KR101601928B1 - 정류베어링과 이를 이용한 직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전전기자에 전류를 도입 또는 도출하기 위한 정류베어링와 상기 정류베어링를 구비한 직류모터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전기 인가를 위한 전극들 간의 순차적인 접촉시 발생하는 마찰 및 마모와 소음을 줄이고, 구동 수명을 연장한 정류베어링과, 이를 이용해서 회전효율을 개선한 직류모터에 관한 것으로, 하우징; 상기 하우징에 고정되는 중앙전극; 상기 중앙전극에 회전가능하게 안착해 통전하고, 둘레면 일부에 절연판이 보강된 전도성 전극축; 및 상기 전극축의 둘레면과 맞대도록 상기 하우징에 회전가능하게 배치되는 다수의 롤러형 전극;을 포함하는 것이다.

Description

정류베어링과 이를 이용한 직류모터{RECTIFYING BEARING AND DIRECT CURRENT MOTOR USING THE SAME}

본 발명은 회전전기자에 전류를 도입 또는 도출하기 위한 정류베어링와 상기 정류베어링를 구비한 직류모터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전기 인가를 위한 전극들 간의 순차적인 접촉시 발생하는 마찰 및 마모와 소음을 줄이고, 구동 수명을 연장한 정류베어링과, 이를 이용해서 회전효율을 개선한 직류모터에 관한 것이다.

슬립 링(Slip ring)과 정류자 등은 모터의 고정자와 회전자 간의 통전을 매개하는 커넥터의 일종으로서, 직,교류 겸용 모터(universal motor) 또는 브러시형 영구자석 직류(PMDC) 모터 등과 같은 전기 모터분야에서 널리 사용되는 회전식 전기 커넥터이다.

일반적으로 상기 슬립 링 과 정류자 등의 유형은 원통형과 평면형 등이 있다. 원통형(또는 둥근)은 서로 절연된 다수의 전도성 세그먼트(segment)가 축 방향으로 배치돼 이루어지고, 평면형(또는 편평한)은 서로 절연된 다수의 전도성 세그먼트가 반지름 방향으로 배치돼 이루어진다. 여기서, 전도성 세그먼트는 모터의 회전자 코어에 감긴 권선과 전기적으로 연결되어서 회전자(回轉子)에 전류를 흐르게 하거나 전류의 방향을 전환하는 로터리 스위치(rotary switch) 기능을 수행한다.

한편, 전기자(armature)의 단말을 이루는 전기 접촉부는 일반적으로 브러시 형태를 이루고, 회전하는 전도성 세그먼트와 직접 접촉해서 전기적인 연결을 이룬다.

이상 설명한 정류베어링의 일반적인 종래 기술을 대한민국 특허등록번호 제1315107호(공고일자 2013년 10월 07일)를 참조해서 설명한다.

슬립 링은 회전하면서 전기적 신호 또는 전원 등을 연결한다. 이를 위해서 슬립 링은 전도성 세그먼트에 해당하는 다수의 회전전극(70)이 전기 접촉부에 해당하는 고정전극(130)과 접촉해서 전기적인 연결을 이루는 구조를 갖는다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 전동장치의 회전축과 연동하는 회전체(60)에는 둘레에 다수의 회전전극(70)이 배치되고, 회전전극(70)의 둘레에는 다수의 고정전극(130)이 일정 간격으로 회전전극(70)과 접하도록 배치된다. 결국, 회전체(60)의 회전과 함께 회전하는 회전전극(70)은 일정 간격으로 고정전극(130)과 접하면서 전기적인 연결을 이루고, 이를 통해서 슬립 링이 수행하는 전력 또는 전기신호의 전달이나 정류가 수행된다.

그런데, 종래 슬립 링은 회전전극(70)과 고정전극(130)이 슬라이딩 방식으로 면 접촉을 이루므로, 회전체(60)의 회전에 의한 슬립 과정에서 회전전극(70)과 고정전극(130) 간에 마찰열을 발생시키는 문제가 있었다. 물론, 상기 마찰열은 종래 슬립 링을 구비한 전동장치의 구동온도를 높이는 원인이 되고, 고온의 환경에서는 전동장치 자체를 사용할 수 없게 하므로, 종래 슬립 링이 적용가능한 전동장치는 극히 제한될 수밖에 없었다.

