KR101728091B1 - 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기력 구형 모터에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 외부 회전축을 갖는 일반 모터를 사용했을 때 보다 관절의 움직임 범위가 넓어지고, 여러 개의 모터를 사용할 필요가 없어지므로 무게가 줄어들어 무게 중심을 잡는데 효과적이고 사용되는 모터수의 감소로 배터리의 지속 시간이 길어질 수 있는 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 원형의 제1절연링과, 상기 제1절연링의 표면에 형성된 제1도전성 패턴을 포함하는 제1지지부; 원형의 제2절연링과, 상기 제2절연링의 표면에 형성된 제2도전성 패턴을 포함하고, 상기 제1지지부에 수직 방향으로 결합된 제2지지부; 상기 제1지지부에 직선 형태의 수직축이 회전 가능하게 결합되고, 상기 수직축에 코일이 권취된 제1회전유도부; 상기 제2지지부에 직선 형태의 수평축이 회전 가능하게 결합되고, 상기 수평축에 코일이 권취된 제2회전유도부; 상기 제1,2지지부의 외측에 결합된 제1구형 외장부; 및 상기 제1구형 외장부의 외측에 상기 제1구형 외장부의 상부 영역이 노출되도록 오프닝을 가지며 상기 제1구형 외장부에 결합된 제2구형 외장부로 이루어진 전자기력 구형 모터를 개시한다.

Description

외부 축이 없는 전자기력 구형 모터{Electro-magnetic globular shaped motor without the outside axis}

본 발명은 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터에 관한 것이다.

이 세상 로봇들의 동력은 '모터'이다. 그러므로 로봇의 기술력도 모터로부터 나온다. 현재 많은 로봇 공학자들이 로봇을 개발하고 있다. 그들 각각의 작품들은 살펴보면 모두 모터 중심적으로 디자인이 되어있다. 어떠한 모터를 사용하였느냐에 따라서 로봇의 디자인과 기술이 달라진다는 것이다. 예를 들어 요즘 제작되고 있는 휴머노이드들은 대부분 자연 재해용 인명 구조용 로봇으로 개발되고 있다. 인명을 구조해야 한다는 것은, 로봇의 관절이 많은 각도와 동작을 빠르고 자연스럽게 해야 한다는 것이다. 하지만 현실은 그렇게 만족스럽지만은 않다. 꼭 인간만한 크기의 휴머노이드가 아니더라도 걷고, 뛰는 등 관절들의 움직임에 한계가 있다. 또한 직접 로봇을 제작해 봄으로 써 문제가 '모터' 때문이라는 것을 알 수 있다. 현재의 모터들은 모두 하나의 축만 돌리는 형태이다. 그러므로 휴머노이드 로봇이 작은 동작을 취하려고 해도 두 개 이상의 모터들이 필요하다. 예를 들어 로봇의 머리를 움직이게 한다고 하자. 모터 하나로는 목을 좌우로 움직이는 정도밖에 되지 않는다. 여기에 모터를 하나 더 추가한다면 머리를 위아래로 작동시킬 수 있게 하고, 두 모터를 동시에 작동시키면 하나의 모터가 목을 우로 돌리면 다른 하나의 모터가 머리를 위로 들며 로봇이 오른쪽 위나 오른쪽 아래 등을 쳐다보는 동작을 취할 수 있다. 이와 같이 로봇이 하나의 특정한 동작을 하려고 해도 2개 이상의 모터를 필요로 하며, 인간형 휴머노이드 등, 많은 동작을 수행해야 하는 로봇의 경우 많은 모터가 장착되기 때문에 로봇의 무게가 무거워지고, 배터리의 지속시간이 짧아지며, 모터장착의 한계 때문에 동작이 자연스럽지 않다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안은 완전히 다른 방식의 모터이다. 위에서 언급했듯이, 어떠한 모터를 사용하였느냐에 따라서 로봇의 디자인과 기술이 달라지므로, 기계의 기본 동력인 모터가 새로운 형태로 바뀐다면, 이 문제들만 해결될 뿐만 아니라 이 세상 로봇들도 새로운 형태로 진화할 것이다. 이러한 방법을 이용하여 지구의 로봇기술 발전에 기여하며, 재난 구조용 로봇, 신체 장애인을 위한 웨어러블 로봇 등, 인간만을 위한 완벽한 인공지능 휴머노이드 로봇을 만들기 위해 이 연구를 시작하였다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 외부 회전축을 갖는 일반 모터를 사용했을 때 보다 관절의 움직임 범위가 넓어지고, 여러 개의 모터를 사용할 필요가 없어지므로 무게가 줄어들어 무게 중심을 잡는데 효과적이고 사용되는 모터수의 감소로 배터리의 지속 시간이 길어질 수 있는 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터는 원형의 제1절연링과, 상기 제1절연링의 표면에 형성된 제1도전성 패턴을 포함하는 제1지지부; 원형의 제2절연링과, 상기 제2절연링의 표면에 형성된 제2도전성 패턴을 포함하고, 상기 제1지지부에 수직 방향으로 결합된 제2지지부; 상기 제1지지부에 직선 형태의 수직축이 회전 가능하게 결합되고, 상기 수직축에 코일이 권취된 제1회전유도부; 상기 제2지지부에 직선 형태의 수평축이 회전 가능하게 결합되고, 상기 수평축에 코일이 권취된 제2회전유도부; 상기 제1,2지지부의 외측에 결합된 제1구형 외장부; 및 상기 제1구형 외장부의 외측에 상기 제1구형 외장부의 상부 영역이 노출되도록 오프닝을 가지며 상기 제1구형 외장부에 결합된 제2구형 외장부를 포함한다.

