KR20100068489A - 회전기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 회전 저항을 감소하고, 또한, 회전을 촉진하도록 구성되어 있으며, 회전 효율이 극히 높은 회전기구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있으며, 베어링(16,18)을 설치하고 있는 고정측 부재(1)와, 상기 베어링에 축지지된 회전축(21) 및 상기 회전축에 고정된 원반형상 부재(22)로 이루어지는 회전측 부재(2)와 고정측 부재(1)에 부착되고 또한 상기 회전축(21)을 중심으로 하는 동일원상에 균등 피치로 배치된 복수의 코일(3)과 원반형상 부재(22)에 부착된 제1 영구자석(4)을 구비하고 있으며, 제1 영구자석(4)은 상기 회전축(21)을 중심으로 하는 동일원상에 균등 피치로 배치되고 또한 상기 코일(3)과 대향해서 배치되어 있다.

Description

회전기구{ROTARY MECHANISM}

본 발명은, 예를 들면, 발전기나 전동기 등에 있어서의 회전체 구조를 구성하는 회전기구로서, 특히, 연직 방향으로 연이어 있는 회전축을 가진 타입의 회전기구에 관한 것이다.

그러한 회전기구의 일례로서, 예를 들면, 마그넷 회전자를 가진 전자(電磁) 회전기가 제안되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).

여기서, 이러한 회전기구에 대해서는, 회전축을 축지지하는 여러 가지 베어링을 구비하고 있으며, 회전 저항의 대소에 따라서 회전기구의 성능이 좌우되어 버린다. 따라서, 가능한 한 회전 저항을 작게 하고, 회전기구로서의 성능 혹은 효율을 향상할 필요가 있다.

그러기 위해서는, 회전을 촉진 혹은 보조하는 기구를 설치하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 전류 등을 외부로부터 공급하여 회전기구의 회전을 촉진하는 것이라면, 입력 에너지가 증가하게 되어, 회전기구의 효율은 오히려 저하해 버린다.

상술한 특허 문헌 1에서는, 그 목적이, 정류자, 브러시, 위치검지소자를 제거하고, 리브 토크, 리브 전압이 없는 직류 전동기 또는 직류 발전기를 얻는 것으로서, 회전기구의 효율 향상에 기여하는 것은 아니다.

일본 특허공개공보 2000-197327호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점에 비추어 제안된 것으로, 회전 효율이 극히 높은 회전기구를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 회전기구는, 베어링(16,18)을 설치하고 있는 고정측 부재(1)와, 상기 베어링에 축지지된 회전축(21) 및 상기 회전축에 설치된 원반형상 부재(22)로 이루어진 회전측 부재(2)와, 고정측 부재(1)에 부착되고 또한 상기 회전축(21)을 중심으로 하는 동일원상에 균등 피치로 배치된 복수의 코일(3)과, 원반형상 부재(22)에 부착된 제1 영구자석(4)을 구비하고 있으며, 제1 영구자석(4)은 상기 회전축(21)을 중심으로 하는 동일원상에 균등 피치로 S극과 N극이 교대로 배치되고 또한 상기 코일(3)과 대향하여 배치되며, 또한 상기 코일(3)은, 비자성 재료(예를 들면, 스테인리스강)제의 심재가 관통하고 있으며, 상기 제1 영구자석(4)과 대향하는 단면으로부터 이격한 측의 단면에는 자성재료제 부재(예를 들면 철제원반 혹은 철판)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다(청구항 1).

상기 고정측 부재(1)는, 정다각체의 고리형상, 혹은 둥근 고리형상의 위쪽 프레임(11) 및 아래쪽 프레임(13)과, 위쪽 프레임(11)와 아래쪽 프레임(13)의 쌍방을 연결하는 연결 부재(11b)로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 회전기구에 의하면, 고정측 부재(1)의 동일 원둘레상에 균등피치로 배치된 복수의 코일(3)과, 회전측 부재(2)의 해당 코일(3)과 대향하여 S극과 N극을 교대로 배치한 복수의 제1 영구자석(4)으로 구성되어 있으므로, 회전체(2)를, 먼저 회전의 계기(契機)가 되는 소정의 수단으로 회전시키면, 코일(3)에는 플레밍의 왼손의 법칙에 의해 다상(多相) 예컨대 삼상(三相)의 유도 전류가 발생한다. 그리고, 코일(3)에 발생한 다상의 유도 전류는 제1 영구자석(4)을 초기에 회전시켜진 것과 같은 방향으로 회전시키도록 작용한다.

상기 코일(3)에 있어서, 비자성 재료(예를 들면, 스테인리스강) 성의 심재가 관통하고 있으며, 상기 제1 영구자석(4)과 대향하는 단면으로부터 이격한 측의 단면에는 자성재료성 부재(예를 들면 철제 원반 혹은 철판)가 배치되고 있으면, 자성재료성 부재에 의해 코일(3)에 발생하는 자계를 강화할 수 있는 동시에, 심재가 비자성 재료, 특히 스테인리스강이라면, 심재내를 자계가 양호하게 통과하므로, 코일(3)로부터 양호하게 자계가 발생한다.

그에 더하여, 심재가 비자성 재료이므로 제1 영구자석(4)에 흡인되는 경우가 없고, 회전체의 회전이 제동되어 버리는 것이 방지된다. 여기서, 자성재료 부재는 제1 영구자석(4)으로부터 이격하여 배치되므로, 제1 영구자석(4)에 흡인될 우려는 적다.

이상의 구성 및 그 작용을 모두 조합함으로써, 회전측 부재(2)의 회전시의 프릭션은 제로에 가까워져, 회전 효율이 극히 높은 회전기구를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)의 사이의 영역에, 복수의 코일을 링형상으로 배치하고, 링형상으로 배치된 코일의 열(列)을 상하 방향으로 간격을 두고 설치하며, 상하로 간격을 두고 설치된 코일의 열은 반발력이 작용하도록 자극(磁極)이 결정되어 있고, 상하로 간격을 두고 설치된 자석의 열의 사이에, 개방 단부가 상하 방향이 되도록 배치된 공심(空芯) 코일을 복수 배치함으로써, 발전을 도모할 수 있다.

상하의 자석의 열의 사이에 끼워지도록 배치된 공심 코일에서 발생한 전력에 의해, 예를 들면 원반형상 부재(22) 상부에 부착된 모터를 구동할 수 있다. 혹은, 공심 코일로 발생한 해당 전력에 의해, 예를 들면 원반형상 부재(22)만을 회전 구동하기 위해서 설치된 모터를 구동할 수 있다.

여기서, 「원반형상 부재(22)만을 회전 구동하기 위해서 설치된 모터」는, 기어 혹은 벨트에 의해 원반형상 부재(22)와 접속되고 있으며, 회전축(21)이 구동원에 연결되어 있지 않은 경우에도 원반형상 부재(22)를 회전할 수 있도록 구성하는 것이 가능하다. 그리고, 링형상으로 배치된 코일의 열을 원반형상 부재(22)와 함께 회전하여 발전하는 경우에는, 회전축(21)을 회전시키지 않고 원반형상 부재(22)만을 회전시키도록 구성하는 것도 가능하다.

여기서, 원반형상 부재(22)가 회전축(21)에 대해서 상대적으로 회전이 가능하도록 구성하면, 회전축(21)을 고정하여, 거기에 설치된 스러스트 베어링에 원반형상 부재(22)의 중량을 지지하도록 하면, 더 효과적으로 원반형상 부재(22)를 회전시킬 수 있다.

그에 더하여, 상기 상하로 설치된 링형상의 자석의 열을, 아래쪽의 자석의 열을 고정하고, 위쪽의 자석의 열을 원반형상 부재(22)에 설치함으로써, 동극(同極)끼리의 반발력에 의해 원반형상 부재(22)를 자기 부상(磁氣浮上)시킬 수 있다. 그와 함께, 상술한 바와 같이, 원반형상 부재(22)를 회전시킴으로써 공심 코일에 전력을 발생시킬 수 있다.

이 경우, 원반형상 부재(22)를 회전시키는 것에 의해, 자력에 의해 얻어지는 효과가 증대한다.