이를 보완하기 위해서 슬립 링 또는 슬립 링이 구성된 전동장치에는 회전축 등의 회전이 원활하도록 필요 위치에 다수의 베어링을 필수적으로 구성했다. 하지만, 베어링 구성은 종래 슬립 링과 전동장치의 하중을 증가시키고 제조단가를 높이며 정밀한 조립을 요구했다.

또한, 회전전극(70)과 고정전극(130)의 면 접촉은 회전전극(70)과 고정전극(130)의 마모를 일으키는데, 마모된 회전전극(70)과 고정전극(130)을 교체 없이 지속적으로 사용할 경우에는 슬립 링 자체가 모두 훼손될 수 있으므로, 상기 슬립 링에 대한 주기적인 관리가 요구되는 번거로움이 있었다.

또한, 종래 슬립 링은 회전전극(70)과 고정전극(130) 간의 마찰로 감소하게 되는 회전속도를 만회하기 위해서, 회전전극(70)이 고정되는 회전체(60)와 고정전극(130)에 고정되는 고정체(110)를 별도의 스러스트 베어링(10)으로 연결했다. 하지만, 스러스트 베어링(10)의 별도 구성은 고정체(110)에 연결된 회전체(60)의 추가 감속을 최소화할 뿐이고, 상기 면 접촉에 의해 감속된 회전속도를 만회할 수는 없는 한계가 있었다.

한편, 회전식 전기 커넥터의 일종인 정류자는 고속 회전을 위한 전동장치에서도 그 적용이 가능하도록, 상기 전기 접촉부를 브러시 타입으로 해서 전도성 세그먼트와의 접촉 면적으로 최소화했다.

하지만, 접촉 면적이 좁아짐으로써 상기 전기 접촉부에 대한 마모율이 증가했고, 이로 인해서 정류자에 대한 관리와 부품 교체가 빈번해져서 운용 효율이 저하하는 문제가 있었다.

결국, 종래 슬립 링과 정류자 등의 회전식 전기 커넥터는 구조적인 제약으로 인해서 수명이 단축될 수밖에 없고, 이를 구비한 모터 또한 관리 주기와 수명이 짧아지는 비효율성이 있었다.

선행기술문헌 1. 등록특허공보 제10-1315107호(2013.10.07 공고)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 회전 시 발생하는 마찰 등에 의한 마모와 소음을 최소화하고, 기성 베어링을 대체하는 윤활 기능을 갖추며, 구동 수명 또한 연장된 정류베어링과 이를 이용한 직류모터의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

하우징;

상기 하우징에 고정되는 중앙전극;

상기 중앙전극에 회전가능하게 안착해 통전하고, 둘레면 일부에 절연판이 보강된 전도성 전극축; 및

상기 전극축의 둘레면과 맞대도록 상기 하우징에 회전가능하게 배치되는 다수의 롤러형 전극;

을 포함하는 정류베어링을 제공한다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

하우징; 직류전원의 일극과 제1전선을 매개로 통전하고, 상기 하우징에 고정되는 중앙전극; 상기 중앙전극에 회전가능하게 안착해 통전하고, 둘레면 일부에 절연판이 보강된 전도성 전극축; 상기 전극축의 둘레면과 맞대도록 상기 하우징에 회전가능하게 배치되는 다수의 롤러형 전극;을 포함한 정류베어링,

상기 전극축에 고정되는 회전축,

상기 회전축의 둘레에 일체로 고정되는 자성체, 및

상기 롤러형 전극과 제2전선을 매개로 일단이 통전하고, 상기 직류전원과 제3전선을 매개로 타단이 통전하며, 상기 자성체 둘레에 배치되는 다수의 코일

을 포함하는 직류모터를 제공한다.