상기 수직축은 상기 제1지지부의 상단에 결합된 제1회전축과, 상기 제1지지부의 하단에 결합된 제2회전축을 포함하고, 상기 수직축의 코일은 상기 제1회전축에 권취된 제1코일과, 상기 제2회전축에 권취된 제2코일을 포함하고, 상기 수평축은 상기 제2지지부의 전방에 접촉된 제3회전축과, 상기 제2지지부의 좌측에 결합된 제4회전축과, 상기 제2지지부의 후방에 접촉된 제5회전축과, 상기 제2지지부의 우측에 결합된 제6회전축을 포함하고, 상기 수평축의 코일은 상기 제3회전축에 권취된 제3코일과, 상기 제4회전축에 권취된 제4코일과, 상기 제5회전축에 권취된 제5코일과, 상기 제6회전축에 권취된 제6코일을 포함할 수 있다.

상기 제1,2,3,4,5,6회전축은 상기 제1,2지지부의 중심에서 상호간 결합될 수 있다.

상기 제3,4,5,6코일은 병렬로 연결되고, 상기 제3,4,5,6코일의 양측 끝단이 상기 제2회전축이 결합된 제1지지부의 제1도전성 패턴에 전기적으로 접촉되고, 상기 제1,3,2,5코일은 병렬로 연결되고, 상기 제1,3,2,5코일의 양측 끝단이 상기 제4회전축이 결합된 제2지지부의 제2도전성 패턴에 전기적으로 접촉되며, 상기 제3,5코일은 각각 한 쌍으로서 일 측은 제1도전성 패턴에 전기적으로 접촉되고, 타측은 제2도전성 패턴에 전기적으로 접촉될 수 있다.

상기 제1도전성 패턴에 전원을 공급하면, 상기 제1,2회전축을 중심 회전축으로 하여, 상기 제3,4,5,6회전축에 의해 상기 제2지지부가 좌,우 방향으로 일정 각도 회전할 수 있다.

상기 제2도전성 패턴에 전원을 공급하면, 상기 제4,6회전축을 중심 회전축으로 하여, 상기 제1,3,2,5회전축에 의해 상기 제1지지부가 상,하 방향으로 일정 각도 회전할 수 있다.

본 발명은 자성체를 더 포함하되, 상기 자성체는 상기 제1지지부의 외측을 따라 배열된 제1자성체와, 상기 제2지지부의 외측을 따라 배열된 제2자성체를 포함할 수 있다.

상기 제1도전성 패턴 및 상기 제2도전성 패턴에는 동시에 전원이 공급되거나, 또는 선택적으로 전원이 공급될 수 있다.

상기 제2구형 외장부를 통해 노출된 상기 제1구형 외장부의 상부 영역은 상,하,좌,우 방향으로 일정 각도 회전할 수 있다.

