KR20210112856A - rotor, method for manufacturing rotor, magnetic gear having the same, and propulsion module having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 자기기어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기기어용 회전자, 그 제조방법, 그를 포함하는 자기기어 및 그를 포함하는 추진모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic gear, and more particularly, to a magnetic gear rotor, a method for manufacturing the same, a magnetic gear including the same, and a propulsion module including the same.
일반적으로 자기기어란, 물리적인 접촉에 의해 동력을 전달하는 접촉식기어와는 달리 자기력을 이용하여 비접촉식으로 동력을 전달하는 비접촉 기어 장치로서, 접촉식 기어의 단점인 노이즈 및 진동이 적고, 윤활유 주입이나 보수 점검이 불필요하며 기계적인 마찰이 없어 안정성과 내구성이 뛰어난 기어장치이다. In general, a magnetic gear is a non-contact gear device that transmits power in a non-contact manner using magnetic force, unlike a contact gear that transmits power through physical contact. It is a gear device with excellent stability and durability because maintenance and inspection are unnecessary and there is no mechanical friction.
더 나아가, 자기기어는 에너지 손실을 경감할 수 있으므로 접촉식 기어에 비해 고효율 구동이 가능하며, 정확한 피크 토크의 전달이 가능한 기어장치이다.Furthermore, since the magnetic gear can reduce energy loss, it is a gear device capable of high-efficiency driving compared to a contact-type gear, and accurate peak torque transmission.
그리고 종래의 자기기어는, 자기 방식을 이용한 구성이면 다양한 구성이 가능하며, 일예로서, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 영구자석이 결합되는 내측로터 및 외측로터와, 자성체가 일정한 간격을 두고 설치되며 내측로터 및 외측로터 사이에 위치하여 자속을 조절함으로써 내측로터 및 외측로터 중 어느 하나의 입력회전에 따른 회전을 통해 다른 하나의 회전을 유도하는 폴피스유닛를 포함하여 구성될 수 있다.And the conventional magnetic gear, if it is a configuration using a magnetic method, various configurations are possible, and as an example, as disclosed in
구체적으로, 종래의 자기기어는, 도 1 및 도 2의 개념도에 도시된 바와 같이, 내측로터(10)와 외측로터(30) 간의 상대적 회전에 따른 각각의 영구자석(11, 31)을 통한 자속변화 유도를 통해 입력 대비 원하는 회전속도 비로 동력을 출력하는 장치로서, 내측로터(10) 및 외측로터(30)와, 내측로터(10) 및 외측로터(30) 사이의 자속을 조절하기 위하여 내측로터(10)와 외측로터(30)의 사이에 고정설치되는 폴피스유닛(20)를 포함할 수 있다.Specifically, the conventional magnetic gear, as shown in the conceptual diagrams of FIGS. 1 and 2 , magnetic flux through each of the
여기서 상기 내측로터(10)는, N극 및 S극이 교대로 배치되는 복수의 폴피스유닛(20)을 포함하며 회전가능하도록 설치된다.Here, the
그리고 상기 외측로터(30)는, 내측로터(10)와의 회전비를 고려하여 미리 설정된 수의 N극 및 S극이 교대로 배치되는 복수의 제2영구자석(31)을 포함하며 회전가능하도록 설치된다.And the
상기 폴피스유닛(20)은, 내측로터(10) 및 외측로터(30) 사이의 자속을 조절하기 위하여 내측로터(10)와 외측로터(30)의 사이에 고정설치된다.The
특히 상기 폴피스유닛(20)은, 고속회전 및 그에 따른 주파수 변화로 재료의 손실로 인한 열 발생 등의 사용환경에서도, 내측로터(10) 및 외측로터(30) 사이에 최초 설정된 일정 간격을 유지하여야 정밀한 토크 출력을 달성할 수 있다.In particular, the
한편 상기 내측로터(10) 및 외측로터(30)는, 미리 설정된 기어비에 따라서 원주방향을 따라서 배치된 복수의 영구자석(11, 31)들과, 복수의 영구자석(11, 31)들이 고정되는 코어(12, 32)를 포함하여 구성된다.On the other hand, the
그런데 종래의 자기기어는, 코어(12, 32)의 내주면 또는 외주면에 접착제 등에 의하여 복수의 영구자석(11, 31)들이 고정시켜 제조되는데 영구자석(11, 31) 부착 시 영구자석(11, 31)의 자력에 의하여 그 배치가 흐트러지거나 각 영구자석(11, 31)의 고정을 위한 작업시간이 상대적으로 증가하여 생산성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.However, in the conventional magnetic gear, a plurality of
더불어 종래의 자기기어는, 코어(12, 32)의 내주면 또는 외주면에 접착제 등에 의하여 복수의 영구자석(11, 31)들이 고정시켜 제조되는데 영구자석(11, 31) 부착 시 반경방향 간극과 축방향 간극을 고려하여 영구자석(11, 31)들의 부착작업이 어려운 문제점이 있다.In addition, the conventional magnetic gear is manufactured by fixing a plurality of
더 나아가 종래의 자기기어는, 기어비 등을 고려하여 영구자석(11, 31)의 숫자를 늘리는 경우 제조가 어렵고 제조시간이 현저히 증가하는 문제점이 있다.Furthermore, the conventional magnetic gear has a problem in that it is difficult to manufacture and the manufacturing time is significantly increased when the number of
(특허문헌 1) KR10-1457523 B1(Patent Document 1) KR10-1457523 B1
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 내측로터 및/또는 외측로터를 영구자석 및 코어로 구성된 축방향 회전모듈을 축방향으로 적층하여 구성함으로써 제조가 용이하고 제조비용을 현저히 절감할 수 있는 자기기어용 회전자, 그 제조방법, 그를 포함하는 자기기어 및 그를 포함하는 추진모듈을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to facilitate manufacturing and significantly reduce manufacturing costs by stacking an inner rotor and/or an outer rotor with an axial rotation module composed of a permanent magnet and a core in the axial direction in order to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a rotor for a magnetic gear capable of doing so, a method for manufacturing the same, a magnetic gear including the same, and a propulsion module including the same.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 외주면에 복수의 영구자석(130)들이 결합되는 내측자속부(100)와, 상기 내측자속부(100)와 동축을 이루며 내주면에 복수의 영구자석(330)들이 결합되는 외측자속부(300)와, 상기 내측자속부(100)의 외주면 및 상기 외측자속부(300)의 내주면 사이에 위치되어 자속을 조절하는 폴피스유닛(200)를 포함하는 자기기어에 있어서, 상기 내측자속부(100) 및 상기 외측자속부(300) 중 적어도 하나는, 축방향으로 연장되어 형성된 지지본체(110, 310)와; 상기 지지본체(110, 310)에 고정결합되며 축방향으로 순차적으로 설치되는 영구자석모듈(120, 320)을 포함하며, 상기 영구자석모듈(120, 320)는, 상기 복수의 영구자석(130, 330)들이 회전축을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되는 고정링(140, 340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기어를 개시한다.The present invention was created to achieve the object of the present invention as described above, and the present invention includes an inner
상기 고정링(140, 340)에 고정된 영구자석(130, 330)은, 축방향으로 가면서 스큐각(skew angle)을 가지도록 배치될 수 있다.The
상기 내측자속부(100) 및 상기 외측자속부(300)는, 서로 다른 방향으로 스큐각(skew angle)을 가질 수 있다.The inner
상기 고정링(140, 340)은, 상기 지지본체(110, 310)와의 결합각도를 유지할 수 있도록 상기 지지본체(110, 310)에 형성된 제1키(410, 430)에 대하여 축방향으로 결합되는 제2키(420, 440)가 형성될 수 있다.The
상기 내측자속부(100)의 내측회전축(150) 및 상기 외측자속부(300)의 외측회전축(350)를 회전가능하게 지지하는 하우징(600)을 포함할 수 있다.It may include a
상기 하우징(600)은, 상기 외측자속부(300)를 회전가능하게 지지하는 하우징 본체(610)와; 상기 내측자속부(100)를 회전가능하게 지지하는 커버부재(620)를 포함할 수 있다.The
본 발명은 또한 회전력을 발생시키는 회전력발생부(2000)와; 상기와 같은 구성을 가지는 자기기어로서 상기 회전력발생부(2000)가 상기 내측회전축(150) 및 상기 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되는 자기기어(1000)와; 상기 자기기어(1000)의 상기 내측회전축(150) 및 상기 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제1프로펠러(3120) 및 상기 자기기어(1000)의 상기 내측회전축(150) 및 상기 외측회전축(350) 중 나머지 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제2프로펠러(3220)를 포함하는 추력발생부(3000)를 포함하는 추진시스템을 개시한다.The present invention also includes a rotational
상기 추진시스템은, 항공기 또는 해양선박의 추진시스템, 드론의 추진시스템 등이 될 수 있다.The propulsion system may be a propulsion system of an aircraft or a marine vessel, a propulsion system of a drone, and the like.
