KR101858687B1 - 가변 토크 마그네틱 커플링 - Google Patents

가변 토크 마그네틱 커플링 Download PDF

Info

Publication number
KR101858687B1
KR101858687B1 KR1020170117602A KR20170117602A KR101858687B1 KR 101858687 B1 KR101858687 B1 KR 101858687B1 KR 1020170117602 A KR1020170117602 A KR 1020170117602A KR 20170117602 A KR20170117602 A KR 20170117602A KR 101858687 B1 KR101858687 B1 KR 101858687B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spline
load
pulley
cores
teeth
Prior art date
Application number
KR1020170117602A
Other languages
English (en)
Inventor
차길업
김영식
성환진
성환호
김성완
Original Assignee
주식회사 포스코
주식회사 피에스텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코, 주식회사 피에스텍 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020170117602A priority Critical patent/KR101858687B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101858687B1 publication Critical patent/KR101858687B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/104—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(variable torque magnetic coupling)은 구동축과 부하축을 연결하고 원주상에 복수로 배치된 영구자석과 각각의 영구자석 사이에 배치된 복수의 제1코어를 구비하는 스플라인 허브, 제1코어의 내주면에 대응하여 구비되며 자기결합력을 조정하도록 형성된 스플라인 풀리와, 제1코어의 측면에 대응하여 배치되는 부하 디스크로 구성되며, 스플라인 풀리와 스플라인 허브의 각도 위치를 조정함으로써 제1코어로부터의 자기력선 루프 형성 방향과 크기를 제어하여 결합 토크를 제어하는데 특징이 있다.
이로 인해 전동기로 구동되는 시스템의 전력사용을 최소화하고, 구조가 간단하여 설치 및 유지보수 비용이 최소화되는 특징이 있다.

Description

가변 토크 마그네틱 커플링{Variable Torque Magnetic Coupling}
본 발명은 자기결합을 이용한 가변 토크 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터와 부하의 동력연결에 자기결합 방식을 이용하여 전동기(모터)로 구동되는 부하의 가변속 운전을 용이하게 하기 위한 가변 토크 마그네틱 커플링에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
모터에 의해 구동되는 부하의 운전속도를 제어하는 방법으로는 전기적인 방식과 기계적인 방식을 들 수 있다.
전기적인 방식은 인버터를 이용하는 방식이 있다. 인버터는 전동기에 공급하는 전압과 주파수를 변환시켜 속도를 제어하는 장치로서, 전력 변환 과정에서 교류를 직류로 변환하는 컨버터 회로를 거치고, 이를 다시 필요한 전압과 주파수로 변환하기 위한 인버터 회로를 거쳐 전동기에 전력을 공급하게 된다. 이러한 인버터 방식은 기존 유도전동기를 간단하게 제어할 수 있고, 넓은 범위에서 무단 가변속 운전이 가능하며, 정밀한 속도제어가 가능하다는 등의 장점이 있다. 그러나 설치비가 많이 들고, 내구성이 유체 커플링에 비해 낮으며, 유지 보수가 어려운 단점이 있다.
기계적인 방식은 유체 커플링을 이용하는 방식이 있다. 유체 커플링은 점성이 높은 유체를 매개로 하여 입력 축의 회전력을 출력 축에 전달하는 동력전달요소이다. 유체 커플링은 유체를 매개로 하기 때문에 충격과 비틀림 진동을 잘 흡수하고, 과부하 시 슬립(slip)을 일으켜 모터를 보호할 수 있다.
