KR102556448B1 - 유체 침지 자기 회전 디스플레이의 압력 균등화 구조 및 모터 개선 - Google Patents

Abstract

자기 회전 디스플레이 장치는 광 투과성 유체(406)를 수용하는 외부 광 전달 용기(402) 및 외부 용기에 대해 본체를 회전시키기 위한 전기 모터(421)를 포함하는 본체(404)를 포함한다. 본체는 또한 본체의 내부 공동과 외부 용기의 내부 챔버 사이의 유체 통로를 형성하는 본체 내의 압력 균등화 갭(431)을 통해 외부 용기 내의 유체와 접촉하는 유체(430a)의 일정량을 운반한다. 유체 경로는 예를 들어 클라이맥스 조건으로 인해 유체에 약간의 압력 변화를 수용하는 자기 조절 압력 완화 구조를 형성한다. 서로에 대해 회전하지 않는 별도의 필드 및 나침반 자석을 갖는 특수 소형 풋 프린트 유체 침지 전기 모터는 자기 코깅을 제거하는 것을 돕는다. 상기 장치는 본체에 충진 구멍이 필요 없는 방법에 따라 제조될 수 있다.

Description

유체 침지 자기 회전 디스플레이의 압력 균등화 구조 및 모터 개선

본 발명은 2014년 12월 26일에 출원된 미국 가특허 출원 제62096983호 및 2015년 4월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 제62152714호의 이점을 청구한다.

본 발명은 자기 구동 디스플레이 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 밀폐되고 유체 침지되고 광 구동되는 전기 모터 구동 자기 회전 장치에 관한 것이다.

자기 이동 디스플레이는 종종 장난감, 장식용 대화 조각 또는 광고 매체로 사용된다. 이러한 장치는 본원에 참고로 모두 인용된 미국 특허 제6,275,127호; 제6,853,283호; 제6,937,125호; 및 미국 특허 공개 제2005/0102869호에 개시되어 있다.

이들 장치는, 외부 용기에 대해 자기적으로 불가사의하게 회전하는 것처럼 보이거나 또는 투명 유리나 플라스틱의 고체 블록으로 보이는 것과 같은, 내측 본체를 부양 지지하는 광 투과성 액체를 함유하는 광 투과성 벽을 갖는 밀봉된 외부 용기를 가질 수 있다. 이러한 회전은 본체 내에 숨겨진 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 모터는 배터리로 또는 본체 내에 숨어있는 광전지에 충돌하는 광 방사에 의해 장기간에 걸쳐 전원을 공급받을 수 있다.

한 가지 문제는 시간이 지남에 따라 전 세계의 다양한 지역에서 자연적으로 발생하는 대기압과 습도 차이 때문에 발생할 수 있다. 예를 들어, 콜로라도 덴버(Denver, Colorado)의 겨울 폭풍우 동안은 리오 데 자네이로(Rio De Janeiro)의 여름보다 압력과 습도가 훨씬 더 낮을 수 있다. 주로 제조 및 안전 문제로 인해, 장치의 외부 용기는 종종 투명 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 같은 비교적 비밀착성 재료로 제조된다. 따라서, 대기압 및 습도의 변화는 외부 용기의 벽을 통해 새어 나와 내부 광 투과성 액체의 수분 함량 및 증기압을 변화시킬 수 있다. 이러한 변화는, 온도 변화와 결합하여, 용기 내부의 총 액체 체적이 유체에 사용할 수 있는 체적보다 크거나 작아 질 수 있게 할 수 있다. 액체 체적이 많으면 과도한 압력으로 인해 잠재적으로 디스플레이가 손상될 수 있으며 잠재적으로 장치의 불가사의한 외관을 손상시킬 수 있다. 이러한 변화는, 직교 다이버(Cartesian diver) 효과로 인해 일정량의 가스가 포함되어있을 때 내부 본체의 부력의 변화를 일으킬 수도 있다.

또 다른 잠재적인 문제는 이들 장치가 지구 자기장과 같은 주변 자기장과 정렬된 내부 나침반 자석에 의존하여 이들의 내부 모터에 대한 역토크의 소스로서 작용할 수 있다는 것이다. 이러한 장치에는, 온보드(on-board) 전기 모터의 와이어 운반 전류의 코일과의 상호 작용 시, 상대 토크를 발생시키는데 사용되는 나침반 자석과 필드 자석 사이의 자기 상호 작용의 가능성이 있어 왔다. 도 1은 이 자기적 상호 작용이 모터에서 속도 변화를 일으킬 수 있는 방법을 그래픽으로 도시한다. 모터에 대한 구동 전류가 감소됨에 따라, 모터는 낮은 광 조건에서 부정적인 영향을 미치는 작동과 이러한 상호 작용을 하지 않을 때보다 훨씬 낮은 구동 전류에서 정지할 것임이 분명하다.

이러한 문제는 자기 상호 작용을 최소화하도록 필드 자석 구조를 설계하고 또한, 나침반 자석을 필드 자석에서 멀리 장착함으로써 줄일 수 있다. 그러나, 실질적으로 말하면, 이러한 감소는 값 비싸고 제한된 공간을 갖는 장치에서 동력 공기구의 크기를 불리하게 증가시킬 수 있다.

따라서, 상기 확인된 부적합의 일부 또는 전부를 다루는 자기 회전 장치가 필요하다.

