KR101747069B1

KR101747069B1 - 직류 전동기

Info

Publication number: KR101747069B1
Application number: KR1020170019054A
Authority: KR
Inventors: 구제현
Original assignee: 구제현
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2017-02-12
Publication date: 2017-06-14
Also published as: KR101733373B1; KR20150110381A; CN106165270B; KR20170018875A; KR20170005177A; CN106165270A; KR20160087793A; WO2015142084A1

Abstract

영구자석들이 축 주위에 축과 함께 회전될 수 있도록 설치되고, 전자석들이 설치되고, 전자석들을 작동 및 비작동시키는 장치들이 설치되고, 2차전지들이 사용되어 전자석들을 작동시키고, 전자석들이 영구자석들을 회전시키는 직류 전동기가 게시된다.

Description

직류 전동기 {DC(Direct Current) MOTOR}

본 발명은 전자석들을 이용한 직류 전동기에 관한 것으로서, 구체적으로는 영구자석들이 축 주위에 축과 함께 회전될 수 있도록 설치되고, 전자석들이 설치되고, 전자석들을 작동시키고 비작동시키는 장치들이 설치되고, 2차전지들이 사용되어 전자석들을 작동시키고, 전자석들이 영구자석들을 회전시킨다.

종래의 전동기에서는 회전될 수 있는 축에 도체가 설치되고 도체 주위에 자석이 설치되어, 도체에 전기가 흐르면 축이 회전된다.

선행기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0086346호(2005.08.30)이다.

본 발명의 목적은 전자석들을 이용하여 축을 회전시키는 직류 전동기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 직류 전동기는 영구자석들과 전자석들과 2차전지와 회전원판들과 전자석 작동 및 비작동 장치들을 포함한다.

영구자석들이 축 주위에 축과 함께 회전될 수 있게 설치되는데, 각 영구자석의 한 극이 축 중심을 향하게 하고 다른 극이 바깥쪽을 향하게 설치되면서 N극과 S극이 교대가 되게 설치된다.

영구자석들 바깥쪽에 전자석들이 설치되는데, 각 영구자석과 각 전자석의 자력에 의하여 영구자석들이 한 방향으로 회전될 수 있도록 전자석들이 설치되고, 한 전자석이 이 전자석의 예정된 극과 동일한 극의 한 영구자석을 대면할 때 적어도 다른 하나의 전자석이 이 전자석의 예정된 극과 동일한 극의 다른 영구자석을 대면하지 않게 전자석들이 설치된다.

직류 전류를 공급하는 2차전지가 설치된다.

한 전자석을 작동시키는 구간에서 2차전지를 이 전자석에 반복적으로 연결하고 차단하기 위해서 포토인터럽터(photointerrupter)의 빛을 반복적으로 통과시키고 차단시키기 위한 회전원판들이 축에 설치된다.

한 전자석을 대면한 한 영구자석의 극이 이 전자석의 예정된 극과 동일할 때 이 전자석이 작동하기 시작하도록 한 회전원판이 설정되고, 포토인터럽터의 빛이 통과될 때 N channel FET(Field Effect Transistor)가 ON이 되어 이 전자석에 2차전지가 연결되고 2차전지에 의해서 이 전자석이 작동되고, 포토인터럽터의 빛이 차단될 때 N channel FET가 OFF가 되어 이 전자석에서 2차전지가 차단되고 이 전자석에 발생하는 역기전력(back-emf)을 캐퍼시터(capacitor)에 저장하고, 이 전자석을 작동시키는 구간에서 연결과 차단의 과정이 반복되고, 이 전자석이 대면한 영구자석을 밀고 뒤따라오는 영구자석을 당기고, 뒤따라오는 영구자석이 이 전자석에 도달하면 이 전자석을 작동시키지 않고, 그 다음 뒤따라오는 영구자석이 이 전자석에 도달할 때까지 이 전자석은 계속하여 작동을 멈추고, 2차전지가 이 전자석에서 차단될 때에는 이 전자석에 발생하는 역기전력(back-emf)을 이용하기 위해서 이 전자석에서 2차전지의 양극으로 가는 통로는 차단하여 전기가 이 전자석에서 2차전지의 양극으로 흐르지 못하게 하면서 2차전지에서 이 전자석에 연결했을 때와 같은 방향으로 전기가 흐르게 하고, 이 전자석에서 발생한 역기전력(back-emf)을 캐퍼시터(capacitor)에 저장하고 2차전지를 충전할 수 있는 전압으로 만들어서 캐퍼시터(capacitor)에서 2차전지를 충전하는 각 전자석을 작동시키고 비작동시키는 전자석 작동 및 비작동 장치들이 설치된다.

