KR101230045B1

KR101230045B1 - 영구자석모듈을 갖는 자기부상 크래프트

Info

Publication number: KR101230045B1
Application number: KR1020110036403A
Authority: KR
Inventors: 한형석; 박도영; 김동성; 김봉섭; 이종민; 김창현; 남도경; 권영진
Original assignee: 주식회사 에스에프에너지; 한국기계연구원
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-02-05
Also published as: KR20120118797A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 자기부상 크래프트는, 서로 다른 자화 방향을 갖는 복수 개의 영구자석편을 포함하는 영구자석모듈과, 상기 영구자석모듈을 회전시키는 전동기와, 상기 제1 방향으로 이어져 설치된 이송용 리니어 모터, 및 상기 제1 방향과 교체하는 제2 방향으로 이어져 설치된 조향용 리니어 모터를 포함한다.

Description

영구자석모듈을 갖는 자기부상 크래프트{MAGNETIC LEVITATION CRAFT HAVIANG PERMANENT MAGNET MODULE}

본 발명은 자기부상 크래프트에 관한 것으로서 보다 상세하게는 영구자석모듈을 갖는 자기부상 크래프트에 관한 것이다.

자기부상 장치는 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 장치를 말한다. 이 중 자기부상 열차는 궤도 상에서 부상 및 추진하는 대차와, 대차에 탑재되어 객차 또는 화차를 형성하는 차량 바디를 포함한다.

자기부상 장치는 대차와 궤도 사이에서 전자석에 의한 인력 또는 반발력을 응용하여, 대차를 궤도로부터 이격시킨 상태로 추진한다. 이와 같이 자기부상 장치는 궤도와 비접촉 상태로 추진하므로 소음 및 진동이 적고 고속 추진이 가능하다.

자기부상 장치의 부상 방법에는 자석의 인력을 이용하는 흡인식과, 자석의 반발력을 이용하는 반발식이 있다. 또한, 자기부상 장치의 부상 방법에는 전자석의 원리에 따라, 초전도 방식과 상전도 방식이 있다. 초전도 방식은 전기 저항이 없고 강한 자력을 얻을 수 있으므로 고속 열차에 적용하고, 상전도 방식은 중속도의 중단거리용 열차에 적용하고 있다.

반발식에는 같은 극의 영구자석 간에 작용하는 반발력을 이용하는 영구자석 반발식과, 차량에 부착된 자석의 운동으로 유도된 지상 코일의 유도전류에 의한 자장의 반발력으로 부상시키는 유도 반발식이 있으며, 일반적으로 흡인식보다는 반발식이 제어가 쉽고, 흡인식은 정지 시와 저속에서도 부상이 가능하다는 장점이 있다.

특히, 유도 반발식은 하중의 변화에 민감하지 않으며 초고속에 적합한데, 차량의 자석은 초전도 자석을 사용하고, 초전도를 위해서 극저온이 요구되므로 고가의 설치비가 요구되는 단점이 있다.

이와 같이 고속의 자기부상방식은 대표적으로 독일에서는 상전도 흡인식을 이용하여 연구가 진행되고 있으며, 일본에서는 초전도 반발식을 기본으로 하여 연구가 진행되고 있다.

흡인식이나 반발식 모두 전자석을 이용하여 부상력을 발생시키고 있는데, 원하는 부상력을 얻기 위해서는 전자석의 부피가 커야 하고, 이에 따라 전력의 소모가 크다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안정적인 자기부상 주행을 수행할 수 있는 자기부상 크래프트을 제공함에 있다.

상기 이동용 리니어 모터는 돌기와 돌기 사이에 형성된 홈을 포함하는 코어와 상기 홈에 삽입 설치된 코일을 포함하며, 상기 돌기는 상기 제1 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 조향용 리니어 모터는 상기 이송용 리니어 모터의 길이방향 단부에서 이격 배치될 수 있으며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 직교하도록 이루어질 수 있다.

상기 영구자석모듈은 제1 영구자석부와 상기 제1 영구자석부보다 더 외측에 배치된 제2 영구자석부를 포함하고, 상기 제1 영구자석부는 상기 제2 영구자석부 보다 하부를 향하는 면에서 단위 면적당 더 큰 자기력을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 제1 영구자석부는 상기 제2 영구자석부 보다 더 큰 높이를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 영구자석모듈은 상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부가 삽입되는 케이스를 포함하고 상기 케이스에는 상기 제1 영구자석부가 삽입되는 제1 홈과 상기 제1 홈 보다 다 작은 깊이로 형성되며 상기 제2 영구자석부가 삽입되는 제2 홈을 포함할 수 있다.

