KR100786131B1 - 영구자석을 이용한 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기가 비례하여 발생되는 전동기에 관한 특수 기술이다

본 발명의 전동기는 고정자도 영구자석으로 만들고 회전자도 영구자석으로 만들어 토오크 크기는 영구자석의 세기에 비례하여 만들어지며 전원장치는 본 발명의 구동장치가 정하여진 회전방향으로 정확하고 쉽게, 에너지가 적게 소모되면서 회전 할 수 있도록 보조하여 주는 장치다.

상기 발명의 기술적 목적을 달성하기 위하여 그림으로 표시한 조류 부리 형 철심(도1. 도2. 도3. 도4. 도5.에서 고정자 철심(4) 참조)을 고정자 영구자석(3) 자극 단에 설치하고 조류 부리 형 고정자 철심(4)( 이후 에는 고정자 철심으로 하겠음)의 조류 부리 부분에 고정자 코일(5)을 설치하였다.

상기 상태에서 고정자 코일(5)에 전류를 흘리면 고정자 코일(5)에서 기자력이 나온다.

고정자 코일(5)의 기자력에 의해 고정자 영구자석(3)에서 나온 자력선은 고정자 철심(4) 내에서 쉽게 차단된다. 고정자 영구자석(3)의 자력이 차단되므로 고정자 철심(4) 단(조류 부리 끝 부분)에는 고정자 영구자석(3)의 자력이 나타나지 않는다.

다른 방법으로 해석 하면, 고정자 철심(4) 단에는 고정자 코일(5)에 의한 기자력의 극성(오른 나사의 법칙에 의한 극성)이 나타난다. 고정자 코일(5)의 전류에 의한 기자력의 극성은 회전자 영구자석(2) 자극 단 극성과 같은 극성으로 회전자 영구자석(2) 자극 단을 밀어 내는 작용이 나온다. 상기 이론에 의해 고정자 코일(5)에 전류가 흐를 때 고정자 철심(4) 단이 척력을 발생 하므로 회전자 영구자석(2) 자극 단은 정하여진 회전방향 으로 돌아가게 된다. 또 회전자 영구자석(2) 자극 단이 고정자 코일(5) 기자력의 척력에 의해 돌아갈 때 회전방향 앞쪽 고정자 철심(4) 단은 고정자 영구자석(3)에 의해 자화되어 인력을 발생 하고 회전자 영구자석(2) 자극 단을 끌어당긴다.

상기에서 설명한 작용하는 원리를 각 고정자 영구자석(3) 자극 단에 설치하여 회전자 영구자석(2) 자극 단이 각 고정자 철심(4) 단 앞에 올 때 마다. 상기 설명한 작용 원리가 각 고정자에서 순차적으로 반복 하면 축(1)이 계속 회전하게 된다.

*축. *회전자 영구자석. *고정자 영구자석. *고정자 철심. *고정자 코일. *보빈.

Description

영구자석을 이용한 전동기{electric motor using permanent magnet}

도1 은 본 발명 전동기 전체 구성을 보인 사시도.

도2 는 축이 정지하고 있을 때 고정자 영구자석. 고정자 철심. 회전자 영구자석. 들을 통과 한 가상 자력선도.

도3 은 고정자 코일에 전류가 흐를 때 고정자 영구자석. 고정자 철심. 회전자 영구자석. 각각을 통과한 가상 자력선도.
도4 는 고정자 코일도 없고(코일에 전류를 흘리지 않고)회전자 영구자석 자극단도 없을때 고정자 영구자석의 자력선이 고정자 철심을 통과한 가상 자력선도.
도5 는 조류 부리 형 철심의 성층 현상과 코일 감는 보빈 도.
도6 은 3개의 고정자 코일에 순서대로 전기가 공급 되게 하는 전기회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1. 축. 2. 회전자 영구자석. 3. 고정자 영구자석. 4. 고정자 철심. 5. 고정자 코일.
6. 보빈.

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본 발명은 고정자도 영구자석으로 하고 회전자도 영구자석으로 하였으며 고정자 영구자석 자극 단에 조류 부리 형 철심을 설치하여 주므로 항상 정하여진 회전방향으로 기동이 되며 회전 동력도 향상 시켜 준다. 또 조류 부리 형 철심이 고정자 영구자석의 자력과 전기에 의한 기자력을 잘 조화롭게 제어하여 주므로 절전형 전동기라는 이름을 붙일 수 있는 전동기가 만들어졌다

영구자석은 자력의 세기를 영구적으로 잃지 않는 물질이므로 절전형 전동기로 각광을 받을 것이다.

현재 고정자 와 회전자를 영구자석으로 만드는 전동기를 개발한 과학자는 없다.

