KR100898959B1 - 영구자석을 이용한 토오크 전달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자석의 세기에 의하여 회전운동을 하는 구동장치들의 토오크를 제어하는 토오크 전달 장치에 관한 것으로, 장치의 구성을 원통형 고정자용 영구자석과 회전자용 막대 영구자석으로 구성하되, 상기 원통형 고정자 영구자석의 내벽면 극성과 회전자 영구자석의 자극단 극성이 척력 작용이 나타나도록 동일한 극성으로형성하고, 상기 회전자 막대 영구자석이 부착되는 축을 입력축과 출력축의 축심에서 약간 떨어진 임의의 위치에 편심되게 설치하되, 상기 입력축에 가까운 곳에 설치하며, 상기 편심축과 회전자 영구자석과 더불어 자력 전달 핀의 조합상태를 안정하게 하기 위해 회전자 영구자석 상부면과 하부면에 로커 암을 부착 설치하고, 상기 상부면 로커 암 끝점에 자력 전달 핀을 설치하며, 하부면 로커 암 중앙 부근에 제어핀을 설치하였다. 또 출력축에는 출력측 원판을 설치하고, 상기 출력측 원판 끝부분에 방사형 홈을 형성하여, 이 홈내에 자력 전달 핀이 삽입되어 홈내에서 움직이면서 출력측 원판이 선회운동을 하도록 설치되어 있다.

본 발명 토오크 전달 장치는 원통형 고정자 영구자석과 회전자 막대 영구자석의 자력 세기가 회전자 막대 영구자석의 자극단을 반발시키는 세기로 되며, 토오크를 증가시키는 작용으로 나타난다. 또한 원통형 고정자 영구자석의 반지름이 길면 회전자 막대 영구자석의 길이도 길게 되며, 편심축의 위치점과 자력 전달 핀 사이의 거리가 크게 나타나 편심축이 회전방향으로 선회운동을 하는 길이의 크기보다 자력 전달 핀이 회전방향으로 선회운동을 하는 길이가 커지므로, 선회운동 차의 크 기만큼 이득을 얻을 수 있다. 또한 출력측 원판 반지름도 길어진다. 따라서 자력 전달 핀 위치점에서 적은 힘의 선회운동이 출력축을 회전시킬 때 큰 회전운동력으로 나타난다. 따라서 영구자석의 반발력 세기와 편심축 선회운동과 자력 전달 핀 선회운동 길이의 차와 더불어 출력측 원판 반지름이 커지므로 토오크가 커져 출력축에 나타난 토오크가 증가되어 나타나므로 토오크 전달 장치로서 그 실시적 가치가 매우 우수한 장치를 제공하게 된다.

영구자석, 토오크 전달 장치, 토오크 증폭

Description

영구자석을 이용한 토오크 전달 장치{Torque transmition device using permanent magnet}

현재 자석을 이용하여 구동장치의 동력을 전달하는 기계장치는 없다.

본 발명은 자석의 반발력을 회전운동에 전달시키는 토오크 전달장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 원통형 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 자력 세기와 편심축과 자력 전달 핀의 선회 운동차의 크기와 출력측 원판 반지름 길이를 증가시켜 큰 회전력을 얻을 수 있는 영구자석을 이용한 토오크 전달 장치에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석이란 임의의 형태로 형성시킨 자성재료에 자기 에너지를 공급(착자시킨다고 함)하면 영구자석이 만들어진다. 이는 자성 재료에 자력의 에너지를 축적시켜 놓고, 축적 이후에 자력 에너지가 계속 발생하여 나오게 하는 현상이라고 말할 수 있다.

이러한 현상에 의해 자력의 에너지가 나오게 하는 영구자석의 N극성과 S극성 사이는 흡인력이 유발되고, N극성과 N극성 사이 또는 S극성과 S극성 사이는 반발력이 발생한다.