상기 조향용 리니어 모터의 길이는 상기 이송용 리니어 모터의 길이보다 더 작게 형성될 수 있으며, 상기 조향용 리니어 모터의 길이는 상기 이송용 리니어 모터의 길이의 1/2보다 더 작게 형성될 수 있다.

상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부는 적층 배열된 복수 개의 영구자석들로 이루어지고 상기 제1 영구자석부는 상기 제2 영구자석부 보다 더 많은 영구자석들로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 영구자석부의 단위 부피당 자기력은 상기 제2 영구자석의 단위 부피당 자기력보다 더 크게 형성될 수 있다.

상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부는 상기 영구자석모듈의 둘레방향을 따라 배열된 복수 개의 영구자석 유닛을 포함할 수 있으며, 상기 영구자석 유닛들은 하부를 향하는 면을 기준으로 상기 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배열될 수 있다.

상기 영구자석 유닛은 상기 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 자화방향이 변하는 할바흐 배열을 갖도록 배열될 수 있으며, 상기 영구자석 유닛들의 자화 방향은 상기 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 진행할수록 상기 영구자석모듈의 높이 방향으로 변하도록 배열될 수 있다.

상기 영구자석모듈은 하부를 향하는 방향의 자화방향을 갖는 제1 자극 자석편과, 상기 제1 전극 자석편과 반대 방향의 자화방향을 갖는 제2 자극 자석편, 및 상기 제1 자극 자석편과 상기 제2 자극 자석편 사이에 위치하며, 상기 제2 자극 자석편에서 제1 자극 자석편을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 유도 자석편을 포함할 수 있다.

상기 영구자석모듈은 상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부 사이에는 상기 제1 영구자석부보다 하부를 향하는 면에서 단위 면적당 더 작은 자기력을 갖고, 상기 제2 영구자석부보다 하부를 향하는 면에서 단위 면적당 더 큰 자기력을 갖는 제3 영구자석부를 포함할 수 있으며, 상기 자기부상 크래프트는 도체판 상에서 부상하여 이동할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 크래프트는 이송용 리니어 모터와 조향용 리니어 모터를 구비하여 작은 무게의 리니어 모터를 이용하여 이동 및 방향 전환을 실현할 수 있다.

또한, 전동기의 축 중심에 자기력이 집중되므로 자기력이 축을 안정적으로 지지함으로써 요동을 방지하여 안정적으로 부상을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트을 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 4는 도 2에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 크래프트를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 절개 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영구자석모듈을 도시한 저면도이다.
도 9는 도 8에서 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영구자석모듈의 케이스를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 저면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 평면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 크래프트(101)는 대차 상판(121)과 외형을 이루는 차체 바디(126), 대차 상판(121)에 고정 설치된 영구자석모듈(140)을 포함한다.

본 실시예에 따른 대차 상판(121)은 판 형태로 이루어지며 차체 바디(126)에 고정 설치된다. 차체 바디(126)에는 승객이 탑승할 수 있는 좌석이 설치되며, 승객이 이동 방향 및 부상을 조작할 수 있는 각종 장치가 설치되어 있다.

도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이고 도 4는 도 2에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 대차 상판(121)의 아래에는 하부 지지판(123)이 설치되는 바, 하부 지지판(123)은 대차 상판에 지지막대(125)를 매개로 고정되며 지지막대(125)는 코너부에 2개씩 설치된다. 지지막대(125)는 충격을 완충시킬 수 있도록 내부에 스프링 등의 탄성부재가 설치된 구조로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 자기부상 크래프트(101)는 하부에 배치된 도체판(130)에서 부상하여 이동하는 바, 영구자석모듈(140)과 영구자석모듈(140)을 회전시키는 전동기(122)를 포함한다.

전동기(122)는 대차 상판(121)에 고정 설치되며, 베어링(124)을 매개로 영구자석모듈(140)과 연결 설치된다. 베어링(124)은 축하중을 안정적으로 지지할 수 있는 크로스롤러 베어링으로 이루어질 수 있다.

베어링(124)은 하부 지지판(123)에 끼워져 고정 설치되며 베어링(124)의 아래에는 구동축(136)과 구동축(136)에 결합된 영구자석모듈(140)이 설치된다. 이에 따라 영구자석모듈(140)은 베어링(124)을 매개로 하부 지지판(123)에 고정되며 전동기(122)에서 동력을 전달받아 설정된 속도로 회전할 수 있다. 한편, 하부 지지판(123)에는 부상이 정지된 경우 이동 가능하도록 보조 차륜(127)이 설치된다.

