JP7026045B2 - 永久磁石応用電動機 - Google Patents
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Description
本発明は、互いに異なる永久磁石の相互間に作用する引力および斥力、そして、永久磁石と電磁石の相互間に作用する斥力または引力を利用する永久磁石応用電動機に関し、より詳細には、永久磁石からなる固定子および回転子の相互間に作用する斥力および引力により回転子に回転力が提供され、回転子に連結された遊星歯車と遊星歯車に噛み合う中心歯車、そして、遊星歯車と連動する構造物により回転子のＮ極とＳ極の位置が物理的に転換され、永久磁石の相互間の斥力と引力が均衡をなして回転子に回転力が提供されない膠着点では、永久磁石と電磁石の相互間の斥力または引力を利用して回転子の回転状態を維持し、回転力のほとんどは、永久磁石の磁力から獲得するので、電力消耗を最小限に減らすことができる永久磁石応用電動機に関する。
一般に、電動機とは、電流が磁場の中で受ける力を利用して電気エネルギーを力学的エネルギーに変える装置であって、主にモータのことをいう。
電動機は、産業生産の基本設備であって広範囲に使用されているが、電力消費量が非常に大きいので、電力消耗を減らして最大の効果を奏することができる電動機が要求されている実情である。
このような問題を解決するための電力消費の減少および／または効率性を増大させる電動機に関する発明としては、大韓民国公開特許公報第１９９５－０００７８６５号の「磁力回転装置」および大韓民国公開特許公報第１０－２０１０－００４９７２１号の「電磁石モータ」、大韓民国公開特許公報第１０－２０１１－０１０８６０２号の「円形永久磁石と磁界遮蔽板を用いた永久磁石モータ」および大韓民国公開特許公報第１０－２０１３－０１４１２１０号の「コギングトルクを低減した電動機用永久磁石およびそれを採用した電動機」が提案され、公開されている。
前記大韓民国公開特許公報第１９９５－０００７８６５号の「磁力回転装置」には、永久磁石から回転エネルギーが効率的に得られ、電磁石に供給される電流は可能な限り最小化させることができる装置が提案され、前記大韓民国公開特許公報第１０－２０１０－００４９７２１号の「電磁石モータ」には、電磁石部に電源印加時、電磁石部と磁性体との間の磁束損失を最小化して電磁石モータの効率性を増加させることができる装置が提案されている。
また、前記大韓民国公開特許公報第１０－２０１１－０１０８６０２号の「円形永久磁石と磁界遮蔽板を用いた永久磁石モータ」には、孔が形成された磁界遮蔽板の孔を通して露出する固定式円形永久磁石の磁力と回転式永久磁石の磁力との間の斥力または引力を利用して動力を得る装置が提案され、前記大韓民国公開特許公報第１０－２０１３－０１４１２１０号の「コギングトルクを低減した電動機用永久磁石およびそれを採用した電動機」には、電動機の出力トルクを低下しなくても電動機の駆動時に発生するコギングトルクを大きく減少させることができる装置が提案されている。
しかし、前記のような従来の技術は、電動機の効率性を向上させることはできるが、電流の持続的な供給が必要であって電力消耗量は依然として維持される問題、磁石の相互間の磁力線が重なるようになって互いに異なる極同士の磁力が相殺される問題、膠着点による磁力線の反作用と摩擦力のため電動機の持続的な駆動が難しいか、または効率性に劣る問題が発生した。
膠着点とは、公転運動すると同時に自転運動する回転子が固定子の近日点に達したとき、回転子のＮ極とＳ極の境界部分が固定子と向かい合うようになって回転子と固定子の相互間に引力または斥力が発生しない位置をいう。
より詳細には、回転子のＮ極およびＳ極の磁力線が固定子の磁力線と立体的に作用し、前記回転子と前記固定子の相互間に引力および斥力が作用しない膠着状態をいう。
このような問題は、従来の永久磁石を利用する電動機でも普遍的に発生する問題であって、明確な解決策がなく、電動機の効率が低下することを甘受しなければならなかった。
従って、電力の消耗が最小化され、動力発生量は最大化させることができ、永久磁石だけで構成される電動機の短所である膠着点を克服できる永久磁石応用電動機が要求される実情である。
電動機は、産業生産の基本設備であって広範囲に使用されているが、電力消費量が非常に大きいので、電力消耗を減らして最大の効果を奏することができる電動機が要求されている実情である。
このような問題を解決するための電力消費の減少および／または効率性を増大させる電動機に関する発明としては、大韓民国公開特許公報第１９９５－０００７８６５号の「磁力回転装置」および大韓民国公開特許公報第１０－２０１０－００４９７２１号の「電磁石モータ」、大韓民国公開特許公報第１０－２０１１－０１０８６０２号の「円形永久磁石と磁界遮蔽板を用いた永久磁石モータ」および大韓民国公開特許公報第１０－２０１３－０１４１２１０号の「コギングトルクを低減した電動機用永久磁石およびそれを採用した電動機」が提案され、公開されている。
前記大韓民国公開特許公報第１９９５－０００７８６５号の「磁力回転装置」には、永久磁石から回転エネルギーが効率的に得られ、電磁石に供給される電流は可能な限り最小化させることができる装置が提案され、前記大韓民国公開特許公報第１０－２０１０－００４９７２１号の「電磁石モータ」には、電磁石部に電源印加時、電磁石部と磁性体との間の磁束損失を最小化して電磁石モータの効率性を増加させることができる装置が提案されている。
また、前記大韓民国公開特許公報第１０－２０１１－０１０８６０２号の「円形永久磁石と磁界遮蔽板を用いた永久磁石モータ」には、孔が形成された磁界遮蔽板の孔を通して露出する固定式円形永久磁石の磁力と回転式永久磁石の磁力との間の斥力または引力を利用して動力を得る装置が提案され、前記大韓民国公開特許公報第１０－２０１３－０１４１２１０号の「コギングトルクを低減した電動機用永久磁石およびそれを採用した電動機」には、電動機の出力トルクを低下しなくても電動機の駆動時に発生するコギングトルクを大きく減少させることができる装置が提案されている。
しかし、前記のような従来の技術は、電動機の効率性を向上させることはできるが、電流の持続的な供給が必要であって電力消耗量は依然として維持される問題、磁石の相互間の磁力線が重なるようになって互いに異なる極同士の磁力が相殺される問題、膠着点による磁力線の反作用と摩擦力のため電動機の持続的な駆動が難しいか、または効率性に劣る問題が発生した。
膠着点とは、公転運動すると同時に自転運動する回転子が固定子の近日点に達したとき、回転子のＮ極とＳ極の境界部分が固定子と向かい合うようになって回転子と固定子の相互間に引力または斥力が発生しない位置をいう。
より詳細には、回転子のＮ極およびＳ極の磁力線が固定子の磁力線と立体的に作用し、前記回転子と前記固定子の相互間に引力および斥力が作用しない膠着状態をいう。
このような問題は、従来の永久磁石を利用する電動機でも普遍的に発生する問題であって、明確な解決策がなく、電動機の効率が低下することを甘受しなければならなかった。
従って、電力の消耗が最小化され、動力発生量は最大化させることができ、永久磁石だけで構成される電動機の短所である膠着点を克服できる永久磁石応用電動機が要求される実情である。
本発明による永久磁石応用電動機は、前記のような従来の技術の問題点を解決するために提案された技術であって、
通常の電動機は、回転子を包んでいるコイルに持続的に電流を供給しなければならず、多くの電力が消耗される問題が発生し；
電力消耗を減らしながらも優れた効率性を有する電動機が必要な問題が発生し；
永久磁石だけを利用して固定子および回転子を構成する電動機は、永久磁石の相互間の斥力と引力が均衡をなす膠着点を克服する手段がなく、回転子の持続的な回転が不可能な問題が発生したため、これに対する解決策を提示することをその目的とする。
通常の電動機は、回転子を包んでいるコイルに持続的に電流を供給しなければならず、多くの電力が消耗される問題が発生し；
電力消耗を減らしながらも優れた効率性を有する電動機が必要な問題が発生し；
永久磁石だけを利用して固定子および回転子を構成する電動機は、永久磁石の相互間の斥力と引力が均衡をなす膠着点を克服する手段がなく、回転子の持続的な回転が不可能な問題が発生したため、これに対する解決策を提示することをその目的とする。
本発明による永久磁石応用電動機は、前記のような目的を実現するために、
