KR101281336B1 - 복합 마그네트를 이용한 주행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성구조체상에 제공되는 장치바디부 및 상기 장치바디부에 제공되고 상기 자성구조체와 연계하여 자력을 매개로 회전력을 발생하는 회전력 발생수단을 포함하되, 상기 회전력 발생수단은 상기 장치바디부와 상기 자성구조체 사이에서 자력이 인가되는 방향을 제어하여 인력과 척력을 통해 상기 장치바디부를 회전토록 제공되는 영구자석과 코일부재가 포함된 복합 마그네트유닛으로 구성되는 복합 마그네트를 이용한 주행장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 별도의 구동축을 이용한 동력전달없이 영구자석과 전자석을 이용하여 경사가 급하거나 수직에 가깝게 설치된 자성구조체로 이뤄진 배관 등을 용이하게 주행할 수 있는 효과가 있다.

Description

복합 마그네트를 이용한 주행장치{Apparatus for movement using electro-permanent magnet }

본 발명은 복합 마그네트를 이용한 주행장치에 관한 것으로, 구체적으로 영구자석과 전자석을 이용하여 별도의 구동축을 이용한 동력전달없이 전류의 공급만으로 자성구조체상을 주행할 수 있도록 구성된 복합 마그네트를 이용한 주행장치에 관한 것이다.

제철소나 중화학 플랜트에서는 COG, 물, 혹은 각종 가스를 이송시키는 배관을 사용중이다. 배관 내부에는 많은 양의 슬러지와 화학 부유물들이 쌓여 있어 주기적인 유지 보수작업을 해야 한다.

금속으로 구성된 배관에서 내부의 이물질이나 슬러지를 청소하기 위해서 탐상장치를 투입하여 배관 내부를 살펴, 긴 배관 내부의 어느 부위에 슬러지가 많이 쌓여 있는지, 혹은 배관 내부의 누수나 부식 등의 문제가 발생하였는지를 찾아낼 수 있다.

현재 다수의 연구기관들은 배관 내부를 탐상할 수 있는 로봇 장치 등을 개발하여 굴곡진 배관 내부에 들여보내, 배관 내부의 사정을 알 수 있는 장치를 개발하고 있는 실정이다.

이밖에도, 배관외의 금속으로 제작된 가스 및 화학물들의 저장탱크, 각종 파이프들의 외벽의 부식이나 마모, 혹은 결함을 찾아내는 장치도 개발되고 있다.

그런데, 배관이나 각종 저장탱크 등의 금속(구체적으로는 자성을 가진 자성구조체)으로 이뤄진 구조물들 중에는 수직이나 급경사지게 설비가 이뤄지는 경우가 상당하다. 이 경우 일반적인 전기모터, 실린더-피스톤장치 등의 동력전달 구동방식으로는 경사가 급하거나 수직에 가까운 배관 등의 구조물을 중력의 영향으로 제대로 기동할 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 구조물의 소재 특성, 즉 금속과 같은 자성구조체로 이뤄진 소재 표면을 가진 구조물은 위와 같은 방식의 구동이 아니라, 중력을 극복하며 이동할 수 있는 장치가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 경사가 급하거나 수직으로 이뤄진 강관 등의 자성구조체로 이뤄진 배관 등을 자력을 이용하여 용이하게 주행하여 탐지장치를 별도로 장착하여 배관 등의 내부 부식이나 마모 또는 결함 등을 수월하게 탐지할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 복합 마그네트를 이용한 주행장치를 제공한다.

본 발명인 복합 마그네트를 이용한 주행장치는 자성구조체상에 제공되는 장치바디부 및 상기 장치바디부에 제공되되, 상기 자성구조체와 연계하여 자력을 매개로 회전력을 발생하는 회전력 발생수단을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 회전력 발생수단은 상기 장치바디부와 상기 자성구조체 사이에서 자력이 인가되는 방향을 제어하여 인력과 척력을 통해 상기 장치바디부를 회전토록 제공되는 영구자석과 코일부재가 포함된 복합 마그네트유닛을 구비할 수 있다.

또한, 상기 회전력 발생수단은 영구자석의 둘레에 감겨 전자력을 유도토록 제공되는 코일부재 및 상기 영구자석의 종방향 파단을 방지토록 상기 영구자석의 내부에 제공되는 지지블럭를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 코일부재는 독립적으로 자력을 발생시키는 복수의 단위코일군를 구비할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 코일부재는 3 개의 단위코일군으로 구성되되, 자성구조체 표면에 근접하는 단위코일이 나머지 두 개의 단위코일보다 권선수가 다른 것으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 장치바디부는 상기 회전력 발생수단이 장착되고, 회전력을 전달받아 구동축에 전달토록 제공되는 고정프레임과 상기고정프레임의 상부에 제공되고, 외부로부터 상기 회전력 발생수단에 전류를 공급하는 전류공급부 및 상기 고정프레임와 상기 전류공급부 사이에 제공되고, 전류를 정류토록 제공되는 정류부재를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 고정프레임은 상기 회전력 발생수단을 장착토록 복수의 체결홀이 구비할 수 있다.

또한, 상기 전류공급부는 전류가 흘러 들어오는 제1 브러시와 전류가 흘러 나가는 제2 브러시가 상하로 배치된 브러시세그먼트와 상기 브러시세그먼트를 지지토록 제공되는 브러시베이스 및 상기 브러시세그먼트에 공급되는 전류를 제어하는 전류제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 브러시베이스는 24개의 동일한 크기의 영역으로 제공되되, 상기 브러시세그먼트는 상기 브러시베이스에 7개가 연속적으로 장착되는 것으로 구성될 수 있다.

더 바람직하게는, 주행방향측 5개의 브러시세그먼트에는 물체에 대해 인력이 발생토록 전류를 공급하고, 주행반대방향측 2개의 브러시세그먼트에는 물체에 대해 척력이 발생토록 전류를 공급하는 것으로 구성될 수 있다.