도체판(130)은 전기 전도성을 갖는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 도체판(130)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 도체판(130)은 도전성을 갖는 다양한 재질의 금속으로 이루어질 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 영구자석모듈(140)은 하부 지지판(123)의 코너부 4곳에 설치되며, 대차 상판에는 각 영구자석모듈(140)을 회전시키는 4개의 전동기(122)가 설치된다.

또한, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 하부 지지판(123)에는 자기부상 크래프트(101)를 이동시키기 위한 이동용 리니어 모터(150)와 방향 전환을 위한 조향용 리니어 모터(160)가 설치되어 있다. 이동용 리니어 모터(150)는 제1 방향으로 이어져 형성되며, 조향용 리니어 모터(160)는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이어져 형성된다. 본 실시예에서는 제1 방향과 제2 방향은 직교하도록 이루어진다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 방향과 제2 방향이 교차하는 것만으로도 조향용 리니어 모터(160)가 방향 전환 기능을 수행할 수 있다.

조향용 리니어 모터(160)는 이동용 리니어 모터(150)의 길이방향 단부에서 이격 배치되어 있으며, 자기부상 크래프트(101)의 가장자리에 인접하게 설치되어 있다. 이에 따라 조향용 리니어 모터(160)는 작은 힘으로 자기부상 크래프트(101)에 큰 회전력을 적용시킬 수 있다.

이동용 리니어 모터(150)는 선형유도모터로 이루어지는 바, 하부 지지판(123)의 폭방향 중앙에 하나의 이동용 리니어 모터(150)가 고정 설치된다. 이동용 리니어 모터(150)는 코어(151)와 코어(151)에 감겨져 설치된 코일(152)을 포함한다. 코어(151)에는 돌기(151a)가 형성되고 이 돌기(151a) 사이의 홈에는 코일(152)이 설치된다. 코일(152)은 3개가 설치되며 3개의 코일들(152)이 서로 번갈아 홈에 삽입되어, 사행 형상을 이룬다. 이동용 리니어 모터(150)는 도체판(130)과 마주하도록 설치되므로 도체판(130)이 이동할 때, 시간적 공간적으로 이동하는 자속이 발생하여 도체판(130)에 와전류가 발생한다. 이 와전류와 공극 자속이 로렌츠의 힘 방정식으로 표현되는 상호 작용에 의하여 추진력이 발생한다. 본 실시예와 같이 선형 유도 모터를 적용하면 평판 형태의 도체판과의 작용으로 추진력을 발생시킬 수 있다.

한편, 조향용 리니어 모터(160)는 선형유도모터로 이루어진다. 조향용 리니어 모터(160)의 길이는 이동용 리니어 모터(150) 길이 보다 더 작게 형성되며 바람직하게는 이동용 리니어 모터(150) 길이의 1/2보다 더 작게 형성될 수 있다. 조향용 리니어 모터(160)는 코어(161)와 코어에 설치된 코일(162)을 포함하며 코어(161)에는 돌기(161a)가 형성되고 이 돌기(161a) 사이의 홈에는 코일(162)이 삽입 설치된다.

본 실시예와 같이 이동용 리니어 모터(150)와 조향용 리니어 모터(160)를 설치하면 무게가 작은 하나의 조향용 리니어 모터(160)를 이용하여 자기부상 크래프트(101)의 방향을 전환하므로 자기부상 크래프트(101)의 전체적인 무게를 감소시켜서 작은 부상력으로도 자기부상 크래프트(101)를 용이하게 부상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영구자석모듈을 도시한 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 영구자석모듈(140)은 케이스(144)와 케이스(144)에 삽입 설치된 영구자석편들(145)을 포함한다. 영구자석편(145)은 N형 영구자석편(142)과, S형 영구자석편(143)을 포함하며 N형 영구자석편(142)과, S형 영구자석편(143)이 교대로 배치된다. 이에 따라 영구자석모듈(140)이 회전하면 페러데이(Faraday) 법칙에 의하여 전기장이 유도되며, 유도된 전기장으로 인하여 도체판(130)에는 전류가 발생한다. 즉, 영구자석모듈(140)이 움직이는 방향으로 자석의 자계의 변화를 방해하려는 기전력이 형성되고, 이 기전력은 도체판(130)에 와전류(eddy current)를 발생시킨다. 와전류의 세기는 도체판(130)의 도전율, 영구자석모듈(140)의 이동 속도 및 법선방향의 자속밀도의 크기에 비례한다. 와전류가 발생하면 로렌쯔(Lorentz)의 힘이라는 자기력이 생성되며 이 자기력의 수직방향 성분이 부상력으로 작용한다.