본 발명의 1차 및 2차 목적은 개선된 유체 현가 자기 회전 장치를 제공하는 것이다. 이들 및 다른 목적은 유체 현가 자기 회전 본체의 벽을 통한 압력 균등화 유체 경로에 의해 달성된다.

일부 실시예에서, 서로에 대해 회전하지 않는 별도의 나침반 및 필드 자석을 갖는 특수 전기 모터가 제공된다.

일부 실시예에서, 자기 회전 본체는 2 개의 상이한 밀도 비혼화 유체에 의해 용기 내에서 부양 지지된다.

일부 실시예에서, 자기 회전 장치이며, 일정량의 제1 유체 및 상기 제1 유체에 침지된 자기 동력 중공 회전 본체를 수용하도록 형상화되고 치수화된 내부 공동을 갖는 외부 용기로서, 상기 본체는 외부 벽, 상부 챔버, 하부 챔버, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버를 분리하는 유체 불투과성의 광 투과성 벌크 헤드, 상기 외부 벽을 관통하고 상기 공동과 상기 상부 챔버 사이에 유체 연통하는 내부 통로를 형성하는 도관을 포함하는, 외부 용기와, 상기 상부 챔버 내에 위치된 상기 유체의 제2 일정량 및 상기 상부 챔버 내의 공기의 일정량을 포함하는, 자기 회전 장치가 제공된다.

일부 실시예에서, 상기 유체는 2 개의 상이한 밀도 액체를 포함하며, 상기 액체는 상기 외부 용기 내에서 상기 본체를 부양 지지하도록 선택된다.

일부 실시예에서, 상기 유체는 단일의 균질한 액체로 구성되며, 상기 장치는 상기 유체 내에 상기 본체를 회전 가능하게 현수하는 기계적 지지체를 포함한다.

일부 실시예에서, 회전 용기이며, 용기 하우징과, 전기 모터로서, 주변 자기장에 정렬하기 위한 나침반 자석과, 상기 나침반 자석으로부터 이격된 적어도 하나의 필드 자석과, 상기 필드 자석의 배향을 상기 나침반 자석의 배향에 고정하는 기계적 연결 기구와, 상기 용기에 기계적으로 고정된 적어도 하나의 코일 - 상기 적어도 하나의 코일은 상기 적어도 하나의 필드 자석에 의해 발생된 자기장과 상호 작용하도록 위치됨 - 을 포함하는, 전기 모터와, 상기 적어도 하나의 코일에 정류된 전류를 공급하기 위한 전류 공급기를 포함하는, 회전 용기가 제공된다.

일부 실시예에서, 자기 회전 장치이며, 일정량의 유체 및 상기 유체에 침지된 자기 동력 중공 회전 본체를 수용하도록 형상화되고 치수화된 내부 공동을 갖는 광 투과성 외부 용기로서, 상기 외부 용기는 밀봉되어 있고, 상기 본체는, 상기 유체에 대해 실질적으로 불투과성인 외부 벽과, 내부 챔버와, 상기 외부 벽을 관통하고 상기 공동과 상기 내부 챔버 사이에서 유체 연통하는 유체 통로를 형성하는 적어도 하나의 도관을 포함하는, 광 투과성 외부 용기와, 상기 내부 챔버 내에 위치되는 상기 유체의 일부와, 상기 내부 챔버 내의 일정량의 가스를 포함하는, 자기 회전 장치가 제공된다.

일부 실시예에서, 상기 유체의 일정량은 저밀도 성분 유체 및 고밀도 성분 유체를 포함하고, 상기 저밀도 성분 유체는 상기 고밀도 성분 유체와 실질적으로 비혼화성이다.

일부 실시예에서, 상기 성분 유체 각각은 공기보다 조밀하다.

일부 실시예에서, 상기 유체의 일정량은 제1 저밀도 액체 및 제2 고밀도 액체를 포함하며, 상기 제1 액체는 상기 제2 액체와 실질적으로 비혼화성이다.

일부 실시예에서, 상기 도관은 상기 장치가 중력장에서 평형 상태에 있을 때 상기 제1 액체와 제2 액체 사이의 경계면 위에 위치된 상기 본체의 상기 외부 표면을 관통하는 제1 구멍을 갖는다.

일부 실시예에서, 상기 도관은 상기 장치가 중력장에서 평형 상태에 있을 때 상기 제1 액체와 제2 액체 사이의 경계면 위에 위치된 상기 본체의 상기 외부 표면을 관통하는 제1 구멍을 갖는다

일부 실시예에서, 상기 본체는 결합부에 의해 봉합부를 따라 결합된 상부 쉘 및 하부 쉘을 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 도관은 상기 봉합부를 따라 상기 상부 쉘과 하부 쉘 사이의 갭을 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 갭은 상기 결합부의 부재에 의해 형성된다.

일부 실시예에서, 상기 본체는 실질적으로 구형이고, 상기 협동 결합 표면은 적도에서 발생한다.

일부 실시예에서, 상기 도관은 액체에 영구적으로 침지된 채로 유지된다.