더하여, 상기 정류부재는 복수의 정류자편이 장착되는 정류자베이스 및 상기 정류자베이스에 설치되고, 정류자편 사이에서 전류가 흐르지 않도록 제공되는 절연체를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 정류자편은 상기 정류자베이스의 내경부와 외경부에 각각 24개씩 총 48개가 설치되는 것으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 장치바디부의 외측에 설치되고, 상기 바퀴부재의 소재 표면 이동시 마모 방지토록 제공되는 마모방지부재를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명인 복합 마그네트를 이용한 주행장치의 일 실시예는 위와 같은 구성을 통하여, 별도의 구동축을 이용한 동력전달없이 영구자석과 전자석을 이용하여 경사가 급하거나 수직에 가깝게 설치된 자성구조체로 이뤄진 배관 등을 용이하게 주행할 수 있는 효과가 있다.

그리고 추가적으로 탐지장치를 구비한 경우에는 배관 등의 부식이나 마모 또는 결함 등을 수월하게 탐지할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

도 1는 본 발명의 복합 마그네트를 이용한 주행장치의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 회전력 발생수단에서 영구자석과 지지블럭이 결합된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3는 도 2에 도시된 영구자석 외부로 3 개의 단위코일군이 연계된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4은 도 3에 도시된 영구자석 하단에 코팅부재가 결합되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5은 도 4에 도시된 본 발명에서 영구자석의 자력상태를 나타낸 도이다.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명에서 전자석의 자력상태를 나타낸 도이다.
도 7는 도 4에 도시된 본 발명에서 영구자석과 전자석의 자력상태를 나타낸 도이다.
도 8은 회전력 발생수단이 고정프레임에 결합된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9은 본 발명에서 정류부재를 나타낸 사시도이다.
도 10는 본 발명에서 전류공급부인 브러시세그먼트와 브러시베이스를 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 11과 도 12에 도시된 정류부재와 브러시세그먼트가 연계되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 13에 도시된 본 발명에서 브러시세그먼트에서 공급된 전류가 정류부재에서 정류되고 전자석으로 공급되는 상태를 나타낸 개념도이다.
도 13은 도 2에 도시된 본 발명의 조립도이다.
도 14은 본 발명에 구동축이 연결되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 15는 도 1에 도시된 본 발명에서 구동축 덮개와 휠이 연결되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 작동상태를 나타낸 도이다.
도 17은 도 16의 다음 작동상태를 나타낸 도이다.
도 18은 도 17의 다음 작동상태를 나타낸 도이다.
도 19은 도 18의 다음 작동상태를 나타낸 도이다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 복합 마그네트를 이용한 주행장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다.

따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다.

그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 별도의 구동축을 이용한 동력전달없이 영구자석과 전자석을 이용하여 경사가 급하거나 수직에 가깝게 설치된 자성구조체로 이뤄진 배관 등을 용이하게 주행토록 하는 것을 기초로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

도 1는 본 발명의 복합 마그네트를 이용한 주행장치의 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 회전력 발생수단(10)에서 영구자석(12)과 지지블럭(11)이 결합된 모습을 나타낸 사시도이고, 도 3는 도 4에 도시된 영구자석(12) 외부로 3 개의 단위코일군(14)이 연계된 모습을 나타낸 사시도이며, 도 4은 도 5에 도시된 영구자석(12) 하단에 코팅부재(18)가 결합되는 모습을 나타낸 사시도이다.

도1 를 참고하면, 본 발명인 복합 마그네트를 이용한 주행장치는 자성구조체(P)상에 제공되는 장치바디부(90) 및 상기 장치바디부(90)에 제공되되, 상기 자성구조체(P)와 연계하여 자력을 매개로 회전력을 발생하는 회전력 발생수단(10)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 회전력 발생수단(10)은 상기 장치바디부(90)와 상기 자성구조체(P) 사이에서 자력이 인가되는 방향을 제어하여 인력과 척력을 통해 상기 장치바디부(90)를 회전토록 제공되는 영구자석(12)과 코일부재가 포함된 복합 마그네트유닛을 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 복합 마그네트유닛은 도2 내지 도4를 참고하면 기본적으로 막대모형의 영구자석(12) 외부 둘레에 따라 코일이 감겨 구성된다. 그리고 상기 영구자석(12)의 내부를 관통하여 상기 영구자석(12)이 사용되는 동안 종방향으로 파단되는 것을 방지토록 지지블럭(11)이 제공된다.

상기 막대모형의 영구자석(12)은 본 발명의 실시예에서는 사각기둥의 형상을 하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 원기둥 등 다른 형상으로 제공될 수도 있다. 그리고, 상기 영구자석(12)은 NdFeB(니오디뮴) 자석일 수 있으며, 상기 NdFeB 자석은 중량 대비 강한 자력을 발생시키는 자석의 종류이다.

또한, 상기 영구자석(12)의 외부 둘레에 따라 감겨 있는 단위코일군(14)은 복수의 단위코일(15,16,17)으로 제공될 수 있다. 상기 복수의 단위코일(15,16,17)은 각각의 단위코일(15,16,17)마다 독립적으로 자력을 발생토록 한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 복수의 단위코일은 3개의 단위코일(15,16,17)로 구성된다. 다만, 본 발명의 취지가 반영된 다른 구성에서는 단위코일의 개수는 변경될 수 있을 것이다.

상기 단위코일(15,16,17) 사이에는 절연체(13)가 삽입되어 있어 각각의 단위코일(15,16,17)을 흐르는 전류가 다른 단위코일(15,16,17)에 흐르게 되는 현상을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명이 주행하게 되는 표면, 즉 금속(M)재질로 구성되며 자성에 반응하는 자성구조체(P) 표면에 근접하여 배치되는 단위코일(17)이 다른 단위코일(15,16)보다 많은 권선수를 가진다.