[도 1] 본 발명의 제1 실시형태의 평면도.
[도 2] 도 1의 Y-Y 단면도.
[도 3] 도 1의 부분 확대도.
[도 4] 도 2의 부분 확대도.
[도 5] 제1 실시형태에 있어서의 코일과 영구자석을 상세하게 나타내는 평면도.
[도 6] 제1 실시형태에 있어서의 코일과 영구자석을 상세하게 나타내는 측면도.
[도 7] 도 5, 도 6에 나타내는 코일의 횡단면도.
[도 8] 제2 영구자석을 가진 아암형상 부재 및 제3 영구자석을 나타내는 평면도.
[도 9] 도 8의 부분 확대 평면도.
[도 10] 도 9의 Y 화살표시도.
[도 11] 도 9의 상태로부터, 아암형상 부재가 더 회전한 상태를 나타내는 부분 확대 평면도.
[도 12] 도 8∼도 11의 구조에 있어서의 변형예를 나타내는 평면도.
[도 13] 제1 실시형태의 제1 변형예를 나타내는 평면도.
[도 14] 도 13의 Y-Y 단면도.
[도 15] 도 13의 부분 확대도.
[도 16] 도 14의 부분 확대도.
[도 17] 제1 실시형태의 제2 변형예의 부분 단면도.
[도 18] 제1 실시형태의 제3 변형예의 부분 단면도.
[도 19] 제1 실시형태의 제4 변형예의 부분 단면도.
[도 20] 제1 실시형태의 제5 변형예의 부분 단면도.
[도 21] 본 발명의 제2 실시형태의 종단면도.
[도 22] 도 21의 X-X단면도.
[도 23] 본 발명의 제3 실시형태의 종단면도.
[도 24] 도 23의 X-X단면도.
[도 25] 본 발명의 제4 실시형태의 정면도.
[도 26] 도 25의 X-X단면도.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1∼도 11을 참조하여 제1 실시형태인 회전기구(100)에 대하여 설명한다.

도 1, 도 2에 있어서, 전체를 부호 100으로 나타내는 회전기구는, 고정측 부재(1)와, 회전측 부재(2)와, 고정측 부재(1)에 부착된 복수의 코일(3)과, 회전측 부재(2)에 부착된 복수의 제1 영구자석(4)을 가지고 있다.

고정측 부재(1)는, 위쪽 프레임(11)과 중간 프레임(12)과 아래쪽 프레임(13)이 8개의 접속 부재(11b)로 상하 방향으로 공간부를 사이에 두고 3층으로 적층(이상, 도 2 참조)하여 형성되고 있다.

위쪽 프레임(11)은, 상세하게는 8개의 동일 단면(홈형 단면)의 부재(11a)의 단부를 상기 접속 부재(11b)로 접속하여 짜여 정팔각형으로 형성되어 있다(도 1 참조).

중간 프레임(12)은, 도 1에서는 명확하게는 나타나지 않지만, 외형 윤곽이 위쪽 프레임(11)과 동일하고, 위쪽 프레임(11)과 마찬가지로, 8개의 동일 단면(홈형 단면)의 부재(12a)의 단부를 상기 접속 부재(11b)로 접속하여, 정팔각형으로 형성되어 있다(도 2 참조).

아래쪽 프레임(13)은, 도시한 내용에서는 명확하게는 나타나지 않지만, 외형 윤곽은 위쪽 프레임(11)과 동일하지만, 위쪽 프레임(11) 및 중간 프레임(12)보다(도 2중의 상하 방향 치수가) 큰 홈형 단면의 8개의 부재(13a)에 의해서, 정팔각형으로 짜여져 있다(도 2 참조).

도 1에 있어서, 위쪽 프레임(11)은, 도시한 좌우의 홈형 단면의 부재 (11a, 11a)를 도시한 좌우 방향으로 병행하는 2개의 빔(11c)으로 보강하도록 접속하고 있다. 한편, 2개의 빔(11c)은 회전측 부재(2)의 중심점[회전 중심:위쪽 프레임 (11)의 중심점이기도 하다] O 에 대해서 상하 방향으로 대칭 위치로 배치되어 있다.

도 1에 있어서, 위쪽 프레임(11)은, 위쪽의 부재(11a-1)와 위쪽의 빔(11c-1)를 도 1의 상하 방향으로 병행하는 2개의 빔(11d)으로 접속하고, 또한, 아래쪽의 부재(11a-2)와 아래쪽의 빔(11c-2)을 도시한 상하 방향으로 병행하는 2개의 빔 (11d)으로 접속하며, 이로써, 위쪽 프레임(11) 전체의 보강을 도모하고 있다.

중간 프레임(12)은, 도시에서는 명확하게는 나타나지 않지만, 위쪽 프레임 (11)과 같이, 좌우의 홈형 단면의 부재(12a,12a)를, 도 1의 좌우 방향으로 병행하는 2개의 빔(12c)(도 2 참조)으로 보강하도록 접속하고 있다.

2개의 빔(12c)은, 중간 프레임(12)의 중심점 O에 대해서, 도 1의 상하 방향에 대해 대칭 위치로 배치되어 있다.

또한, 중간 프레임(12)은, 도 1을 참조하여 설명한 위쪽 프레임(11)과 마찬가지로, 도 1에 있어서의 위쪽의 부재(12a)[도 1에 있어서, 부재(11a-1)와 동일한 위치에 존재한다]와 위쪽의 빔(12c)[도 1에 있어서, 빔(11c-1)와 동일한 위치에 존재한다]를, (도 1의 상하 방향으로 병행하는) 2개의 빔(12d)(도시를 생략)에 접속하고 있다. 그리고, 아래쪽의 부재(12a)[도 1에 있어서, 부재(11a-2)와 동일한 위치에 존재한다]와 아래쪽의 빔(12c)[도 1에 있어서, 빔(11c-2)와 동일한 위치에 존재한다)을, (도 1의 상하 방향으로 병행하는) 2개의 빔(12d)(도시를 생략)으로 접속하여 보강을 도모하고 있다.

도 2를 참조하면, 상기 아래쪽 프레임(13)은, 기초 부재(14)의 윗면에 적층하도록 부착되어 있으며, 기초 부재(14)의 바깥 프레임은 아래쪽 프레임(13)의 바깥 프레임보다 작다. 기초 부재(14)의 중앙에는, 보강 부재(14a)가 설치되어 있다.

도 1에 있어서, 위쪽 프레임(11)의 2개의 빔(11c,11c)으로 낀 영역이며 또한 위쪽 프레임(11)의 중앙에 상당하는 영역에는, 베어링 지지판(15)이 2개의 빔(11c,11c)으로 지지되고 있다. 베어링 지지판(15)의 윗면에는, 래디얼 베어링(위쪽의 베어링)(16)이 설치되어 있다. 여기서, 래디얼 베어링(16)은, 그 중심축이 도 1의 지면에 수직인 방향이 되도록 배치되어 있다.

도 2에 나타내는 보강 부재(14a)[기초 부재(14)의 중앙에 설치되어 있다]의 중앙부에는 베어링 지지판(17)이 배치되어 있으며, 베어링 지지판(17)의 (도 2에 있어서의 위쪽의 면) 중앙에는 아래쪽의 베어링(18)이 부착되어 있다. 여기서, 아래쪽의 베어링(18)은, 래디얼 베어링(18A)과 스러스트 베어링(18B)이 일체화된 구조를 구비하고 있으며, 아래쪽의 베어링(18)의 중심축이 도 2의 상하 방향(도 1의 지면에 수직인 방향)으로 이어지도록 배치되어 있다.

도 2에 나타내는 실시형태에서는, 중간 프레임(12)의 중앙에도 래디얼 베어링(중간의 베어링)(19)이 부착되어 있다.

도 2를 참조하면 명백하듯이, 아래쪽의 베어링(18)에 있어서의 중심축의 연장선상에, 중간의 베어링(19)의 중심축 및 위쪽의 베어링(16)의 중심축이 중복하고 있다.

상기 위쪽의 베어링(16), 중간의 베어링(19), 아래쪽의 베어링(18)에 의해, 회전축(21)이 축지지된다.

그 회전축(21)에 있어서, 위쪽의 베어링(16)과 중간의 베어링(19)의 사이의 영역에는, 허브(20)를 통하여, 원반형상 부재(예를 들면, 알루미늄의 원반)(22)이 회전축(21)에 고정되어 있다. 즉, 회전측 부재(2)는 큰 구성 단위로서 회전축(21)과 원반형상 부재(22)를 구비하고 있다.

