KR101770695B1 - 폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능한 마그네틱 기어 - Google Patents

폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능한 마그네틱 기어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네틱 기어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 구동되는 전체 폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능하여, 기어비를 용이하게 변환시킬 수 있는 폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능한 마그네틱 기어에 관한 것이다.

Description

폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능한 마그네틱 기어{Magnetic gear for changing number of pole piece and number of pole}
본 발명은 마그네틱 기어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 구동되는 전체 폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능하여, 기어비를 용이하게 변환시킬 수 있는 폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능한 마그네틱 기어에 관한 것이다.
일반적으로 마그네틱 기어는 자기력을 이용하여 비접촉식으로 동력을 전달하는 비접촉 기어 장치로써, 물리적인 접촉에 의해 동력을 전달하는 기어에 비해 노이즈 및 진동이 적고, 윤활유 주입이나 보수 점검이 불필요하며, 기계적인 마찰이 없어 안정성과 내구성이 높아 최근 연구가 활발하다.
또한, 마그네틱 기어는 에너지 손실을 경감할 수 있으므로 고효율 구동이 가능하고, 신뢰도 및 정확한 피크 토크의 전달이 가능하다.
이에 따라, 최근에는 풍력 터빈, 전기 자동차, 트랜스 미션 등 다양한 산업 전반에 걸쳐 마그네틱 기어를 적용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
도 1은 종래의 마그네틱 기어를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마그네틱 기어(10)는 내측 로터(11), 외측 로터(12) 및 상기 내측 로터(11)와 상기 외측 로터(12) 사이에 로터들(11,12)과 이격되어 위치하는 폴 피스 모듈(13)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 내측 로터(11)는 내측 회전자(11b)와 내측 회전자(11b) 외부에 회전축을 중심으로 방사상으로 부착되는 자석(11a)을 포함하고, 상기 외측 로터(12)는 외측 회전자(12a)와 외측 회전자(12a) 내부에 회전축을 중심으로 방사상으로 부착되는 자석(12b)을 포함하여, 상기 폴 피스 모듈(13)은 회전축에 대해 방사상으로 등 간격 이격된 복수 개의 폴 피스(13a)를 포함한다.
또한, 상기 폴 피스 모듈(13)이 고정되어 있을 경우, 상기 내측 로터(11)와 상기 외측 로터(12)는 서로 반대방향으로 회전하게 되고, 어떤 로터가 입력 축이 되는지에 따라 감속기 또는 가속기로 이용된다.
또한, 상기 내측 로터(11)의 쌍극수와 상기 외측 로터(12)의 쌍극수는 아래의 수식식 a와 같이 폴 피스들(13a)의 개수를 결정한다.
[수학식 a]
Figure 112016026690138-pat00001
여기서, 상기 ns는 폴 피스들의 개수, p1은 외측 로터(12)의 쌍극수, p2는 내측 로터(11)의 쌍극 수를 의미한다.
일 예를 들어 설명하면, 외측 로터(12)의 극성이 42극이고, 내측 로터(11)의 극성이 4극일 경우, 외측 로터(12)의 쌍극 수는 21극이고, 내측 로터(11)의 쌍극 수는 2극 이므로, 폴 피스들(13a)의 개수는 23개로 결정된다.
또한, 마그네틱 기어(10)의 기어비는 아래의 수학식 b와 같이 결정된다.
[수학식 b]
Figure 112016026690138-pat00002
여기서, 상기 Gr은 기어비, 상기 ns는 폴 피스들의 개수, p1은 외측 로터(12)의 쌍극수, p2는 내측 로터(11)의 쌍극 수를 의미한다.
즉, 종래의 마그네틱 기어(10)의 기어비를 변환시키기 위해서는 내측 로터(11) 및 외측 로터(12)의 극수를 변경시켜야 하며, 폴 피스(13a)의 개수를 변경시켜야 한다.
