KR100942866B1 - 진동기를 이용한 회전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동기를 이용하여 단방향 베어링(Clutch Bearing) 2개를 교대로 이동시 지렛대를 이용한 회전기에 관한 것으로 , 더욱 상세하게는 진동기가 플레밍의 왼손 법칙(Fleming's left-hand rule)에 좌우로 왕복 운동을 하면 90도 운동 변화를 시켜 상하 이동을 하고 지렛대를 이용하여 하 측으로 이동시 단방향 베어링 1을 이동 시키고 상측 이동 시에는 단방향 베어링 2를 연속적 교대로 이동 하므로 회전축을 회전 시켜주는 회전기에 관한 것이다.

또한 단방향 베어링을 대신하여 크러치 스프링(Clutch spring)을 사용하므로 저가용으로 제작을 할 수 있는 장점인 특징도 있다.

또한 진동기로 직접 슬라이더 크랭크(Slider crank )식 원리 처럼 원판을 회전 함으로서 고속 회전기로 사용할 수 있는 특징도 있다.

또한 출력 축에 2개의 단방향 베어링(또는 크러치 스프링)에 지렛대를 접속하여 각각의 지렛대를 상하로 이동 하므로 2개의 단방향 베어링(또는 크러치 스프링)이 조금씩 이동 하면서 출력 축도 같이 이동 하므로 회전을 할 수 있는 회전기에 관한 것이다.

단방향 베어링이나 크러치 스프링을 출력 축에 삽입시에 지렛대를 연결하여 감속 동작을 함으로서 부피의 축소로 콤팩트화 함은 물론 저가인 제품을 제작 할 수 있는 특징이 있다.

단 방향 베어링(Clutch Bearing), 플레밍의 왼손 법칙(Fleming's left-hand rule), 진동기, 가 이드(guide rod), 보빈(Bobbin), 크러치 스프링(Clutch Spring), 리드 스위치(Reed Switch), 톨크리플(Torque lipple 모터등 회전기의 정속도 회전이 아닌 속도의 덜크덕 거리는 변동이 발생된 상태) 에어갭(Air Gap 내외측 코어의 간격),자극센서(Magnetic Sensor 자극 감지 센서). 유니폴라(Unipolar 한방향 전류 흘려 여자되는 코일 감이식),네오듐(NdFeB 자석중 자력이 큰 자석), 회동(회전을 하거나 움직일수 있는), 바이폴라(Biopolar).

Description

진동기를 이용한 회전기{Revolver make use of a bibrator}

도 1은 본 발명의 구성 배치도

도 2는 진동기의 확대도

도 3의 (가)는 보빈(Bobbin)과 코일의 모양도

3의 (나)는 전자계가 형성된 진동기의 자력선도

3의 (다)는 (나)의 작용을 표기한 플레밍의 왼손법칙(Fleming's left-

hand rule) 방향도

3의 (라)는 손으로 표기한 플레밍의 왼손법칙 그림

도 4의 (가)는 리드 스위치(Reed switch)가 자계에 의해 계속 연결(ON)되는
그림

삭제

4의 (나)는 리드 스위치에서 이동 자계의 반대측에 고정 자극 설치로 단
락,단선(ON,OFF) 되는 동작을 하는 그림

삭제

도 5는 본 발명의 구동 회로도

도 6의 (가)는 단방향 베어링(Clutch Bearing)의 확대도

6의 (나)는 크러치 스프링(Clutch Spring)을 이용한 모양도
6의 (다)는 대출력 크러치 스프링의 모양도

도 7는 본 발명의 크러치 스프링을 이용한 잭(Jack)의 구성도

도 8은 본 발명의 진동기를 이용한 고속 회전기 구성도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 :진동기(Vibrator) 11 : 영구자석(Magnet) 12 : 외측 코어(계자)

13 : 내측코어(In side core) 14 : 보빈(Bobbin) 15 : L1 (우측이동 코일)

16 : L2 (좌 이동 코일) COM :L1,L2의 연결선 17 : 비틀림 방지대

18 : 가이드 봉 고정판 19 : 가이드 봉 20 : 직선 운동 전달대

21 : 직선 운동 전달 홀 22 : 모터 23 : 모터 회전 출력 원판

24 : 회전 출력 홀 25 : 크랭크 축 26 : 크랭크 운동 전달 홀

30 : 90도 운동 변환 원판 31 : 지지대 32 : 고정 축 볼 베어링

33 :운동각 변환판 34 : 운동 전달 홀 35 : 운동 전달 대

40 : 감속 지렛대 40A:지렛대 1 40B: 지렛대 2

41 : 고정 볼트 고리(Ring) 42 : 역운동 지렛대 43 : 역운동 전달대

44 : 손잡이 50 : 축 고정 베어링 51 : 단방향 베어링 1

52 : 단방향 베어링 2 53 : 베어링 연결대 54 : 지지축

삭제

60 : 출력 축(Shaft) 61 : 원 운동 원판 70 : 밑판(Bottom place)

80 : 크러치(Clutch)스프링 80A :크러치 스프링 1 80B :크러치 스프링 2

81 : 밀기단자 고리(Ring) 82 : 조임단자 고리 83 : 밀기 단자

삭제

84 : 밀기단자 홀(Hole) 90 : 진동기 위치 자극 91 : 리드 스위치 보강 자극

92 : 리드(Reed) 스위치 93 : 원 운동 변환 연결 홀(Hole)

100 : 로직(Logic) 회로 101 : 회전 속도 조정기(Speed aujust)

110 : 구동 출력 회로 120 : 외각 케이스(Case)

VCC : 동작 전원 GND : 어스 QA :트랜지스터 A

QB : 트랜지스터 B

본 발명은 회전기에 관한 것으로 진동기(Vibrater)로 직선 운동 전달대를 좌우 이동 시켜 90도 운동력 변화로 상하로 이동하는 운동력을 만들어 지렛대를 상하로 이동 시킨다.

