KR20130018873A - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 로터는 2개의 평행한 샤프트(1, 2)에 의해 형성되며 로터는 각각의 자석(3) 군 내에서 자기장을 배향하는 재료(4)와 자석(3)의 군들을 포함한다. 자석(5)의 군들에 의해 형성된 스테이터는 각각의 로터 샤프트(1, 2)에 수직인 스테이터 축(6)과 로터에 가까이 위치된다.
각각의 로터 샤프트의 자석(3) 군들은 각각의 로터 샤프트로부터 상이한 거리에서 나선형 라인 위에서 서로 끌어당기도록 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열되며, 스테이터와 상호작용하는 자석(3)의 제 1 군은 각각의 로터 샤프트로부터 가장 멀리 떨어져 배열된 군이며 스테이터와 상호작용하는 마지막 군은 각각의 로터 샤프트에 가장 가깝게 배열된 군이다.
본 발명은 가령, 주된 힘이 인간의 근육으로부터 나올 때 자전거 페달에서와 같이 토크 보조를 위해 사용된다.

Description

모터{MOTOR}

본 발명은 자기모터(magnetic motor)에 관한 것이다.

특허 WO2007113357호와 WO2008068362호는 자석(magnet)들에 의해 형성된 로터와 이와 유사하게 자석들에 의해 형성된 스테이터의 상호작용(interaction)을 기술하고 있는데, 로터와 스테이터 사이의 자력(magnetic attraction)에 의해 회전력(rotation force)이 생성된다. 상기 종래 기술의 특허들에서, 운동을 시작하게 하는 제 1 인력(first attraction)이 존재하지만, 이 제 1 인력은 로터가 스테이터에 매우 가까이 있을 때에만 생성되는데 이는 로터가 스테이터에 가까이 있지 않을 때에는 제 1 인력 따라서 운동을 생성하기 위해 필요한 접근도(closeness)를 구현하기에 불가능하게 만드는 자기반발(magnetic repulsion)이 존재하기 때문이다. 또한, 종래 기술의 특허들에서, 똑같은 거리만큼 떨어져 있도록(separated) 로터 자석의 군(group)들이 배열되면 로터 자석 군들 중에 있는 자기장(magnetic field)은 순환하고(circulate) 로터 내에 있는 자기장은 닫혀서(close) 따라서 로터가 스테이터와 상호작용하기 위한 동력을 손실하는 문제점이 발생된다.

본 발명에서는 잘 알려진 3대 물리학 법칙이 적용된다:

제 1 법칙: 두 자석 사이에 작용하는 인력은 두 자석이 서로 반발할 때 더 크며;

제 2 법칙: 두 자석 사이에 작용하는 인력은 두 자석들이 떨어져 있는 거리에 좌우되고;

제 3 법칙: 한 자석의 자력은 자석의 크기에 좌우된다.

모터는 둘 다 자석으로 구성된 스테이터(stator)와 로터(rotor)에 의해 형성된다. 자석 사이에 여러 인력이 존재한다는 사실을 고려할 때, 로터와 스테이터 자석의 작동 원리를 설명할 수 있도록 하기 위해 로터와 스테이터 자석의 형상이 우선 설명되어야 한다.

로터를 형성하는 구성요소(component)들은 자기장을 배향하는(orient) 재료(material)와 자석의 군(group)들이다. 자석들은 단일의 자극(magnetic pole)과 대향하며(face with) 두 자극과도 대향한다. 자기장을 배향하는 재료는 각각의 자석 군의 단부(end)에 위치된다.

로터 자석 군은 회전 평면(rotation plane)으로부터 떨어져 있는(separate) 원형 또는 엇물림(staggered) 라인 위에서 서로 끌어당기도록 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열되는 방식으로 배열된 자석들에 의해 형성되는데, 이에 따라 자석 군들 중 각각의 자석은 스테이터와 상호작용하기 위해(interacting) 상이한 거리에 위치된다. 자석들은 단일의 자극과 대향하며(face with) 두 자극과도 대향한다. 스테이터와 상호작용하는 각각의 자석의 면(face)은 자극을 가진다(도 1). 각각의 자석 군들은 회전 운동을 할 수 있게 하기 위해 스테이터와 자기적으로 상호작용하는(magnetically interact) 자석 군의 제 1 영역(first area)에 있는 단부를 가진다. 상기 자석 군의 단부는 자기장을 배향하는 재료 옆에 있는 단일의 자극을 가진다(도 1).