상기의 본 발명은 전극축의 둘레면을 따라 롤러형 전극이 맞대며 회전하므로 상기 전극축과 롤러형 전극 간의 미끄러짐과 마모 없는 안정된 접촉 상태를 유지할 수 있고, 이를 통해서 상기 전극축과 롤러형 전극 간에 스파크 없는 안정된 통전 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전극축과 롤러형 전극이 슬라이딩 접촉이 아니므로 마찰에 의한 소음을 획기적으로 줄일 수 있고, 이를 통해서 정류베어링는 물론 이를 이용한 직류모터의 구동 소음을 획기적으로 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전극축과 롤러형 전극 간의 마모율이 상대적으로 작으므로, 구동 수명의 연장을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 직류모터의 회전축 기능을 수행하는 영구자석 둘레에 다수의 코일이 배치되고, 정류베어링는 상기 코일에 순차적으로 전기를 인가해서 상기 회전축에 회전을 일으키므로 높은 회전력이 발생하고, 상기 코일에 코어가 적용되지 않으므로 직류모터의 중량을 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 롤러형 전극이 직류모터의 회전축의 회전을 윤활하는 베어링 기능을 수행하므로 종래 직류모터의 베어링을 대체할 수 있고, 이를 통해 직류모터의 중량을 줄이고, 동작효율 대비 제조단가를 획기적으로 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고온 및 고속회전 환경에서 제한 없이 활용 가능하므로, 심해용 조력발전기, 풍력발전기, 헬리콥터 전차, 자동차, 반도체 잉곳 장비, 유전용 굴삭기, 원전조작 차량, 영상감지 카메라, 모터 등 다양한 산업 장비에 활용가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정류베어링의 모습을 도시한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 정류베어링에서 상판을 제거한 평면 모습을 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 정류베어링의 단면모습을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 정류베어링에서 상판을 제거한 동작 모습을 순차 도시한 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 직류모터의 단면모습을 개략적으로 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 직류모터의 전기회로 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 직류모터의 동작 모습을 순차 도시한 도면이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 정류베어링의 모습을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 정류베어링에서 상판을 제거한 평면 모습을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 정류베어링의 단면모습을 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 정류베어링(100)은 하우징(110)과, 하우징(110)의 바닥에 설치되는 중앙전극(120)과, 하우징(110) 내에서 중앙전극(120)에 회전가능하게 안착되는 전극축(140)과, 전극축(140)의 둘레면과 맞대도록 전극축(140)의 둘레에 회전가능하게 입설되는 롤러형 전극(150)을 포함한다.

하우징(110)은 절연재질로 이루어지며, 정류베어링(100)의 구성요소들을 조합해 연결하기 위한 형상을 이룬다. 하우징(110)은 다수의 롤러형 전극(150)을 회전가능하게 수용하며, 이를 위해서 롤러형 전극(150)의 상하를 회전가능하게 연결하는 상,하부 고정대(111, 112)를 구비할 수 있다.

중앙전극(120)은 하우징(110)의 바닥에 배치되며, 제1전선(L1)에 의해 전기가 인가된다. 중앙전극(120)은 전도성이 우수하면서 전극축(140)를 지지하는 강도와 내마모성이 우수한 재질인 것이 바람직하며, 동, 황동, 구리, 스테인레스강, 크롬강, 니켈-크롬강, 텅스텐강 등이 예시될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 중앙전극(120)은 소정의 하중을 가지며 안정적으로 회전해야 하는 전극축(140)의 저면 중심과 최소의 마찰로 접합 상태를 유지해야 한다. 이를 위해서 중앙전극(120)은 전극축(140)과의 접촉면적이 줄도록 볼 또는 반구 형태를 이룰 수 있으며, 이외에도 테이퍼진 블록 형상을 이룰 수도 있다. 따라서 중앙전극(120)은 전극축(140)의 저면과 접합하고 전극축(140)이 중앙전극(120)을 중심으로 회전가능한 구조와 형상을 이룬다면, 이하의 권리범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

계속해서, 회전 중인 전극축(140)의 저면과 분리됨 없이 접촉상태를 유지하기 위해서, 중앙전극(120)은 스프링(121)에 의해 탄발 지지되는 것이 바람직하다. 결국, 회전 중인 전극축(140)의 자세 변화 등에 상관없이 중앙전극(120)은 스프링(121)의 탄발력에 의해서 전극축(140)의 저면 부분과 지속적으로 밀착되고, 이를 통해서 전극축(140)과 중앙전극(120)은 단전 없는 통전 상태를 유지한다.

계속해서, 중앙전극(120)이 현 자세를 고수하며 위치 이탈 없이 유지되도록 수용하는 베어링체(122)를 더 포함할 수 있다. 베어링체(122)는 도시한 바와 같이 중앙전극(120)과 스프링(121)을 수용해서, 중앙전극(120)이 안정적으로 제 기능을 수행하도록 한다.

중앙전극(120)은 제1전선(L1)과 직접 연결되어 통전할 수도 있고, 전도성 재질의 스프링(121)을 매개로 제1전선(L1)과 통전할 수도 있으며, 전도성 재질의 베어링체(122)를 매개로 제1전선(L1)과 통전할 수도 있다.