하지만, 종래의 마그네틱 기어(10)는 폴 피스의 극수 및 폴 피스(13a)의 개수가 변경될 수 없는 구조로 이루어져 있으므로, 원천적으로 동력전달을 위한 기어비 변환을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은구동되는 전체 폴 피스의 개수 및 극 수를 변환될 수 있게 하여, 기어 비를 용이하게 변환시킬 수 있는 폴 피스의 개수 및 극수의 변환이 가능한 마그네틱 기어를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내측 로터(inner rotor); 상기 내측 로터와 이격되어 구비되는 외측 로터(outer rotor); 및 상기 내측 로터와 상기 외측 로터 사이에 위치하여, 상기 내측 로터와 상기 외측 로터 사이의 자속을 전달하며는 폴 피스 모듈;을 포함하고, 상기 내측 로터 및 상기 외측 로터 중, 적어도 어느 하나의 로터는 회전자에 코일이 권선된 권선형 로터이며, 상기 폴 피스 모듈은 서로 동일한 간격으로 이격된 복수 개의 폴 피스(pole piece)가 구비된 제1 폴 피스 모듈부; 및 상기 제1 폴 피스 모듈의 폴 피스와 대응되는 폴 피스가 구비된 제2 폴 피스 모듈부;를 포함하고, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스는 상기 제1 폴 피스 모듈부의 이웃하는 폴 피스 사이에 위치된 채, 상기 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 권선형 로터는 상기 코일에 흐르는 전류 방향에 따라 극성이 변환된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 내측 로터는 원통형의 내측 회전자와 상기 내측 회전자의 외측면에 회전축을 중심으로 방사상으로 부착되는 복수 개의 자석을 구비하고, 상기 외측 로터는 권선형 로터로서, 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 외측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 내측 로터는 권선형 로터로서, 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 내측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비하고, 상기 외측 로터는 원통형의 외측 회전자와 상기 외측 회전자의 내측면에 회전축을 중심으로 방사상으로 부착되는 복수 개의 자석을 구비한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 내측 로터는 권선형 로터로서, 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 내측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비하고, 상기 외측 로터는 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 외측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제2 폴피스 모듈부의 폴 피스는 각각 n 개로 구비되어, 상기 제2 폴피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 면접할 때에는 전체 폴 피스가 n개로 구동되고, 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 서로 동일한 간격으로 이격되어 위치할 때에는 전체 폴 피스가 2n개로 구동하여, 기어 비가 변환될 수 있게한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 폴 피스 모듈부는 링 형상이며, 소정 위치에 소정 크기로 n개의 홀이 형성된 모듈 본체; 상기 모듈 본체의 일측에서 연장형성되고, 서로 동일 간격 이격된 n개의 폴 피스;를 포함하여 이루어지고, 상기 제2 폴 피스 모듈부는 상기 제1 폴 피스 모듈과 대응되는 형상으로, 상기 제1 폴피스 모듈부의 이웃하는 폴 피스 사이에 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 위치하도록 상기 모듈 본체의 홀에 끼워져 구비되되, 상기 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되며, 상기 모듈 본체의 홀은 상기 제2 폴 피스 모듈부의 회동을 가이드하며, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 서로 면접 가능하도록 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 폴 피스 모듈부와 대응되는 형상으로, 상기 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되는 적어도 하나의 폴 피스 모듈부를 더 포함하고, 제3 폴 피스 모듈부의 폴 피스는 이웃하는 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스 사이에 위치하여, 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스 및 상기 제3 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 서로 면접할 때에는 전체 폴 피스가 n개로 구동되고, 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스 및 상기 제3 폴 피스 모듈부의 폴 피수가 서로 동일한 간격으로 이격되어 위치할 때에는 전체 폴 피스가 폴 피스 모듈부의 개수와 상기 n을 곱한 값으로 구동된다.
또한, 본 발명은 본 발명의 마그네틱 기어를 적어도 두 개 포함하고, 상기 마그네틱 기어들 중, 제1 마그네틱 기어의 출력측 로터는 제2 마그네틱 기어의 입력측 로터에 직결되는 것을 특징으로 하는 멀티플 타입 마그네틱 기어를 더 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 마그네틱 기어; 상기 마그네틱 기어의 내측 로터의 외측에 이격되어 구비되며, 복수 개의 폴 피스를 갖는 적어도 하나의 내부 폴 피스 모듈; 상기 내부 폴 피스 모듈과 상기 마그네틱 기어의 폴 피스 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 중간 로터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레이어 타입 마그네틱 기어를 더 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 중간 로터는 회전자에 코일이 권선된 권선형 로터이다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 마그네틱 기어에 의하면, 로터들 중 적어도 하나의 로터는 회전자에 코일이 권선된 권선형로터로 구비되어, 코일에 흐르는 전류 방향에 따라 극성이 변환되게 함으로써, 필요에 따라 기어비를 용이하게 변경할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 마그네틱 기어에 의하면, 적어도 두 개의 폴 피스 모듈부로 구비되며, 적어도 하나의 폴 피스 모듈부의 폴 피스는 다른 하나의 폴 피스 모듈부의 이웃하는 폴 피스 사이에 위치된 채, 회동 가능하도록 구비됨으로써, 구동되는 전체 폴 피스의 개수가 변환될 수 있게 하여, 필요에 따라 기어 비를 용이하게 변환시킬 수 있는 장점을 지닌다.