지렛대가 하측으로 이동시에 단 방향 베어링(Clutch Bearing)을 조금 이동 시켜 회전 축을 약간 우회전 시키고 지렛대가 상 측으로 이동 시에는 역 운동 지렛대가 다른 단 방향 베어링을 이동 시켜 회전 축을 약간 우회전 시켜 주는데 이러한 동작이 반복 되므로 회전 축은 우회전을 한다.

진동기가 고속으로 진동을 하여 회전기는 지렛대의 작용으로 빠른 속도로 이동은 하나 조금씩 이동하므로 토크 리플(Torque ripple)이 적고 큰 감속비를 갖는 회전기에 관한 것이다.

종래의 회전기 감속는 기어(Gear) 감속기, 벨트(Belt) 감속기, 웜(Worm) 감속기, 유성 치차감속기,베벨(Bevel gear) 감속기 등의 많은 종류의 제품들이 있는데 부피는 물론 가격도 비싼 문제가 있다.

종래의 회전기 감속는 모두 회전 동력이 모터로 구성 되여 무계와 부피가 큰 것은 물론 제작 시간과 고가의 기계 장비인 문제점도 있다.

상기와 같은 문제를 해결 하기 위해 진동기의 직선 운동을 지렛대 원리를 이용하여 회전축을 회전시켜 큰 출력 톨크를 낼수 있는 감속을 하는 회전기에 관한 것이다.

본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제와 한계를 해결 하기 위한 것으로 동력은 모터 대신 진동기(10)를 플레밍의 왼손 법칙에 의해 구동하여 코일을 좌우로 이동 시켜 직선운동 전달대(20)에 의해 90도 운동 변환 원판(30)를 움직여주어 운동 전달대(35)의 상하 이동 운동이 감속 지렛대(40)을 상하로 이동 시키는데 감속 지렛대(40)는 출력 축(60)에 끼워진 단방향 베어링 1(51)에 연결 되였다.

감속 지렛대(40)가 하측으로 이동시에는 단 방향 베어링 1(51, Clutch Bearing)을 시계 방향(CW 우회전)으로 조금 이동 시키고, 감속 지렛대(40)가 상측으로 이동시 역 운동 지렛대(42)를 이동 시켜 단방향 베어링 2(52)를 시계 방향으로 조금 이동 시킨다.

진동기(10)는 스피커의 동작 원리와 같아 가청 주파수의 최대 20(KHz)까지 진동을 할 수 있다.

이와 같이 고속 진동되는 진동기(10)는 좌우(또는 상하) 직선운동을 하여 90도 운동 변환 원판(30)에 상하 이동 힘을 얻어 단방향 베어링의 축에서 먼 거리에서 감속 지렛대(40)를 이용 해서 단방향 베어링을 이동 시켜 감속기 동작을 하게 되는데 긴 지렛대 일수록 감속 비는 크다.

출력 축(60)이 1회전 하는데 수백 번 단방향 베어링이 교대로 조금씩 이동 회전 하게 되므로 토크 리플(Torque ripple)을 적게 한다.

같은 예로서 모터가 회전 할때 중앙의 축을 회전 시키기 위하여 외각에 배치된 슬롯의 수와 같이 순차적 변환 여자 전류를 흘려 주는데, 최고 슬롯수가 1HP(마력) 이하 모터는 48 이하가 되므로 1회전에 48번 이하의 토크 리플이 크게 발생 되는데 전원을 사인파 교류로 사용해 감소 시키나 직류 모터는 코어를 스큐(비틀림 조립)를 주어 조립 하며 전자 회로로 감소 시킨다.

그러나 본 발명은 지렛대의 길이를 길게 하여 수백 번으로 분할해 출력 축(60)이 회전 하므로 잔잔한 톨크 리플이 발생 되므로 거의 무시가 되며 출력 톨크도 크다.

회전수는 축의 반지름이 5mm 이고 축 중앙에서 지렛대의 길이가 50Cm(500mm) 라면 감속 비는 100:1 이고, 진동기(10)가 200번 진동시에 출력 축(60)이 1회전을 한다면, 진동기(10)를 10(KHz)로 진동시, 단방향 베어링이 2개 이므로 축은 20000번 이동 되므로 1초에 100회전을 하며 R.P.M(1분당 회전수)는 6000이 되므로 고속 회전을 하는데,이는 무부하시 최고의 전류를 흘릴때이고 부하에 의한 손실이 크기 때문에 최대 회전은 6000 R.P.M 이하가 된다.

헬츠(Hz)란 교류 전기 신호로 1초동안에 바뀌는 +,-의 전기 신호로 10(KHz)면 10000번 바뀌며 이 신호는 로직회로(100)의 회전 속도 조정기(101)의 가변저항 조정에 의해 결정 되는데 이주파수로 진동기(10)는 좌우(또는 상하)로 1초에 10000번 이동 되고 출력 축(60)는 2개의 단방향 베어링에 의해 조금씩 번갈아 20000번 이동 되며 200번에 1회전 한다면 1초에 100회전을 하게 된다.

고로 분당 회전수인 R.P.M은 1초당 100회 X 60초 는 6000(R.P.M)이 된다.

