KR102229129B1

KR102229129B1 - 비접촉 무부하 동력전달장치

Info

Publication number: KR102229129B1
Application number: KR1020200092754A
Authority: KR
Inventors: 정길용
Original assignee: 주식회사 태영팬가드
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2021-03-18
Also published as: US20230243390A1; EP4191087A4; CN115698533A; EP4191087A1; WO2022025307A1; JP2023536782A

Abstract

본 발명은 자석이 결합된 자성체와 상기 자성체와 자기적으로 결합되는 구조를 이용하여 비접촉 무부하 상태로 동력을 전달할 수 있는 비접촉 무부하 동력전달장치에 관한 것이다.
이를 위해, 동력축 또는 부하축 중 어느 하나에 결합되고 일측면에 자성체가 구비되는 제1디스크유니트(10)와 상기 제1디스크유니트(10)에 대응하는 동력축 또는 부하축과 자기적으로 결합되는 제2디스크유니트(20)로 구성되어 비접촉식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치를 제공하게 된다.

Description

비접촉 무부하 동력전달장치{Non-contact no-load power transmit device}

본 발명은 자석이 결합된 자성체와 상기 자성체와 자기적으로 결합되는 구조를 이용하여 비접촉 무부하 상태로 동력을 전달할 수 있는 비접촉 무부하 동력전달장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로 동력전달장치에는 다양한 형태의 장치들이 존재하게 된다. 그 중 대표적인 것이 기계적인 접촉을 통한 물리력의 전달 수단으로 기어를 이용한 동력전달, 풀리와 밸트를 이용한 전달 등이 있으며, 이와 같이 쌍으로 이루어진 동력전달장치를 커플러 또는 커플링 등으로 명칭하게 된다.

이러한 커플링은 구동력을 전달하기 위한 것으로, 모터 또는 엔진 등에 연결되어 구동력을 전달하는 동력축과 펌프 등과 같은 회전 대상체 측에 연결되는 부하측 또는 종동축과 같이 서로 다른 두 개의 축을 연결하여 두 개의 축이 동시에 회전할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이와 같은 커플링은 기계적 연결을 통해 맞물려 회전함에 따라 마찰에 의한 소음, 분진, 진동, 에너지 효율 감소, 내구성 저하, 기계적 소손 등이 발생수 있다.

또한, 초기 동작시 부하축 또는 종동축에 고부하의 회전대상체가 위치할 경우, 동력축에 고부하가 동일하게 부여되기 때문에 모터 또는 엔진 등의 수명을 단축시키거나, 이상상황에 따른 급정지 또는 급회전방향 전환 등의 작업시 기계적인 충격이 동력축에 완충없이 전달되어 파손되는 경우가 빈번하게 일어나게 된다.

따라서, 기계적 연결을 통한 커플링이 소음과 진동이 발생하는 것을 방지하거나, 일예로 펌프에 이물질이 끼이는 등의 원인으로 부하축 또는 종동축이 회전을 정지함에 따라 동력축의 전동모터 등에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있도록 자석의 자력을 이용한 마그네틱 커플링이 사용되고 있다.

이에 따라 다양한 형태의 커플링이 제안되고 있는데, 그 중 대표적인 것이 대한민국 공개특허 제10-2015-0017885호(자력을 이용한 비접촉 동력전달구조 이하'선행기술'이라 함, 2015년 02월 23일 공개)로서 분리된 주동축과 종동축 사이를 연결하면서 동력을 전달하기 위한 구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 중앙에 형성되면서 N극,S극 중 어느 하나의 극성으로 이루어진 제1 자석 및 상기 제1 자석의 외곽에 형성되면서 다수개의 N극과 S극으로 분활된 제2 자석으로 이루어진 한 쌍의 자성체;가 구성됨에 따라, 자력을 이용하여 비접촉 상태에서 주동축의 동력을 종동축에 전달할 수 있는 자력을 이용한 비접촉 동력전달구조를 제공하게 된다.

그러나, 상기와 같은 선행기술은 동력축 디스크에 배치된 자석과 부하축 디스크에 배치된 자석의 인력과 척력을 이용하는 구조로 주기적 슬립현상이 일어나 일정한 동력 전달에 어려움이 있고, 주기적 슬립현상을 극복하기 위해서는 일체형 구조를 갖게 되는 단점이 있다.

