KR20120000641A - 차량의 자유구동 바퀴 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차량의 자유구동 바퀴 구조에 있어서, 바(bar) 형상인 샤프트;와
상기 샤프트의 끝단에 결합되고 표면에 다수 개의 전자석돌기들이 형성된 구동제어부;와 상기 구동제어부가 안쪽으로 진입하여 위치되도록 일측면이 파인면으로 형성되고 상기 파인면의 표면에는 다수 개의 영구자석돌기들이 형성된 구동휠; 및 상기 전자석돌기들에 전류를 인가하고 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 구동휠이 구동제어부에 구속되도록 상기 제어모듈이 영구자석돌기의 위치에 따라 전자석돌기들의 자력과 극성을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바퀴는 기계적인 동력전달 없이 자력을 이용하여 회전력을 발생시키므로 종래의 바퀴 구조와 대비하여 소음과 열로 소실되는 에너지를 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 다양한 방향으로 회전시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량의 자유구동 바퀴 구조{Structure of free-drive wheel for automobile}

본 발명의 차량의 자유구동 바퀴 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력을 이용하여 구동하는 바퀴 구조에 관한 것이다.

차량의 바퀴는 엔진에 발생된 회전력을 트랜스미션을 통해 전달받아 회전하는 구조를 갖는다.

이러한 바퀴는 기어에 의해 회전력을 전달받으므로 하나의 축(axis)에 고정되어 회전 가능범위가 제한을 받았다.

하지만, 연료전지, 태양광, 수소 등과 같은 친환경 에너지를 동력원으로 사용되는 차량의 경우, 동력손실을 최소화하고 더 효율적인 제어가 가능하도록 기계적인 연결구조를 대신하여 x-by-wire system 과 같은 전기적 연결구조에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있었다.

본 발명은 기계적인 연결구조를 대신하여 자기력을 이용해 구동하며 다양한 방향으로 회전가능한 자유구동 바퀴 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 자유구동 바퀴 구조에 있어서, 바(bar) 형상인 샤프트;와 상기 샤프트의 끝단에 결합되고 구형(求刑)의 표면에 다수 개의 전자석돌기들이 형성된 구동제어부;와 반구형(半球形)이며 내측으로 상기 구동제어부가 위치되도록 파인면이 형성되고 상기 파인면의 표면에는 다수 개의 영구자석돌기들이 형성된 구동휠; 및 상기 전자석돌기들에 전류를 인가하고 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 구동휠이 구동제어부와 일정 범위의 거리를 유지하며 구속되도록 상기 제어모듈이 영구자석돌기의 위치에 따라 전자석돌기들의 자력과 극성을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자석돌기와 영구자석돌기는 원통형으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 전자석돌기의 돌출된 면과 영구자석돌기의 돌출된 면은 서로 평행을 이루도록 배치된다. 아울러, 상기 구동휠의 파인면은 비자성체로 제조된다. 그리고, 상기 구동제어부의 표면 아래는 스프링이 장착되어 전자석돌기의 돌출높이는 조절될 수 있다.

본 발명의 바퀴는 기계적인 동력전달 없이 자력을 이용하여 회전력을 발생시키므로 종래의 바퀴 구조와 대비하여 소음과 열로 소실되는 에너지를 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 다양한 방향으로 회전시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 기계적으로 마찰이 발생하는 부분이 없으므로 주행시 열과 소음을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 반영구적으로 사용가능하다.

도 1 과 도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자유구동 바퀴의 사시도,
도 3 은 본 발명의 구동휠이 구동제어부에 구속된 모습을 도시한 단면도,
도 4 는 전자석돌기와 영구자석돌기 사이에 인력이 작용하는 모습을 도시한 단면도,
도 5 는 전자석돌기와 영구자석돌기 사이의 힘에 의해 구동휠이 구동제어부에 구속된 모습을 도시한 사시도 및 개략도,
도 6 과 도 7 은 X, Y, Z 축을 따라 구동휠이 회전하는 모습을 및 작용하는 힘을 도시한 사시도,
도 8 은 구동휠의 회전시 영구자석돌기들의 자력을 발생시키는 방향을 도시한 평면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바퀴 구조는 차량의 하부에서 지면에 평행하게 배치된 바(bar) 형상의 샤프트(10)의 양측 끝단 각각에는 구동제어부(20)가 형성되고, 상기 구동제어부(20)가 안쪽으로 수용되어 구속되도록 구동휠(30)이 결합된다. 상기 구동휠(20)은 기계적 연결구조로 구속되는 것이 아니라 자력을 이용하여 구속되도록, 상기 구동제어부(20)의 표면에는 다수 개의 전자석돌기(21)들이 형성되며 상기 구동휠(30)에는 다수 개의 영구자석돌기(31)들이 이격되어 배치된다.