이상에서는 실제가 아닌 이론적 수치 계산에 의하여 얻어진 숫자 인데 실제의 회전 속도 조정기(101)의 가변 저항은 코일에 흐르는 전류를 정하는 속도 조절용 저항으로 어떠한 주파수를 설정해 정속 유지를 하지 않고 부하에 따라 감속되며 다른 전자 회로의 동작으로 정속 유지를 한다.

주파수 설정으로 정속 유지를 하는 회전기는 대전류를 흘려 부하 보다 훨씬 큰 출력이 요구 되여 사용 하지 않고 위치 검출 보상 방식 제어를 하는데, 본 발명도 진동기 위치 자극과 자극 검지 센서를 사용 하는 구성을 하여 이론상 속도 보다 부하에 의해 속도가 달라 지는 회전기 인데 속도를 리드 스위치로 위치 검출 후 로직 회로에서 속도 보상 신호를 얻어 정속도 유지 동작을 한다.

또한 진동기(10)에 슬라이더 크랭크식 피스톤의 원리를 이용하여 회전축을 구성하여 고속 회전을 할 수 있는 회전기로 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

그러나 진동기(10)의 직선 운동을 슬라이더 크랭크식 피스톤 원리로 고속 회전을 할때에는 출력에 부하가 극소인 원심 분리기와 같은 기기에서 적합 한데 진동기(10)를 더 많이 사용하여 각도 분할 동작을 시켜 주어야 좀더 큰 부하에 적용 할수 있다.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 , 진동기(10)가 스피커의 보이스 코일(Voice coil) 처럼 한 겹으로 나란히 감아서 적은 양의 코일로 감을 수 있어 무계가 적고 가이드 면적이 적어 빠른 속도로 좌우 진동을 할 수 있는데 실제 부하는 축에 있고, 회 전축 이전에 있는 직선 운동 전달대(20), 90도 운동 변환 원판(30), 감속 지렛대(40)들은 큰 부하가 되지 않기 때문이다.

진동기(10)의 좌우 이동이 90도 운동 변환 원판(30)을 움직일 때 원판의 하단부에 직선에 가까웁도록 움직이게 직선 운동 전달대(20)를 연결 하였고 또한 90 도 운동 변환 원판(30)의 출력도 운동이 직선에 가까운 지점에서 운동 전달대(35)을 이용해서 감속 지렛대(40)를 연결 하였다.(즉 90도 운동 변환 원판을 시계로 볼 때 6시 방향에 직선 운동을 가해 9시 방향에서 출력 얻음).

이상과 같이 90도 차이의 운동 변화로 좌우 이동이 상하 이동 운동으로 바뀌어 졌는데 감속 지렛대(40)의 상하 이동 운동이 직접 단방향 베어링 1(51)에 연결 되여 하측으로 이동 시에 만 회전 축(60)을 시계방향으로 약간 회전 시킨다.

감속 지렛대(40)가 상측으로 이동 시에는 역 운동 지렛대(42)에 의해 단방향 베어링 2(52)을 이동해서 회전축(60)를 약간 시계방향으로 회전 시킨다.

이상의 동작이 교대로 되여 회전 축(60)이 우회전을 하는데 감속 지렛대(40)의 길이가 길수록 감속비는 커서 회전속도는 느리나 출력의 힘은 크다.

본 발명의 구성과 작용을 설명 하면, 도 2 에서 진동기(10)를 확대하여 도시 했는데 외측 코어(12)의 안쪽에 영구자석(11)을 배치하고 그 자석 바로 위에 내측 코어(13)를 배치 하여 내외측 코어 사이에 사각통 보빈(14)를 끼우고 스피커의 보이스 코일 처럼 단층으로 나란히 L1,L2 코일(15,16)를 감아 전원 인가로 이동 동작시 코일의 이탈을 방지하기 위하여 비틀림 방지대(17)를 가느다란 가이드봉(19)으로 하여 미끄러져 이동 하므로 마찰을 극소로 하였다.

본 발명에서 내측 코어(13)와 외측 코어(12)의 간격을 에어갭(Air gap) 이라 하는데 간격이 좁을수록 큰 자력선이 발생되나 자력이 큰 자석(11)를 사용 하면 갭이 넓어도 출력 효율을 높일 수 있다.

도 3 에서는 플레밍의 왼손 법칙에 의한 동작을 설명하기 위한 그림으로 (가)는 코일 감이를 단방향 출력 전류가 흐르도록 유니폴라(Unipolar)방식인 3 단자 코일로 구성이 되였고, (나)는 L1 코일(15)에 전류를 흘릴 때 자계가 형성된 자력선의 방향과 도선에 흐르는 전류를 표기 했고, (다)는 L1 코일(15)의 전류로 플레밍의 왼손 법칙에 의하여 코일이 상 측으로 이동됨을 표기 하였는데 L2 코일(16)에 전류를 흘리면 반대로 하측으로 코일이 이동되는 동작을 한다.

도 3의 (라)는 손가락으로 표시하는 플레밍의 왼손 법칙의 방향 표기 그림이다.

자계속(B)에 도선을 배치하고 전류(I)를 흘리면 도선의 이동 방향이 플레밍의 왼손 법칙이 가르키는 방향으로 힘(F)이 이동 되는 그림을 그린 것이다.

