KR101239798B1 - 자가보상 영구자석 모터 - Google Patents

자가보상 영구자석 모터 Download PDF

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Abstract

한 쌍의 회전자 상에 배치된 동일 극성의 영구자석이 서로를 밀어내는 힘과 로울로의 회전에 의한 관성력이 결합하면서 최초의 구동력으로 회전을 개시한 이후 마찰력에 의해 감소된 회전력을 일정 부분 지속적으로 자가보상하면서 회전하는 자가보상 영구자석 모터가 제공된다. 본 발명의 영구자석 모터는 가장자리에 복수의 영구자석들이 동일한 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있고, 중앙에는 회전축이 결합된 제1 회전자와, 가장자리에 복수의 영구자석들이 상기 제1 회전자의 영구자석들과 동일한 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있고, 가장자리 면이 상기 제1 회전자의 가장자리 면과 소정의 간격을 두고 맞대어지도록 배치되는 제2 회전자 및 상기 제1 회전자 또는 상기 제2 회전자 중 적어도 하나에 전자기장에 의한 구동력을 인가하는 구동자를 포함하여 이루어진다.

Description

자가보상 영구자석 모터{self-compensating permanent magnet motor}
본 발명은 가장자리에 복수의 영구자석들이 일정한 극성 및 일정한 간격으로 배열되어 있는 회전자를 가장자리 면이 소정의 간격을 두고 맞대어지도록 배치함으로써 동일 극성이 서로 밀어내는 속성을 통해 자가보상 방식으로 회전하는 영구자석 모터에 관한 것이다.
에너지 자원은 과거 18세기 산업 혁명이 원동력이 된 증기기관의 역할에서 시작하여 인간의 의식주에 이르기까지 인류의 문명을 발전시키는데 큰 힘이 되어 오고 있다. 그러나 산업의 발달로 소득이 증가하고 대량 생산과 소비가 늘어나면서 에너지 자원의 소비도 기하급수적으로 늘어나게 되었고 오늘날 지구상에서 인간이 사용하고 있는 에너지의 양은 극히 한정되어 있으므로 이에 대한 대책 마련이 시급한 상황이다.
종래의 영구자석 모터는 스테이터와 로터를 주요 구성으로 하고 직류 또는 교류의 전원을 인가하여 전자기장에 의해 회전력을 발생시키는 원리를 이용한다. 다만 회전을 할 때 회전축에서 발생하는 마찰력과 전자기장의 와류에 의해 발생하는 저항력 등으로 인해 회전의 효율이 감쇄하므로 통상 입력전력 대비 70%의 효율로 동작하는 것으로 알려져 있다.
따라서 모터에 최소한의 전력만을 투입하여 동일한 회전력을 얻기 위한 방안이 절실히 요구되는 상황이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 종래에 스테이터와 로터로 구성되는 영구자석 모터에서 전원 공급에 의해 회전력이 부과되는 방식에 비해 구동 효율이 획기적으로 개선되는 영구자석 모터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 모터의 회전에 의해 유발되는 토크의 맥동현상으로 모터의 원활한 회전이 방해받고 기계적인 진동 및 소음이 발생하는 문제점을 해결하는 것이다.
위와 같은 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 가장자리에 복수의 영구자석들이 동일한 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있고, 중앙에는 회전축이 결합된 제1 회전자와, 가장자리에 복수의 영구자석들이 상기 제1 회전자의 영구자석들과 동일한 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있고, 가장자리 면이 상기 제1 회전자의 가장자리 면과 소정의 간격을 두고 맞대어지도록 배치되는 제2 회전자 및 상기 제1 회전자 또는 상기 제2 회전자 중 어느 하나에 전자기장에 의한 구동력을 인가하는 제1 구동자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가보상 영구자석 모터를 일 실시예로 제안한다.
여기서, 다른 일 실시예에 따른 영구자석 모터는 가장자리에 복수의 영구자석들이 상기 제1 회전자의 영구자석들과 동일한 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있고, 가장자리 면이 상기 제1 회전자의 가장자리 면과 소정의 간격을 두고 맞대어지되 상기 제2 회전자의 반대쪽에 배치되는 제3 회전자를 더 포함할 수 있다.