이러한 영구자석의 반발력을 토오크 증가작용이 되게 하여 원동기에 의한 구 동장치가 입력축을 회전시키고 있는 동안 출력축은 입력축이 회전하는 방향과 동일 방향으로 회전하면서 토오크가 증가되어 나오게 하는 원리에 의해 토오크 전달장치가 안출된 것이다.

따라서 토오크 전달장치는 원통형 고정자 영구자석 내 입력축심 이외의 임의의 위치점에 편심축을 설치하고, 이 편심축에 회전자 영구자석을 부착하여 원통형 고정자 영구자석 내벽면의 극성과 회전자 막대 영구자석 자극단 극성이 동일하게 하여 반발력을 발생하게 함으로, 회전자 영구자석 자극단은 원통형 고정자 영구자석 내벽면의 반발력에 의해 밀어내는 작용력을 받게 된다. 본 발명은 이러한 작용력을 이용하여 토오크 증가 작용이 이루어지게 하는 장치이다.

회전자 영구자석 길이를 길게 하고, 입력축에서 편심축까지의 길이를 짧게 하면 편심축의 위치점이 작은 원을 그리며, 선회하는 데는 작은 힘으로 가능하다.

따라서 작은 토오크 입력으로 편심축을 쉽게 선회하게 할 수 있다.

또 회전자 막대 영구자석의 길이를 길게 하면 자력 전달 핀을 설치한 위치점에서 출력축 위치점까지 길이가 길어진다.(지렛대가 길어진 것과 같다) 따라서 자력 전달 핀의 위치점에서 출력축을 회전시킬 때 작은 힘을 가해도 출력축을 쉽게 회전시킬 수 있다.

본 발명 원통형 고정자의 내벽을 자성을 갖게 하고, 회전자를 영구자석으로 구성하여 원통형 고정자 영구자석 내벽면의 자성과 회전자 영구자석 자극단 간의 자성을 이용한 토오크 전달 구조를 제공키 위한 것이다.

그러나 원통형 고정자 영구자석의 내벽면 극성과 회전자 영구자석의 자극단 극성이 서로 달라 인력이 발생한 경우 회전자는 회전되지 아니하므로, 양자간에 척력작용이 나타나도록 동일한 극성으로 형성하고 상기 회전자 막대 영구자석이 부착되는 축을 입력축과 출력축의 축심에서 약간 떨어진 임의의 위치에 편심되게 설치하되, 입력축에 가까운 곳에 설치한다.

상기축을 편심축이라고 하며, 이 편심축에 의해 회전자 막대 영구자석 자극단은 원통형 고정자 영구자석 내벽면 자력인 척력에 의해 멀리 밀리어 나간다.

이때 편심축 위치점을 회전자 영구자석 자극단이 밀리어 나간 만큼 같은 방향으로 인위적으로 밀어주면 회전자 막대 영구자석 자극단은 또다시 원통형 고정자 영구자석 내벽면 자성에 의한 척력에 의해 밀리어 나간다. 상기 구성과 토오크 전달 장치에 활용하면 훌륭한 토오크 전달장치로서 그 실시적 가치가 매우 우수한 장치가 된다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 토오크 전달 장치는 원통형 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 자력 세기가 회전자 영구자석 자극단을 반발시키는 세기로 되며, 토오크를 증가시키는 작용으로 나타난다.

또한 원통형 고정자 영구자석의 반지름이 길면 회전자 영구자석의 길이도 길게 되며, 편심축의 위치점과 자력 전달 핀 사이의 거리가 크게 나타나며, 편심축이 회전방향으로 선회운동을 하는 길이의 크기보다 자력 전달 핀의 선회운동을 하는 길이가 커지므로 선회운동 차의 크기만큼 이득을 얻을 수 있으며, 출력측 원판의 반지름도 길어진다.