한 전자석을 작동시키지 않을 때에는 적어도 다른 하나의 전자석을 작동시킨다.

본 발명은 전자석들을 이용하여 축을 회전시키는 직류 전동기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전동기를 나타내는 사시도.
도 2는 빛을 통과시키고 차단시키기 위해 사용되는 회전원판을 나타내는 도면.
도 3은 전자석-1을 작동 및 비작동시키는 장치의 전자 회로도.
도 4는 전자석-2를 작동 및 비작동시키는 장치의 전자 회로도.

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전동기를 나타내는 사시도이다. 도 2는 빛을 통과시키고 차단시키기 위해 사용되는 회전원판을 나타내는 도면이다. 도 3은 전자석-1을 작동 및 비작동시키는 장치의 전자 회로도이다. 도 4는 전자석-2를 작동 및 비작동시키는 장치의 전자 회로도이다.

도 1에 보이는 것처럼 6개의 영구자석(101, 102, 103, 104, 105, 106)이 축과 함께 회전될 수 있게 설치되고, 회전축은 도시되지 않은 베어링에 결합되어 회전 가능하게 설치된다. 2개의 전자석(201, 202)이 영구자석 외부에 설치되고, 전자석은 도시되지 않은 고정수단에 의해 고정된다. 2개의 회전원판(301, 302)이 축에 설치되고, 전자석을 작동시키고 비작동시키기 위하여 포토인터럽터(photointerrupter)와 다른 전자부품을 사용하는 2개의 전자석 작동 및 비작동 장치(401, 402)가 사용된다. 2개의 2차전지(501, 502)가 전자석에 직류 전류를 공급하기 위하여 사용된다.

영구자석-1,2,3,4,5,6(101, 102, 103, 104, 105, 106)이 60도 간격으로 설치되는데 영구자석-1,3,5(101, 103, 105)의 S극은 중심축을 대면하고 N극은 바깥쪽을 대면하고, 영구자석-2,4,6(102, 104, 106)의 N극은 중심축을 대면하고 S극은 바깥쪽을 대면한다.

전자석-1,2(201, 202)가 180도 간격으로 설치되는데, 두 전자석이 영구자석을 밀어내어 영구자석이 효과적으로 한 방향으로 회전될 수 있도록 설치되고, 각 전자석이 작동될 때 각 전자석의 N극이 영구자석을 대면하게 설치된다.

회전원판-1,2(301, 302)가 축에 설치되는데, 각 회전원판은 빛을 2.5도 간격 동안 통과시키고 7.5도 간격 동안 차단시키는 과정을 6번 반복하고, 그후 빛을 60도 간격 동안 차단시킨다. 회전원판이 회전하는 동안 이 120도 간격 과정이 계속 반복된다. 회전원판-1(301)은 전자석-1(201)과 2차전지-1(501)을 연결하고 차단하는데 사용되는데, 전자석-1(201)이 영구자석-1(101)을 효과적으로 밀어내는 지점에서 전자석-1(201)과 영구자석-1(101)이 대면할 때 포토인터럽터-1(11)의 빛이 통과되기 시작하도록 설정된다. 회전원판-2(302)는 전자석-2(202)와 2차전지-2(502)를 연결하고 차단하는데 사용되는데, 전자석-2(202)가 영구자석-1(101)을 효과적으로 밀어내는 지점에서 전자석-2(202)와 영구자석-1(101)이 대면할 때 포토인터럽터-2(31)의 빛이 통과되기 시작하도록 설정된다.

