KR20020097175A - 동력 전환 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

회전 운동 발생 장치는 중앙 샤프트(27)를 중심으로 원형으로 배치되어 있는 하나 이상의 전기 모터 또는 발전기(23)를 포함한다. 이 모터 또는 발전기(23)는 회전 가능한 플레이트(22)에 부착되어 있으며, 이 플레이트는 다시 중앙 샤프트(27)에 부착되어 있다. 모터 또는 발전기의 샤프트(25)는 고정 코어(21)에 벨트 연결되어 있다. 모터의 작동은 플레이트(22)와 중앙 샤프트(27)의 회전을 유발하며, 그 결과로 모터 또는 발전기가 중앙 샤프트(27)의 둘레에서 궤도 운동한다.

Description

동력 전환 방법 및 장치{POWER CONVERSION METHODS AND APPARATUS}

전기와 같은 에너지를 일을 하기에 유용한 형태로 전환하기 위해 사용되는 장치는 수많은 형태가 있다. 전기 모터가 자동차에서 휘일을 회전시키거나, 엔진 선반, 가정용 기기, 유리 절단기 등의 기계류를 회전시키는 데에 사용될 수 있도록 전기 에너지를 회전 에너지로 전환하는 통상적인 예이다. 그러한 회전 에너지의 최종 사용처는 실질적으로 그 제한이 없다. 이와 관련하여, 건물을 짓기 위해 콘크리트를 만들 수 있고, 인공 위성이 건조될 수 있으며, 천연 자원이 채굴될 수 있고, 재활용이 달성될 수 있으며, 기타 전자 장치가 만들어질 수 있다. 우리가 어느 곳을 볼지라도, 회전 에너지를 사용하여 형성된 제품, 건물 또는 방법들이 존재하는데, 다시 말하면, 상기 에너지는 이전의 상태, 즉 전기, 화학, 열, 바람 등의 상태로 존재하던 에너지가 회전에너지로 전환된 것이다.

따라서, 효율이 개선되고, 동력을 다량 생성하며, 비용면에서 효율적인 회전 에너지를 개발할 것이 요망되며 그 필요성이 존재한다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시키며, 상기 목적들을 달성한다.

본 발명은 일반적으로 동력 전환 장치 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 축회전 운동하는 동시에 궤도 운동하는 질량체를 사용하는 동력 전환 장치에 관한 것이다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 장치의 작동 원리를 개략적으로 도시하며,

도 2는 본 발명의 한가지 실시예의 개략적인 도면이고,

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 개략적인 도면이며,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 도면이고,

도 5 내지 도 11은 본 발명이 실제적으로 취할 수 있는 다양한 기타 구성을 개략적으로 도시하고 있다.

본 발명은 그 바람직한 실시예에서, 소형 전기 모터를 독특하게 사용함으로써 전기 에너지를 회전 에너지로 전환하여 궤도 운동을 생성하고, 이어서 전기 모터의 질량을 이용하여 높은 동력을 출력하는 장치를 포함한다. 하나의 실시예에서, 복수 개의 전기 모터가 회전 가능한 플레이트의 직경을 중심으로 등거리에 배치되어 있고, 각 모터의 회전 샤프트는 회전 가능한 플레이트의 중심에 위치하는 고정 디스크 또는 실린더에 벨트로 연결된 풀리를 포함한다. 회전 가능한 플레이트는 그 중심에서 샤프트 또는 액슬과 연결되어 있다.

작동 시에, 전기 에너지가 전기 모터로 입력되어 모터 샤프트의 회전을 야기한다. 벨트의 타단이 고정 실린더의 둘레에 연결되어 있기 때문에, 모터 샤프트의 회전은 모터가 부착되어 있는 회전 가능한 플레이트의 회전을 야기한다. 회전 가능한 플레이트의 회전 속도는 고정된 실린더의 직경과 모터 샤프트에 부착된 풀리의 직경과의 비에 직접적으로 의존한다. 회전 가능한 플레이트의 회전 속도가 모터의 중심과 고정 실린더의 중심간의 거리와 관계없이 동일하게 발생하지만, 원심력의 양을 보다 크게 생성한다. 본 발명에서, 이러한 기하학적 이점은 본 발명의 장치의 중앙 샤프트에 의해 생성되는 토크 및/또는 동력을 증대시키기 위해 사용된다.