도 1은 종래의 마그네틱 기어를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 기어를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 기어의 폴 피스 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 기어의 폴 피스 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 기어의 폴 피스 수 변환 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발병의 다른 일 실시예에 따른 마그네틱 기어의 폴 피스 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발병의 다른 일 실시예에 따른 마그네틱 기어의 폴 피스 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티플 타입 마그네틱 기어를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티레이어 타입 마그네틱 기어를 보여주는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네틱 기어를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 기어(100)는 기어비를 변환시킬 수 있는 자기력을 이용한 비접촉식 기어장치로써, 내측 로터(inner rotor, 110), 외측 로터(outer rotor, 120) 및 폴 피스 모듈(130)을 포함하여 이루어진다.
상기 내측 로터(110) 및 상기 외측 로터(120) 중 적어도 어느 하나의 로터는 회전자에 코일이 권선된 권선형 로터일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 내측 로터(110)가 회전자와 영구자석으로 이루어지고, 상기 외측 로터(120)는 회전자 및 전류가 흐르는 코일로 이루어질 수 있다.
역으로, 상기 내측 로터(110)가 회전자 및 전류가 흐르는 코일로 구비될 수 있고, 상기 외측 로터(120)가 회전자와 영구자석으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 내측 로터(110) 및 상기 외측 로터(120)가 모두 회전자들(111,121)과 코일(112,122)로 이루어진 권선형 로터로 구비될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)는 권선형 로터를 적용하여, 각 코일에 인가되는 전류 방향을 제어하여 극성이 변환되게 함으로써, 극수의 변경이 가능하여 기어비를 용이하게 변경할 수 있게 된다.
또한, 상술한 수학식 a를 참조하면, 내측 로터 및 외측 로터의 극수가 변경됨에 따라, 폴 피스의 개수도 이에 적합하도록 변경되어야 하며, 이하에서는 폴 피스의 개수가 변경되는 구조 및 원리를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 기어(100)의 폴 피스 모듈을 보여주는 사시도 및 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 폴 피스 모듈(130)은 상기 내측 로터(110)와 상기 외측 로터(120)의 사이에 이격되어 위치하여, 상기 내측 로터(110)와 상기 외측 로터(120) 사이의 자속을 전달하는 자성체로써, 제1 폴피스 모듈부(131) 및 제2 폴피스 모듈부(132)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 폴피스 모듈부(131)는 서로 동일한 간격으로 이격된 복수 개의 폴 피스(131b)가 구비된다.
또한, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)는 상기 폴 피스(131b)를 지지하기 위한 모듈 본체(131a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 모듈 본체(131a)는 링 형상으로, 소정 위치에는 소정 크기로 복수개의 홀(131aa)이 형성된다.
또한, 상기 폴 피스(131b)는 소정의 단면적을 지니는 바 형상의 자성체이며, 상기 모듈 본체(131a)의 일측에서 연장 형성된다.
또한, 상기 모듈 본체(131a)의 홀(131aa)은 상기 폴 피스(131b)와 동일한 개수로 형성된다.
또한, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)는 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 동일한 개수 및 동일한 단면적을 지니는 폴 피스(132b)들이 구비된다.
또한, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)는 상기 폴 피스(132b)를 지지하는 모듈 본체(132a)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)는 상기 제1 폴피스 모듈부(131)와 대응되는 형상으로 구비된다.
또한, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)는 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 이웃하는 폴 피스(131b) 사이에 위치하도록, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 모듈 본체(131a) 홀(131aa)에 끼워져 구비되며, 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비된다.
또한, 상기 홀(131aa)은 상기 제2 폴 피스 모듈(132)의 회동을 가이드 하는 역할을 하며, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)가 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 서로 면접 가능하도록 형성된다.
즉, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)는 회동 가능하도록 구비되며, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)가 회동되는 정도에 따라, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)가 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 면접될 수 있으며, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 이웃하는 폴 피스(131b)의 중앙에 위치할 수 있는 구조를 이룬다.