또한, 또 다른 일 실시예에 의한 영구자석 모터는 가장자리에 복수의 영구자석들이 상기 제1 회전자의 영구자석들과 반대의 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있는 제1-1 회전자와, 가장자리에 복수의 영구자석들이 상기 제2 회전자의 영구자석들과 반대의 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있는 제2-1 회전자를 더 포함하며, 상기 제1-1 회전자와 상기 제1 회전자, 상기 제2-1 회전자와 상기 제2 회전자는 서로 회전면을 맞대고 결착되는 방식으로 구현될 수도 있다. 동일한 방식으로, 제1-1 회전자의 반대쪽 회전면에는 제1-2 회전자, 제1-3 회전자 등이 극성을 바꿔가면서 얼마든지 확장 결착될 수 있으며, 이에 맞추어 제2-1 회전자의 반대쪽 회전면에는 제2-2 회전자, 제2-3 회전자 등이 극성을 바꿔가면서 확장 결착될 수 있다.
본 발명의 영구자석 모터에 의하면 한 쌍의 회전자 상에 배치된 동일 극성의 영구자석이 서로를 밀어내는 힘과 회전자의 중량으로 인한 회전에 의한 관성력이 배가됨에 따라 최초의 구동력으로 회전을 개시한 이후 마찰력에 의해 감소된 회전력을 일정 부분 지속적으로 자가보상하면서 회전하므로 모터의 구동 효율이 획기적으로 향상된다.
또한 본 발명의 영구자석 모터에 의하면 로터의 회전에 의해 유발되는 토크의 맥동현상으로 인해 원활한 회전이 방해받고 기계적인 진동 및 소음이 발생하던 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제1 실시예의 상면 절개도이다.
도 2는 본 발명의 영구자석 모터에 사용되는 회전자의 회전면 절개도이다.
도 3은 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제2 실시예의 상면 절개도이다.
도 4는 제2 실시예의 영구자석 모터에 대한 회전면의 절개도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제3 실시예의 상면 절개도이다.
도 6은 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제4 실시예의 상면 절개도이다.
도 7은 본 발명에 의한 영구자석 모터의 외부 정면에 대한 일례를 도시한 것이다.
이하 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고로 상세히 살펴보기로 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제1 실시예의 상면 절개도이다.
도 1에서 보듯, 제1 실시예에 의한 영구자석 모터는 제1 회전자(100), 제2 회전자(200) 및 구동자(400)를 포함하여 이루어진다.
제1 회전자(100)는 그 가장자리에 복수의 영구자석(11)들이 원주방향으로 일정 간격으로 이격되어 배열되고, 복수의 영구자석(11)들은 동일한 극성으로 이루어지며, 제1 회전자(100)의 중앙에는 회전축(21)이 결합된다. 회전축(21)은 베어링(41-1, 41-2)을 통해 원활하게 회전되며 특히 제1 회전자(100)의 회전축(21)은 모터의 회전력을 외부의 타 장치에 전달하는 역할을 수행하므로 축 길이가 타 회전자(200)의 회전축(22)보다 길게 형성된다.
제2 회전자(200)는 그 가장자리에 복수의 영구자석(11)들이 원주방향으로 일정 간격으로 이격되어 배열되고, 제2 회전자(200)의 영구자석들(11)들은 제1 회전자(100)의 영구자석들(11)과 동일한 극성으로 이루어지며, 제2 회전자(200)의 중앙에는 회전축(22)이 결합된다. 그리고 그 가장자리 면이 제1 회전자(100)의 가장자리 면과 소정의 간격을 두고 맞대어지도록 배치된다. 회전축(22)은 베어링(42-1, 42-2)을 통해 원활하게 회전된다.
도 1에서는 제1 회전자(100) 및 제2 회전자(200)의 영구자석들(11)이 회전자(100, 200)의 가장자리 방향으로 N극이 오도록 배치되는 예가 도시된다. 동일한 극끼리는 서로 밀어내는 성질(척력, 斥力)이 있으므로 각 회전자(100, 200)의 영구자석들이 서로 마주보는 위치에 맞대어 있게 되면 척력에 의해 어떤 방향으로든 회전을 개시하게 된다.
다만, 일단 회전이 개시되더라도 회전축(21, 22)과 베어링들(41-1, 41-2, 42-1, 42-2) 간의 마찰력이나, 다음 순서로 배치된 영구자석들에 의해 회전을 방해하는 방향으로 척력이 작용하는 등의 원인으로 의해 회전력이 감소하여 결국에는 멈춰서게 된다.