도 4는 리드 스위치가 이동되는 자석에 의한 동작을 알기 쉽게 그린 것으로 (가)는 리드 스위치가 자석의 옆에 있는 것과 같아서 항상 연결(ON,단락)된 상태로 유지 되고 있고, (나)는 리드 스위치를 중앙에 위치하고, 전면에 얇은 진동기 위치 자극(90)과 반대측에 작은 리드 스위치 보강 자극(91)을 배치해 S극이 전면에 있어, 진동기 위치 자극이 N극이 위치 할 때에는 리드 스위치가 연결 되고, S극이 앞쪽에 위치 할 때에는 떨어진 상태로 되는 동작을 하는데, 리드 스위치에 자계를 가까이 했다 멀리하여 ON,OFF 동작 보다는, 리드 스위치 동작 보극 자극(91) 설치를 하면 동작하는 속도가 4배까지 빨라진 동작을 함을 알게 되였고, 배치 간격의 거리가 2배로 멀어져도 동작 됨을 실험 했는데 이는 동극일때 서로 미는 힘과 이극일때 당기는 자석의 작용 때문이다.

진동기 위치 자극(90)의 극이 S,N극 일 때에는 로직 회로를 단안정 타이밍(Timing)회로로 사용 하며, S,N,S 3극 일때에는 적분(저항 콘덴서 시정수)회로를 사용하여 제어 한다.

자극 센서로 주로 사용하고 있는 것은 고속 회전에는 홀 센서(Hall Sensor)를 사용 하며 느린 변화에는 값이 싼 리드 스위치(Reed switch)를 이용 하는데, 본 발명에서는 리드 스위치 동작 보강 자극(91)를 도4 (나)와 같이 배치하여 고속 이동에도 감지가 가능 하도록 하였다.

이러한 방식으로 4극 직류모터 센서로 실험을 했는데 10000 R.P.M 에서도 충분한 센서의 동작을 하였는데 충격에 약해서 리드 스위치를 에폭시로 몰딩을 하여 사용을 했음.

리드 스위치(92)를 사용한 자극 센서는 가격이 저가임은 물론 동작을 시키기 위한 전원이 필요 없어 홀 센서와는 달리 회로가 간편하게 구성이 된다.

도 5는 본 발명의 구동회로 인데 진동기 위치 자극(90)이 좌우로 N,S로 교대로 번갈아서 리드 스위치(92) 전면에서 이동 될 때 리드 스위치(92)가 ON,OFF 동작 을 하므로 로직 회로(100)는 트랜지스터 QA과 QB를 교대로 동작을 시키는데 회전 속도조정기(101)를 가변 하여 리드 스위치의 동작 신호의 폭을 조정 하므로 L1 코일(15), L2 코일(16)의 전류를 변화 시켜 주어 진동기(10)의 동작 속도가 변화되는 본 발명의 전자 구동 회로를 갖는 방식의 회전기 이다.

도 6는 크러치 스프링(80, Clutch Spring)의 구성을 그린 것으로 단방향 베어링 동작을 대신 하여 크러치 동작을 할 수 있는 구성 인데, (가)는 단방향 베어링(51,52)의 확대도 이며, (나)는 크러치 스프링(80)의 구성도로 밀어주면 스프링을 조이는 밀기 단자 고리(81)와 조임 단자 고리(82)가 형성 되여 양쪽의 스프링 고리에 밀기 단자(83) 사각판를 끼우도록 하였다.

밀기 단자 홀(84)를 감속 지렛대(40)가 하강 시 밀어 주도록 하면 단방향 베어링(51,52)의 작용과 같은 동작을 할 수 있는데 이는 밀기 단자측이 밀리면서 조임 단자측을 조여 주므로서 스프링이 축을 꽉 잡아 주는데 스프링이 둥근원형 선이 아니고 4각형의 선(사각철사) 이므로 출력축(60)의 외경과 접촉 하는 면적이 크므로 더욱 마찰력을 크게 하여 상당한 크러치 작용을 하계 되는 크러치 스프링으로 가격이 저가로 제작 되는 장점을 특징으로 한다.

도 6의 (다)는 부하가 상당히 클 때에 사용하는 크러치 스프링으로 축보다 큰 경으로 하는 크러치 스프링을 그린 것인데 다른 한 조는 미도시 하였는데 같은 모양이다.

도 7는 잭(JACK)을 크러치 스프링(80)을 이용한 구성 이다.
도 8는 진동기를 사용한 고속 회전기로서 슬라이더 크랭크 동작 원리를 이용한 것인데; 원운동 판(61)을 무계 있게 하고 진동기 위치 자극(90)을 반 원씩 N, S극으로 등분하였다.

원판이 무거워야 원심력으로 출력 유지에 도움이 되고 L1,L2 코일 동작을 검출 하기 위해서 원판 자석으로 2등분 했는데 위치 센씽(sensing)을 하기 위한 진동기 위치 자극(90)이다.

진동기(10)의 이동 거리가 진동기 위치 자극(90) 원판에 있는 원 운동 변환 연결 홀(93)이 그리는 원의 지름과 같도록 구성을 하여 슬라이더 크랭크식 회전을 하도록 하였다.

진동기(10)가 우측 이동을 시작할때 진동기 위치 자극(90)의 하측의 반원이 N극이 되므로 리드 스위치(92)는 N극을 검출해 ON되여 진동기의 L1 코일(15) 동작으로 진동기의 보빈(14)는 우로 이동 하면서 직선 운동 연결대(20)를 밀어 원 운동 변환 연결 홀(93)이 반바퀴 좌회전 하여 진동기 위치 검출 자극(90)은 S극이 하단부로 반원이 되여 리드 스위치(92)는 OFF가 되고 진동기(10)의 L2 코일에 전류를 흘여 주어 진동기의 보빈(14)은 좌로 이동 되며 직선 운동 연결대(20)을 좌로 당겨 원 운동 원판(61)을 좌로 반원 회전 하계 되는 동작의 반복으로 회전을 한다.

