KR20170110587A - 와전류 제동을 통합하는 트랜스미션 장치 - Google Patents

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KR20170110587A
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Abstract

본 발명은 트랜스미션 장치에 관한 것으로, 이러한 트랜스미션 장치는 적어도 하나의 구동 부재와, 적어도 하나의 구동된 부재를 포함하고, 적어도 하나의 구동 부재로부터의 움직임의 전달을 통해 적어도 하나의 구동된 부재의 움직임이 촉진되고, 상이한 상대 속도로 움직이는 드래그 힘 유도 요소들은 적어도 하나의 전도체와 적어도 하나의 자석을 포함하며, 요소 각각은 그러한 요소들이 움직일 때 상호 작용하는 것을 허용하고, 와전류 드래그 힘들을 발생시키는 것을 허용하는 방식으로 트랜스미션 장치를 통해 결합되고, 그로 인해 요소들은 구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임의 속도를 지배하는 행위를 한다. 이러한 전도체는 와전류 제동 효과를 적용 또는 취소하기 위해 앞으로 또는 뒤로 축 방향으로 구동될 수 있다.

Description

와전류 제동을 통합하는 트랜스미션 장치{TRANSMISSIONS INCORPORATING EDDY CURRENT BRAKING}
본 발명은 트랜스미션 장치(transmission mechanism)와, 와전류 드래그 요소들을 통합하는 사용 방법, 및 그렇게 할 때 부재들 사이의 움직임을 제어하거나 맞게 조정하는 것에 관한 것이다.
와전류 관련 장치들 분야에서의 본 출원인의 공동 계류중이고 특허 허여된 특허들에는 US8851235, US8490751, NZ619034, NZ627617, NZ627619, NZ627633, NZ627630과 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 다른 등가물(equivalent)들이 포함된다. 이들 특허 출원에서 설명된 장치들은, 예를 들면 그것들이 움직임을 제어하는 마찰이 없는 방법들을 제공하는 것으로 인해, 유용할 수 있다. 하지만, 와전류 상호 작용을 바꾸고 와전류 상호 작용을 전달하는 다른 방법들이 또한 달성될 수 있거나, 적어도 대중에게 선택권을 제공한다.
이러한 트랜스미션 장치와 사용 방법들의 추가 양태들과 장점들은 오직 예로서만 주어지는 이어지는 설명으로부터 곧 알 수 있다.
본 명세서에서는 트랜스미션 장치와, 부재들 사이의 상대적 움직임을 제동하기 위한 사용 방법이 설명되고, 부재들의 움직임과 제동은 하나 이상의 전달 요소를 통해 지시된다. 이러한 트랜스미션 장치와 사용 방법은 증대된 제동/지체 성능을 허용하고, 이로 인해 와전류 요소가 외부 동력원에 직접 결합되는 것으로 관찰된 것에 비해 더 큰 성과를 제공한다.
제1 양태에서는, 트랜스미션 장치가 제공되는데, 이러한 트랜스미션 장치는
적어도 하나의 구동 부재(동력원)와,
적어도 하나의 구동된 부재를 포함하고,
이러한 적어도 하나의 구동된 부재의 움직임은 적어도 하나의 구동 부재로부터의 움직임의 전달을 통해 촉진되며,
상이한 상대 속도로 움직이는 드래그 힘 유도 요소들은 적어도 하나의 전도체와 적어도 하나의 자석을 포함하고, 요소 각각은 그러한 요소들이 움직일 때 상호 작용하고 와전류 드래그 힘들을 발생시키는 것을 허용하는 방식으로 트랜스미션 장치와 결합되어 있으며 그로 인해 그러한 요소들은 구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임 비율(rate)을 지배하는 행위를 한다.
제2 양태에서는, 부재들 사이에서 와전류 드래그 힘을 전달하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은
(a) 실질적으로 본 명세서에서 설명된 것과 같은 트랜스미션 장치를 선택하는 단계;
(b) 적어도 하나의 구동 부재에 원동력을 인가하고, 이로 인해 적어도 하나의 구동된 부재에 원동력을 인가하는 단계; 및
(c) 적어도 하나의 구동된 부재의 움직임을 야기함으로써, 적어도 하나의 구동 부재 또는 적어도 하나의 구동된 부재에 와전류 드래그 힘을 유도하여, 전달을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 부재 또는 부재들의 움직임을 지체시키는 단계를 포함한다.
전술한 트랜스미션 장치와 사용 방법의 장점은 와전류 드래그 힘을 직접적으로 또는 간접적으로 향하게 하고 전달하는 능력을 포함한다. 또한, 와전류 유도된 힘의 전달은 제동 효과를 증가시키는 능력을 허용함으로써, 직접 결합된 와전류 제동 장치에 비해 장치의 효율성을 증가시킨다.
이러한 트랜스미션 장치와 사용 방법의 또 다른 양태들은 오직 예로서만 주어지고 첨부 도면을 참조하여 주어지는 이어지는 설명으로부터 명백하게 된다.
도 1은 베벨(bevel) 기어 동력 전달의 예를 예시하는 도면.
도 2는 와전류 드래그 요소를 통합하는 베벨 기어 트랜스미션 장치의 예를 예시하는 도면.
도 3은 스풀 및 기어 동력 전달의 실시예의 이미지들을 예시하는 도면.
도 4a는 웜 드라이브(worm drive)와 스풀 실시예의 사시도와 입면도.