스테이터는 서로 가깝게 배열된 자석들과 한 단부에서 자기장을 배향하는 재료에 의해 형성된다. 스테이터는 서로 끌어당기는 방식으로 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열되도록 배열되어 크기가 점차 작아지게 되는 다양한 크기를 가진 자석들에 의해 형성된다. 이 자석들은 단일의 자극과 대향하며 두 자극과도 대향하며, 로터와 상호작용하는 각각의 자석 면(face)은 두 자극을 가진다. 따라서, 각각의 스테이터 자석은 로터와 상호작용하기 위해 상이한 거리에 위치된다.

자기장을 배향하는 재료는 자기장을 통해 관통하는 경로(path)를 제공하는 고-투자율(magnetic permeability)을 가진 재료일 수 있다. 따라서 상기 재료는 자극으로서 작용한다.

자석이 가까이 위치될 때, 가령, 도 1의 단계(A)에서, 스테이터와 로터 사이의 자기 상호작용(magnetic interaction)이 생성되며, 제 1 법칙에 따르면, 제 1 로터 자석의 북극(north magnetic pole)과 제 1 스테이터 자석의 남극(south magnetic pole) 사이에는 매우 강력한 인력이 존재한다. 상기 인력은 작은 점선으로 표시된다. 그 뒤, 단계(B)에서는, 두 인력 즉 제 1 로터 자석의 북극과 제 2 스테이터 자석의 남극 사이에 인력이 생성된다. 또한, 상기 단계(B)에서, 제 1 스테이터 자석의 북극과 제 2 로터 자석의 남극 사이에도 인력이 존재하지만, 이 인력들은 제 2 및 제 3 법칙에 따라 약하며, 이는 자석들이 상당한 거리만큼 떨어져 있으며 자석들이 점차 작아지기 때문이다. 그 후, 단일 방향으로 로커가 회전할 수 있게 하는 점차 약해지는 또 다른 인력이 존재한다.

본 발명은 로터 샤프트의 자석의 다양한 군의 신규한 형상(configuration)을 제공한다. 자석에 의해 형성된 로터 군은 신규한 형상을 형성하기 위해 매우 가까이 위치된다. 각각의 샤프트의 자석 군들은 회전 샤프트로부터 상이한 거리를 가진 나선형 라인(helical line) 위에서 상이한 회전 평면의 반경 위에 위치된다(도 2). 다음은 이러한 구조를 가진 디자인에 대한 설명으로서, 스테이터와 상호작용하는 자석의 제 1 군은 각각의 로터 샤프트로부터 가장 멀리 위치되며 스테이터와 상호작용하는 자석의 마지막 군은 로터 샤프트에 가장 가까이 위치된다(도 2).

종래 기술에 언급된 제 1 인력의 문제를 해결하기 위하여, 일정한 거리만큼 떨어져 있는 2개의 평행한 회전 샤프트에 의해 형성된 로터를 가진 모터가 제공된다. 각각의 로터 샤프트는 샤프트의 반경 위에 위치된 자석 군들을 가진다. 상기 문제에 대한 해결책은 각각의 샤프트의 군의 단부(end)의 자기 극성(magnetic polarity)을 다른 샤프트의 군의 단부의 자기 극성에 대해 반대로 만드는 이유이다. 따라서, 각각의 샤프트는 정반대의 자기 극성을 가진 반경 단부를 가지며 상기 반경을 가진 자석의 군들이 가장 가까운 위치에 배치될 때까지 샤프트를 회전하게 하는 인력이 존재한다. 이러한 회전 운동은 로터 회전을 시작하게 하는(initiate) 운동이다.

본 발명에서의 스테이터는 두 샤프트를 떨어뜨려 놓는 일직선 라인의 중앙에 위치된다. 로터가 두 샤프트와 함께 형성되기 때문에, 두 밀폐 영역(close area)을 가진 자석으로 제조된 스테이터가 형성되어야 한다. 각각의 스테이터 영역은 가장 가까이 위치된 샤프트의 로터 군들과만 자기적으로 상호작용한다(magnetically interact).