본 발명에 따른 자기기어용 회전자, 그 제조방법, 그를 포함하는 자기기어 및 그를 포함하는 추진모듈은, 내측로터 및/또는 외측로터를 영구자석 및 코어로 구성된 축방향 회전모듈을 축방향으로 적층하여 구성함으로써 제조가 용이하고 제조비용을 현저히 절감할 수 있는 이점이 있다.A magnetic gear rotor, a method for manufacturing the same, a magnetic gear including the same, and a propulsion module including the same according to the present invention, an inner rotor and/or an outer rotor and an axial rotation module composed of a permanent magnet and a core are stacked in the axial direction Thus, there is an advantage that manufacturing is easy and manufacturing cost can be significantly reduced.
도 1은, 종래의 자기기어를 보여주는 측면도이다.
도 2는, 도 1의 자기기어의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 자기기어의 일예를 보여주는 절개 사시도이다.
도 4a는, 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ방향의 단면도이다.
도 4b 및 도 4c는, 도 4a 중 A 부분 및 B 부분의 확대도이다.
도 4d는, 반경방향으로 착자된 영구자석이 도 4b 및 도 4c에 도시된 구조를 가질 때 토크리플 저감효과를 보여주는 그래프이다.
도 4e는, 반경방향으로 착자된 내측로터부의 영구자석이 도 4b에 도시된 구조를 가질 때 토크리플 저감효과를 보여주는 그래프이다.
도 4f는, 반경방향으로 착자된 내측로터부의 영구자석이 도 4c에 도시된 구조를 가질 때 토크리플 저감효과를 보여주는 그래프이다.
도 5은, 도 3의 자기기어 중 내측자속부, 폴피스유닛 및 외측자속부를 보여주는 분해사시도이다.
도 6a는, 도 3의 자기기어 중 내측자속부의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 6b는, 도 6a의 내측자속부를 보여주는 절개 사시도이다.
도 7a는, 도 3의 자기기어 중 폴피스유닛을 보여주는 사시도이다.
도 7b는, 도 7a의 폴피스유닛의 횡단면도이다.
도 8a는, 도 3의 자기기어 중 외측자속부의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 8b는, 도 8a의 외측자속부를 보여주는 절개 사시도이다.
도 9는, 도 6a에 도시된 내측자속부의 사진으로서, 밸런싱 과정을 거친 후의 내측자속부를 보여주는 사진이다.
도 10은, 본 발명에 따른 자기기어가 적용된 추진체의 일예를 보여주는 사시도이다.
도 11은, 도 10의 추진체의 절개사시도이다.
도 12는, 본 발명에 따른 자기기어가 적용된 추진체 중 드론에 적용된 일예를 보여주는 사시도이다.1 is a side view showing a conventional magnetic gear.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the magnetic gear of FIG. 1 .
3 is a cutaway perspective view showing an example of a magnetic gear according to the present invention.
FIG. 4A is a cross-sectional view taken in a direction II-II in FIG. 3 .
4B and 4C are enlarged views of parts A and B in FIG. 4A.
4D is a graph showing the torque ripple reduction effect when the radially magnetized permanent magnet has the structure shown in FIGS. 4B and 4C.
FIG. 4e is a graph showing the torque ripple reduction effect when the permanent magnet of the radially magnetized inner rotor part has the structure shown in FIG. 4b.
FIG. 4f is a graph showing the torque ripple reduction effect when the permanent magnet of the radially magnetized inner rotor part has the structure shown in FIG. 4c.
5 is an exploded perspective view showing an inner magnetic flux unit, a pole piece unit, and an outer magnetic flux unit among the magnetic gears of FIG. 3 .
6A is a perspective view showing the configuration of an inner magnetic flux part of the magnetic gear of FIG. 3 .
6B is a cutaway perspective view showing the inner magnetic flux part of FIG. 6A .
7A is a perspective view illustrating a pole piece unit among the magnetic gears of FIG. 3 .
7B is a cross-sectional view of the pole piece unit of FIG. 7A.
8A is a perspective view showing the configuration of an outer magnetic flux part of the magnetic gear of FIG. 3 .
8B is a cutaway perspective view showing the outer magnetic flux part of FIG. 8A .
FIG. 9 is a photograph of the inner magnetic flux part shown in FIG. 6A , which is a photograph showing the inner magnetic flux part after the balancing process.
10 is a perspective view showing an example of a propellant to which a magnetic gear according to the present invention is applied.
11 is a cut-away perspective view of the propellant of FIG. 10 .
12 is a perspective view showing an example applied to a drone among the propellants to which the magnetic gear according to the present invention is applied.
이하 본 발명에 따른 자기기어용 회전자, 그 제조방법, 그를 포함하는 자기기어 및 그를 포함하는 추진모듈에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a rotor for a magnetic gear according to the present invention, a method for manufacturing the same, a magnetic gear including the same, and a propulsion module including the same will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 자기기어는, 도 3 내지 도 8b에 도시된 바와 같이, 외주면에 복수의 영구자석(130)들이 결합되는 내측자속부(100)와, 내측자속부(100)와 동축을 이루며 내주면에 복수의 영구자석(330)들이 결합되는 외측자속부(300)와, 내측자속부(100)의 외주면 및 외측자속부(300)의 내주면 사이에 위치되어 자속을 조절하는 폴피스유닛(200)를 포함한다.In the present invention, the magnetic gear, as shown in FIGS. 3 to 8b, is coaxial with the inner
상기 내측자속부(100)는, 외주면에 복수의 영구자석(130)들이 결합되는 구성으로서, 회전 또는 고정구조에 따라서 다양한 구성이 가능하다.The inner
예를 들면, 상기 내측자속부(100)는, 회전가능하게 설치되는 구조로서, 외주면에 복수의 영구자석(130)들이 결합되는 내측코어부(104)와, 내측코어부(104)에 결합되어 외부로부터 회전을 입력 또는 출력받는 내측회전축(150)을 포함할 수 있다.For example, the inner
상기 내측코어부(104)는, 외주면에 복수의 영구자석(130)이 결합되며, 결합되는 내측회전축(150)를 통해 외부로부터 회전을 입력 또는 출력받는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
상기 내측코어부(104)는, 내측회전축(150)가 길이방향으로 관통하여 결합가능하도록 중공이 형성되며, 외주면에 복수의 영구자석(130)이 결합될 수 있다.The
이를 통해, 상기 내측코어부(104)는, 외측자속부(300)에 설치된 복수의 영구자석(330)과 폴피스유닛(200)를 통하여 작용하는 자기력에 의하여 외측자속부(300)를 회전시키거나, 외측자속부(300)에 의하여 회전될 수 있다.Through this, the
그리고 상기 내측코어부(104)는, 복수의 전기강판이 적층되어 형성될 수 있다.And the
상기 영구자석(130)은, 내측코어부(104)의 외주면에 결합되어, 외측자속부(300)에 설치된 복수의 영구자석(330)과 폴피스유닛(200)를 통하여 자기력이 상호작용하는 부재로서, 다양한 구성이 가능하다.The
예를 들면, 상기 영구자석(130)은, 내측코어부(104)의 외주면에 복수의 N극 및 S극이 순서대로 교대로 배치될 수 있으며, 외측자속부(300)와 내측자속부(100)의 회전비를 고려하여 미리 설정된 수 및 원주길이를 가지고 배치될 수 있다.For example, in the