이는 자성구조체(P) 표면에 근접하는 단위코일(17)에 전류를 흘려보내 보다 많은 자력을 발생시키기 위해서이다. 그에 따라 다른 2개의 단위코일(15,16)의 권선수는 최외곽에 설치되는 단위코일보다는 적은 권선수를 가지며 동일할 수도 있다.

상기 영구자석(12)에서 상기 단위코일군(14)은 외부 둘레에 따라 감겨 제공되되, 끝단부에는 여유를 두고 제공된다. 상기 영구자석(12)의 끝단부에는 상기 영구자석(12)이 사용 중 마모되거나 파손되는 것을 방지토록 코팅부재(18)가 장착된다. 상기 코팅부재(18)는 상기 영구자석(12)의 형상에 대응하여 사각형상으로 제공될 수 있으며, 두 개의 체결홈(19)을 구비하고 있다. 상기 체결홈(19)은 차후 바퀴부재(51)에 체결되기 위해 제공된다.

한편, 도 5은 도 4에 도시된 본 발명에서 영구자석(12)의 자력상태를 나타낸 도이며, 도 6은 도 4에 도시된 본 발명에서 전자석의 자력상태를 나타낸 도이고, 도 7는 도 4에 도시된 본 발명에서 영구자석(12)과 전자석의 자력상태를 나타낸 도이다.

도 5 내지 도 7를 참고하면, 영구자석(12)은 오랜 시간이 지나더라도 거의 일정한 자력을 발생시키는데, 금속(M)과 같은 자성구조체(P)에서는 인력을 발생시킨다. 도5에서는 상기 복합 마그네트유닛이 금속(M) 표면에 일정한 크기의 자력을 발생시키고 있는 모습을 볼 수 있다.

그래프를 살펴보면 시간(t)이 지나더라도 자기장(B)는 일정하게 유지되는 상태를 알 수 있다. 물론 상당히 오랜 시간이 흐른다면 약간의 변화는 발생되더라도 거의 일정한 자기장을 형성할 것이다.

그리고 도 6에서는 상기 영구자석(12)의 외부 둘레에 따라 감겨있는 단위코일군(14), 즉 전류를 공급하는 경우 전자석이 되는 부분에 대한 자력이 발생되는 상태를 살필 수 있다. 현재 코일에 공급되는 전원은 교류전원이므로 전류 또한 진행방향에 변화가 발생되어 이에 따라 상기 전자석에서 발생되는 자기장의 변화도 sin 파형을 그리고 있다. 위와 같이 전자석의 경우에는 교류를 인가하는 경우에는 시간에 따라 자기장의 변화가 발생되게 된다.

도 7에서는 상기 영구자석(12)과 전자석에 의한 금속(M)과 같은 자성구조체(P)에 자력이 발생되는 모습을 볼 수 있다. 상기 전자석에 인가되는 교류전원의 파형에 따라 자기장의 변화가 발생되게 되는데, 이에 따라 (A)구간에서는 영구자석(12)의 자력과 전자석의 자력이 보강되어 더 큰 자력이 발생되는 것을 볼 수 있다. 특히 (S1)지점에서는 최대의 자력이 발생되고 있으며, 이는 인력이 될 것이다.

그리고, (B)구간에서는 영구자석(12)의 자력과 전자석의 자력이 상쇄되어 원래 발생되고 있던 기본적인 영구자석(12)의 자력이 감소되는 것을 볼 수 있다. 특히 (S2)지점에서는 상기 영구자석(12)의 자력과 전자석의 자력이 완전히 상쇄되어 금속(M)과 같은 자성구조체(P)에 발생되는 자력이 0이 됨을 볼 수 있다. 물론 상기 영구자석(12)의 종류에 따른 자력의 차이나 상기 전자석에 흘려주는 전류값의 차이나 상기 단위코일군(14)의 권선수의 차이 등으로 인해 -값을 가지는 자력도 발생될 수 있다. -값 자력이란 척력이 될 것이다.

한편, 도 8은 회전력 발생수단(10)이 고정프레임(21)에 결합된 모습을 나타낸 사시도이며, 도 9은 본 발명에서 정류부재(30)를 나타낸 사시도이다. 도 10는 본 발명에서 전류공급부(40)인 브러시세그먼트(43)와 브러시베이스(41)를 나타낸 사시도이며, 도 11은 도 11과 도 12에 도시된 정류부재(30)와 브러시세그먼트(43)가 연계되는 모습을 나타낸 사시도이다. 도 12는 도 13에 도시된 본 발명에서 브러시세그먼트(43)에서 공급된 전류가 정류부재(30)에서 정류되고 전자석으로 공급되는 상태를 나타낸 개념도이다.

도 8 내지 도 13를 참고하면, 본 발명에서 상기 장치바디부(90)는 상기 회전력 발생수단(10)이 장착되고, 회전력을 전달받아 구동축연결부(82)에 전달토록 제공되는 고정프레임(21)과 상기 회전력 발생수단(10)의 일측에 체결되며 상기 자성구조체(P)상을 이동토록 제공되는 바퀴부재(51)와 상기고정프레임(21)의 상부에 제공되고, 외부로부터 상기 회전력 발생수단(10)에 전류를 공급하는 전류공급부(40) 및 상기 장치바디부(90)는 상기 고정프레임(21)와 상기 전류공급부(40) 사이에 제공되고, 전류를 정류토록 제공되는 정류부재(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 도 8에서는 상기 회전력 발생수단(10)을 이루는 복수의 복합 마그네트유닛이 상기 고정프레임(21)에 각각 장착되어 있는 모습을 볼 수 있다. 상기 고정프레임(21)은 팔각형의 블럭형태를 하고 있으며, 각각의 면마다 상기 사각형상의 복합 마그네트유닛의 지지블럭(11)이 체결될 수 있도록 고정홀(23)을 구비하고 있다.