전극축(140)은 중앙전극(120)에 회전가능하게 안착하도록 하우징(110)에 내설된다. 전극축(140)는 전도성 및 내마모성이 우수한 재질로 제작되며, 본 실시 예에서는 동, 황동 또는 구리 등을 적용했다. 계속해서, 롤러형 전극(150)과 맞대는 전극축(140)의 둘레면에는 롤러형 전극(150)과의 통전을 위한 전도판(141)과, 롤러형 전극(150)과의 절연을 위한 절연판(142)이 일정 범위로 각각 배치된다. 본 실시 예에서는 전도판(141)과 절연판(142)을 전극축(140)의 둘레면 절반으로 각각 배치해서, 전극축(140) 둘레에 배치된 롤러형 전극(150)들 중 절반은 전도판(141)과 맞대고, 남은 절반은 절연판(142)과 맞대도록 했다. 그러나 전도판(141)과 절연판(142)의 배치범위는 롤러형 전극(150)의 개수 및 배치 위치 등에 따라 다양하게 변형실시될 수 있다. 한편, 전도판(141)은 전도성과 내마모성이 우수한 동 등이 재질이 적용될 수 있고, 절연판(142)은 절연성과 내마모성이 우수한 세라믹 등이 재질이 적용될 수 있다.

참고로, 전도판(141)은 전도성 재질의 전극축(140)을 보강하기 위한 것이므로, 별도의 전도판(141)을 보강하지 않고 절연판(142)만 해당 위치에 보강할 수도 있다.

계속해서, 전극축(140)의 중앙에는 회전축(210)과의 결속을 위한 돌부가 형성될 수 있고, 회전축(210)과의 절연을 위한 절연체(143)가 도포될 수 있다. 여기서, 상기 돌부는 회전축(210)에 저면으로 삽입되도록 회전축(210)보다 직경이 작게 형성될 수 있다.

전극축(140)의 저면에는 중앙전극(120)이 접하는데, 중앙전극(120)의 이탈을 저지하면서 접촉면적을 넓히기 위해서 중앙전극(120)을 수용하는 삽입홈(144)이 형성될 수 있다.

롤러형 전극(150)은 전극축(140)의 둘레면과 맞대도록 하우징(110)의 상,하부 고정대(111, 112)에 일렬로 회전가능하게 입설되며, 회전하는 전극축(140)의 둘레면과 0.00 ~ 0.02mm의 간격으로 맞대면서 마찰에 의해 자체 회전한다. 이를 위해서 롤러형 전극(150)은 상,하부 고정대(111, 112)에 고정되는 롤러 축(151)과, 상,하부 고정대(111, 112)와 롤러 축(151)을 통전하게 고정하는 롤러부싱(152)과, 롤러 축(151)을 중심으로 회전하면서 전극축(140)의 둘레면과 마주하는 롤러(153)로 구성된다. 참고로, 전극축(140)과 롤러형 전극(150)의 상호 구조로 명시한 '맞댄다'는 롤러형 전극(150)과 전극축(140)이 서로 연동할 수 있는 간격으로 위치한 상태를 의미하며, 서로 접하는 구조로 한정한 의미는 아니다.

롤러 축(151)은 상,하부 고정대(111, 112)에 형성된 고정홈(111a, 112a)에 끼워져 고정되고, 전극축(140)과의 통전이 가능한 재질로 제작된다. 본 실시 예에서는 철 또는 스테인레스강 등을 적용했다.

롤러부싱(152)은 롤러 축(151)을 전극축(140)에 견고히 고정하고 전극축(140)과 롤러 축(151) 간의 원활한 통전이 이루어지도록, 롤러 축(151)의 둘레를 감싸며 고정홈(111a, 112a)에 끼워진다. 본 실시 예에서는 전극축(140)와 롤러 축(151) 간의 통전이 원활하도록, 소결동, 스테인레스강, 크롬강, 니켈-크롬강 또는 텅스텐강 등을 적용했다.

롤러(153)는 전도성과 내마모성이 우수한 재질로 제작되고, 상,하부 고정대(111, 112)를 따라 배치된 롤러 축(151)에 회전가능하게 연결되며, 둘레면은 전극축(140)의 둘레면과 맞대도록 된다. 따라서 전극축(140)의 전도판(141)을 통해 롤러(153)에 인가된 전기는 해당하는 제2전선(L2)에 통전한다. 반면, 전극축(140)의 절연판(142)과 마주한 롤러(153)에는 전기가 인가되지 않으므로, 해당하는 제2전선(L2)은 단전된다.