따라서, 지속적인 회전을 유지하기 위해 지속적 또는 간헐적으로 회전자들(100, 200) 중 적어도 하나에 구동력을 인가해줄 필요가 있다. 이를 위해 구동자(400)는 제1 회전자(100) 또는 제2 회전자(200) 중 적어도 하나에 전자기장에 의한 구동력을 인가한다.
구동자(400)는 권선코일에 의한 솔레노이드로 구성될 수 있으며 소정의 직류전압에 의해 전자기장을 형성한다. 그리고 구동자(400)는 제1 회전자(100) 및/또는 제2 회전자(200)와 근접하는 외측에 배치되어 회전자들(100, 200)의 영구자석들과 동일한 극성으로 전자기력이 형성되도록 구성된다.
구동자(400)는 지속적인 동작으로 제1 회전자(100) 및/또는 제2 회전자(200)에 전자기장에 의한 구동력을 인가할 수도 있지만, 회전자들(100, 200)의 회전력이 일정 수준으로 감쇠하는 시간을 미리 측정하여 해당 시간을 주기로 하여 잠시 동작하다가 동작을 멈추는 것을 반복적으로 수행할 수도 있다. 후자(後者)의 경우, 구동자(400)의 반복 동작을 제어하기 위한 소정의 제어부(도면에 미도시)가 더 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 영구자석 모터에 사용되는 회전자(100, 200)의 구성을 설명하기 위한 회전면의 절개도이다. 제1 실시예 뿐만 아니라 본 발명의 실시예들에 사용되는 회전자는 영구자석의 극성을 제외하고는 모두 도 2의 구성과 동일하므로 여기서는 회전자(100)를 대표적인 예로 들어 설명한다.
도 2에서 보듯, 각 회전자(100, 200)는 환형 판 프레임(30)을 포함한다.
환형 판 프레임(30)은 영구자석들(11)을 삽입 및 고정하기 위한 복수의 제1 오목 홈들(31)과, 이웃한 영구자석 간의 자기장 간섭을 최소화하기 위한 복수의 제2 오목 홈들(32)이 제1 오목 홈들(31) 사이에 형성되어 있다. 아울러, 환형 판 프레임(30)은 영구자석 간의 자기장 간섭을 최소화하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합급(예를 들어 듀랄루민) 또는 합성수지 등의 재질로 구성될 수 있다.
영구자석(11)은 직사각의 막대형, 역 사다리꼴의 막대형, 원통형, 역 삼각의 원통형 등으로 형성될 수 있으며 제1 오목 홈(31)은 그러한 영구자석(11)의 형상에 매칭되도록 오목하게 형성된다. 도 2에서는 2단으로 단턱진 단면을 가진 직사각 막대형으로 형성된 영구자석(11)이 도시되어 있으며 제1 오목 홈(31) 역시 영구자석(11)의 형상에 매칭되도록 2단으로 단턱진 단면을 가진 직사각 막대형으로 형성되어 있다. 다만 도 2는 하나의 예를 도시한 것에 불과하므로 영구자석(11) 및 제1 오목 홈(31)은 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
제2 오목 홈(32)은 제1 오목 홈들(31) 사이에 형성되어 이웃한 영구자석 간의 자기장 간섭을 최소화한다. 자기장의 간섭을 최소화하기 위해 제2 오목 홈(32)은 최대한의 면적으로 제1 오목 홈들(31) 사이의 자기장 형성 경로를 차단하여야 한다. 이를 위해 제2 오목 홈(32)은 2단 이상 단면을 가진 직사각 막대형으로 오목하게 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니며 직사각의 막대형, 역 사다리꼴의 막대형, 원통형, 역 삼각의 원통형 등으로 다양하게 형성될 수도 있다.
환형 판 프레임(30)의 중앙부는 회전축(21)이 통과할 수 있도록 원형 또는 회전축의 단면 모양에 부합하도록 관통홀(33)이 형성되어 있다. 관통홀(33)의 벽면에는 회전자(100, 200)의 회전력이 회전축(21, 22)에 최대한으로 전달될 수 있도록 회전축(21, 22)을 고정하기 위한 회전축 고정홈(34)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
<제2 실시예>
제2 실시예는 3개의 회전자가 서로 가장자리면을 맞대고 배치되는 영구자석 모터에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제2 실시예의 상면 절개도이다.
