비하고,
상기 제 2 회전 축선은 상기 제 1 회전 축선에 평행하며, 그로부터 이격되고,
서로 평행하지 않은 작용 방향을 가진 적어도 2개의 액추에이터를 또한 구비하고, 그에 따라 상기 컨버터가 각각의 경우에 일 방향으로 시프트될 수 있고,
상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템은 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템과 제 1 결합 구역에서 결합하고,
상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템은 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템과 제 2 결합 구역에서 결합하며, 상기 컨버터는, 상기 제 2 회전 축선이 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 원형 경로를 따라 둘레로 뻗는 바와 같은 방식으로, 각각의 경우에 상기 적어도 2개의 액추에이터에 의해 일 방향으로 시프트될 수 있는
로터리 드라이브.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리와 다른
로터리 드라이브.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 본체의 맞물림 시스템이 내부 맞물림 시스템이며 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템이거나, 또는 상기 제 1 본체의 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템이며 상기 컨버터의 제 1 맞물림 시스템이 내부 맞물림 시스템이고, 및/또는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템이 내부 맞물림 시스템이며 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템이거나, 또는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템이 외부 맞물림 시스템이며 상기 컨버터의 제 2 맞물림 시스템이 내부 맞물림 시스템인
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
캐리어 구조체, 바람직하게는 캐리어 구조체로서 하우징을 구비하고,
상기 적어도 2개의 액추에이터는 상기 캐리어 구조체에 영구적으로 연결되고 및/또는 상기 제 1 또는 제 2 본체가 상기 캐리어 구조체에 영구적으로 연결되고 및/또는 상기 캐리어 구조체의 일부분으로 되는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
캐리어 구조체, 바람직하게는 캐리어 구조체로서 하우징을 구비하고,
상기 적어도 2개의 액추에이터는 상기 캐리어 구조체에 영구적으로 연결되고,
상기 제 1 본체 및 상기 제 2 본체는 상기 액추에이터들에 대하여 회전될 수 있고, 상기 로터리 드라이브는 바람직하게는 이상기(phase shifter)인
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 경우에, 상기 제 1 본체 및/또는 상기 제 2 본체에 샤프트가 연결되거나, 상기 제 1 및/또는 제 2 본체는 각각 샤프트의 일부분으로 되는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 액추에이터의 작용의 결과로서, 상기 컨버터는 각각의 경우에 대응하는 액추에이터가 작용하는 방향으로만, 바람직하게는 대응하는 액추에이터의 방향으로 및/또는 대응하는 액추에이터에서 멀어지는 방향으로 이동될 수 있는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 회전 축선에 대하여 방사상의 방향으로의 상기 컨버터 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링의 이동과, 그에 의해 상기 제 1 본체의 및/또는 상기 제 2 본체의 맞물림 시스템이 상기 컨버터의 대응하는 맞물림 시스템으로부터 분리되게 되는 것을 막도록 상기 제 1 회전 축선 둘레로 뻗어서 배치될 수 있는 적어도 하나의 편심체를 구비하는
로터리 드라이브.
- 제 8 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 및/또는 제 2 결합 구역에 대하여 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 상기 제 1 회전 축선에 관하여 방사상으로 배치되는 구역에서, 상기 편심체는 외측 둘레로 뻗는 접촉 구역을 갖고 내측 둘레로 뻗는 상기 컨버터의 접촉 구역과 접촉하거나,
또는, 적어도 상기 제 1 및/또는 제 2 결합 구역에 대하여 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 상기 제 1 회전 축선에 관하여 방사상으로 배치되는 구역에서, 상기 편심체는 내측 둘레로 뻗는 접촉 구역을 갖고 외측 둘레로 뻗는 상기 컨버터의 접촉 구역과 접촉하는
로터리 드라이브.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 편심체는, 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 장착되며, 상기 제 1 결합 구역의 방향 또는 상기 제 1 결합 구역으로부터 멀어지는 방향으로 및/또는 상기 제 2 결합 구역의 방향 또는 상기 제 2 결합 구역으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 회전 축선에 관하여 방사상으로 상기 제 1 회전 축선에 대하여 대칭 축선이 오프셋되어 있는 플레이트, 바람직하게는 디스크, 링 또는 실린더인
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
그 중력 중심이 상기 제 1 회전 축선에 관하여 상기 컨버터의 위치마다 상기 컨버터의 중력 중심과 방사상으로 반대 방향으로 되거나 또는 상기 컨버터의 중력 중심과 방사상으로 동일 방향으로 되도록 배치되는 적어도 하나의 균형 질량체를 구비하는
로터리 드라이브.