또한 이외의 일반적인 마그네틱 커플링은 인력과 척력이 발생할 때에 와전류에 의한 자기열과 저항열이 발생하게 되고, 이렇게 발생된 고열은 자력 감소의 주 원인이 되며 에너지 효율을 저하 시킨다. 기존 일반 커플링의 경우, 유량 조절을 위한 밸브의 설치 및 조작으로 해결하였으나, 이 과정은 과부하를 발생시키는 주 원인이 되며 기계적 소손을 가져오고 에너지 효율을 감소시키는 문제점이 있다. 즉, 종래의 마그네틱 커플링은 모터 측의 동력을 종동축으로 효율적으로 전달하지 못하여 동력전달 효율이 다소 낮고, 모터의 동력전달 효율이 낮아 종동축의 정밀한 회전 제어가 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 동력축 또는 부하축 중 일측에 연결되어 동작할 수 있도록 자성체를 포함하는 디스크와 이에 대응되는 부하축 또는 동력측에 배치된 비자석의 디스크 사이에 형성된 자력으로 슬립 또는 와전류발생에 따른 발열을 최소화 하고 동력을 전달할 수 있는 마그네틱 커플링을 제공하는 것에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 회전대상체가 결합되는 부하축의 부하량을 제어할 수 있도록 하여 동력축의 모터 또는 엔진 등의 동력발생원의 파손을 방지할 수 있도록 하는 마그네틱 커플링을 제공하는데 또다른 목적이 있다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 무부하 동력장치는,동력축과 부하축으로 구성되는 동력전달장치에 있어서,
동력축 또는 부하축 중 어느 하나에 결합되고 일측면에 자성체가 구비되는 제1디스크유니트(10);와 상기 제1디스크유니트(10)에 대응하는 동력축 또는 부하축과 자기적으로 결합되는 제2디스크유니트(20)로 구성되고, 상기 제1디스크유니트(10)는 제1디스크(11)와 상기 제1디스크(11)의 일측면에 방사형으로 배치되어 결합되는 자성체(13)와 상기 자성체(13)의 일측면에 접하며, 자성체(13)로부터 발생되는 자력을 외부로 배출되도록 하는 자력형성판(12) 및 자성체(13)를 제1디스크(11)에 체결하여 결속하며, 자력을 외부로 배출되도록 하는 자력형성체결부재(14)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치를 제공하게 된다.

삭제

이때, 상기 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)의 위치를 이격시키거나 근접하도록 하여 커플링에 가해지는 회전수 및 부하량을 제어할 수 있도록 한다.

상기 자성체(13)는 다수 개가 N극과 S극이 교변적으로 배열되며, 상기 제1디스크(11)에는 자성체가(13)가 회전하며 극성변화에 따라 발생되는 와전류에 의해 발열되는 열기를 방출하기 위한 방열홀(112)이 더 형성된다.

또한, 상기 자력형성체결부재(14)와 상기 자력형성체결부재(14)의 일측면이 접촉되는 자력형성판(12)이 자성체(13)를 내삽하는 함체구조로 형성되도록 하고, 자력형성체결부재(14)의 일부분이 외부로 향하도록 하여, 자성체(13)로부터 발생되는 자력이 제2디스크유니트(20) 방향으로 집중될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제2디스크유니트(20)는 제2디스크(21)와 상기 제2디스크(21)의 일측면에 결합되는 자력강화판(22)으로 구성되고, 상기 제2디스크(21)와 자력강화판(22)의 사이에는 이종금속부식에 의해 제2디스크(21)와 자력강화판(22)에 부식이 발생되는 것을 방지하기 위한 부식방지판(23)이 더 구비된다.

이때, 상기 자력강화판(22)은 와전류에 의해 발생되는 열기를 방출하고, 와전류가 발생할 수 있도록 하는 방열홀(221)이 더 형성되며, 상기 방열홀(221)은 점 형태, 곡선형태, 폭이 좁은 부채꼴 형태, 변형된 왕(王)자 중 어느 하나의 형태로 형성되도록 한다.

여기서, 상기 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)는 자력 및 회전자계에 의해 발생되는 와전류에 의해, 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)에 결합하는 동력축 또는 부하축의 중심이 동일한 수평 축 선상에 있거나, 상부 또는 하부로 어긋난 경우, 동력축 또는 부하축의 중심이 비틀림각을 유지할 경우에도 구동될 수 있도록 하고, 상기 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)의 사이에 발생되는 자력 및 회전자계에 의해 발생되는 와전류에 의해, 1개의 동력축에 복수개의 부하축이 대응하여 구동할 수 있도록 한다.