또한, 상기 복수의 영구자석(130)은, 동일한 간격으로 배치될 수 있으며, 보다 바람직하게는 내측코어부(104)의 외주면을 따라서 동일한 면적을 가지도록 배치되어 결합될 수 있다.In addition, the plurality of
또한 상기 복수의 영구자석(130)은, 할박배열을 가질 수 있으며, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 반경방향으로 착자된 N극, S극의 영구자석 모서리만 라운딩 형상(fillet)을 가졌을 때, 도 4d에 도시된 바와 같이, 토크는, 거의 변동없지만, 토크리플이 크게 감소함을 확인하였다.In addition, the plurality of
구체적으로, 상기 복수의 영구자석(130)은, 원주방향을 따라서 할박배열을 가질 수 있으며, 그 중 반경방향으로 착자된 N극, S극의 영구자석 모서리만 라운딩 형상(fillet)을 가지는 것이 바람직하다.Specifically, the plurality of
그리고 상기 영구자석(130)의 모서리의 라운딩 형상은, 반경(r1)이 1.0~2.0㎜가 바람직하며, 1.5㎜가 더욱 바람직하다.And the rounded shape of the corner of the
정리하면, 상기 복수의 영구자석(130)은, 원주방향을 따라서 할박배열을 가질 수 있으며, 그 중 반경방향으로 착자된 N극, S극의 영구자석 모서리만 라운딩 형상(fillet)을 가지며, 라운딩 형상의 일반적 조건은 다음과 같다.In summary, the plurality of
즉, 상기 내측자속부(100)의 영구자석(130) 중 반경방향으로 착자된 영구자석(130)의 라운딩 형상 조건은, 도 4b 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 라운딩 형상 곡률반경을 r1, 영구자석(130)의 외주면의 호의 길이를 l2라 할 때, 2×r1/l2 값이 13%~39%가 바람직하며, 39%가 보다 바람직하다. 도 4b에서 l1은 영구자석(130)의 내주면의 호의 길이로 정의된다.That is, the rounding shape condition of the radially magnetized
상기 내측회전축(150)은, 내측코어부(104)에 형성되는 중공을 관통하여 내측코어부(104)와 결합되어, 내측코어부(104)의 동력을 외부로 전달하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
예를 들면, 상기 내측회전축(150)은, 내측코어부(104)에 형성되는 중공을 관통하여 내측코어부(104)에 결합되는 바, 내측자속부(100)에 동력이 입력되는 경우, 내측회전축(150)에 외부에서 결합되는 동력원으로부터 전달되는 동력을 내측코어부(104)에 전달할 수 있다.For example, the
반대로 상기 내측회전축(150)은, 후술하는 외측회전축(350)에 의하여 입력되는 회전력에 의하여 회전될 수 있다.Conversely, the
한편 상기 내측자속부(100)는, 회전가능하게 설치된 실시예를 들어 설명하였으나 회전조합에 따라서 고정된 상태로 구성될 수 있음은 물론이다.On the other hand, although the inner
한편 상기 내측자속부(100)를 구성함에 있어서, 내측코어부(104)의 외주면에 복수의 영구자석(130)들을 부착할 때 자력 영향으로 영구자석의 부착작업이 원활하지 못한 문제점이 있다.Meanwhile, in configuring the inner
이에 상기 내측자속부(100)는, 영구자석(130) 및 영구자석(130)이 고정되는 내측코어부(104)가 축방향으로 분할된 상태로 결합되는 복수의 영구자석모듈(120)들에 의하여 구성될 수 있다.Accordingly, the inner
즉, 상기 내측자속부(100)는, 도 3 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 축방향으로 연장되어 형성된 제1지지본체(110)와; 제1지지본체(110)에 고정결합되며 축방향으로 순차적으로 설치되는 영구자석모듈(120)을 포함할 수 있다.That is, the inner
그리고 상기 영구자석모듈(120)는, 복수의 영구자석(130)들이 회전축(C)을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되는 제1고정링(140)-축방향으로 분할된 내측코어부(104)의 역할을 수행함-을 포함할 수 있다.And the
상기 제1지지본체(110)는, 내측회전축(150)과 일체로 또는 별도로 구성될 수 있으며, 복수의 영구자석모듈(120, 320)들이 결합되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 제1지지본체(110)는, 회전축의 일부로서 구성되는 것을 고려하여 강도가 높은 SUS, 예를 들면 기계구조용 탄소강인 SM45C와 같은 재질의 사용이 바람직하다.For example, in consideration of being configured as a part of the rotation shaft, the
그리고 상기 제1지지본체(110)는, 후술하는 외측회전축(330)과의 축방향 및/또는 반경방향의 회전가능 지지를 위하여 외측회전축(330)과 접하는 부분에 하나 이상의 베어링(720)이 설치될 수 있다.And the
이때 상기 제1지지본체(110)는, 베어링(720)에 대한 축방향 지지를 위하여 내주 측에 단차(175)가 형성될 수 있다.In this case, the
또한 상기 제1지지본체(110)는, 축지지베어링(730)에 의하여 후술하는 하우징(600)에 대하여 회전가능하게 설치될 수 있다Also, the
그리고 상기 제1지지본체(110)는, 전체 중량의 최소화를 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 일부가 빈 중공(178)형 구조를 가질 수 있다.In addition, the
또한 후술하는 영구자석모듈(120)의 제1고정링(140)의 원주방향 위치 고정 및 슬립(slip)의 방지를 위하여 제1고정링(140)의 내주면에 형성된 제2키(440)과 축방향으로 결합되는 제1키(430)가 축방향으로 형성될 수 있다.In addition, the
상기 영구자석모듈(120)은, 제1지지본체(110)에 고정결합되며 축방향으로 순차적으로 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 영구자석모듈(120)은, 복수의 영구자석(130) 및 복수의 영구자석(130)들이 회전축(C)을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되는 제1고정링(140)을 포함할 수 있다.For example, the
상기 제1고정링(140)은, 복수의 영구자석(130)들이 회전축(C)을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되어 하나의 영구자석모듈(120)을 구성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 제1고정링(140)은, 내측코어부(104)를 회전축(C) 방향으로 분할한 구성으로서, 전기강판이 적층되어 형성될 수 있다.For example, the
그리고 상기 제1고정링(140)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 영구자석(130)들이 미리 설정된 원주방향 간극을 가지고 배치될 수 있도록 외주면에 복수의 돌기(141)들이 형성될 수 있다.And the
상기 복수의 돌기(141)들은, 제1고정링(140)의 외주면에 돌출되어 형성되어 원주방향으로 배치된 복수의 영구자석(130)들이 안정적으로 배치될 수 있도록 하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The plurality of
상기 각 돌기(141)는, 인접한 돌기(141) 사이에 해당 영구자석(130)이 위치될 수 있도록 영구자석(130)의 원주방향 폭에 대응되어 형성될 수 있다.Each of the
한편 상기 제1고정링(140) 및 영구자석(130)로 구성되는 영구자석모듈(120)은, 인접한 영구자석모듈(120)의 영구자석(130)과 간격을 두고 설치되는 것이 바람직한바, 인접한 영구자석모듈(120)과는 절연지와 같은 얇은 재질의 비자성체 재질의 간극부재(미도시)가 개재된 상태로 설치됨이 바람직하다.On the other hand, the
그리고 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1고정링(140)은, 제1지지본체(110)와의 결합각도를 유지할 수 있도록 제1지지본체(110)에 형성된 제1키(430)에 대하여 축방향으로 결합되는 제2키(440)가 형성될 수 있다.And, as described above, the
여기서 상기 제1키(430) 및 제2키(440)는, 제1고정링(140) 및 제1지지본체(110) 사이의 결합각도를 유지하기 위한 구성으로서, 어느 하나가 축방향으로 길게 형성된 돌기부, 나머지 하나가 돌기부가 삽입되는 홈으로 구성될 수 있다.Here, the
한편 상기 제1고정링(140)에 고정된 영구자석(130)은, 축방향(C)으로 가면서 스큐각(skew angle, α2)을 가지도록 배치될 수 있다.Meanwhile, the
상기 스큐각(skew angle, α2)은, 축방향(C)으로 가면서 인접한 제1고정링(140)에 고정된 영구자석(130)에 대하여 미리 설정된 스큐각(α2)으로서 영구자석의 원주방향 길이, 축방향 길이, 배치 숫자 등에 따라서 다양한 값을 가질 수 있다.The skew angle (α 2 ) is a predetermined skew angle (α 2 ) with respect to the
한편 상기 내측자속부(100) 및 외측자속부(300)는, 서로 다른 방향으로 스큐각(skew angle)을 가질 수 있다.Meanwhile, the inner
상기 스큐각(α2)은, 토크리플 저감을 위해 축방향으로 가면서 일방향으로 증가하도록 설정되는 등 다양한 구성이 가능하다.The skew angle α 2 is set to increase in one direction while going in the axial direction to reduce torque ripple, and various configurations are possible.