도 2 을 참조하면, 상기 구동제어부(20)는 구형(求刑)으로서 표면에 전자석돌기(21)들이 돌출형성된다. 그리고, 상기 구동제어부(20)의 표면은 비자성체로 제조되되, 전자석돌기(21)들은 각각이 제어모듈과 연결되어 전류의 인가를 제어 받음으로서 개별적으로 다른 극성으로 자화될 수 있도록 구성된다.

본 발명의 구동휠(30)은 반구형으로 형성되되, 상기 구동제어부(20)가 수용될 수 있도록 오목한 면인 파인면이 형성된다. 상기 파인면의 표면도 비자성체로 제조되며, 파인면의 안쪽 및 테두리 부근에는 영구자석돌기(31)가 각각 장착된다. 상기 영구자석돌기(31)는 N극 또는 S극 중 어느 하나의 극이 구동제어부(20)의 표면을 향하도록 배치되며, 각각이 소정거리를 두고 이격되어 형성된다.

상기 영구자석돌기(31) 및 전자석돌기(21)는 원통형상으로 구성되고, 마주하는 면이 평행을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 전자석돌기(21) 및 영구자석돌기(31)의 배열은 일정한 규칙을 갖도록 구성되며, 이러한 배치상태 및 회전시의 위치 상태에 대한 데이터는 제어모듈로 전송되도록 구성된다.

도 3 은 구동제어부(20)가 구동휠(30) 안쪽에 진입한 상태에서 자력에 의해 구속된 모습을 도시하였다. 도시된 바와 같이, 중력에 의해 구동제어부(20)가 구동휠(30)에 맞닿지 않도록, 제어모듈은 하단의 전자석돌기(21)들을 영구자석돌기(31)들과 같은 극성을 갖도록 전류를 인가하고 상단의 전자석돌기(21)들은 영구자석돌기(31)들과 다른 극성을 갖도록 전류를 인가한다. 이와 같은 전류인가에 따라, 상단의 전자석돌기(21)와 영구자석돌기(31) 사이에는 인력이 발생하고 하단의 전자석돌기(21)와 영구자석돌기(30) 사이에는 반발력이 발생한다. 이때, 구동휠(30)이 구동제어부(20)에서 외측(도면상에서 지면으로 나오는 방향)으로 분리되지 않도록 다른 위치의 전자석돌기(21)들은 영구자석돌기(31)들과 적당한 세기의 인력을 발생시킨다.

도 4 를 참조하여 더 상세히 설명하면, 상기 전자석돌기(21)들과 영구자석돌기(31)들은 다음과 같이 동작가능하다. 도 4 의 좌측에 도시된 바와 같이 고정을 목적으로 하지 않는 위치의 모든 전자석돌기(21)는 영구자석돌기(31)와 같은 극성을 갖도록 전원이 인가되어 반력을 형성한다. 반면, 고정을 목적으로 할 때는 전자석돌기(21)들의 극성을 바꿔 영구자석돌기(31)와 인력을 형성한다. 이때, 구동휠(30)의 움직임이 축(axle)에 대한 회전인지 또는 고정상태인지 여부에 따라 영구자석돌기(31)와 전자석돌기(21) 사이의 거리 및 구동제어부(20)와 구동휠(30) 사이의 간극(마주하는 표면 간의 거리)를 조정하면 구동휠(30)의 회전이 가능하다. 거리를 조절하는 방법으로서, 구동제어부(20)의 표면 아래에 스프링(22)을 부설하며 전자석돌기(21)의 세기를 변화시키는 방법이 있다. 즉, 어떠한 축으로 회전이 필요한 경우 일측에서는 전자석돌기(21)와 영구자석돌기(31) 사이의 거리를 줄이고 반대측에서는 거리를 늘림으로 제어할 수 있다.