일부 실시예에서, 자기 회전 장치이며, 제1 유체의 일정량 및 상기 제1 유체에 침지된 자기 동력 중공 회전 본체를 수용하도록 형상화되고 치수화된 내부 공동을 갖는 외부 용기로서, 상기 본체는, 외부 벽와, 상부 챔버와, 하부 챔버와, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버를 분리하는 유체 불투과성의 광 투과성 벌크 헤드와, 상기 외부 벽을 관통하고 상기 공동과 상기 상부 챔버 사이에서 유체 연통하는 내부 통로를 형성하는 적어도 하나의 도관을 포함하는, 외부 용기와, 상기 상부 챔버 내에 위치된 상기 유체의 제2 일정량 및 상기 상부 챔버 내의 공기의 일정량을 포함하는, 자기 회전 장치가 제공된다.

일부 실시예에서, 상기 유체는 2 개의 상이한 밀도 액체를 포함하며, 상기 액체는 상기 외부 용기 내에서 상기 본체를 부양 지지하도록 선택된다.

일부 실시예에서, 상기 유체는 단일 균질 액체로 구성되고, 상기 장치는 상기 유체 내에 상기 본체를 회전 가능하게 현수하는 기계적 지지체를 포함한다.

일부 실시예에서, 회전 본체이며, 본체 하우징과, 전기 모터로서, 주변 자기장에 정렬하기 위한 나침반 자석과, 상기 나침반 자석으로부터 이격된 적어도 하나의 필드 자석과, 상기 필드 자석의 배향을 상기 나침반 자석의 배향에 고정하는 기계적 연결 기구와, 상기 본체에 기계적으로 고정된 적어도 하나의 코일 - 상기 적어도 하나의 코일은 상기 적어도 하나의 필드 자석에 의해 발생된 자기장과 상호 작용하도록 위치됨 - 을 포함하는, 전기 모터와, 상기 적어도 하나의 코일에 정류된 전류를 공급하기 위한 전류 공급기를 포함하는, 회전 본체가 제공된다.

일부 실시예에서, 자기 회전 장치의 제조 방법이며, 비결합 상태의 결합 가능한 한 쌍의 상부 쉘 및 하부 쉘을 선택하는 단계로서, 상기 하부 쉘은 모터 성분를 포함하고, 상기 하부 쉘은 상기 상부 쉘보다 작은 비충진 체적을 갖는, 선택하는 단계와, 상기 상부 쉘을 반전시키는 단계와, 상기 상부 쉘을 액체의 제1 양으로 충진하는 단계와, 반전된 상태에서 상기 하부 쉘을 상기 상부 쉘에 결합시켜 결합 본체를 형성하는 단계와, 상기 결합 본체를 그 직립 배향으로 복귀시키는 단계와, 상기 결합 본체를 상기 액체의 제2 양을 포함하는 용기에 위치시키는 단계를 포함하는, 제조 방법이 제공된다.

최초 청구 범위의 원문은 몇몇 실시예에서의 특징을 기술함으로써 참조로서 본원에 통합된다.

도 1은 종래의 장치에서 회전 속도가 회전 각에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 도시한 그래프이다.
도 2는 광 투과성 외부 용기에 포함된 광 투과성 유체에 침지되는 회전 본체를 포함하는 광 구동 모터의 개략적인 측 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 구동 구성 및 압력 완화 상부 챔버를 도시하는 모터 수용 본체의 개략적인 측 단면도이다.
도 4는 도 3의 본체를 개략적인 상부 부분 투명도이다.
도 5는 도 2의 본체의 전기 부품에 대한 전기 회로도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 구동 구성 및 압력 완화 상부 챔버를 도시하는 모터 수용 본체의 개략적인 측 단면도이다.
도 7은 본체 벽을 관통하는 압력 완화 도관을 도시한, 도 6의 본체의 개략적인 단면 평면도이다.
도 8은 본체 벽을 관통하는 복수의 압력 완화 도관을 갖는 본체의 개략적인 단면 평면도이다.
도 9는 유체 수용 본체를 제조하는 주요 단계를 도시한 흐름도이다.
도 10은 도 9의 제조 공정의 역전된, 비결합 쉘의 개략적인 측 단면도이다.
도 11은 도 9의 제조 공정의 역전된, 결합 쉘의 개략적인 측 단면도이다.
도 12는 도 9의 제조 공정에서 용기 내의 유체에 침지된 복귀된 결합 쉘의 개략적인 측 단면도이다.
도 13은 광 투과성 외부 용기에 포함된 단일의 균일한 광 투과성 유체에 침지되는 회전 본체를 포함하는 광 구동 모터의 개략적인 측 단면도이다.

도면을 참조하면, 광 투과성 유체(6)의 일정량을 함유하는 내부 공동(5)을 둘러싸는 광 투과성 벽(3)을 갖는 실질적으로 고정되고 밀봉된 외부 용기(2), 및 구 또는 볼과 같은 축방향 대칭 형상 본체(4)를 갖는 자기 회전 장치(1)가 유체에 침지되고, 외부 용기에 대해 축(7)을 중심으로 회전하도록 허용되는 것이 도 2에 도시되어 있다. 본체는 주변 광선(L)이 외부 용기 벽(3), 유체(6) 및 본체 벽(9)을 통과하여 본체 내의 전기 모터(14)에 전류를 공급하는 태양 전지(15)에 전력을 제공하게 허용하는 광 투과성 벽(9)을 갖는다. 본체의 축방향 대칭 형상은 주변 액체와의 접촉으로부터 최소한의 항력으로 회전할 수 있게 허용한다. 지구 자기장(10)은 본체 내의 나침반 자석(18)에 앵커를 제공하여 모터에 역 토크의 소스를 제공한다. 유체는 경계면(8)에서 분리되는 2 개의 비혼화성 액체, 보다 저밀도 액체(6a) 및 보다 고밀도 액체(6b)를 포함할 수 있으며, 이는 본원에 참고로 인용된, 프랑스어로 작성된 미국 특허 공개 번호 제2005/0102869호에 개시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 본체(4)는 자기 회전의 실질적으로 구형인 볼을 형성하기 위해 적도 봉합부(13)에서 결합된 실질적으로 반구형의 상부 쉘(11) 및 실질적으로 반구형의 하부 쉘(12)을 포함할 수 있다.