본 발명의 실시예에서는 총 8개의 고정홀(23)을 구비하고 있는데, 상기 영구자석(12)의 내부에 관통하여 제공되는 지지블럭(11)은 상기 고정프레임(21)의 고정홀(23)에서 좀 더 돌출(F)되어 결합되도록 구성된다. 상기 돌출(F)된 부분은 차후 구동축연결부(82)에 연결될 때 클러치의 역할을 하게 된다.

그리고 상기 고정프레임(21)의 팔각면의 일측에는 상기 단위코일군(14)를 이는 각각의 단위코일마다 연결될 수 있는 코일연결선(27a,27b)과 상기 코일연결선(27a,27b)이 부착되어 있는 접지부재(25)가 제공된다.

도 8에 도시된 확대도를 보면 상기 코일연결선(27a,27b)은 각각의 단위코일(15,16,17)의 일측으로 연결되어 전류를 코일에 공급하고 상기 코일을 흐른 전류가 다시 나갈 수 있도록 각각의 단위코일(15,16,17)의 다른 일측에 연결되어 있다.

본 발명의 실시예에서는 하나의 복합 마그네트유닛에 3개의 단위코일(15,16,17)이 존재하므로, 총 6개의 코일연결선(27a,27b)이 제공된다. 그에 따라 전체적으로 48개의 코일연결선(27a,27b)이 구비되며, 각각의 코일연결선(27a,27b)은 상기 접지부재(25)의 접지판(26a,26b)에 연결되어 전류를 공급받거나 배출하게 된다.

즉 상기 접지부재(25)는 24개의 파트로 구성되며, 상기 각각의 파트마다 2개의 접지판(26a,26b)을 구비하게 된다.

여기서, 상기 코일연결선(27a,27b)은 절연피복이 된 상태에서 상기 복합 마그네트유닛의 외관부로 상기 각각의 단위코일(15,16,17)마다 연결될 수도 있지만, 상기 복합 마그네트유닛의 내부를 통해 연결될 수도 있을 것이다.

더하여, 상기 접지부재(25)는 원형의 고리형상으로 제공되며, 상기 정류부재(30)와 각각의 접촉된다.

다음으로, 도 9를 참고하면 상기 고정프레임(21)의 접지부재(25)의 상단에 결합 제공되는 정류부재(30)를 살필 수 있다. 상기 정류부재(30)는 상기 고정프레임(21)에 고정토록 제공되는 4개의 체결블럭(31)을 구비하고 있으며, 상기 4개의 체결블럭은 볼트와 와셔 등의 체결구가 투입되는 관통홀(32)이 제공된다.

그리고 상기 정류부재(30)는 총 24개의 파트로 구성된다. 그리고 24개 파트의 각각에는 2개의 정류자편이 설치되어 상기 정류부재(30)에서는 총 48개의 정류자편을 구비하게 된다.

상기 정류부재(30)는 도 9에 도시된 확대도를 살피면 가운데에 원형의 정류자베이스(37)가 제공되고, 상기 정류자베이스(37)를 사이에 두고 외경부에는 외륜정류자편(36)이 장착되며, 내경부에는 내륜정류자편(36)이 장착된다.

그리고 상기 각각의 정류자편 사이에는 절연체(33,34)가 삽입되어 전류가 정류되는 동안 다른 정류자편으로 흐르는 현상을 방지토록 구성된다.

상기 정류부재(30)의 24개의 파트는 상기 접지부재(25)의 24개의 파트에 각각 대응하며 접지되게 된다. 그에 따라 상기 정류부재(30)의 48개의 정류자편은 상기 접지부재(25)의 48개의 접지판에 각각 일 대 일로 대응하도록 위치하게 된다.

여기서, 전류는 상기 전류공급부(40)를 통해 상기 정류부재(30)의 내륜정류자편(36)으로 공급되고 상기 정류부재(30)의 외륜정류자편(36)에서 나가게 된다. 따라서, 상기 내륜정류자편(36)으로 공급된 전류는 상기 접지부재(25)의 상단에 위치하는 상부접지판(26a)을 통해 전류를 공급받게 되고 상기 접지부재(25)의 하단에 위치하는 하부접지판(26b)을 통해 전류가 나가게 된다.

다음으로, 도 10를 참고하면 상기 전류공급부(40)의 구성을 살필 수 있다. 상기 전류공급부(40)는 전류가 흘러 들어오는 제1 브러시(46)와 전류가 흘러 나가는 제2 브러시(45)가 상하로 배치된 브러시세그먼트(43)와 상기 브러시세그먼트(43)를 지지토록 제공되는 브러시베이스(41) 및 상기 브러시세그먼트(43)에 공급되는 전류를 제어하는 전류제어부(49)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 브러시베이스(41)는 24개의 동일한 크기의 영역으로 제공되되, 상기 브러시세그먼트(43)는 상기 브러시베이스(41)에 7개가 연속적으로 장착되는 것으로 구성될 수 있다.

그리고, 주행방향측 5개의 브러시에는 물체에 대해 인력이 발생토록 전류를 공급하고, 주행반대방향측 2개의 브러시에는 물체에 대해 척력이 발생토록 전류를 공급하도록 구성될 수 있다.

구체적으로 상기 전류공급부(40)는 구동축(81)의 외부에 제공되는 구동축덮개(71)에 설치된다. 여기서 구동축(81)은 회전하더라도 구둥축덮개는 회전하지 않으며, 그에 따라 상기 브러시세그먼트(43)에 존재하는 각각의 브러시가 상기 정류부재(30)의 각각의 정류자편에 순환되며 접촉될 수 있는 것이다. 상기 브러시베이스(41)상에 존재하는 3개의 체결홀이 볼트와 와셔 등의 체결구의 끼워져 상기 구동축덮개(71)에 결합된다.