이러한 유체 커플링 방식은 부품의 마모가 없고, 내구성이 우수하며, 대용량에서 설치비가 경제적이라는 장점이 있으나, 저속에서 동력손실이 크고(예컨대 70 % 속도에서 동력전달효율 65 %; 60 % 속도에서 동력전달효율 52 %), 유체 커플링 내부에서 발생하는 열(손실)을 냉각하기 위한 냉각장치가 필요하며, 내부의 유체 유동 및 온도 변화에 따른 점도 변화 등에 의한 유체 커플링 자체의 불규칙한 슬립으로 인해 정밀한 속도제어가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 마그네틱 커플링의 동력결합 정도를 조절하여 운전속도를 조절하고, 모터로 구동되는 부하의 가변속 운전을 통해 전력낭비를 최소화하며, 설치 및 유지보수 비용을 절감하는 것이 목적이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링은 부하축; 부하축과 동축으로 나란히 배치되는 구동축; 부하축과 축 결합되는 부하 디스크; 및 구동축과 축 결합하고, 부하 디스크에 대향하여 배치되는 구동 디스크 조립체;를 포함하되, 구동 디스크 조립체는, 구동축과 함께 회전하도록 구성되고, 부하 디스크에 대응하여 환형으로 배치되는 복수의 영구자석과 복수의 제1코어를 포함하되, 영구자석과 제1코어는 서로 이웃하도록 번갈아 배치되고, 복수의 제1코어는 스플라인의 치부(齒部)가 되는 스플라인 허브(spline hub); 구동축과 함께 회전하도록 구성되고, 스플라인 허브의 치부에 대응하여 외주면에 스플라인이 형성된 스플라인 풀리(spline pulley); 및 스플라인 허브에 대해 스플라인 풀리의 상대적인 각도 위치를 제어하도록 형성된 제어기구부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 스플라인 허브의 제1코어는, 제1에어갭을 가지고 부하 디스크의 측면 사이의 틈새를 형성하고, 제2에어갭을 가지고 스플라인 풀리의 외주면 사이의 틈새를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1에어갭은 제2에어갭보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 스플라인 허브의 치부와 스플라인 풀리의 치부가 대응되어 제1에어갭의 틈새를 가지고 마주하는 상태이면, 제1코어에 형성된 자기장의 대부분이 제2에어갭을 지나 스플라인 풀리의 치부로 연결되는 자기력선 루프(magnetic flux loop)가 형성되어 최소 토크 전달 상태가 되고, 스플라인 허브의 치부와 스플라인 풀리의 치부가 어긋나서 서로 겹치지 않는 상태이면, 제1코어에 형성된 자기장의 대부분이 제1에어갭을 지나 부하 디스크로 연결되는 자기력선 루프가 형성되어 최대 토크 전달 상태가 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어기구부는, 스플라인 허브에 배치되는 제어모터; 제어모터에 연결되는 웜 기어; 및 스플라인 풀리에 축 결합되고 웜 기어와 치합되는 웜 휠;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 스플라인 허브는, 회전 밸런스를 맞추기 위해 제어기구부에 대응하는 카운터 밸런스가 더 포함되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 카운터 밸런스는, 제어모터를 구동하는 제어회로부, 배터리 및 무선통신모듈을 포함하는 무선제어부인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 입력 축과 출력 축을 가변 토크 마그네틱 커플링(variable torque magnetic coupling)으로 연결하고, 커플링을 구성하는 복수의 영구자석의 자기(magnetic) 결합을 부분적으로 해제함으로써 자기결합 강도를 조절하는 것이 특징이다. 토크 전달 정도를 조절함으로써 부하에 따라 운전속도가 제어되며, 이로 인해 전동기로 구동되는 시스템의 전력사용량을 절감하고, 구조가 단순하여 설치 및 유지보수 비용이 최소화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링 조립품을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링을 나타내는, 도 1의 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 정면 투시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 내부 구조를 나타내는, 도 4의 K-K' 부분의 측 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 최대 토크 전달 상태의 스플라인 허브와 스플라인 풀리의 배치를 나타내는, 도 4의 축 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 최소 토크 전달 상태의 스플라인 허브와 스플라인 풀리의 배치를 나타내는 축 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 동작 개념을 설명하는 개념도로서, 두 개의 치부가 쌍을 이루어 자기력선 루프가 형성되도록 한 예이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
유도전동기는 고정자 권선에 흐르는 교번 전류에 의해 회전자계가 만들어지고, 그 회전 자계와 회전자에 발생하는 유도전류의 상호 작용에 의한 토크를 이용한 모터이다. 유도전동기는 출력 축에 부하가 있으면 슬립이 발생한다. 유도전동기에서 회전자와 회전자계가 동일한 속도로 회전하면 회전자 도체와 쇄교하는 자속의 시간당 변화량이 0이 되어 전압을 유기하지 못하고, 따라서 회전력은 발생하지 않는다. 즉, 회전력이 발생하기 위해서는 회전자의 속도는 회전자계의 속도보다 느려야 한다. 분당 회전자계의 속도를 N0, 회전자의 속도를 N이라고 하면, 자속을 끊는 속도는 N0-N이 되고, N0에 대한 비를 슬립(slip)이라고 한다.