一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板および第２回転板；前記第１回転板の中心部と前記第２回転板の中心部を貫通する回転軸；前記第１回転板と前記第２回転板との間で前記回転軸を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸を構成要素とする複数個の回転子；複数個の前記回転子それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車；前記回転軸の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車全部と噛み合う中心歯車；前記回転軸の両末端とそれぞれ連結される第１支持台と第２支持台とで構成される回転板支持部；前記回転軸を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子が備えられる第３支持台および前記第１固定子と同一の第２固定子が備えられる第４支持台で構成される固定子支持部；前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ；前記固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部；を含んで構成されることを特徴とする遊星歯車と電磁石を利用する永久磁石応用電動機を提示する。
一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板および第２回転板；前記第１回転板の中心部と前記第２回転板の中心部を貫通する回転軸；前記第１回転板と前記第２回転板との間で前記回転軸を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸を構成要素とする複数個の回転子；複数個の前記回転子それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車；前記回転軸の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車全部と噛み合う中心歯車；前記回転軸の両末端とそれぞれ連結される第１支持台と第２支持台とで構成される回転板支持部；前記回転軸を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子が備えられる第３支持台および前記第１固定子と同一の第２固定子が備えられる第４支持台で構成される固定子支持部；前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ；前記固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部；を含んで構成されることを特徴とする遊星歯車と電磁石を利用する永久磁石応用電動機を提示する。
本発明による永久磁石応用電動機は、
回転子が膠着点に達したとき、感知センサまたは接触式回転板に回転子の位置が感知されれば、電磁石部に電流が一時的に供給されて瞬間的に回転子を押し出す斥力を発生させるか、または電磁石部の位置によって瞬間的に回転子を引き付ける引力を発生させ、回転子が膠着点を克服して持続的な回転ができる効果を得ることができ；
一時的にのみ電流の供給が中断され、持続的な電流の供給が必要な通常の電動機とは異なり、回転子が膠着点に達した時にのみ電磁石に一時的に電流が供給されるので、電力の消耗が最小化される効果を得ることができ；
回転力のほとんどを希土類が含まれた永久磁石の相互間の強力な磁力で獲得するので、大量の電力消耗がなくても強い回転力が得られる効果を得ることができ、効率的な電動機の具現が可能である。
回転子が膠着点に達したとき、感知センサまたは接触式回転板に回転子の位置が感知されれば、電磁石部に電流が一時的に供給されて瞬間的に回転子を押し出す斥力を発生させるか、または電磁石部の位置によって瞬間的に回転子を引き付ける引力を発生させ、回転子が膠着点を克服して持続的な回転ができる効果を得ることができ；
一時的にのみ電流の供給が中断され、持続的な電流の供給が必要な通常の電動機とは異なり、回転子が膠着点に達した時にのみ電磁石に一時的に電流が供給されるので、電力の消耗が最小化される効果を得ることができ；
回転力のほとんどを希土類が含まれた永久磁石の相互間の強力な磁力で獲得するので、大量の電力消耗がなくても強い回転力が得られる効果を得ることができ、効率的な電動機の具現が可能である。
本発明は、互いに異なる永久磁石の相互間に作用する斥力および引力、そして、永久磁石と電磁石の相互間に作用する斥力または引力を利用する永久磁石応用電動機に関し、
一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板１１０および第２回転板１１１；前記第１回転板１１０の中心部と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する回転軸１２０；前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１との間で前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸１４１を構成要素とする複数個の回転子１４０；複数個の前記回転子１４０それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車１０１；前記回転軸１２０の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車１０１全部と噛み合う中心歯車１００；前記回転軸１２０の両末端とそれぞれ連結される第１支持台１５０と第２支持台１５１とで構成される回転板支持部；前記回転軸１２０を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子１３０が備えられる第３支持台１５２および前記第１固定子１３０と同一の第２固定子１３１が備えられる第４支持台１５３で構成される固定子支持部；前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ１６０；前記固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部１７０；を含んで構成されることを特徴とする遊星歯車と電磁石を利用する永久磁石応用電動機に関する。
以下においては、添付の図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
先ず、本発明による永久磁石応用電動機は、一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板１１０および第２回転板１１１を一構成要素とする。
前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１は、本発明による永久磁石応用電動機が永久磁石の相互間の斥力と引力を回転力に転換するために回転子１４０を公転運動させ、公転運動と同時に自転運動する前記回転子のＮ極とＳ極の位置を物理的に転換するために必要な構成要素であって、前記貫通孔は、以下において説明される回転軸１２０を支持するために形成される構成要素であり、前記挿入溝は、下記回転子１４０を支持するために形成される構成要素である。
即ち、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１は、一般的な遊星歯車装置での「リンクアーム」の役割を果たす構成である。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記第１回転板１１０の中心部と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する回転軸１２０を一構成要素とする。
前記回転軸１２０は、本発明による永久磁石応用電動機が永久磁石の相互間の引力と斥力を回転力に転換するための回転運動を遂行するために必要な構成要素であって、前記貫通孔に挿入される方式で前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１を貫通する。
このとき、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１の間には、本発明による永久磁石応用電動機の構成要素が位置しなければならないので、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１は、前記回転軸１２０を基準として離隔されなければならない。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１との間で前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸１４１を構成要素とする複数個の回転子１４０を一構成要素とする。