상기와 같이 영구자석(130)의 배치에 적절한 스큐각을 두어 배치하는 경우 토크는 적게 감소하면서 토크리플을 크게 감소함을 해석을 통하여 확인하였다.As described above, it was confirmed through analysis that, when an appropriate skew angle was placed in the arrangement of the
한편 상기 복수의 영구자석모듈(120)들은, 축방향으로 접착제에 의하여 접착되거나 절연체가 개재된 상태로 기계적으로 결합되는 등 다양한 방식에 의하여 결합될 수 있다.Meanwhile, the plurality of
즉, 상기 내측자속부(100)는, 축방향으로 배치된 복수의 영구자석모듈(120)들에 대하여 축방향 고정을 위하여 축방향으로 서로 대향되어 설치된 한 쌍의 축방향고정부재(190)를 포함할 수 있다.That is, the inner
상기 한 쌍의 축방향고정부재(190)는, 축방향으로 배치된 복수의 영구자석모듈(120)들에 대하여 축방향 고정을 위하여 축방향으로 서로 대향되어 설치된 구성으로서, 구조적 강성을 고려하여 SUS 등이 사용될 수 있다.The pair of axial fixing
이때 상기 내측자속부(100)의 내측회전축(150)는, 축방향고정부재(190)의 축방향 지지를 위하여 반경방향으로 연장된 연장지지부(170)가 형성될 수 있다.In this case, the
상기 축방향고정부재(190)는, 영구자석(130)이 축방향으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 구성으로서, 자속 누설을 방지하기 위하여 PEEK 등 비자성체 재질이 사용됨이 바람직하다.The
상기 폴피스유닛(200)은, 내측자속부(100)의 외주면 및 외측자속부(300)의 내주면 사이에 위치되어 자속을 조절하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
구체적으로, 본 발명에 따른 폴피스유닛(200)은, 도 3 내지 도 5, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라서 일정간격으로 이격되어 설치되는 자성체 재질의 복수의 폴피스부재(220)들과; 폴피스부재(220)가 인접한 폴피스부재(220) 사이의 간격을 유지하는 비자성체 재질의 복수의 비자성부재(230)들과; 복수의 폴피스부재(220)들을 포함할 수 있다.Specifically, the
상기 복수의 폴피스부재(220)들은, 원주방향을 따라서 일정간격으로 이격되어 설치되는 자성체로서, 다양한 구성이 가능하다.The plurality of
예를 들면, 상기 복수의 폴피스부재(220)들은, 원주방향을 따라서 일정간격으로 이격되어 설치될 수 있으며, 내외측 영구자석 (130, 330) 및 폴피스유닛(200)의 조합에 따라서 미리 설정된 수의 폴피스부재(220)들이 설치될 수 있다.For example, the plurality of
한편, 상기 폴피스부재(220)는, 내외측 영구자석 (130, 330) 및 폴피스유닛(200)의 조합에 따라서 내피부(210)의 길이방향에 대응되는 길이를 가지며, 길이방향, 즉 축방향으로 복수의 전기강판이 적층되는 구조를 가질 수 있다.On the other hand, the
상기 복수의 비자성부재(230)들은, 비자성체 재질로 형성되며, 폴피스부재(220)가 인접한 폴피스부재(220) 사이의 간격을 유지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The plurality of
예를 들면, 상기 비자성부재(230)는, 서로 인접하는 폴피스부재(220)들 사이의 공간에 설치됨으로써 폴피스부재(220)들의 위치 및 형태를 유지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.For example, the
상기 비자성부재(230)는, 바람직하게는 에폭시, PEEK와 같은 엔지니어링 플라스틱, 유리섬유 절연재료(복합재) 등의 재질을 가질 수 있다.The
한편 상기 폴피스부재(220) 및 비자성부재(230)는, 내측자속부(100)의 외주면 및 외측자속부(200)로부터 미리 설정된 간극을 두고 설치되는 원통형상을 가진다.Meanwhile, the
특히 상기 폴피스부재(220) 및 비자성부재(230)는, 다양한 구조에 의하여 원통형상을 가질 수 있다.In particular, the
예로서, 상기 비자성부재(230)는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 원통형상 전체를 이루고 폴피스부재(220)가 원주방향을 따라서 위치되도록 폴피스부재(220)가 삽입되는 삽입홈(231)이 형성되어 구성될 수 있다.For example, as shown in FIGS. 7A and 7B , the
또한 상기 폴피스부재(220) 및 비자성부재(230)는, 원주방향을 따라서 번갈아가면서 배치되고 전체 형상이 원통형을 유지하도록 내측 및 외측에는 내피부 및 외피부가 설치될 수 있다.In addition, the
상기 내피부는, 폴피스부재(220)의 지지 및 고정을 위하여 내측자속부(100)의 외주면으로부터 미리 설정된 간극을 두고 설치되는 CFRP 재질을 가질 수 있다.The inner skin may have a CFRP material installed with a preset gap from the outer peripheral surface of the inner
그리고 상기 내피부는, 복수의 비자성부재(230)들에 의하여 형성되는 외주면에 형성되어 폴피스유닛(200)의 외주면을 형성할 수 있으며 그 재질은 CFRP 재질을 가질 수 있다.And the inner skin is formed on the outer peripheral surface formed by the plurality of
한편 상기 폴피스유닛(200)은, 후술하는 하우징(600)과 결합되어 고정될 수 있으며, 이때 폴피스유닛(200)의 일단이 하우징(600)의 일부인 커버부재(620)에 고정결합될 수 있다.Meanwhile, the
그리고 상기 폴피스유닛(200)의 타단, 즉 자유단은, 내측자속부(100) 및 외측자속부(300)에 대한 간격을 유지할 수 있도록 후술하는 외측자속부(300)의 단부지지부(371)에 대하여 베어링(780)이 개재되어 회전가능하게 지지될 수 있다.And the other end, that is, the free end of the
한편 상기 폴피스유닛(200)의 타단은, 베어링(780)에 대한 축방향 지지를 위하여 단차(271)가 형성될 수 있다.Meanwhile, at the other end of the
그리고 상기 폴피스유닛(200)은, 하우징(600)과 결합되는 부분의 재질이 비자성체 재질이 바람직하다. 만일 알루미늄이 사용되는 경우 축방향 플린징 효과에 의해 축방향 자속 누설로 인한 와전류 손실 발생할 수 있어 PEEK 등 비자성체 재질의 적용이 바람직하다.And the
상기 외측자속부(300)는, 내주면에 복수의 영구자석(330)들이 결합되는 구성으로서, 회전 또는 고정구조에 따라서 다양한 구성이 가능하다.The outer
예를 들면, 상기 외측자속부(300)는, 미리 설정된 수의 N극 및 S극이 교대로 배치되는 복수의 영구자석(330)들을 포함하며, 회전가능하도록 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.For example, the external
예를 들면, 상기 외측자속부(300)는, 내주면에 복수의 영구자석(330)이 결합되며, 회전가능하도록 설치되는 외측코어부(304)와, 외측코어부(304)에 결합되어 외부로 회전을 출력하거나 입력받는 외측회전축(350)를 포함할 수 있다.For example, the outer
상기 외측코어부(304)는, 회전가능하도록 설치되어, 결합되는 외측회전축(350)를 통해 회전을 입력 또는 출력하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
예를 들면 상기 외측코어부(304)는, 폴피스유닛(200)에 대응되는 내주면에 복수의 영구자석(330)이 결합되며, 길이방향을 기준으로 양측 중 적어도 일측에 외측회전축(350)가 결합된다.For example, the
보다 구체적으로, 상기 외측코어부(304)는, 내주면에 복수의 영구자석(330)들이 설치됨과 아울러 그 내측에 동심을 이루는 폴피스유닛(200) 및 내측자속부(100)가 설치될 수 있도록 실린더 형상을 가짐이 바람직하다.More specifically, the
한편 상기 외측코어부(304)는, 복수의 전기강판이 적층되어 형성될 수 있다.Meanwhile, the
상기 복수의 영구자석(330)은, 외측코어부(304)의 내주면에 결합되어, 내측자속부(100)의 복수의 영구자석(130)과 폴피스유닛(200)를 통하여 상대적 회전에 따라 자속변화를 유도하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The plurality of
예를 들면, 상기 복수의 영구자석(330)은, 외측코어부(304)의 내주면에 복수의 N극 및 S극이 순서대로 교대로 배치될 수 있으며, 외측자속부(300)와 내측자속부(100)의 회전비를 고려하여 미리 설정된 수 및 원주길이를 가지고 배치될 수 있다.For example, in the plurality of
또한, 상기 복수의 영구자석(330)은, 원주방향을 따라서 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 보다 바람직하게는 외측코어부(304)의 내주면을 따라서 일정한 면적을 가지도록 배치되어 결합될 수 있다.In addition, the plurality of