도 5는 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)의 폴 피스 수 변환 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 폴 피스 모듈(130)의 폴 피스 수 변환 원리에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)는 각각 10개로 구비되고, 서로 동일한 단면적으로 갖도록 구비된다.
이때, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(131b)의 개수가 서로 동일하다면, 전체 폴 피스의 개수는 원하는 기어비에 따라 설계자가 임의의 개수로 변경할 수 있다.
상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 회동 위치에 따라, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(120b)와 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)가 서로 면접하게 될 때에는, 전체 폴 피스가 10개로 기능하여 구동된다.
이 경우, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)가 한 쌍으로 기능하게 되는 것이다.
또한, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 회동 위치에 따라, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴피스(132b)가 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴피스(131b)가 서로 동일한 간격으로 이격되어 위치할 때에는, 전체 폴 피스가 20개로 기능하여 구동된다.
이 경우, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)가 각각의 폴 피스로 기능하게 되는 것이다.
즉, 상기 내측 로터(110)의 쌍극 수가 8개, 상기 외측 로터(120)의 쌍극 수가 12일 때에는 전체 폴 피스가 20개로 기능되게 하고, 상기 내측 로터(110)의 쌍극 수가 4개, 상기 외측 로터(120)의 쌍극 수가 6개 일 때에는 전체 폴 피스가 10개로 기능되게 함으로써, 용이하게 기어비를 변환시킬 수 있는 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)의 폴 피스 모듈(130)은 상기 제2 폴 피스 모듈부(132)와 대응되는 형상으로, 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되는 적어도 하나의 폴 피스 모듈부(133, '이하 제3 폴피스 모듈부라 함')를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7에서는 제3 폴피스 모듈부(133)가 더 구비된 폴 피스 모듈(100)을 도시하였으나, 한 개 이상의 폴 피스 모듈부가 더 구비될 수 있다.
상기 제3 폴피스 모듈부(133)는 상기 제2 폴피스 모듈부(132)와 대응되는 형상으로 구비되므로, 형상에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 상기 제3 폴피스 모듈부(133)의 폴 피스(133b)는 이웃하는 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)와 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b)의 사이에 위치하도록, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 모듈 본체(131a) 및 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 모듈 본체(132a)를 차례로 관통하여 끼워진다.
또한, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b)가 n개로 구비될 때에는, 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b) 및 상기 제3 폴피스 모듈부(133)의 폴 피스(133b)도 각각 n개로 구비된다.
이때, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b), 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b) 및 상기 제3 폴피스 모듈부(133)의 폴 피스(133b)가 서로 면접할 때에는, 전체 폴 피스가 n개로 구동되게 된다.
또한, 상기 제1 폴피스 모듈부(131)의 폴 피스(131b), 상기 제2 폴피스 모듈부(132)의 폴 피스(132b) 및 상기 제3 폴피스 모듈부(133)의 폴 피스(133b)가 서로 동일한 간격으로 이격되어 위치할 때에는 전체 폴 피스가 3n개로 구동되게 된다.
즉, 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)의 폴 피스 모듈(130)은 폴 피스 모듈부가 복수 개로 구비될 수 있으며, 이 경우에는 전체 폴 피스가 n개 또는 폴 피스 모듈부의 개수와 상기 n을 곱합 값으로 구동되게 된다.
즉, 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)의 폴 피스 모듈(130)은 폴 피스의 수를 변환시키기 위해, 적어도 두 개의 폴 피스 모듈부로 구비되며, 폴 피스 모듈부 중 적어도 하나의 폴 피스 모듈부의 폴 피스는 다른 하나의 폴 피스 모듈부의 이웃하는 폴 피스 사이에 위치된 채, 회동 가능하도록 구비됨으로써, 구동되는 전체 폴 피스의 개수가 변환될 수 있게 하여, 필요에 따라 기어 비를 용이하게 변환시킬 수 있는 장점을 지닌다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)는 로터(110, 120)들의 극수 변경이 가능하고, 상기 수학식 a와 적합하도록 구동되는 폴 피스의 개수를 변경할 수 있다.