- 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편심체의 중력 중심은 상기 제 1 회전 축선에 관하여 상기 컨버터의 위치마다 상기 컨버터의 중력 중심과 방사상으로 반대 방향에 놓이거나 또는 상기 컨버터의 중력 중심과 동일 방향에 놓이는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터들은 각각 상기 컨버터에 직접적으로 힘을 가하는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터들은 각각 상기 제 2 회전 축선상에 놓이는 축에, 또는 상기 제 2 회전 축선상에 놓이며 그 위에 상기 컨버터가 회전 가능하게 장착되는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 힘을 가하고, 상기 액추에이터들은 바람직하게는 상기 축에 또는 상기 로터리 베어링에 영구적으로 연결되는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터들은 각각 정밀하게 일 방향으로 선형의 힘이 생기게 할 수 있는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터들은 전기 제어식 솔리드-스테이트 액추에이터, 압전형 액추에이터, 자기-왜곡형 액추에이터, 유전형 액추에이터, 전기-활성 폴리머 액추에이터(EAP), 자기-탄성 액추에이터, 전자기 액추에이터, 전기-역학 액추에이터 전자석, 정전형 액추에이터, 정전형 코움 액추에이터, 솔리드-스테이트 액추에이터, 바이메탈 액추에이터 및/또는 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 코어를 가진 액추에이터인
로터리 드라이브.
- 컨버터가 강자성 재료를 갖거나, 또는 적어도 부분적으로 상기와 같은 재료로 구성되는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나가 다른 하나에 결합되는 적어도 2개의 상기 맞물림 시스템은 사이클로이드 치형부 페어링 및/또는 나선형 치형부 페어링을 형성하는
로터리 드라이브.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 로터리 드라이브를 가동하는 방법으로서,
상기 액추에이터들은 상기 제 1 회전 축선을 중심으로 회전하고 상기 컨버터 및/또는 상기 컨버터의 로터리 베어링에 작용하는 힘이 생기게 하는 방식으로 회전하도록 작동 및/또는 여자되는
방법.
- 제 19 항에 있어서,
각각의 경우에, 상기 컨버터 및/또는 상기 로터리 베어링에는 상기 액추에이터들에 의해 인력 및/또는 척력이 가해지는
방법.
- 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
각각의 경우에 주어진 시간에, 정밀하게 하나의 액추에이터가 활성화되거나 및/또는 복수의 액추에이터가 전부 활성화되거나 및/또는 복수의 액추에이터가 위상-오프셋 형태로 활성화되는
방법.
- 제 21 항에 있어서,
각각의 경우에 주어진 시점에, 정밀하게 하나의 액추에이터가 여자되거나, 또는 상기 액추에이터들은 사인파형의 전류 프로파일로 여자되고, 바람직하게는 상기 로터리 드라이브는 평면에 대하여 상기 회전 축선에 수직하게 및 상기 회전 축선에 대하여 대칭으로 배치되는 적어도 3개의 액추에이터를 구비하고, 인접하는 액추에이터들은 바람직하게는 인접하는 위상들의 전류로 여자되고, 2개의 인접하는 위상간의 위상차는 360°를 액추에이터의 개수로 나눈 값인
방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 로터리 드라이브에서 부하 토크를 검출하는 방법으로서,
상기 액추에이터들의 전류, 전압 및/또는 전하의 진폭 및/또는 전기 변수들간의 위상 관계가 전자 평가 수단에 의해 및/또는 상기 액추에이터들의 전기 인덕턴스, 전기 커패시턴스 및/또는 전기 저항을 평가함으로써 검출됨에 있어서, 부하 토크는 상기 제 1 본체와 캐리어 구조체 사이 및/또는 상기 제 2 본체와 상기 캐리어 구조체 사이 및/또는 상기 제 1 본체와 상기 제 2 본체 사이에서 결정되는
방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 로터리 드라이브의 회전 속도 및/또는 위치 및/또는 자세를 검출하는 방법으로서,
전자 평가 수단에 의해 및/또는 상기 액추에이터들의 전기 인덕턴스, 전기 커패시턴스 및/또는 전기 저항을 평가하는 것에 의해 상기 액추에이터들의 전류, 전압 및/또는 전하의 진폭 및/또는 전기 변수들간의 위상 관계를 평가함으로써, 상기 회전 속도 및/또는 상기 위치 및/또는 상기 자세가 상기 컨버터의 경우에는 캐리어 구조체에 대하여 검출되고, 및/또는 상기 제 1 본체의 및/또는 상기 제 2 본체의 경우에는 상기 캐리어 구조체에 대하여 검출되고, 및/또는 상기 본체들의 경우에는 서로에 대하여 검출되는
방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 로터리 드라이브의 회전 속도 및/또는 위치 및/또는 부하 토크를 검출하는 방법으로서,
상기 회전 속도 및/또는 위치 및/또는 자세 및/또는 부하 토크를, 상기 컨버터의 경우에는 캐리어 구조체에 대하여 검출하고, 및/또는 상기 제 1 본체의 및/또는 상기 제 2 본체의 경우에는 상기 캐리어 구조체에 대하여 검출하고, 및/또는 상기 본체들의 경우에는 서로에 대하여 검출하는 센서들을 구비하는
방법.
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