상기 전류공급부(40)는 우선 브러시베이스(41)를 포함한다. 상기 브러시베이스(41)는 고리형상을 하고 있으며, 상기 브러시베이스(41)의 일면에 연이어 7개의 브러시세그먼트(43)가 장착된다.

상기 브러시세그먼트(43)에는 각각 2개의 브러시가 존재한다. 상기 브러시베이스(41)의 내측으로 존재하는 브러시가 제1 브러시(46)로서 전류가 공급되는 부분이다. 그리고 상기 브러시베이스(41)의 외측으로 존재하는 브러시가 제2 브러시(45)로서 전류가 배출되는 부분이다.

상기 각각의 제1,2 브러시(45,46)에는 숨은 선으로 전류선(47,48)이 연결되어 있는 모습을 볼 수 있다. 상기 전류선은 상기 장치바디부(90)의 외부에 존재하는 상기 전류제어부(49)와 연결되어 전류 공급을 제어받게 된다.

그런데, 상기 브러시베이스상의 후단의 2개의 브러시세그먼트에서는 전류선의 연결이 교차되어 있는 상태를 확인할 수 있다. 이는 상기 2개의 브러시세그먼트는 척력이 발생토록 전류를 반대방향으로 공급배출되어야 하기 때문이다. 이 부분에 대한 설명은 차후 기술하도록 한다.

한편, 도 11에는 상기 브러시베이스(41)상에 배치된 7개의 브러시세그먼트(43)가 상기 정류부재(30)의 각 정류자편에 접촉되어 있는 모습을 볼 수 있다.

여기서, 상기 브러시베이스(41)는 상기 구동축덮개(71)에 고정되어 있고 상기 정류부재(30)는 상기 고정프레임(21)에 고정되어 상기 고정프레임(21)과 연결되어 있는 구동축(81)과 함께 회전하게 되는데, 이에 따라 상기 브러시세그먼트(43)는 상기 정류부재(30)상에 배치된 복수의 정류자편과 순환되며 접촉하게 된다.

이에 따라 상기 브러시세그먼트(43)와 접촉된 상기 정류자편에는 전류가 공급되게 되고 상기 정류자편에 연계되어 있는 상기 접지판을 통해 해당 단위코일에 전류가 공급되고 전자력이 발생되게 되는 것이다.

도 12에는 상기 브러시세그먼트(43)상의 제1 브러시(46)를 통해 공급된 전류가 상기 정류부재(30)의 내륜정류자편(36)에 유입되고 정류되어 상기 접지부재(25)상에 위치하는 상부접지판(26a)을 통해 해당 단위코일에 전류를 공급하게 된다.

공급된 전류는 해당 단위코일의 권선을 따라 흐르면서 전자력을 발생시키고 다시 상기 접지부재(25)의 하부접지판(26b)을 통해 나간다. 그리고 상기 정류부재(30)의 외륜정류자편(36)에서 다시 정류되어 제2 브러시(45)를 통해 외부로 흐르게 된다.

한편, 도 13에서는 전체적인 결합구조를 살필 수 있다. 상기 회전력 발생수단(10)인 복합 마그네트유닛은 상기 고정프레임(21)에 8개가 장착되고, 상기 팔각형의 고정프레임(21)의 일면에는 총 24개의 파트로 구성된 상기 접지부재(25)가 설치된다.

그리고 상기 접지부재(25)의 상부로 상기 정류부재(30)가 상기 접지부재(25)의 24개의 파트에 대응하여 상기 정류부재(30)상의 24개의 파트가 각각 접촉되어 상기 고정프레임(21)에 고정되며 설치된다.

그리고 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 고정프레임(21)의 중앙부로 상기 고정프레임(21)의 중앙형상에 대응하는 형상을 가진 구동축연결부(82)에 연결된다.

더하여, 상기 브러시베이스(41)는 상기 구동축덮개(71)상에 장착되며 회전하지 않도록 위치하게 된다. 그에 따라 상기 구동축(81)과 함께 회전하게 되는 상기 정류자편에 순차적으로 접촉되면서 전류를 공급하는 것이다.

그렇게 순차적으로 공급된 전류는 상기 정류자편에서 정류되어 상기 각각의 단위코일으로 전류를 공급하여 전자력을 발생시키게 된다.

이때 상기 브러시세그먼트(43)와 접촉된 정류자편과 연결된 단위코일만이 전자력을 발생할 것이고, 상기 브러시세그먼트(43)와 접촉되지 않은 정류자편과 연결된 단위코일은 전류가 공급되지 않으므로 전자력이 발생되지 않음은 자명할 것이다.

상기 단위코일을 이용한 구체적인 주행방법은 차후 설명하기로 한다.

한편, 도 14은 본 발명에 구동축(81)이 연결되는 모습을 나타낸 사시도를 도시하고 있고, 도 15는 도 1에 도시된 본 발명에서 구동축덮개(81)와 휠(55)이 연결되는 모습을 나타낸 사시도을 도시하고 있다.

도 14를 참고하면, 상기 고정프레임(21)의 중앙부는 팔각형상을 하고 있다. 그리고 팔각형상에서는 상기 영구자석(12)을 지지하는 지지블럭(11)이 둘출되어 결합되어 있다.

여기서, 상기 구동축연결부(82)는 이에 대응하여 팔격형상을 하고 있으며, 상기 지지블럭(11)의 둘출부분이 끼워질 수 있도록 각 면마다 홈을 구비하고 있다.

상기 구동축(81)에 연결되는 조립구조를 살피면, 먼저 상기 구동축(81)에 고정프레임(21)이 끼워지고 난 후에, 상기 8개의 지지블럭(11)를 포함하는 회전력 발생수단(10)이 끼워지게 되고, 그 다음에 상기 바퀴부재(51)가 상기 회전력 발생수단(10)의 외부로 체결되게 될 것이다.