본 발명은 외부 회전축을 갖는 일반 모터를 사용했을 때 보다 관절의 움직임 범위가 넓어지고, 여러 개의 모터를 사용할 필요가 없어지므로 무게가 줄어들어 무게 중심을 잡는데 효과적이고 사용되는 모터수의 감소로 배터리의 지속 시간이 길어질 수 있는 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터를 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 전자기력 구형 모터는 내부에 대략 십자 형태로 배치된 회전축과, 회전축을 감싸는 코일로 다축 회전부를 구비하고, 이러한 회전부를 자성체를 갖는 제1구형 외장부에 설치하며, 또한 제1구형 외장부를 제2구형 외장부에 결합함으로써, 제2구형 외장부로부터 제1구형 외장부가 상,하,좌,우,전,후 방향으로 자유롭게 일정 각도 회전 또는 회동할 수 있도록 하여, 하나의 모터로 다양한 회전축을 갖는 외부 회전축이 없는 전자기력 구형 모터를 제공한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터의 구성을 도시한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터의 일부 구성을 도시한 개략도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터의 동작을 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 상,하 방향으로 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

또한, "좌측", "왼쪽", "우측", "오른쪽"과 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 좌,우측 방향으로 뒤집어지면, "좌측" 또는 "왼쪽"으로 설명된 요소 또는 특징은 "우측" 또는 "오른쪽"으로 된다. 따라서, "좌측 또는 왼쪽"은 "우측 또는 오른쪽"을 포괄하는 개념이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터(100)의 구성을 도시한 개략도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기력 구형 모터(100)는 제1지지부(110), 제2지지부(120), 제1회전유도부(130), 제2회전유도부(140) 및 자성체(150)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 구형 모터(100)는 제1구형 외장부(160) 및 제2구형 외장부(170)를 더 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1지지부(110)는 대략 원형의 제1절연링(111)과, 제1절연링(111)의 표면에 형성된 제1도전성 패턴(112)(도 5a 참조)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1절연링(111)은 원주 방향을 따라 전,후 방향으로 일정 폭을 가지며, 이러한 원주 방향을 따른 전,후 방향의 폭은 반경 방향의 폭보다 클 수 있다. 즉, 제1절연링(111)은 종횡비가 매우 큰 직사각형 절연성 플레이트가 원형의 링 형태로 조립된 형태를 한다. 또한, 제1도전성 패턴(112)은 이러한 제1절연링(111)의 표면을 따라 형성되며, 플러스 전원 및 마이너스 전원(접지 전원)이 각각 공급될 수 있도록 2라인으로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2지지부(120)는 대략 원형의 제2절연링(121)과, 제2절연링(121)의 표면에 형성된 제2도전성 패턴(122)(도 5a 참조)을 포함할 수 있다. 이러한 제2지지부(120)는 제1지지부(110)의 내측에 대략 수직 방향으로 결합된다. (제1지지부의 직경>제2지지부의 직경) 물론, 제2지지부(120)는 제1지지부(110)의 외측에 결합될 수도 있다.(제2지지부의 직경>제1지지부의 직경) 여기서, 제2절연링(121)은 원주 방향을 따라 상,하 방향으로 일정 폭을 가지며, 이러한 원주 방향을 따른 상,하 방향의 폭은 반경 방향의 폭보다 클 수 있다. 즉, 제2절연링(121)은 종횡비가 매우 큰 직사각형 절연성 플레이트가 원형의 링 형태로 조립된 형태를 한다. 또한, 제2도전성 패턴(122)은 이러한 제2절연링(121)의 표면을 따라 형성되며, 플러스 전원 및 마이너스 전원(접지 전원)이 각각 공급될 수 있도록 2라인으로 형성될 수 있다.

여기서, 제1도전성 패턴(112) 및 제2도전성 패턴(122)을 통해 공급되는 전원은 외부에 설치된, 예를 들면, 배터리로부터 공급된 것일 수 있으며, 이와 같이 제1지지부(110) 및/또는 제2지지부(120)에 전원을 공급하는 방식은 통상의 직류 모터에 적용되는 브러시 방식 또는 그 등가 방식일 수 있다. 이러한 전류 공급 방법은 당업자에게 주지된 내용이므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1회전유도부(130)는 상,하 방향으로 일정한 길이를 가지며, 이는 상,하단이 제1지지부(110)에 각각 결합되어 있다. 즉, 제1회전유도부(130)는 제1지지부(110)에 직선 형태의 수직축이 결합된 형태를 하고, 이러한 수직축에는 분할된 코일이 권취되어 있다. 코일은 아래에서 다시 설명한다.