Figure 112017089293586-pat00001
유도전동기는 모터의 회전력과 부하의 회전력이 일치하면 가속회전력이 0이되어 일정한 속도로 회전하게 되고, 부하가 변동되어 예컨대 증가하면 회전 속도가 감소하게 된다. 즉, 슬립은 부하의 크기에 따라 변하며, 부무하에서 거의 0이고, 부하에서는 5~10 %이다.
한편, 유도전동기의 용량에 비해 부하가 큰 경우, 부하 변동에 의해 불안정한 운전이 되거나 과부하에 의해 모터가 멈추게 된다. 이를 방지하기 위해 큰 용량의 유도전동기를 사용하는 것은 소비전력 증가의 원인이 되어 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 구동단(20) 및 부하단(10) 사이의 자기(magnetic) 결합력의 크기를 가변함으로써 구동단(20)에 부가되는 부하 및 속도를 가변하는 것이 특징이다. 특히, 유도전동기의 초기 구동 단계에서 유도전동기에 전달되는 부하를 낮춤으로써, 실제 유도전동기의 출력에는 관여하지 않는, 회전자계를 발생시키기 위한 자화전류의 요구 용량을 낮춰 유도전동기의 역률을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링 조립품을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링을 나타내는, 도 1의 단면 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기결합을 이용한 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 구동단(20), 부하단(10) 및 외부 하우징을 포함한다.
부하단(10)은 제1베어링(120)의 외륜이 조립되는 제1하우징(130)에 배치되고, 구동단(20)은 제2베어링(220)의 외륜이 조립되는 제2하우징(230) 내에 배치된다.
부하단(10)의 부하축(110)은 일단이 유도전동기(미도시)에 연결되고, 타단이 부하 디스크(140)의 내주면과 결합되도록 연장된다. 부하축(110)에는 제1베어링(120)이 삽입되고, 제1베어링(120)의 외륜은 제1하우징(130)에 조립된다.
구동단(20)의 구동축(210)에는 제2베어링(220)이 삽입되고, 제2베어링(220)의 외륜은 제2하우징(230)에 조립된다. 구동축(210)의 일단은 출력축(미도시)에 연결되고, 타단은 제2하우징(230) 내로 배치되되, 부싱 베어링(212)을 포함하여 스플라인 풀리(spline pulley, 250)가 회전 가능하도록 형성된 축이 연장되며, 타단에는 스플라인 풀리(250)의 축 방향 이동을 방지하는 조립 너트(214)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)의 부하단(10)은 부하축(110), 부하축(110)을 지지하는 제1베어링(120) 및 부하 디스크(140)을 포함한다.
부하 디스크(140)는 내주면이 부하축(110)과 결합되고, 구동단(20)을 향하는 일측면은 구동단(20)의 회전 자계에 의해 그와 동일한 회전 방향으로 회전하도록 형성될 수 있다. 부하 디스크(140)는 일반적인 유도전동기에서 회전자의 역할에 해당하며, 구동단(20)의 회전 자계에 의해 회전력을 발생시킬 수 있는 구조라면 어떤 형태라도 이용될 수 있다. 도 3은 철심 등의 코어가 측면 스플라인 형태로 복수로 배치되고, 복수의 코어를 감싸는 코일이 권선되어 전기적으로 하나로 연결된 것을 가정하여 간략하게 도시하였으나, 부하 디스크(140)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니다.
구동단은 구동축(210), 구동축(210)을 지지하는 제2베어링(220) 및 구동 디스크 조립체를 포함한다.
구동 디스크 조립체는 스플라인 허브(spline hub, 240), 스플라인 풀리(250) 및 제어기구부를 포함한다.
스플라인 허브(240)는 구동축(210)과 축 결합하고, 부하축(110)의 측면 스플라인(144)에 대응하여 형성되는 복수의 제1코어(243)와 각각의 제1코어(243) 사이에 배치되어 스플라인 허브(24)에 환형으로 배치되는 영구자석(246)을 포함하되, 제1코어(243)의 축 방향 측면은 부하축(110)의 측면 스플라인(144)과 제1에어갭(910)을 가지도록 형성되고, 제1코어(243)의 반경 방향 내주면은 스플라인 풀리(250)의 외주면(254)과 제2에어갭(920)을 가지도록 형성된다. 제1코어(243)의 양측에 배치되는 영구자석(246)은 N극이 마주보도록 배치되고, 인접한 제1코어(243)의 양측에는 S극이 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 제1코어(243)는 스플라인 허브(240)에서 N극과 S극이 번갈아 배치되는 형태이다.