따라서 영구자석의 반발 세기와 편심축 선회운동과 자력 전달 핀 선회운동 길이의 차와 더불어 원통형 고정자 영구자석 반지름에 비례하여 출력측 원판 반지름도 커지게 된다. 상기와 같은 작용에 의해 토오크가 커져 출력축에 더욱 큰 회전에너지가 나타나게 하는 토오크 전달장치로서, 그 실시적 가치는 매우 우수하며 더불어 영구자석은 세기 변화 즉, 감자현상이 거의 없으므로 토오크 증폭률의 변화도 거의 없게 되는 장치로서 큰 토오크를 발생시킬 수 있는 유용한 장치를 제공하게 된다.

따라서 본 발명은 영구자석의 자력에 의해 토오크가 증가되게 하는 장치이다. 토오크를 증가되게 하는 것은 영구자석의 반발력을 활용하는 장치로서 원통형 고정자 영구자석 내벽면 극성과 회전자 영구자석 자극단 극성을 동일하게 하고, 회전자 영구자석의 회전축을 원통형 고정자 영구자석 내 입력축심 이외의 임의의 위치점에 설치한다.

이를 편심축이라고 하며, 이 편심축은 입력축에 의해 입력측 원판이 회전하면 같은 방향으로 작은 원을 그리면서 편심축의 위치점이 쉽게 선회하게 된다.

편심축의 위치점이 선회할 때 편심축에 부착되어 있는 회전자 영구자석 자극단은 원통형 고정자 영구자석 내벽면 자력의 반발력에 의해 편심축의 선회 방향으로 회전자 영구자석 자극단도 큰 원을 그리면서 선회하게 된다.

이때 원통형 고정자 영구자석 내벽면 자력과 회전자 영구자석 자극단 자력 세기에 의해 반발력이 강하게 나타나므로 입력축을 구동시키기 위해 공급되어진 회전력 크기보다 회전자 영구자석 자극단이 큰 원을 그리면서 선회하는 힘의 세기가 크게 증가되어 나온다.

따라서 회전자 영구자석 자극단 끝 부분에 설치한 자력 전달 핀이 큰 원을 그리면서 선회하는 힘의 세기도 회전자 영구자석 자극단이 선회할 때와 같이 증가되어 회전 토오크로 작용하게 된다. 이때 자력 전달 핀에 의해 출력측 원판의 끝 부분이 입력축의 회전 방향으로 큰 원을 그리면서 회전하게 된다. 그러므로 토오크 전달 장치를 토오크 증가 장치라고 말할 수 있다.

본 발명의 토오크 전달 장치는 원동기의 회전운동 에너지가 입력축으로 공급되어 영구자석의 반발력을 받아 토오크가 증가되어 출력축을 회전시키므로 출력축의 회전 토오크는 입력축의 회전 토오크 보다 크게 된다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원통형 고정자 영구자석과 회전자 영구자석으로 구성하되, 상기 원통형 고정자 영구자석의 내벽면 극성과 회전자 영구자석의 자극단 극성이 척력을 유지할 수 있도록 동일한 극성으로 형성하고;

상기 회전자 막대 영구자석이 부착되어 있는 편심축을 입력축과 출력축의 축심에서 약간 떨어진 임의의 점에 설치하되 상기 입력축에 가까운 곳에 설치하며;

상기 편심축과 회전자 영구자석의 조합 상태를 안정하게 하기 위해 회전자 영구자석의 편심축을 입력측 원판과 보조원판 간에 위치되게 함과 동시에 상측면과 하측면에 로커 암을 부착 설치하고;

상기 상측면에 부착된 로커 암의 끝 점에 자력 전달 핀을 구비하고, 하측면에 부착된 로커 암 중앙 부근에 제어 핀을 구비하여 입력측 원판에 위치되게 한다.

상기 입력축에 의해 입력측 원판이 회전 할 때 편심축은 입력축이 회전한 방향으로 작은 원을 그리며 편심축의 위치점이 쉽게 선회운동을 할 수 있도록 하며;

이때 제어 핀은 회전자 영구자석 자극단이 원통형 고정자 영구자석 내벽면 자력의 척력에 의해 너무 먼 거리로 못 물러나게 하는 핀이다.