로렌쯔 힘에 의하여 부상력이 발생할 뿐만 아니라 저항력도 발생하는데, 저항력(drag-force)이라 함은 영구자석모듈(140)의 회전 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘을 말한다. 저항력은 저속에서는 크지만, 속도가 증가하면 점점 감소하며 부상력은 속도가 증가할 수록 더욱 커진다. 본 실시예서 저항력은 자기부상 크래프트(101)가 이동하는 방향이 아닌 영구자석모듈(140)의 회전방향으로 발생하고, 전동기(122)에 의하여 영구자석모듈(140)이 고속으로 회전하므로 저항력을 최소화할 수 있다.

도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 크래프트를 잘라 본 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 절개 사시도이다.

도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 크래프트(102)는 영구자석모듈(170)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

영구자석모듈(170)은 케이스(171)와 케이스(171)에 삽입 설치된 복수 개의 영구자석부를 포함한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영구자석모듈을 도시한 저면도이고, 도 9는 도 8에서 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 영구자석모듈(170)은 제1 영구자석부(175)와 제1 영구자석부(175)보다 더 외측에 외치 배치된 제2 영구자석부(172), 및 제2 영구자석부(172)와 제1 영구자석부(175) 사이에 배치된 제3 영구자석부(173)를 포함한다. 이에 따라 제1 영구자석부(175)는 구동축(136)과 인접하게 배치되며, 제2 영구자석부가 구동축(136)에서 가장 먼 거리에 배치된다.

도 8에 도시된 바와 같이 제1 영구자석부(175)와 제2 영구자석부(172), 및 제3 영구자석부(173)는 영구자석모듈(170)의 둘레 방향을 따라 배열된 복수 개의 영구자석 유닛을 포함한다. 영구자석 유닛은 영구자석모듈(170)의 둘레방향을 따라 이웃하는 영구자석 유닛과 서로 다른 자화방향을 갖는 바, 도체판(130)을 향하는 면을 기준으로 영구자석모듈(170)의 둘레 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배열된다.

가장 안쪽에 배치된 제1 영구자석부(175)는 적층된 6개의 영구자석 유닛으로 이루어지고, 제일 외곽에 배치된 제2 영구자석부(172)는 적층된 2개의 영구자석 유닛으로 이루어지며, 중간에 배치된 제3 영구자석부(173)는 적층된 4개의 영구자석 유닛으로 이루어진다.

여기서 영구자석부들을 구성하는 적층된 영구자석들은 동일한 두께와 동일한 자기력을 갖는다. 따라서 제1 영구자석부(175)의 높이가 가장 크고, 제2 영구자석부(172)의 높이가 가장 작으며 제3 영구자석부(173)의 높이는 제1 영구자석부(175)의 높이 보다 작고, 제2 영구자석부(172)의 높이보다 더 크다.

이에 따라 도체판(130)과 대향하는 면에서 단위 면적당 자기력은 제1 영구자석부(175)가 가장 크고, 제2 영구자석부(172)가 가장 작으며, 제3 영구자석부(173)는 제1 영구자석부(175)와 제2 영구자석부(172)의 중간 값을 갖는다.

본 실시예와 같이 영구자석모듈(170)의 내측 부분의 자기력이 더 크면 구동축의 중심쪽에서 더 큰 부상력이 발생하고 외측으로 갈수록 작은 부상력이 발생하므로 요동을 감소시킬 수 있다. 영구자석모듈(170)에서 외측의 자기력이 크거나 종래와 중앙과 외측의 자기력이 동일하면 부상력의 중심이 움직여서 요동이 발생할 수 있다. 이는 영구자석의 회전으로 발생한 부상력은 상기한 바와 같이 자기 유도에 의하여 발생하기 때문에 영구자석모듈(170)의 중심과 부상력의 중심이 일치하지 않을 수 있기 때문이다. 그러나 본 실시예와 같이 중앙 부분의 자기력이 더 크면 부상력이 영구자석모듈(170)의 중심에 집중되므로 부상력의 중심과 영구자석모듈(170)의 중심이 거의 일치하여 안정적으로 부상할 수 있으며 요동을 현저히 감소시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 자기력 밀도의 중앙 집중을 위하여 3개의 영구자석부가 설치된 것을 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 2개의 영구자석부가 설치되어 자기력 밀도가 중앙으로 집중될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영구자석모듈의 케이스를 도시한 사시도이다.