후술하는 바와 같이, 알루미늄(혹은 플라스틱)의 원반(22)은, 전력 소비량 계측기에 이용되고 있는 「아라고의 원반」의 원리에 의해, 회전이 보조된다.

여기서, 회전축(21)은, 후술의 제4 및 제5 영구자석의 영향을 받지 않도록, 예를 들면, 비자성체인 스테인리스강 등으로 제조되고 있다.

그리고, 원반형상 부재(22)는, 소위 「플라이휠(풀리)」로서 회전력을 유지하는 작용을 발휘하도록, 일정 이상의 질량을 가지고 있다.

원반형상 부재(22)의 소재로서 알루미늄 혹은 합성 수지를 사용함으로써, 보다 한층 효과를 발휘한다.

도 3, 도 4를 참조하면, 상기 원반형상 부재(22)에는, 단면이 L자 형상의 복수의 영구자석용 브래킷(23)이 원반형상 부재(22)의 바깥가장자리부 전체둘레를 둘러싸도록 동일 피치로 부착되어 있다. 여기서, 도 3 및 도 4에서는, 도시를 간략화하기 위해서, 브래킷(23)을 1개만 나타내고, 다른 브래킷(23)의 도시를 생략하고 있다.

도시는 되어 있지 않지만, 도 3, 도 4에 있어서, 복수의 브래킷(23)에 대신하여, 1개의 둥근 고리형상 부재(23)를 설치하고, 이 둥근 고리형상 부재(23)를 부착부(23b)에 의해 원반형상 부재(22)에 부착하도록 구성해도 좋다.

도 3, 도 4에 있어서, 각 브래킷(23)의 플랜지부(23a)의 반경 방향 안쪽[회전축(21)측]의 면에는, 제1 영구자석(4)이 부착되어 있다. 여기서, 원둘레 방향으로 인접하는 제1 영구자석(4)끼리는, 반경 방향 안쪽의 면의 극성이, N극과 S극이 교대로 바뀌도록 배치되어 있다.

한편, 도 4에서 브래킷(23)을 나타내는 단면은, 후술하는 아암형상 부재(24)가 원반형상 부재(22)의 윗면에 부착된 특이한 부분에 있어서의 단면(도 1에 있어서의 Y단면)이다.

도시는 되어 있지 않지만, 아암형상 부재(24)가 없는 일반적인 단면에 있어서는, 브래킷(23)의 플랜지부(23a)의 높이 및 제1 영구자석(4)의 부착 위치는, 도 4에 나타내는 플랜지부(23a)의 높이 및 제1 영구자석(4)의 부착 위치와 비교해서, 아암형상 부재(24)의 두께분만큼 높게 설정되어 있다.

도 1 및 도 2에 있어서는 도시가 생략되어 있지만, 도 4에 있어서의 부호 11e는, 회전기구(100)의 상부를 덮는 천정덮개를 나타내고 있다. 천정덮개(11e)는, 도 1에 있어서, 상부 프레임(11)의 부재(11a)와, 빔(11c)과, 빔(11d)과, 베어링 지지판(15)을 제외한 모든 영역을 덮고 있다.

도 4에 있어서, 회전축(21)의 축중심(21c)으로부터 거리(반경 방향 거리) r1의 위치에, 도 4에 있어서 하향으로, L자 형상의 코일용 브래킷(11f)이 설치되어 있다. 코일용 브래킷(11f)은 복수 설치되어 있으며, 원반형상 부재(22)의 원둘레방향으로 전체둘레에 걸쳐 균등 피치로 설치되어 있다.

여기서, 코일용 브래킷(11f)에 있어서의 반경 방향 거리 r1는, 브래킷(23)의 반경 방향 거리 r2[축중심(21c)로부터 브래킷(23)까지의 반경 방향 거리]보다 짧다.

코일용 브래킷(11f)의 영구자석용 브래킷(23)에 접하는 측(반경 방향 외측)에는, 코일(3)이 후술하는 수단에 의해서 부착되어 있다. 여기서, 코일(3)은, 전류가 통과했을 경우에 자계가 발생하는, 소위 전자(電磁) 코일이다. 즉, 코일(3)에 전류가 통과하면, 코일(3)에는 자계가 발생하고, 그 자계에 의해서, 코일(3)과 제1 영구자석(4)의 사이에는 상호 인덕턴스가 발생하도록 구성되어 있다.

또한, S극, N극을 교대로 배치한 제1 영구자석(4)이 원반형상 부재(22)와 함께 회전하고, 코일(3)의 자계를 가로질러 통과할 때에는, 코일(3)측에는 다상 예컨대 삼상의 유도 전류가 발생한다. 회전체(2)를 소정의 수단, 예를 들면 도시하지 않은 소형의 모터에 의해서 회전시키면, 제1 영구자석(4)이 코일(3)(의 자계)을 통과할 때에, 패러데이의 법칙에 의해 코일(3)에는 유도 전류가 발생한다.

그리고, 코일(3)에 발생한 다상 예컨대 삼상의 유도 전류에 의해, 제1 영구자석(4) 및 원반형상 부재(22)는, 처음에 회전시켜진 것과 같은 방향으로 회전시키도록 힘이 가해진다.

명확하게는 도시되어 있지 않지만, 제1 실시형태에 있어서는, (시동용의) 소형 모터로 시동시에 회전측 부재(2)를 회전시키는 타입으로 구성되어 있으며, 회전축과 시동용 모터의 사이에 클러치 기구를 개재시켜, 회전측 부재가 소정의 회전 속도에 이르렀을 때에, 상기 클러치를 떼도록 구성되어 있다.

다음에 도 5∼도 7을 참조하여, 코일(3)과 제1 영구자석(4)의 상세한 위치 관계 및 코일의 상세한 구성을 설명한다.

도 5∼도 7에 있어서, 코일(3)은, 코일 본체(32)와, 그 코일 본체(32)의 단부에 설치된 판형상 부재(33)와, 도 5에 있어서 판형상 부재(33)을 누르는 누름판(34)을 가지고 있다. 여기서, 후술하는 이유에 의해, 누름판(34)은 비자성체 재료로 형성되고 있다.

코일 본체(32), 판형상 부재(33) 및 누름판(34)은 통과 볼트를 겸한 스테인리스강 제품의 심재(35)로 관통되고 있다.

스테인리스강 심재(35)에 있어서, 코일 본체(32)를 관통하고 있는 영역을 제외한 부분에는, 수나사(35t)가 형성되어 있다. 수나사부(35t)에는 제1 너트(N1)가 나사맞춤하고 있으며, 제1 너트(N1)를 단단히 죄는 것에 의해, 판형상 부재(33)와 누름판(34)의 간격을 짧게 하는 방향으로 눌러지도록 구성되어 있다.

스테인리스강 심재(35)가 코일용 브래킷(11f)를 관통하고 있는 영역의 수나사부(35t)에는 너트(N2)가 나사맞춤하고 있다. 그리고, 해당 너트(N2)와, 코일용 브래킷(11f)을 끼워 넣음으로써, 코일(3)은 코일용 브래킷(11f)에 부착되고 있다.

한편, 도 7은, 코일(3)의 길이 방향(도 5, 도 6에 있어서의 좌우 방향) 중앙의 단면도이다.

도 5, 도 6에 있어서, 부호 36은, 중앙에 볼트 관통구멍을 가진 자성 재료(예를 들면 철제)의 판형상 부재(철판)를 나타내고 있다.

종래의 코일에서는, 자속밀도를 증가하기 위해서 코일 중앙에 철심을 설치하는 경우가 많다. 그러나, 도시한 제1 실시형태에서는, 코일(3)의 심재는 영구자석 (4)의 바로 근처를 이동하기 때문에(도 5, 도 6 참조), 코일(3)의 심재를 철심으로 해 버리면, 영구자석(4)에 코일(3)의 심재가 흡인되어 버려, 그 때의 흡인력이 원반형상 부재(22)의 회전을 제동하도록 작용해 버린다고 하는 문제가 있다.

여기서, 스테인리스강이면, 그 자체는 영구자석에 흡인되는 경우는 없지만, 자계를 통과시킬 수 있다.