또한, 상기 제1디스크 유니트와 제2디스크 유니트사이에 인력만이 발생되어 극성변화와 상관없이 제1디스크유니트의 회전자계에 의해 제2디스크유니트가 회전함으로써 운전 중 급정지 또는 정회전 중 역회전시에도 비접촉식으로 두개의 디스크유니트사이의 이격공간으로 인한 쿠션 현상을 주어 동력축 및 부하축에 물리적 충격과 기계적 파손 없이 운전 중 부드러운 역회전이 가능하도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치를 제공함으로써 본 발명의 목적을 보다 잘 달성할 수 있는 것이다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 동력축 또는 부하축에 배치된 자성체를 포함하는 디스크와 부하축 또는 동력축의 디스크 사이에 형성된 자력으로 비접촉 무부하 상태의 동력을 전달함으로써 기계적 소손, 소음, 진동, 분진으로부터 자유롭고, 기존의 마그네틱 커플링에 비해 주기적 슬립 현상없이 안정적인 출력을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자석이 결합된 자성체와 상기 자성체와 자기적으로 결합되는 마그네틱 커플링으로 인해 정 방향 회전과 역 방향 회전이 가능하고, 자유로운 간격 조절을 통해 회전 속도와 출력량을 제어할 수 있어 에너지 효율이 극대화될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 무부하 동력전달장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 일부 구성요소인 자력강화판의 다양한 형태를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 제1 디스크에 대한 도면이다.
도 5는 도 1의 일부 구성요소인 자력강화판의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 무부하 동력전달장치의 전/후, 상/하 간격 조절과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 의한 제1 디스크와 제2 디스크의 상/하, 좌/우 간격조절 과정을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 디스크의 제1 축과 제2 디스크의 제2 축이 수평에서 벗어난 상태를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 부하축을 적용한 동력전달구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 복수개의 부하축을 적용한 동력전달구조의 동력전달방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 종래의 자석 대 자석을 적용한 비접촉식 마그네틱 동력전달구조를 도시한 예시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 무부하 동력전달장치의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 일부 구성요소인 자력강화판의 다양한 형태를 설명하는 도면이고, 도 4는 도 1의 제1 디스크에 대한 도면이며, 도 5는 도 1의 일부 구성요소인 자력강화판의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 비접촉 무부하 동력전달장치는 동력축 또는 부하축 중 어느 하나에 결합되고 일측면에 자성체가 구비되는 제1디스크유니트(10)와 상기 제1디스크유니트(10)의 자력에 의해 자기적으로 결합되는 제2디스크유니트(20)로 구성되며, 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)는 서로 마주보며 이격되어 비접촉식으로 동작하게 된다.

이때, 상기 제1디스크유니트(10)는 제1디스크(11)와 상기 제1디스크(11)의 일측면에 방사형으로 배치되어 결합되는 자성체(13)와 상기 자성체(13)의 일측면에 접하며, 자성체(13)로부터 발생되는 자력을 외부로 배출되도록 하는 자력형성판(12) 및 자성체(13)를 제1디스크(11)에 체결하여 결속하며, 자력을 외부로 배출되도록 하는 자력형성체결부재(14)로 구성된다.

여기서, 상기 제1디스크(11)는 중심부에 동력축(A) 또는 부하축(B) 중 어느 하나를 체결할 수 있도록 축결합홀(111)이 형성되고, 상기 축결합홀(111)을 중심으로 자성체(13)를 방사형으로 배치하여 결합할 수 있도록 내측으로 식각된 공간을 형성하는 자성체인입홀(113)이 더 형성된다.

또한, 상기 제1디스크(11) 상에는 자성체(13)가 회전하며 극성변화하는 회전자계에 따라 발생되는 와전류에 의해 발열되는 열기를 방출하기 위한 방열홀(112)이 더 형성된다.

이때, 상기 방열홀(112)은 제1디스크(11)의 일면에서 타측면으로 복수개가 관통되어 형성된다.

상기와 같이 형성된 제1디스크(11)에 체결되어 결합되는 자성체(13)는 통상적인 영구자석이 적용되나, 이를 한정하는 것은 아니며, 영구자석 및 전자석과 같이 자력이 발생될 수 있는 것이면 무엇이든 가능하다.