도 4b는 플런저 요소들이 맞물린 웜 드라이브를 또한 사용하는 플런저 배치의 이미지의 입면도를 예시하는 도면.
도 4c는 플런저 요소들이 분리된 웜 드라이브를 또한 사용하는 플런저 배치의 이미지의 입면도를 예시하는 도면.
위에서 주목된 것처럼, 본 명세서에서는 트랜스미션 장치들과 부재들 사이의 상대적인 움직임에 제동을 하기 위한 사용 방법이 설명되고, 부재들의 움직임과 제동은 하나 이상의 전달 요소를 통해 지시된다. 이러한 트랜스미션 장치와 사용 방법은 증대된 제동/지체 성과를 허용함으로써, 와전류 요소들이 외부 동력원에 직접 결합되는 것으로 관찰된 것에 비해 더 큰 성과를 제공한다.
본 명세서의 목적상, '약(about)' 또는 '대략(approximately)'이라는 용어와 그것들의 문법에 맞는 변화(variation)들은, 기준 수량(quantity), 레벨, 정도, 값, 개수, 빈도수(frequency), 백분율, 치수(dimension), 사이즈(size), 양(amount), 무게 또는 길이까지 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1%만큼이나 많이 변하는 수량, 레벨, 정도, 값, 개수, 빈도수, 백분율, 치수, 사이즈, 양, 무게 또는 길이를 의미한다.
'실질적으로(substantially)'라고 하는 용어 또는 그것의 문법에 맞는 변화는 적어도 약 50%, 예를 들면 75%, 85%, 95% 또는 98%를 가리킨다.
'포함한다(comprise)'라는 용어와 그것의 문법에 맞는 변화는 총괄적(inclusive) 의미를 가지는데, 즉 그것이 직접 가리키는 열거된 성분들뿐만 아니라, 다른 특정되지 않은 성분들 또는 요소들을 포함하는 것을 의미하기 위해 취해진다.
제1 양태에서는 트랜스미션 장치가 제공되는데, 이러한 트랜스미션 장치는 적어도 하나의 구동 부재(동력원)와 적어도 하나의 구동된 부재를 포함하고, 이러한 적어도 하나의 구동된 부재의 움직임은 적어도 하나의 구동 부재로부터의 움직임의 전달을 통해 촉진되며,
상이한 상대 속도로 움직이는 와전류 드래그 힘 유도 요소들은 적어도 하나의 전지 전도체와 적어도 하나의 자석을 포함하고, 요소 각각은 요소들이 움직일 때 상호 작용하고 와전류 드래그 힘들을 발생시키는 것을 허용하는 방식으로 트랜스미션 장치와 결합되며, 그로 인해 요소들은 구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임 속도를 지배하는 행위를 한다.
전달은 구동 부재의 움직임을 적어도 하나의 제2 구동된 부재의 움직임으로 전달할 수 있다. 예를 들면, 구동 부재 샤프트의 회전을 구동된 부재 샤프트의 회전으로 전달한다. 전달은 기어 박스 결합, 코그(cog) 또는 코그들을 통해 이루어질 수 있다. 전달은 구동 부재 및/또는 구동된 부재(들)가 함께 풀어질 수 있게 이어질 수 있도록 죔쇠(fastener)들을 이용하지 않는 결합을 통해 이루어질 수 있다.
위에서 주목된 것처럼, 와전류 드래그 힘 유도 요소들은 트랜스미션 장치 내에 통합될 수 있다. 와전류 드래그는 전기적으로 전도성인 요소가 자기장에서 움직일 때(또는 그 반대일 경우도 성립) 유도되고, 그럴 경우 유도된 와전류 드래그 힘들은 전도성 요소와 자기장 사이의 상대적인 움직임을 느리게 한다.
적어도 하나의 전도체는 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 직접 결합될 수 있고, 적어도 하나의 자석은 트랜스미션 장치를 거쳐 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 간접적으로 결합되며,
(a) 트랜스미션 장치는 양 요소들을 회전 가능하게 움직이고,
(b) 그러한 요소들에 의해 유도된 반응 토크(와전류 드래그 힘 효과들)가 트랜스미션 장치의 구동 부재로 옮겨진다.
대안적으로, 적어도 하나의 자석이 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 직접 결합될 수 있고, 적어도 하나의 전도체가 트랜스미션 장치를 거쳐 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 간접적으로 결합되며,
(a) 트랜스미션 장치는 양 요소들을 회전 가능하게 움직이고,
(b) 그러한 요소들에 의해 유도된 반응 토크(와전류 드래그 힘 효과들)가 트랜스미션 장치의 구동 부재로 옮겨진다.
적어도 하나의 전기 도체와 적어도 하나의 자석은 서로에 대해 독립적일 수 있고, 트랜스미션 장치에 의해 적어도 하나의 구동 부재에 간접적으로 결합될 수 있다. 이러한 배치를 이용하는 트랜스미션 장치의 한 가지 타입이 베벨 드라이브일 수 있다. 이 역시 알 수 있듯이, 이러한 배치는 또한 적어도 하나의 전도체와 적어도 하나의 자석 모두에 관해 변하는 전송률을 가지는 가능성을 허용한다.
적어도 하나의 구동 부재는 샤프트 또는 회전하는 결합체(coupling)일 수 있다. 회전 구동 토크가 힘에 의해 부과될 수 있다. 예를 들면, 그러한 힘은 구동 부재에 이어진 물체에 의해 발생될 수 있고, 비제한적인 예에는 라인을 거쳐 스풀(spool)에 이어진 휠(wheel)이나 물체가 포함되며, 스풀은 오토빌레이(autobelay) 또는 추락(fall) 안전장치에 관한 경우 그러하듯이 그러한 물체가 라인으로 하여금 스풀로부터 풀어주게 할 때 회전한다. 이들 장치는 아래에 더 상세히 설명된다.