제1코어(243)은 강자성체로 이루어질 수 있으며, 일 실시예에 따른 스플라인 허브(240) 구조의 치부(齒部)에 해당한다. 이하 서술에서 스플라인 허브(240)의 치부는 제1코어(243)를 의미한다.
영구자석(246)은 제1코어(243)보다 작은 크기를 가져 부하축(110)의 측면 스플라인(144)에 대해 제1에어갭(910)보다 큰 틈새를 가지고, 스플라인 풀리(250)에 대해 제2에어갭(920)보다 큰 틈새를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
제1코어(243)와 영구자석(246)은 스플라인 허브(240)에 조립되되 허브 하우징(hub housing, 249)에 감싸이는 구조로 형성되어 원심력이 작용하더라도 조립 상태가 안정되게 유지되도록 할 수 있다. 허브 하우징(249)은 비자성체로 이루어질 수 있다.
스플라인 풀리(250)는 연자성체로 이루어진 제어 스플라인(252)을 외주면에 포함하고, 제어 스플라인(252)의 외주면(254)은 스플라인 허브(240)의 내주면(246)과 제2에어갭(920)을 가지고 배치되며, 구동축(210)에 회전 가능하도록 결합된다.
제1에어갭(910)은 예컨대 0.5 mm 이하일 수 있으며, 제2에어갭(920)은 제1에어갭(910)보다 큰 값을 가지도록 형성되는 것이 바람직하며, 예컨대 1 mm 일 수 있다. 제1에어갭(910)은 스플라인 풀리(250)의 각도 위치 조정에 의해 스플라인 허브(24)의 치부와 스플라인 풀리(250)의 치부 사이의 틈새를 예컨대 0.5 mm 이하로 가깝게 하거나, 예컨대 2~3 mm 이상의 틈새가 되도록 조정할 수 있다. 제2에어갭(920)은 조정하도록 설정된 틈새가 아니므로 스플라인 허브(24)의 치부와 스플라인 풀리(250)의 치부 사이의 틈새 가변 범위의 내에서 틈새 크기를 결정하되, 스플라인 허브(24)의 치부와 스플라인 풀리(250)의 치부가 최소 틈새가 되는 경우 대부분의 자기력선 루프가 최소 틈새를 관통하여 흐르도록 제2에어갭(920)은 제1에어갭(910)보다 충분히 큰 값이 되도록 형성한다. 일 실시예에서는 예컨대 제2에어갭(910)이 제1에어갭(920)의 2배가 되도록 형성하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 원주 방향 또는 축 방향으로 자기력선이 관통하여 흐르게 되는 단면적이나 영구자석(246)의 세기 등에 따라 적절히 선정되는 것이 바람직하다.
제어기구부는 스플라인 허브(240)에 대해 스플라인 풀리(250)의 상대적인 각도 위치를 제어하도록 형성된다. 스플라인 풀리(250)는 제어기구부에 의해 스플라인 허브(240)에 대해 회전되는 경우를 제외하면, 스플라인 허브(240)에 고정되어 같이 회전한다. 일 실시예에서는 웜 휠(310)을 스플라인 풀리(250)에 결합하고 스플라인 허브(240)에 배치되는 모터(330)와 웜 기어(320)로 웜 휠(310)을 돌림으로써 스플라인 허브(240)에 대한 스플라인 풀리(250)의 각도 위치를 조정하는 구조를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 통상의 기술자라면 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
도 2의 (a)를 다시 참조하면, 스플라인 허브(240)의 치부(242), 부하 디스크(140)의 측면 스플라인(144)의 치부, 스플라인 풀리(250)의 치부는 동일한 개수와 일정한 간격의 피치를 가지도록 구비되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)에서 스플라인 허브(240)의 치부 측면(242)는 축 방향으로는 부하 디스크(140)의 측면 스플라인(144)의 치부 측면(142)에 대응되고, 반경 방향으로는 스플라인 풀리(250)의 치부 외주면(254)에 대응되도록 형성된다. 부하 디스크(140)의 측면 스플라인(144)의 치부 측면(142)과 이에 대응되는 스플라인 허브(240)의 치부 측면(244)은 동일한 형상과 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 스플라인 풀리(250)의 치부 외주면(254)은 스플라인 허브(240)의 치부 내주면(246)과 동일한 형상과 면적을 가지도록 형성될 수도 있고, 필요에 따라서는 스플라인 풀리(250)의 치부 외주면(254)의 원주 방향 폭은 스플라인 허브(240)의 치부 내주면(246) 보다 좁은 폭으로 형성될 수도 있다. 스플라인 풀리(250)의 치부 외주면(254)이 좁은 폭으로 형성되는 경우엔 같은 폭으로 형성된 경우보다 가변 토크의 최소값이 더 큰 값을 갖도록 설정될 수 있다.