한편, 케이스(171)는 대략 원통 형상으로 이루어지며, 케이스(171)에는 제1 영구자석부(175)가 삽입되는 제1 홈(171a)과 제2 영구자석부(172)가 삽입되는 제2 홈(171b), 및 제3 영구자석부(173)가 삽입되는 제3 홈(171c)이 형성된다. 제1 홈(171a)은 케이스(171)의 중앙에 형성되고, 제2 홈(171b)은 제1 홈(171a) 보다 더 외측에 형성되고, 제3 홈(171c)은 제1 홈(171a)과 제2 홈(171b) 사이에 배치된다. 제1 홈(171a)의 깊이가 가장 크고, 제2 홈(171b)의 깊이가 가장 작으며, 제3 홈(171c)의 깊이는 제1 홈(171a)의 깊이와 제2 홈(171b)의 깊이의 중간 값이 된다. 이에 따라 도 10에 도시된 바와 같이 영구자석부들의 높이는 서로 상이할지라도 영구자석부들과 도체판(130) 사이의 거리는 거의 동일하게 된다.

한편, 케이스(171)에는 나사홈(171e)이 형성되고, 영구자석부들은 나사(176)를 매개로 케이스(171)에 고정된다. 나사(176)는 영구자석들을 관통하여 나사홈(171e)에 삽입 고정된다. 케이스(171)의 중앙에는 구동축(136)이 삽입되는 홀(171d)이 형성되어 있다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 단면도이다.

도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 크래프트는 영구자석모듈(180)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 영구자석모듈(180)은 케이스(181)와 케이스(181)에 삽입 설치된 복수 개의 영구자석부를 포함한다.

영구자석모듈(180)은 제1 영구자석부(182)와 제1 영구자석부(182)보다 더 외측에 외치 배치된 제2 영구자석부(185), 및 제2 영구자석부(185)와 제1 영구자석부(182) 사이에 배치된 제3 영구자석부(183)를 포함한다. 이에 따라 제1 영구자석부(182)는 영구자석모듈(180)의 중앙과 인접하게 배치되며, 제2 영구자석부(185)가 가장 외측에 배치된다. 제1 영구자석부(182)와 제2 영구자석부(185), 및 제3 영구자석부(183)는 나사(186)를 매개로 케이스에 고정 설치된다.

한편, 케이스(181)는 대략 원통 형상으로 이루어지며, 케이스(181)에는 제1 영구자석부(182)가 삽입되는 제1 홈(181a)과 제2 영구자석부(185)가 삽입되는 제2 홈(181c), 및 제3 영구자석부(183)가 삽입되는 제3 홈(181b)이 형성된다. 제1 홈(181a)은 케이스(181)의 중앙에 형성되고, 제2 홈(181c)은 제1 홈(181a) 보다 더 외측에 형성되고, 제3 홈(181b)은 제1 홈(181a)과 제2 홈(181c) 사이에 배치된다. 제1 홈(181a)의 깊이가 가장 크고, 제2 홈(181c)의 깊이가 가장 작으며, 제3 홈(181b)의 깊이는 제1 홈(181a)의 깊이와 제2 홈(181c)의 깊이의 중간 값이 된다. 이에 따라 도 11에 도시된 바와 같이 영구자석부들의 높이는 서로 상이할지라도 영구자석부들과 도체판 사이의 거리는 거의 동일하게 된다. 한편, 케이스(181)의 중앙에는 구동축이 삽입되는 홀(181d)이 형성되어 있다.

제1 영구자석부(182)와 제2 영구자석부(185), 및 제3 영구자석부(183)는 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 배열된 복수 개의 영구자석 유닛을 포함하며 영구자석 유닛은 도체판을 향하는 면을 기준으로 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배열된다.

각 영구자석유닛은 일체로 형성된 하나의 영구자석으로 이루어진다. 여기서 제1 영구자석부(182)의 높이가 가장 크고, 제2 영구자석부(185)의 높이가 가장 작으며 제3 영구자석부(183)의 높이는 제1 영구자석부(182)의 높이 보다 작고, 제2 영구자석부(185)의 높이보다 더 크다. 이에 따라 도체판과 대향하는 면에서 단위 면적당 자기력은 제1 영구자석부(182)가 가장 크고, 제2 영구자석부(185)가 가장 작으며, 제3 영구자석부(183)는 제1 영구자석부(182)와 제2 영구자석부(185)의 중간 값을 갖는다.

본 실시예와 같이 영구자석모듈(180)의 내측 부분의 자기력이 더 크면 구동축의 중심쪽에서 더 큰 부상력이 발생하고 외측으로 갈수록 작은 부상력이 발생하므로 요동을 감소시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 단면도이다.

도 12를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 크래프트는 영구자석모듈(190)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 영구자석모듈(190)은 케이스(191)와 케이스(191)에 삽입 설치된 복수 개의 영구자석부를 포함한다.