적어도 하나의 제2 구동된 부재는 샤프트이거나 역시 회전하는 커플링일 수 있다.
위 실시예에서, 적어도 하나의 구동 부재의 회전 움직임은 적어도 2개의 구동된 부재가 반대 방향으로 회전하도록 촉진한다. 일 실시예에서, 회전 실시예에서의 구동 부재와 적어도 하나의 구동된 부재는 서로에 대해 기울어져 있을 수 있고, 움직임은 트랜스미션 장치를 거쳐 상이한(반대) 방향으로 전달된다. 병진(translation)의 각도는 적어도 1 또는 5 또는 10, 또는 15, 또는 20, 또는 25, 또는 30, 또는 35, 또는 40, 또는 45, 또는 50, 또는 55, 또는 60, 또는 65, 또는 70, 또는 75, 또는 80, 또는 85, 또는 90도의 범위를 가질 수 있다. 그러한 실시예에서는 각도의 변화를 구동하기 위해 베벨 기어박스가 사용될 수 있다. 본질적인 것은 아니라도, 와전류 상호작용으로 인해 함께 작용하는 구동 부재들의 이러한 배치는 위에서 설명된 실시예에서 특별히 강한 제동 행위를 제공할 수 있는데, 즉 자기장과 전도체 사이에서 반대되는 상대적 움직임으로 인해 와전류 드래그 힘을 효과적으로 확대시키는(2배로 유도하는) 카운터 로테이션(counter rotation)이 구동 부재들 사이에서 일어난다.
위에서 주목된 회전 움직임 단독으로는 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 이는 예를 들면 구동 부재 또는 부재들이 대신 선형 및/또는 축 병진 운동을 또한 겪을 수 있기 때문이고, 그 예가 아래에 추가로 설명된다.
트랜스미션 장치는 고정된 축 주위에서 회전 가능하게 부재들 모두를 움직일 수 있다. 일 실시예에서, 비록 오프셋(offset) 축들이 또한 사용될 수 있을지라도 고정된 축은 요소들 사이의 공통 축일 수 있다.
구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임의 비율은 미리 결정되거나 미리 설정될 수 있다. 이는 예를 들면 투스(tooth) 및 코그 기어 배치를 통해 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임의 비율은 대략 1:0.001 내지 1:1000의 범위를 가질 수 있다. 비록 다른 비율이 장치에 관한 최종 적용예에 따라서 유용할 수 있지만, 구동 부재와 구동된 부재의 비율은 대략 1:0.001, 또는 1:0.005, 또는 1:0.01, 또는 1:0.05, 또는 1:0.1, 또는 1:0.5, 또는 1:1, 또는 1:5, 또는 1:10, 또는 1:50, 또는 1:100, 또는 1:500, 또는 1:1000일 수 있다. 일 실시예에서, 비록 장치에 관한 최종 적용예에 다라서 다른 비율이 유용할 수 있지만, 구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임의 비율은 대략 1:1일 수 있다.
일 예에서, 트랜스미션 장치는
(a) 전송 비율과 구동 부재(동력원) 속도에 의해 지배된 회전 속도로 적어도 하나의 전도체가 회전하고,
(b) 전도체의 회전 방향과 반대인 회전 방향으로의 구동 부재 속도와 전송 비율에 의해 지배된 회전 속도로 적어도 하나의 자석이 회전하도록 배치될 수 있다.
구동 부재와 구동된 부재의 움직임의 비율은, 일단 와전류 드래그 림들이 유도되면 변할 수 있고, 임계 속도에 도달할 때까지 계속해서 변할 수 있으며, 그러한 임계 속도는 적어도 하나의 구동 부재에 작용하는 회전 속도 증가에 따라 와전류 드래그 힘이 증가하지 않는 속도이다.
와전류 드래그 힘 발생이 일어날 때에는, 적어도 하나의 구동 부재에 적용된 임계 속도까지는 와전류 요소들 사이의 제동 토크가 전송 비율의 2배만큼 증가한다.
와전류 드래그 힘 발생이 일어날 때에는, 적어도 하나의 구동 부재에 적용된 임계 속도까지는 와전류 요소들 사이의 제동 토크가 적어도 하나의 구동된 부재와 적어도 하나의 구동 부재 모두에 대해 트랜스미션 장치를 통해 작용할 수 있다.
대안적으로, 와전류 드래그 힘 발생이 일어날 때에는, 적어도 하나의 구동 부재에 적용된 임계 속도까지는 와전류 요소들 사이의 제동 토크가 트랜스미션 장치와 적어도 하나의 구동된 부재를 통해 적어도 하나의 구동 부재에 작용할 수 있다. 이 실시예에서, 와전류 요소들은 적어도 하나의 구동 부재에 직접 결합되지 않을 수 있다. 이 실시예는 와전류 제동 효과를 통해 달성된 토크의 추가 증가가 하나의 와전류 요소(적어도 하나의 전도체 또는 적어도 하나의 자석)에만 결합된 적어도 하나의 구동 부재를 가지고 요망되는 경우에 사용될 수 있다.