도 2의 (b)는 도 1의 B-B'의 단면 사시도이며, 스플라인 허브(240)에 대해 스플라인 풀리(250)를 회전시키기 위한 제어기구부를 추가로 나타낸다. 일 실시예에서 제어기구부는 스플라인 풀리(250)와 동축으로 연결된 웜 휠(310), 스플라인 허브(240)의 내측에 배치되는 모터(330) 및 모터(330)에 연결되고 웜 휠(310)과 치합되는 웜 기어(320)를 포함한다. 모터(330)는 회전 축 외부에 배치되는 제어부(미도시)와 유선으로 연결되어 웜 기어(320)를 구동함으로써 스플라인 허브(240)의 치부와 스플라인 풀리(250)의 치부가 서로 겹치는 각도 위치가 되도록 하거나 서로 어긋나는 각도 위치가 되도록 제어될 수 있다. 스플라인 허브(240)의 내부에는 모터(330) 및 웜 기어(320)에 대응되도록 카운터 밸런스(미도시)를 추가로 구비하여 구동축(210)이 회전함에 있어 회전 불평형 질량을 최소화하는 것이 바람직하다.
또 다른 실시예에서는 모터(330)와 제어부는 무선으로 연결될 수도 있다. 스플라인 허브(240) 내부에 모터(330)가 설치된 반대 위치에 모터(330) 구동을 위한 배터리, 모터 제어부, 외부 제어부와의 송수신부 및 무선 전력 수신부를 구비할 수 있다. 제어기구부를 무선으로 구성함으로써 일 실시예의 가변 토크 마그네틱 커플링(1)이 보다 높은 회전수에서 동작하도록 할 수 있다. 일 실시예의 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 빈번하게 토크를 가변하는 용도가 아닌 경우가 더 일반적이며, 제어기구부를 무선으로 구성함에 있어 기술적인 요구 사항이 낮아 용이하게 구현될 수 있다. 이 경우에도 내장된 제어부를 카운터 밸런스(counter balancing)가 되도록 하여 회전 불평형 질량이 최소화되도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 정면 투시도이다.
도 4를 참조하면, 투시도 좌측에 제어기구부의 모터(330) 및 웜 기어(320)가 도시되었으며, 카운터 밸런스 또는 무선 제어부는 편의상 도시하지 않았다. 도 4는 최대 토크 전달을 위한 동작 상태를 나타내며, 스플라인 허브(240)와 스플라인 풀리(250)의 치부가 서로 겹치지 않도록 어긋난 상태이고, 스플라인 허브(240)의 치부에서 부하 디스크(140) 방향인 축 방향으로 방사되는 자기력선 루프가 부하 디스크(140)의 대응 영역을 지나도록 폐루프가 형성되어 자기적으로 결합됨으로써 부하축(110)과 구동축(210)이 최대 토크로 연결된 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 내부 구조를 나타내는, 도 4의 K-K'부분의 측 단면도이다.
도 5를 참조하면, 스플라인 풀리(250)의 치부는 단면으로 표시된 상태이며, 스플라인 허브(240)의 치부와 스플라인 풀리(250)는 치부는 어긋난 상태로써 스플라인 허브(240)의 치부 내주면과 스플라인 풀리(250)의 치부 외주면은 제2에어갭(920)보다 상대적으로 매우 큰 틈새를 가진 상태를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 최대 토크 전달 상태의 스플라인 허브(240)와 스플라인 풀리(250)의 배치를 나타내는, 도 4의 축 단면도이다.