이와 같이 반원씩 번 갈아서 진동기(10)의 좌우 이동에 1회전씩 하는 크랭크식 회전을 하는 동작을 하는데 그 출력은 출력 축(60)의 전면이 아닌 뒤쪽 방향에서 얻는다.

도 8의 회전 동작은 진동기(10)가 음성 신호의 최대 가청 주파수 20 (KHz) 까지 진동 할 수 있기 때문에 진동 횟수와 회전수가 같으므로 R.P.M으로 환산하면 20000(Hz)X60(sec)=1200000 R.P.M 이나 되는 이론이 형성 되나 무 부하시의 동작 이론이고 실제로는 부하에 따른 영향이 커서 50000 R.P.M 이상은 어렵다.

50000 R.P.M 무 부하 동작시 비행기 이룩시에 나오는 위잉-- 하는 귀음이 나오며 회전 하다가 수분 후에 모터가 파손이 되였는데, 이는 진동기에 고속 슬라이드 베어링을 사용하지도 않았고 인가 전원,열 문제 등의 문제가 있었기 때문이고 동작 이론상 하자는 없는 회전기 이다.

이러한 고속 회전기는 무하가 극소로 적을 때에 회전이 가능하고 부하가 있을 때에는 다수의 진동기를 각도 분활 하여 기계적 배치를 하여야 동작 할 수 있는 회전기 이다.

이는 간단한 구조로 소 부하에 소전류로 고속 회전을 하는 특징이 있는 회전기 이다.

고속 회전을 하는데 가이드봉 고정판(18) 위치에 슬라이드 베어링을 설치 하고 운동력 전달 개소 마다 베어링을 사용하여 최소의 마찰이 되도록 설계를 하도록 구성 하는 구조로 한다.

또한 큰 출력을 얻으려면 내 외측 코어(13,12)의 간격인 에어 갭을 넓게 하고,L1,L2의 코일(15,16)을 여러 겹으로 감고 자력을 크게 하기 위해 영구자석(11)은 자력이 큰 영구 자석을 사용하면 된다.

긴 지렛대 2개를 같은 출력 축에 끼워진 2개의 단방향 베어링(또는 밀기 단자가 연결된 크러치 스프링)을 상하 측으로 서로 반대 방향으로 교대로 빠르게 이동을 하면 지렛대 원리에 의한 감속기 동작을 할 수가 있는데 축의 반지름이 5(mm)이고 지렛대의 길이가 100(mm)라면 20:1의 감속비를 갖는 수동식 감속기로서 무거운 물체를 들어올리는 잭(JACK)으로 사용할 수 있는데 지렛대의 접속을 쉽게 하여 콤팩트화 할 수 있는 특징도 있다.