前記永久磁石は、一端と他端を貫通する中空が形成される円筒状であり、前記中空を基準として同じ体積を有する両側に区分され、一側は、Ｎ極の性質を有し、他側は、Ｓ極の性質を有する形態であってよい。
一般に、電動機には回転子に永久磁石を使用するが、このような回転子は、永久磁石を配置する模様と方法によって表面磁石型、埋込磁石型の２種類に分けられる。
本発明による永久磁石応用電動機の回転子は、このような表面磁石型と埋込磁石型のいずれを用いても構わない。
複数個の前記回転子１４０が前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔になるように前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１の間に配置されれば、複数個の前記回転子１４０は、公転運動時に円形をなして前記回転軸１２０を囲む形態を有するようになる。
複数個の前記回転子１４０が前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１の間に配置される方式は、前記回転子１４０を構成する前記永久磁石を貫通する前記貫通軸１４１の両末端がそれぞれ前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１にそれぞれ形成された前記挿入溝に挿入される方式であって、前記貫通軸１４１は、前記永久磁石よりも長い長さを有して初めて前記永久磁石を貫通し、両末端が前記挿入溝にそれぞれ挿入され得る。
前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１には、前記挿入溝の代わりに挿入孔が形成され得、この時は、前記貫通軸１４１は、前記挿入孔を貫通するか、または前記挿入孔に差し込まれ得る。
前記回転子１４０は、１～１０個が備えられ得る。
一つの前記回転子１４０で本発明による永久磁石応用電動機を構成した後、前記回転子１４０を公転運動させれば、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１に重心不均衡による激しい振動が発生するようになる。
前記のような問題を解決するためには、重心を合わせるために前記回転子１４０と同一の重さを持つ別途の取付物が備えられなければならず、それは効率的ではないので、前記回転子１４０は、２つ以上が備えられることが好ましい。
上とは逆に、１０個以上の前記回転子１４０で本発明による永久磁石応用電動機を構成するようになれば、構造が複雑になり、前記回転子１４０と同一の個数が備えられる以下において説明される複数個の遊星歯車１０１と以下において説明される中心歯車１００の相互間の摩擦力の増加によって回転力が減り、電動機の効率性が低下し得る。
従って、本発明による永久磁石応用電動機を構成する前記回転子１４０は、１～１０個、好ましくは２～９個が備えられることが最も好ましい。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、複数個の前記回転子１４０それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車１０１を一構成要素とする。
前記回転子１４０は、２～９個が備えられるので、前記遊星歯車１０１は、前記回転子１４０と同一の個数である２～９個が備えられ得るが、理想的には、前記回転子１４０と前記遊星歯車１０１はいずれも２～６個が備えられることが好ましい。
複数個の前記回転子１４０それぞれに複数個の前記遊星歯車１０１が連結される方式は、前記回転子１４０を構成する前記貫通軸１４１が前記遊星歯車１０１の中心部を貫通する方式であってよい。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転軸１２０の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車１０１全部と噛み合う中心歯車１００を一構成要素とする。
複数個の前記遊星歯車１０１は、前記中心歯車１００を中心として前記中心歯車１００を囲む配置を有する。
複数個の前記遊星歯車１０１それぞれは、前記中心歯車１００と噛み合うようになるので、前記第１固定子１３０および第２固定子１３１と前記回転子１４０の相互間の斥力および引力により前記回転子１４０が前記中心歯車１００を中心とする公転運動と自転運動をするようになれば、複数個の前記回転子１４０に連結された複数個の前記遊星歯車１０１それぞれに形成された複数個のギヤが前記中心歯車１００に形成された複数個のギヤと噛み合って回転する。
複数個の前記遊星歯車１０１は、自転運動をすると同時に前記中心歯車１００を中心とする公転運動をするようになるが、前記中心歯車１００は、動かずに固定されている。
このとき、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００が同じ大きさで形成されれば、相互間に同じ歯車比を有するようになり、前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は、１：２となる。
即ち、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００が同じ大きさで形成されれば、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００は、相互間の歯車比が１：１となり、
前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は１：２となって、前記遊星歯車１０１が１回転の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は、２回転の自転運動をするようになる。
また、前記遊星歯車１０１が前記中心歯車１００より小さな歯車比を有するように形成されれば、さらなる固定子および電磁石部が前記固定子１３０および前記電磁石部１７０と異なる位置にさらに備えられ得る。
即ち、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００の歯車比が２：１である場合、前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は１：４となって、前記遊星歯車１０１が１回転の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は４回転の自転運動をするようになるので、前記回転子１４０の回転力と回転速度を上げるためには、固定子および電磁石部がさらに備えられることが好ましい。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転軸１２０の両末端とそれぞれ連結される第１支持台１５０と第２支持台１５１とで構成される回転板支持部を一構成要素とする。
前記第１支持台１５０と前記第２支持台１５１は、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１が底面と接触することなく円滑に回転可能であるように、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する前記回転軸１２０の高さを底面から一定に維持するために必要な構成である。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転軸１２０を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子１３０が備えられる第３支持台１５２および前記第１固定子１３０と同一の第２固定子１３１が備えられる第４支持台１５３で構成される固定子支持部を一構成要素とする。
前記第３支持台１５２に備えられる前記第１固定子１３０は、前記第４支持台１５３に備えられる前記第２固定子１３１に向かってＮ極またはＳ極が配置され、前記第２固定子１３０は、前記第１固定子１３０に向かって前記第１固定子１３０と反対になる極が配置される。
前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１は、前記回転子１４０と同一の形態を有してよいが、他の形態で構成されても構わない。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ１６０を一構成要素とする。
前記膠着点感知センサ１６０は、光センサまたは磁気センサであることを特徴とする。
また、前記膠着点感知センサの代わりにカム運動する接触式スイッチが備えられてもよい。