본체(4)는 본체 안팎의 압력을 동일하게 하는 것을 돕는 압력 완화 구조를 가질 수 있다. 본체(4)는 내부 광 투과성 디스크형 격벽(25)에 의해 분리된 내부 상부 챔버(27) 및 내부 하부 챔버(26)를 포함한다. 하부 챔버는 비어 있거나 공기, 불활성 액체 또는 둘 모두와 같은 하나 이상의 유체로 충진될 수 있다. 도관(31)은 외부 용기 공동(16)에 노출된 외부 구멍(32)으로부터 본체의 상부 챔버(27)에 노출된 내부 구멍(33)까지 본체 벽을 관통하여 형성될 수 있다. 따라서, 도관은 공동(16)과 상부 챔버(27) 사이에서 연장하는 유체 통로(34)를 한정한다. 통로는 용기 공동(16) 내의 액체(6a)와 본체의 상부 챔버 내에 포함된 액체(30)의 일부분 사이에서 유체 연통한다.

내부 구멍(33)을 둘러싸는 도관(31)의 내부 단부(35)는 격막(25) 위의 거리 또는 갭(36)을 종결시킨다. 내부 챔버(27) 내의 액체(30)의 일부분의 체적은 내부 구멍의 레벨 위에 깊이(37)를 형성하도록 선택되고, 장치가 중력장에서 평형 상태에 있을 때 내부 챔버의 상부 영역에 위치된 공기(38)와 같은 보다 저밀도의 유체의 체적을 남겨 두도록한다. 또한, 상기 체적은 운송 중 흔들림 또는 기울임과 같은 부수적인 이동 중에 내부 구멍(33)을 침지되게 유지하기 위해 상당한 깊이(37)를 제공하기에 충분해야 한다. 이러한 배열은 도관(31) 내의 액체가 내부 공동(16) 및 내부 챔버(27) 내의 액체(6a, 6b)의 각각의 압력에 기초하여 도관 안팎으로 유동하게 허용한다. 가스로서의 공기(38)의 체적은 압축 가능하며, 따라서 압력 차이의 힘을 감쇠시키도록 작용할 수 있다.

당업자는 본체 내의 액체(30)의 일부분의 레벨을 낮추는 경향이 있는 온도 및 압력과 같은 파라미터의 최대화를 용이하게 이해할 것이다. 그러므로 정상 상태에서 깊이를 선택하여 레벨이 내부 구멍을 노출시키는 정도로 낮아지지 않도록 주의해야 한다.

도관(31)은 이송 또는 다른 운동 중에 본체(4)가 일시적으로 뒤집히거나 기울어질 때 기포가 도관을 통과하는 것을 방지하기 위해 약 1.0 내지 3.0 평방 밀리미터의 단면적을 갖는, 상대적으로 좁은 것이 바람직하다. 본체(4)는 본체의 하부 부분 근처의 링 형상 밸러스트 웨이트(22)로 인해 통상적으로 도 3에 도시된 배향으로 있다. 통상적으로 상부 챔버(27)와 외부 용기 공동(16) 사이의 압력 차이는 매우 점진적으로 발생한다. 따라서, 보다 작은 단면적을 갖는 도관이 종종 적절하다. 실제로, 누설이라고도 불리는 것에 의해 형성된 도관은 종종 압력 균등화를 허용하기에 충분하다. 또한, 더 좁은 도관을 선택함으로써, 표면 장력은 내부 구멍(33)이 공기에 잠시 노출될 때 도관 내에 남아있는 액체가 도관을 빠져 나가는 것을 일시적으로 방지 할 수 있다. 이렇게 하면 장치가 일시적으로 기울어진 상태에서 본체의 배향이 일시적으로 방해되는 동안 도관을 통해 공기가 통과하는 것을 방지 할 수 있다. 도관을 통한 공기 통과는 본체(4) 외부의 용기 공동(16) 내의 액체 내어 보기 흉한 기포를 유도 할 것이다.

2개의 비혼화성 액체(6a, 6b)가 유체(6)의 일정량을 형성하는데 사용되는 경우, 보다 고밀도 액체(6b)는 습윤제일 수 있는 반면, 보다 저밀도 액체(6a)는 상기 프랑스어 특허에 기재된 습윤제와 굴절률이 일치하도록 선택될 수 있다. 프로필렌 글리콜과 같은 많은 습윤제는 동력 장치의 내부 구동 성분에 손상을 줄 수 있다. 따라서, 모터 및 태양 전지와 같은 내부 구동 기구가 유체에 노출되는 그러한 상황에서는, 보다 저밀도 액체(6a)가 내부 챔버(27)에 배타적으로 유입되고 배출되는 액체인 것이 바람직하다. 따라서, 장치가 평형 상태에 있을 때, 2 개의 액체 사이의 경계면(8) 위에 도관(31) 및 외부 구멍(32)을 위치시키는 것이 바람직하다.