여기서, 상기 자성체(13)는 제1디스크(11)의 축결합홀(111)을 중심으로 방사형으로 배치되어 결합되고, 제1디스크유니트(10)가 회전할 때, 중심축으로부터의 이격거리에 대한 회전궤적 차이를 보상하기 위해, 일측단부가 타측단부보다 길게 형성되는 상협하광(上狹下廣) 또는 상광하협(上廣下狹)의 형상의 사각형 또는 그 단면이 부채꼴 또는 사다리꼴의 형상을 가지며 외측으로는 장호(長弧)와 내측으로는 단호(短弧)를 갖는 형상으로 형성되도록 하되, 이를 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로 형성될 수 있도록 한다.

또한, 자성체(13)는 제1디스크(11)의 일측면에 축결합홀(111)을 중심으로 방사형으로 배치될 때, 다수개가 N극과 S극이 교번적으로 배열된다.

또한, 상기 자성체(13)의 일측면에 접하며, 제1디스크(11)의 자성체인입홀(113)의 내측에 인입되며, 자성체(13)로부터 발생되는 자력을 외부로 방출시켜 주기 위한 자력형성판(12)은 자성체(13)의 형상과 동일하게 형성되도록 한다.

여기서, 상기 자력형성판(12)은 제1디스크(11)의 내측에 결합되고, 제1디스크유니트(10)에 대응하는 제2디스크유니트(20)의 방향으로 자성체(13)의 투자율을 높일 수 있도록 한다.

상기와 같은 자력형성판(12)은 자성체의 투자율을 높일 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 규소강판, 아몰퍼스 자성체, 알루미늄 등이 될 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니며, 투자율을 높일 수 있는 재질이면 무엇이든 가능하다.

상기 자력형성판(12)에는 복수개의 방열홀(121)이 더 구비되는데, 와전류에 의해 자성체(13)로부터 발생되는 열기를 방열하기 위한 것이다.

또한, 상기 자력형성판(12)과 일측면이 접하며 지지되고, 자성체(13)의 외측면을 내측면에 접하도록 내삽하여 결속하는 자력형성체결부재(14)도 자력형성판(12)과 동일한 재질로 형성된다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 자력형성체결부재(14)는 제1디스크(11)의 자성체인입홀(113)의 내측면과 자성체(13)의 사이에 강제끼움으로 체결되며, 자성체(13)를 결속함과 동시에 자력형성판(12) 및 자성체(13)의 자력을 외부로 방출하여 투자율을 향상시킬 수 있도록 한다.

이는, 자력형성체결부재(14)와 상기 자력형성체결부재(14)의 일측면이 접촉되는 자력형성판(12)이 자성체(13)를 내삽하는 함체구조로 형성되도록 하고, 자력형성체결부재(14)의 일부분이 외부로 향하도록 하여, 자성체(13)로부터 발생되는 자력이 제2디스크유니트(20) 방향으로 집중될 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 제1디스크유니트(10)와 대응하며 일측면이 이격되어 배치되고, 제1디스크유니트(10)에 결합되는 동력축 또는 부하축에 대응하는 동력축 또는 부하축에 체결되는 제2디스크유니트(20)는 제1디스크유니트(10)의 자성체에서 발생되는 자력에 의해 동종회전할 수 있도록 구성된다.

여기서, 자력에 의한 자기적 결합이라는 것은 자성체와의 인력을 유지할 수 있는 금속재질 또는 비금속재질이나 자성체와의 인력을 유지될 수 있는 결합이어야한다.

보다 상세하게 설명하면, 금속재 디스크 또는 합성수지에 금속분말 등이 함유되어 형성되며, 자성체와 인력을 유지할 수 있는 것을 말하는 것이다.

상기와 같은 제2디스크유니트(20)는 중심에 동력축(A) 또는 부하축(B) 중 하나가 체결될 수 있는 축결합홀(211)이 형성되고, 상기 체결홀(211)을 중심으로 복수개의 방열홀(212)이 더 형성되는 원판형상의 제2디스크(21)로 구성된다.

이때, 상기 방열홀(212)은 축결합홀(211)을 중심으로 방사형으로 배치되어 형성된다.