큰 감속비를 짧은 길이의 제품에서 원하는 경우에는 1차 감속 동작을 한 출력 축에 90도 운동 변환 원판(30)과 같은 원판을 삽입 한 후 운동 전달대(35) 접속 하여, 감속 지렛대(40)가 하측으로 이 동시에 하나의 단방향 베어링 1(51)로 다른 큰 출력 축을 조금 회전 하고;
감속 지렛대가 상으로 이 동시에는 시이소 동작을 하는 역운동 지렛대(42)로 역운동 전달대(43)을 움직여 다른 단방향 베어링 2(52)로 큰 출력 축을 조금 회전 하여 큰 감속을 하는데 큰 출력축의 위치는 작은 출력 축이 있는 반대 쪽에 위치 하며 각각의 소자의 위치를 적당히 하므로 좁은 공간 에서도 큰 감속비를 구성 할 수 있는 특징도 있다.
즉 2중 감속 장치를 구성 하는데 큰 단방향 베어링 1조를 더 사용한 방식 이다.
본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명하면;
도 1에서;
도 1의 (나)에서는 도 1의(가)의 진동기(10)를 사용하지 않고 모터(22)를 사용하여 회전력을 모터 회전 출력 원판(23)의 회전 출력 홀(24)에서 회전 하는 회전력을 크랭크 축(25)으로 90도 운동 변환 원판(30)의 크랭크 운동 전달 홀(26)로 전달해 주는 구성을 하였다.
모터(22)를 사용하여 감속지렛대(40)의 상하 이동 운동력을 얻을 경우에는 직선 운동이 아니고 회전을 하므로 모터 측 회전운동의 반지름 보다 90도 운동 변환 원판(30)이 크고, 또한 운동력을 전달해 주는 크랭크 축(25) 길이도 길어야만 이동력이 발생 한다.
도 2도에서 진동기(10)를 확대하여 도시 했는데;
외측 코어(12)의 안쪽에 영구자석(11)을 배치하고 그 자석 바로 위에 내측 코어(13)를 배치하여 내 외측 코어 사이에 사각통 보빈(14)를 끼우고 스피커의 보이스 코일 처럼 단층으로 나란히 L1,L2 코일(15,16)를 감아 전원 인가로 이동 동작 시 코일의 이탈을 방지하기 위하여 비틀림 방지대(17)를 가느다란 가이드봉(19)으로 하여 미끄러져 이동 하므로 마찰을 극소로 하였다.
본 발명에서 내측 코어(13)와 외측 코어(12)의 간격을 에어 갭(Air gap) 이라 하는데 간격이 좁을수록 큰 자력선이 발생되나 자력이 큰 자석을 사용 하여 출력 효율을 높일 수도 있다.
도 3에서;
플레밍의 왼손 법칙에 의한 동작을 설명하기 위한 그림으로 (가)는 코일 감이를 단방향 출력 전류가 흐르도록 유니폴라(Unipolar)방식인 3 단자 코일로 구성이 하였고, (나)는 L1 코일(15)에 전류를 흘릴 때 자계가 형성된 자력선의 방향과 도선에 흐르는 전류를 표기 했고, (다)는 L1 코일(15)의 전류로 플레밍의 왼손 법칙에 의하여 코일이 상 측으로 이동됨을 표기 하였는데; L2 코일(16)에 전류를 흘리면 반대로 하측으로 코일이 이동되는 동작을 한다.
만약 L1 코일과 L2 코일을 모두 사용 하려면 COM(공통 단자)을 사용 하지 않고, 양측 끝을 사용하고 양극성 전류를 흘려 주는 바이폴라 (Biopola) 방식의 전자 출력 회로를 사용 한다.
도 3의 (라)는 손가락으로 표시하는 플레밍의 왼손 법칙의 방향 표기 그림인데;
자계속(B)에 도선을 배치하고 전류(I)를 흘리면 도선의 이동 방향이 플레밍의 왼손이 가르키는 방향으로 힘(F)이 이동 되는 그림을 그린 것이다.
도 4에서;
리드 스위치가 이동되는 자석에 의한 동작을 알기 쉽게 그린 것으로 (가)는 리드 스위치가 자석의 옆에 있는 것과 같아서 항상 연결(ON,단락)된 상태로 유지 되고 있고, (나)는 리드 스위치를 중앙에 위치하고, 리드 스위치 전면의 얇은 진동기 위치 자극(90)과 반대측에 작은 리드 스위치 보강 자극(91)을 배치해 S극이 전면에 있어 진동기 위치 자극이 N극이 위치 할 때에는 리드 스위치가 연결 되고, S극이 앞쪽에 위치 할 때에는 떨어진 상태로 되는 동작을 하는데, 리드 스위치에 자석을 가까이 했다 멀리하여 ON,OFF 동작 보다는, 리드 스위치 동작 보극 자극(91) 설치를 하면 동작하는 속도가 4배까지 빨라진 동작을 함을 알게 되였고, 리드 스위치의 배치 간격 거리가 2배로 멀어져도 동작됨을 실험 했는데, 동극에 밀고 이극에 당기는 자석의 작용 때문이다.
진동기 위치 자극(90)의 극이 S,N극 일 때에는 로직 회로를 단안정 타이밍(Timing)회로로 사용 하며, S,N,S 3극 일 때에는 적분(저항 콘덴서 시정수)회로를 사용 한다.
자극 센서로 주로 사용하고 있는 것은 고속 회전에는 홀 센서(Hall Sensor)를 사용 하며, 느린 변화에는 값이 싼 리드 스위치(Reed switch)를 이용 하는데, 본 발명에서는 리드 스위치 동작 보강 자극(91)를 도4 (나)와 같이 배치하여 고속 이동에도 감지가 가능 하도록 하였다.
도 5에서;
본 발명의 구동회로 인데 진동기 위치 자극(90)이 좌우로 N,S로 교대로 번 갈아서 리드 스위치(92)의 전면에서 이동 될 때 리드 스위치(92)가 ON,OFF 동작을 하므로 로직 회로(100)는 트랜지스터 QA과 QB를 교대로 동작을 시키는데 회전 속도조정기(101)를 가변 하여 리드 스위치(90)의 동작 출력 신호의 폭을 조정 하므로 L1 코일(15), L2 코일(16)의 전류를 변화 시켜 주어 진동기(10)의 동작 속도가 변화되는 본 발명의 전자 구동 회로를 갖는 방식의 회전기 이다.