도 3에서 보듯, 제2 실시예의 영구자석 모터는 제1 회전자(100), 제2 회전자(200), 제3 회전자(300) 및 구동자(400)를 포함하여 이루어진다.
제2 실시예는 제1 실시예에 비해 제2 회전자(200)의 반대쪽 건너편에 제3 회전자(300)가 하나 더 추가되는 양상으로 구현되며, 따라서 제3 회전자(300)는 제2 회전자(200)와 동일한 구성을 가지고 단지 배치 위치만 상이한 것이 특징이다.
도 3에서는 제3 회전자(300)와 제1 회전자(100) 사이에 구동자(400)가 배치되는 예를 도시하고 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 제2 회전자(200)와 제1 회전자(100) 사이에 배치될 수도 있고 제3 회전자(300)와 제1 회전자(100) 사이 및 제2 회전자(200)와 제1 회전자(100) 사이에 동시에 배치될 수도 있다.
제2 실시예의 영구자석 모터는 제3 회전자(300)의 추가로 인해 제1 회전자의 회전력(및 회전력으로 인한 토크)이 보다 증대되는 효과가 있으며 이러한 이유로 구동자(400)가 인가하는 구동력은 제1 실시예에 비해 줄어들 수 있다.
도 4는 제2 실시예의 영구자석 모터에 대한 회전면의 절개도를 도시한다.
도 4에서 보듯, 제1 회전자(100), 제2 회전자(200) 및 제3 회전자(300)는 소정의 간격을 두고 가장자리면을 맞대고 있는 모습으로 배치된다. 그리고 회전자와 회전자 사이 중 미리 정해진 위치에는 구동자(400)가 배치된다.
도 4의 예에서 제1 회전자 내지 제3 회전자(100, 200, 300)에 포함된 영구자석이 가장자리 방향으로 N극이 위치되도록 결합되어 있다고 가정할 때, 회전자들(100, 200, 300)에 구동력을 인가하기 위해 구동자(400)는 N극의 전자기력을 형성하도록 동작한다.
또한, 구동자(400)는 회전자들(100, 200, 300)에 일관된 회전방향으로 구동력을 인가하기 위해 I 위치 및 III 위치에 배치되거나, II 위치 및 IV 위치에 배치될 수 있다. 물론 도 4는 하나의 예에 불과하므로 구동자(400)는 단지 하나만 구비될 수도 있고 전술한 위치에 2개가 구비될 수도 있으며 4개가 구비되고 회전방향에 따라 구동자(400)의 동작 쌍을 번갈아 설정할 수도 있다.
<제3 실시예>
제3 실시예는 각 영구자석들이 엇갈려 배열되도록 서로 회전면을 맞대고 결합된 복수의 회전자들이 각각 하나의 제1 회전자(100), 제2 회전자(200) 및 제3 회전자(300)를 이루는 영구자석 모터에 관한 것이다.
도 5는 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제3 실시예의 상면 절개도이다.
도 5에서는 2개의 회전자가 결합되어 하나의 제1 회전자(100) 및 제2 회전자(200)를 이루는 영구자석 모터의 예를 도시한다.
도 5에서, 제1-1 회전자(100-1)와 제1-2 회전자(100-2)가 결합하여 제1 회전자(100)를 이루고, 제2-1 회전자(200-1)와 제2-2 회전자(200-2)가 결합하여 제2 회전자(200)를 이루고 있다.
다시 말해, 제1-1 회전자(100-1) 및 제1-2 회전자(100-2)는 가장자리에 복수의 영구자석(11)들이 일정 간격을 두고 배열되어 있는데 제1-1 회전자(100-1) 의 영구자석(11)들은 가장자리 방향으로 N극이 오도록 배열되고, 제1-2 회전자(100-2)의 영구자석(11)들은 가장자리 방향으로 S극이 오도록 배열된다.
또한, 제1-1 회전자(100-1) 및 제1-2 회전자(100-2)와 일정 간격을 두고 각각 가장자리면을 맞대고 있는 제2-1 회전자(200-1) 및 제2-2 회전자(200-2) 역시 가장자리에 복수의 영구자석(11)들이 일정 간격을 두고 배열되어 있는데 제2-1 회전자(200-1)의 영구자석(11)들은 가장자리 방향으로 N극이 오도록 배열되고, 제2-2 회전자(200-2)의 영구자석(11)들은 가장자리 방향으로 S극이 오도록 배열된다.