이제 도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 장치는 나침반 자석(41)에 연결된 수직 샤프트(20)와, 스페이서(49)에 의해 고정된 간격으로 이격되어 상기 샤프트에 수직 인 상부 철 디스크(45) 및 하부 철 디스크(47)를 더 포함한다. 샤프트(20)는 컵 쥬얼 베어링(24)에 안착된 단단한 둥근 단부(23)에 의해 바닥에 회전식으로 지지된다. 컵 베어링 홀더(21)는 컵 쥬얼 베어링을 유지하고 또한 밸러스트 링(22)을 위치시키고 유지한다. 태양 전지(42a)는 인쇄 회로 기판(43) 상에 장착되는 것으로 도시된다. 브래킷(17)은 인쇄 회로 기판을 하부 반구형 쉘(12)에 장착한다.

도 4는 주요 부분이 명확성을 위해 투명으로 도시된 도 3의 구조의 평면도이다. 모터의 회전 부분의 각 배향은 도 3 및 도 4에서 상이하다는 것을 유의해야 한다. 3 개의 균일하게 각도가 이격된 태양 전지들(42a, 42b, 42c)이 인쇄 회로 기판(43)의 상부에 장착된 것으로 도시되어 있고, 와이어(48a, 48b, 48c)로 권선된 3 개의 균일하게 각도가 이격된 보빈들이 인쇄 회로 기판의 바닥에 장착된 것으로 도시된다. 4 개의 균일하게 각도가 이격된 디스크형 자석(50a, 50b, 50c, 50d)이 또한 하부 철 디스크(47) 상에 장착된 것으로 도시되어 있으며, 그 중 2 개(50a 및 20b)는 도 3에 도시되었다. 스페이서(49)는 인쇄 회로 기판의 구멍(28)을 관통하고 샤프트(20)는 스페이서(49)의 중심에 있다.

인쇄 회로 기판(43)이 철 디스크(45, 47)에 대해 회전함에 따라, 각각의 포토 트랜지스터(44a, 44b, 44c)는 구멍(46a, 46b) 중 하나를 통과할 때까지 상부 철 디스크(45)에 의해 음영 처리된다. 도 4에서 포토 트랜지스터(44a)는 구멍(46a) 아래를 통과하는 것으로 도시되어 있고, 포토 트랜지스터(44b, 44c)는 상부 철 디스크(45)에 의해 음영 처리된다. 구멍 아래에 있는 동안 포토 트랜지스터(44a)는 광에 노출되어 그 보빈(48a)에 전류를 전달한다.

도 5는 인쇄 회로 기판(43) 상의 전기 회로를 도시한다. 포토 트랜지스터(44a, 44b, 44c) 중 어느 하나에 떨어지는 광은 각각의 트랜지스터(51a, 51b, 51c)에 의해 증폭되어 그 각각의 코일(48a, 48b, 48c)을 통해 전류를 구동하는 전류를 생성할 것이다. 코일(48a, 48b, 48c) 및 자석(50a, 50b, 50c, 50d)의 상대적인 회전이 어떤 식으로든 역으로 일어나도록 강요되면, 임의의 역방향 전압이 발생되는 경우 다이오드(54a, 54b, 54c)가 트랜지스터를 보호한다. 태양 전지(42a, 42b, 42c)는 회로를 구동하기 위한 전압을 제공한다.

도 3에 도시된 철 디스크(45, 47)에 대한 인쇄 회로 기판(43)의 상대적인 배향에서, 포토 트랜지스터(44a)가 조명되고 이 전류가 코일(48a)과 자석(50a 및 50b) 사이의 상대 토크를 생성하는 것에 기인하여, 코일(48a)은 전류를 수신할 것이다. 샤프트(20)는 지구 자기장과 같은 주변 수평 자기장(10)과 나침반 자석(41)의 상호 작용에 의해 회전하는 것으로부터 유지된다. 본체가 상술한 바와 같은 저마찰 환경에 있으면, 최종 결과로, 코일(48a), 인쇄 회로 기판(43) 및 본체(4)는 토크를 느끼고 회전하기 시작할 것이다. 계속된 회전은, 결국 포토 트랜지스터(44a)가 음영 처리되게 하고 또 다른 포토 트랜지스터(44b 또는 44c)가 개구(46b)를 통해 노출되게 할 것이며, 이는 계속된 회전을 야기할 것이다.

자석(50a, 50b, 50c, 50d)과 나침반 자석(41) 사이에는 상대 회전이 없기 때문에 자기 드래그가 없을 것이라는 점에 유의해야 한다. 이는 나침반 자석과 필드 자석 사이의 거리(D)가 상기 유형의 종래의 모터보다 훨씬 더 작을 수 있으며, 이에 따라 전술한 압력 균등화 구조와 같은 다른 구조를 위한 공간을 허용한다는 것을 의미한다. 이는, 과도한 압력이 액체(6a)가 상부 챔버(27) 내로 유동하고 챔버 내의 유체(30)의 일부분 위로 공기(38)를 약간 압축할 것이라는 점에 기인하여, 외부 용기(2)의 상대적 내부 체적 및 본체(4)를 포함하는 내부 공동(16) 및 액체(6a 및 6b)의 전체 체적의 임의의 변화가 과도한 압력 및 외부 용기(2)의 파열을 유도하지 않을 것이기 때문에 유리하다.