상기 자력 전달 핀과 출력축 사이에는 출력측 원판에 의해 회전 에너지가 전달되도록 구성되어 있다. 따라서 토오크 전달장치는 원통형 고정자 영구자석과 회전자 영구자석 자력 세기가 회전자 영구자석 자극단을 반발시키는 세기로 되며, 토오크 증가로 나타난다. 또한 회전자 막대 영구자석의 길이가 길면 지렛대 원리에 의해 출력축을 세게 회전시키는 힘이 나오므로, 큰 토오크가 전달 될 수 있는 구조이다.

그러므로 토오크 증가는 영구자석의 반발력 세기와 회전자 막대 영구자석의 길이를 더한 값에 비례해 나타나며, 영구자석은 세기 변화 즉, 감자 현상이 거의 없으므로 토오크 증가 변화도 거의 없게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 토오크 전달장치에 대하여 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 토오크 전달장치의 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예의 내부를 보인 단면도.

상기 원통형 고정자 영구자석(1) 내부 전면을 같은 N극성으로 하면 원통형 고정자 영구자석(1) 외부 전면은 S극성으로 착자하던지, 또는 원통 내 전면을 S극성으로 하면 원통 외 전면이 N극성으로 착자한 원통형 고정자 영구자석(1)으로서 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면 자력 극성과 회전자 막대 영구자석(2) 회전 부분의 자극단 극성이 동일한 극성이 되게 하여, 회전자 막대 영구자석(2) 자극단이 반발력을 받게 한다.

한편, 상기 입력축(3)은 원동기의 구동장치로부터 회전 에너지를 공급받는 주축으로서, 입력측 원판(9)축의 역할도 겸하는 축으로, 편심축(4)과 회전자 영구자석(2) 자극단을 입력축(3) 회전방향으로 선회하게 해주는 주축이다.

또한 출력축(7)은 입력축(3)으로 공급되어진 회전 에너지를 토오크가 증가된 과정을 통해 증가된 토오크를 부하에 전달하는 주축으로서, 원통형 고정자 영구자석(1)의 중심축과 동일축 선상에 놓이도록 설치하되 입력축(3)과 출력축(7)이 직결되지 않게 설치해야 한다.

그리고 상기 입력측 원판(9)은 입력축(3)이 회전할 때, 편심축(4)의 위치점이 입력축(3)의 회전방향으로 작은 원을 그리면서 선회운동을 하게 해주고, 편심축(4)을 설치하도록 한 원판이다.

또한 입력축(3)에 의해 회전에너지를 공급받아 편심축(4)이 작은 원을 그리면서 선회하도록 한 원판으로서 회전에너지를 선회운동으로 바꾸어 전달하도록 한 유도 원판이다.

또한 편심축(4)은 입력축(3)심 이외의 임의의 위치점이면서 입력축(3)심에 가까운 위치에 설치한다.

상기 위치에 설치한 편심축(4)이 입력축(3)에 공급된 회전에너지에 의해 편심축(4) 위치점이 작은 원을 그리면서 선회 할 때, 회전자 영구자석(2) 자극단이 편심축(4)의 위치점으로부터 회전자 영구자석(2) 자극단까지의 거리에 의해 더 큰 원을 그리며 선회운동을 하도록 도와준다.

상기 편심축(4)은 입력축(3)이 회전방향으로 선회할 때 회전자 영구자석(2) 자극단이 좌/우로 잘 움직일 수 있도록 베어링으로 결합되어 있다. 즉, 회전자 영구자석(2) 자극단이 편심축(4)의 베어링에 의해 좌/우로 잘 움직이도록 구성되어 있다.(자력 반발력 힘이 부하보다 클 때 우로 움직이며, 자력 반발력 힘보다 부하가 클 때 좌로 움직인다)