모터의 회전 운동은 처음에 두 회전 샤프트의 군들의 단부의 인력에 의해 발생되며, 그 뒤, 자석의 로터 군들은 도 1에 관해 위치에 기술한 설명에 따라 스테이터로 끌어당겨진다. 각각의 스테이터 영역은 우선 각각의 회전 샤프트로부터 가장 멀리 위치된 자석의 군들을 끌어당기며 그 뒤 자석의 마지막 군까지 다른 군들을 끌어당긴다.

본 발명은 3개의 이점을 가진다. 첫 번째 이점은 운동을 시작하는 제 1 자력이 생성되는 것이다. 두 번째 이점은 이 군들이 가까이 위치되기 때문에 자기장이 강화되고(strengthen) 종래 기술의 특허에서와 같이 공간으로 인해 자기장이 손실되지 않는다는 점이다. 세 번째 이점은 각각의 샤프트 위에서 자석의 군들이 나선형으로 배열되기 때문에 이에 따라 로터는 스테이터의 인력장(attraction field)으로부터 훌륭하게 벗어날 수 있다는(escape) 점이다.

도 1은 로터 자석(3)과 스테이터 자석(5) 사이의 상호작용을 도시한 도면이다. 단계(A 및 B)에서, 작은 점선은 자석막대의 인력(attraction)을 보여준다.
도 2는 회전 샤프트(1)로부터 서로 다른 거리에 있는 로터 자석(3) 군의 신규한 나선형 형상을 보여준다. 자석(5)에 의해 형성된 스테이터는 로터의 나선형 형상에 가깝다.
도 3은 일정 거리만큼 떨어져 있는 로터의 두 샤프트(1, 2)를 도시한 도면이다. 각각의 샤프트는 위에서 언급한 나선형 형상을 가지지만 더 많은 군의 자석(3)을 가진 또 다른 평면을 포함한다. 두 자석(5) 영역에 의해 형성된 스테이터는 상기 거리의 중앙에 위치하여 두 샤프트(1, 2)가 떨어져 있다.

모터는 로터(rotor)와 스테이터(stator) 내의 자석들에 의해 형성된다. 이 자석들은 단일의 자극(magnetic pole)과 대향하며(face with) 두 자극과도 대향한다.

로터는 일정 거리만큼 떨어져 있는 2개의 평행한 샤프트(1, 2)를 포함한다. 로터를 구성하는 구성요소들은 자기장을 배향하는(orient) 재료(4)와 자석(3)의 군(group)들이며, 상기 재료(4)는 각각의 군들의 단부(end) 위에 위치된다. 이 군들은 각각의 샤프트(1, 2)의 반경에 배열된다.

스테이터는 자기장을 배향하는 재료(4)와 2극 자석(5)을 가진 2개의 근접 영역들에 의해 형성되는데, 상기 재료(4)는 각각의 스테이터 영역의 단부 위에 위치된다. 스테이터는 각각의 샤프트로부터 똑같은 거리에 두 회전 샤프트(1, 2)가 떨어져 있는 일직선 라인 위에 배열된다. 스테이터는 각각의 회전 샤프트에 대해 수직인 축(6)을 형성한다. 각각의 스테이터 영역을 형성하기 위하여, 다양한 크기를 가지지만 비슷한 폭을 가진 2극 자석(5)은 서로 끌어당기는 방식으로(in attraction mode) 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열된다. 자석(5)은 단일의 자극을 가진 자석의 최대 표면(largest surface)의 평평면(flat face)들 위에서 서로 끌어당겨지고 짧은 거리만큼 떨어져서 최대 표면의 면이 점차 줄어든다. 자석(5)은 단일의 자극을 가진 2개의 평평면들을 가지며 두 자극을 가진 각각의 스테이터 자석(5)의 면들은 스테이터 축(6)에 대해 평행하다(도 1). 자기장을 배향하는(orient) 재료(4)는 최대 표면을 가진 스테이터의 단부에 위치된다. 재료(4)는 단일의 자극을 가진 단부의 자석(5)의 면에 대해 평행한 단부에 위치된다.

모터의 스테이터는, 각각의 스테이터 영역이 가장 가까운 샤프트의 로터 군들과만 자기적으로 상호작용하는(magnetically interact) 경우, 서로 가까운 자석(5)을 가진 두 영역에 의해 형성된다.