위의 모든 성분의 치수는 팽창 계수, 치수 및 예상되는 환경 극값을 앎으로 용이하게 결정될 수 있다. 외부 용기 및 그 내용물의 순 팽창은 온도 변화 및 플라스틱과 같은 외부 용기(2)의 재료를 통과하는 수증기에 의해 야기될 수 있으며, 이는 매우 습한 환경에서 야기될 수 있다.

이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 유체가 침지되고 자기 회전하는 디스플레이 장치(101) 상에 구현된 압력 완화 구조의 다른 실시예가 도시된다. 이 실시예에서, 압력 평형 도관(131)은 두 개의 결합된 쉘(111,112) 사이에 갭을 생성함으로써 유요하게 형성될 수 있다.

장치(101)는 도시되지 않았지만, 도 2에 도시된 용기(2)와 유사한, 반투명 밀봉 외부 용기의 내부 공동(116) 내에 포함된 유체(106)에 부양 현수된 내부 본체(104)를 포함한다. 유체는 공동의 상부 부분 내에 위치된 파라핀계 액체와 같은 보다 저밀도 액체(106a)의 제1 일정량 및 공동의 하부 부분 내의 습윤제 액체와 같은 보다 고밀도 액체(106b)의 제2 일정량을 포함할 수 있다. 액체(106a, 106b)는 바람직하게는 동일한 굴절률을 갖도록 제조된 경계면(108)을 따라 만나는 비혼화 성일 수 있고, 본체(104)가 외부 용기의 중심 수직부 부근에 부양될 수 있게 유도하도록 밀도 및 체적이 조정되다.

본체(104)는 구 또는 볼을 형성하도록 봉합부(113)를 따라 결합된 상부의 실질적으로 반구형의 쉘(111) 및 하부의 실질적으로 반구형의 쉘(112)을 포함한다. 상기 본체의 이러한 형상은 각도가 대칭이어서, 최소량의 드래그가 주변 액체(106a, 106b)와 접촉하지 않도록 회전할 수 있게 한다. 본체는 내부 챔버(127)를 갖는다. 도관(131)은 현수 유체(106)에 노출된 외부 구멍(132)으로부터 내부 챔버(127)에 노출된 내부 구멍(133)까지 본체 벽(109)을 관통한다. 따라서, 도관은 현수 유체와 내부 챔버 사이에서 연장하는 유체 통로를 한정한다. 따라서, 통로는 현수 dorcp(106a, 106b)와 내부 챔버 내에 함유된 액체(130)의 일부분 사이에서 유체 연통한다.

내부 챔버(127) 내의 액체(130)의 일정량은 내부 구멍(133)의 레벨 위의 깊이(137)를 생성하고, 내부 챔버의 상부 부분에 위치된 공기(138)와 같은보다 저밀도 유체의 체적을 남기도록 선택된다. 이러한 배치는 도관 내의 액체가 현수 액체(106a, 106b)의 각각의 압력 및 내부 챔버(127) 내의 액체(130)의 일정량에 기초하여 도관 내외로 유동하게 허용한다.

도관(131)은 본체(104)가 흔들림으로 인해 일시적으로 반전될 때 기포가 통과하는 것을 방지하기 위해 비교적 좁게 치수화 되어 있다. 도관은 그 상호 봉합부(113)를 따라 2 개의 쉘을 함께 결합시키는데 사용되는 접착제 없이 형성될 수 있다. 약 5 내지 20 도의 봉합부를 따른 각도 구역(Z)이 접착제 부재에 대해 선택된다. 약 100 밀리미터의 외경을 갖는 본체에 대해, 약 10 도의 각 구역은 쉘 사이에서 약 25 밀리미터 폭 및 약 0.001 인치 두께의 도관을 형성한다.

본체(104)는 정상적으로, 그 하부 부분 근처에 링형 밸러스트 웨이트(122)가 있는 것에 기인하여 도시된 배향에 있다. 내부 챔버(127) 내의 액체(130)의 일정량은 또한 내부 챔버 내에 포함된 다른 성분에 밸러스트 및 댐핑을 제공하여 액체 내에 침지된다.

도 6은 또한 광 에너지가 부가된 전기 모터 구동 장치에 대해 교대로 구성된 구동 성분을 도시한다. 이러한 성분은 이전 실시예에서 설명한 것과 유사하게 작동한다. 수직 샤프트(120)는 나침반 자석(141), 상부 철 디스크(145), 스페이서(149), 및 4 개의 균등한 각도로 이격된 디스크 자석이 장착되고, 그 중 2 개가 도 6의 도면부호 150a 및 150b로 도시된 하부 철 디스크(147)에 연결된다. 샤프트(120)는 컵 쥬얼 베어링(124)에 안착된 단단한 둥근 볼 단부(123)에 의해 바닥에지지된다. 컵 베어링 홀더(121)는 컵 쥬얼 베어링을 보유하고 또한 밸러스트 링(122)을 위치시키고 유지한다. 상부 베어링(126)은 샤프트의 상부에 회전식으로 결합한다. 보호 컵 구조(129)는 운송 중에 본체가 전복될 경우 슬로싱 액체로부터 나침반 자석을 보호한다. 전술한 실시예에서와 같이, 음영이 없는 광 트랜지스터(144) 상에 떨어지는 광(L)은 적절한 코일(148)을 통해 태양 전지(142)로부터 전류가 흐르게 하여 디스크 자석(150b)으로부터 멀어지게 하는 자기장을 발생시킬 것이다.