즉, 종래의 마그네틱 기어(10)의 경우에는, 기어비를 변경하기 위해서는 제품 자체를 교체하여야 하나, 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)는 원하는 기어비에 따라 전류의 방향을 제어하여 로터들의 극수를 변경할 수 있고, 변경된 극수에 적합한 폴 피스의 개수로 변경할 수 있으므로, 제품을 교체하지 않고 사용자가 원하는 기어비로 용이하게 변경할 수 있는 장점을 갖는다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티플 타입 마그네틱 기어(200)는 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)가 복수 개로 이루어지며, 서로 직결 연결된 형태이다.
또한, 도 8에서는 두 개의 마그네틱 기어(100,100')가 직결된 듀업 타입의 마그네틱 기어를 도시하였으나, 세 개 이상의 마그네틱 기어들이 직결되어 구성될 수 있다.
또한, 듀얼 타입의 경우, 제1 마그네틱 기어(100)의 출력측(120a)이 제2 마그네틱 기어(100')의 입력측(110'a)에 연결된다.
또한, 상기 제1 마그네틱 기어(100)에 내측 로터(110)와 외측 로터(120)의 기어비가 1:10일 경우, 전체 기어비는 1:100이 되고, 토크비도 1:100이 된다.
즉, 종래의 마그네틱 기어(10)를 1:100의 토크비를 갖도록 설계하고자 할 경우, 외측 로터의 쌍극 수가 내측 로터의 쌍극 수 보다 100배 많아야 하므로 대형화가 불가피하나, 본 발명의 멀티플 타입 마그네틱 기어(200)는 두 개의 마그네틱 기어를 이용하여 소형으로 고 토크비를 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티레이어 타입 마그네틱 기어를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 다른 실시예에 따른 멀티레이어 타입 마그네틱 기어(300)는 본 발명에 따른 마그네틱 기어(100)에 내부 폴 피스 모듈(310) 및 중간 로터(320)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 내부 폴 피스 모듈(310)과 상기 중간 로터(320)의 개수에는 제한이 없으며, 원하는 기어비에 따라 설계자가 임의의 개수로 구성할 수 있다.
다만, 상기 내부 폴 피스 모듈(310)과 상기 중간 로터(320)는 한 쌍으로 서로 개수가 동일하여야 한다.
또한, 상기 내부 폴 피스 모듈(310)은 상기 마그네틱 기어(100)의 내측 로터(110)의 외측에 이격되어 구비되며, 복수 개의 내부 폴 피스(311)을 갖는다.
또한, 상기 중간 로터(320)는 상기 내부 폴 피스 모듈(310)과 상기 폴 피스 모듈(130) 사이에서 상기 내부 폴 피스 모듈(310) 및 상기 폴 피스 모듈(130)과 각각 이격되어 구비된다.
또한, 상기 중간 로터(320)는 회전자에 코일이 권선된 권선형 로터로 구비되어, 상기 코일에 인가되는 전류 방향에 따라 극성이 변환될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티레이어 타입 마그네틱 기어(300)는 상기 내측 로터(110)가 회전하면, 상기 내부 폴 피스 모듈(311)이 상기 중간 로터(320)로 자속을 전달하고, 상기 중간 로터(320)의 자속은 상기 폴 피스 모듈(130)을 통해 상기 외측 로터(120)로 전달되어 회전하는 형태이다.
또한, 상기 내측 로터(110)에서 상기 외측 로터(120)를 향해 구동력이 전달될 경우 감속기로, 상기 외측 로터(120)에서 상기 내측 로터(110)를 향해 구동력이 절달될 경우 가속기로 동작한다.