임계 속도 위에서는, 반응 토크가 직접 결합된 시스템에 대해 배가된 채로 있을 수 있고, 그러한 반응 토크는 임계 속도를 초과하는 속도 변화에 대해서도 거의 일정하게 유지된다.
위 내용으로부터 알 수 있듯이, 설명된 장치는 직접 결합된 와전류 드래그 장치보다 상당히 더 증가된 드래그 힘 효과들을 허용한다. 다시 말해, 와전류 드래그 힘 효과들의 토크와 임계 속도까지는 본 명세서에서 설명된 장치가,
·전송 부재들에 대한 와전류 드래그 힘 작용의 임계 속도까지 회전 속도에 있어서의 제동 토크를 거의 2개가 되게 할 수 있고,
·와전류 요소들에 대해 거의 2배가 된 토크가 2개의 위치에서 구동 부재(동력원)에 작용하게 함으로써, 토크를 2배로 더 만들 수 있으며,
·이는 구동 부재(동력원)에 직접 결합된 동일한 와전류 요소들에 관한 것에 비해 동력원에 거의 4배인 반응 토크를 제공하는 것을 볼 수 있다. 또, 모티브(motive) 입력에서 명백한 임계 속도는 직접 결합된 시스템의 임계 속도의 절반이다.
위에서 주목된 것처럼, 임계 속도는 와전류 드래그 힘이 회전 속도 증가에 따라 증가하지 않는 포인트이고, 반응 토크는 직접 결합된 시스템에 비해 배가된 상태로 남아 있으며, 거의 일정하고/일정하거나 제어된 채로 있다. 즉, 임계 속도 위에서는 구동 부재로의 여분의 힘 입력이 동일한 와전류 드래그 힘 출력을 만들어낸다.
트랜스미션 장치는 웜 드라이브(worm drive)일 수 있다. '웜 드라이브'라는 용어는 웜(나사 형태를 갖는 기어)이 짝이 되는 기어와 맞물리는 기어 장치를 가리킨다. 비슷한 장치를 갖는 다른 타입의 드라이브 역시 이에 포함되는데, 이러한 용어는 각이 지게 오프셋된 축을 갖는 헬리컬(helical) 기어들 및/또는 서로에 대해 각이 지게 회전되는 회전축을 갖는 헬리컬 스퍼(spur) 기어들을 포함한다. 이 실시예에서, 전송은 구동 부재의 회전 속도로부터 와전류 유도 요소 또는 요소들의 회전 속도까지 속도에 있어서의 스텝 업(step up)을 제공하는 모드에서 이루어질 수 있고, 이로 인해 구동 부재의 회전 속도에 저항하는 힘을 제공한다.
기어 인터페이스에서의 전송 비율 및/또는 마찰 계수는, 규정된 레벨의 기계적 효율을 가지고 전송이 이루어지도록 선택될 수 있다. 규정된 레벨의 기계적 효율은 유도된 와전류 드래그 힘과 수치상 기어 비율에 의해서만 제공된 것에 비해 보충적인 지체(retarding) 토크를 제공하기에 충분히 낮을 수 있다. 실제로는, 장치가 낮은 기계적 효율을 가지는 것, 즉 전송시 상당한 기계적 손실이 있는 것이 생각될 수 있다. 규정된 레벨의 기계적 효율(만약 낮다면)은 와전류 드래그 힘과 수치상 기어 비율에 의해서만 주어진 것을 초과하는 원동력에 대해서 반응 토크의 증가를 가져온다. 이로 인한 이익은 웜 시스템에서의 기계적 손실이 마찰 법칙의 지배를 받는 것처럼 와전류 드래그 힘에 비례하는 보충적인 지체 토크로서 사용될 수 있고, 이로 인해 매우 높은 효율을 갖는 전송 시스템과 결합된 와전류 제동 시스템에 비해 와전류 드래그 힘의 요구된 토크 요구량을 감소시킨다는 점이다.
위 웜 드라이브 실시예에서는, 와전류 요소 유도된 제동 토크에 거의 비례하게 마찰 토크가 보유될 수 있다. 알 수 있듯이, 이러한 배치는 와전류 유도된 제동 토크를 확대시키는 작용을 할 수 있다.
트랜스미션 장치는 축 방향으로 고정된 와전류 요소를 보유하는 웜을 사용하는 웜 드라이브를 포함하도록 구성될 수 있다. 알 수 있듯이, 이는 매우 간단한 배치이지만, 움직일 때 와전류 유도된 제동 효과들을 가지고 전송된 구동 요소와 구동된 요소의 바라는 목적을 달성한다.
이러한 트랜스미션 장치는 벽과, 내부에 만들어진 공간(void)을 포함하는 튜브와, 튜브 공간 내에 꼭 들어맞는 실린더를 포함하도록 구성되고, 이러한 실린더는 입력 토크를 제공하는 구동 부재에 이어진(linked) 구동된 부재이며, 이러한 실린더는 그것이 튜브 공간의 안과 밖으로 적어도 부분적으로 통과할 수 있도록, 튜브에 대한 실린더의 축 방향 병진 운동을 통해 튜브에 대한 구동 부재에서의 입력 토크에 대한 응답으로 움직이고, 튜브에 대한 실린더의 회전은 세로축 주위에서 이루어지고, 그러한 축은 튜브 공간을 통과하며,
이러한 튜브와 실린더에는 하나 이상의 와전류 유도 요소가 결합되고, 사용시에는 실린더가 적어도 부분적으로 튜브 공간에 들어가도록 튜브 및/또는 실린더가 구동된 부재에 의해 야기된 축 방향 병진 운동을 통해 움직여질 때, 구동된 부재의 회전시의 제동 반응력이 유도된 와전류 드래그 힘 발생으로 인해 발생함으로써, 구동 부재의 회전 속도를 낮추게끔 실린더와 튜브는 서로에 대해 상이한 상대적인 회전 속도를 가진다.