영구자석모듈(190)은 제1 영구자석부(192)와 제1 영구자석부(192)보다 더 외측에 외치 배치된 제2 영구자석부(195), 및 제2 영구자석부(195)와 제1 영구자석부(192) 사이에 배치된 제3 영구자석부(193)를 포함한다. 이에 따라 제1 영구자석부(192)는 영구자석모듈(190)의 중앙과 인접하게 배치되며, 제2 영구자석부(195)가 가장 외측에 배치된다. 제1 영구자석부(192)와 제2 영구자석부(195), 및 제3 영구자석부(193)는 나사(196)를 매개로 케이스(191)에 고정 설치된다.

한편, 케이스(191)는 대략 원통 형상으로 이루어지며, 케이스(191)에는 영구자석부들이 삽입되는 홈(191a)이 형성된다. 케이스(191)의 중앙에는 구동축이 삽입되는 홀(191b)이 형성되어 있다.

제1 영구자석부(192)와 제2 영구자석부(195), 및 제3 영구자석부(193)는 영구자석모듈(190)의 둘레 방향을 따라 배열된 복수 개의 영구자석 유닛을 포함하며 영구자석 유닛은 도체판을 향하는 면을 기준으로 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배열된다.

각 영구자석유닛은 일체로 형성된 하나의 영구자석으로 이루어지며, 동일한 높이를 갖는다. 그리고 제1 영구자석부(192)와 제2 영구자석부(195), 및 제3 영구자석부(193)는 서로 다른 세기의 자기력을 갖는다. 보다 구체적으로 제1 영구자석부(192)의 단위 부피당 자기력이 가장 크고, 제2 영구자석부(195)의 단위 부피당 자기력이 가장 작으며 제3 영구자석부(183)의 단위 부피당 자기력은 제1 영구자석부(192)의 단위 부피당 자기력 보다 작고, 제2 영구자석부(195)의 단위 부피당 자기력 보다 더 크다.

이에 따라 도체판과 대향하는 면에서 단위 면적당 자기력은 제1 영구자석부(192)가 가장 크고, 제2 영구자석부(195)가 가장 작으며, 제3 영구자석부(193)는 제1 영구자석부(192)와 제2 영구자석부(195)의 중간 값을 갖는다.

본 실시예와 같이 영구자석모듈(190)의 내측 부분의 자기력이 더 크면 구동축의 중심쪽에서 더 큰 부상력이 발생하고 외측으로 갈수록 작은 부상력이 발생하므로 요동을 감소시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기부상 크래프트의 영구자석모듈을 도시한 저면도이다.

도 13을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 크래프트는 영구자석모듈(200)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 크래프트와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 영구자석모듈(200)은 케이스(201)와 케이스(201)에 삽입 설치된 복수 개의 영구자석부를 포함한다.

영구자석모듈(200)은 제1 영구자석부(205)와 제1 영구자석부(205)보다 더 외측에 외치 배치된 제2 영구자석부(202), 및 제2 영구자석부(202)와 제1 영구자석부(205) 사이에 배치된 제3 영구자석부(203)를 포함한다. 이에 따라 제1 영구자석부(205)는 영구자석모듈(200)의 중앙과 인접하게 배치되며, 제2 영구자석부(202)가 가장 외측에 배치된다.

한편, 케이스(201)는 대략 원통 형상으로 이루어지며, 케이스(201)는 상기한 제1 실시예에 따른 영구자석모듈의 케이스와 동일한 구조로 이루어진다.

제1 영구자석부(205)와 제2 영구자석부(202), 및 제3 영구자석부(203)는 영구자석모듈(200)의 둘레 방향을 따라 배열된 복수 개의 영구자석 유닛을 포함하며 영구자석 유닛은 도체판을 향하는 면을 기준으로 영구자석모듈(200)의 둘레 방향을 따라 할바흐 배열로 배치된다. 영구자석 유닛들의 자화 방향은 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 진행할수록 영구자석모듈의 높이 방향으로 변하도록 배열되는 바, 하나의 영구자석부가 하나의 할바흐 배열을 이룬다.

제1 영구자석부(205)는 도체판을 향하는 방향(지면을 향하는 방향)의 자화방향을 갖는 제1 영구자석 유닛(205a)과, 제1 영구자석 유닛(205a)과 반대 방향(위를 향하는 방향)의 자화방향을 갖는 제2 영구자석 유닛(205b), 및 제1 영구자석 유닛(205a)과 제2 영구자석 유닛(205b) 사이에 위치하며, 제2 영구자석 유닛(205b)에서 제1 영구자석 유닛(205a)을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 유도 영구자석 유닛(205c)을 포함한다.