即ち、本発明による永久磁石応用電動機は、膠着点を感知する方法において、光センサの代わりに、回転板に銅板を備えた後、カム運動を応用して前記回転子との接触で駆動する接触式スイッチを使用することができるが、このような場合は、速度調節が不要な定速用電動機に応用が可能である。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部１７０を一構成要素とする。
前記電磁石部は、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の中段部にそれぞれ位置することを特徴とする、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１を構成する永久磁石に直接コイルが巻かれて形成された電磁石であるか、または別に備えられる電磁石であることを特徴とする。
即ち、前記電磁石部１７０は、永久磁石にコイルが巻かれた形態だけでなく、一般的に用いられる電磁石のうちいかなる形態を使用しても構わない。
前記電磁石部１７０は、前記回転子１４０が前記膠着点感知センサ１６０の測定範囲内に進入すれば、前記膠着点感知センサ１６０の反応により電源が供給され、前記回転子１４０が前記膠着点感知センサ１６０の測定範囲を離脱すれば、電源供給が中断される。
以下においては、添付の図面を参照して、本発明による永久磁石応用電動機をさらに詳細に説明する。
図１は、通常の電動機の作動原理を示す例示図である。
図１に示されたように、通常の電動機は、コイル電磁石である回転子１４０を基準として両側にそれぞれ永久磁石である第１固定子１３０および第２固定子１３１が備えられ、前記第１固定子１３０のＳ極と前記回転子１４０のＮ極の相互間の引力および前記第２固定子１３１のＮ極と前記回転子１４０のＳ極の相互間の引力、そして、前記第２固定子１３１のＮ極と前記回転子１４０のＮ極の相互間の斥力および前記第１固定子１３０のＳ極と前記回転子１４０のＳ極の相互間の斥力で前記回転子１４０が回転力を得る方式である。
このとき、前記第１固定子１３０のＳ極と前記回転子１４０のＮ極の相互間の引力および前記第２固定子１３１のＮ極と前記回転子１４０のＳ極の相互間の引力が最大値に達する箇所では引力だけが作用するようになり、前記回転子１４０が回転力を得ることができなくなるので、直ちにコイルに供給されていた電流を一時的に遮断させて前記回転子１４０の磁石としての性質をなくすと、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１と前記回転子１４０の相互間の引力は除去され、慣性力により前記回転子１４０は回転し続けることとなる。
以後、再びコイルに電流を供給すれば、整流子により極性が変わって、また前記回転子１４０および前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の相互間の斥力と引力による回転力を発生させる原理である。
図２（ａ）は、本発明による永久磁石応用電動機の外部斜視図であり、図２（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の平面図である。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板１１０および第２回転板１１１と、前記第１回転板１１０の中心部と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する回転軸１２０と、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１との間で前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と永久磁石を貫通する貫通軸１４１を構成要素とする複数個の回転子１４０と、複数個の前記回転子１４０それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車１０１と、前記回転軸１２０の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車１０１全部と噛み合う中心歯車１００とを含んで構成されることを特徴とする。
また、前記回転軸１２０の両末端とそれぞれ連結される第１支持台１５０と第２支持台１５１とで構成される回転板支持部と、前記回転軸１２０を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子１３０が備えられる第３支持台１５２および前記第１固定子１３０と同一の第２固定子１３１が備えられる第４支持台１５３で構成される固定子支持部と、回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ１６０と、固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部１７０とを含んで構成されることを特徴とする。
図３は、本発明による永久磁石応用電動機の回路図である。
機械式で電磁石を瞬間的に駆動させるためには、定速度稼働だけが可能になるが、光センサを使う電子式では、電子回路を利用して電磁石作動のタイミングを調節し、結果的には回転速度を調節できる。
また、起動をする時にも、起動専用電磁石や電磁石に順次に電流を送って回転子を起動させる役割を光センサ制御電子回路を通して具現可能である。
図４は、本発明による永久磁石応用電動機の始動の様子を示す例示図である。
回転子１４０が２つで構成され、電磁石部１７０も２つである場合は、本発明による永久磁石応用電動機を始動することが容易でないので、別途の始動用コイルが必要となる。
前記回転子１４０が３つ以上で構成される場合は、前記電磁石部１７０も３つ以上が配置されるので、始動時に前記電磁石部１７０の回転方向に沿って順次に電流を流すと、永久磁石が取り付けられた前記回転子１４０は、斥力と引力により回転し始める。
前記回転子１４０が２つで構成される場合は、配置の角度から見て起動用電磁石が別に必要となる。
図５は、本発明による永久磁石応用電動機を構成する固定子および回転子の様々な様子を示す例示図である。
図５に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機を構成する第１固定子１３０および第２固定子１３１、そして回転子１４０は、円筒状、フラットな形態、表面磁石型、埋込磁石型等、様々な形態で構成され得る。
図６（ａ）乃至図６（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の作動原理を示す例示図である。
図６（ａ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、回転子は電磁石で構成され、固定子は永久磁石で構成される通常の電動機とは異なり、回転子１４０と原点固定子１３０および中間点固定子１３１がいずれも永久磁石で構成されることを特徴とする。
通常の電動機は、回転子がその場で回転する自転運動だけをするようになり、回転子のＮ極と固定子のＳ極、回転子のＳ極と固定子のＮ極が互いに向かい合って位置する膠着点が存在する。
このような問題を解決するために、本発明による永久磁石応用電動機は、前記遊星歯車１０１を利用して膠着状態の力を最小化する。
また、図６（ｂ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転子１４０が前記膠着点に達することを認知する膠着点感知センサを備え、前記膠着点感知センサに前記回転子１４０が感知されれば、電磁石部１７０に一時的に電流を供給する。
前記電磁石部１７０が電磁石である場合、膠着点に達した前記回転子１４０は、前記電磁石部１７０との相互間に発生する斥力により回転するようになって膠着点が克服される。
前記電磁石部の配置によって引力を利用することもできるが、前記回転子１４０の回転方向と同一の方向に作用する斥力を利用することが回転力を維持するのにさらに有利である。
図７（ａ）乃至図７（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の回転子と遊星歯車の物理的な極転換の様子を示す例示図である。
図７（ａ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、複数個の遊星歯車１０１、複数個の前記遊星歯車１０１それぞれに噛み合う中心歯車１００、そして、前記遊星歯車１０１と連動する第１回転板１１０を構成要素とする。
前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００が同じ大きさで形成されて相互間に同じ歯車比を有する場合、前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は１：２となって、前記遊星歯車１０１が１回転の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は２回転の自転運動をするようになる。