위 구성에서, 튜브와 실린더 사이의 중첩 정도는 와전류 유도된 드래그 힘의 정도를 결정할 수 있다.
실린더에 인가된 축 방향 힘은 구동된 부재에 의해 부가될 수 있고, 인가된 축 방향 힘의 정도는 구동 부재에 작용하는 토크에 비례한다. 부과는 예컨대 구동된 부재 회전을 일으키는 구동된 부재인 샤프트의 줄(line)을 따라 이루어지는 웜의 확장(extension)과 같이 구동된 부재 움직임을 야기하는 구동된 부재에 작용하는 반응 힘을 통해 이루어지는 것일 수 있다. 이 예는 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 이는 부가된 축 방향 힘이 최종 적용예에 적합하게 하기 위해 많은 상이한 방식으로 인가될 수 있다는 점을 헤아려야 하기 때문이다.
위 튜브 및 실린더 실시예에서 사용된 전송은 웜 드라이브일 수 있고, '웜 드라이브'라는 용어는 이 경우 그것이 튜브와 실린더 배치 내로 통합된다는 점을 제외하고는 위에서 주목된 것과 비슷한 방식으로 정의된다.
와전류 요소들은 구동된 부재(또는 만약 사용된다면 웜 요소)에 선택적으로 결합될 수 있고, 이로 인해 구동된 부재에 인가된 축 방향 힘은 구동된 부재를 와전류 요소에 연결하는 결합을 맞물리게 하고 분리하기 위해 사용될 수 있다. 맞물림은 달성된 임계 힘에 대한 응답으로 발생한다. 분리는 달성된 임계 힘에 대한 응답으로 발생한다. 기구가 사용되는 장치에 관한 '통상의(normal)' 시나리오들 범위하에서의 움직임을 허용하기 위한 맞물림 효과는 유용할 수 있지만, 미리 결정된 힘이 인가될 때에는, 맞물림과 제동이 일어난다(그리고 일단 미리 결정된 힘이 맞물림이 일어난 후에 도달하면 분리 또한 일어난다). 맞물리거나 분리하기 위해 와전류 요소들(자석과 전도체)을 함께 또는 따로따로 움직이는 것은 바이어스 장치와 같은 장치를 통해 촉진될 수 있다.
제2 양태에서는, 부재들 사이에서 와전류 드래그 힘을 전달하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은
(a) 본 명세서에서 설명된 것처럼 트랜스미션 장치를 실질적으로 선택하는 단계;
(b) 적어도 하나의 구동 부재에 원동력을 인가하여, 적어도 하나의 구동된 부재에 원동력을 인가하는 단계;
(c) 적어도 하나의 구동된 부재의 운동을 일으킴으로써, 적어도 하나의 구동 부재 또는 적어도 하나의 구동된 부재 중 하나에 와전류 드래그 힘을 유도하여, 부재 또는 부재들의 움직임을 전달을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 지체시키는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 설명된 트랜스미션 장치에 관한 최종 실시예는 다양할 수 있다. 예를 들면, 오토빌레이 또는 자가 수축 생명줄(SRL) 실시예는, 트랜스미션 장치와 설명된 사용 방법을 사용할 수 있다. SRL 실시예에서는, 줄이 SRL 장치로부터 연장하고 수축할 수 있고, 그러한 줄이 미리 정해진 임계치를 넘는 속도로 SRL 장치로부터 연장할 때에는, 트랜스미션 장치가 맞물리고 줄 연장의 속도로 지체시키는 힘을 인가한다. SRL과 오토빌레이 적용예는 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 이는 설명된 트랜스미션 장치가 넓은 다양한 다른 적용예에 관해 사용될 수 있기 때문이며, 비제한적인 예들에는
회전 터빈에서의 로터;
로윙(rowing) 머신, 에피사이클릭(epicyclic) 트레이너, 웨이트 트레이닝 장비와 같은 운동 장비;
롤러 코스터와 다른 오락 탈것들(amusement rides);
엘리베이터와 에스컬레이터 시스템;
대피 하강기(evacuation descender)와 화재 탈출 장치;
컨베이어(conveyer) 시스템;
공장 생산 설비에서의 로터리 드라이브(rotary drive);
컨베이어 벨트 또는 활송 장치에서의 제동 장치와 같은 재료 취급 장치;
에너지 흡수체(absorber)에 의한 에너지의 소비를 통해 충돌 약화를 제공하기 위해 에너지 흡수체와 같은 노변(roadside) 안전 시스템들이 시스템에서 연결될 수 있다.
차량의 안전 벨트;
집 라인(Zip line)들;
트롤리(trolley)와 운반대(carriage)에 관한 제동 장치;
운반 적용예에서의 범프스톱(bumpstop);
크레인(crane) 적용예에서의 범프스톱;
기계적 드라이브 트레인에서의 토크 또는 힘 제한 장치;
풍력 터빈에서의 구조상 과부하(overload) 보호;
구조물, 빌딩, 및 교량에서의 부하 제한 및 에너지 소비의 부하(load) 제어 또는 속도(speed) 제어가 포함된다.