도 6에서;
크러치 스프링(80, Clutch Spring)의 구성을 그린 것으로 단방향 베어링 동작을 대신 하여 크러치 동작을 할 수 있는 구성 인데, (가)는 단방향 베어링(51,52)의 확대도 이며, (나)는 크러 치 스프링(80)의 구성도로 밀어주면 스프링을 조이는 밀기 단자 고리(81)와 조임 단자 고리(82)가 형성 되여 양쪽의 스프링 고리에 밀기 단자(83) 사각판를 끼우도록 하였다.
밀기 단자 홀(84)을 감속 지렛대(40)가 하강 시 밀어 주도록 하면 단방향 베어링(51,52)의 작용과 같은 동작을 할 수 있는데 이는 밀기 단자측이 밀리면서 조임 단자 측을 조여 줌으로서 스프링이 축을 꽉 잡아 주는데 스프링이 둥근 원형 선이 아니고 4각형의 선(사각철사) 이므로 출력 축(60)의 외경과 접촉 하는 면적이 크므로 더욱 마찰력을 크게 하여 상당한 크러치 작용을 하게 되는 크러치 스프링으로 가격이 저가로 제작 되는 장점을 특징으로 한다.
도 6의 (다)는 부하가 상당히 클 때에 사용하는 크러치 스프링으로 축보다 큰 경으로 하는 크러치 스프링을 그린 것인데 다른 한 조는 미도시 하였는데 같은 모양이다.
도 7에서;
출력 축에 크러치 스프링(Clutch Spring)을 2개 삽입 하고, 또한 2개의 지렛대(1,2)를 크러치 스프링에 각각 직각 접속 하고 타 측은 반대의 운동력을 얻도록 운동 변환 원판(30A)에 접속을 하여 지렛대(40)가 교대로 이동하여 잭(Jack)의 동작을 하도록 한 구성이다.
동작은 지렛대의 손잡이(44)을 상측으로 이동 하면 좌우 운동각 변환판(33)를 시계로 본 12시 방향과 6시 방향의 운동 전달 홀(34)이 시계 방향(CW) 으로 이동 되므로 12시 방향의 운동 전달대(35)가 지렛대 2(40B)를 이동해 크러치 스프링 2(80B)을 조이며 회전 축(60)을 시계 방향으로 약간 회전 시키고, 다음 지렛대 손잡이(44)를 하측으로 이동 하면 6시 방향의 운동 전달대(35)가 지렛대 1(40A)를 이동 하여 크러치 스프링 1(80A)을 조이며 회전 축(60)을 시계 방향으로 약간 회전 시킨다.
상기와 같이 감속 지렛대(40)의 연속적인 상하 운동으로 출력 축(60)이 회전을 하는데 감속 작용은 감속 지렛대(40)의 길이와 좌우 운동 전달 홀(34)의 원점에서 길이 비례 하나와;
2개의 지렛대(40A,40B)의 길이와 크러치 스프링의 밀기 단자 홀(84)의 반지름(출력 축 중앙 에서의 길이)인데 전체의 감속 비는 2종류의 감속비를 곱한 값이 되는데;
감속 지렛대(40)가 500mm, 운동 전달 홀(34) 20mm 라면 25:1 이 되고;
지렛대 1(40 A)이 300mm, 밀기단자 홀(84)의 반 지름(출력 축 중앙에서 길이)이 20mm 일때 15:1이 된다.
총합 감속 비는 25X15= 375 이므로,375:1이 되는 상당한 감속 비를 갖는다.
도 5에서;
속도의 변환이 한 개의 가변저항으로 무단 변속을 할 수 있어 원하는 속도에서 동작 시킬 수 있고 회전 속도를 검출하여 부궤환(Negative Feedback) 신호로 정속 주행을 하는 회로를 사용할 수 있는 장점도 있다.
본 발명에서 감속기의 동작을 하는 이유는 작은 기어에서 큰 기어로 동력을 전달 하면 큰 기어의 회전 속도가 기어의 숫자 비교에 의한 감속을 하는 원리 처럼 운동력을 전달 하는 지렛대의 길이와 회전축(단 방향 베어링의 내경)의 관계에서 성립이 되는데 회전축 반지름이 5mm 이고, 여기에 지렛대가 95mm 연결 되였을 때 지렛대 끝에서 이동힘은 20분에 1 힘으로도 움직일수 있으나 이동 거리는 같은 시간에 지렛대 끝쪽이 20배로 많은 거리를 이동 했으므로 감속이 되였다.
즉 지렛대 끝쪽과 축 외경의 이동 시간은 같으나 이동 거리가 20배 되므로 축의 이동 거리가 적어, 같은 시간에 이동 거리가 20분에 1이 되므로 속도가 느려져 감속기 역할을 한 것이다.
고로 지렛대 원리를 이용한 단방향 베어링 회전도 감속을 하는 감속 회전기가 된다.
또한 하나의 축에 2개의 단방향 베어링을 끼우고 같은 길이의 긴 지렛대를 접속해 교대로 상하 수동 이동을 하면 큰 출력의 힘을 낼수 있으며 전동기등 회전기로 180도 다른 힘을 크랭크 원리를 이용해 전달해도 속도는 느리나 큰 출력의 힘을 얻을 수 있는데, 이때 단방향 베어링을 대신하여 크러치 스프링을 도 6 (가),(나)와 같이 대치 사용 하여 단가를 절감 하는 장점도 있다.
또한 하나의 축에 2개의 단방향 베어링(또는 크러치 스프링)을 끼우고, 각각의 지렛대를 단방향 베어링에 직각으로 접속하고 교대로 상하로 이동을 하면 출력 축이 회전을 하는데;
지렛대를 길게 할수록 큰 출력의 힘을 낼수가 있어 자동차등 무거운 물체를 들어 올리는 잭(Jack)으로 사용시 진동기나 모터등 다른 동력이 없어도 수동으로 쉽게 사용 할수 있는 특징도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 동력원이 모터가 아니고 진동기 이기 때문에 저가로 제작이 되는데 , 코일을 한 겹으로 나란히 감기 때문에 쉽게 제작 됨은 물론 재료비 또한 저가이고 코어와 자석도 모터에 비교가 되지 않는 원자재를 사용 하며 모양도 납작하고 작아서 콤팩트화 되는 장점도 있다.