롤러(153)는 동, 황동, 구리와 같은 전도성 재질이 적용될 수 있다.

본 실시 예에서 롤러(153)는 전극축(140)과의 마찰 등에 의해서 회전하도록 했으나, 이외에도 롤러(153)가 전극축(140)과 기어 맞물림으로 회전하도록 할 수도 있다. 이를 위해서 롤러(153)의 둘레에 기어를 형성하고, 이에 대응해서 전극축(140)의 둘레면에 상기 기어에 대응하는 기어를 형성시킨다. 물론, 전극축(140) 둘레에 형성된 상기 기어는 전극축(140) 본체에 형성될 수도 있고, 전극축(140)의 둘레면에 보강되는 전도판(141)과 절연판(142)의 성형으로 형성될 수도 있다.

결국, 기어 맞물림에 의해 롤러형 전극(150)과 전극축(140) 간의 기계적 결합과 전기적 연결이 안정적으로 이루어진다.

도 4는 본 발명에 따른 정류베어링에서 상판을 제거한 동작 모습을 순차 도시한 평면도인 바, 이를 참조해서 설명한다.

본 발명에 따른 정류베어링(100)의 전극축(140)은 회전축(210)의 반시계방향 회전을 따라 반시계방향으로 회전한다. 이때, 중앙전극(120)으로부터 전기가 인가된 전극축(140)은 도 4의 (a)도면에서 보인 바와 같이 157.5도 내지 337.5도 범위에 보강된 전도판(141)을 통해 6시 내지 10시 방향에 위치한 롤러(153)에 전기를 인가하고, 해당 롤러형 전극(150)과 연결된 제2전선(L2)으로 통전한다. 그리고, 절연판(142)이 보강된 다른 범위에서는 0시 내지 5시 방향에 위치한 롤러형 전극에는 전기가 인가되지 못하면서, 해당 롤러형 전극과 연결된 제2전선은 단전된다.

그런데, 전극축(140)은 회전축(210)의 회전과 더불어 회전하므로, 도 4의 (b)도면에서 보인 바와 같이, 전극축(140)에 보강된 전도판(141)과 절연판(142) 또한 반시계 방향으로 45도 이동한다. 결국, 통전이 이루어지는 롤러형 전극(150)은 4시 내지 9시 방향으로 조정된다.

계속해서, 전극축(140)는 회전축(210)의 회전과 더불어 회전하고, 도 4의 (c)도면에서 보인 바와 같이, 중앙전극(120)과의 통전이 이루어지는 롤러형 전극(150)은 3시 내지 7시 방향으로 조정된다.

결국, 롤러형 전극(150)에 각각 연결된 제2전선(L2)은 롤러형 전극(150)의 통전 여부에 따라 순차로 통전되고, 제2전선(L2)과 연결되는 직류모터(M)의 코일(240)은 순차로 전기가 인가되면서 직류모터(M) 구동을 위한 동력을 제공한다.

도 5는 본 발명에 따른 직류모터의 단면모습을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 직류모터의 전기회로 구조를 개략적으로 도시한 도면인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 직류모터(M)는 몸체를 이루는 케이스(250)와, 케이스(250)에 고정되는 정류베어링(100)과, 정류베어링(100)의 전극축(140)과 동축으로 연결되어 케이스(250)에 회전가능하게 배치되는 회전축(210)과, 회전축(210)의 둘레에 고정되는 자성체(230)와, 회전축(210)을 중심으로 자성체(230)의 둘레에 배치하도록 케이스(250)에 고정되는 코일(240)을 포함한다.

케이스(250)는 일반적인 직류모터(M)의 외형을 이루며, 정류베어링(100)을 수용하기 위한 중공을 갖추거나, 정류베어링(100)을 외부에서 조립하는 구조로 이루어질 수 있다.

회전축(210)은 정류베어링(100)의 전극축(140)과 일체로 고정되어서, 전극축(140)의 회전과 함께 회전한다. 회전축(210)과 전극축(140) 간의 물리적 결합은 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 본 실시 예에서는 전극축(140)의 상면에 돌부를 형성시키고 회전축(210)의 저면은 요홈을 형성시켜서, 상기 돌부와 요홈의 맞물림으로 고정되도록 했다. 아울러, 전극축(140)과 회전축(210) 간의 절연을 위해서 전극축(140)과 회전축(210) 사이에는 절연체(143)를 도포했다.