본 발명의 다양한 기타 다른 목적, 이점 및 특징은 첨부된 도면과 관련된 이하의 논의로부터 당업자들에게 명백해진다.

필요로 인해, 본 발명의 상세한 실시예가 본 명세서에 기재되어 있지만, 기재된 실시예는 본 발명의 단지 예이며, 다양한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 구조 및 기능적 세부 사항은 한정하는 것으로 해석해서는 안되며, 단지 청구 범위를 위한 기준 및 본 발명을 거의 모든 적절한 세부 구조로 다양하게 채용하기 위해 당업자들에게 교시하는 대표적인 기준으로 해석해야 한다. 또한, 본 명세서에 사용된 용어는 설명을 위한 것이지 한정을 위한 것은 아니다.

이하, 도면을 참조로 한다. 도면에 도시되어 있는 유사한 특징 및 기능부들은 동일한 도면 부호로 표기되어 있다.

본 발명의 장치의 작동 원리가 도 1의 (a) 및 (b)에 개략적으로 도시되어 있다. 고정 부재(11)가 예를 들면2X의 직경을 가지며, 직경이X인 회전 가능한 풀리(12)는 이 고정 부재(11)에서부터 소정 거리, 예를 들면Y만큼 간격을 두고 떨어져 있다. 풀리(12)는 그 자체의 축선을 중심으로 한 회전과, 고정 부재(11) 둘레에서 궤도 운동에 대해 자유롭다. 벨트(13)가 풀리(12)와 고정 부재(11) 둘레에 연결되어 있다. 벨트(13)에 미끄럼이 발생하지 않는다고 하면, 풀리의 그 자체의 축에 대한 회전은 고정 부재의 직경과 풀리의 직경간의 전술한 기하학적 형상으로 인해, 풀리가 그 자체의 축선을 중심으로 2회 회전하는 동안에, 고정 부재(11)의 코어를 중심으로 1회 궤도 운동하게 된다. 풀리의 회전이 벨트를 풀리 둘레로 회전시키며, 이는 벨트에 미끄럼이 발생하지 않기 때문에 고정된 코어를 중심으로 풀리를 궤도 운동시키는 데, 이로 인해 궤도 회전 운동이 발생한다.

도 1의 (b)에서, 고정 부재(11)와 풀리(12)의 직경은 도 1의 (a)에서와 동일하지만, 풀리(12)의 중심과 고정 부재(11)의 중심간의 거리는 도 1의 (a)에서의 거리의 두배이다. 또한, 벨트(13)에 미끄럼이 발생하지 않는다면, 풀리(12)의 그 자체의 축선을 중심으로 한 회전은 풀리(12)가 고정 부재(11)를 중심으로 궤도 운동하게 한다. 이 예에서 풀리(12)가 고정된 코어(11)를 중심으로 1회 궤도 회전 운동하는 동안에, 그 자체의 축선을 중심으로 2회 회전한다.

도 1의 (a) 및 (b)에 있어서, 도시된 방향으로 풀리(12)가 회전함으로써 벨트(214)를 반시계 방향으로 회전시키며, 이는 상기 고정 부재를 시계 방향으로 궤도 운동시킨다는 것을 유념해야 한다. 그러나, 풀리 부재의 순간적인 궤도상 위치와 관계없이, 고정 부재(11)의 중심과 풀리(12)의 중심간의 선에 대한 벨트의 각도는 일정하게 유지된다. 이러한 각도는 궤도 운동을 지속적으로 야기하는 편향력을 발생시킨다(1 : 1의 비 외의 비에 대해).