それゆえ、前記遊星歯車１０１が公転運動すると同時に自転運動を遂行して初期位置で９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は１８０゜の自転運動をする。
以後、前記遊星歯車１０１が再び公転運動すると同時に自転運動を遂行して９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は公転運動と同一の方向に１８０゜の自転運動をするようになるので、初期位置と比較して、図７（ｂ）に示されたように、前記遊星歯車１０１は、１８０゜の公転運動と３６０゜の自転運動をした状態を有するようになる。
以後、前記遊星歯車１０１が再び公転運動すると同時に自転運動を遂行して９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は公転運動と同一の方向に１８０゜の自転運動をするようになるので、初期位置と比較して、前記遊星歯車１０１は、２７０゜の公転運動と５４０゜の自転運動をした状態を有するようになる。
以後、前記遊星歯車１０１が再び公転運動すると同時に自転運動を遂行して９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は公転運動と同一の方向に１８０゜の自転運動をするようになるので、初期位置と比較して、前記遊星歯車１０１は、３６０゜の公転運動と７２０゜の自転運動をした状態を有するようになり、初期位置と同一の位置を有するようになる。
このとき、前記遊星歯車１０１に連結された前記回転子１４０は、前記遊星歯車１０１と同一に回転するので、初期位置で配列されていた極の方向がそのまま維持された状態である。
前記のような原理で、従来の電動機で電磁石で構成される回転子に持続的に供給される電流の極性を変える整流子の役割を、前記遊星歯車１０１を利用して永久磁石だけでも物理的に具現することができる。
図８（ａ）乃至図８（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の様々な実施形態を示す例示図である。
図８（ａ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、３つの回転子１４０と３つの遊星歯車１０１とで構成され得る。
３つの回転子１４０と３つの遊星歯車１０１とで構成された本発明による永久磁石応用電動機を駆動して前記回転子１４０が第１固定子１３０および第２固定子１３１との近日点である膠着点に交互に達するようになれば、第３支持台１５２および第４支持台１５３にそれぞれ備えられる電磁石部１７０に電流が流れることとなる。
このとき、前記第３支持台１５２および前記第４支持台１５３にそれぞれ備えられる前記電磁石部１７０は、前記回転子１４０に斥力または引力を提供して前記回転子１４０を回転させる。
図８（ａ）における前記電磁石部１７０は、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の中段にそれぞれ備えられ、側方向からは見られないので、図示していない。
図８（ｂ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、４個の回転子１４０と４個の遊星歯車とで構成され得る。
４個の回転子１４０と４個の遊星歯車とで構成された本発明による永久磁石応用電動機を駆動して前記回転子１４０が前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１との近日点である膠着点にそれぞれ達するようになれば、第３支持台１５２および第４支持台１５３にそれぞれ備えられる前記電磁石部１７０に電流が流れることとなる。
このとき、前記第３支持台１５２および前記第４支持台１５３に備えられる前記電磁石部１７０は、前記回転子１４０に斥力または引力を提供して前記回転子１４０を回転させる。
図８（ｂ）における前記電磁石部１７０は、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の中段にそれぞれ備えられ、側方向からは見られないので、図示していない。
上で紹介された実施例は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に本発明の技術的思想が十分に伝達され得るようにするために、例として提供されるものであり、本発明は、上で説明された実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。
本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は図面において省略しており、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張または縮小されて表現され得る。
また、明細書全体にわたって同じ参照番号は、同じ構成要素を示す。
一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板１１０および第２回転板１１１；前記第１回転板１１０の中心部と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する回転軸１２０；前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１との間で前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸１４１を構成要素とする複数個の回転子１４０；複数個の前記回転子１４０それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車１０１；前記回転軸１２０の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車１０１全部と噛み合う中心歯車１００；前記回転軸１２０の両末端とそれぞれ連結される第１支持台１５０と第２支持台１５１とで構成される回転板支持部；前記回転軸１２０を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子１３０が備えられる第３支持台１５２および前記第１固定子１３０と同一の第２固定子１３１が備えられる第４支持台１５３で構成される固定子支持部；前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ１６０；前記固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部１７０；を含んで構成されることを特徴とする遊星歯車と電磁石を利用する永久磁石応用電動機に関する。
以下においては、添付の図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
先ず、本発明による永久磁石応用電動機は、一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板１１０および第２回転板１１１を一構成要素とする。
前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１は、本発明による永久磁石応用電動機が永久磁石の相互間の斥力と引力を回転力に転換するために回転子１４０を公転運動させ、公転運動と同時に自転運動する前記回転子のＮ極とＳ極の位置を物理的に転換するために必要な構成要素であって、前記貫通孔は、以下において説明される回転軸１２０を支持するために形成される構成要素であり、前記挿入溝は、下記回転子１４０を支持するために形成される構成要素である。
即ち、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１は、一般的な遊星歯車装置での「リンクアーム」の役割を果たす構成である。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記第１回転板１１０の中心部と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する回転軸１２０を一構成要素とする。
前記回転軸１２０は、本発明による永久磁石応用電動機が永久磁石の相互間の引力と斥力を回転力に転換するための回転運動を遂行するために必要な構成要素であって、前記貫通孔に挿入される方式で前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１を貫通する。