계속해서, 회전축(210)은 하단부가 전극축(140)과 고정되고, 상단부가 케이스(250)에 연결된다. 여기서, 회전축(210)은 케이스(250)와 독립적으로 회전해야 하므로, 케이스(250)와의 연결과 회전이 모두 가능하도록 회전축 베어링(211)을 보강한다. 더불어 회전축 베어링(211)의 고정과 회전축(210)의 지지를 위해서 스냅 링(212)이 회전축(210) 둘레에 보강될 수 있다. 이외에도 회전축(210)은 케이스(250)에 다양한 연결수단으로 연결될 수 있으며, 이하의 권리범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

자성체(230)는 회전축(210)의 둘레에 고정된다. 여기서, 자성체(230)는 일반적인 영구자석으로서, 페라이트, 알리코, 네오듐 등의 자성소재가 적용될 수 있고, 회전축(210)의 회전력 발생을 위해서 N극과 S극의 자기력이 회전축(210)과 수직한 방향으로 방출되도록 배치된다. 참고로, 자성체(230)와 회전축(210) 간의 물리적 고정을 위해서, 회전축(210)과 자성체(230)를 잇는 고정체(220)를 보강하고, 고정체(220)의 상,하단으로 스냅 링(221)을 고정해서, 고속으로 회전하는 회전축(210)으로부터 자성체(230)가 분리됨 없이 견고히 고정되도록 한다.

이외에도 자성체(230)를 회전축(210)에 고정하기 위해서, 자성체(230)와 회전축(210)을 관통하는 키(미도시함)를 보강해서 자성체(230)와 회전축(210)이 일체가 되도록 할 수도 있다.

코일(240)은 회전축(210)을 중심으로 자성체(230)의 둘레에 코어 없이 다수 배치되어서, 정류베어링(100)의 롤러형 전극(150)으로부터 제2전선(L2)을 통해 일극의 전기가 인가되고, 타극의 전기는 제3전선(L3)을 통해 직류전원(P)으로부터 인가되며, 이로 인한 통전으로 코일(240) 주변에 자기장이 발생하도록 한다. 본 실시 예에서는 정류베어링(100)과 연결되는 제2전선(L2)으로부터 양극이 인가되고, 직류전원(P)과 직접 연결되는 제3전선(L3)으로부터 음극이 인가되도록 했다.

계속해서, 롤러형 전극(150)으로부터 인출되는 제2전선(L2)들은 제4전선(L4)을 매개로 서로 전기적인 연결을 이룰 수 있고, 제4전선(L4)에는 전기적으로 직렬 연결된 정류다이오드(260)와 저항체(270)가 보강될 수 있다. 여기서 정류다이오드(260)와 저항체(270)는 전극축(140)의 회전방향에 반대방향(도면 참고)으로 전류가 흐르도록 배치되어서, 전극축(140)의 회전으로 발생하는 롤러형 전극(150)과의 순간적인 통,단적으로 전기불꽃 또는 노이즈가 발생하는 현상을 억제한다. 즉, 롤러형 전극(150)의 통전 순서는 전극축(140)의 회전방향과 동일하게 이루어지는데, 정류다이오드(260)는 이전에 통전된 롤러형 전극(150)으로만(회전방향의 반대방향) 해당 제4전선(L4)을 경유해서 전류가 흐르도록 하는 것이다. 참고로, 정류다이오드(260)는 통전 후 단전된 제2전선(L2)으로 전류가 유도되도록 해서, 갑작스런 단전에 의한 반발을 최소화하고, 유도되는 상기 전류를 저항체(270)가 부담해서 통전 후 단전된 제2전선(L2)에 대한 전류 인가가 제어한다.

한편, 본 실시 예에서는 롤러형 전극(150)의 개수와 코일(240)의 개수를 일치시켜서, 전기가 인가된 롤러형 전극(150)과 짝을 이루는 코일(240)만이 통전되도록 했다. 그러나, 직류모터(M)의 용도와 설계 등에 따라 롤러형 전극(150)과 코일(240)의 개수를 다르게 조정해서 짝을 짓도록 할 수도 있다.