따라서, 도 1의 (a) 및(b)의 예에서 풀리(12)의 중심과 고정 부재(11)의 중심간의 거리는 고정 부재를 중심으로 풀리(12)에 의해 형성되는 궤도 운동의 수와 풀리의 그 자체의 축선을 중심으로 이루어지는 회전의 수에 중요하지는 않다. 풀리(12)가 그 자체의 축선을 중심으로 2회 회전하는 것은 고정 부재(11) 둘레로 풀리(12)가 1회 궤도 회전 운동하게 한다. 풀리(12)와 고정 부재(11) 사이의 거리가 도 1의 (a)의 10배인 경우조차도, 풀리(12)가 고정 부재(11)의 중심에 대해 1회 궤도 회전 운동 하는 동안에, 여전히 그 자체의 축선을 중심으로 2회 회전할 것이다. 그러나, 도 1의 (b)에서의 고정 부재(11)로부터 풀리(12)의 거리가 도 1의 (a)에서의 거리의 2배이기 때문에, 도 1의 (b)의 풀리(12)가 고정 부재(11)를 중심으로 궤도 운동할 때의 원심력은 도 1의 (a)에서의 원심력의 2배이다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 모터의 토크를 샤프트의 토크로 전환하거나, 모터의 동력을 샤프트의 동력으로 전환하는 원리를 사용하고 있다. 본 발명의 이점은 복수 개의 저렴한 소형 모터를 사용하여 훨씬 고가의 대형 모터에서의 출력을 생성하는 능력에 있다. 다른 이점은 많은 양의 전기를 전달하기 위해 굵은 배선보다 작은 직경의 배선을 사용하여 소량의 전기를 다수로 전달하는 능력에 있다. 보다 크고, 보다 강력한 모터의 제조 및 작동 비용은 그 크기와 비례하지 않으면서 증가한다는 것으로 받아들여지고 있다.

도 2는 본 발명의 한가지 실시예(20)의 개략적 장치를 도시하고 있다. 고정 코어(21)가 중앙의 길이 방향 축선으로 대향하는 편평한 단부를 갖는 중공 실린더, 중실 실린더, 또는 복수 개의 실린더를 포함할 수 있다. 회전 가능한 플레이트(22)는 코어의 길이 방향 축선과 동심으로 이에 대해 수직이며, 고정코어(21)의 편평한 단부에서부터 등거리에 배치되어 있다. 대안으로, 회전 가능한 플레이트(22)는 축방향으로 정렬된 2개의 고정 코어(21)의 인접 단부로부터 축방향으로 일정 간격 떨어진 거리에 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 8개의 모터(23)가 사용된다. 각 모터들은 회전 가능한 플레이트(22)의 소정 공통 직경 둘레에서 모터(23) 간에 동일한 간격을 유지하여 배치되어 있다. 풀리(24)가 각 모터 샤프트(25)에 부착되어 있다. 모터 샤프트(25)는 이중 단부식이어서 풀리(24)가 각 단부에 부착될 수 있거나, 모터 샤프트는 풀리가 하나의 연장 단부에 부착되어 있는 단일 단부식일 수 있다. 단일 단부식 샤프트가 사용되는 경우, 회전 가능한 플레이트(22)의 양측에서 회전력의 균형을 맞추기 위해, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 엇갈린 모터(23)들이 반대로 회전할 수 있다. 비슬립형 벨트(26)가 각 풀리(24)의 둘레 및 고정 코어(21) 둘레로 연장한다. 벨트(26)가 고정 코어(21)의 길이 방향 축선을 따라 상이한 축방향 위치에 배치되므로, 서로 간섭하지 않는다. 따라서, 도 2의 실시예에서는 하나의 벨트가 다른 벨트의 위에 있는 식으로 3개의 벨트(26)가 상부 고정 코어(21)에 배치되어 있으며, 하나의 벨트가 다른 벨트의 아래에 있는 식으로 3개의 벨트(26)가 하부 고정 코어(21)에 각각 배치되어 있다. 이들 벨트(26)가 서로를 가로지르지 않게 하기 위해, 모터 샤프트(25) 상의 풀리(24)의 위치는 고정 코어(21) 둘레에서 벨트(26)의 축방향 위치와 일치하는 서로 다른 높이로 배치되어 있다. 축방향 중앙 샤프트(27)는 회전 가능한 플레이트(22)의 중심에 고정되게 연결되어 있어 회전 가능한 플레이트(22)의 회전이 중앙 샤프트(27)의 회전을 야기한다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 하우징(28)이 고정 코어(21), 회전 가능한 플레이트(22) 및 모터(23)의 둘레에 마련되어 있다. 이러한 배치에서, 고정 코어(21)는 통상적인 수단에 의해 하우징(28)에 고정되게 연결되어 있다. 중앙 샤프트(27)와 고정 코어(21)의 사이에는 적절한 베어링 및 견부가 중앙 샤프트(27) 및 이 중앙 샤프트(27)에 부착된 회전 가능한 플레이트(22)의 위치 고정을 위해 마련되어 있다. 각 모터(23)는 통상적인 수단에 의해 회전 가능한 플레이트(22)에 연결되어 있다. 트랙(29)이 고정 코어(21)의 직경의 둘레에 마련되어 각 벨트(26)의 위치를 고정되게 위치 설정할 수 있다. 중앙 샤프트(27)를 통과하여 회전 가능한 플레이트(22)를 따라 연장하는 배선을 사용하고, 비회전 전기 배선과 회전 전기 배선 사이에 전기적 연결을 제공하는 슬립 링을 사용함으로써 전기가 모터(23)로 전달될 수 있다. 정지 배선과 가동 배선 사이에 전기적 연결을 형성하는 기타 통상적 방법도 쉽게 안출할 수 있다.