위에서 설명된 트랜스미션 장치와 사용 방법의 장점들은 와전류 드래그 힘을 직접적으로 또는 간접적으로 향하게 하고 전달하는 능력을 포함한다. 와전류 유도된 힘의 전송은 또한 제동 효과들을 배가시키는 능력을 허용하여, 직접 결합된 와전류 제동 장치에 비해 그러한 장치의 효율을 증가시킨다.
위에서 설명된 실시예들은, 또한 넓게는 본 출원 명세서에서 개별적으로 또는 집합적으로 참고되거나 지시된 부품들, 요소들, 및 특징들과, 임의의 2개 이상의 상기 부품, 요소 또는 특징의 임의의 또는 모든 조합들로 이루어진다고 얘기될 수 있다.
또한, 실시예들이 관련되는 분야에서 등가물들로 알려진 특정 정수들이 본 명세서에서 언급되는 경우, 그러한 알려진 등가물들은 개별적으로 진술된 것으로서 본 명세서에 통합된 것으로 여겨진다.
작용 예들
이제 위에서 설명된 트랜스미션 장치와 사용 방법이 구체적인 예들을 참조하여 설명된다.
예 1
도 1은 베벨 기어 트랜스미션(1)을 예시한다. 구동 부재(2)는 코그 배치(5)를 통해 구동된 부재(3, 4)의 움직임을 구동한다. 구동 부재(2)의 회전 움직임은 구동된 부재(3, 4)가 화살표(A, B)에 의해 도시된 카운터 회전 움직임을 구동한다. 구동된 부재들의 상대적인 카운터 회전을 증가시키거나 감소시키기 위한 기어링(gearing)이 코그들에서 사용될 수 있다.
도 2는 와전류 드래그 유도 요소가 도 1에 도시된 베벨 기어 트랜스미션(1)으로 어떻게 통합될 수 있는지를 예시한다. 도 2는 구동된 부재(3, 4)에서 회전 움직임을 주기 위해 회전하는 구동 부재(2)를 보여준다. 약 90°굽은 곳(5)의 트랜스미션을 거쳐 움직임이 전달된다. 이러한 힘 전달에 의해, 구동된 부재(3, 4)는 서로 마주보게 되고, 서로에 대해 카운터 회전한다. 와전류 드래그 요소가 제1 구동된 부재(3)의 축 주위에 위치한 자석(6)들 사용함으로써 트랜스미션 장치 내로 통합될 수 있고, 제1 구동된 부재(3) 상에서 자석(6)에 의해 생성된 자기장과 상호 작용하는 전도체(7)로서 작용하는 제2 구동된 부재(4)의 축으로부터 샤프트(7)가 연장한다. 구동된 부재(3, 4)가 서로 마주보게 위치하기 때문에, 공통 회전축이 와전류 드래그 요소를 통합할 수 있다. 위에서 주목된 것처럼, 베벨 기어 트랜스미션(5)은 구동된 부재(3, 4)의 카운터 회전 움직임을 준다. 이는 구동된 부재(3, 4) 사이의 상대적 운동이 잠재적으로 같고 반대 방향으로 회전하기 때문에 와전류 유도된 힘들을 효과적으로 2배가 되게 한다는 장점이 있다. 자석(6)이 제2 구동된 부재 샤프트(4) 상에 위치하고, 전도체(7)가 제1 구동된 부재(3) 주위에 위치하면서 자석(6)과 전도체(7)가 바뀔 수 있음을 알아야 한다.
예 2
도 3은 줄(11)의 스풀(10)에 구동 부재가 결합되는 잠재적인 제품(product) 실시예를 예시하는 것으로, 줄(11)은 사람(미도시)과 같은 대상물에 부착된다. 줄(11)이 스풀(10)로부터 끌어당겨지는 경우, 스풀(10) 회전이 일어나고, 이는 구동된 부재(12, 13)의 회전을 야기한다. 구동된 부재(12, 13)는 와전류 드래그 요소(14)를 통합하고, 회전이 일어날 때 트랜스미션 장치(15)를 통해 스풀(10)에 드래그 힘이 주어진다. 도 3에서, 와전류 드래그 요소는 제1 구동된 부재(12)로부터 연장하는 축 샤프트(16)와, 샤프트(16)를 가지고 회전 움직임을 행할 수 있고, 몰아대는 힘(미도시)에 기초하여 축 방향으로 움직임을 행할 수 있는, 샤프트(16) 상의 도전성 부재(17)를 포함한다. 제2 구동된 부재(13)는 제2 구동된 부재(13)(그리고 제1 구동된 부재(12))와의 공통 회전축(X)을 가지고 위치한 속이 빈 원통형 연장부(18)를 포함한다. 속이 빈 실린더(18)의 안쪽은 자석(19)들을 가지고 일렬로 정렬될 수 있어 속이 빈 실린더(18) 안쪽에 자기장을 생성한다. 구동 부재(10)의 움직임은 트랜스미션 장치(15)를 통한 카운터 회전 구동된 부재(12, 13)들의 움직임을 야기한다. 제1 구동된 부재(12) 상에서의 전도성 부재(17)의 축 방향 움직임이 일어날 수 있어서 전도성 부재(17)를 속이 빈 실린더(18) 내로 이동시켜 와전류 드래그 상호 작용을 유도한다. 이는 또한 트랜스미션 장치(15)를 통해 구동 부재(10)의 움직임에 제동을 거는 구동된 부재들(12, 13) 사이의 상대적인 움직임에 제동을 행한다.