스플라인 허브(240)의 치부에 양측에 배치된 영구자석(246)에 의한 자기장은 스플라인 허브(240)의 치부인 제1코어(243)에 집중되고, 스플라인 풀리(250)의 치부와는 제2에어갭(920)보다 상당한 큰 틈새를 가지고 이격되어 있어 스플라인 허브(240)와 스플라인 풀리(250) 사이에는 자기력선 루프가 매우 미미하게 형성된다. 따라서, 영구자석(246)에 의한 자기장은 축 방향으로 제1에어갭(910)을 가지고 배치된 부하 디스크(140)의 측면 스플라인(144)의 치부와 결합되어 자기력선 루프가 형성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 최소 토크 전달 상태의 스플라인 허브(240)와 스플라인 풀리(250)의 배치를 나타내는 축 단면도이다.
스플라인 풀리(250)의 치부 외주면(254)과 스플라인 허브(240)의 치부 내주면(246)이 서로 일치한 상태에서 스플라인 허브(240)의 치부의 영구자석(246)에 의한 자기력선 루프가 스플라인 풀리(250)의 치부와 연결되어 흐름에 따라 스플라인 허브(240)의 치부 측면(244)과 부하 디스크(140)의 측면 스플라인(144)의 치부 측면(142) 사이에 형성되는 자기력선 루프는 미미해지고, 따라서 마그네틱 커플링의 토크 결합이 약해진다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링의 동작 개념을 설명하는 개념도로서, 두 개의 치부가 쌍을 이루어 자기력선 루프가 형성되도록 한 예이다.
도 8을 참조하면, 스플라인 풀리(250)의 치부는 인접한 치부가 한 쌍이 되어 N극 및 S극이 되도록 두 치부에 걸쳐서 영구자석(246)이 배치된다. 도시된 자기장을 표시하는 화살표의 머리 부분은 예컨대 N극을 나타낸다.
도 8의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링은 스플라인 풀리(250)의 치부와 스플라인 허브(240)의 치부가 일치하도록 배치되면 자기력선 루프(820)가 스플라인 풀리(250)로 결합되어 흐름으로써 대부분의 자기력이 스플라인 풀리(250)로 흐르고 부하 디스크(140)의 측면으로는 미약한 자기력만 흐르게 된다. 이 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 최소 토크가 전달되는 상태가 된다.
도 8의 (a)와 같이 스플라인 허브(240)의 치부가 스플라인 풀리(250)의 치부와 어긋나도록 배치되면 스플라인 허브(240)의 영구자석(246)에 의한 자기력선 루프는 스플라인 풀리(250)의 치부와는 거리가 멀어 미약한 자기력만 흐르게 되고, 대부분의 자기력선 루프(810)는 부하 디스크(140)의 측면을 관통하여 흐르게 되고, 스플라인 허브(240)의 치부와 구동 디스크(140)의 측면 스플라인(144)의 치부는 강한 자기력으로 결합된다. 이 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 마그네틱 커플링(1)은 최대 토크가 전달되는 상태가 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 스플라인 허브(240)의 치부와 스플라인 풀리(250)의 치부의 각도 관계를 조정함으로써 부하 디스크(140)의 측면으로 인가되는 자기장의 세기를 조정하여 구동축(210)으로부터 부하축(110)으로 전달되는 토크를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 스플라인 풀리(250)를 제어하여 결합 강도를 조절함으로써 구동단(20)에 연결되는 모터에 부가되는 부하를 조절할 수 있고, 따라서 회전 속도가 조절된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)의 자기결합 강도가 약해지면 슬립이 증가하고 부하축(110)의 회전수는 구동축(210)의 회전수보다 낮아진다.
일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)의 자기결합 강도와 부하축(210) 및 구동축(110)의 회전수가 정상상태(steady state)인 경우를 가정하여 부연하면 다음과 같다. 스플라인 풀리(250)의 각도 위치를 조정하여 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)의 자기결합 강도를 서서히 증가시키면, 부하 디스크(140)에 유도되는 전류가 증가하고 슬립이 줄어들고, 따라서 부하단(10)의 회전수는 증가하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 토크 마그네틱 커플링(1)은 구동축(210)과 같이 회전하는 스플라인 허브(240)와 스플라인 풀리(250)의 치부가 겹치는 정도의 차이에 따라 전달 토크가 가변되는 구조이다.