그 때문에, 제1 실시형태에서 이용되는 코일(3)에서는, 상술한 바와 같이, 코일(3)의 심재로서 스테인리스강 제품의 심재(35)를 채용하여, 영구자석(4)에 코일(3)의 심재가 흡인되는 것을 방지하고 있다. 그와 함께, 스테인리스강 심재(35)에는 자계가 통과하므로, 스테인리스강 심재(35)를 코일(3)에 삽입함으로써, 코일 (3)의 작용 효과, 즉, 전자석으로서 영구자석(4)과 자기 인덕턴스에 의해 원반형상 부재(22)를 회전시키는 작용이, 방해되는 경우는 없다.

그와 함께, 도시한 제1 실시형태에서는, 코일(3)에 있어서, 영구자석(4)으로부터 가장 이격한 위치(도 5, 도 6에서는, 우단부)에, 철제의 부재(철판)(36)를 마련하여, 스테인리스강 심재(35)를 통과하는 자계가 해당 철판(36)을 통과할 때에 강화된다. 바꾸어 말하면, 철판(36)을 마련하는 것에 의해, 통상의 코일중에 철심을 배치하는 것과 마찬가지로, 자계를 강화하는 작용을 확보할 수 있다.

그리고, 철판(36)은, 영구자석(4)으로부터 가장 이격한 위치에 배치되어 있으므로, 영구자석(4)의 자계에 의해 철판(36)이 흡인되고, 이로써, 원반형상 부재 (22)의 회전이 제동될 우려는 극히 작고, 무시할 수 있다.

즉, 도 5, 도 6에서 설명한 바와 같은 구성의 코일(3)을 사용함으로써, 원반형상 부재(22)의 회전이 제동되는 일 없이, 영구자석이 통과하는 것에 의해, 코일(3)에서 발생하는 강력한 자계가 전류를 발생시킨다.

도 5∼도 6에서는, 코일(3)의 반경 방향 안쪽에 철판(36)을 마련하여, 코일(3)에서 발생하는 자계를 강화시키도록 하고 있지만, 개개의 코일(3)에 철제 원반(36)을 마련하는 것에 대신하여, 코일용 브래킷(11f)의 반경 방향 안쪽(영구자석으로부터 이격하고 있는 측)에 철판(도시하지 않음)을 배치하여, 이 철판을 연속한 1매의 둥근 고리형상으로 구성해도 좋다. 즉, 상기 연속한 1매의 둥근 고리형상의 원반이, 개개의 코일(3)의 브래킷(11f)의 반경 방향 안쪽에서, 대응하는 개개의 코일(3)에서 발생하는 자계를 강화하는 작용을 발휘하는 것이다.

제1 실시형태에서는, 회전기구(100)의 회전 효율을 높이기 위해서, 상술한 구성에 더하여, 아암형상 부재(24)(도 1 참조)를 이용한 구성을 구비하고 있다.

도 1 및 도 8에 있어서, 원반형상 부재(22)의 윗면에는, 3개의 아암형상 부재(24)(도 8에서는 1개만을 도시)가, 회전 중심 O로부터 반경 방향 바깥쪽을 향하여 연이어 있다. 도 1로부터 명백하듯이, 3개의 아암형상 부재(24)는, 원둘레 방향에 대해 균등피치로 부착되어 있다.

그 아암형상 부재(24)의 선단부에는, 제2 영구자석(5)을 유지한 어태치먼트(24a)가 부착되어 있다.

후술하는 바와 같이, 아암형상 부재(24) 선단의 어태치먼트(24a)에 있어서, 제2 영구자석(5)은 홀더(24h)로 대부분이 덮여 있으며, 홀더(24h)는, 자성 재료인 니켈·크롬강으로 구성되어 있다.

영구자석(5)과 영구자석(6)의 양쪽이 니켈·크롬강으로 포위되는 것에 의해, 자성을 경감할 수 있다.

고정측 부재(1)측의 위쪽 프레임(11)에 있어서의 8개의 접속 부재(11b)의 각각에는, 제3 영구자석(6)을 유지한 어태치먼트(11g)가 부착되어 있으며, 어태치먼트(11g)는 반경 방향 안쪽(도 8에 있어서의 회전 중심 O측)을 향하도록 배치되어 있다.

여기서, 도 8은, 아암형상 부재(24)가 회전하여, 제3 영구자석(6)과 회전 중심 O를 연결한 가상 직선(도 8에서는 도시하지 않음) 상에, 제2 영구자석(5)의 중심이 위치한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 도 8에 있어서의 원호 Lr는, 아암형상 부재(24) 선단의 어태치먼트(24a)의 반경 방향 바깥쪽단의 궤적을 나타내고 있다.

아암형상 부재(24) 혹은 제2 영구자석(5)의 수(도시한 실시형태에서는 3개)와 제3 영구자석(6)의 수(도시의 실시형태에서는 8개)는, 복수의 제2 영구자석(5)이, 동시에, 고정측의 제3 영구자석(6)에 접근했을 경우에 발생할 '회전 불균일'을 방지하는 관점으로부터 정해져 있다.

다음에, 주로, 도 9, 도 10을 참조하여, 도 8에 있어서의 아암형상 부재(24)측[제2 영구자석(5)용]의 어태치먼트(24a)와, 위쪽 프레임(11)측[제3 영구자석(6)용]의 어태치먼트(11g)에 의해, 원반형상 부재(22)(도 1)의 회전이 촉진되는 작용 효과에 대해서, 설명한다.

도 9, 도 10에 있어서, 아암형상 부재측의 어태치먼트(24a)는, 제2 영구자석(5)과, 제2 영구자석(5)을 거의 덮도록 유지하는 홀더(24h)와, 어태치먼트(24a)를 아암형상 부재(24) 선단에 고정하기 위한 부착부재(24b)로 구성되어 있다.

위쪽 프레임(11)측(도 9, 도 10에서는 왼쪽)의 어태치먼트(11g)는, 제3 영구자석(6)과 제3 영구자석(6)을 거의 덮도록 유지하는 홀더(11h)와 어태치먼트(11g)를 접속 부재(11b)에 고정하기 위한 부착부재(11j)로 구성되어 있다.

도시한 실시형태에서는, 제2 영구자석(5)을 유지하는 홀더(24h)와, 제3 영구자석(6)을 유지하는 홀더(11h)는, 모두 자성 재료인 니켈·크롬강으로 구성되어 있다.

그리고, 홀더(24h)와 홀더(11h)는, 제2 영구자석(5) 혹은 제3 영구자석(6)의 대부분을 덮어, 자계가 누설하지 않도록 되어 있다. 단, 상호 서로 마주 보는 측, 즉, 홀더(24h)라면 반경 방향 바깥쪽 혹은 접속 부재(11b)측, 홀더(11h)라면 반경 방향 안쪽 혹은 아암(24)측의 일부분에 대해서는, 니켈·크롬강은 영구자석을 덮지 않았다.

보다 상세하게는, 제2 영구자석(5)을 유지하는 홀더(24h)는, 수직 방향 하부가 폐색한(도 10 참조) 원통 형상으로 구성되어 있으며, 그 원통 형상의 중심축을 따라 바깥둘레의 일부(반경 방향 바깥쪽의 부분)이 깎여 떨어지도록 형성되고, 제2 영구자석(5)을 노출하고 있다[개방부(240h)를 형성하고 있다]. 한편, 원통 형상의 중심축에 대해서는 도시되어 있지 않지만, 상기 중심축은, 도 9에 있어서는 지면에 수직인 방향으로 연장되어 있으며, 도 10에서는, 상하 방향으로 연장되고 있다.

도 9에 있어서, 개방부(240h)의 일단부[개방부(240h)가 시작되는 위치]는, 아암형상 부재(24)의 중심선과 일치하는 라인(24Lc)에 대해서, 아암형상 부재(24)의 회전 방향(점선으로 나타내는 화살표 R방향)에 대해서, 각도 δ1(도시의 예에서는 15°)만큼 어긋난 위치(도 9에 있어서는 위쪽의 위치)이다. 도 9에 있어서, 개방부(240h)의 일단부[개방부(240h)가 시작되는 위치]에 대해서는, 직선 5S[상기 개방부(240h)가 시작되는 위치와 영구자석(5)의 중심점을 연결하는 직선]로 나타낸다.

개방부(240h)의 개방 각도는, 도 9에서는 60°이다. 바꾸어 말하면, 개방부(240h)는, 상술한 일단부[개방부(240h)가 시작되는 위치]로부터, 도 9에 있어서 시계 방향으로 60도 회전이동한 범위로 형성되고 있다.