따라서 변화된 부하에 의해 역토오크(반대 회전방향으로 돌아가는 힘)가 걸리면 회전자 영구자석(2) 자극단은 입력축(3) 회전방향의 반대로 움직인다. 다른 방법으로 설명하면, 편심축(4)은 베어링에 의해 좌/우로 잘 움직일 수 있도록 구성되어야 한다. 상기 조절하는 기능에 의해 회전자 영구자석(2)의 자극단은 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면 극성과 동일한 극성이 되도록 설치하였으므로, 회전자 영구자석(2)의 자극단이 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면 자력에 의해 반발력을 받으므로, 입력축(3)의 회전방향으로 밀려가는 일을 하고 있을 때 역토오크가 가해 지면, 편심축(4)은 베어링에 의해 회전자 영구자석(2) 자극단이 어느 정도로 입력축(3) 회전 반대방향으로 돌아가다가 원통형 고정자 영구자석(1) 자력의 척력에 의해 또다시 입력축(3) 회전방향으로 선회하게 된다. 다시 말하면 상기 원리에 의해 원동기의 구동장치가 입력축(3)을 회전시키면 입력측 원판(9)도 입력축(3) 회전방향으로 회전하게 되고, 동시에 입력측 원판(9)에 설치된 편심축(4)이 입력축(3) 회전방향으로 작은 원을 그리며 선회한다.

상기 선회운동을 하고 있을 때, 부하변화로 역토오크가 걸리면 회전자 영구자석(2) 자극단은 입력축(3) 회전반대 방향으로 약간 선회함과 동시에 출력측 원판(8) 끝부분 방사형 홈(6-1)을 타고 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면 가까이로 이동하게 된다.

따라서 회전자 영구자석(2) 자극단은 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면에 가까워짐과 동시에 자력 척력을 더욱 강하게 받게 되므로, 회전자 영구자석(2) 자극단은 입력축(3) 회전방향으로 또다시 밀어나 나가게 된다.

이러한 현상은 회전자 영구자석(2) 자극단이 입력축(3) 회전방향으로 큰 원을 그리면서 선회한다고 말할 수 있으며, 큰 원을 그리며 선회하면서 회전운동을 하는 것은 원동기의 구동장치에서 받은 회전 운동량에 자력 세기인 척력이 합해져 나타난 현상이다.

상기 증가된 회전운동에 의해 회전자 영구자석(2) 자극단에 설치한 자력 전달 핀(6)으로, 출력측 원판(8)을 입력축(3) 회전방향으로 회전시키며, 상기 회전력 은 출력축(7)을 돌려주는 에너지며(이때 출력측 원판의 반지름 크기에 비례하여 회전에너지는 증가된다), 부하를 회전시켜주는 회전력이다.

상기 로커 암(5)은 편심축(4)에 회전자 영구자석(2)을 부착할 때 보강을 위하여 회전자 영구자석(2) 상측면과 하측면에 설치한 보조 가로막대로서, 로커 암(5) 길이는 편심축(4)으로부터, 회전자 영구자석(2)의 자극단까지의 길이다.

이는 편심축(4)에서 자력 전달 핀(6)을 설치한 위치까지의 길이라고도 말할 수 있다. 이때 회전자 영구자석(2) 상측면에 설치한 로커 암(5)의 끝 부분에 자력 전달 핀(6)을 설치한다.

편심축(4)의 위치점이 작은 원을 그리며 선회할 때, 로커 암(5)의 길이 크기에 의해 자력 전달 핀(6) 위치점은 더 큰 원을 그리며 선회운동을 한다.

이는 토오크가 증가된 현상을 나타낸 것이다. 이것은 지렛대 원리에서 지렛대 길이가 길어야 큰 힘을 낼 수 있는 것과 같다.

상기 출력측 원판(8)은 출력축(7)에 회전에너지를 전달하는 원판이다. 다른 방법으로 표현하면 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면 자력과 회전자 영구자석(2) 자극단 자력의 척력에 의한 반발에너지가 자력 전달 핀(6)에 의해 출력축(7)에 전달하는 원판이며, 출력측 원판(8) 끝 부분에 방사형 홈(6-1)을 형성하여, 자력 전달 핀(6)이 방사형 홈(6-1) 내에서 움직이게 도와준 원판이다.