このとき、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１の間には、本発明による永久磁石応用電動機の構成要素が位置しなければならないので、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１は、前記回転軸１２０を基準として離隔されなければならない。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１との間で前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸１４１を構成要素とする複数個の回転子１４０を一構成要素とする。
前記永久磁石は、一端と他端を貫通する中空が形成される円筒状であり、前記中空を基準として同じ体積を有する両側に区分され、一側は、Ｎ極の性質を有し、他側は、Ｓ極の性質を有する形態であってよい。
一般に、電動機には回転子に永久磁石を使用するが、このような回転子は、永久磁石を配置する模様と方法によって表面磁石型、埋込磁石型の２種類に分けられる。
本発明による永久磁石応用電動機の回転子は、このような表面磁石型と埋込磁石型のいずれを用いても構わない。
複数個の前記回転子１４０が前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔になるように前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１の間に配置されれば、複数個の前記回転子１４０は、公転運動時に円形をなして前記回転軸１２０を囲む形態を有するようになる。
複数個の前記回転子１４０が前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１の間に配置される方式は、前記回転子１４０を構成する前記永久磁石を貫通する前記貫通軸１４１の両末端がそれぞれ前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１にそれぞれ形成された前記挿入溝に挿入される方式であって、前記貫通軸１４１は、前記永久磁石よりも長い長さを有して初めて前記永久磁石を貫通し、両末端が前記挿入溝にそれぞれ挿入され得る。
前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１には、前記挿入溝の代わりに挿入孔が形成され得、この時は、前記貫通軸１４１は、前記挿入孔を貫通するか、または前記挿入孔に差し込まれ得る。
前記回転子１４０は、１～１０個が備えられ得る。
一つの前記回転子１４０で本発明による永久磁石応用電動機を構成した後、前記回転子１４０を公転運動させれば、前記第１回転板１１０および前記第２回転板１１１に重心不均衡による激しい振動が発生するようになる。
前記のような問題を解決するためには、重心を合わせるために前記回転子１４０と同一の重さを持つ別途の取付物が備えられなければならず、それは効率的ではないので、前記回転子１４０は、２つ以上が備えられることが好ましい。
上とは逆に、１０個以上の前記回転子１４０で本発明による永久磁石応用電動機を構成するようになれば、構造が複雑になり、前記回転子１４０と同一の個数が備えられる以下において説明される複数個の遊星歯車１０１と以下において説明される中心歯車１００の相互間の摩擦力の増加によって回転力が減り、電動機の効率性が低下し得る。
従って、本発明による永久磁石応用電動機を構成する前記回転子１４０は、１～１０個、好ましくは２～９個が備えられることが最も好ましい。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、複数個の前記回転子１４０それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車１０１を一構成要素とする。
前記回転子１４０は、２～９個が備えられるので、前記遊星歯車１０１は、前記回転子１４０と同一の個数である２～９個が備えられ得るが、理想的には、前記回転子１４０と前記遊星歯車１０１はいずれも２～６個が備えられることが好ましい。
複数個の前記回転子１４０それぞれに複数個の前記遊星歯車１０１が連結される方式は、前記回転子１４０を構成する前記貫通軸１４１が前記遊星歯車１０１の中心部を貫通する方式であってよい。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転軸１２０の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車１０１全部と噛み合う中心歯車１００を一構成要素とする。
複数個の前記遊星歯車１０１は、前記中心歯車１００を中心として前記中心歯車１００を囲む配置を有する。
複数個の前記遊星歯車１０１それぞれは、前記中心歯車１００と噛み合うようになるので、前記第１固定子１３０および第２固定子１３１と前記回転子１４０の相互間の斥力および引力により前記回転子１４０が前記中心歯車１００を中心とする公転運動と自転運動をするようになれば、複数個の前記回転子１４０に連結された複数個の前記遊星歯車１０１それぞれに形成された複数個のギヤが前記中心歯車１００に形成された複数個のギヤと噛み合って回転する。
複数個の前記遊星歯車１０１は、自転運動をすると同時に前記中心歯車１００を中心とする公転運動をするようになるが、前記中心歯車１００は、動かずに固定されている。
このとき、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００が同じ大きさで形成されれば、相互間に同じ歯車比を有するようになり、前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は、１：２となる。
即ち、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００が同じ大きさで形成されれば、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００は、相互間の歯車比が１：１となり、
前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は１：２となって、前記遊星歯車１０１が１回転の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は、２回転の自転運動をするようになる。
また、前記遊星歯車１０１が前記中心歯車１００より小さな歯車比を有するように形成されれば、さらなる固定子および電磁石部が前記固定子１３０および前記電磁石部１７０と異なる位置にさらに備えられ得る。
即ち、前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００の歯車比が２：１である場合、前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は１：４となって、前記遊星歯車１０１が１回転の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は４回転の自転運動をするようになるので、前記回転子１４０の回転力と回転速度を上げるためには、固定子および電磁石部がさらに備えられることが好ましい。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転軸１２０の両末端とそれぞれ連結される第１支持台１５０と第２支持台１５１とで構成される回転板支持部を一構成要素とする。
前記第１支持台１５０と前記第２支持台１５１は、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１が底面と接触することなく円滑に回転可能であるように、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する前記回転軸１２０の高さを底面から一定に維持するために必要な構成である。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転軸１２０を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子１３０が備えられる第３支持台１５２および前記第１固定子１３０と同一の第２固定子１３１が備えられる第４支持台１５３で構成される固定子支持部を一構成要素とする。
前記第３支持台１５２に備えられる前記第１固定子１３０は、前記第４支持台１５３に備えられる前記第２固定子１３１に向かってＮ極またはＳ極が配置され、前記第２固定子１３０は、前記第１固定子１３０に向かって前記第１固定子１３０と反対になる極が配置される。