또한, 상기 제2디스크(21)의 일측면에는 제1디스크유니트(10)에서 발생되는 와전류에 대응하거나 자성체(13)로부터 발생되는 자력과의 인력을 증가시킬 수 있도록 하는 자력강화판(22)이 구비되고, 상기 자력강화판(22)과 제2디스크(21)의 사이에는 이종금속부식 등에 의해 부식이 발생하는 것을 방지하기 위한 부식방지판(23)이 더 구비된다.

여기서, 상기 부식방지판(23)은 이종금속간의 부식을 방지하고, 열을 흡수하기 위한 세라믹 페이퍼와 같은 흡열재로 형성되는 것이 바람직하나, 이를 한정하는 것은 아니며, 이종금속간 와전류에 의해 발생되는 부식을 방지할 수 있는 것이면 무엇이든 가능하다.

상기와 같은 자력강화판(22)은 와전류에 의해 발생되는 열기를 방출하고, 와전류를 발생할 수 있도록 하는 방열홀(221)이 더 형성된다.

이때, 상기 방열홀(221)은 도 3에 도시된 바와 같이, 점 형태, 곡선 형태, 폭이 좁은 부채꼴 형태, 변형된 왕(王) 자 중 어느 하나 이상의 형태의 홀이 방사상 형태로 배열될 수 있다.

이와 같이, 와전류에 의해 발발한 열을 외부로 방출함으로써 자기열과 저항열에 의해 자성체(13) 자력 감소을 방지할 수 있고 동력 측에서 발생한 회전동력이 부하축으로 원활하게 전달되도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉 무부하 동력전달장치의 전/후, 상/하 간격 조절과정을 설명하는 도면이고, 도 7은 도 6에 의한 제1 디스크와 제2 디스크의 상/하, 좌/우 간격조절 과정을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 디스크의 제1 축과 제2 디스크의 제2 축이 수평에서 벗어난 상태를 설명하는 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 부하축을 적용한 동력전달구조를 설명하기 위한 예시도이다.

또한, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 복수개의 부하축을 적용한 동력전달구조의 동력전달방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도 6 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 비접촉 무부하 동력전달장치는 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20) 간에 종방향, 횡방향 및 상하좌우 등 다양한 방향 등으로 디스크 간의 거리와 배치 방향을 포함한 간격 조절을 통해 무부하 상태로 회전 속도와 부하량 조절을 수행할 수 있다. 이를 위해 무부하 마그네틱 커플링은 제어 수단(미도시)을 통해 관리자가 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20) 간의 간격을 수동 또는 자동으로 설정하도록 할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 부하축(B)에 연결되는 제2디스크유니트(20)의 위치를 이격시키거나, 근접하도록 하여, 비접촉 무부하 동력전달장치에 가해지는 부하력을 조절할 수 있도록 하는 것이다.

예를 들어, 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)의 근접면의 이격거리를 조정하여 자성체 자력을 감쇠시키거나 증가시켜 동력축(A)의 구동력을 조절하거나, 부하축(B)의 부하량을 조절할 수 있도록 하는 것이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 동력축(A) 또는 부하축(B)에 대하여 제1 축(A)과 제2 축(2)으로 가정하고, 두개의 축이 동일한 수평 축 선상에 있을 경우에 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20) 간의 간격을 좁히거나 넓힐 수 있고, 제1 축(A)과 제2축(B)이 동일한 수평축 선 상에 있지 않고 상부 또는 하부로 어긋난 경우에도 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20) 간의 간격을 좁히거나 넓힐 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1축(A)과 제2축(B)이 완전히 수평 축 선상에서 벗어난 경우에도 얼라이먼트 및 밸런스 등이 어느방향이던 비틀림각의 한계를 극복할 수 있도록 한다. 이는 기존의 마그네틱 커플링의 경우 일측에 자성체를 구비하고, 이에 대응되는 타측에도 또다른 자성체를 구비하여, 복수개의 자성체가 회전과 함께 극성이 변경될 경우, 인력과 척력이 번갈아가며 발생하게 되어, 두개의 축이 동일한 축상에서 이탈될 경우 두면이 인력에 의해 결합되거나 척력에 의해 이탈되어 동작이 불가능한 점을 극복할 수 있다.