또한, 제2회전유도부(140)는 좌,우 방향으로 일정한 길이를 가지며, 이는 좌,우단이 제2지지부(120)에 각각 결합되어 있다. 즉, 제2회전유도부(140)는 제2지지부(120)에 직선 형태의 수평축이 회전 가능하게 결합된 형태를 하고, 이러한 수평축에는 분할된 코일이 권취되어 있다. 마찬가지로 코일은 아래에서 다시 설명한다.

고정된 제1회전유도부(130) 및 제2회전유도부(140)에 전류가 흐르면 자성체(150)에는 플레밍의 왼손법칙에 따라 구동력이 발생하고 이에 따라 자성체(150)가 움직이게 된다.

도 2 및 3을 함께 참조하여 좀 더 자세하게 설명한다.

제1회전유도부(130)를 이루는 수직축은 제1회전축(131) 및 제2회전축(132)을 포함한다. 즉, 제1회전축(131)의 상단은 제1지지부(110)의 상단에 구비된 상단 결합부(131b)에 결합되고, 제2회전축(132)의 하단은 제1지지부(110)의 하단에 구비된 하단 결합부(132b)에 결합되며, 제1회전축(131)의 하단 및 제2회전축(132)의 상단은 중앙의 결합 부재(149)에 결합되어 일체화된다.

또한, 제1회전유도부(130)를 이루는 코일은 제1코일(131a) 및 제2코일(131b)을 포함한다. 즉, 제1코일(131a)은 제1회전축(131)에 길이 방향 또는 원주 방향으로 권취되고, 제2코일(131b)은 제2회전축(132)에 길이 방향 또는 원주 방향으로 권취될 수 있다.

제2회전유도부(140)를 이루는 수평축은 제3회전축(143), 제4회전축(144), 제5회전축(145) 및 제6회전축(146)을 포함할 수 있다. 즉, 제3회전축(143)의 전방은 제2지지부(120)의 전방에 구비된 전방 결합부(미도시)에 탈부착(또는 분리) 가능하게 결합되고, 제4회전축(144)의 좌측은 제2지지부(120)의 좌측에 구비된 좌측 결합부(미도시)에 결합되며, 제5회전축(145)의 후방은 제2지지부(120)의 후방에 구비된 후방 결합부(145b)에 탈부착(또는 분리) 가능하게 결합되고, 제6회전축(146)의 우측은 제2지지부(120)의 우측에 구비된 우측 결합부(미도시)에 결합된다. 또한, 제3회전축(143)의 후방, 제4회전축(144)의 우측, 제5회전축(145)의 전방 및 제6회전축(146)의 좌측은 중앙의 결합 부재(149)에 결합되어 일체화된다.

따라서, 실질적으로 제1,2,3,4,5,6회전축(131,132,143,144,145,146)은 상술한 제1지지부(110) 및 제2지지부(120)의 중심에 구비된 결합 부재(149)에 결합되어, 상,하,좌,우,전,후 방향으로 일정 길이 돌출된 형태를 한다.

또한, 제2회전유도부(140)를 이루는 코일은 제3코일(143a), 제4코일(144a), 제5코일(145a) 및 제6코일(146a)을 포함한다. 즉, 제3코일(143a)은 제3회전축(143)에 길이 방향 또는 원주 방향으로 권취되고, 제4코일(144a)은 제4회전축(144)에 길이 방향 또는 원주 방향으로 권취되며, 제5코일(145a)은 제5회전축(145)에 길이 방향 또는 원주 방향으로 권취되고, 제6코일(146a)은 제6회전축(146)에 길이 방향 또는 원주 방향으로 권취될 수 있다.