코일(240)은 케이스(250) 내에 안정된 고정상태를 유지하도록 코일(240)을 수용해 담는 통 형상의 보빈(241)에 내설될 수 있다. 보빈(241)은 코일(240)로부터 방출되는 전자기장의 간섭을 최소화하는 형상과 재질로 이루어지며, 코일(240)이 자성체(230) 둘레에 위치하도록 케이스(250)의 내측면에 고정된다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 직류모터의 동작 모습을 순차 도시한 도면인 바, 이를 참조해 설명한다.

도 7의 (a)도면에서 보인 바와 같이, 전극축(140)의 전도판(141)이 6시 내지 10시 방향의 롤러형 전극(150)과 맞대면, 해당 롤러형 전극(150)은 6시 내지 10시 방향의 코일(240)과 통전한다. 그러면, 도 7의 (b)도면에서 보인 바와 같이, 6시 내지 10시 방향의 코일(240)은 전자기장이 발생하고, 상기 전자기장은 자성체(230)의 자기장과 반응해서 자성체(230)에 반시계 방향으로 힘을 가하며, 이를 통해 자성체(230)의 중심에 위치한 회전축(210)은 반시계 방향으로 회전한다.

계속해서, 도 8의 (a)도면에서 보인 바와 같이 전극축(140)은 반시계 방향으로 회전해서 4시 내지 9시 방향의 롤러형 전극(150)과 맞대면, 해당 롤러형 전극(150)은 4시 내지 9시 방향의 코일(240)과 통전한다. 그러면, 도 8의 (b)도면에서 보인 바와 같이, 4시 내지 9시 방향의 코일(240)은 전자기장이 발생하고, 상기 전자기장은 자성체(230)의 자기장과 반응해서 자성체(230)에 반시계 방향으로 힘을 가하며, 이를 통해 자성체(230)의 중심에 위치한 회전축(210)은 반시계 방향으로의 회전을 속행한다.

여기서, 회전축(210)의 회전방향은 전극축(140)의 회전방향과 동일하게 이루어지며, 회전축(210)의 회전각도(A)와 전극축(140)의 회전각도(A') 또한 동일/유사한 크기를 갖는다.

또한, 자중을 갖는 자성체(230)가 회전축(210)의 둘레에 연장 형성되므로, 회전축(210)이 역학적으로 원심력을 받아서 자체적인 회전 유지가 가능하고, 이를 통해서 본 발명에 따른 직류모터(M)는 높은 회전력과 회전속도를 갖는 출력을 실현할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100; 정류베어링 110; 하우징 111; 하부 고정대
112; 상부 고정대 120; 중앙전극 121; 스프링
122; 베어링체 140; 전극축 141; 전도판
142; 절연판 143; 절연체 150; 롤러형 전극
151; 롤러축 152; 롤러부싱 210; 회전축
211; 회전축 베어링 212; 스냅 링 220; 고정체
221; 스냅 링 230; 자성체 240; 코일
241; 보빈 250; 케이스 260; 정류다이오드
270; 저항체 L1; 제1전선 L2; 제2전선
L3; 제3전선 L4; 제4전선 M; 직류모터
P; 직류전원

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 하우징; 직류전원의 일극과 제1전선을 매개로 통전하고, 상기 하우징에 고정되는 중앙전극; 상기 중앙전극에 회전가능하게 안착해 통전하고, 둘레면 일부에 절연판이 보강된 전도성 전극축; 상기 전극축의 둘레면과 맞대도록 상기 하우징에 회전가능하게 배치되는 다수의 롤러형 전극;을 포함한 정류베어링, 상기 전극축에 고정되는 회전축, 상기 회전축의 둘레에 일체로 고정되는 자성체, 상기 롤러형 전극과 제2전선을 매개로 일단이 통전하고, 상기 직류전원과 제3전선을 매개로 타단이 통전하며, 상기 자성체의 둘레에 배치되는 다수의 코일을 포함하는 직류모터에 있어서,
   상기 제2전선들을 서로 연결하는 제4전선과, 상기 제4전선에 연결되는 정류다이오드를 더 포함하되, 상기 정류다이오드는 상기 전극축의 회전방향에 반대방향의 롤러형 전극으로만 전류가 흐르도록 배치된 것을 특징으로 하는 직류모터.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 자성체의 자기력이 상기 회전축에 수직하게 방출되는 것을 특징으로 하는 직류모터.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 정류다이오드와 직렬연결되는 저항체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류모터.

Images