전자석 작동 및 비작동 장치-1(401)은 전자석-1(201)을 작동시키고 비작동시킨다. 도 3에서 보이는 것처럼, 포토인터럽터-1(11)의 빛이 통과되면 N channel FET(Field Effect Transistor)-1(12)이 ON이 되고 2차전지-1(501)로부터 전자석-1(201)에 전기가 흘러 전자석-1(201)이 작동된다. 포토인터럽터-1(11)의 빛이 차단되면 N channel FET-1(12)이 OFF가 되어 2차전지-1(501)로부터 전자석-1(201)에 전기가 흐르지 않는다. 2차전지-1(501)로부터 전자석-1(201)에 전기가 차단되면 전자석-1(201)에서 역기전력(back-emf)이 발생한다. 이 역기전력은 다이오드-1(13)에 의해서 2차전지-1(501)의 양극으로 흐르지 않도록 차단되고 다이오드-2(14)를 지나 캐퍼시터-1(17)에 저장된다. 캐퍼시터-1(17)의 전압이 제너다이오드인 다이오드-3(15)의 항복전압이 되면 캐퍼시터-1(17)에 저장된 전기가 다이오드-4(16)을 지나 2차전지-1(501)의 양극으로 흘러 2차전지-1(501)이 충전된다.

전자석 작동 및 비작동 장치-2(402)는 전자석-2(202)를 작동시키고 비작동시킨다. 도 4에서 보이는 것처럼, 포토인터럽터-2(31)의 빛이 통과되면 N channel FET(Field Effect Transistor)-2(32)가 ON이 되고 2차전지-2(502)로부터 전자석-2(202)에 전기가 흘러 전자석-2(202)가 작동된다. 포토인터럽터-2(31)의 빛이 차단되면 N channel FET-2(32)가 OFF가 되어 2차전지-2(502)로부터 전자석-2(202)에 전기가 흐르지 않는다. 2차전지-2(502)로부터 전자석-2(202)에 전기가 차단되면 전자석-2(202)에서 역기전력(back-emf)이 발생한다. 이 역기전력은 다이오드-5(33)에 의해서 2차전지-2(502)의 양극으로 흐르지 않도록 차단되고 다이오드-6(34)를 지나 캐퍼시터-2(37)에 저장된다. 캐퍼시터-2(37)의 전압이 제너다이오드인 다이오드-7(35)의 항복전압이 되면 캐퍼시터-2(37)에 저장된 전기가 다이오드-8(36)을 지나 2차전지-2(502)의 양극으로 흘러 2차전지-2(502)가 충전된다.

도 1에 보이는 것처럼 영구자석-1(101)이 전자석-1(201)을 대면하는 위치에 도달하면, 회전원판-1(301)에 의해서 포토인터럽터-1(11)의 빛이 통과된다. 포토인터럽터-1(11)의 빛이 통과되면, FET-1(12)이 ON이되고 2차전지-1(501)로부터 전자석-1(201)에 전기가 흘러서 전자석-1(201)이 작동되어 영구자석-1(101)을 밀어낸다. 포토인터럽터-1(11)의 빛이 통과되고 차단되는 과정이 반복되는 동안 전자석-1(201)이 영구자석-1(101)을 밀어내고 영구자석-2(102)를 끌어당겨 축이 계속 회전된다. 축이 60도 간격 회전되면, 영구자석-2(102)가 전자석-1(201)에 도달하고 회전원판-1(301)에 의해서 포토인터럽터-1(11)의 빛이 차단되어 전자석-1(201)이 작동을 멈춘다.

이때 영구자석-5(105)가 전자석-2(202)에 도달되고, 회전원판-2(302)에 의해서 포토인터럽터-2(31)의 빛이 통과된다. 포토인터럽터-2(31)의 빛이 통과되면, FET-2(32)가 ON이되고 2차전지-2(602)로부터 전자석-2(202)에 전기가 흘러서 전자석-2(202)가 작동되어 영구자석-5(105)를 밀어낸다. 포토인터럽터-2(31)의 빛이 통과되고 차단되는 과정이 반복되는 동안 전자석-2(202)가 영구자석-5(105)을 밀어내고 영구자석-6(106)를 끌어당겨 축이 계속 회전된다. 축이 60도 간격 회전되면, 영구자석-6(106)이 전자석-2(202)에 도달되고 회전원판-2(302)에 의해서 포토인터럽터-2(31)의 빛이 차단되어 전자석-2(202)가 작동을 멈춘다.

이때 영구자석-3(103)이 전자석-1(201)에 도달된다. 다시 전자석-1(201)이 작동되어 영구자석-3(103)을 밀어내고 영구자석-4(104)를 끌어당긴다.

이와같이 전자석-1,2(201, 202)가 번갈아 작동되어 대면하는 영구자석을 밀어내고 뒤따라오는 영구자석을 끌어당겨 영구자석을 계속 회전시킨다.