또한, 홀더(24h)에 있어서, 개방부(240h)를 포함한 바깥둘레면은, 도 9에 있어서 우상 경사부(C1)가 형성되도록 깎여 떨어지고 있다. 여기서, 도 9의 상하 방향축(도시하지 않음)에 대해서, 경사부(C1)의 경사 각도는 28°로 형성되고 있다.

도 9, 도 10으로부터 명백하듯이, 제2 영구자석(5)은, 그 바깥지름이 홀더(24h)의 안지름과 동일한 원기둥 형상을 하고 있다. 제2 영구자석(5)에 있어서의 극성은, 원기둥을 축심에 따라서 세로로 반으로 분할한 한쪽이 S극(5S:도 9에 있어서의 왼쪽)이고, 나머지가 N극(5N:도 9에 있어서의 오른쪽)이 되고 있다.

여기서, 제2 영구자석(5)에 있어서의 반을 분할한 분할면은, 상기 개방부(240h)가 시작되는 위치를 나타내는 직선 5S와 직교하고 있으며, 상기 「반을 분할한 분할면」은 도 9의 상하 방향축(도시하지 않음)에 대해서 15°의 경사각을 가지고 있다.

제3 영구자석(6)을 유지하는 홀더(11h)는, 아래쪽이 폐색한 원통 형상을 하고 있으며, 그 원통 형상의 바깥둘레의 일부가 개방된(바깥둘레에 개방부(110h)가 형성되어 있는) 형상이 되어 있다.

도 9에 있어서, 개방부(110h)의 일단[혹은, 개방부(110h)가 시작되는 위치]은, 아암형상 부재(24)의 라인(24Lc)의 연장선[제3 영구자석(6)의 중심점을 통과한다]에 대해서, 도 9에 있어서의 아래쪽에 각도δ2(도시의 예에서는 15°)만큼 진행된 위치, 혹은, 라인(24Lc)의 연장선으로부터 시계방향측으로 각도 δ2만큼 진행된 위치이다.

도 9에 있어서, 개방부(110h)의 일단[혹은, 개방부(110h)가 시작되는 위치]은, 직선 6S[개방부(110h)가 시작되는 위치와 영구자석(6)의 중심점을 연결하는 직선]로 표시되어 있다.

개방부(110h)는, 상술한 일단 혹은 직선 6S로부터, 시계 방향으로 개방 각도만큼 회전이동한 범위로 형성되어 있으며, 상기 개방 각도는, 도 9의 예에서는 60°이다.

개방부(110h)는 경사부(C2)를 형성하도록 깎여 떨어지고 있다. 그리고, 경사부(C2)는, 도 9의 상하 방향에 있어서, 도시한 예에서는 28°의 경사를 가지고 있다.

제3 영구자석(6)은, 바깥지름이 홀더(11h)의 안지름과 동일한 원기둥 형상을 하고 있다. 그리고, 제3 영구자석(6)의 극성은, 상기 원기둥 형상을 축심을 따라서 세로로 반을 분할한 한쪽이 S극(6S:도 9에 있어서의 오른쪽)이고, 나머지가 N극(6N:도 9에 있어서의 외쪽)이 되고 있다.

제3 영구자석(6)에 있어서의 반으로 분할한 분할면은, 상기 직선 6S[상기 개방부(110h)가 시작되는 위치와 영구자석(6)의 중심점을 연결하는 직선]과 직교한다. 그리고, 도 9의 예에서는, 제3 영구자석(6)에 있어서의 반으로 분할한 분할면은, 도 9의 상하 방향축(도시하지 않음)에 대해서 15°의 경사각을 가지고 있다.

한편, 도 9의 예에서는, 제2 영구자석(5)과 제3 영구자석(6)은 모두 원기둥 형상의 영구자석이지만, 원기둥 형상에 한정하지 않고, 단면이 다각형의 막대 모양체의 자석을 이용해도 좋다.

도 9에 나타내는 상태에서는, 제2 영구자석(5)과 제3 영구자석(6)은 S극끼리(5S, 6S)가 대향하도록 배치된다.

제2 영구자석(5) 혹은 아암형상 부재(24)가, 도 9의 라인(24Lc)의 위쪽 영역으로부터, 라인(24Lc)을 가로질러, 도 9의 라인(24Lc)의 아래쪽 영역으로 이동하는 경우, 제2 영구자석(5)의 중심이, 라인(24Lc)의 아래쪽 영역의 소정 부분에 도달할 때까지는, 홀더(24h)의 개방부(240h)와 홀더(11h)의 개방부(110h)는 정대향하는(서로 마주 보는) 경우는 없다.

도 11은, 제2 영구자석(5)이, 라인(24Lc)의 아래쪽 영역을 소정 각도 λ만큼 회전이동하고, 홀더(24h)의 개방부(240h)와 홀더(11h)의 개방부(110h)와는 정대향한(서로 마주 보는) 상태를 나타내고 있다.

도 11의 상태에서는, 영구자석(5), 영구자석(6)의 S극이 정대향하므로, 영구자석(5), 영구자석(6)은 서로 반발하여, 반발력 F1이 발생한다. 제2 영구자석(5)측에서는, 그 반발력 F1의 분력 F2가 발생하고, 그 분력 F2에 의해서 아암형상 부재 (24)는 반시계회전방향의 회전력이 부여된다. 그리고, 아암형상 부재(24)는 원반형상 부재(22)에 고정되어 있으므로, 아암형상 부재(24)에 회전력이 부여되는 것으로, 원반형상 부재(22)의 회전이 촉진되는 것이다.

도 12는, 도 8∼도 11에서 설명한 구성의 변형예를 나타낸다.

도 12의 변형예에서는, 도 8∼도 11의 구성에 대해서, 홀더 개방부의 구성과 영구자석의 반으로 분할한 분할면의 구성이 상이하며, 아암(24)의 회전을 촉진하는 작용 효과도 다르다.

도 12에 있어서, 제2 영구자석(5)의 중심이 라인(24Lc)상에 있는 경우에 있어서, 제2 영구자석(5)을 덮는 홀더(24k)의 개방부(240k)와, 제3 영구자석(6)을 덮는 홀더(11k)의 개방부(110k)는, 모두, 도 12에 있어서의 라인(24Lc)을 대칭축으로 하여 도 12의 상하 방향으로 대칭형이 되고 있다.

또한, 제2 영구자석(5)의 S극(5S)과 N극(5N)의 분할면은, 도 12에 있어서 좌상의 경사를 가지며, 제3 영구자석(6)의 S극(6S)과 N극(6N)의 분할면은, 마찬가지로, 도 12에서 좌상의 경사를 가지고 있다.

제2 영구자석(5)에서는, N극(5N)만이 개방부(240k)로부터 노출하고 있다. 한편, 제3 영구자석(6)에 있어서는, 주로 N극(6N)이 개방부(110k)로부터 노출하고 있지만, S극(6S)의 일부도 노출하고 있다.

도 12에 있어서, 제2 영구자석(5)에 대해서 생각하면, 제3 영구자석(6)의 N극(6N)과의 반발력[자극(5N)과 (6N)의 반발력] F3과, 제2 영구자석(5)의 N극(5N)과 제3 영구자석(6)의 S극에 의한 흡인력 F4가, 동시에 발생한다.

그리고, 흡인력 F4는, 그 분력으로서 회전 방향 R측의 분력 F5를 가지고 있으며, 이러한 분력 F5는, 제2 영구자석(5)을 화살표 R측으로 회전하는 방향으로 작용한다. 그 때문에, 제2 영구자석(5)의 N극(5N)과 제3 영구자석(6)의 S극에 의한 흡인력 F4에 있어서의 화살표 R 방향의 분력 F5의 발생은, 제2 영구자석(5)을 화살표 R방향의 회전을 촉진하도록 작용하게 된다.

이에 더하여, 제2 영구자석(5)이 도 12에 나타내는 위치보다 아래쪽(화살표 R측:회전 방향측)으로 이동하면, 제2 영구자석(5)의 N극(5N)과 제3 영구자석(6)의 N극의 반발력 F3이 작용하므로, 상술의 도 9∼도 11에 나타낸 구성과 마찬가지로, 제2 영구자석(5) 혹은 아암(24)을, 화살표 R방향으로 회전하는 것을 촉진하는 작용 효과를 얻을 수 있는 것이다.