이를 위해, 본 발명에서는 커플링 중 일측에는 자성체를 구비하고, 이에 대응하는 타측에는 자성체의 자력에 의해 자기적으로 결합될 수 있도록 하여 두 축간에 동일선상에 위치하지 않거나, 두축간에 소정의 이격각도가 발생되어도 자력 및 자력의 회전에 의해 발생되는 와전류에 의해 회동이 가능하도록 하는 것이다.

이는 기존의 마그네틱 커플링의 경우, 운전 중 급정지 또는 정회전 중 역회전을 제어할 때, 마주보는 자성체의 극성이 바뀌며 인력과 척력이 동시에 발생되어 불가능하지만, 본 발명의 비접촉 무부하 동력전달장치는 비접촉 무부하 상태에서 단지 인력만이 발생되어 극성변화와 상관없이 구동이 가능하며, 자성체의 회전에 따라 변하는 극성변화 즉, 회전자계에 의해 와전류가 발생되고, 회전자계에 의해 비자성체가 회전함으로써 운전 중 급정지 또는 정회전 중 역회전시 물리적 충격 및 기계적 파손없이 가능하도록 하는 것이다.

또한, 비접촉식으로 두개의 디스크유니트사이의 이격공간으로 인한 쿠션 현상을 주어 동력축 및 부하축에 물리적 충격과 기계적 파손 없이 운전 중 부드러운 역회전이 가능하도록 할 수 있는 것이다.

이와 같이, 비접촉 무부하 동력전달장치는 부하축 즉, 종동축에 배치된 디스크유니트와 동력측에 배치된 디스크유니트 사이에 형성된 자력 및 자력의 회전 즉, 회전자계에 의해 발생되는 와전류로 동력을 전달하는데, 자석이 결합된 자성체와 자기적으로 결합되는 구조를 이용하여 비접촉 무부하 상태로 동력을 전달할 수 있어 기존의 마그네틱 커플링(도 11 참조)에 비해 기계적 소손, 소음, 진동, 분진으로부터 자유로우며 에너지 효율을 증대 시킨다.

또한, 동력축과 부하축의 이격거리를 조절함으로써, 부하축의 회전수 및 부하량을 조절하게 됨으로써, 기존 모터 및 엔진을 이용한 구동체계에서 동일한 토크를 갖는 모터나 엔진의 회전수에 변화를 주기 위해서는 최대 회전수 별로 모터나 엔진을 교체해야 하는 불편함이 있었는데 이와 같은 불편함을 용이하게 극복할 수 있는 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 기존에는 동일한 토크를 갖는 모터라고 하더라도, 내장되는 자성체의 극수에 따라 2극, 4극, 6극 등 다양한 극수의 모터가 이용되는데, 예를 들어 동일한 주파수인 60Hz에서 4극을 적용하는 모터의 경우 최대 회전수가 1800rpm을 유지하는데 비해, 6극을 이용하는 모터의 경우 최대 회전수가 1200rpm을 유지하게 된다.

이로 인해, 부하축의 회전수를 제어하기 위해서는 동력축의 모터를 교체해야 하는 불편함이 있었고, 동일한 모터를 적용한다 하더라도 별도의 감속기와 같은 변속기가 더 필요한 문제점이 있었다.

또한, 본 발명은 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20) 간의 다양한 간격 조절을 통해 무부하 상태로 회전 속도와 부하량 조절을 동시에 할 수 있고, 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 기존의 마그네틱 커플링의 문제점인 자력형성 과정에서 발생하는 자기열과 저항열로 인해 자력이 감소될 뿐만 아니라 구성품의 부식이 촉진될 수 있는 것을, 부식방지판(23)을 더 구비하여, 부식을 방지함으로써 제품의 내구성을 향상시키고 기계적 기대수명을 더 연장할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 비접촉 무부하 동력전달장치는 고가의 인버터 및 유체 커플링 등에 비해 보다 적은 설치 비용 및 유지보수 비용으로 더 나은 기계적 효율과 에너지 효율을 갖으며, 동력측의 제1축(A)과 부하측의 제2축(B)이 완전 수평에서 벗어나도 운전이 가능한 얼라이먼트 및 밸런스 등 비틀림각의 한계를 극복할 수 있다.

또한, 도 9에서와 같이 동력축(A)을 이동가능하도록 하여, 일개의 동력축(A)에 복수개의 부하측(B)을 배치하여 구동시킬 수도 있다.