유도 영구자석 유닛(205c)은 자기력선을 안내하는 역할을 하며, 자화 방향은 제2 영구자석 유닛(205b)에서 제1 영구자석 유닛(205a)를 향하는 방향이 된다. 이에 따라 유도 영구자석 유닛(205c)은 도체판을 향하는 자기력선의 밀도를 증가시켜서 작은 자석으로 더욱 큰 부상력을 발생시킬 수 있다.

또한, 제2 영구자석부(202)는 도체판을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 제1 영구자석 유닛(202a)과, 제1 영구자석 유닛(202a)과 반대 방향의 자화방향을 갖는 제2 영구자석 유닛(202b), 및 제1 영구자석 유닛(202a)과 제2 영구자석 유닛(202b) 사이에 위치하며, 제2 영구자석 유닛(202b)에서 제1 영구자석 유닛(202a)을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 유도 영구자석 유닛(202c)을 포함한다.

또한, 제3 영구자석부(203)는 도체판을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 제1 영구자석 유닛(203a)과, 제1 영구자석 유닛(203a)과 반대 방향의 자화방향을 갖는 제2 영구자석 유닛(203b), 및 제1 영구자석 유닛(203a)과 제2 영구자석 유닛(203b) 사이에 위치하며, 제2 영구자석 유닛(203b)에서 제1 영구자석 유닛(203a)을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 유도 영구자석 유닛(203c)을 포함한다.

본 실시예와 같이 영구자석모듈(200)이 할바흐배열을 가지면 법선방향 자속밀도가 1.4배 이상 커지므로 보다 큰 와전류를 발생시킬 수 있다. 큰 와전류가 발생하면 더욱 큰 자기력이 생성되며 이에 따라 자기력의 수직방향 성분인 부상력도 증가한다.

본 실시예에 따른 영구자석모듈(200)은 상부에 형성되는 자기력의 세기를 최소화하면서 하부에 형성되는 자기력의 세기를 최대화할 수 있다. 따라서 영구자석모듈(200)의 자기장은 아래쪽 방향으로 집중되어 기존의 영구자석보다 더 큰 부상력을 얻을 수 있다.

한편, 가장 안쪽에 배치된 제1 영구자석부(205)는 적층된 6개의 영구자석으로 이루어지고, 제일 외곽에 배치된 제2 영구자석부(202)는 적층된 2개의 영구자석으로 이루어지며, 중간에 배치된 제3 영구자석부(203)는 적층된 4개의 영구자석으로 이루어진다.

여기서 영구자석부들을 구성하는 적층된 영구자석들은 동일한 두께와 동일한 자기력을 갖는다. 따라서 제1 영구자석부(205)의 높이가 가장 크고, 제2 영구자석부(202)의 높이가 가장 작으며 제3 영구자석부(203)의 높이는 제1 영구자석부의 높이 보다 작고, 제2 영구자석부의 높이보다 더 크다.

이에 따라 도체판과 대향하는 면에서 단위 면적당 자기력은 제1 영구자석부(205)가 가장 크고, 제2 영구자석부(202)가 가장 작으며, 제3 영구자석부(203)는 제1 영구자석부(205)와 제2 영구자석부(202)의 중간 값을 갖는다.

본 실시예와 같이 영구자석모듈(200)의 내측 부분의 자기력이 더 크면 구동축의 중심쪽에서 더 큰 부상력이 발생하고 외측으로 갈수록 작은 부상력이 발생하므로 요동을 감소시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

101, 102: 자기부상 크래프트 120: 대차
121: 대차 상판 122: 전동기
123: 하부 지지판 124: 베어링
125: 지지막대 126: 차체 바디
127: 보조 차륜 130: 도체판
136: 구동축 150: 이동용 리니어 모터
140, 170, 180, 190, 200: 영구자석모듈 142: N형 영구자석편
143: S형 영구자석편 144, 171, 181, 191, 201: 케이스
145: 영구자석편 151, 161: 코어
151a, 161a: 돌기 152, 162: 코일
160: 조향용 리니어 모터 171a, 181a: 제1 홈
171b, 181b: 제2 홈 171c, 181c: 제3 홈
171d, 181d, 191b: 홀 171e: 나사홈
175, 182, 192, 205: 제1 영구자석부
172, 185, 195, 202: 제2 영구자석부
173, 183, 193, 203: 제3 영구자석부
176, 186, 196: 나사 191a: 홈
202a, 203a, 205a: 제1 영구자석 유닛
202b, 203b, 205b: 제2 영구자석 유닛
202c, 203c, 205c: 유도 영구자석 유닛