구동 벨트(26)는 타이밍 벨트로 통상적으로 불려지는 형태의 벨트를 포함할 수 있으며, 그러한 타이밍 벨트는 그 내부 직경을 따라 복수 개의 치형을 구비하고 있다. 이와 대응하며 정합하는 치형이 풀리(24)와 고정 코어(21)의 외부 직경에 마련될 수 있다. 또는 벨트(26)는 자전거용 체인 형태를 포함할 수 있다. 벨트(26)에 적절한 장력의 부여함으로써, 풀리(24)의 그 자체의 축에 대한 회전은 벨트(26)가 미끄럼 없이 회전하게 할 수 있으며, 이어서 전술한 바와 같이 회전 가능한 플레이트(22)를 회전시킬 것이다. 이러한 방식으로, 전기 모터(23)에 에너지를 공급함으로써 모터 샤프트(25) 및 이에 부착된 풀리(24)를 회전시키고, 회전 가능한 플레이트(22)를 회전시킨다. 모터(23)가 회전 가능한 플레이트(22)에 부착되어 있기 때문에, 모터(23) 그 자체도 고정 코어(21)의 중심에 대해 궤도 회전 운동한다. 도 1의 (a) 및 (b)에 도시되어 있는 것과 유사한 풀리(24) 및 고정 코어(21)의 기하학적 구성을 사용하면, 중앙 샤프트(27)에 의해 생성되는 토크 또는 동력은 회전 가능한 플레이트(22)의 회전 속도와, 소정 질량의 모터(23)가 축방향 샤프트(27)를 중심으로 궤도 운동함에 따른 이들 모터의 원심력의 조합이 된다. 축방향 샤프트(27)에 의한 토크 출력은 (회전 속도의 제곱×중심간의 거리의 제곱×모터의 전체 질량)의 함수이기 때문에, 회전 속도 및 중심간의 거리의 증가는 출력 토크를 지수적으로 증가시킨다는 것으로 알려져 있다. 또한, 중앙 샤프트에서의 동력 출력은 (출력 토크×회전 속도)의 함수이기 때문에, 회전 속도는 출력 동력에 전체적으로 세제곱의 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명은 매우 큰 동력 출력을 제공하며, 이 동력 전부는 모터(23)의 그 자체의 축선을 중심으로 한 회전 운동의 회전 에너지로부터 발생된다.