모터의 스롯과 같은 역할을 하는 진동기는 모터 스롯처럼 여러 개가 아니고 하나이며 모터의 외경이 커서 스롯도 많고 큰 것처럼 축에서 먼곳에 긴 지렛대로 연결돼서 큰 출력을 얻는 역할로 감속 동작을 하는데 이들 구성 품이 간편하고 가격들이 저가로 되는데, 90도 운동 변환 원판, 감속 지렛대, 역 운동 지렛대 등 모두 납작한 구성으로 되며 길고 납작한 모양의 케이스에 내장 할수 있어 취부가 쉬운 장점도 또한 있다.

구동을 하는 전자 회로 부품도 일반적인 모터에서는 센서(Sensor)로 홀 센서(Hall sensor)나 포토 센서(Photo sensor)등을 사용하여 고가 인데, 본 발명은 리드 스위치를 사용하므로 최저가의 센서가 되며, 로직 회로도 무안정 멀티바이브레터 회로로 하면 저가의 IC 하나로 구성되고 출력 회로도 단 방향 방식인 유니폴라 방식으로 출력 회로가 간편해 저가 제작은 물론 부피도 최소형이 되는 특징도 있다.

감속을 하지 않고 진동기로 직접 슬라이더 크랭크식 동작 원리로 동작시에는 배속기를 사용 하지 않고도 엄청난 고속 회전을 할 수 있으므로 원심 분리기 등 고속을 원하는 기기에 적합한 장점을 가지고 있는데 부하가 적어야 하는 단점도 있다.

또한 속도의 변환이 한 개의 가변저항으로 무단 변속을 할 수 있어 원하는 속도에서 동작시킬 수 있고 회전 속도를 검출하여 부궤환(Negative Feedback) 신호로 정속 주행을 하는 회로를 사용 할 수 있는 장점도 또한 있다.

본 발명에서 감속기의 동작을 하는 이유는 작은 기어에서 큰 기어로 동력을 전달 하면 큰 기어의 회전 속도가 기어의 숫자 비교에 의한 감속을 하는 원리 처럼 운동력를 전달 하는 지렛대의 길이와 회전축(단 방향 베어링의 내경)의 관계에서 성립이 되는데 회전축 반지름이 5mm이고 여기에 지렛대가 95mm 연결 되였을때 지렛대 끝에서 이동힘은 20분에 1 힘으로도 움직일수 있으나 이동거리는 같은 시간에 지렛대 끝쪽이 20배로 많은 거리를 이동 했으므로 감속이 되였다.

즉 지렛대 끝쪽과 축외경의 이동 시간은 같으나 이동 거리가 20배 되므로 축 의 이동 거리가 적어 같은 시간에 이동 거리가 20분에1이 되므로 속도가 느려져 감속기 역할을 한것이다.

고로 지렛대 원리를 이용한 단방향 베어링 회전도 감속을 하는 감속회전기가 된다.

또한 하나의 축에 2개의 단방향 베어링을 끼우고 같은 길이의 긴 지렛대를 접속해 교대로 상하 수동 이동을 하면 큰 출력의 힘을 낼수 있으며, 전동기등 회전기로 180도 다른 힘을 크랭크 원리를 이용해 전달해도 속도는 느리나 큰 출력의 힘을 얻을수 있는데, 이때 단방향 베어링을 대신하여 크러치 스프링을 도 6 (가),(나) 와 같이 대치 사용 하여 단가를 절감 하는 장점도 있다.

또한 하나의 축에 2개의 단방향 베어링(또는 크러치 스프링)을 끼우고 각각의 지렛대를 접속해 교대로 상하로 이동을 하면 출력 축이 회전을 하는데, 지렛대를 길게 할수록 큰 출력의 힘을 낼수가 있어 자동차등 무거운 물체를 들어 올리는 잭(JACK)으로 사용시 진동기나 모터등 다른 동력이 없어도 수동으로 쉽게 사용 할수 있는 특징도 있다.

Claims (2)

1. 회전기의 출력축에 두 개의 단방향 베어링을 구비 하고;

   단방향 베어링 1에는 긴 지렛대가 직각으로 연결 되고;

   단방향 베어링 2에 연결한 역운동 지렛대는 긴 지렛대에 시이소 처럼 회동 연결 하고;

   긴 지렛대가 하측으로 이동 할 때 단방향 베어링 1이 시계 방향으로 조금 이동 하며 출력축도 같이 시계 방향으로 회전 되고;

   긴 지렛대를 상측으로 이동 하면 , 역 운동 지렛대를 하측으로 이동시켜 단방향 베어링 2을 시계 방향으로 조금 이동 하면서 출력 축도 같이 시계 방향 회전을 하도록 구성 되어;

   긴 지렛대를 빠르게 상하 이동함에 따라 두 개의 단방향 베어링이 교대로 출력 축을 빠르게 조금씩 이동 하므로 출력 축을 회전 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전기.
2. 회전기의 출력축에 두 개의 크러치 스프링을 구비하고;

   각각의 크러치 스프링의 양 끝단에 각각 밀기단자 고리와 조임단자 고리가 형성 하고;

   밀기 단자 고리와 조임 단자 고리의 내측에 밀기단자를 각각 삽입하여 일측에 밀기단자 홀이 형성 되며;

   두개의 크러치 스프링의 밀기단자 홀에 지렛대가 각각 회동 연결 되어 지렛대 1이 시계 방향으로 이동할 때 크러치 스프링 1이 시계 방향으로 약간 이동 되면서 출력 축도 같이 시계 방향으로 약간 회전 하도록 구성되고;

   지렛대 2를 시계 방향으로 이동하면 , 상기의 출력 축의 옆에 끼워진 같은 구성의 크러치 스프링 2가 밀기 단자홀에 연결되여 시계 방향으로 약간 이동 되여 출력 축도 같이 시계 방향으로 회전 하는 구성과;

   상기 2개의 지렛대를 운동 전달대에 각각 회동 접속해 운동각 변환판에 연결하여 서로 반대로 이동 하는 힘이 발생되는 시계로 본 12시,6시 방향에 각각 회동 접속 하며,긴 감속 지렛대를 운동각 변환판의 9시 방향에 고정 접속 하고;

   긴 감속 지렛대를 상하로 이동 하므로 출력 축이 시계 방향으로 회전 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전기.

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