예 3
도 4a는 구동된 부재로서 웜 드라이브(30)를 사용하고 구동 부재로서 작용하는 줄(32)을 갖는 스풀(31)을 사용하는 대안적인 실시예를 예시한다. 웜 드라이브(30)는 스풀(31)의 회전 움직임을 웜 드라이브(30)의 회전 및 축 방향 움직임으로 전송하는 트랜스미션 장치로서 작용한다. 웜 드라이브(30)는 와전류 드래그 요소(35)를 포함할 수 있다.
도 4b에서는 와전류 드래그 요소가 자석(33A)에 의해 발생된 자기장이 있는 속이 빈 실린더(33)와, 자기장의 안과 밖으로 회전 및 선택적으로는 축 방향으로 움직이는 전도성 부재(플런더)(34)를 포함한다. 플런저(34)가 자기장에서 움직일 때에는, 와전류 드래그 힘들이 유도되고, 이로 인해 웜 드라이브(30)의 회전 및/또는 축 방향 병진 운동을 느리게 한다. 이는 또한 스풀(31)이나 구동 부재의 움직임을 느리게 한다. 플런저(34)는 웜 드라이브(30)에 의해 제공된 축 방향 밀기(thrust)에 응답하여 축 방향으로 움직일 수 있다. 도 4c는 플런저(34)와 실린더(33)가 공통 회전축을 따라 축 방향 병진 운동을 통해 어떻게 분리될 수 있는지를 예시한다. 일반 분리되면, 그 부품들은 와전류 제동 효과들을 초래하지는 않지만, 일단 미리 결정된 힘 임계치에 도달되면 맞물릴 수 있다.
트랜스미션 장치와 사용 방법의 양태들이 예에 의해서만 설명되었고, 본 명세서의 청구항들의 범주로부터 벗어나지 않으면서 그것들에 대한 수정예와 추가예가 만들어질 수 있다는 점을 인식해야 한다.

Claims (30)

  1. 트랜스미션 장치로서,
    적어도 하나의 구동 부재; 및
    적어도 하나의 구동된 부재를 포함하고,
    적어도 하나의 구동된 부재의 움직임은 적어도 하나의 구동 부재로부터의 움직임의 전달을 통해 촉진되며,
    상이한 상대적 속도로 움직이는 드래그 힘 유도 요소들은 적어도 하나의 전도체와 적어도 하나의 자석을 포함하고, 요소 각각은 요소들이 움직일 때 상호작용하고 와전류 드래그 힘들을 발생시키는 것을 허용하는 방식으로 상기 트랜스미션 장치와 결합되어 있으며, 그로 인해 상기 요소들은 구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임 속도를 지배하는 행위를 하는, 트랜스미션 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 전도체는 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 직접 결합되고, 적어도 하나의 자석은 상기 트랜스미션 장치를 통해 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 간접적으로 결합되며,
    (a) 상기 트랜스미션 장치는 요소들 모두를 회전 이동시키고,
    (b) 상기 요소들에 의해 유도된 반응 토크(와전류 드래그 힘 효과들)는 상기 트랜스미션 장치의 구동 부재로 옮겨지는, 트랜스미션 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 자석이 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 직접 결합되고, 적어도 하나의 전도체가 상기 트랜스미션 장치를 통해 적어도 하나의 구동 부재(동력원)에 간접적으로 결합되며,
    (a) 상기 트랜스미션 장치는 요소들 모두를 회전 이동시키고,
    (b) 상기 요소들에 의해 유도된 반응 토크(와전류 드래그 힘 효과들)는 상기 트랜스미션 장치의 구동 부재로 옮겨지는, 트랜스미션 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 전도체와 적어도 하나의 자석은 서로에 대해 독립적일 수 있고, 상기 트랜스미션 장치에 의해 적어도 하나의 구동 부재에 간접적으로 결합될 수 있는, 트랜스미션 장치.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 구동 부재의 회전 움직임은 적어도 2개의 구동된 부재가 반대 방향으로 회전하도록 촉진하는, 트랜스미션 장치.
  6. 제2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스미션 장치는 고정된 축 주위에서 부재들 모두를 회전 이동시키는, 트랜스미션 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 고정된 축은 요소들 사이의 공통 축인, 트랜스미션 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임의 비율은 미리 결정되는, 트랜스미션 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    구동 부재와 구동된 부재 사이의 움직임의 비율은 대략 1:0.001 내지 1:1000의 범위를 가지는, 트랜스미션 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    (a) 상기 적어도 하나의 전도체는 전송 비율과 구동 부재(동력원) 속도에 의해 지배된 회전 속도로 회전하고,
    (b) 상기 적어도 하나의 자석은 전도체의 회전 방향과 반대인 회전 방향으로 전송 비율과 구동 부재 속도에 의해 지배된 회전 속도로 회전하는, 트랜스미션 장치.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 부재와 상기 구동된 부재의 움직임 속도는 일단 와전류 드래그 힘들이 유도되면 변하고, 임계 속도에 도달될 때까지 계속해서 변하며,
    상기 임계 속도는 상기 적어도 하나의 구동 부재에 작용하는 회전 속도가 증가할 때 와전류 드래그 힘은 증가하지 않는 임계 속도인, 트랜스미션 장치.