따라서, 본 발명의 멀티레이어 타입 마그네틱 기어(300)에 의하면, 종래의 마그네틱 기어(10)가 구현하고 하는 기어비를 외측 로터(110), 중간 로터(320) 및 내측 로터(120)가 분됨하게 되므로, 종래의 마그네틱 기어(10)보다 자석의 극수비를 적게하면서도 원하는 기어비를 다양하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 마그네틱 기어 110 : 내측 로터
111 : 내측 회전자 120 : 외측 로터
121 : 외측 회전자 112, 122 : 코일
130 : 폴 피스 모듈 131 : 제1 폴피스 모듈
132 : 제2 폴피스 모듈 133 : 제3 폴피스 모듈
200 : 멀티플 타입 마그네틱 기어 300 : 멀티레이어 타입 마그네틱 기어
310 : 내부 폴 피스 모듈 311 : 내부 폴 피스
320 : 중간 로터

Claims (11)

  1. 내측 로터(inner rotor);
    상기 내측 로터와 이격되어 구비되는 외측 로터(outer rotor); 및
    상기 내측 로터와 상기 외측 로터 사이에 위치하여, 상기 내측 로터와 상기 외측 로터 사이의 자속을 전달하며는 폴 피스 모듈;을 포함하고,
    상기 내측 로터 및 상기 외측 로터 중, 적어도 어느 하나의 로터는 회전자에 코일이 권선된 권선형 로터이며,
    상기 폴 피스 모듈은 서로 동일한 간격으로 이격된 복수 개의 폴 피스(pole piece)가 구비된 제1 폴 피스 모듈부; 및 상기 제1 폴 피스 모듈의 폴 피스와 대응되는 폴 피스가 구비된 제2 폴 피스 모듈부;를 포함하고, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스는 상기 제1 폴 피스 모듈부의 이웃하는 폴 피스 사이에 위치된 채, 상기 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 권선형 로터는
    상기 코일에 흐르는 전류 방향에 따라 극성이 변환되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내측 로터는 원통형의 내측 회전자와 상기 내측 회전자의 외측면에 회전축을 중심으로 방사상으로 부착되는 복수 개의 자석을 구비하고,
    상기 외측 로터는 권선형 로터로서, 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 외측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 내측 로터는 권선형 로터로서, 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 내측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비하고,
    상기 외측 로터는 원통형의 외측 회전자와 상기 외측 회전자의 내측면에 회전축을 중심으로 방사상으로 부착되는 복수 개의 자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 내측 로터는 권선형 로터로서, 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 내측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비하고,
    상기 외측 로터는 회전축을 중심으로 방사상으로 구비된 복수 개의 코일수용부가 형성된 원통형의 외측 회전자와 상기 코일 수용부 각각에 권선된 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제2 폴피스 모듈부의 폴 피스는 각각 n 개로 구비되어, 상기 제2 폴피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 면접할 때에는 전체 폴 피스가 n개로 구동되고,
    상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 서로 동일한 간격으로 이격되어 위치할 때에는 전체 폴 피스가 2n개로 구동하여, 기어 비가 변환될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 폴 피스 모듈부는 링 형상이며, 소정 위치에 소정 크기로 n개의 홀이 형성된 모듈 본체; 상기 모듈 본체의 일측에서 연장형성되고, 서로 동일 간격 이격된 n개의 폴 피스;를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2 폴 피스 모듈부는 상기 제1 폴 피스 모듈과 대응되는 형상으로, 상기 제1 폴피스 모듈부의 이웃하는 폴 피스 사이에 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 위치하도록 상기 모듈 본체의 홀에 끼워져 구비되되, 상기 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되며,
    상기 모듈 본체의 홀은 상기 제2 폴 피스 모듈부의 회동을 가이드하며, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 서로 면접 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 폴 피스 모듈부와 대응되는 형상으로, 상기 마그네틱 기어의 중심축을 기준으로 회동 가능하게 구비되는 적어도 하나의 폴 피스 모듈부를 더 포함하고,
    제3 폴 피스 모듈부의 폴 피스는 이웃하는 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스와 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스 사이에 위치하여, 상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스 및 상기 제3 폴 피스 모듈부의 폴 피스가 서로 면접할 때에는 전체 폴 피스가 n개로 구동되고,
    상기 제1 폴 피스 모듈부의 폴 피스, 상기 제2 폴 피스 모듈부의 폴 피스 및 상기 제3 폴 피스 모듈부의 폴 피수가 서로 동일한 간격으로 이격되어 위치할 때에는 전체 폴 피스가 폴 피스 모듈부의 개수와 상기 n을 곱한 값으로 구동되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 기어.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 마그네틱 기어를 적어도 두 개 포함하고,
    상기 마그네틱 기어들 중, 제1 마그네틱 기어의 출력측 로터는 제2 마그네틱 기어의 입력측 로터에 직결되는 것을 특징으로 하는 멀티플 타입 마그네틱 기어.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 마그네틱 기어;
    상기 마그네틱 기어의 내측 로터의 외측에 이격되어 구비되며, 복수 개의 폴 피스를 갖는 적어도 하나의 내부 폴 피스 모듈;
    상기 내부 폴 피스 모듈과 상기 마그네틱 기어의 폴 피스 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 중간 로터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레이어 타입 마그네틱 기어.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 중간 로터는 회전자에 코일이 권선된 권선형 로터인 것을 특징으로 하는 멀티레이어 타입 마그네틱 기어.
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