따라서, 본 발명인 직류 전동기는 전자석들을 이용하여 축을 회전시킨다.

본 발명은 여기에서 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

101 : 영구자석-1
102 : 영구자석-2
103 : 영구자석-3
104 : 영구자석-4
105 : 영구자석-5
106 : 영구자석-6
201 : 전자석-1
202 : 전자석-2
301 : 회전원판-1
302 : 회전원판-2
401 : 전자석-1 작동 및 비작동 장치
402 : 전자석-2 작동 및 비작동 장치
501 : 2차전지-1
502 : 2차전지-2
11 : 포토인터럽터-1
12 : N 채널 FET-1
13 : 다이오드-1
14 : 다이오드-2
15 : 다이오드-3
16 : 다이오드-4
17 : 캐퍼시터-1
18 : 저항-1
19 : 저항-2
20 : 저항-3
21 : 저항-4
31 : 포토인터럽터-2
32 : N 채널 FET-2
33 : 다이오드-5
34 : 다이오드-6
35 : 다이오드-7
36 : 다이오드-8
37 : 캐퍼시터-2
38 : 저항-5
39 : 저항-6
40 : 저항-7
41 : 저항-8

Claims

영구자석들이 축 주위에 축과 함께 회전될 수 있게 설치되는데, 각 영구자석의 한 극이 축 중심을 향하게 하고 다른 극이 바깥쪽을 향하게 설치되면서 N극과 S극이 교대가 되게 설치되고;
상기 영구자석들 바깥쪽에 전자석들이 설치되는데, 각 영구자석과 각 전자석의 자력에 의하여 영구자석들이 한 방향으로 회전될 수 있도록 전자석들이 설치되고, 한 전자석이 이 전자석의 예정된 극과 동일한 극의 한 영구자석을 대면할 때 적어도 다른 하나의 전자석이 이 전자석의 예정된 극과 동일한 극의 다른 영구자석을 대면하지 않게 전자석들이 설치되고;
직류 전류를 공급하는 2차전지가 설치되고;
상기 한 전자석을 작동시키는 구간에서 상기 2차전지를 이 전자석에 반복적으로 연결하고 차단하기 위해서 포토인터럽터(photointerrupter)의 빛을 반복적으로 통과시키고 차단시키기 위한 회전원판들이 축에 설치되고;
상기 한 전자석을 대면한 상기 한 영구자석의 극이 이 전자석의 예정된 극과 동일할 때 이 전자석이 작동하기 시작하도록 상기 한 회전원판이 설정되고,
포토인터럽터의 빛이 통과될 때 N channel FET(Field Effect Transistor)가 ON이 되어 이 전자석에 상기 2차전지가 연결되고 이 2차전지에 의해서 이 전자석이 작동되고,
포토인터럽터의 빛이 차단될 때 N channel FET가 OFF가 되어 이 전자석에서 이 2차전지가 차단되고 이 전자석에 발생하는 역기전력(back-emf)을 캐퍼시터(capacitor)에 저장하고,
이 전자석을 작동시키는 구간에서 연결과 차단의 과정이 반복되고,
이 전자석이 대면한 영구자석을 밀고 뒤따라오는 영구자석을 당기고,
뒤따라오는 영구자석이 이 전자석에 도달하면 이 전자석을 작동시키지 않고,
그 다음 뒤따라오는 영구자석이 이 전자석에 도달할 때까지 이 전자석은 계속하여 작동을 멈추고,
이 2차전지가 이 전자석에서 차단될 때에는 이 전자석에 발생하는 역기전력(back-emf)을 이용하기 위해서 이 전자석에서 이 2차전지의 양극으로 가는 통로는 차단하여 전기가 이 전자석에서 이 2차전지의 양극으로 흐르지 못하게 하면서 이 2차전지에서 이 전자석에 연결했을 때와 같은 방향으로 전기가 흐르게 하고, 이 전자석에서 발생한 역기전력(back-emf)을 캐퍼시터(capacitor)에 저장하고 이 2차전지를 충전할 수 있는 전압으로 만들어서 캐퍼시터(capacitor)에서 이 2차전지를 충전하는 각 전자석을 작동시키고 비작동시키는 전자석 작동 및 비작동 장치들을 포함하고;

한 전자석을 작동시키지 않을 때에는 적어도 다른 하나의 전자석을 작동시키는 전동기.