한편, 설정된 토크 전달율이 되도록 회전된 상태의 스플라인 풀리(250)가 더 이상 회전하지 않고, 스플라인 허브(240)에 의해 강한 자기력이 작용하는 스플라인 풀리(250)를 원할하게 회전하기 위해서는 스플라인 풀리(250)의 각도 위치를 조정하는 기구부는 자가고정(self-locking)되고 높은 기어비의 구현이 용이한 웜 휠(310), 윔 기어(320)가 치합된 구조가 바람직하다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 부하축;
    상기 부하축과 동축으로 나란히 배치되는 구동축;
    상기 부하축과 축 결합되는 부하 디스크; 및
    상기 구동축과 축 결합하고, 상기 부하 디스크에 대향하여 배치되는 구동 디스크 조립체;를 포함하되,
    상기 구동 디스크 조립체는,
    상기 구동축과 함께 회전하도록 구성되고, 상기 부하 디스크에 대응하여 환형으로 배치되는 복수의 영구자석과 복수의 제1코어를 포함하되, 상기 영구자석과 상기 제1코어는 서로 이웃하도록 번갈아 배치되고, 상기 복수의 제1코어는 스플라인의 치부(齒部)가 되는 스플라인 허브(spline hub);
    상기 구동축과 함께 회전하도록 구성되고, 상기 스플라인 허브의 치부에 대응하여 외주면에 스플라인이 형성된 스플라인 풀리(spline pulley); 및
    상기 스플라인 허브에 대해 상기 스플라인 풀리의 상대적인 각도 위치를 제어하도록 형성된 제어기구부;
    를 포함하며,
    상기 스플라인 허브의 상기 제1코어는,
    제1에어갭을 가지고 상기 부하 디스크의 측면 사이의 틈새를 형성하고,
    제2에어갭을 가지고 상기 스플라인 풀리의 외주면 사이의 틈새를 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 토크 마그네틱 커플링.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1에어갭은 상기 제2에어갭 보다 큰 것을 특징으로 하는 가변 토크 마그네틱 커플링.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스플라인 허브의 치부와 상기 스플라인 풀리의 치부가 대응되어 상기 제1에어갭의 틈새를 가지고 마주하는 상태이면,
    상기 제1코어에 형성된 자기장이 상기 제2에어갭을 지나 상기 스플라인 풀리의 치부로 연결되는 자기력선 루프(magnetic flux loop)가 형성되어 최소 토크 전달 상태가 되고,
    상기 스플라인 허브의 치부와 상기 스플라인 풀리의 치부가 어긋나서 서로 겹치지 않는 상태이면,
    상기 제1코어에 형성된 자기장이 상기 제1에어갭을 지나 상기 부하 디스크로 연결되는 자기력선 루프가 형성되어 최대 토크 전달 상태가 되는 것을 특징으로 하는 가변 토크 마그네틱 커플링.
  5. 부하축;
    상기 부하축과 동축으로 나란히 배치되는 구동축;
    상기 부하축과 축 결합되는 부하 디스크; 및
    상기 구동축과 축 결합하고, 상기 부하 디스크에 대향하여 배치되는 구동 디스크 조립체;를 포함하되,
    상기 구동 디스크 조립체는,
    상기 구동축과 함께 회전하도록 구성되고, 상기 부하 디스크에 대응하여 환형으로 배치되는 복수의 영구자석과 복수의 제1코어를 포함하되, 상기 영구자석과 상기 제1코어는 서로 이웃하도록 번갈아 배치되고, 상기 복수의 제1코어는 스플라인의 치부(齒部)가 되는 스플라인 허브(spline hub);
    상기 구동축과 함께 회전하도록 구성되고, 상기 스플라인 허브의 치부에 대응하여 외주면에 스플라인이 형성된 스플라인 풀리(spline pulley); 및
    상기 스플라인 허브에 대해 상기 스플라인 풀리의 상대적인 각도 위치를 제어하도록 형성된 제어기구부;
    를 포함하며,
    상기 제어기구부는,
    상기 스플라인 허브에 배치되는 제어모터;
    상기 제어모터에 연결되는 웜 기어; 및
    상기 스플라인 풀리에 축 결합되고 상기 웜 기어와 치합되는 웜 휠;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 토크 마그네틱 커플링.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스플라인 허브는,
    회전 밸런스를 맞추기 위해 상기 제어기구부에 대응하는 카운터 밸런스가 더 포함되어 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 토크 마그네틱 커플링.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 카운터 밸런스는,
    상기 제어모터를 구동하는 제어회로부, 배터리 및 무선통신모듈을 포함하는 무선제어부인 것을 특징으로 하는 가변 토크 마그네틱 커플링.