여기서, 제1-1 회전자(100-1)와 제1-2 회전자(100-2)는 각각의 영구자석들이 서로 엇갈려 배치되는 패턴으로 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 제1-1 회전자(100-1)의 각 영구자석들은 제1-2 회전자(100-2)의 영구자석과 영구자석 사이의 간격부위에 대응되도록 결합되는 것이다. 이러한 결합 형태는 제2-1 회전자(200-1) 및 제2-2 회전자(200-2)의 결합에도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 실시예에서 전술한 바와 같이, 동일한 극끼리는 서로 밀어내는 힘(척력)이 있으므로 제1-1 회전자(100-1)과 제2-1 회전자(200-1)의 N극 영구자석들이 서로 마주보는 위치에 맞대어 있게 되면 척력에 의해 어떤 방향으로든 회전을 개시하게 된다. 또한 제1-2 회전자(100-2)과 제2-2 회전자(200-2)의 S극 영구자석들도 척력에 의해 어떤 방향으로든 회전을 개시하게 된다.
여기서, 제1-1 회전자(100-1)와 제1-2 회전자(100-2)는 서로 결합되어 있고 제2-1 회전자(200-1)와 제2-2 회전자(200-2)는 서로 결합되어 있으므로, 일단 회전을 개시하게 되면 결합된 회전자들의 중량으로 인해 회전에 의한 관성력이 배가된다.
또한, 제1-1 회전자(100-1)와 제1-2 회전자(100-2), 그리고 제2-1 회전자(200-1)와 제2-2 회전자(200-2)는 각각의 영구자석들이 서로 엇갈린 위치에 배열되도록 결합되므로, 예를 들어 제1-1 회전자(100-1)와 제2-1 회전자(200-1)가 같은 N극의 영구자석들이 밀어내는 힘에 의해 회전을 개시하면 곧이어 제1-2 회전자(100-2)와 제2-2 회전자(200-2)의 S극 영구자석들이 밀어내는 힘에 의해 재차 회전력을 부가하므로 이 또한 회전력을 증가시키는 요인이 된다.
한편, 회전축(21, 22)과 베어링들(41-1, 41-2, 42-1, 42-2) 간의 마찰력이나, 다음 순서로 배치된 영구자석들에 의해 회전을 방해하는 방향으로 척력이 작용하는 등의 원인으로 의해 회전력이 감소하여 종국에 회전이 정지되는 것을 방지하기 위해 지속적 또는 간헐적으로 회전자들(100-1, 100-2, 200-1, 200-2) 중 적어도 하나에 구동력을 인가해줄 필요가 있다. 이를 위해 구동자(400)는 회전자들(100-1, 100-2, 200-1, 200-2) 중 적어도 하나에 전자기장에 의한 구동력을 인가한다. 구체적으로, 도 5의 예에서 구동자(400)는 제1-1 회전자(100-1)와 제2-1 회전자(200-1) 중 적어도 하나에 N극의 전자기력을 인가하고, 제1-2 회전자(100-2)와 제2-2 회전자(200-2) 중 적어도 하나에는 S극의 전자기력을 인가한다.
<제4 실시예>
제4 실시예는 제3 실시예의 확장예로서 3개의 서브 회전자가 결합하여 하나의 회전자를 구성하고 이렇게 구성되는 회전자가 3개 구비되는 영구자석 모터에 관한 것이다.
도 6은 본 발명의 영구자석 모터에 대한 제4 실시예의 상면 절개도이다.
도 6에서 보듯, 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2), 제1-3 회전자(100-3)가 결합하여 제1 회전자(100)를 구성하고, 제2-1 회전자(200-1), 제2-2 회전자(200-2), 제2-3 회전자(200-3)가 결합하여 제2 회전자(200)를 구성하며, 제3-1 회전자(300-1), 제3-2 회전자(300-2), 제3-3 회전자(300-3)가 결합하여 제3 회전자(300)를 구성한다.
여기서, 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)는 가장자리에 복수의 영구자석들이 일정 간격을 두고 배열되어 있는데 제1-1 회전자(100-1)의 영구자석들은 가장자리 방향으로 N극이 오도록 배열되고, 제1-2 회전자(100-2)의 영구자석들은 가장자리 방향으로 S극이 오도록 배열되며, 제1-3 회전자(100-3)의 영구자석들은 다시 가장자리 방향으로 N극이 오도록 배열된다.