다시 도 2에 있어서, 중간 프레임(12)의 윗면에서 또한 회전축(21)이 관통하고 있는 중앙 영역에는, 박스 타입의 지지 부재(7)가 설치되어 있으며, 상기 지지 부재(7)는, 그 아래쪽이 개방하고 있다. 그리고, 지지 부재(7)의 윗면은 평탄면으로 되어 있으며, 상기 원반형상 부재(22)의 아랫면과 평행하고 또한 소정의 거리만큼 떨어져 있다.

지지 부재(7)의 윗면은, 회전축(21)을 자유롭게 회전할 수 있도록 관통구멍이 형성되어 있다.

원반형상 부재(22)의 이면에는, 회전축(21)을 둘러싸도록, 둥근 고리형상의 제4 영구자석(8)이 부착되어 있다. 한편, 지지 부재(7)의 윗면에는, 회전축(21)을 둘러싸도록, 제4 영구자석(8)과 거의 동일한 형상을 한 둥근 고리형상의 제5 영구자석(9)이 부착되어 있다.

명확하게는 도시되어 있지 않지만, 제4 영구자석(8)은 스테인리스제의 스테이(도시하지 않음)에 의해 원반형상 부재(22)의 이면(아래쪽) 면에 부착되어 있으며, 제5 영구자석(9)도 스테인리스제의 스테이(도시하지 않음)에 의해 고정측 부재(1)측에 부착되어 있다.

제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)은, 서로 대향하는 측의 면이 동일한 극성이 되도록 배치되어 있다. 단, 영구자석(8)과 영구자석(9)은, 착탈의 용이성 등을 고려하여, 소정량만큼 이격하도록 배치되어 있다.

제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)을 설치하여, 제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)은 서로 대향한 위치에 배치되어 있으며, 또한, 서로 대향한 면이 동일극성이 되도록 구성되어 있으므로, 제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)은, 상호 서로 반발하고 있다. 이러한 반발력은, 회전측 부재(2) 전체가 고정측 부재(1)에 대해서 부상하도록 작용한다.

그 결과, 회전측 부재(2)의 중량이 고정측 부재(1)에 대해서 작용하는 스러스트에 의해서 발생하는 마찰을 작게 할 수 있으므로, 회전기구(100)에 있어서의 손실을 더욱 작게 하고, 보다 고효율의 회전기구로 할 수가 있는 것이다.

또한, 아라고의 원반의 원리에 의해서, 일단, 회전측 부재(2)가 회전을 시작하면, 제4 영구자석(8)에는 와전류가 발생한다. 이 와전류는, 제4 영구자석(8), 즉, 회전측 부재(2)를 회전시키도록 작용한다.

즉, 회전측 부재(2)를 일단 회전시켜 버리면, 회전측 부재(2)를 더 회전하도록 하는 힘이 작용하는 것이다.

여기서, 아라고의 원반의 원리에 의해, 회전측 부재(2)의 재료인 알루미늄을 합성 수지로 바꾸어도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기 제5 영구자석(9)을, 도시하지 않은 승강 수단에 의해서 도 2의 상하 방향으로 이동시키면, 제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)의 상대 거리를 무단계로 조절하는 것이 가능해져, 상기 와전류에 의한 작용을 가감할 수 있다. 그리고, 상기 와전류의 작용에 의해 발생하는 힘의 조절 기구를 설치하여, 그 외의 자석 등의 흡착 수단을 회전측 부재(2)에 설치함으로써, 회전측 부재(2)의 회전 속도를 제어하는 것도 가능하다.

그리고, 제5 영구자석(9)의 승강 수단이나 상술한 흡착 수단은, 유압 기구에 의해서 작동시킬 수 있다.

다음에, 도 13∼도 16을 참조하여, 도 1∼도 11의 실시형태에 대한 제1 변형예를 설명한다.

여기서, 도 13∼도 16에 있어서, 회전기구 전체는 부호 100B로 나타낸다.

도 1∼도 11의 실시형태에서는, 원반형상 부재(22)에 부착되고 또한 둥근 고리형상으로 배치된 복수의 제1 영구자석(4), 고정측 부재(1)에 부착되고 또한 제1 영구자석의 반경 방향 안쪽에 둥근 고리형상으로 배치된 복수의 코일(3)을 구비하고 있었다.

그에 대해, 도 13∼도 16의 제1 변형예[회전기구(100B)]에서는, 도 1∼도 11의 실시형태에 더하여, 원반형상 부재(22)에 둥근 고리형상으로 배치되어 부착된 제1 영구자석(4B)의 반경 방향 바깥쪽에 있어서, 복수의 제2 코일(3B)을, 동일 원둘레상(회전 중심 O점으로부터의 거리가 동일한 원둘레상)에, 동일피치로 부착되어 있다.

도 13은, 제1 변형예의 평면도를, 도 14는 도 13의 Y-Y단면을, 도 15는 도 13의 부분 확대도를, 도 16은 도 14의 부분 확대도를 각각 나타낸다.

도 16에 있어서, 위쪽 프레임(11)의 천정덮개(11e)에는, 코일용 브래킷(11f)의 반경 방향 바깥쪽에는 코일용 브래킷(111f)이 부착되어 있으며, 그 코일용 브래킷(111f)에 제2 코일(3B)이 부착된다.

도 13∼도 16의 제1 변형예에서는, 코일의 수를 배증시킴으로써, 제1 영구자석과 코일(3,3B)의 자성반발력이 커져, 원반형상 부재(22)의 회전력이 향상하고 있다.

이어서, 도 17을 참조하여, 도 1∼도 11의 실시형태에 대한 제2 변형예에 대하여 설명한다.

여기서, 도 17에 나타내는 제2 변형예에 따른 회전기구는, 전체를 부호 101C로 나타내고 있다.

도 1∼도 11의 실시형태(특히 도 4 참조)가 코일(3)과 제1 영구자석(4)의 조합이(도 4의) 상하 방향에 대해서 1단뿐인데 비하여, 도 17의 제2 변형예에서는, 코일(3)과 제1 영구자석(4)의 조합을, 도 17의 상하 방향에 대해서 2단으로서 구성하고 있다.

도 17에 있어서, 위쪽의 프레임(11)에 고정된 코일 부착용 브래킷(11f)은, 도 17의 상하 방향 치수가 크게 설정되어 있으며, 상기 브래킷(11f)에는 코일(3)을 상하 방향 2단으로 부착하고 있다.

다른 한편, 원반형상 부재(22) 혹은 아암형상 부재(24C)의 윗면에는, 영구자석(4)측의 브래킷(23)이 고정되어 있지만, 그 브래킷(23)도 상하 방향 치수가 크게 구성되어 있으며, 그 브래킷(23)에 영구자석(4,4)이 상하 방향 2단으로 부착되어 있다.

코일 부착용 브래킷(11f)에 상하 2단으로 배치된 코일(3,3)과 영구자석측 브래킷(23)에 상하 2단으로 배치된 영구자석(4,4)은, 서로 정대향하도록 배치되어 있으며, 코일(3,3)에 발생한 자계와, 영구자석(4,4)에 발생한 자계가 서로 반발하여, 상기 자성반발력에 의해 원반형상 부재(22)의 회전이 촉진된다.

그 외의 구성에 대해서는, 도 1∼도 11의 실시형태와 동일하다.

다음에, 도 18을 참조하여, 도 1∼도 11의 실시형태에 대한 제3 변형예에 대하여 설명한다.

제3 변형예를 나타내는 도 18에서는, 회전기구는 전체를 부호 100C로 나타내고 있다.

도 18의 제3 변형예에 따른 회전기구(100C)도, 도 17의 제2 변형예와 마찬가지로, 코일(3)과 제1 영구자석(4)의 조합을, 상하 2단으로서 구성하고 있다. 다만, 도 17은 단일의 브래킷에 코일 혹은 영구자석을 상하 2단으로 배치하고 있는데 비하여, 도 18의 회전기구(100C)에서는 원반형상 부재를 2개(도 18에서는 부호 22, 22C로 나타낸다) 설치하고 있다.