前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１は、前記回転子１４０と同一の形態を有してよいが、他の形態で構成されても構わない。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ１６０を一構成要素とする。
前記膠着点感知センサ１６０は、光センサまたは磁気センサであることを特徴とする。
また、前記膠着点感知センサの代わりにカム運動する接触式スイッチが備えられてもよい。
即ち、本発明による永久磁石応用電動機は、膠着点を感知する方法において、光センサの代わりに、回転板に銅板を備えた後、カム運動を応用して前記回転子との接触で駆動する接触式スイッチを使用することができるが、このような場合は、速度調節が不要な定速用電動機に応用が可能である。
また、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部１７０を一構成要素とする。
前記電磁石部は、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の中段部にそれぞれ位置することを特徴とする、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１を構成する永久磁石に直接コイルが巻かれて形成された電磁石であるか、または別に備えられる電磁石であることを特徴とする。
即ち、前記電磁石部１７０は、永久磁石にコイルが巻かれた形態だけでなく、一般的に用いられる電磁石のうちいかなる形態を使用しても構わない。
前記電磁石部１７０は、前記回転子１４０が前記膠着点感知センサ１６０の測定範囲内に進入すれば、前記膠着点感知センサ１６０の反応により電源が供給され、前記回転子１４０が前記膠着点感知センサ１６０の測定範囲を離脱すれば、電源供給が中断される。
以下においては、添付の図面を参照して、本発明による永久磁石応用電動機をさらに詳細に説明する。
図１は、通常の電動機の作動原理を示す例示図である。
図１に示されたように、通常の電動機は、コイル電磁石である回転子１４０を基準として両側にそれぞれ永久磁石である第１固定子１３０および第２固定子１３１が備えられ、前記第１固定子１３０のＳ極と前記回転子１４０のＮ極の相互間の引力および前記第２固定子１３１のＮ極と前記回転子１４０のＳ極の相互間の引力、そして、前記第２固定子１３１のＮ極と前記回転子１４０のＮ極の相互間の斥力および前記第１固定子１３０のＳ極と前記回転子１４０のＳ極の相互間の斥力で前記回転子１４０が回転力を得る方式である。
このとき、前記第１固定子１３０のＳ極と前記回転子１４０のＮ極の相互間の引力および前記第２固定子１３１のＮ極と前記回転子１４０のＳ極の相互間の引力が最大値に達する箇所では引力だけが作用するようになり、前記回転子１４０が回転力を得ることができなくなるので、直ちにコイルに供給されていた電流を一時的に遮断させて前記回転子１４０の磁石としての性質をなくすと、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１と前記回転子１４０の相互間の引力は除去され、慣性力により前記回転子１４０は回転し続けることとなる。
以後、再びコイルに電流を供給すれば、整流子により極性が変わって、また前記回転子１４０および前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の相互間の斥力と引力による回転力を発生させる原理である。
図２（ａ）は、本発明による永久磁石応用電動機の外部斜視図であり、図２（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の平面図である。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板１１０および第２回転板１１１と、前記第１回転板１１０の中心部と前記第２回転板１１１の中心部を貫通する回転軸１２０と、前記第１回転板１１０と前記第２回転板１１１との間で前記回転軸１２０を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と永久磁石を貫通する貫通軸１４１を構成要素とする複数個の回転子１４０と、複数個の前記回転子１４０それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車１０１と、前記回転軸１２０の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車１０１全部と噛み合う中心歯車１００とを含んで構成されることを特徴とする。
また、前記回転軸１２０の両末端とそれぞれ連結される第１支持台１５０と第２支持台１５１とで構成される回転板支持部と、前記回転軸１２０を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子１３０が備えられる第３支持台１５２および前記第１固定子１３０と同一の第２固定子１３１が備えられる第４支持台１５３で構成される固定子支持部と、回転板支持部の一側に備えられる一つ以上の膠着点感知センサ１６０と、固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部１７０とを含んで構成されることを特徴とする。
図３は、本発明による永久磁石応用電動機の回路図である。
機械式で電磁石を瞬間的に駆動させるためには、定速度稼働だけが可能になるが、光センサを使う電子式では、電子回路を利用して電磁石作動のタイミングを調節し、結果的には回転速度を調節できる。
また、起動をする時にも、起動専用電磁石や電磁石に順次に電流を送って回転子を起動させる役割を光センサ制御電子回路を通して具現可能である。
図４は、本発明による永久磁石応用電動機の始動の様子を示す例示図である。
回転子１４０が２つで構成され、電磁石部１７０も２つである場合は、本発明による永久磁石応用電動機を始動することが容易でないので、別途の始動用コイルが必要となる。
前記回転子１４０が３つ以上で構成される場合は、前記電磁石部１７０も３つ以上が配置されるので、始動時に前記電磁石部１７０の回転方向に沿って順次に電流を流すと、永久磁石が取り付けられた前記回転子１４０は、斥力と引力により回転し始める。
前記回転子１４０が２つで構成される場合は、配置の角度から見て起動用電磁石が別に必要となる。
図５は、本発明による永久磁石応用電動機を構成する固定子および回転子の様々な様子を示す例示図である。
図５に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機を構成する第１固定子１３０および第２固定子１３１、そして回転子１４０は、円筒状、フラットな形態、表面磁石型、埋込磁石型等、様々な形態で構成され得る。
図６（ａ）乃至図６（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の作動原理を示す例示図である。
図６（ａ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、回転子は電磁石で構成され、固定子は永久磁石で構成される通常の電動機とは異なり、回転子１４０と原点固定子１３０および中間点固定子１３１がいずれも永久磁石で構成されることを特徴とする。
通常の電動機は、回転子がその場で回転する自転運動だけをするようになり、回転子のＮ極と固定子のＳ極、回転子のＳ極と固定子のＮ極が互いに向かい合って位置する膠着点が存在する。
このような問題を解決するために、本発明による永久磁石応用電動機は、前記遊星歯車１０１を利用して膠着状態の力を最小化する。
また、図６（ｂ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、前記回転子１４０が前記膠着点に達することを認知する膠着点感知センサを備え、前記膠着点感知センサに前記回転子１４０が感知されれば、電磁石部１７０に一時的に電流を供給する。
前記電磁石部１７０が電磁石である場合、膠着点に達した前記回転子１４０は、前記電磁石部１７０との相互間に発生する斥力により回転するようになって膠着点が克服される。
前記電磁石部の配置によって引力を利用することもできるが、前記回転子１４０の回転方向と同一の方向に作用する斥力を利用することが回転力を維持するのにさらに有利である。
図７（ａ）乃至図７（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の回転子と遊星歯車の物理的な極転換の様子を示す例示図である。
図７（ａ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、複数個の遊星歯車１０１、複数個の前記遊星歯車１０１それぞれに噛み合う中心歯車１００、そして、前記遊星歯車１０１と連動する第１回転板１１０を構成要素とする。