따라서 원동기의 구동장치에 의해 입력축(3)이 회전하면 동시에 입력측 원판(9)도 입력축(3) 회전방향으로 회전하며, 입력측 원판(9)의 회전에 의해 편심축(4)의 위치점이 입력축(3)의 회전방향으로 작은 원을 그리며 선회운동을 한다.

이때 회전자 영구자석(2) 자극단은 입력축(3) 회전방향으로 큰 원을 그리며 선회운동을 한다. 이러한 때 부하 변화에 의해 역토오크가 가해지면 출력축(7)과 출력측 원판(8)은 입력축(3) 회전 반대방향으로 약간 회전되며, 이때 회전자 영구자석(2) 자극단은 입력축(3) 회전방향으로 회전하는 힘을 받고 있는 상태에서 출력측 원판(8)은 입력축(3) 회전 반대방향으로 회전하는 힘이 작용되며, 이러한 때 두힘의 작용에 의해 자력 전달 핀(6)은 출력측 원판(8) 끝부분에 설치한 방사형 홈(6-1)을 타고 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면 가까이로 이동되어 간다.

따라서 회전자 영구자석(2) 자극단은 원통형 고정자 영구자석(1) 내벽면에 가까워짐과 동시에 자력의 척력을 더욱 강하게 받게 되므로, 회전자 영구자석(2) 자극단은 입력축(3) 회전방향으로 또다시 밀리어 나가게 된다.

다시 말하면 로커 암(5) 끝 부분에 설치된 자력 전달 핀(6)이 입력축(3)의 회전 방향으로 더 큰 원을 그리며, 자력 전달 핀(6)의 위치점이 선회운동을 하는 것이다.

이러한 과정은 토오크가 증가되어 가는 과정으로 자력 전달 핀(6)의 선회운동은 증가된 토오크로 변화한 것이다.

따라서 자력 전달 핀(6)이 선회하면서 출력축(7)을 회전시키면 출력축(7)의 증가된 토오크가 부하에 전달되게 된다.

도 1은 본 발명 토오크 전달장치의 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예의 내부를 보인 단면도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 - 원통형 고정자 영구자석 2 - 회전자 영구자석

3 - 입력축 4 - 편심축

5 - 로커 암(rocker arm) 6 - 자력 전달 핀(Pin)

6-1 - 방사형 홈 6-6 - 제어 핀(Pin)

6-7 - 반달형 홈 7 - 출력축

8 - 출력측 원판 9 - 입력측 원판

9-1 - 입력측 원판의 보조원판

Claims (1)

1. 원통형 고정자 영구자석(1)과 회전자 영구자석(2)으로 토오크 전달장치를 구성하되, 상기 원통형 고정자 영구자석(1)의 내벽면 극성과 회전자 영구자석(2)의 자극단 극성을 동일한 극성으로 형성하고, 상기 회전자 영구자석(2)이 부착되어 있는 편심축(4)을 입력축(3)과 출력축(7)의 축심에서 약간 편심되게 설치하되, 상기 입력축(3)에 가까운 곳에 설치하며, 상기 입력축(3)에 의해 입력측 원판(9)이 회전할 때, 편심축(4)은 입력축(3)의 회전방향으로 작은 원을 그리며 편심축(4)의 위치점이 선회운동을 할 수 있도록 하고, 상기 출력축(7)과 자력 전달 핀(6)의 사이에 출력측 원판(8)을 설치하여 출력측 원판(8) 끝 부분에 방사형 홈(6-1)을 형성하여 상기 방사형 홈(6-1) 내에서 자력 전달 핀(6)이 이동하면서 출력측 원판(8)이 선회운동을 하도록 함을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 토오크 전달 장치.

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