한편, 제3,4,5,6코일(143a,144a,145a,146a)은 병렬로 연결되고, 이러한 제3,4,5,6코일(143a,144a,145a,146a)의 양측 끝단은 제2회전축(132)이 결합된 제1지지부(110)의 제1도전성 패턴(112)에 전기적으로 접촉될 수 있다.(도 5c 참조)

또한, 제1,3,2,5코일(131a,143a,132a,145a)은 병렬로 연결되고, 이러한 제1,3,2,5코일(131a,143a,132a,145a)의 양측 끝단이 상기 제4회전축(144)이 결합된 제2지지부(120)의 제2도전성 패턴(122)에 전기적으로 접촉될 수 있다.(도 5c 참조)

여기서, 제3,5코일(144a,145a)은 각각 한쌍으로서 일측은 제1도전성 패턴(112)에 전기적으로 접촉되고, 타측은 제2도전성 패턴(122)에 전기적으로 접촉될 수 있다. 즉, 제3회전축(143)에는 한쌍의 제3코일(143a)이 권취되는데, 일측 제3코일(143a)은 제1도전성 패턴(112)에 전기적으로 접촉되고, 타측 제3코일(143a)은 제2도전성 패턴(122)에 전기적으로 접촉된다. 또한, 제5회전축(145)에도 한쌍의 제5코일(145a)이 권취되는데, 일측 제5코일(145a)은 제1도전성 패턴(112)에 전기적으로 접촉되고, 타측 제5코일(145a)은 제2도전성 패턴(122)에 전기적으로 접촉된다.

여기서, 제1,2,3,4,5,6회전축(131,132,143,144,145,146)은 제1,2,3,4,5,6코일(131a,132a,143a,144a,145a,146a)에 의한 자속이 증가하도록 규소 강판으로 형성될 수 있으나, 이로서 한정되는 것은 아니며 통상의 철, 구리, 알루미늄 등의 금속으로 형성될 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 자성체를 포함한다. 이러한 자성체는 다수의 제1자성체(150)와 다수의 제2자성체(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 다수의 제1자성체(150)는 제1지지부(110)의 외측을 따라 배열된다. 이러한 다수의 제1자성체(150)는 제1지지부(110)의 일부 원주 표면을 따라, 또는 전체 원주 표면을 따라 배열될 수 있으나, 제1지지부(110)로부터 일정 간극 이격되어 있다.

또한, 도시되어 있지는 않지만, 다수의 제2자성체는 제2지지부(120)의 외측을 따라 배열될 수 있다. 이러한 다수의 제2자성체는 제2지지부(120)의 일부 원주 표면을 따라, 또는 전체 원주 표면을 따라 배열될 수 있으나, 상술한 바와 유사하게 제2지지부(120)로부터 일정 간극 이격되어 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에서 제1도전성 패턴(112)에 전원을 공급하면, 플레밍의 왼손 법칙과 앙페르의 오른 나사 법칙에 의해, 제1,2회전축(131,132)을 중심 회전축으로 하여(즉, 제1회전유도부(130)를 회전축으로 하여), 제3,4,5,6회전축(143,144,145,146)에 의해(즉, 제2회전유도부(140)에 의해) 제2지지부(120)가 좌,우 방향으로 일정 각도 회전할 수 있게 된다. 즉, 제1지지부(110)의 내측에서 제2지지부(120)가 좌,우 방향으로 회전하게 된다.

또한, 제2도전성 패턴(122)에 전원을 공급하면, 플레밍의 왼손 법칙과 앙페르의 오른 나사 법칙에 의해, 상기 제4,6회전축(144,146)을 중심 회전축으로 하여(즉, 제2회전유도부(140)를 회전축으로 하여), 상기 제1,3,2,5회전축(131,143,132,145)에 의해(즉, 제1회전유도부(130)에 의해) 제1지지부(110)의 자성체(150)가 상,하 방향으로 일정 각도 회전할 수 있게 된다. 즉, 제2지지부(120)의 외측에서 제1지지부(110)가 상,하 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제3,5회전축(143,145)의 전방 및 후방은 제2지지부(120)에 탈부착 또는 분리 가능한 상태로 결합되므로, 제3,5회전축(143,145)에 의해 제2지지부(120)까지 회전하는 현상은 발생하지 않는다.

따라서, 본 발명에서는 제1도전성 패턴(112) 및 제2도전성 패턴(122)에 동시에 전원이 공급되거나, 또는 선택적으로 전원이 공급됨으로써, 제1,2지지부(110,120)가 동시에 소정 각도 회전하거나, 또는 제1지지부(110) 또는 제2지지부(120)가 선택적으로 소정 각도 회전할 수 있다.