또한 상기 복수의 영구자석(330)은, 할박배열을 가질 수 있으며, 도 4a 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 반경방향으로 착자된 N극, S극의 영구자석 모서리만 라운딩 형상(fillet)을 가졌을 때, 도 4d에 도시된 바와 같이, 토크는, 거의 변동없지만, 토크리플이 크게 감소함을 확인하였다.In addition, the plurality of
구체적으로, 상기 복수의 영구자석(330)은, 원주방향을 따라서 할박배열을 가질 수 있으며, 그 중 반경방향으로 착자된 N극, S극의 영구자석 모서리만 라운딩 형상(fillet)을 가지는 것이 바람직하다.Specifically, the plurality of
그리고 상기 영구자석(330)의 모서리의 라운딩 형상은, 반경(r2)이 1.0~2.0㎜가 바람직하며, 1.5㎜가 더욱 바람직하다.And the rounded shape of the corner of the
구체적으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 내측자속부(100)의 영구자석(130) 및 외측자속부(300)의 영구자석(330)의 라운딩 곡률이 1.5mm에서 토크 리플이 가장 적었고, 라운딩 곡률이 없는 모델과 비교하였을 때 토크 리플이 약 53.8% 감소하였다.Specifically, as shown in FIG. 4D , the torque ripple was the least when the rounding curvature of the
정리하면, 상기 외측자속부(300)의 복수의 영구자석(330)은, 원주방향을 따라서 할박배열을 가질 수 있으며, 그 중 반경방향으로 착자된 N극, S극의 영구자석 모서리만 라운딩 형상(fillet)을 가지며, 라운딩 형상의 일반적 조건은 다음과 같다.In summary, the plurality of
즉, 상기 외측자속부(300)의 영구자석(330) 중 반경방향으로 착자된 영구자석(330)의 라운딩 형상 조건은, 도 4c 및 도 4f에 도시된 바와 같이, 라운딩 형상 곡률반경을 r2, 영구자석(330)의 내주면의 호의 길이를 m1라 할 때, 2×r2/m1 값이 19%~28%가 바람직하며, 28%가 보다 바람직하다. 도 4c에서 m2은 영구자석(230)의 외주면의 호의 길이로 정의된다.That is, the rounding shape condition of the radially magnetized
상기 외측회전축(350)은, 외측코어부(304)의 길이방향을 기준으로 양측 중 적어도 일측에 결합되어 내측자속부(100) 및 외측로터부(20)의 상호 자속변화에 따라서 회전력을 외부로 출력하거나, 내측자속부(100)로 회전력을 입력하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The
예를 들면, 상기 외측회전축(350)은, 외측코어부(304)에에 결합되는 바, 외측자속부(300)에 동력이 입력되는 경우, 외측회전축(350)에 외부에서 결합되는 동력원으로부터 전달되는 동력을 외측코어부(304)에 전달할 수 있다.For example, the
반대로 상기 외측회전축(350)은, 내측회전축(150)에 의하여 입력되는 회전력에 의하여 회전될 수 있다.Conversely, the
한편 상기 외측자속부(300)는, 회전가능하게 설치된 실시예를 들어 설명하였으나 회전조합에 따라서 고정된 상태로 구성될 수 있음은 물론이다.On the other hand, although the external
한편 상기 외측자속부(300)를 구성함에 있어서, 외측코어부(304)의 내주면에 복수의 영구자석(330)들을 부착할 때 자력 영향으로 영구자석의 부착작업이 원활하지 못한 문제점이 있다.Meanwhile, in configuring the outer
이에 상기 외측자속부(300)는, 영구자석(330) 및 영구자석(330)이 고정되는 외측코어부(304)가 축방향으로 분할된 상태로 결합되는 복수의 영구자석모듈(320)들에 의하여 구성될 수 있다.Accordingly, the outer
즉, 상기 외측자속부(300)는, 도 3 내지 도 5, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 축방향으로 연장되어 형성된 제2지지본체(310)와; 제2지지본체(310)에 고정결합되며 축방향으로 순차적으로 설치되는 영구자석모듈(320)을 포함할 수 있다.That is, the outer
그리고 상기 영구자석모듈(320)는, 복수의 영구자석(330)들이 회전축(C)을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되는 제2고정링(340)-축방향으로 분할된 외측코어부(304)의 역할을 수행함-을 포함할 수 있다.And the
상기 제2지지본체(310)는, 외측회전축(350)과 일체로 또는 별도로 구성될 수 있으며, 복수의 영구자석모듈(320)들이 결합되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 제2지지본체(310)는, 회전축의 일부로서 구성되는 것을 고려하여 강도가 높은 SUS, 예를 들면 기계구조용 탄소강인 SM45C와 같은 재질의 사용이 바람직하다.For example, in consideration of being configured as a part of the rotation shaft, the
그리고 상기 제2지지본체(310)는, 자유단에서 폴피스유닛(200)과의 축방향 및/또는 반경방향의 회전가능 지지를 위하여 폴피스유닛(200)과 접하는 부분에 하나 이상의 베어링(740)이 설치될 수 있다.And the
이때 상기 제2지지본체(310)는, 베어링(740)의 설치를 위한 부재가 일체로 또는 별도의 부재로서 구비될 수 있다.In this case, the
한편 상기 제2지지본체(310)의 일단은, 외측회전축(350)과 결합되는 결합허브(371)가 구비된다.Meanwhile, one end of the
상기 결합허브(371)는, 제2지지본체(310)와 일체로 또는 별도로 구비되어 외측회전축(350)과 결합되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
상기 결합허브(371)는, 외측회전축(350)과 별도 부재 또는 일체로 형성될 수 있다.The
한편 상기 외측회전축(350)은, 축지지베어링(710)에 의하여 후술하는 하우징(600), 특히 하우징 본체(610)에 대하여 회전가능하게 설치될 수 있다.Meanwhile, the
또한 상기 제2고정링(340)은, 후술하는 제2지지본체(310)에 대한 제2고정링(340)의 원주방향 위치 고정 및 슬립(slip)의 방지를 위하여 제2지지본체(310)의 내주면에 형성된 제1키(410)와 축방향으로 결합되는 제2키(420)가 내주면에 축방향으로 형성될 수 있다.In addition, the
여기서 상기 제1키(410) 및 제2키(420)는, 제2고정링(340) 및 제2지지본체(310) 사이의 결합각도를 유지하기 위한 구성으로서, 어느 하나가 축방향으로 길게 형성된 돌기부, 나머지 하나가 돌기부가 삽입되는 홈으로 구성될 수 있다.Here, the
상기 영구자석모듈(320)은, 제2지지본체(310)에 고정결합되며 축방향으로 순차적으로 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 영구자석모듈(320)은, 복수의 영구자석(330) 및 복수의 영구자석(330)들이 회전축(C)을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되는 제2고정링(340)을 포함할 수 있다.For example, the
상기 제2고정링(340)은, 복수의 영구자석(330)들이 회전축(C)을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되어 하나의 영구자석모듈(320)을 구성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 제2고정링(340)은, 외측코어부(304)를 회전축(C) 방향으로 분할한 구성으로서, 전기강판이 적층되어 형성될 수 있다.For example, the
그리고 상기 제2고정링(340)은, 도 4c에 도시된 바와 같이, 복수의 영구자석(330)들이 미리 설정된 원주방향 간극을 가지고 배치될 수 있도록 내주면에 복수의 돌기(341)들이 형성될 수 있다.And the
상기 복수의 돌기(341)들은, 제2고정링(340)의 내주면에 돌출되어 형성되어 원주방향으로 배치된 복수의 영구자석(330)들이 안정적으로 배치될 수 있도록 하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The plurality of
상기 각 돌기(341)는, 인접한 돌기(341) 사이에 해당 영구자석(330)이 위치될 수 있도록 영구자석(330)의 원주방향 폭에 대응되어 형성될 수 있다.Each of the
한편 상기 제2고정링(340) 및 영구자석(330)로 구성되는 영구자석모듈(320)은, 인접한 영구자석모듈(320)의 영구자석(330)과 간격을 두고 설치되는 것이 바람직한바, 인접한 영구자석모듈(320)과는 절연지와 같은 얇은 재질의 비자성체 재질의 간극부재(미도시)가 개재된 상태로 설치됨이 바람직하다.Meanwhile, the
그리고 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제2고정링(340)은, 제2지지본체(310)와의 결합각도를 유지할 수 있도록 제2지지본체(310)에 형성된 제1키(410)에 대하여 축방향으로 결합되는 제2키(420)가 형성될 수 있다.And as described above, the
한편 상기 제2고정링(340)에 고정된 영구자석(330)은, 축방향(C)으로 가면서 스큐각(skew angle, α1)을 가지도록 배치될 수 있다.Meanwhile, the