前記遊星歯車１０１と前記中心歯車１００が同じ大きさで形成されて相互間に同じ歯車比を有する場合、前記中心歯車１００を中心とする前記遊星歯車１０１の公転および自転の相互間の回転比は１：２となって、前記遊星歯車１０１が１回転の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は２回転の自転運動をするようになる。
それゆえ、前記遊星歯車１０１が公転運動すると同時に自転運動を遂行して初期位置で９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は１８０゜の自転運動をする。
以後、前記遊星歯車１０１が再び公転運動すると同時に自転運動を遂行して９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は公転運動と同一の方向に１８０゜の自転運動をするようになるので、初期位置と比較して、図７（ｂ）に示されたように、前記遊星歯車１０１は、１８０゜の公転運動と３６０゜の自転運動をした状態を有するようになる。
以後、前記遊星歯車１０１が再び公転運動すると同時に自転運動を遂行して９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は公転運動と同一の方向に１８０゜の自転運動をするようになるので、初期位置と比較して、前記遊星歯車１０１は、２７０゜の公転運動と５４０゜の自転運動をした状態を有するようになる。
以後、前記遊星歯車１０１が再び公転運動すると同時に自転運動を遂行して９０゜の公転運動をする間、前記遊星歯車１０１は公転運動と同一の方向に１８０゜の自転運動をするようになるので、初期位置と比較して、前記遊星歯車１０１は、３６０゜の公転運動と７２０゜の自転運動をした状態を有するようになり、初期位置と同一の位置を有するようになる。
このとき、前記遊星歯車１０１に連結された前記回転子１４０は、前記遊星歯車１０１と同一に回転するので、初期位置で配列されていた極の方向がそのまま維持された状態である。
前記のような原理で、従来の電動機で電磁石で構成される回転子に持続的に供給される電流の極性を変える整流子の役割を、前記遊星歯車１０１を利用して永久磁石だけでも物理的に具現することができる。
図８（ａ）乃至図８（ｂ）は、本発明による永久磁石応用電動機の様々な実施形態を示す例示図である。
図８（ａ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、３つの回転子１４０と３つの遊星歯車１０１とで構成され得る。
３つの回転子１４０と３つの遊星歯車１０１とで構成された本発明による永久磁石応用電動機を駆動して前記回転子１４０が第１固定子１３０および第２固定子１３１との近日点である膠着点に交互に達するようになれば、第３支持台１５２および第４支持台１５３にそれぞれ備えられる電磁石部１７０に電流が流れることとなる。
このとき、前記第３支持台１５２および前記第４支持台１５３にそれぞれ備えられる前記電磁石部１７０は、前記回転子１４０に斥力または引力を提供して前記回転子１４０を回転させる。
図８（ａ）における前記電磁石部１７０は、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の中段にそれぞれ備えられ、側方向からは見られないので、図示していない。
図８（ｂ）に示されたように、本発明による永久磁石応用電動機は、４個の回転子１４０と４個の遊星歯車とで構成され得る。
４個の回転子１４０と４個の遊星歯車とで構成された本発明による永久磁石応用電動機を駆動して前記回転子１４０が前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１との近日点である膠着点にそれぞれ達するようになれば、第３支持台１５２および第４支持台１５３にそれぞれ備えられる前記電磁石部１７０に電流が流れることとなる。
このとき、前記第３支持台１５２および前記第４支持台１５３に備えられる前記電磁石部１７０は、前記回転子１４０に斥力または引力を提供して前記回転子１４０を回転させる。
図８（ｂ）における前記電磁石部１７０は、前記第１固定子１３０および前記第２固定子１３１の中段にそれぞれ備えられ、側方向からは見られないので、図示していない。
上で紹介された実施例は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に本発明の技術的思想が十分に伝達され得るようにするために、例として提供されるものであり、本発明は、上で説明された実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。
本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は図面において省略しており、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張または縮小されて表現され得る。
また、明細書全体にわたって同じ参照番号は、同じ構成要素を示す。
本発明による永久磁石応用電動機は、永久磁石だけを利用する従来の電動機が有する問題点を解決し、電力の消耗を減らしながらも優れた効率性を示す効果があるので、産業上の利用可能性が十分である。
Claims (8)
- 一端と他端を貫通する貫通孔が中心部に形成され、一端に複数個の挿入溝が形成される第１回転板および第２回転板；
前記第１回転板の中心部と前記第２回転板の中心部を貫通する回転軸；
前記第１回転板と前記第２回転板との間で前記回転軸を基準として相互間に等間隔に配置され、永久磁石と前記永久磁石を貫通する貫通軸を構成要素とする複数個の回転子；
複数個の前記回転子それぞれにペアを組んで連結される複数個の遊星歯車；
前記回転軸の一端に連結され、複数個の前記遊星歯車全部と噛み合う中心歯車；
前記回転軸の両末端とそれぞれ連結される第１支持台と第２支持台とで構成される回転板支持部；
前記回転軸を基準として相互間に離隔される、永久磁石を構成要素とする第１固定子が備えられる第３支持台および前記第１固定子と同一の第２固定子が備えられる第４支持台で構成される固定子支持部；
前記回転板支持部の一側に備えられ、前記回転子が膠着点に位置したか否かを感知する一つ以上の膠着点感知センサ；
前記固定子支持部の一側に備えられる一つ以上の電磁石部；を含み、
前記膠着点感知センサにより前記回転子が膠着点に位置したことが感知されると、前記電磁石部に電流が流れるように構成されることを特徴とする、永久磁石応用電動機。 - 前記永久磁石は、一端と他端を貫通する中空が形成される円筒状であり、前記中空を基準として同じ体積を有する両側に区分され、一側は、Ｎ極の性質を有し、他側は、Ｓ極の性質を有することを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
- 前記回転子は、２～９個が備えられ、前記遊星歯車は、前記回転子と同一の個数で備えられることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
- 前記遊星歯車と前記中心歯車が同じ大きさで形成されれば、相互間に同じ歯車比を有するようになり、前記中心歯車を中心とする前記遊星歯車の公転および自転の相互間の回転比は、１：２であることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
- 前記遊星歯車が前記中心歯車より小さな歯車比を有するように形成されれば、固定子および電磁石部が、前記第１固定子および前記第２固定子、そして前記電磁石部と異なる位置にさらに備えられることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
- 前記膠着点感知センサは、光センサまたは磁気センサであることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
- 前記膠着点感知センサの代わりにカム運動する接触式スイッチが備えられることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
- 前記電磁石部は、前記第１固定子および前記第２固定子の中段部にそれぞれ位置することを特徴とする、前記第１固定子および前記第２固定子を構成する永久磁石に直接コイルが巻かれて形成された電磁石であるか、または別に備えられる電磁石であることを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石応用電動機。
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