도 8을 참조하면, 내부 챔버(227)와 본체 외부의 유체(206) 사이의 유체 연통을 허용하는 본체 벽(209)을 관통하는 다수의 도관(231)을 갖는 중공 회전 본체(204)의 다른 실시예가 도시된다. 따라서, 도관 중 하나가 막히거나 제조 과정에서 적절하게 형성되지 못하면, 다른 도관이 가외성을 제공한다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 자기 회전의 유체 침지형 디스플레이 장치를 조립하기 위한 제조 방법(301)이 도시된다. 일반적으로, 이 방법은, 하부 쉘이 상부 쉘보다 작은 비충진된 체적을 갖도록 제1 모터 성분를 포함하는 비결합 상태(302)의 회전 본체의 상부 및 하부 쉘을 선택하는 단계와, 상부 쉘(303)을 반전시키는 단계와, 일정량의 저밀도 액체(304)를 상부 쉘에 충진하는 단계와, 반전된 상태(305)에서 하부 쉘을 상부 쉘에 결합하여 결합 본체를 형성하는 단계와, 결합 본체를 직립 배향(306)으로 복귀시키는 단계와, 결합 본체를 보다 저밀도 액체(307)를 포함하는 용기에 위치시키는 단계를 포함한다.

도 10은 실질적으로 구형인 본체(404)의 상부 쉘(411) 및 하부 쉘(412)을 비결합 상태로 도시한다. 상부 쉘(411)은 반전될 수 있고 보다 저밀도 액체(430a)의 체적이 부어진다. 액체의 레벨(437)은 상부 쉘의 노출된 링형 표면인 림 위로 상승될 필요가 없다. 접착제 층(414)은 서로 접촉하도록 의도된 쉘(411, 412) 중 하나 또는 모두의 노출된 링형 표면을 따라 증착될 수 있다. 접착제의 부재는 양 쉘의 대응 각도 구역(415, 416)을 따라 남겨진다.

다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 접착제(414)가 경화되지 않은 채로 모터 부품(421)이 부착되어 포함되는 하부 쉘(412)은 역전된 배향에서, 액체 충진된 역전된 상부 쉘(411)에 결합될 수도 있다. 접착제가 없는 2 개의 각도 구역을 적절히 정렬해야 할 필요가 있다. 접착제는 경화될 수 있다. 결합된 각도 구역을 따른 2 개의 쉘 사이에 접착제가 없는 경우, 갭(431)이 형성되어 전술된 유체 도관으로서 작용할 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 결합된 반구 상태의 구형 본체(404)는 상부 쉘(411)이 하부 쉘(412)의 상부에 있는 직립 배향으로 복귀될 수 있다. 반전된 상부 쉘(411)에 부어지는 액체(430a)의 체적이 선택되어, 결합된 본체가 비반전된 상태로 복귀될 때, 액체 레벨(437)은 도관(431)의 레벨 위의 거리(432)인 소정의 레벨까지 상승할 것이다. 레벨의 이러한 상승은 액체에 침지되는 하부 쉘에 부착되는 모터 성분(421)의 부피에 대응한다. 그 후, 본체는 그 수직 축(99) 주위로 회전하기 위해 이전의 실시예에서와 같이 보다 고밀도 액체(406b) 및 보다 저밀도 액체(406a)를 포함하는 유체(406)의 일정량에 의해 부양 지지될 수 있다.

이 방법에서, 상부 쉘 내로의 액체의 주입은 결합된 쉘 내의 구멍을 통해 동일한 체적의 액체를 주입하는 것보다 훨씬 빠르게 달성될 수 있다. 또한, 보기 흉한 충진 구멍의 필요성이 제거된다.

본 실시예의 이점은, 볼 내의 공간이 압력 완화 구조를 수용할 수 있게 함으로써, 이러한 저 프로파일 모터의 사용이 볼 인 큐브(ball-in-cube) 유형 구조의 설계에 도움이될 수 있다는 것이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 자기 회전 디스플레이 장치(501)는 이전 실시예에 도시된 압력 완화 구조 중 하나를 갖는 내부 광 구동 모터(514) 및 회전 본체(504)를 포함할 수 있으며, 이는 광 투과성 벽(503)을 갖는 밀동된 용기(502) 내부에 포함된 단일의 균질한 액체(506)로 구성된 액체에 침지된다. 상기 본체는 용기 공동(505)의 바닥 표면(555)에 대해 안착될 수 있고, 용기의 바닥 벽(556)은 수직으로 두껍게 형성되어 본체를 용기 내의 보다 쾌적한 내측 위치에 위치시킬 수 있다.

예시

벽 두께가 약 5 밀리미터이고 측부가 약 15 센티미터인 헐거운 평방의 투명한 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)으로 만들어진 외부의 실질적 입방 중공 용기는 약 3 밀리미터의 벽 두께 및 직경 약 10 센티미터인 투명한 ABS의 중공 구형 본체를 운반한다. 본체는 2 개의 비혼화성 서로 다른 밀도 액체에 의해 용기 내부에서 부양 지지된다. 제1 고밀도 액체는 약 81 부피 %의 프로필렌 글리콜과 19 부피 %의 물의 혼합물이다. 제2 저밀도 액체는 도데칸이다. 본체는 일정량의 접착제로 적도를 따라 접합된 2 개의 반구형 쉘로 형성된다. 약 10 도의 접착제의 각도 갭은 본체의 내부와 외부 사이의 액체 흐름을 위한 도관을 형성한다.