또한, 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)와 일정 간격을 두고 각각 가장자리면을 맞대고 있는 제2-1 회전자(200-1), 제2-2 회전자(200-2) 및 제2-3 회전자(200-3) 역시 영구자석들의 배치에 있어서 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)와 동일한 구성을 가진다.
그리고 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)와 일정 간격을 두고 각각 제2-1 회전자(200-1), 제2-2 회전자(200-2) 및 제2-3 회전자(200-3)의 건너편에서 가장자리면을 맞대고 있는 제3-1 회전자(300-1), 제3-2 회전자(300-2) 및 제3-3 회전자(300-3) 역시 영구자석들의 배치에 있어서 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)와 동일한 구성을 가진다.
여기서, 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)는 각각의 영구자석들이 서로 엇갈리는 패턴으로 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 제1-1 회전자(100-1)의 각 영구자석들은 제1-2 회전자(100-2)에서 영구자석과 영구자석 사이의 간격부위에 대응되도록 결합되고, 제1-2 회전자(100-2)의 각 영구자석들은 제1-3 회전자(100-3)에서 영구자석과 영구자석 사이의 간격부위에 대응되도록 결합되는 것이다. 이러한 결합 형태는 제2-1 회전자(200-1), 제2-2 회전자(200-2) 및 제2-3 회전자(200-3)의 결합에도 동일하게 적용될 수 있다.
여기서, 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3)는 서로 결합되어 있고 제2-1 회전자(200-1), 제2-2 회전자(200-2) 및 제2-3 회전자(200-3)는 서로 결합되어 있으며, 제3-1 회전자(300-1), 제3-2 회전자(300-2) 및 제3-3 회전자(300-3)는 서로 결합되어 있으므로, 일단 회전을 개시하게 되면 결합된 회전자들의 중량으로 인해 회전에 의한 관성력이 대폭 증가된다.
또한, 제1-1 회전자(100-1), 제1-2 회전자(100-2) 및 제1-3 회전자(100-3), 그리고 제2-1 회전자(200-1), 제2-2 회전자(200-2) 및 제2-3 회전자(200-3), 그리고 제3-1 회전자(300-1), 제3-2 회전자(300-2) 및 제3-3 회전자(300-3)는 각각의 영구자석들이 서로 엇갈린 위치에 배열되도록 결합되므로, 예를 들어 제1-1 회전자(100-1)와 제2-1 회전자(200-1), 제1-1 회전자(100-1)와 제3-1 회전자(300-1)가 같은 N극의 영구자석들이 밀어내는 힘에 의해 회전을 개시하면 곧이어 제1-2 회전자(100-2)와 제2-2 회전자(200-2)의 S극 영구자석들이 밀어내는 힘에 의해 재차 회전력을 부가하므로 이 또한 회전력을 증가시키는 요인이 된다.
한편, 회전축(21, 22, 23)과 베어링들(41-1, 41-2, 42-1, 42-2, 43-1, 43-2) 간의 마찰력이나, 다음 순서로 배치된 영구자석들에 의해 회전을 방해하는 방향으로 척력이 작용하는 등의 원인으로 의해 회전력이 감소하여 종국에 회전이 정지되는 것을 방지하기 위해 지속적 또는 간헐적으로 회전자들(100-1, 100-2, 100-3, 200-1, 200-2, 200-3, 300-1, 300-2, 300-3) 중 적어도 하나에 구동력을 인가해줄 필요가 있다. 이를 위해 구동자(400)는 회전자들(100-1, 100-2, 100-3, 200-1, 200-2, 200-3, 300-1, 300-2, 300-3) 중 적어도 하나에 전자기장에 의한 구동력을 인가한다.
마지막으로, 도 7은 본 발명에 의한 영구자석 모터의 외부 정면에 대한 일례를 도시한 것이다.
도 7에서 보듯, 영구자석 모터의 외관은 소정의 재질로 이루어진 하우징(500)으로 덮혀 있고, 하우징(500)은 복수의 고정볼트(600)에 의해 상부 하우징(500)과 하부 하우징(미도시)이 체결되어 내부의 회전자들을 고정한다.