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첫째 공철심 코일을 설치하는 경우. 구체적으로 설명하면 고정자 영구자석 자력 힘에 의해 회전자 영구자석 자극 단이 붙어 있는 상태에서 회전자 영구자석 자극 단이 밀리어 나가게 하기위해 고정자 영구자석과 회전자 영구자석 자극 단 사이에 고정자 코일만(공철심 코일이라고 함)을 설치하는 경우.
고정자 공철심 코일이 만드는 기자력(암피어 턴)이 매우 커야 고정자 영구자석 자력을 차단하게 된다, 다시 말하면 고정자 공철심 코일에 매우 많은 량의 전력이 공급 되어야 고정자 영구자석 과 회전자 영구자석 자극 단 사이의 인력을 끊을 수 있게 된다.

둘째 일반형 철심(조류 부리 형 철심이 아닌 철심) 위에 고정자 코일을 설치하는 경우. 구체적으로 설명하면 고정자 영구자석과 회전자 영구자석 사이에 일반형 철심을 설치하고 일반형 철심 위에 고정자 코일을 설치하는 경우.
일반형 철심 단에 회전자 영구자석 자극 단이 붙어 있는 경우, 고정자 코일에서 적은 전력량으로 만들어진 기자력(암피어 턴)에 의해 고정자 영구자석 자력을 끊을 수 있으나 회전자 영구자석의 회전 방향이 불안정 하다,특히 기동 할 때 시계 방향으로 기동이 이루어 질 때도 있고 반시계 방향으로 기동이 이루어 질 때도 있다.

셋째 조류 부리 형 철심 위에 고정자 코일을 설치하는 경우. 구체적으로 설명하면 고정자 영구자석과 회전자 영구자석 사이에 조류 부리 형 철심을 설치하고 조류 부리 형 철심 위에 고정자 코일을 설치하는 경우.
조류 부리 형 철심 단에 회전자 영구자석 자극 단이 붙어 있는 경우, 고정자 코일에서 적은 전력량으로 만들어진 기자력(암피어 턴)에 의해 고정자 영구자석 자력을 차단 할 수 있으며, 항상 선택된 회전 방향으로 회전자 영구자석 자극 단을 밀어 내게 된다.

본 발명은 상기 세 가지 이론 상태 중 고정자 영구자석 자극 단에 조류 부리 형 철심을 설치하고, 이 조류 부리 형 철심 위에 도선을 감아 고정자 코일을 만드는 방법을 본 발명 전동기 설계 방법으로 하여 이론에 합당한 선택을 하였다.

도4 상태는 고정자 코일(5)이 없는 상태 이므로 고정자 코일(5)에 전류가 흐르지 않는 것으로 간주 할 때, 고정자 철심(4) 조류 부리 끝(이후 에는 고정자 철심 단 으로 한다)의 극성은 고정자 영구자석(3) 자극단의 극성과 같은 극성으로 자화 되며 이때 고정자 철심(4) 단은 회전자 영구자석(2) 자극 단을 끌어당기는 힘(인력)을 발생 한다.

도3 상태에서 고정자 코일(5)에 전류가 흐를 때 고정자 철심(4) 조류 부리 끝(이후 에는 고정자 철심 단 으로 한다)의 극성은 기자력(암피어 턴을 크게 하면 전자력이 크게 나타난다)의 극성(오른 나사의 법칙에 의한 극성)이 되며 이때 고정자 철심(4) 단은 회전자 영구자석(2) 자극 단을 밀어 내는 힘(척력)을 발생 한다.

도1 은 본 발명 전동기의 전체 구성을 보인 사시도로 이 도면을 이용 하고 상기 원리를 적용하여 전동기가 동작 되는 기술적 과정을 설명 하면 다음과 같다.