상기 스큐각(skew angle, α1)은, 축방향(C)으로 가면서 인접한 제2고정링(340)에 고정된 영구자석(330)에 대하여 미리 설정된 스큐각(α1)으로서 영구자석의 원주방향 길이, 축방향 길이, 배치 숫자 등에 따라서 다양한 값을 가질 수 있다.The skew angle (α 1 ) is a preset skew angle (α 1 ) with respect to the
한편 상기 내측자속부(100) 및 외측자속부(300)는, 서로 다른 방향으로 스큐각(skew angle)을 가질 수 있다.Meanwhile, the inner
한편 상기 복수의 영구자석모듈(320)들은, 축방향으로 접착제에 의하여 접착되거나 절연체가 개재된 상태로 기계적으로 결합되는 등 다양한 방식에 의하여 결합될 수 있다.Meanwhile, the plurality of
즉, 상기 외측자속부(300)는, 축방향으로 배치된 복수의 영구자석모듈(320)들에 대하여 축방향 고정을 위하여 축방향으로 서로 대향되어 설치된 한 쌍의 축방향고정부재(390)를 포함할 수 있다.That is, the outer
상기 축방향고정부재(390)는, 영구자석(330)이 축방향으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 구성으로서, 자속 누설을 방지하기 위하여 PEEK 등 비자성체 재질이 사용됨이 바람직하다.The
한편 상기 축방향고정부재(390) 및 외측코어부(304)를 가지는 조립구성은, 외측회전축(350)에 결합된 축결합부(370)에 볼트 등에 의하여 고정결합될 수 있다.Meanwhile, the assembly configuration having the
상기 축결합부(370)는, 외측회전축(350)에 고정결합되어 축방향고정부재(390) 및 외측코어부(304)를 가지는 조립구성과 외측회전축(350)를 결합시키는 구성으로서 허브 등으로 구성될 수 있다.The
한편, 본 발명에 따른 자기기어는, 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)가 안정적으로 설치되도록 하는 하우징(600)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the magnetic gear according to the present invention may include a
상기 하우징(600)은, 내부에 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)가 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
예를 들면, 상기 하우징(600)은, 일단이 개방된 실린더 형상을 가지는 하우징 본체(610)와, 하우징 본체(610) 중 개방된 부분을 복개하는 커버부재(620)를 포함할 수 있다.For example, the
상기 커버부재(620)는, 하우징 본체(610)의 개방된 부분을 복개하는 부재로서, 볼트 등에 의하여 하우징 본체(610)과 결합될 수 있다.The
한편 상기 하우징 본체(610) 및 커버부재(620)는, 지지 축에 따라서 다양한 구성이 가능하다.Meanwhile, the
예로서, 상기 커버부재(620)는, 내측회전축(150)가 외측으로 노출되도록 중앙에 제1관통공이 형성되고 하우징 본체(610)는, 커버부재(620)가 결합되는 부분과 반대 쪽에 외측회전축(350)가 외측으로 노출되도록 중앙에 제2관통공이 형성될 수 있다.For example, in the
한편 상기와 같은 구성을 가지는 자기기어는, 하나 이상의 축, 예를 들면 내측자속부(100)의 내측회전축(150) 및 외측자속부(300)의 외측회전축(350)의 회전을 수반하는 회전기기를 구성하는바, 최종 조립 후 중량의 불균형으로 진동이 발생될 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, the magnetic gear having the above configuration is a rotating device involving rotation of one or more axes, for example, the
이에 상기와 같은 구성을 가지는 자기기어는, 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)로 구성되는 조립체 상태에서 회전을 통하여 밸런싱, 즉 회전관성모멘트의 균형을 잡기 위하여 밀링머신 등 가공장치에 의하여 회전구성의 일부분이 제거되는 밸런싱 과정을 거쳐 제조될 수 있다.Accordingly, the magnetic gear having the above configuration is balancing through rotation in an assembly state composed of the inner
여기서 상기 회전구성은, 회전되는 부재, 예를 들면 내측자속부(100) 및 외측자속부(300)가 될 수 있다.Here, the rotational configuration may be a rotating member, for example, the inner
상기 밸런싱 과정은, 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)로 구성되는 조립체 상태에서 회전을 통하여 밸런싱, 즉 회전관성모멘트의 균형을 잡기 위하여 밀링머신 등 가공장치에 의하여 회전구성의 일부분이 제거하는 과정으로서 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.The balancing process is performed by balancing through rotation in an assembly state composed of the inner
예로서, 상기 밸런싱 과정은, 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)로 구성되는 조립체 상태에서 회전을 통하여 진동을 분석하고, 진동분석에 따라서 회전되는 구성, 내측자속부(100) 및 외측자속부(300) 중 적어도 하나에 대하여 일부분을 제거함으로써 수행될 수 있다.For example, the balancing process analyzes vibration through rotation in an assembly state composed of the inner
구체적으로, 상기 내측자속부(100)의 경우 한 쌍의 축방향고정부재(190)에 대하여 진동분석에 따라서 일부가 밀링 등을 통하여 제거될 수 있다.Specifically, in the case of the inner
예를 들면, 상기 한 쌍의 축방향고정부재(190)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 진동분석에 따라서 불균형을 해소하기 위하여 내측회전축(150)으로부터 반경방향 및 원주방향으로 특정된 하나 이상의 제거위치에서 밀링 등을 통하여 일부분을 제거하여 회전관성모멘트를 변화시켜 회전시 진동을 저감시킬 수 있다.For example, the pair of axial fixing
상기 외측자속부(300)의 경우 한 쌍의 축방향고정부재(390) 중 외부로 노출된 축방향고정부(390) 및 축결합부(370)에 대하여 진동분석에 따라서 일부가 밀링 등을 통하여 제거될 수 있다.In the case of the external
예를 들면, 상기 축방향고정부(390) 및 축결합부(370)는, 진동분석에 따라서 불균형을 해소하기 위하여 내측회전축(150)으로부터 반경방향 및 원주방향으로 특정된 하나 이상의 제거위치에서 밀링 등을 통하여 일부분을 제거하여 회전관성모멘트를 변화시켜 회전시 진동을 저감시킬 수 있다.For example, the
한편 상기 밸런싱 과정에서, 내측자속부(100) 및 외측자속부(300) 모두에 대하여, 또는 적어도 어느 하나에 대하여 수행되는 등 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다.Meanwhile, in the balancing process, it may be performed by various methods, such as being performed for both the inner
예로서, 앞서 설명한 바와 같이, 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)로 구성되는 조립체 상태에서 회전을 통하여 진동을 분석하고, 진동분석에 따라서 내측자속부(100) 및 외측자속부(300) 모두에 대하여 일부를 제거하는 밸런싱 과정을 수행할 수 있다.For example, as described above, vibration is analyzed through rotation in an assembly state composed of the inner
다른 예로서, 내측자속부(100)를 회전가능하게 지지하는 회전지그에서 회전을 통하여 진동을 분석하고 진동분석에 따라서 내측자속부(100)에 대하여 일부를 제거하는 1차 밸런싱 과정을 수행할 수 있다.As another example, a primary balancing process of analyzing vibration through rotation in a rotating jig that rotatably supports the inner
다음으로 1차 밸런싱 과정이 수행된 내측자속부(100)에 대하여 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(200)를 결합시킨 후 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300)로 구성되는 조립체 상태에서 회전을 통하여 진동을 분석하고, 진동분석에 따라서 내측자속부(100) 및 외측자속부(300) 중 적어도 어느 하나에 대하여 일부를 제거하는 2차 밸런싱 과정을 수행할 수 있다.Next, after combining the