각각의 로터 군은 다양한 크기를 가지지만 비슷한 폭을 가진 직사각형의 2극 자석(3)들에 의해 형성되며, 이 자석들은 단일의 자극과 대향하며(face with) 두 자극과도 대향한다. 자석(3)은 단일의 자극을 가진 두 평평면을 가진다. 이 자석(3)들은 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열되고 단일의 자극을 가진 자석(3)의 최대 표면의 평평면에 의해 서로 끌어당겨진다. 이 자석(3)들은 짧은 거리만큼 떨어져서 스테이터로부터 상이한 거리에 두 단부를 가진 엇물림 구조(staggered structure) 또는 원형 구조를 형성한다. 서로 끌어당기지 않는 면들은 스테이터와 상호작용하기 위해 두 자극을 가진다. 다양한 크기를 가진 자석(3)들은 최대 표면을 가진 면들이 점차 줄어들게 배치되도록 배열된다. 군의 최대 표면을 가진 면을 가진 자석(3)은 스테이터에 가장 가까운 군의 단부에 위치된다.

각각의 로터 군의 자기장을 배향하는 재료(4)는 군의 단부에서 자석(3)의 면에 대해 평행한 스테이터에 가장 가까운 단부에 위치되며 단일의 자극 옆에 위치된다. 스테이터와 로터의 자기장을 배향하는 재료(4)는 유도 전류를 생성할 때 전류가 자기장이 통과하는 것을 중단시키는 고-전기전도성(electric conductivity)을 가진 재료 또는 고-투자율(magnetic permeability)을 가진 재료, 또는 이 두 재료들의 조합일 수 있다.

두 로터 샤프트(1, 2)의 자석(3) 내의 자극들의 위치는 하기 설명에 해당하는데, 재료(4)를 가진 샤프트(1)의 군의 단부 극(end pole)은 다른 샤프트(2)의 군의 재료(4)를 가진 단부 극에 대해 반대인 자기 극성(magnetic polarity)를 가지며, 이에 따라 로터 샤프트(1, 2)의 반경을 가진 단부 사이에서 인력(attraction)이 존재한다.

로터에 대한 스테이터 자석(5)의 위치는 회전 운동(turing movement)에 대한 것으로서, 이는 상호작용하는 제 1 로터 및 스테이터 자석들이 최대 크기를 가진 단부를 가진 자석들이기 때문이다. 각각의 스테이터 영역 위에 있는 로터 자석들에 대해 스테이터 자석 위에 있는 자극들의 위치는 하기 설명에 해당하는데, 각각의 스테이터 영역의 자기장을 배향하는 재료(4)를 가진 단부 극은 가장 가까운 샤프트의 로터 군을 가진 재료(4)를 가진 단부 극과 똑같은 자기 극성을 가진다.

모터 동력(motor power)을 올리기 위하여, 서로 끌어당기고 있는 여러 자석(3) 군들이 각각의 로터 샤프트(1, 2)의 반경 위에 위치된다. 각각의 로터 샤프트(1, 2) 위의 여러 군들의 가장 훌륭한 형상은, 두 자석(3) 군이 동일한 평면에서 한 자석 뒤에 다른 자석이 있도록 서로 매우 가까이 위치되고, 스테이터와 상호작용하는 제 1 자석(3) 굽이 로터 샤프트(1)로부터 가장 멀리 위치되며(도 2), 제 2 자석(3) 군이 제 1 자석 군 뒤에 배열되고 로터 샤프트(1)에 다소 가까이 위치되며, 제 3 자석(3) 군이 또 다른 회전 평면, 가령, 스테이터 축(6)에 가까운 평면 위에 위치되어야 하고, 상기 군은 로터 샤프트(1)에 가장 가깝게 위치될 때 구현된다. 모터를 형성하기 위해 가장 훌륭한 형상은 도 3에 도시된 형상이며, 또 다른 회전 평면이 제 3 자석(3) 군 뒤에서 동일한 샤프트 위에서 각각의 로터 샤프트(1, 2) 위에 위치되고, 각각의 로터 샤프트로부터 가장 멀리 위치된 제 1 군과 한 자석 뒤에 다른 자석이 있는 동일한 평면 위에 위치된 2개의 매우 가까운 군과 같은 형상을 가지며, 이에 따라 각각의 스테이터 영역은 3개의 회전 평면 사이에 위치된다(도 3).