  12. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와전류 드래그 힘 발생이 일어날 때에는, 구동 부재에 적용된 임계 속도까지는 와전류 요소들 사이의 제동 토크가 전송 비율의 2배만큼 증가하는, 트랜스미션 장치.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와전류 드래그 힘 발생이 일어날 때에는, 적어도 하나의 구동 부재에 적용된 임계 속도까지는 와전류 요소들 사이의 제동 토크가 적어도 하나의 구동된 부재와 적어도 하나의 구동 부재 모두에 대해 상기 트랜스미션 장치를 통해 작용할 수 있는, 트랜스미션 장치.
  14. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와전류 드래그 힘 발생이 일어날 때에는, 적어도 하나의 구동 부재에 적용된 임계 속도까지는 와전류 요소들 사이의 제동 토크가 상기 트랜스미션 장치와 적어도 하나의 구동된 부재를 통해 상기 적어도 하나의 구동 부재에 작용하는, 트랜스미션 장치.
  15. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임계 속도 위에서는, 반응 토크가 직접 결합된 시스템에 대해 배가된 채로 있을 수 있고, 상기 반응 토크는 상기 임계 속도를 초과하는 속도 변화에 대해서도 거의 일정하게 유지되는, 트랜스미션 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스미션 장치는 웜 드라이브인, 트랜스미션 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 전송은 상기 구동 부재의 회전 속도로부터 와전류 유도 요소 또는 요소들의 회전 속도까지 속도에 있어서의 스텝 업(step up)을 제공하는 모드에서 이루어지고, 이로 인해 구동 부재의 회전 속도에 저항하는 힘을 제공하는, 트랜스미션 장치.
  18. 제16 항 또는 제17 항에 있어서,
    전송 비율 및/또는 마찰계수는 상기 전송이 규정된 레벨의 기계적 효율을 가지고 동작하도록 선택되는, 트랜스미션 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 규정된 레벨의 기계 효율은, 유도된 와전류 드래그 힘과 수치상 기어 비율에 의해서만 제공되는 것에 대해 보충적인 지체시키는 토크를 제공하기에 충분히 낮은, 트랜스미션 장치.
  20. 제16 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와전류 요소 유도된 제동 토크에 거의 비례하는 마찰 토크가 보유되는, 트랜스미션 장치.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스미션 장치는,
    벽과, 내부에 만들어진 공간을 포함하는 튜브와, 튜브 공간 내에 꼭 들어맞는 실린더를 포함하도록 구성되고,
    상기 실린더는 입력 토크를 제공하는 구동 부재에 이어진 구동된 부재이며, 상기 실린더는 그것이 튜브 공간의 안과 밖으로 적어도 부분적으로 통과할 수 있도록, 상기 튜브에 대한 실린더의 축 방향 병진 운동을 통해 상기 튜브에 대한 구동 부재에서의 입력 토크에 대한 응답으로 움직이고, 상기 튜브에 대한 실린더의 회전은 세로축 주위에서 이루어지고, 상기 축은 상기 튜브 공간을 통과하며,
    튜브와 실린더에는 하나 이상의 와전류 유도 요소 및/또는 하나 이상의 자기 끌어당김 효과가 결합되고,
    사용시에는 튜브 및/또는 실린더가 구동된 부재에 의해 야기된 축 방향 병진 운동을 통해 움직여질 때, 실린더가 적어도 부분적으로 튜브 공간에 들어가도록 구동된 부재의 회전시의 제동 반응력이, 유도된 와전류 드래그 힘 발생으로 인해 발생함으로써, 구동 부재의 회전 속도를 낮추게끔 실린더와 튜브는 서로에 대해 상이한 상대적인 회전 속도를 가지는, 트랜스미션 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 튜브와 실린더 사이의 중첩 정도는 와전류 유도된 드래그 힘 및/또는 자기적 끌어당김 효과의 정도를 결정하는, 트랜스미션 장치.
  23. 제21 항 또는 제22 항에 있어서,
    실린더에 인가된 축 방향 힘은 구동된 부재에 의해 부과되고, 인가된 축 방향 힘의 정도는 구동 부재에 작용하는 토크에 비례하는, 트랜스미션 장치.
  24. 제21 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상시 트랜스미션 장치는 웜 드라이브인, 트랜스미션 장치.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 와전류 요소는 웜 요소에 선택적으로 결합되고, 이로 인해 웜 드라이브를 와전류 요소들에 연결하는 결합을 맞물리게 하고 분리시키기 위해 웜 기어에 인가된 축 방향 힘이 사용되는, 트랜스미션 장치.
  26. 제25 항에 있어서,
    달성된 임계치 힘에 응답하여 맞물림이 일어나는, 트랜스미션 장치.
  27. 제26 항에 있어서,
    달성된 임계치 힘에 응답하여 분리가 일어나는, 트랜스미션 장치.
  28. 부재들 사이에서 와전류 드래그 힘을 전달하는 방법으로서,
    (a) 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 따른 트랜스미션 장치를 선택하는 단계;
    (b) 적어도 하나의 구동 부재에 원동력을 인가하고, 이는 또한 적어도 하나의 구동된 부재에 원동력을 인가하는 단계; 및
    (c) 적어도 하나의 구동된 부재의 움직임을 야기함으로써, 적어도 하나의 구동 부재 또는 적어도 하나의 구동된 부재에 와전류 드래그 힘을 유도하고, 이로 인해 전달을 통해 부재 또는 부재들의 움직임을 직접적으로 또는 간접적으로 지체시키는 단계를 포함하는, 전달 방법.
  29. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 따른 트랜스미션 장치를 통합하는 오토빌레이(autobelay).
  30. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 따른 트랜스미션 장치를 통합하는 자가 수축 생명줄(SRL).
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