다른 실시예에 있어서, 도 2에서의 모든 전기 모터(23)는 발전기로 대체될 수 있다. 이 실시예는 단지 토크 또는 기계적 동력의 출력보다는 전기 에너지 출력을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 도 2에 도시되어 있는 하나 이상의 전기 모터(23)를 하나 이상의 발전기로 교체하여, 전기 모터(23)에 의해 회전하는 회전 가능한 플레이트(22)가 발전기에 부착된 벨트(26)를 회전시키게 된다. 이는 이어서 발전기가 고정 코어(21) 둘레에서 궤도 운동할 때 그 자체의 축선에 대해 회전운동하게 한다. 따라서, 이 실시예에서는 출력이 전기 에너지, 토크 및/또는 동력의 조합이다.

도 4에서는 벨트(26)가 복수 개의 모터(23) 중 3개와 고정 코어에 부착되어 있고, 3개의 모터(23)는 3각형으로 배열되어 있는 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 총 8개의 벨트가 여전히 사용된다. 당업자라면 고정 코어(21)에 연결된 벨트 및 모터 또는 발전기의 기타 여러 가지 조합을 생각할 수 있고, 그러한 조합 모두는 본 발명의 범위에 포함되도록 의도한 것이다.

본 발명의 벨트 시스템은 물론 특정 형태 또는 재료에 한정하는 것이 아니다. 주요 양태는 벨트(26)가 풀리(24) 및 고정 코어(21)에 대해 미끄럼이 발생하지 않아야 한다는 것이다.

풀리(24)에 대한 고정 코어(21)의 직경비는 본 발명에서 중요한 것이 아니다. 임의의 비도 만족한다. 고정 코어(21) 및 풀리(24)의 반경의 합과 동일한 거리를 비롯한, 고정 코어(21)의 중심과 풀리의 중심간의 임의의 거리 또한 만족한다.

모터(23)를 중앙 사프트(27)에 연결하는 아암 또는 링크가 회전 가능한 플레이트(22)를 대신해서 사용될 수 있다. 그러나, 보다 더 조화로운 균형과, 모터(23)를 정확하게 위치 설정하여 부착할 수 있는 능력 때문에 회전 가능한 플레이트(22)가 바람직하다.

샤프트(27)가 베어링 또는 부싱을 통해 고정 코어(21)에 연결되고, 이 코어를 다시 고정 물체에 부착되기만 하면, 가동 부분 주위에 하우징(28)이 반드시 마련될 필요는 없다.

도 5 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예 중 몇 가지 예를 도시하고 있다. 도 5에는 전기 모터(23)의 하우징 아래에서 고정 코어(21)를 사용하는 것이 도시되어 있다. 도 6에는 모터 하우징의 아래위로 각각 배치되어 있는 2개의 고정 코어를 사용하는 것이 도시되어 있다. 도 7에는 모터(23)가 반대로 엇갈려 배치되어 있는 2개 고정 코어(21)를 도시하고 있다. 도 8은 회전 가능한 플레이트(22)에 부착된 케이싱을 갖는 발전기(23)를 사용하는 것을 도시하고 있으며, 그 발전기 샤프트는 고정 코어(21)에 고정되게 연결되어 있다. 도 9에는 중앙 샤프트(27)가 고정 코어(21)에 고정되게 연결되어 있고, 베어링이 회전 가능한 플레이트(22)와 중앙 샤프트(27) 사이에 배치되어 있는 장치가 도시되어 있다. 도 10에는 고정되어 있는 모터 샤프트(25)를 대신하여 모터 케이싱이 회전하는 장치가 도시되어 있다. 도 11에는 아웃보드 모터(outboard motor) 또는 발전기(23)가 인보드 모터(inboard motor) 또는 발전기(23)에 벨트 연결되어 있는 장치가 도시되어 있다. 분명하게는, 당업자라면 기재되지 않은 기타 여러 가지 조합을 쉽게 예상할 수 있다.

본 발명이 특정 용어 또는 실제로 취해지는 특정 실시예 또는 수정예로 도시되고, 예시되며, 기재 및 개시되었지만, 이로 인해 본 발명의 범위를 한정하거나 한정될 것을 의도한 것은 아니며, 본 명세서의 교시에 의해 제시될 수 있는 바와 같이 기타 다른 수정 및 실시예는 특히 상세한 설명 및 도면의 범위 내에 포함되는 것으로 여겨진다.

Claims (11)

1. 하나 이상의 전기 모터의 샤프트가 그 자체의 축선 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록, 상기 하나 이상의 전기 모터를 회전 가능한 중앙 샤프트를 중심으로 원형으로 배치하는 단계와;

   상기 회전 가능한 중앙 샤프트에 고정 코어를 동심으로 배치하는 단계와;

   상기 하나 이상의 전기 모터를 상기 고정 코어에 대해 궤도 운동하도록 배치하는 단계와;

   상기 중앙 샤프트를 상기 고정 코어의 축방향 중심 주위로 회전하도록 배치하는 단계와;

   상기 고정 코어의 둘레 및 각 상기 하나 이상의 전기 모터의 둘레에 벨트를 연결하는 단계와;

   상기 하나 이상의 전기 모터 각각의 샤프트가 그 자체의 축선을 중심으로 회전하고 상기 하나 이상의 전기 모터는 상기 고정 코어를 중심으로 궤도 운동하도록, 상기 하나 이상의 전기 모터에 에너지를 공급함으로써 상기 중앙 샤프트를 회전시키는 단계

   를 포함하는 것인 전기로부터 회전 동력을 발생시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 모터를 하나 이상의 발전기로 교체하는 단계를 포함하는 것인 전기로부터 회전 동력을 발생시키는 방법.
3. 회전 가능한 중앙 샤프트와;

   상기 회전 가능한 중앙 샤프트에 고정되게 연결되어 있는 모터 하우징 및 회전 가능한 모터 샤프트를 각각 구비하며, 상기 모터 하우징은 상기 회전 가능한 중앙 샤프트를 중심으로 원형으로 배치되어 있는 하나 이상의 전기 모터와;

   상기 회전 가능한 중앙 샤프트와 동심으로 배치되어 있는 고정 코어와;

   상기 하나 이상의 전기 모터의 각 샤프트를 상기 고정 코어에 연결하여, 상기 하나 이상의 샤프트의 회전이 상기 하나 이상의 전기 모터의 상기 고정 코어 둘레로의 궤도 운동 및 상기 회전 가능한 중앙 샤프트의 회전을 유발하는 것인 구동 수단

   을 포함하는 회전 운동 발생 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 모터에는 각각 풀리가 연결되어 있는 것인 회전 운동 발생 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 모터는 상기 고정 코어의 외면으로부터 특정 거리만큼 떨어져 있는 것인 회전 운동 발생 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 풀리는 상기 고정 코어의 외면으로부터 각각 특정 거리만큼 떨어져 있는 것인 회전 운동 발생 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 고정 코어는 상기 회전 가능한 중앙 샤프트에 수직인 원형 횡단면을 갖는 것인 회전 운동 발생 장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 모터는 복수 개의 모터를 포함하는 것인 회전 운동 발생 장치.
9. 제8항에 있어서, 하나 이상의 발전기가 상기 복수 개의 전기 모터 중 하나 이상과 대체되는 것인 회전 운동 발생 장치.
10. 제3항에 있어서, 상기 회전 가능한 중앙 샤프트를 중심으로 원형으로 배치된 하나 이상의 발전기를 포함하며, 벨트가 각 상기 하나 이상의 발전기의 샤프트 및 상기 고정 코어에 연결되어 있는 것인 회전 운동 발생 장치.
11. 제3항에 있어서, 상기 구동 수단은 벨트를 포함하는 것인 회전 운동 발생 장치.