본 발명은, 가령, 주된 힘이 인간의 근육으로부터 나올 때 자전거 페달에서와 같이 회전 토크(rotation torque)에 도움을 주는 장치에 적용된다.

Claims (3)

1. 2극 자석(bipolar magnet)에 의해 형성되는 로터(rotor)와 스테이터(stator) 및 자기장을 배향하는(orient) 재료(4)를 포함하는 모터로서, 상기 로터와 스테이터 자석은 단일의 자극(magnetic pole)과 대향하며(face with) 두 자극과도 대향하고, 상기 자석들은 단일의 자극을 가진 두 평평면(flat face)을 가지며, 스테이터는 서로 끌어당기는 방식으로(in attraction mode) 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열되고 다양한 크기를 가지지만 비슷한 폭을 가진 자석(5)을 포함하며, 인력(attraction)은 단일의 자극을 가진 최대 표면의 평평면 위에 작용하고, 상기 자석(5)은 짧은 거리만큼 점차 작아지게 되는 최대 표면의 면(face)과 떨어지며, 두 자극을 가진 각각의 스테이터 자석(5)의 면들은 스테이터 축(6)에 대해 평행하고, 자기장을 배향하는(orient) 재료(4)는 최대 표면을 가진 스테이터 단부에 위치되며, 재료(4)는 단부 자석(5) 면에 대해 평행하고, 로터는 각각의 군의 단부 중 한 단부에 자기장을 배향하는 재료(4) 및 자석(3)에 의해 형성된 군(group)을 포함하며, 이 군들은 로터의 반경 위에 위치되고, 로터 자석(3)의 각각의 군은 다양한 크기를 가지지만 비슷한 폭을 가진 자석(3)에 의해 형성되며, 이 자석들은 한 자석 뒤에 다른 자석이 배열되고 단일의 자극을 가진 최대 표면의 평평면에 의해 서로 끌어당겨지며, 스테이터로부터 상이한 거리에 있는 두 단부를 가진 원형 구조를 형성하기 위해 자석(3)의 최대 표면의 면은 점차 작아지게 되고, 서로 끌어당기지 않는 면들은 스테이터와 상호작용하기 위한 자극을 가지며, 로터 자석(3)의 각각의 군의 자기장을 배향하는 재료(4)는 단부 자석(3) 면에 대해 평행한 스테이터에 가장 가까운 단부에 위치되는 모터에 있어서,
   로터는 일정 거리만큼 떨어져 있는 2개의 평행한 회전 샤프트(1, 2)에 의해 형성되고, 스테이터는 상기 거리의 중앙에 위치되며 스테이터는 자석(5)의 두 근접 영역들에 의해 형성되고, 각각의 영역은 가장 가까운 샤프트(1, 2)의 로터 군들과만 자기적으로 상호작용하며(magnetically interact), 각각의 로터 샤프트(1, 2) 위에서 로터 자석(3)의 군들은 각각의 샤프트(1, 2)의 반경 위에서 서로 끌어당기도록 가까이 위치되고, 적어도, 회전 샤프트까지 상이한 거리를 가진 나선형 라인(helical line) 위와 각각의 샤프트(1, 2) 위에서, 각각의 스테이터 영역과 상호작용하는 로터 자석(3)의 제 1 군은 회전 샤프트로부터 가장 멀리 위치되며 각각의 스테이터 영역과 상호작용하는 로터 자석(3)의 마지막 군은 회전 샤프트에 가장 가까이 위치되는 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   로터 샤프트(1)의 로터 자석(3)의 군들은 자기장을 배향하는(orient) 재료(4)를 포함하는 단부 극(end pole)을 가지며, 다른 로터 샤프트(2)의 군들의 재료(4)를 가진 단부 극들에 대해 반대인 자기 극성(magnetic polarity)을 가지는 것을 특징으로 하는 모터.
3. 제 1 항에 있어서,
   각각의 스테이터 영역은 가장 가까운 샤프트의 로터 군의 재료(4)를 가진 단부 극과 똑같은 자기 극성을 가지며 자기장을 배향하는(orient) 재료(4)를 가진 단부 극을 가지는 것을 특징으로 하는 모터.

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