Claims

서로 다른 자화 방향을 갖는 복수 개의 영구자석편을 포함하는 영구자석모듈;
상기 영구자석모듈을 회전시키는 전동기;
제1 방향으로 이어져 설치된 이송용 리니어 모터; 및
상기 제1 방향과 교체하는 제2 방향으로 이어져 설치된 조향용 리니어 모터;
를 포함하며,
상기 이송용 리니어 모터는 돌기와 돌기 사이에 형성된 홈을 포함하는 코어와 상기 홈에 삽입 설치된 코일을 포함하며, 상기 돌기는 상기 제1 방향으로 이격 배치된 자기부상 크래프트.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 조향용 리니어 모터는 상기 이송용 리니어 모터의 길이방향 단부에서 이격 배치된 자기부상 크래프트.
제3 항에 있어서,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 직교하는 자기부상 크래프트.
제1 항에 있어서,
상기 조향용 리니어 모터의 길이는 상기 이송용 리니어 모터의 길이보다 더 작은 자기부상 크래프트.
제5 항에 있어서,
상기 조향용 리니어 모터의 길이는 상기 이송용 리니어 모터의 길이의 1/2보다 더 작은 자기부상 크래프트.
서로 다른 자화 방향을 갖는 복수 개의 영구자석편을 포함하는 영구자석모듈;
상기 영구자석모듈을 회전시키는 전동기;
제1 방향으로 이어져 설치된 이송용 리니어 모터; 및
상기 제1 방향과 교체하는 제2 방향으로 이어져 설치된 조향용 리니어 모터;
를 포함하며,
상기 영구자석모듈은 제1 영구자석부와 상기 제1 영구자석부보다 더 외측에 배치된 제2 영구자석부를 포함하고,
상기 제1 영구자석부는 상기 제2 영구자석부 보다 하부를 향하는 면에서 단위 면적당 더 큰 자기력을 갖는 자기부상 크래프트.
제7 항에 있어서,
상기 제1 영구자석부는 상기 제2 영구자석부 보다 더 큰 높이를 갖는 자기부상 크래프트.
제8 항에 있어서,
상기 영구자석모듈은 상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부가 삽입되는 케이스를 포함하고,
상기 케이스에는 상기 제1 영구자석부가 삽입되는 제1 홈과 상기 제1 홈 보다 다 작은 깊이로 형성되며 상기 제2 영구자석부가 삽입되는 제2 홈을 포함하는 자기부상 크래프트.
제7 항에 있어서,
상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부는 적층 배열된 복수 개의 영구자석들로 이루어지고,
상기 제1 영구자석부는 상기 제2 영구자석부 보다 더 많은 영구자석들로 이루어진 자기부상 크래프트.
제7 항에 있어서,
상기 제1 영구자석부의 단위 부피당 자기력은 상기 제2 영구자석의 단위 부피당 자기력보다 더 큰 자기부상 크래프트.
제7 항에 있어서,
상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부는 상기 영구자석모듈의 둘레방향을 따라 배열된 복수 개의 영구자석 유닛을 포함하는 자기부상 크래프트.
제12 항에 있어서,
상기 영구자석 유닛들은 하부를 향하는 면을 기준으로 상기 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배열된 자기부상 크래프트.
제12 항에 있어서,
상기 영구자석 유닛은 상기 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 자화방향이 변하는 할바흐 배열을 갖도록 배치된 자기부상 크래프트.
제14 항에 있어서,
상기 영구자석 유닛들의 자화 방향은 상기 영구자석모듈의 둘레 방향을 따라 진행할수록 상기 영구자석모듈의 높이 방향으로 변하도록 배열된 자기부상 크래프트.
제15 항에 있어서,
상기 영구자석모듈은 하부를 향하는 방향의 자화방향을 갖는 제1 자극 자석편과, 상기 제1 전극 자석편과 반대 방향의 자화방향을 갖는 제2 자극 자석편, 및 상기 제1 자극 자석편과 상기 제2 자극 자석편 사이에 위치하며, 상기 제2 자극 자석편에서 제1 자극 자석편을 향하는 방향의 자화방향을 갖는 유도 자석편을 포함하는 자기부상 크래프트.
제7 항에 있어서,
상기 영구자석모듈은 상기 제1 영구자석부와 상기 제2 영구자석부 사이에는 상기 제1 영구자석부보다 하부를 향하는 면에서 단위 면적당 더 작은 자기력을 갖고,
상기 제2 영구자석부보다 하부를 향하는 면에서 단위 면적당 더 큰 자기력을 갖는 제3 영구자석부를 포함하는 자기부상 크래프트.