또 다른 예로서, 앞서 설명한 1차 밸런싱 과정의 수행과 별도로 외측자속부(300)를 회전가능하게 지지하는 회전지그에서 회전을 통하여 진동을 분석하고 진동분석에 따라서 외측자속부(300)에 대하여 일부를 제거하는 3차 밸런싱 과정을 수행할 수 있다.As another example, the vibration is analyzed through rotation in a rotation jig that rotatably supports the outer
이후 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300) 등을 조립하여 자기기어를 제조할 수 있다.Thereafter, the magnetic gear may be manufactured by assembling the inner
한편 상기와 같은 구성을 가지는 자기기어는, 내측자속부(100), 폴피스유닛(200) 및 외측자속부(300) 중 적어도 2개를 회전축에 연결하여 다양한 회전구동을 구현할 수 있다.Meanwhile, the magnetic gear having the above configuration may implement various rotational driving by connecting at least two of the inner
예로서, 도 1 내지 도 8b에 도시된 자기기어는, 도 10 내지 도 12에 도시된 추진시스템에 적용될 수 있다.For example, the magnetic gear shown in FIGS. 1 to 8B may be applied to the propulsion system shown in FIGS. 10 to 12 .
구체적으로, 본 발명에 따른 추진시스템은, 회전력을 발생시키는 회전력발생부(2000)와; 상기와 같은 구성을 가지는 자기기어로서 회전력발생부(2000)가 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되는 자기기어(1000)와; 자기기어(1000)의 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제1프로펠러(3120) 및 자기기어(1000)의 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 나머지 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제2프로펠러(3220)를 포함하는 추력발생부(3000)를 포함할 수 있다.Specifically, the propulsion system according to the present invention, a rotational
상기 회전력발생부(2000)는, 회전력을 발생시키는 구성으로서, 제트엔진, 내연기관 등의 엔진에 의하여 회전력을 발생시키거나, 전기모터와 같이 전기에 의하여 회전력을 발생시키는 등 다양한 구성이 가능하다.The rotational
여기서 상기 회전력발생부(2000)는, 수중체의 경우 물에 노출될 수 있는바 동체(910) 내부에 설치될 수 있다.Here, the rotational
그리고 상기 동체(910)는, 선박, 항공기 등 본체와의 연결을 위한 연결부(920)에 의하여 연결될 수 있다.In addition, the
상기 자기기어(1000)는, 앞서 설명한 구성을 가지는 자기기어로서, 회전력발생부(2000)의 회전축(2100)이 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되어 회전력발생부(2000)의 회전력을 전달받는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
특히 상기 자기기어(1000)는, 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 모두가 동축으로 위치되어야 하는바, 도 11에 도시된 바와 같이, 내측회전축(150)이 회전력발생부(2000)의 회전축(2100)과 연결되고 도 1 내지 도 8b의 구조에서 외측회전축(350)의 중공형 구조를 관통하여 후술하는 제2프로펠러(3220)와 연결될 수 있다.In particular, in the
상기 추력발생부(3000)는, 회전력발생부(2000)의 회전축(2100)이 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제1프로펠러(3120) 및 자기기어(1000)의 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 나머지 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제2프로펠러(3220)를 포함하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The
상기 제1프로펠러(3120)는, 회전력발생부(2000)의 회전축(2100)이 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The
일예로서, 상기 제1프로펠러(3120)는, 내측회전축(150)과 연결된 중공 회전축(3110)에 원주방향을 따라서 결합된 복수의 블레이드들로 구성될 수 있다.As an example, the
그리고 상기 제2프로펠러(3220)는, 자기기어(1000)의 내측회전축(150) 및 외측회전축(350) 중 나머지 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다And the
예로서, 상기 제2프로펠러(3220)는, 내측회전축(150) 및 중공 회전축(3110)을 관통하여 외측회전축(350)과 연결된 회전축(3210)에 원주방향을 따라서 결합된 복수의 블레이드들로 구성될 수 있다.For example, the
한편 상기 제1프로펠러(3120) 및 제2프로펠러(3220)는, 자기기어(1000)의 회전구조에 따라서 서로 상반회전된다.Meanwhile, the
이때 상기 제1프로펠러(3120) 및 제2프로펠러(3220)의 기어비를 조정하여 제1프로펠러(3120) 및 제2프로펠러(3220)의 회전속도를 다르게 함으로써 추진환경에 따라서 추진효율을 극대화할 수 있다.At this time, by adjusting the gear ratio of the
예로서, 선박 추진시스템의 적용 시 회전력발생부(2000)의 회전축(2100)과 제2프로펠러(3220)의 회전축(3210)와 연결되어 회전력발생부(2000)의 회전축(2100) 및 제2프로펠러(3220)의 회전속도가 동일하고, 제2프로펠러(3220)의 회전축(3210)은 자기기어(1000)에 의하여 감속되어 회전력발생부(2000)의 회전축(2100)의 회전속도보다 작은 회전속도록 회전될 수 있다.For example, when the ship propulsion system is applied, the
여기서 상기 제2프로펠러(3220)는, 감속된 제1프로펠러(3120)의 회전속도보다 1.2~1.4배로 하는 경우 효율이 크게 향상됨을 확인하였다.Here, it was confirmed that the efficiency of the
상기와 같은 구성을 가지는 추진시스템은, 항공기 또는 해양선박의 추진시스템, 드론의 추진시스템 등 추력을 요하는 시스템이면 모두 가능하다.The propulsion system having the above configuration may be any system that requires thrust, such as a propulsion system for an aircraft or a marine vessel, or a propulsion system for a drone.
한편 본 발명에 따는 추진시스템은, 전기모터와 같은 회전력발생부(2000), 자기기어(1000)에 의하여 서로 상반회전되는 제1프로펠러(3120) 및 제2프로펠러(3220)을 구비함으로써 다음과 같은 장점을 가진다.On the other hand, the propulsion system according to the present invention includes a
먼저 단일 프로펠러 회전에 의해 추진하는 추진체(선박, 항공, 어뢰, 잠수정 등)의 경우 프로펠러 회전운동에 의해 발생하는 토크로 인해서 동체가 함께 자전을 하게 되거나 기울어짐이 발생하여 직진성, 속도 등의 성능에 영향을 미치게 된다. First, in the case of a propelling body (ship, aviation, torpedo, submersible, etc.) propelled by a single propeller rotation, the fuselage rotates together or inclines due to the torque generated by the propeller rotational motion, which affects performance such as straightness and speed. will affect
그리고 단일 프로펠러 구동 시 페이로드(payload)에 따라서 블레이드의 수와 직경이 증가하는데, 프레임 구조가 복잡하게 되고 하중의 증가와 크기가 커짐으로 인한 자전 특성의 문제점으로 발생한다.And when a single propeller is driven, the number and diameter of the blades increase according to the payload, but the frame structure is complicated, and the rotation characteristics are caused by the increase in the load and the increase in size.