보다 상세하게 설명하면, 일개의 동력축(A)을 이동가능하도록 배치하고, 복수개의 부하축(B)을 마주보도록 배치한 후, 구동이 필요한 부하측(B)에 인접하게 이동시켜 해당 부하축(B)을 구동시키거나, 복수개의 부하축(B)에 인접하게 배치하여(도 10 참조) 자력 및 와전류에 의해 해당 부하축(B)을 구동시키게 된다.

이때, 상기 동력축(A)은 전후좌우 및 상하 또는 동력축에서 부하측의 구동을 제어할 수 있는 공간상에 이동가능한 모든 방향으로 이동가능하도록 하여 동력축(A)에 대응하게 마주보며 배치되는 부하축(B)의 구동을 제어할 수 있는 것이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 제1디스크유니트
11 : 제1디스크
12 : 자력형성판
13 : 자성체
14 : 자력형성체결부재
20 : 제2디스크유니트
21 : 제2디스크
22 : 자력강화판
23 : 부식방지판

Claims

동력축과 부하축으로 구성되는 동력전달장치에 있어서,
동력축 또는 부하축 중 어느 하나에 결합되고 일측면에 자성체가 구비되는 제1디스크유니트(10);와
상기 제1디스크유니트(10)에 대응하는 동력축 또는 부하축과 자기적으로 결합되는 제2디스크유니트(20)로 구성되고,
상기 제1디스크유니트(10)는 제1디스크(11)와 상기 제1디스크(11)의 일측면에 방사형으로 배치되어 결합되는 자성체(13)와 상기 자성체(13)의 일측면에 접하며, 자성체(13)로부터 발생되는 자력을 외부로 배출되도록 하는 자력형성판(12) 및 자성체(13)를 제1디스크(11)에 체결하여 결속하며, 자력을 외부로 배출되도록 하는 자력형성체결부재(14)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)의 위치를 이격시키거나 근접하도록 하여 커플링에 가해지는 회전수 및 부하량을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 자성체(13)는 다수 개가 N극과 S극이 교변적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1디스크(11)에는 자성체가(13)가 회전하며 극성변화에 따라 발생되는 와전류에 의해 발열되는 열기를 방출하기 위한 방열홀(112)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항에 있어서,
상기 자력형성체결부재(14)와 상기 자력형성체결부재(14)의 일측면이 접촉되는 자력형성판(12)이 자성체(13)를 내삽하는 함체구조로 형성되도록 하고, 자력형성체결부재(14)의 일부분이 외부로 향하도록 하여, 자성체(13)로부터 발생되는 자력이 제2디스크유니트(20) 방향으로 집중될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항에 있어서,
상기 제2디스크유니트(20)는 제2디스크(21)와 상기 제2디스크(21)의 일측면에 결합되는 자력강화판(22)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 7항에 있어서,
상기 제2디스크(21)와 자력강화판(22)의 사이에는 이종금속부식에 의해 제2디스크(21)와 자력강화판(22)에 부식이 발생되는 것을 방지하기 위한 부식방지판(23)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 7항에 있어서,
상기 자력강화판(22)은 와전류에 의해 발생되는 열기를 방출하고, 와전류가 발생할 수 있도록 하는 방열홀(221)이 더 형성되며, 상기 방열홀(221)은 점 형태, 곡선형태, 폭이 좁은 부채꼴 형태, 변형된 왕(王)자 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항, 제2항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)는 자력 및 회전자계에 의해 발생되는 와전류에 의해, 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)에 결합하는 동력축 또는 부하축의 중심이 동일한 수평 축 선상에 있거나, 상부 또는 하부 등 어느 방향으로든 어긋난 경우, 동력축 또는 부하축의 중심이 비틀림각을 유지할 경우에도 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1디스크유니트(10)와 제2디스크유니트(20)의 사이에 발생되는 자력 및 회전자계에 의해 발생되는 와전류에 의해, 1개의 동력축에 복수개의 부하축이 대응하여 구동할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1디스크 유니트와 제2디스크 유니트사이에 인력만이 발생되어 극성변화와 상관없이 제1디스크유니트의 회전자계에 의해 제2디스크유니트가 회전함으로써 운전 중 급정지 또는 정회전 중 역회전시에도 비접촉식으로 두개의 디스크유니트사이의 이격공간으로 인한 쿠션 현상을 주어 동력축 및 부하축에 물리적 충격과 기계적 파손 없이 운전 중 부드러운 역회전이 가능하도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 무부하 동력전달장치.