다음으로, 도 15를 참고하면 상기 구동축(81,숨은선) 외부로 구동축덮개(71)가 장착되어 있는 모습을 볼 수 있는데, 상기 구동축(81)은 회전하지만 상기 구동축덮개(71)는 회전하지 않는다. 상기 구동축덮개(71)는 본 발명의 실시예가 장착되는 자동차 등의 이동장치의 본체에 장착되는 부분이다.

한편, 도 1에서는 이상의 구성요소가 전체적으로 구비된 본 발명의 측단면도를 도시하고 있다.

도 1를 참고하면, 상기 구동축덮개(71)에는 볼베어링유닛(75)이 장착되어 있어, 상기 구동축(81)이 원활히 회전되도록 한다. 그리고 상기 구동축덮개(71)의 끝단에는 상기 브러시베이스(41)가 볼트와 와셔 등의 체결구를 통해 장착된다.

상기 브러시베이스(41)에서 하단에 상기 7개의 브러시세그먼트(43)가 장착된다. 다만, 도면상에서는 측단면도이므로 하나의 브러시세그먼트(43)가 표시되어 있다.

상기 브러시세그먼트(43)가 하단에 존재하는 이유는 실제 전자력이 발생되어 자성구조체(P)상을 주행하기 위해서는 자성구조체(P)의 표면이 위치하는 하단방향쪽의 단위코일에 전류를 공급해야 하기 때문이다.

상기 브러시세그먼트(43)에 접촉되어 상기 정류부재(30)가 제공된다. 상기 정류부재(30)의 측단면도이므로 상기 정류자베이스(37)의 내경부로는 내륜정류자편(36)이 위치하고 외경부로는 외륜정류자편(36)이 위치한 상태를 볼 수 있다.

그리고 상기 정류부재(30)는 상기 접지부재(25)의 상부에서 상기 고정프레임(21)에 장착되어 있으며, 상기 고정프레임(21)에는 상기 영구자석(12)과 영구자석(12) 외부 둘레에 따라 감긴 상기 단위코일군(14)를 지지하는 지지블럭(11)이 체결되어 있다.

도면상에는 미도시되어 있으나, 상기 접지부재(25)와 상기 단위코일군(14)을 연결하는 코일연결선(27a,27b)이 존재할 것이다.

또한, 상기 영구자석(12)의 끝단을 감싸는 상기 코팅부재(18)상의 홈(19)에 상기 바퀴부재(51)의 돌기(52)가 체결되어 함께 회전하게 된다. 여기서, 상기 바퀴부재(51)의 외곽부에는 상기 바퀴부재(51)의 마모를 방지토록 타이어 등의 마모방지부재(60)가 제공될 수 있다. 다만, 마모방지부재(60)는 자력이 자성구조체(P)에 미치는 영향을 방해하지 않을 정도의 두께와 재질 등으로 구성될 것이다.

이하에서는 이와 같은 구성을 가진 본 발명의 작동상태를 설명하기로 한다.

도 16 내지 도 19에는 본 발명의 작동상태가 도시되어 있다.

도 16를 참고하면, 상기 7개의 브러시세그먼트(43) 중 5개의 브러시세그먼트(43)에는 자성구조체(P)에 인력이 발생되도록 전류를 공급한다. 그리고 2개의 브러시세그먼트(43)에는 척력이 발생되도록 상기 5개의 브러시세그먼트(43)와 반대방향으로 전류를 공급한다.

이에 따라 상기 5개의 브러시세그먼트(43)와 접촉되어 있는 각 단위코일에는 인력이 발생된다. 이는 본 발명의 주행방향측 단위코일에 적용된다. 즉 도 16에서는 A1, A2, A3, B3, B1의 5개의 단위코일에 인력이 발생되는 모습을 확인할 수 있다. 이 중 A1, B1의 권선수가 다른 단위코일보다 많으므로 더 강한 인력을 자성구조체(P)에 발휘할 것이다.

그리고, 상기 2개의 브러시세그먼트(43)와 접촉되어 있는 각 단위코일에는 척력이 발생된다. 이는 본 발명의 주행반대방향측 단위코일에 적용된다. 즉 도 16에는 C1, C2의 2개의 단위코일에 척력이 발생되는 모습을 확인할 수 있다. 이 중 C1의 권선수가 다른 단위코일보다 많으므로 더 강한 척력을 자성구조체(P)에 발휘할 것이다.

상기와 같이 인력과 척력이 발생됨에 따라, 2개의 척력은 상기 자성구조체(P)에서 상기 바퀴부재(51)를 띄우는 역할을 하게 되며, 가운데 3개의 인력은 상기 바퀴부재(51)를 상기 자성구조체(P)에 부착될 수 있도록 하는 역할을 하며, 본 발명의 주행방향측에 위치하는 2개의 인력은 상기 바퀴부재(51)를 상기 자성구조체(P) 방향으로 끌어당기는 역할을 하게된다.

각 복합 마그네트유닛(A,B,C)의 하단을 보면 3개의 그래프가 제공된다. 먼저 왼쪽에 표시된 그래프는 척력이 발생되는 파형을 나타낸다. 그리고 가운데와 오른쪽에 표시된 그래프는 인력이 발생되는 파형을 나타낸다.

먼저 도 16에서 왼쪽 그래프는 C 단위코일군(14)에 걸리는 척력의 자기장의 힘을 나타내고 있다. 척력은 언제나 2개의 단위코일에만 걸리므로, 현재 C1, C2 단위코일에만 걸리고 있어 그래프상에서는 최대 척력으로 표시되어 있다.

그리고 가운데 그래프는 A 단위코일군(14)에 걸리는 인력을 나타내고 있는데, 이는 3개의 단위코일(A1,A2,A3)에 모두 걸리고 있으므로 최대 인력으로 표시된다.