도 18에 있어서, 원반형상 부재(22)의 아래쪽에 수평 부재(11C)가 설치되어 있으며, 수평 부재(11C)는, 원반형상 부재(22) 및 위쪽의 프레임(11)에 평행한 고정측 부재로서 설치되어 있다. 그리고, 수평 부재(11C)의 아래쪽에는 허브(20)가 고정되어 있으며, 그 허브(20)에 제2 원반형상 부재(22C)가 부착되어 있다.

위쪽의 프레임(11) 뿐만 아니라, 수평 부재(11C)의 이면에도 코일 설치용의 브래킷(11f)이 고정되어 있으며, 그 브래킷(11f)에 코일(3)이 부착되어 있다.

원반형상 부재(22) 뿐만 아니라, 제2 원반형상 부재(22C)의 윗면에도 영구자석측 브래킷(23)이 고정되어 있으며, 그 브래킷(23)에 영구자석(4)이 부착되어 있다.

그리고, 수평 부재(11C)의 이면에 배치된 코일(3)과, 제2 원반형상 부재 (22C)의 표면에 배치된 영구자석(4)은, 도 18에 나타내는 상태에서는 정대향하고 있으며, 양자가 발생하는 자계끼리의 반발력에 의해 제2 원반형상 부재(22C)의 회전에 힘을 가한다.

회전측 부재(2)를 부상시키기 위한 제4 영구자석(8)은 제2 원반형상 부재(22C)의 이면에 부착되고, 제5 영구자석(9)과 서로 마주 보아, 회전측 부재(2)의 중량에 의한 스러스트를 경감하고 있다.

그 외의 구성에 대해서는, 도1∼도 11의 실시형태와 같다.

다음에, 도 19를 참조하여, 도 1∼도 11의 실시형태에 대한 제4 변형예에 대해 설명한다.

여기서, 제4 변형예에 따른 회전기구는, 도 19에 있어서, 전체를 부호 101D로 나타내고 있다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 제4 변형예에 따른 회전기구(101D)에서는, 도 13∼도 16(특히 도 16 참조)의 제1 변형예[회전기구(100B)]가, 제1 영구자석(4B)과 2개의 코일(3,3B)의 조합이 상하 방향에 대해서 1단만 구성되어 있는데 비하여, 도 19의 제2 실시형태에서는, 제1 영구자석(4B)과 2개의 코일(3,3B)의 조합이 상하 2단으로 구성되어 있다.

도 19에 있어서, 상부 프레임(11)[천정덮개(11e)]은, 반경 방향 치수가 다른 위치에 코일 설치용 브래킷(11f,111f)이 설치되어 있으며, 브래킷(11f,111f)의 각각에는, 코일(3,3), 코일(3B,3B)이 상하 방향 2단으로 부착되어 있다.

또한, 원반형상 부재(22)의 윗면[도 19에서 나타내는 단면의 경우에는, 아암형상 부재(24)의 윗면]에는, 영구자석(4)측의 브래킷(23)이 고정되어 있으며, 그 브래킷(23)에는 제1 영구자석(4B,4B)이 상하 2단으로 배치되어 있다.

도 19의 제4 변형예에 있어서의 그 외의 구성에 대해서는 제1 변형예와 동일하다.

다음에, 도 20을 참조하여, 도 1∼도 11의 실시형태에 대한 제5 변형예에 대하여 설명한다.

제5 변형예에 따른 회전기구는, 도 20에서는, 전체를 부호 100D로 나타내고 있다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 제5 변형예에 따른 회전기구(100D)도, 도 19로 나타내는 제2 실시형태와 마찬가지로, 제1 영구자석(4B)과 2개의 코일(3,3B)의 조합이, 도 20의 상하 방향에 대해서, 2단으로 배치되어 있다.

도 20의 제5 변형예에 있어서, 제1 영구자석(4B)과 2개의 코일(3,3B)의 조합에 있어서, 상하 방향의 상단의 조합은 도 16으로 나타낸 바와 같다.

상하 방향의 아래쪽에 있어서의 영구자석(4B)과 2개의 코일(3,3B)의 조합을 추가하기 위해서, 도 20에서는, 도 18의 제3 변형예와 마찬가지로, 원반형상 부재(22)의 아래쪽에 수평 부재(11C)가 설치되어 있으며, 수평 부재(11C)는, 원반형상 부재(22) 및 위쪽의 프레임(11)에 평행한 고정측 부재로서 설치되어 있다. 그리고, 수평 부재(11C)의 아래쪽에는 허브(20)가 고정되어 있으며, 그 허브(20)에 제2 원반형상 부재(22C)가 부착되어 있다.

수평 부재(11C)에 대한 코일의 부착 형태와 제2 원반형상 부재(22C)에 대한 영구자석의 부착 형태에 대해서는, 도 16의 제1 변형예에서 나타낸 바와 같다.

도 20의 제5 변형예에 있어서의 그 외의 구성에 대해서는 제1 변형예와 동일하다.

도시는 하지 않지만, 제1 실시형태에 따른 회전기구(100), 제1 변형예에 따른 회전기구(100B), 제2 변형예에 따른 회전기구(101C), 제3 변형예에 따른 회전기구(100C), 제4 변형예에 따른 회전기구(101D), 제5 변형예에 따른 회전기구(100D)에 있어서, 장치 전체를 콘크리트나 금속판, 혹은 강성이 있는 수지제의 구조체로 덮어, 덮인 내부의 공기를 감압하는 것에 의해서 회전시의 공기 저항을 감소시켜, 보다 회전 효율이 높은 회전기구로 할 수 있다.

다음에, 도 21, 도 22를 참조하여, 본 발명의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.

제2 실시형태에 따른 회전기구는, 도 21, 도 22에 있어서, 전체를 부호 100E로 나타내고 있다.

도 21, 도 22에 있어서, 회전기구(100E)는, 도 1∼도 11의 회전기구(100)에 있어서의 코일(3)과 제1 영구자석(4)을 생략하고, 회전측 부재(2)의 3개의 아암형상 부재(24)에 설치한 제2 영구자석(5)과 고정측 부재(1)에 설치한 2개의 제3 영구자석(6)의 사이의 자성반발력만으로, 회전측 부재(2)의 회전을 유지시키도록 구성되어 있다.

도 21, 도 22의 제2 실시형태에서도, 도 1∼도 11의 실시형태에 있어서의 경우와 마찬가지로, 제2 영구자석(5)은 어태치먼트(24a)로 회전측 부재(2)의 아암형상 부재(24)에 부착되고, 제3 영구자석(6)은 어태치먼트(11g)로 고정측 부재(1)에 부착되어 있다.

도 21, 도 22에서는 명확하게는 나타내지 않지만, 제2 영구자석(5) 및 제3 영구자석(6)은 자력의 방향 및 자력의 크기를 조절하는 가동식 차양이 장비되어 있으며, 상기 가동식 차양은, 도 8∼도 11에 있어서의 홀더(11h,24h)와 동일한 구성을 구비하고 있으며, 또한, 동일한 작용을 발휘한다.

도 21에 있어서, 회전축(21)에 있어서의 원반형상 부재(22)의 아래쪽에는, 제4 영구자석[회전측 부재(2)의 부상용 자석의 한쪽](8)이 부착되고, 그 더 아래쪽에는, 고정측의 제5 영구자석[회전측 부재(2)의 부상용 자석의 한쪽](9)이 부착되어 있다.

회전축(21)에 있어서의 고정측의 제5 영구자석[회전측 부재(2)의 부상용 자석의 다른 쪽](9)의 아래쪽에는, 제1 스프로켓(S1)이 회전축(21)에 고착되어 있다.

고정측 부재(1)의 아래쪽 프레임(13)에는, 회전측 부재(2)를 시동시키기 위한 소형 모터(M)이 설치되어 있다. 상기 모터(M)의 출력축 선단에는, 제2 스프로켓(S2)이 부착되어 있다.

제1 스프로켓(S1)과 제2 스프로켓(S2)은 체인(Cn)으로 걸어맞춤되어 있다.

모터(M)를 구동시키면, 모터(M)의 회전 출력은, 제2 스프로켓(S2), 체인 (Cn), 제1 스프로켓(S1)을 통하여, 회전축(21)에 전달되어, 회전축(21)을 회전시킨다.

도 21, 도 22의 제2 실시형태에 있어서의 상기 이외의 구성 및 작용 효과는, 도 1∼도 11의 제1 실시형태와 동일하다.