이러한 단일 프로펠러의 대안으로 상반회전(동축반전) 프로펠러를 적용하면 제자리 비행 성능의 구현이 가능하고, 프로펠러의 직경을 줄이고 추력을 높이는 방법으로 적용할 수 있다. As an alternative to such a single propeller, if a counter-rotating (coaxial inversion) propeller is applied, it is possible to realize in-situ flight performance, and it can be applied as a method of reducing the diameter of the propeller and increasing the thrust.
이에 항공용, 특히 드론에 상반회전(동축반전) 프로펠러를 적용하게 되면 제자리 비행 성능의 구현이 가능하고, 프로펠러의 직경을 줄이고 추력을 높일 수 있는 장점을 가진다.Therefore, if a propeller is applied for aviation, especially drone, it has the advantage of realizing in-situ flight performance and reducing the diameter of the propeller and increasing the thrust.
특히 상반회전 프로펠러의 경우 단일 프로펠러에 비해 저속에서는 약 16%, 고속에서는 약 9% 추진효율 개선의 효과가 있다.In particular, in the case of a semi-rotating propeller, compared to a single propeller, there is an effect of improving the propulsion efficiency by about 16% at low speed and about 9% at high speed.
그런데 종래의 동축반전 프로펠러의 경우 전동기와 드라이브가 각각 필요한 구조이기 때문에 복잡한 프레임 구조와 함께 슬레이브(slave) 전동기와 드라이브가 1개씩 더 필요하고 상위제어에도 부담이 된다. However, in the case of a conventional coaxial inverting propeller, since an electric motor and a drive are each required, one more slave electric motor and one drive are required along with a complicated frame structure, and it is a burden on upper level control.
이에 대하여, 본 발명에 따른 추진시스템은, 항공용, 특히 드론에 전기모터와 같은 회전력발생부(2000), 자기기어(1000)에 의하여 서로 상반회전되는 제1프로펠러(3120) 및 제2프로펠러(3220)의 구성을 적용함으로써, 전동모터와 드라이브가 1개에 태생적으로 상반회전을 구현할 수 있고, 구조가 비교적 간단하고 상위제어에 부담을 덜어줄 수 있는 이점이 있다. In contrast, the propulsion system according to the present invention is a
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above has only been described with respect to some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, the scope of the present invention, as noted, should not be construed as being limited to the above embodiments, and It will be said that the technical idea and the technical idea accompanying the fundamental are all included in the scope of the present invention.
100 : 내측자속부
200 : 폴피스유닛
300 : 외측자속부
150 : 내측회전축
350 : 외측회전축100: inner magnetic flux unit 200: pole piece unit
300: outer magnetic flux part
150: inner rotation shaft 350: outer rotation shaft
Claims (9)
상기 내측자속부(100) 및 상기 외측자속부(300) 중 적어도 하나는,
축방향으로 연장되어 형성된 지지본체(110, 310)와;
상기 지지본체(110, 310)에 고정결합되며 축방향으로 순차적으로 설치되는 영구자석모듈(120, 320)을 포함하며,
상기 영구자석모듈(120, 320)는, 상기 복수의 영구자석(130, 330)들이 회전축을 중심으로 원주방향을 따라서 고정결합되는 고정링(140, 340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기어.An inner magnetic flux part 100 to which a plurality of permanent magnets 130 are coupled to an outer circumferential surface, and an outer magnetic flux part 300 coaxial with the inner magnetic flux part 100 to which a plurality of permanent magnets 330 are coupled to the inner circumferential surface and In the magnetic gear comprising a pole piece unit 200 positioned between the outer peripheral surface of the inner magnetic flux part 100 and the inner peripheral surface of the outer magnetic flux part 300 to adjust the magnetic flux,
At least one of the inner magnetic flux unit 100 and the outer magnetic flux unit 300,
a support body (110, 310) extending in the axial direction;
It is fixedly coupled to the support body (110, 310) and includes permanent magnet modules (120, 320) sequentially installed in the axial direction,
The permanent magnet module (120, 320), the plurality of permanent magnets (130, 330) magnetic gear, characterized in that it comprises a fixed ring (140, 340) fixedly coupled along the circumferential direction about the rotation axis.
상기 고정링(140, 340)에 고정된 영구자석(130, 330)은, 토크리플 저감을 위해 축방향으로 가면서 스큐각(skew angle)을 가지도록 배치된 것을 특징으로 하는 자기기어.The method according to claim 1,
The permanent magnets (130, 330) fixed to the fixing rings (140, 340) are magnetic gears, characterized in that they are arranged to have a skew angle while going in the axial direction to reduce torque ripple.
상기 내측자속부(100) 및 상기 외측자속부(300)는, 서로 다른 방향으로 스큐각(skew angle)을 가지는 것을 특징으로 하는 자기기어.3. The method according to claim 2,
The inner magnetic flux portion 100 and the outer magnetic flux portion 300, the magnetic gear, characterized in that having a skew angle (skew angle) in different directions.
상기 고정링(140, 340)은, 상기 지지본체(110, 310)와의 결합각도를 유지할 수 있도록 상기 지지본체(110, 310)에 형성된 제1키(410, 430)에 대하여 축방향으로 결합되는 제2키(420, 440)가 형성된 것을 특징으로 하는 자기기어.The method according to claim 1,
The fixing rings 140 and 340 are coupled in the axial direction with respect to the first keys 410 and 430 formed on the support bodies 110 and 310 so as to maintain a coupling angle with the support bodies 110 and 310. Magnetic gear, characterized in that the second key (420, 440) is formed.
상기 내측자속부(100)의 내측회전축(150) 및 상기 외측자속부(300)의 외측회전축(350)를 회전가능하게 지지하는 하우징(600)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기어.The method according to claim 1,
and a housing (600) rotatably supporting the inner rotation shaft (150) of the inner magnetic flux unit (100) and the outer rotation shaft (350) of the outer magnetic flux unit (300).
상기 하우징(600)은,
상기 외측자속부(300)를 회전가능하게 지지하는 하우징 본체(610)와;
상기 내측자속부(100)를 회전가능하게 지지하는 커버부재(620)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기어.6. The method of claim 5,
The housing 600 is
a housing body 610 for rotatably supporting the outer magnetic flux unit 300;
and a cover member (620) for rotatably supporting the inner magnetic flux part (100).
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 따른 자기기어로서 상기 회전력발생부(2000)가 상기 내측회전축(150) 및 상기 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되는 자기기어(1000)와;
상기 자기기어(1000)의 상기 내측회전축(150) 및 상기 외측회전축(350) 중 어느 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제1프로펠러(3120) 및 상기 자기기어(1000)의 상기 내측회전축(150) 및 상기 외측회전축(350) 중 나머지 하나와 연결되어 회전되어 추력을 발생하는 제2프로펠러(3220)를 포함하는 추력발생부(3000)를 포함하는 추진시스템.a rotational force generating unit 2000 for generating a rotational force;
The magnetic gear according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotational force generating unit 2000 is connected to any one of the inner rotating shaft 150 and the outer rotating shaft 350;
A first propeller 3120 that is connected to any one of the inner rotation shaft 150 and the outer rotation shaft 350 of the magnetic gear 1000 and rotates to generate thrust and the inner rotation shaft of the magnetic gear 1000 ( 150) and a thrust generating unit 3000 including a second propeller 3220 that is connected to the other one of the outer rotation shaft 350 and rotates to generate thrust.
항공기 또는 해양선박의 추진시스템인 것을 특징으로 하는 추진시스템.8. The method of claim 7,
A propulsion system, characterized in that it is a propulsion system of an aircraft or marine vessel.
드론의 추진시스템인 것을 특징으로 하는 추진시스템.8. The method of claim 7,
A propulsion system, characterized in that it is a propulsion system of a drone.
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