그리고 일측에는 구동자(400)에 직류전원(일례로 DC 12V~24V 사이의 전원이 사용될 수 있음)을 인가하기 위한 전원입력단자(700)가 구비되고, 회전축(21)이 돌출된 측면과 반대 측면에는 비상시에 영구자석 모터의 회전을 중지시키기 위한 브레이크(800)가 장착될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 아래의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 이용하여 당업자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다. 특히 각 회전자는 회전면으로 결합되는 2개나 3개의 서브 회전자에 한정하는 것이 아니라 요구되는 회전력에 따라 N개(N은 양의 정수)로 확장될 수 있다. 또한 가장자리면을 맞대고 일정 거리를 떨어져 배치되는 각 회전자는 반드시 2개나 3개로 구성되는 것을 한정할 필요는 없으며 이 역시 요구되는 회전력에 따라 M개(M은 양의 정수)로 확장될 수 있다.
제1 회전자 : 100 제2 회전자 : 200
제3 회전자 : 300 구동자 : 400
하우징 : 500 고정볼트 : 600
전원입력단자 : 700 브레이크 : 800
N극 방향 영구자석 : 11 S극 방향 영구자석 : 12
회전축 : 21, 22, 23 환형 판 프레임 : 30
제1 오목 홈 : 31 제2 오목 홈 : 32
베어링 : 41-1, 41-2, 42-1, 42-2, 43-1, 43-2

Claims (7)

  1. 가장자리에 복수의 영구자석들이 원주방향으로 일정 간격으로 이격되어 배열되고, 상기 복수의 영구자석들은 동일한 극성으로 이루어지며, 중앙에는 회전축이 결합된 제1 회전자;
    가장자리에 복수의 영구자석들이 원주방향으로 일정 간격으로 이격되어 배열되고, 상기 복수의 영구자석들은 상기 제1 회전자의 영구자석들과 동일한 극성으로 이루어지며, 가장자리 면이 상기 제1 회전자의 가장자리 면과 소정의 간격을 두고 맞대어지도록 배치되는 제2 회전자; 및
    상기 제1 회전자 또는 상기 제2 회전자 중 적어도 하나에 전자기장에 의한 구동력을 인가하는 구동자;를 포함하고,
    상기 제1 회전자 및 상기 제2 회전자는 환형 판 프레임을 가지며, 환형 판 프레임에는 상기 복수의 영구자석들을 삽입 및 고정하기 위한 복수의 제1 오목 홈들과, 이웃한 영구자석 간의 자기장 간섭을 최소화하기 위한 복수의 제2 오목 홈들이 상기 제1 오목 홈들 사이에 형성되며,
    상기 영구자석 및 제1 오목홈은 상호 매칭하도록 2단으로 단턱진 단면을 가진 직사각형 막대형으로 형성되고,
    상기 제1 회전자는 제1-1 회전자와 제1-2 회전자가 결합하여 이루어지고, 상기 제1-1 회전자와 제1-2 회전자는 각각의 영구자석이 서로 엇갈리는 패턴으로 결합되며, 상기 제1-1 회전자의 영구자석들과 상기 제1-2 회전자의 영구자석들은 서로 다른 극성으로 이루어지고,
    상기 제2 회전자는 제2-1 회전자와 제2-2 회전자가 결합하여 이루어지고, 상기 제2-1 회전자와 제2-2 회전자는 각각의 영구자석이 서로 엇갈리는 패턴으로 결합되며, 상기 제2-1 회전자의 영구자석들과 상기 제2-2 회전자의 영구자석들은 서로 다른 극성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가보상 영구자석 모터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환형 판 프레임은 알루미늄, 알루미늄 합금 및 합성수지 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가보상 영구자석 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    가장자리에 복수의 영구자석들이 상기 제1 회전자의 영구자석들과 동일한 극성으로 일정 간격을 두고 배열되어 있고, 가장자리 면이 상기 제2 회전자의 반대쪽에서 상기 제1 회전자의 가장자리 면과 소정의 간격을 두고 맞대어지도록 배치되는 제3 회전자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가보상 영구자석 모터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 회전자의 각 영구자석들은 상기 제1-2 회전자의 영구자석과 영구자석 들 사이의 간격부위에 대응하도록 결합되고,
    상기 제2-1 회전자의 각 영구자석들은 상기 제2-2 회전자의 영구자석과 영구자석 들 사이의 간격부위에 대응하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 자가보상 영구자석 모터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 구동자는,
    상기 제1-1 회전자와 상기 제2-1 회전자 중 적어도 하나에 전자기장에 의한 구동력을 더 인가하는 것을 특징으로 하는 자가보상 영구자석 모터.
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