KR1020170117602A 2017-09-14 2017-09-14 가변 토크 마그네틱 커플링 KR101858687B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170117602A KR101858687B1 (ko) 2017-09-14 2017-09-14 가변 토크 마그네틱 커플링

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170117602A KR101858687B1 (ko) 2017-09-14 2017-09-14 가변 토크 마그네틱 커플링

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101858687B1 true KR101858687B1 (ko) 2018-05-16

Family

ID=62451762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170117602A KR101858687B1 (ko) 2017-09-14 2017-09-14 가변 토크 마그네틱 커플링

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101858687B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200076482A (ko) * 2018-12-19 2020-06-29 주식회사 포스코 변속 마그네틱 커플링

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013002588A (ja) * 2011-06-20 2013-01-07 Nippon Soken Inc 動力伝達装置
JP2017519481A (ja) * 2014-05-21 2017-07-13 江蘇磁谷科技股▲分▼有限公司Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍａｇｎｅｔ Ｖａｌｌｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 永久磁石カップリングのセルフアラインメント保護装置
JP2017526324A (ja) * 2014-07-30 2017-09-07 江蘇磁谷科技股▲分▼有限公司Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍａｇｎｅｔ Ｖａｌｌｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 巻線型の永久磁石結合伝動装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013002588A (ja) * 2011-06-20 2013-01-07 Nippon Soken Inc 動力伝達装置
JP2017519481A (ja) * 2014-05-21 2017-07-13 江蘇磁谷科技股▲分▼有限公司Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍａｇｎｅｔ Ｖａｌｌｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 永久磁石カップリングのセルフアラインメント保護装置
JP2017526324A (ja) * 2014-07-30 2017-09-07 江蘇磁谷科技股▲分▼有限公司Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍａｇｎｅｔ Ｖａｌｌｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 巻線型の永久磁石結合伝動装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200076482A (ko) * 2018-12-19 2020-06-29 주식회사 포스코 변속 마그네틱 커플링
KR102180705B1 (ko) * 2018-12-19 2020-11-20 주식회사 포스코 변속 마그네틱 커플링

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3176931B1 (en) Winding type permanent magnet coupling transmission device
US7576465B2 (en) Dual rotor electromagnetic machine
CN106877627B (zh) 一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置
EP0813287A2 (en) Switched reluctance motors
CN106911243B (zh) 一种平移调磁环型永磁涡流调速装置
KR20180121756A (ko) 가변 토크 마그네틱 커플링
KR101858687B1 (ko) 가변 토크 마그네틱 커플링
CN104883030B (zh) 一种新型旋转凸极调节磁通的永磁调速器
JP2007228735A (ja) トルク伝達装置
KR19990076698A (ko) 전기모터
JP2008022637A (ja) 回転電機及び該回転電機を用いた電動モータまたは発電機
US20210242734A1 (en) Rotationally balanced electric motor with air-core strator coils
JP2009177980A (ja) ブラシレスモータ
AU2011255229B2 (en) Improved apparatus for transferring torque magnetically
CN210075039U (zh) 滑动变矩电机
JP2010051159A (ja) 可変界磁モータ
JP2020100929A (ja) 回転式編機を駆動するために用いる円盤型伝動装置
CN105827037B (zh) 无刷电机转子
US20200136484A1 (en) Rotating electric machine
WO2012043446A1 (ja) 回転電機
JPWO2015068846A1 (ja) 回転電機
CN219740182U (zh) 一种内转子相对位置可调的永磁励磁感应子调速器
KR102093309B1 (ko) 토크리플 감소를 위한 노치구조의 전동기
JP5076102B2 (ja) アウターローター型同期機及び同期装置
JP2005164325A (ja) 動力計

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant