KR20080040006A - 자기부양 운송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기부양 운송장치에 관한 것으로, 주행기에 설치되어 하중을 운반하는 차량이 기다란 고정자와 움직일 수 있도록 결합되고; 고정자는 삼각형 형상으로서 3개의 변이 바깥을 향하고, 다수의 전자석으로 이루어진 강자성코어 둘레에 권선이 있으며; 주행기는 3개의 변이 안쪽을 향하고, 고정자의 전자석에 가까이 있는 다수의 전자석들을 갖고 있으며; 고정자와 주행기의 전자석들이 전류로 작동되면 전자석들 사이에 자기적 반발력이 생겨 중심을 맞추면서 부양현상을 일으키고, 동시에 주행기에 추진력을 부여하여 고정자를 따라 선형운동을 일으킨다.

Description

자기부양 운송장치{MAGNETICALLY LEVITATED TRANSPORT SYSTEM}

본 발명은 전동발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 전기유도현상에 의해 작동하는 DC 선형 전자기기계에 관한 것이다.

Tu의 미국특허출원 2004/0135452에 소개된 평판형 회전발전기의 나선형 코일은 자력선을 가로지르면서 전류를 일으키고, 이 코일에 디스크형 자석이 평행하게 배치되어 있다. 나선형 코일과 디스크형 자석 여러개를 교대로 배열한다. 이런 코일과 자석에는 투과성 재료가 제공되지 않는다. 코일이나 자석이 외력에 의해 회전하면, 코일이 자력선을 가로지르면서 유도전류를 일으킨다.

Neal의 미국특허출원 2002/0135263에 소개된 고정자의 여러 아치구간들은 모터를 만드는데 사용되는 고정자의 환형 코어를 형성한다. 환형 코어의 자극에 감긴 전선에 전류가 흐를 때 다수의 자기장이 생성된다. 단일체로 된 상변화 물질이 도체를 감싸서 고정자의 아치구간을 서로 접촉하게 한다. 모터를 사용하는 하드디스크 드라이버와, 모터와 하드디스크 드라이버를 만드는 방법도 소개되었다.

Rose의 미국특허 6803691에 소개된 전동기는 회전축 둘레에 자기투과성 링 모양의 코어가 설치된다. 코어에 코일을 감고, 코어 양쪽을 따라 반경 방향으로 튀어나온 2개의 사이드 레그가 코어마다 달려있다. 사이드레그 사이에는 코일이 없는 공간이 존재한다. 브래킷의 첫번째와 두번째 사이드 플랜지들을 브리지 구조로 코일 양측면에 접하게 한다.

Mohler의 미국특허 6507257에 소개된 양방향 래칭 액튜에이터는 출력축에 하나 이상의 회전자를 고정한다. 축과 회전자는 자기적 도전 하우징 안에서 회전하도록 설치되고, 하우징 안에 원통형 코일이 설치되어 있으며, 엔드캡으로 닫는다. 엔드캡에 고정자가 설치된다. 회전자는 서로 반대로 자화되는 2개 이상의 영구자석을 갖는데, 이들은 비대칭 설치되어 한쪽은 인접 설치되고 다른쪽은 비자기 공간에 의해 분리된다. 고정자는 비대칭 도전성을 갖는바, 자극의 다른 부분에 비해 축방향이 두툼하다. 회전자가 중립위치로 회동하는 것이 방지되는데, 중립위치에서는 회전자 자석들이 고정자 자극의 높은 도전부와 축방향으로 정렬된다. 따라서, 이 회전자는 중립위치를 향해 당겨지는 위치에 자기적으로 고정된다. 반대 극성의 전류를 코일에 흐르게 하면 회전자가 반대 위치로 회전하고, 이 위치에서 자기적으로 고정된다.

Mohler의 미국특허 5337030에 소개된 영구자석 브러시리스 토크 액튜에이터는 전류가 흐를 때 타원형 자기장을 형성할 수 있는 전자석 코어로 이루어진다. 원통형 코일 밖에 하우징이 있고, 그 상하단에 엔드플레이트가 있다. 양쪽 엔드플레이트에 설치된 고정자 자극들은 공기간극에 의해 서로 분리되어 있다. 공기간극에 영구자석 회전자를 배치해 축에 설치하고, 축은 엔드플레이트에 회전 가능하게 설치된다. 회전자의 영구자석은 2개 이상으로, 각각 회전자의 아치 부분을 덮고 극성은 서로 반대이다. 코일에 일방향으로 전류를 흐르게 하면 2개 자극들 각각이 회전 자의 한쪽 자석은 당기고 다른쪽 자석은 반발시켜 출력축에 토크를 일으킨다. 전류 qkdigd을 바꾸면 토크와 회전자의 회전 방향이 반대로 된다.

Kloosterhouse의 미국특허 5191255에 소개된 전자석 모터의 회전자 둘레에 여러개의 자석이 설치되어 있다. 인접 자석들의 바깥을 향한 자극은 서로 반대이다. 하나 이상의 전자석을 회전자 둘레에 인접 배치하여, 회전자가 회전하면 회전자에 설치된 자석들이 전자석의 자극 부근에 있도록 한다. 회전자의 모든 각도에서 전자석과 회전자의 자석의 자극들 사이에 인력과 척력이 작용해 회전자를 원하는 방향으로 회전시키도록 특정한 위상관계로 전자석에 전류를 공급한다. 회전자에 반사물질을 설치한다. 구동회로에 있는 감광소자는 반사물질에서 반사된 빛을 받는지 여부에 따라 값이 변하는 신호를 발생시킨다. 이 신호가 증폭되어 전자석에 전류를 흐르게 한다.

Westley의 미국특허 4623809에 소개된 스테퍼모터 하우징의 자극 구조는 한쌍의 동일한 고정자 판을 포함하는데, 고정자판마다 여러개의 자극을 가진채 서로 앞뒤로 배치되고 자극들은 양방향으로 돌출하며, 한쌍의 동일한 고정자 컵 사이에 고정자판이 배치되며, 각각의 고정자컵에는 뒷벽에서 안쪽으로 돌출한 자극들이 여러개 있고, 원주벽에는 바깥쪽으로 돌출한 플랜지가 달려있다. 각각의 플랜지 표면은 고정자판의 표면과 접촉하여 자기저항을 낮춘다.

Fawzy의 미국특허 4565938에 소개된 전기기계 장치는 모터나 발전기로 사용된다. 회전축을 지지하는 베어링이 하우징에 설치되고, 자극이 교대로 배치되게 축에 자석을 설치하여 회전자를 형성한다. 이 장치의 첫번째 자극슈는 자석과 접촉하 는데, 자석의 반경방향으로 돌출한 일부분이 가상의 자극챔버를 형성한다. 또, 두번째 자극슈가 자석과 접촉하는데, 이 자석에서 반경방향으로 돌출한 일부분은 극성이 다른 가상의 자극챔버를 형성한다. 환형 고정자를 하우징에 설치하고, 그 위에 코일을 감는다. 고정자는 디스크 자석 둘레에 환형으로 위치하여, 2개의 자극 슈의 가상 자극챔버가 코일의 일부분을 둘러싸게 하되, 극성이 다른 자기장이 교대로 형성된다. 이 장치를 모터로 작동시키도록 전류를 공급하거나 발전기로 사용할 때 전류를 끌어내도록 고정자와 전기적으로 접촉하는 수단을 제공한다.

Fawzy의 미국특허 4459501에 소개된 전기기계 장치는 모터나 발전기로 사용되고, 하우징의 베어링에 회전축이 지지된다. 한쌍의 디스크 자석의 마주보는 면은 극성이 서로 반대이다. 이 자석을 서로 마주보게 회전축에 설치하여 회전자를 구성한다. 첫번째 자극슈는 자석의 한쪽면과 접촉하고, 그 일부분은 반경방향으로 돌출하여 한쌍의 가상 자극챔버를 형성하는데, 자극챔버의 극성은 자석면과 같은 극성을 띤다. 또, 두번째 자극슈가 자석의 다른 면과 접촉하되 그 일부분은 반경방향으로 돌출하여 한쌍의 가상의 자극챔버를 형성하며, 그 극성은 다른 면의 극성과 같다. 하우징에 설치된 환형 고정자에 코일이 감긴다. 고정자는 디스크 자석을 둘러싸면서 가상의 자극 챔버들이 코일의 일부분을 둘러싸고 자극의 극성은 교대로 배치되게 한다. 발전기로 사용할 때 전류를 끌어내거나 모터로 사용할 때 전류를 공급하도록 고정자와 접촉하는 수단이 있다.

위의 특허들을 검토해본 결과 모터와 발전기 양쪽으로 기능하는 회전 전자석 장치를 생각하게 되었다. Neal의 특허에서는 아치형 구간이 달린 환형 코어를, Fawzy에 서는 N-N과 S-S 극들끼리 서로 마주보고, Tu의 특허에서는 N-S, S-N 극들끼리 마주보면서 코일을 반경방향으로 감으며, Rose의 특허에서는 환형 코어에 코일을 차례로 감고 N-N, S-S 끼리 마주보게 영구자석을 배치했음을 볼 수 있었다. 그러나, 본 발명과 같이, 극성이 서로 반대인 단극 영구자석 자기장들에 전자석이 잠기는 회전 전자석장치는 전혀 언급되지 못하고 있다.

요 약

본 발명에 따른 자기부양 운송장치에 있어서, 주행기에 설치되어 하중을 운반하는 차량이 기다란 고정자와 움직일 수 있도록 결합되고; 고정자는 3개의 변이 바깥을 향하는 삼각형 단면을 갖고, 다수의 전자석으로 이루어진 강자성코어 둘레에 권선이 있으며; 주행기는 3개의 변이 안쪽을 향하도록 되어 있고, 고정자의 전자석에 가까이 있는 다수의 전자석들을 갖고 있으며; 고정자와 주행기의 전자석들이 전류로 작동되면 전자석들 사이에 자기적 반발력이 생겨 중심을 맞추면서 부양현상을 일으키고, 동시에 주행기에 추진력을 부여하여 고정자를 따라 선형운동을 일으킨다. 이런 자기부양 운송장치에 있어서, 고정자의 전자석은 직류전류로 가동되어 주행기를 전진시키거나 제동시키기 위한 중심위치 전자석과, 직류전류로 가동되어 고정자에 대해 주행기를 중심을 맞춰 부양시키기 위한 측면위치 전자석을 구비한다. 또, 주행기의 전자석은 고정자의 전자석과 자기작용하도록 위치한다. 또, 고정자의 전자석들이 주행기의 주행방향을 따라 나란히 배열된 다수의 셀들을 포함하고, 이 셀들은 전기자기적으로 서로 독립적이다. 이 경우, 주행기가 고정자를 따라 이동하면서 주행기와 관련된 근접 스위치에 의해 각각의 셀이 직류전류를 받도록 스위칭되는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에 있어서, 고정자의 전기회로를 통해 받는 직류전류의 파형은 펄스형인 것이 바람직하다. 또, 고정자의 외향 3 변은 오목한 형상이고, 주행기의 내향 3 변은 이에 대응하게 볼록한 형상인 것이 좋다. 또, 고정자의 변은 주행기의 변에 대해 반대되는 극성을 띠도록 자화되는 것이 좋을 수 있다. 또, 고정자와 주행기의 전자석들이 영구자석 코어를 가져, 유도전류가 생기지 않아 전류가 흐르지 않고 전진운동도 생기지 않을 때에도 장치의 부양력과 안정도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 주목적은 종래 기술에는 없던 장점을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전자기 유도를 이용해 선형 추진력과 부양력을 일으키는 선형 전자기기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 운송에 유용한 기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 하중의 불균형이나 구심력 벡터와 무관하게 추진 방향으로 축에 대해 차량을 원하는 방향으로 유지할 수 있는 기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전류공급을 위한 직접적 접촉 없이 추진력과 제동력을 얻을 수 있는 기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 내장형 전원이나 외부전원 또는 이들 둘다에서 공급된 에너지를 이용해 작동되는 기계를 제공하는데 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 운송장치의 정단면도;

도 2는 다른 도면에 사용되는 부호의 설명;

도 3은 도 1의 장치의 고정식 고정자의 개략도;

도 4는 도 1의 장치의 주행부의 개략도;

도 5는 고정자와 작동부 사이의 관계를 보여주는 단면도.

도 1은 자기부양 운송장치의 단면도로서, 궤도차량(10)이 본 발명의 주행기(142)에 고정되어 승객과 화물을 운반한다. 주행기(142)는 후술하는 고정자(141)에 움직일 수 있게 연결되고, 고정자는 궤도지지대(20)에 고정되며, 궤도지지대는 지면(5)에 설치되어 위로 뻗는다. 차량을 지지하는 다른 방법들도 당업자에게는 널리 알려져 있으며 본 발명의 범위를 벗어나지 못한다.

도 3은 궤도지지대(20)에 지지되는 본 발명의 궤도장치의 개략도로서, 궤도차량(10)이 움직이는 궤도를 보여준다. 고정자(141)가 개략적으로 도시되어 있다. 궤도장치는 DC 선형 전동발전기로 구현된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자(141)는 권선(148)에 의해 서로 연결되는 선형 전자석(147)을 포함하고, 각각의 권선이 궤도의 셀이다. 여기서는 전자석(147)이 직사각형으로 표현되었다. 상부 전자석은 궤도의 중심에 위치하고, 하부 전자석은 궤도의 중심의 좌우까지 수평으로 위치한다. 궤도차량(10)이 각각의 셀에 도달할 때까지 전자석은 작동하지 않는다.

도 4는 주행기(142)와 고정자(141) 사이의 연결관계를 보여준다. 도 4의 좌 측에는 도 3과 동일한 여러 전자석(147)의 상태를 볼 수 있다. 주행기(142)가 다수의 전자석(147)을 움직이면, 이들 전자석은 고정자(141)와 작용한다. 즉, 차량이 고정자의 셀에 접근하면, 이 셀은 자동으로 스위칭되면서 전류를 받아 가동된다. 주행기(142)는 가동된 셀을 통과하면서 부양된다. 고정자(141)와 주행기(142) 사이의 유도작용에 의해 차량을 전진시키는 기전력이 생긴다.

도 5를 보면, 고정자의 전자석(147)이 삼각형 강자성코어(141')의 양 변과 꼭지점에 주행축에 평행하게 측면으로 위치함을 볼 수 있다. 이들 전자석(147)은 사용 목적에 따라 직렬이나 병렬로 연결된다. 강자성코어(141')의 측면에 형성된 연속 개구부(1620에 권선(148)이 배치되어 강자성코어(141')와 전자석(147) 둘레에 연속회로를 형성한다.

선형 강자성코어의 배선체계는 척추의 각 구간과 같은 형상으로서 직렬이나 병렬로 연결되고, 각각의 코일은 에너지 전달, 자기부양, 안내, 추진과 같은 기능을 동일하게 담당한다.

도 5에서는 여러 기능을 담당하는 전자석 세트를 볼 수 있다. 먼저, 전자석(147A)과 고정자(141)내 권선(148)은 펄스형 직류전류를 공급하면서 고정자(141)내 모든 전자석을 가동시킨다. 둘째, 전자석(147A)에 의해 전자석(147A')에 펄스형 전류가 유도된다. 이런 유도전류는 주행기(142)와 차량(10)내 모든 전기장치로 흐른다. 전자석(147B)은 전자석(147B')과 작용하여 측면 안정성을 부여하고 주행기(142)를 고정자(141)의 중심에 오게 한다. 또, 전자석(147B)은 전자석(147C')과 작용하여 고정자(141)에 대한 주행기(142)의 부양력과 수직 안정성을 유지한다. 권 선(148)과 반응하여 유도기전력을 일으키는 대형 전자석(147D')에 의해 추진력이 생긴다.

유도전류가 주행기(142)에 흐르지 않아 전류와 전진운동이 없을 때 부양력과 안정성을 제공하기 위해 전자석(147A',147B',147C')은 영구자석 코어를 구비한다.

또, 가동부는 하중지지/오토밸런스 어셈블리(190)를 구비하는데, 이 어셈블리는 승객이나 화물과 같은 하중을 지지하면서 차량(10)이 곡선구간을 지날 때 기울어지도록 한다.

Claims (6)

1. 주행기에 설치되어 하중을 운반하는 차량이 기다란 고정자와 움직일 수 있도록 결합되고;

   고정자는 삼각형 형상으로서 3개의 변이 바깥을 향하고, 다수의 전자석으로 이루어진 강자성코어 둘레에 권선이 있으며;

   주행기는 3개의 변이 안쪽을 향하고, 고정자의 전자석에 가까이 있는 다수의 전자석들을 갖고 있으며;

   고정자와 주행기의 전자석들이 전류로 작동되면 전자석들 사이에 자기적 반발력이 생겨 중심을 맞추면서 부양현상을 일으키고, 동시에 주행기에 추진력을 부여하여 고정자를 따라 선형운동을 일으키는 것을 특징으로 하는 자기부양 운송장치.
2. 제1항에 있어서, 고정자의 전자석이 직류전류로 가동되어 주행기를 전진시키거나 제동시키기 위한 중심위치 전자석과, 직류전류로 가동되어 고정자에 대해 주행기를 중심을 맞춰 부양시키기 위한 측면위치 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기부양 운송장치.
3. 제2항에 있어서, 주행기의 전자석이 고정자의 전자석과 자기작용하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 자기부양 운송장치.
4. 제2항에 있어서, 고정자의 전자석들이 주행기의 주행방향을 따라 나란히 배열된 다수의 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기부양 운송장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 셀들이 전기자기적으로 서로 독립적인 것을 특징으로 하는 자기부양 운송장치.
6. 제5항에 있어서, 주행기가 고정자를 따라 이동하면서 주행기와 관련된 근접 스위치에 의해 각각의 셀이 직류전류를 받도록 스위칭되는 것을 특징으로 하는 자기부양 운송장치.

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