또한, 오른쪽 그래프는 B 단위코일군(14)에 걸리는 인력을 나타내고 있는데, B1,B3 의 단위코일에만 걸리므로 하나의 단위코일군(14)당 최대 3개까지 걸릴 수 있는 인력임을 감안할 때, 자기장의 힘은 그래프상에서는 약간 하단쪽에 위치하게 된다.

여기서, 상기 2개의 척력(C1, C2)과 이에 인접하여 형성되어 있는 상기 2개의 인력(A3, A1)은 서로 상쇄되며 상기 바퀴부재(51)가 상기 자성구조체(P)에 부착 유지되는 힘은 약화된다. 궁극적으로 A2 의 인력보다 약간 더 강한 부착력만이 유지될 것이다.

이에 따라 본 발명의 주행방향측에 위치하는 2개의 인력이 상대적으로 인력이 힘이 증가하게 되고 상기 바퀴부재(51)는 자성구조체(P)방향으로 끌어당겨져 주행방향측으로 움직이게 된다.

이때 상기 2개의 척력(C1, C2)은 상기 바퀴부재(51)의 주행반대방향측에서 들어주는 역할도 수행하므로 상쇄효과뿐만 아니라, 이는 상기 바퀴부재(51)가 주행방향측으로 이동하는데 도움을 주는 역할도 할 것이다.

도 17 내지 도 19를 참고하면, 전류가 지속적으로 5개의 브러시세그먼트(43)에는 상기 자성구조체(P)에 인력이 발생되는 방향으로 공급되도록 하고 2개의 브러시세그먼트(43)에는 상기 자성구조체(P)에 척력이 발생되는 방향으로 공급함에 따라 연속적으로 주행방향측으로 이동하는 모습을 볼 수 있다.

그에 따라 각 단위코일군(14)(A,B,C 또는 D)에 걸리는 자기장의 힘도 바뀌고 있는 모습을 하단의 그래프를 통해 확인할 수 있다.

도 17에서는 C 단위코일군(14)에 걸리는 척력이 C2 단위코일에만 걸리므로 척력은 최대값에서 우측으로 하강한 모습을 볼 수 있다.

그리고 A1,A2 단위코일에는 인력이 발생하고 A3 단위코일에는 척력이 발생하여 A 단위코일군(14)의 자기장의 힘도 우측하단방향으로 이동한 모습을 볼 수 있다. 이는 A2, A3 단위코일에 흐르는 전류의 방향이 반대방향이어서 자기장의 힘이 서로 상쇄되기 때문이다.

그리고 B 단위코일군(14)은 B1,B2,B3 가 모두 인력이 발생되어 자기장의 힘이 증가한 것을 볼 수 있다. 그러나 B1,B2 단위코일까지의 거리로 인해 인력은 최대값에 도달되지는 않았다.

도 18에서는 A 단위코일군(14)에 A1,A3 에는 척력이 발생되고 A2는 인력이 발생되나, 전체적으로 척력이 우세하므로 하단의 그래프에서는 척력을 나타내는 파형이 그려지고 자기장의 힘은 척력에 부합하는 값을 가질 것이다.

그리고 B 단위코일군(14)은 역시 최대 인력값에 도달되는 상태를 B 단위코일군(14)의 하단 그래프를 통해 확인할 수 있으며, 새로인 D 단위코일군(14)에 인력이 공급되는 상태를 확인할 수 있다. 이는 본 발명이 주행함에 따라 상기 브러시세그먼트(43)가 주행방향쪽에 존재하는 D 단위코일군(14)과 연결된 정류자편과 접촉되었기 때문이다.

도 19에서는 A 단위코일군(14)에 척력이 발생되어 최대척력값에 도달한 것을 확인할 수 있으며, B 단위코일군(14)도 자성구조체(P)와의 거리값을 무시할 수 있을 정도로 근접하게 되어 최대 인력값을 가진 상태를 하단 그래프를 통해 확인할 수 있다. D 단위코일군(14)도 D3 단위코일뿐만 아니라 D1 단위코일에도 상기 브러시세그먼트(43)가 접촉되어 인력이 발생됨에 따라 하단 그래프에서 자기장의 힘이 더욱 증가한 것을 확인할 수 있다.

즉 도 17 내지 도 19는 도 16과 마찬가지로 상기 브러시세그먼트(43)는 고정된 상태에서 상기 정류부재(30)가 회전하면서, 상기 7개의 브러시세그먼트(43)에 접촉되는 정류자편은 달라지게 된다.

도면상에서 본 발명은 시계방향으로 회전하므로 시계방향측에 가장 먼저 위치하는 B2의 단위코일이 상기 브러시세그먼트(43) 중 가장 선단에 위치하는 브러시세그먼트(43)와 접촉되면서 전류를 공급받게 되고 인력을 발생하게 된다.

그리고 상기 브러시세그먼트(43) 중 가장 후단에 위치하는 브러시세그먼트(43)와 접촉되어 있던 C1 단위코일은 상기 바퀴부재(51)가 회전함에 따라 상기 C1 단위코일과 연결되어 있던 정류자편과 상기 브러시세그먼트(43)의 접촉이 끊어지게 되면서 전류를 공급받지 못하게 되고 척력 발생은 중단되게 된다.

여기서, 상기 정류자편이 회전함에 따라 상기 브러시세그먼트(43)와 접촉되는 각각의 접지점은 한칸씩 이동하게 되므로 처음 C2 단위코일에 전류를 공급했던 브러시세그먼트(43)는 이제 A3 단위코일에 전류를 공급하게 됨으로써, 척력을 유도케 한다.