테스트 결과, 장치는 50 ℃까지의 온도에의 노출에 견딜 수 있는 반면, 갭이 없는 장치는 약 40 ℃에서 고장나는 것으로 나타났다.

본 발명의 예시적인 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 첨부된 청구 범위의 범위를 벗어나지 않으면서 수정이 이루어질 수 있고 다른 실시예가 고안될 수 있다.

Claims (16)

1. 자기 회전 장치이며,
   일정량의 유체 및 상기 유체에 침지된 자기 동력 중공 회전 본체를 수용하도록 형상화되고 치수화된 내부 공동을 갖는 광 투과성 외부 용기로서,
   상기 외부 용기는 밀봉되어 있고,
   상기 본체는,
   상기 유체에 대해 실질적으로 불투과성인 외부 벽과,
   결합부에 의해 봉합부를 따라 결합된 상부 쉘 및 하부 쉘과,
   내부 챔버와,
   상기 외부 벽을 관통하고 상기 공동과 상기 내부 챔버 사이에서 유체 연통하는 유체 통로를 형성하는 적어도 하나의 도관을 포함하는, 상기 광 투과성 외부 용기와,
   상기 내부 챔버 내에 위치되는 상기 유체의 일부와, 상기 내부 챔버 내의 일정량의 가스를 포함하고,
   상기 도관은 상기 봉합부를 따라 상기 상부 쉘과 하부 쉘 사이의 갭을 포함하는, 자기 회전 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체의 일정량은 저밀도 성분 유체 및 고밀도 성분 유체를 포함하고, 상기 저밀도 성분 유체는 상기 고밀도 성분 유체와 실질적으로 비혼화성인, 자기 회전 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 성분 유체 각각은 공기보다 조밀한, 자기 회전 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 유체의 일정량은 제1 저밀도 액체 및 제2 고밀도 액체를 포함하며, 상기 제1 액체는 상기 제2 액체와 실질적으로 비혼화성인, 자기 회전 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 도관은 상기 장치가 중력장에서 평형 상태에 있을 때 상기 제1 액체와 제2 액체 사이의 경계면 위에 위치된 상기 본체의 외부 표면을 관통하는 제1 구멍을 갖는, 자기 회전 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 갭은 상기 결합부의 부재에 의해 형성되는, 자기 회전 장치.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서, 상기 도관은 액체에 영구적으로 침지된 채로 유지되는, 자기 회전 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 내부 챔버는
    상부 챔버와,
    하부 챔버와,
    상기 상부 챔버 및 하부 챔버를 분리하는 유체 불투과성의 광 투과성 벌크 헤드를 포함하고,
    상기 유체 통로는 상기 공동과 상기 상부 챔버 사이에서 유체 연통하고,
    상기 상부 챔버 내에 위치된 상기 유체의 제2 일정량 및 상기 상부 챔버 내의 공기의 일정량을 포함하는, 자기 회전 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 유체는 2개의 상이한 밀도 액체를 포함하며, 상기 액체는 상기 외부 용기 내에서 상기 본체를 부양 지지하도록 선택되는, 자기 회전 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 유체는 단일 균질 액체로 구성되고, 상기 장치는 상기 유체 내에 상기 본체를 회전 가능하게 현수하는 기계적 지지체를 포함하는, 자기 회전 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 회전 본체는
    본체 하우징과,
    전기 모터로서,
    주변 자기장에 정렬하기 위한 나침반 자석과,
    상기 나침반 자석으로부터 이격된 적어도 하나의 필드 자석과,
    상기 필드 자석의 배향을 상기 나침반 자석의 배향에 고정하는 기계적 연결 기구와,
    상기 본체에 기계적으로 고정된 적어도 하나의 코일 - 상기 적어도 하나의 코일은 상기 적어도 하나의 필드 자석에 의해 발생된 자기장과 상호 작용하도록 위치됨 - 을 포함하는, 상기 전기 모터와,
    상기 적어도 하나의 코일에 정류된 전류를 공급하기 위한 전류 공급기를 포함하는, 자기 회전 장치
16. 자기 회전 장치의 제조 방법이며,
    비결합 상태의 결합 가능한 한 쌍의 상부 쉘 및 하부 쉘을 선택하는 단계로서,
    상기 하부 쉘은 모터 성분를 포함하고,
    상기 하부 쉘은 상기 상부 쉘보다 작은 비충진 체적을 갖는, 상기 선택하는 단계와,
    상기 상부 쉘을 반전시키는 단계와,
    상기 상부 쉘을 액체의 제1 양으로 충진하는 단계와,
    반전된 상태에서 상기 하부 쉘을 상기 상부 쉘에 결합시켜 결합 본체를 형성하는 단계와,
    상기 결합 본체를 그 직립 배향으로 복귀시키는 단계와,
    상기 결합 본체를 상기 액체의 제2 양을 포함하는 용기에 위치시키는 단계를 포함하는, 제조 방법.

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