실선은 인력 점선은 반력으로 도시된 도 5 를 참조하면, 영구자석돌기(31)와 마주하는 특정 위치에 있는 전자석돌기(X축 2 점, Y축 2 점, Z축 1 점)에 인력이 작용하도록 전류를 인가하고, 그 주변에 있는 전자석돌기(21)들은 영구자석돌기(31)와 반력을 일으키게 함으로서 구동휠(30)을 완전고정시킬 수 있다.

X축, Y축 및 Z축에 대한 회전이동은 도 6 과 도 7 에 도시된 바와 같다. 가령, X축에 대하여 회전이동을 하는 경우 Y축의 두 지점은 고정되고 Z축의 한 지점이 이동하면 X축에 대한 회전이 시작된다. 이와 같은 동작이 이뤄지도록, 상기 구동제어부(20)는 회전축을 형성하도록 2 개의 전자석돌기(21)에 전원을 인가하여 고정시키고, 회전하려는 방향의 따라, 전자석돌기(21)의 전원인가를 제어하면 구동휠(30)의 회전이 가능하다.

그리고, Z축에 대하여 회전을 시키는 경우 Z축의 한 지점이 고정되고 X 축 또는 Y 축의 임의 지점들을 이동시키면 회전이 가능하다. 특히, Z 축에서의 회전은 X 축 및 Y 축의 여러 지점들이 순차적으로 이동할 경우 더 큰 회전 토크를 얻을 수가 있다. 이 경우, 전자석돌기(21)와 영구자석돌기(31) 사이의 거리는 구동휠(30)의 회전에 간섭을 발생시키지 않도록 적당한 거리를 유지하는 것이 바람직하다. 아울러, 제어모듈을 구동제어부(20) 내에 내장하고 전선과 같은 간섭요인을 제거하면 360도 가까이 회전이 가능하다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 쌍을 이뤄 축을 형성하는 임의의 두 지점은, 구형 형상의 구동제어부 표면에서 동시에 나타나도록 제어된다. 특정 영구자석돌기의 위치를 A 라고 할 때 A 의 위치가 화살표 방향으로 이동하는 경우, 회전방향을 X축이라 가정하고 B-B 가 X축이라고 가정하면, B 지점에서 마주하도록 위치한 구동제어부의 전자석돌기는 B 지점을 고정시키도록 전류가 인가된다. 이 경우, 전술한 바와 같이 원활한 회전을 위하여 적당한 간극을 유지하는 바람직하며, 이때, 구동휠의 Y 축에 해당하는 지점을 C-C 라 하면 C 의 위치에 대응하는 전자석돌기에는 전류가 인가되지 않는다. 그리고, Z 축에 해당하는 위치에 전자석돌기들에 순차적으로 전류를 인가하면 A 위치에 장착된 영구자석돌기를 화살표 방향으로 유도하게 되고 구동휠은 회전하게 된다.

이와 같은 이동이 완료되면, A, B. C 지점에 위치한 전자석돌기들에는 전류를 인가하여 구동휠을 고정시킨다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 샤프트
20 : 구동제어부
21 : 전자석돌기
22 : 스프링
30 : 구동휠
31 : 영구자석돌기

Claims (5)

1. 차량의 자유구동 바퀴 구조에 있어서,
   바(bar) 형상인 샤프트;와
   상기 샤프트의 끝단에 결합되고 표면에 다수 개의 전자석돌기들이 형성된 구동제어부;와
   상기 구동제어부가 안쪽으로 진입하여 위치되도록 일측면이 파인면으로 형성되고 상기 파인면의 표면에는 다수 개의 영구자석돌기들이 형성된 구동휠; 및
   상기 전자석돌기들에 전류를 인가하고 제어하는 제어모듈;을 포함하고,
   상기 구동휠이 구동제어부에 구속되도록 상기 제어모듈이 영구자석돌기의 위치에 따라 전자석돌기들의 자력과 극성을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 자유구동 바퀴 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동제어부는 구형(求刑)으로 형성되고, 상기 구동휠은 반구형(半球形)으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 자유구동 바퀴 구조.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전자석돌기의 돌출된 면과 영구자석돌기의 돌출된 면은 서로 평행을 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량의 자유구동 바퀴 구조.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전자석돌기와 영구자석은 원통형으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 자유구동 바퀴 구조.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동제어부의 표면 아래는 스프링이 장착되어 전자석돌기의 돌출높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 차량의 자유구동 바퀴 구조.

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