다음에, 도 23, 도 24를 참조하여, 제3 실시형태에 대하여 설명한다.

제3 실시형태에 따른 회전기구는, 도 23, 도 24에 있어서, 전체를 부호 100F로 나타내고 있다.

도 23, 도 24의 제3 실시형태의 회전기구(100F)는, 발전 장치에 적용되고 있다.

도 23에 있어서, 회전기구(100F)의 고정측 부재는, 원통형상의 케이싱(1F)과, 케이싱(1F)의 위쪽 개구부를 막는 천정덮개(1Ft)와, 케이싱(1F)의 하부 개구부를 막는 기초(14F)와 케이싱(1F)의 중간에 배치된 격벽부(15F)를 가지고 있다.

천정덮개(1Ft)의 중심 위치에는 래디얼 베어링(16)이 설치되고, 격벽부(15F)의 중심 위치에는 스러스트 베어링(18)이 장비되어 있으며, 래디얼 베어링(16)과 스러스트 베어링(18)에 의해 회전축(21F)이 축지지되고 있다.

회전축(21F)의 위쪽에는, 허브(20)를 통하여 로터(혹은 원반형상 부재)(22F)가 고정되어 있다.

로터(22F)의 이면의 반경 방향 바깥쪽 가장자리부에는, 회전축(21)과 동심으로 배치된 둥근 고리형상의 자석 부착부재(4B)가 설치되어 있다. 자석 부착부재 (4B)의 안둘레측에는, 복수의 제1 영구자석(4F)이 원둘레 방향 전체둘레에 걸쳐 부착되어 있다.

또한, 로터(22F)의 이면의 반경 방향 안쪽의 영역(중앙 영역)에는, 회전축(21F)을 둘러싸도록, 제4 영구자석(8)이 배치되어 있다.

로터(22F)의 윗면에 있어서의 반경 방향 바깥쪽의 영역에는, 복수의 제2 영구자석(5F)이 회전축(21)과 동심의 동일 원둘레상에, 원둘레방향 전역에 걸쳐 균등 피치로 부착되어 있다.

제2 영구자석(5F)보다 반경 방향 바깥쪽에는, 원둘레 방향 전역에 걸쳐 복수의 제3 영구자석(6F)이 균등피치로 부착되어 있다.

로터(22F)와 격벽부(15F)의 사이의 영역에는, 원반형상의 발전용 코일(3F)을 지지하는 코일 지지 부재(31F)가 설치되어 있다. 코일 지지 부재(31F)는, 격벽부(15F)의 중심부의 통형상부(15Fc)의 상단에 위치하고 있다. 그리고, 코일 지지 부재(31F)는, 격벽부(15F)와 일체로 형성되어 있다.

코일 지지 부재(31F)와 격벽부(15F)의 사이의 영역에는, 이동 격벽(91)이 배치되어 있다. 이 이동 격벽(91)은, 원통형상의 케이싱(1F)의 안둘레 벽면을, 도시하지 않은 유압 기구에 의해서, 액밀의 상태를 유지하면서 미끄럼동작하도록 구성되어 있다.

이동 격벽(91)의 중심부에는, 둥근 고리형상의 제5 영구자석(9)이, 회전축(21F)을 둘러싸도록 부착되어 있다. 따라서, 이동 격벽(91)이 도시하지 않은 유압 기구에 의해서 도 23의 연직 방향으로 이동함으로써, 제5 영구자석(9)도, 도 23의 연직 방향으로 승강한다.

제4 영구자석(8)과 제5 영구자석(9)의 대향하는 면은 동극성이며, 서로가 반발하도록 구성되어 있다. 따라서, 제5 영구자석(9)을 제4 영구자석(8)에 접근시키는 것에 의해, 회전측 부재에 부력이 작용하여, 그 부력은, 스러스트 베어링(18)에 작용하는 스러스트력을 경감하고, 회전 저항을 줄이도록 작용한다.

도 21, 도 22의 제2 실시형태에 따른 회전기구(100E)를 구비한 발전 장치에 의하면, 회전을 억제하는 저항을 저감함으로써, 발전 효율을 향상할 수 있다.

다음에, 도 25, 도 26을 참조하여, 제4 실시형태에 대하여 설명한다.

제4 실시형태에 따른 회전기구는, 도 25, 도 26에 있어서, 전체를 부호 100G로 나타내고 있다.

도 25, 도 26의 제4 실시형태의 회전기구(100G)는, 다리우스형 풍차를 가진 발전 장치에 적용하고 있다.

도 25에 있어서, 회전기구(100G)는, 케이싱(1G)과, 케이싱(1G)의 중앙에 배치된 회전축(21G)과, 회전축(21G)을 둘러싸도록 배치된 고정측의 원통형상 코일(6G)과, 상기 회전축(21G)과 함께 회전하는 다리우스식 풍차(300)에 의해서 구성되어 있다.

도 26은, 도 25의 X-X단면을 나타내고 있다. 회전축(21G)에는, 도시에서는 명확하게 나타내지 않지만, 나선형상의 홈(5G)이 형성되고, 그 나선형상의 홈(5G)에는 액체 자석이 도포되며, 도시하지 않은 커버형상 부재로 봉인되어 있다.

또한, 회전축(21G)의 상단부는 케이싱의 위쪽 부재(11G)에 설치한 도시하지 않은 베어링(래디얼 베어링)에 의해서 축지지되고, 회전축(21G)의 하단부는 케이싱의 아래쪽 부재(13G)에 설치한 도시하지 않은 베어링(래디얼 베어링과 스러스트 베어링의 복합 베어링)에 의해서 축지지되고 있다.

그렇게 구성된 회전기구(100G)에 의하면, 풍력에 의해서 풍차(300)가 회전하면, 원통형상 코일(6G)의 안쪽을 나선으로 배치된 액체자석을 도포한 나선 형상의 홈(5G)도 회전하고, 그 원통형상 코일(6G)과 자석의 상대 회전운동에 의해서, 코일(6G)에는 유도 전류(발전 전류)가 발생한다. 여기서, 자석에 흡착하는 철류는 일체 사용되고 있지 않기 때문에, 용이하게 발전이 가능해진다.

코일(6G)에 발생한 발전 전류는, 케이싱(1G)의 아래쪽에 배치된 축전지(400)에 축적할 수 있다.

이 회전기구(100G)에는 철류가 사용되고 있지 않기 때문에, 약한 바람에 의해서 회전축이 회전하면, 발전이 가능하다.

또한, 풍차의 축을 이중으로 구성하여, 바깥측의 축을 베어링으로 축지지하고, 내부의 회전에 스러스트를 이용함으로써, 풍차(300)의 중량에 기초한 스러스트 베어링의 회전 저항을 감소하여, 풍차(300)의 회전시의 저항을 대폭 경감할 수 있다. 그 결과, 발전 장치로서의 효율을 향상할 수 있는 것이다.

도시한 실시형태는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 취지의 기술은 아님을 부기한다.

1…고정측 부재
2…회전측 부재
3, 3B…코일
4…제1 영구자석
5…제2 영구자석
6…제3 영구자석
8…제4 영구자석
9…제5 영구자석
11…위쪽 프레임
12…중간 프레임
13…아래쪽 프레임
15, 17…베어링 지지판
16…래디얼 베어링/위쪽의 베어링
18…아래쪽의 베어링
19…래디얼 베어링
20…허브
21…회전축
22…원반형상 부재
23…브래킷
24…아암형상 부재

Claims (1)

1. 베어링을 설치하고 있는 고정측 부재와, 상기 베어링에 축지지된 회전축 및 상기 회전축에 설치된 원반형상 부재로 이루어진 회전측 부재와, 고정측 부재에 부착되고 또한 상기 회전축을 중심으로 하는 동일원상에 균등 피치로 배치된 복수의 코일과, 원반형상 부재에 부착된 제1 영구자석을 구비하고 있으며, 제1 영구자석은 상기 회전축을 중심으로 하는 동일원상에 균등피치로 S극과 N극이 교대로 배치되고 또한 상기 코일과 대향해서 배치되며,
   상기 코일은, 비자성 재료로 만들어진 심재(心材)가 관통하고 있으며, 상기 제1 영구자석과 대향하는 단면(端面)으로부터 이격한 측의 단면에는 자성재료로 만들어진 부재가 배치되어 있는 회전기구.

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