제1구형 외장부(160)는 제1,2지지부(110,120)의 외측에 위치되어, 대략 제1,2지지부(110,120)의 외측을 덮는다. 즉, 제1구형 외장부(160)는 전체 영역 중 하부의 대략 1/2 영역이 제거된 형태를 하며, 따라서 제1구형 외장부(160)는 제1,2지지부(110,120)의 대략 상부 영역을 덮는 형태를 한다. 더불어, 이러한 제1구형 외장부(160)의 내측 표면으로서 상술한 제1,2지지부(110,120)와 대응되는 영역에 다수의 자성체(150)가 고정될 수 있다.

제2구형 외장부(170)는 제1구형 외장부(160)의 외측에 제1구형 외장부(160)의 상부 영역이 노출되도록 오프닝을 가지며 제1구형 외장부(160)에 결합된다. 즉, 제2구형 외장부(170)는 전체 영역 중 상부의 대략 1/3 영역이 제거된 형태를 하며, 따라서 제2구형 외장부(170)는 제1구형 외장부(160)의 대략 상부 영역을 외부로 노출하는 형태를 한다.

이와 같이 하여, 결국 본 발명에서는 제2구형 외장부(170)를 통해 노출된 제1구형 외장부(160)의 상부 영역이 상,하,좌,우 방향으로 일정 각도 회전함으로써, 예를 들면, 로봇의 관절 영역에 효율적으로 채택될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 로봇 뿐만 아니라 다양한 회전 운동이 필요한 자동차 바퀴, 인공 위성, 공작 기계 등 수많은 기계적 분야에 채택될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터(100)의 일부 구성을 도시한 개략도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제1지지부(110)에 형성된 한쌍의 제1도전성 패턴(112)과, 제2지지부(120)에 형성된 한쌍의 제2도전성 패턴(122)은 상호간 교차하는 형태를 한다. 여기서, 제1도전성 패턴(112) 및 제2도전서 패턴은 기본적으로 상호간 절연된 상태를 가지며, 이는 제3,4,5,6코일(143a,144a,145a,146a) 또는 제1,3,2,5코일(131a,143a,132a,145a)에 전원을 공급하는 역할을 한다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 제2회전축(132)을 통하여, 제3,4,5,6,코일(143a,144a,145a,146a)의 양측 끝단이 제1지지부(110)에 구비된 제1도전성 패턴(112)에 전기적으로 접촉되어 전원을 공급받을 수 있다. 구체적으로, 제1도전성 패턴(112)에는 외부로 노출된 제1도전성 패드(112a)가 형성되며, 이러한 제1도전성 패드(112a)에 제3,4,5,6코일(143a,144a,1445a,146a)의 양측 끝단이 전기적으로 접촉된다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 예를 들며, 제3,4,5,6코일(143a,144a,145a,146a)은 병렬로 연결되며, 또한 그 양측 끝단이 제2회전축(132)을 통해 제1지지부(110)에 설치된 제1도전성 패턴(112)에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 제1,3,2,5코일(131a, 143a,132a,145a) 역시 병렬로 연결되며, 또한 그 양측 끝단이 제4회전축(144)을 통해 제2지지부(120)에 설치된 제2도전성 패턴(122)에 전기적으로 접속될 수 있다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터(100)의 동작을 도시한 개략도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 제1구형 외장부(160)는 하부의 대략 1/2 영역이 없는 구형이며, 제2구형 외장부(170)는 상부의 대략 1/3 영역이 없는 구형일 수 있다. 즉, 제1구형 외장부(160)가 제2구형 외장부(170)의 상부에 형성된 오프닝을 통해 상부로 노출된 형태를 한다.

따라서, 도 6b에 도시되고 상술한 구성/작용에 의해, 제1구형 외장부(160)는 제2구형 외장부(170)를 기초로 하여, 상,하,좌,우 방향으로 일정 각도 자유롭게 회전할 수 있다.