전동기가 정지 상태에서 회전자 영구자석(2) 자극 단은 가까운 고정자 철심(4) 단에 붙을 것이며 도2 상태와 같이 된다. 이때 회전자 영구자석(2) 자극 단이 도1 X고정자 철심(4) 단에 붙었다고 하고, 회전자 영구자석(2) 자극 단이 도1 X고정자 철심 단에 붙어 있을 때 도1 X고정자 코일(5)에 전류를 흐르게 하면 도1 X고정자 철심(4)은 도1 X고정자 코일(5)의 기자력에 의해 자화 된다, 이때 회전자 영구자석(2) 자극 단은 도1 X고정자 철심(4)단 기자력의 척력에 의해 밀리어 나게 하면서 도1 Y고정자 영구자석(3)에 의해 자화된 도1 Y고정자 철심(4)단 자력인 인력에 의해 끌리어가 붙게 된다, 이때 전기회로 과정을 설명 하면, 회전자 영구자석(2) 자극 단이 도1 X고정자 철심(4) 단에서 밀리어 나가면서 도1 Y고정자 철심(4) 단에 붙게 될 때 도1 X고정자 코일(5)의 전원이 끊어지면서 도1 Y고정자 코일(5)에 전류가 흐르게 된다. 다시 기계적 동작 상태를 설명 하면 회전자 영구자석(2) 자극 단이 도1 Y고정자 철심 단에 붙어 있는 상태에서 도1 Y고정자 코일(5)에 전류가 흐르면 도1 Y고정자 철심(4)은 도1 Y고정자 코일(5)의 기자력에 의해 자화 되며, 도1 Y고정자 코일(5)에 의해 자화된 도1 Y고정자 철심(4) 단의 척력에 의해 회전자 영구자석(2) 자극 단은 또다시 밀리어 남과 동시에 도1 Z고정자 영구자석(3)에 자화된 도1 Z고정자 철심(4)단 자력인 인력에 끌리어 붙게 된다. 또다시 전기회로 과정을 설명 하면 회전자 영구자석(2) 자극 단이 도1 Y고정자 철심(4) 단에서 밀리어 남과 동시에 도1 Z고정자 철심(4) 단에 붙을 때 도1 Y고정자 코일(5)의 전원이 끊어지면서 도1 Z고정자 코일(5)에 전류가 흐르게 된다. 또다시 기계적 동작 상태를 설명하면 도1 Z고정자 코일(5)에 전류가 흐르면 도1 Z고정자 코일(5)의 기자력에 의해 자화된 도1 Z고정자 철심(4)의 척력 때문에 회전자 영구자석(2) 자극 단은 또다시 밀리어 남과 동시에 도1 X고정자 영구자석(3)에 자화된 도1 X고정자 철심(4) 자력인 인력에 의해 회전자 영구자석(2) 자극 단이 도1 X고정자 철심(4) 단에 끌리어 붙게 된다.

상기와 같이 기계적 동작 원리와 전기회로 이론 과정이 번갈아 반복되면서 회전자 영구자석(2) 자극 단은 정하여진 회전 방향으로 계속 회전 하게 된다.

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본 발명은 영구자석을 이용한 전동기로 고정자 영구자석 과 회전자 영구자석의 세기에 의해 회전 운동력 크기가 결정되며 고정자 코일의 기자력은 축의 회전을 도와주는 역할을 하므로 전력 소요량이 적게 들면서 큰 구동력을 만들어 내는 전동기 이다.
영구자석은 자력의 세기를 영구적으로 잃지 않는 물질이므로 절전형 전동기로 각광을 받을 것이다.
본 발명의 도면은(고정자 영구자석이 3극 이며, 회전자 영구자석은 1극으로 하였음) 기본 동작을 설명하기 위한 도면이며 실재 산업체에서 활용 되어질 도면은 다극(고정자 영구자석을 4극으로 할 때 회전자 영구자석은 2극으로 설계하며. 고정자 영구자석을 6극으로 할 때 회전자 영구자석은 3극으로 설계 하고. 고정자 영구자석을 8극으로 할 때 회전자 영구자석은 2극으로 하던지 또는 4극으로 설계 할 수 있음)으로 설계 할 수 있으며 다극으로 설계 하면 효율이 더욱 높아진다.
고정자 코일 저항 값을 적게(고유 저항 값이 적은 도체를 사용하거나 , 같은 권 회수에 대하여 도체의 굵기를 크게 한다)하면 공급 전원의 전압을 낮게 하고 전류를 많게 할 수 있음. 따라서 권회수를 많이 할 수 있게 설계하면 암피어 턴이 많이 나와 적은 전력량으로 고정자 영구자석 자력을 차단 할 수 있으므로 더욱 효율이 높은 절전형 전동기가 설계 된다. 권회수의 많음에 의해 역기전력이 높게 발생 되면 콘덴서 바이패스 회로를 사용하여 충격을 약화 시킨다.
본 발명 전동기는 자연과학 재원의 원리인 영구자석에 의한 인력과 전기의 기자력에 의한 척력을 조화롭게 합리적으로 조합하여 회전 운동을 하는 동력을 창출하는 절전형 전동기로 인류사회의 삶의 질을 향상 시킬 것이다.

Claims (4)

1. 고정자 와 회전자를 영구자석으로 구성하되 n개 고정자 영구자석의 자극 단 극성을 동일한 극성으로 하며 n개 회전자 영구자석 자극 단 극성도 동일 극성으로 하되, 고정자 영구자석들의 극성과 회전자 영구자석들의 극성은 반대 극성이 되게하여 인력 작용이 발생 하도록 하며 고정자 영구자석들 자극 단에 설치한 고정자 철심은 독특한 형태로 디자인한 성층 철심(조류 부리 형 성층철심)으로 하여 영구자석의 자력과 전기에 의한 기자력을 조화롭게 제어하므로 절전이 이루어지게 한 영구자석을 이용한 전동기
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