본 발명의 실시예는 전류가 공급되는 한, 위와 같은 방식으로 지속적으로 앞으로 회전하게 되면서 주행하게 되는 것이다. 도 19에서는 도 16에서 도시된 위치부터 A1 단위코일에 척력이 유도되고 D1 단위코일에 인력이 발생되는 위치까지 본 발명의 실시예가 주행한 것을 확인할 수 있다.

도 17 내지 도 19는 도16에 도시된 것과 같이 역시 2개의 척력은 상기 바퀴부재(51)를 들어주는 역할 및 2개의 인력과 상쇄되는 역할을 하게 되고 중앙부의 3개의 인력은 인접하는 2개의 척력과 상쇄되고 1개의 인력만이 상기 바퀴부재(51)를 자성구조체(P)에 부착시키는 역할을 하며, 주행방향측 2개의 인력에 의해 상기 바퀴부재(51)가 회전하게 되는 것이다.

본 발명의 실시예에서는 7개의 브러시세그먼트(43)를 통해 위와 같은 작동을 구현하였다. 이는 각 복합 마그네트유닛상에 존재하는 단위코일군(14)이 3개의 파트로 구서되어 있기 때문에 구조상 7개의 브러시세그먼트(43)를 사용한 것이고, 단위코일군(14)의 파트수가 변경되면 그에 따른 전류가 공급되는 브러시세그먼트(43)의 개수도 변경될 수 있다.

위와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예는 별도의 구동축을 이용한 동력전달없이 영구자석과 전자석을 이용하여 경사가 급하거나 수직에 가깝게 설치된 자성구조체로 이뤄진 배관 등을 용이하게 주행할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

이상의 사항은 복합 마그네트를 이용한 주행장치의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

11...지지블럭 12...영구자석
13...절연체 15,16,17...단위코일
18...코팅부재 19...체결홈
21...고정프레임 23...고정홀
25...접지부재 26...접지판
27...코일연결선 30...정류부재
31...체결블럭 33,34...절연체
35...외륜정류자편 36...내륜정류자편
37...정류자베이스 40...전류공급부
41...브러시베이스 43...브러시세그먼트
45...제2 브러시 46...제1 브러시
51...바퀴부재 55...휠
71...구동축 덮개 75...볼베어링유닛
82...구동축 연결부 84...고정홈
90...장치바디부

Claims (14)

1. 자성구조체(P)상에 제공되는 장치바디부(90); 및
   상기 장치바디부(90)에 장착되되, 상기 장치바디부(90)와 상기 자성구조체(P) 사이에서 자력이 인가되는 방향을 제어하여 인력과 척력을 통해, 상기 장치바디부(90)가 상기 자성구조체(P)상을 회전하며 이동되도록 하는 영구자석(12)과 코일부재를 포함하는 복합 마그네트유닛을 구비하는 회전력 발생수단(10);
   을 포함하되,
   상기 회전력 발생수단(10)은,
   상기 영구자석(12)의 둘레에 감기며, 독립적으로 전자력을 발생시키는 복수의 단위코일로 구성되는 단위코일군(14); 및
   상기 영구자석(12)의 종방향 파단을 방지토록 상기 영구자석(12)의 내부에 제공되는 지지블럭(11);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 단위코일군(14)은 3 개의 단위코일(15,16,17)으로 구성되되, 자성구조체(P) 표면에 근접하는 단위코일(17)은 나머지 두 개의 단위코일(15,16)과 권선수가 다른 것을 특징으로 하는 주행장치.
   
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
   상기 장치바디부(90)는,
   상기 회전력 발생수단(10)이 장착되고, 회전력을 전달받아 구동축에 전달토록 제공되는 고정프레임(21);
   상기 회전력 발생수단(10)의 외측 단부에 체결되며 상기 자성구조체(P)상을 이동토록 제공되는 바퀴부재(51); 및
   상기 고정프레임(21)의 상부에 제공되고, 외부로부터 상기 회전력 발생수단(10)에 전류를 공급하는 전류공급부(40);
   를 포함하여 구성되는 주행장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 장치바디부(90)는 상기 고정프레임(21)와 상기 전류공급부(40) 사이에 제공되고, 전류를 정류토록 제공되는 정류부재(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주행장치.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 고정프레임(21)은 상기 회전력 발생수단(10)을 장착토록 복수의 고정홀(23)이 구비되는 것을 특징으로 하는 주행장치.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 전류공급부(40)는,
   전류가 흘러 들어오는 제1 브러시(46)와 전류가 흘러 나가는 제2 브러시(45)가 상하로 배치된 브러시세그먼트(43);
   상기 브러시세그먼트(43)를 지지토록 제공되는 브러시베이스(41); 및
   상기 브러시세그먼트(43)에 공급되는 전류를 제어하는 전류제어부(49);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주행장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 브러시베이스(41)는 24개의 동일한 크기의 영역으로 제공되되, 상기 브러시세그먼트(43)는 상기 브러시베이스(41)에 7개가 연속적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 주행장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    주행방향측 5개의 브러시세그먼트에는 물체에 대해 인력이 발생토록 전류를 공급하고, 주행반대방향측 2개의 브러시세그먼트에는 물체에 대해 척력이 발생토록 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 주행장치.
    
12. 제7항에 있어서,
    상기 정류부재(30)는,
    복수의 정류자편(35,36)이 장착되는 정류자베이스(37); 및
    상기 정류자베이스(37)에 설치되고, 정류자편(35,36) 사이에서 전류가 흐르지 않도록 제공되는 절연체(33,34);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주행장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 정류자편(35,36)은 상기 정류자베이스(37)의 내경부와 외경부에 각각 24개씩 총 48개가 설치되는 것을 특징으로 하는 주행장치.
    
14. 제6항에 있어서,
    상기 장치바디부(90)의 외측에 설치되고, 상기 바퀴부재(51)의 소재 표면 이동시 마모 방지토록 제공되는 마모방지부재(60)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주행장치.

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