일례로, 제2구형 외장부(170)가 로봇의 쇄골에 부착되고, 제1구형 외장부(160)가 로봇의 상완골에 연결될 경우, 쇄골로부터 상완골이 상,하,좌,우 방향으로 하나의 모터에 의해 자유롭게 회전 또는 회동할 수 있게 된다. 더불어, 제1,2지지부 외에 추가적으로 제3지지부 및 그 부속물을 더 형성할 경우, 하나의 모터에 의해 상,하,좌,우 및 전,후 방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 로봇의 관절 구조가 가능하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 외부 축이 없는 전자기력 구형 모터를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 본 발명에 따른 구형 모터
110;제1지지부 111; 제1절연링
112; 제1도전성 패턴 120; 제2지지부
121; 제2절연링 122; 제2도전성 패턴
130; 제1회전유도부 131; 제1회전축
132; 제2회전축 131a; 제1코일
132a; 제2코일 140; 제2회전유도부
143; 제3회전축 144; 제4회전축
145; 제5회전축 146; 제6회전축
143a; 제3코일 144a; 제4코일
145a; 제5코일 146a; 제6코일
149; 중앙 결합부 150; 자성체
160; 제1구형 외장부 170; 제2구형 외장부

Claims (9)

1. 원형의 제1절연링과, 상기 제1절연링의 표면에 형성된 제1도전성 패턴을 포함하는 제1지지부;
   원형의 제2절연링과, 상기 제2절연링의 표면에 형성된 제2도전성 패턴을 포함하고, 상기 제1지지부에 수직 방향으로 결합된 제2지지부;
   상기 제1지지부에 직선 형태의 수직축이 결합되고, 상기 수직축에 코일이 권취된 제1회전유도부;
   상기 제2지지부에 직선 형태의 수평축이 결합되고, 상기 수평축에 코일이 권취된 제2회전유도부;
   상기 제1,2지지부의 외측에 결합된 제1구형 외장부;
   상기 제1구형 외장부의 외측에 상기 제1구형 외장부의 상부 영역이 노출되도록 오프닝을 가지며 상기 제1구형 외장부에 결합된 제2구형 외장부; 및
   상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 외측을 따라 배열된 자성체를 포함함을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수직축은
   상기 제1지지부의 상단에 결합된 제1회전축과,
   상기 제1지지부의 하단에 결합된 제2회전축을 포함하고,
   상기 수직축의 코일은
   상기 제1회전축에 권취된 제1코일과,
   상기 제2회전축에 권취된 제2코일을 포함하고
   상기 수평축은
   상기 제2지지부의 전방에 접촉된 제3회전축과,
   상기 제2지지부의 좌측에 결합된 제4회전축과,
   상기 제2지지부의 후방에 접촉된 제5회전축과,
   상기 제2지지부의 우측에 결합된 제6회전축을 포함하고
   상기 수평축의 코일은
   상기 제3회전축에 권취된 제3코일과,
   상기 제4회전축에 권취된 제4코일과,
   상기 제5회전축에 권취된 제5코일과,
   상기 제6회전축에 권취된 제6코일을 포함함을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1,2,3,4,5,6회전축은 상기 제1,2지지부의 중심에서 상호간 결합됨을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제3,4,5,6코일은 병렬로 연결되고, 상기 제3,4,5,6코일의 양측 끝단이 상기 제2회전축이 결합된 제1지지부의 제1도전성 패턴에 전기적으로 접촉되고,
   상기 제1,3,2,5코일은 병렬로 연결되고, 상기 제1,3,2,5코일의 양측 끝단이 상기 제4회전축이 결합된 제2지지부의 제2도전성 패턴에 전기적으로 접촉되며,
   상기 제3,5코일은 각각 한쌍으로서 일측은 제1도전성 패턴에 전기적으로 접촉되고, 타측은 제2도전성 패턴에 전기적으로 접촉됨을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1도전성 패턴에 전원을 공급하면, 상기 제1,2회전축을 중심 회전축으로 하여, 상기 제3,4,5,6회전축에 의해 상기 제1지지부가 좌,우 방향으로 일정 각도 회전함을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2도전성 패턴에 전원을 공급하면, 상기 제4,6회전축을 중심 회전축으로 하여, 상기 제1,3,2,5회전축에 의해 상기 제1지지부가 상,하 방향으로 일정 각도 회전함을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 자성체는
   상기 제1지지부의 외측을 따라 배열된 제1자성체와,
   상기 제2지지부의 외측을 따라 배열된 제2자성체를 포함함을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1도전성 패턴 및 상기 제2도전성 패턴에는 동시에 전원이 공급되거나, 또는 선택적으로 전원이 공급됨을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2구형 외장부를 통해 노출된 상기 제1구형 외장부의 상부 영역은 상,하,좌,우 방향으로 일정 각도 회전함을 특징으로 하는 전자기력 구형 모터.

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