WO2017052075A1 - 영구자석 응용 전동기 - Google Patents

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stator
rotating plate
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rotor
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유학철
유로빈
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Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet application motor using a repulsive force and repulsive force acting between different permanent magnets and a repulsive force or attractive force acting between the permanent magnet and the electromagnet interaction, and more specifically, the stator and rotor mutual made of a permanent magnet
  • the rotational force is provided to the rotor due to the repulsive force and attraction force between the rotor, the planetary gear connected to the rotor, the center gear that meshes with the planetary gear, and the position of the rotor's N pole and S pole by the structure that interlocks with the planet gear Is physically converted, and at the deadlock where the rotational force is not provided to the rotor due to the balance between the repulsive force and attraction between the permanent magnets, the rotational force of the rotor is maintained by using the repulsive force or attraction between the permanent magnet and the electromagnet.
  • Most of the energy is obtained from the magnetism of permanent magnets, so that power consumption can be reduced to a
  • a motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy by using a force that a current receives in a magnetic field.
  • Electric motors are widely used as basic equipment for industrial production, but since the power consumption is very large, there is a demand for electric motors that can reduce power consumption and achieve maximum effects.
  • the invention relates to an electric motor that reduces power consumption and / or increases efficiency, such as "magnetic rotating device” of Korean Patent Laid-Open Publication No. 1995-007007865 and Korean Patent Publication No. 10-2010-0049721.
  • Electromagnet motor "," permanent magnet motor using circular permanent magnet and magnetic shield plate "of Korean Patent Publication No. 10-2011-0108602 and” permanent motor for electric motor with reduced cogging torque "of Korean Patent Publication No. 10-2013-0141210 Magnet and electric motor employing the same "have been proposed and disclosed.
  • the "magnetic rotating device” of the Republic of Korea Patent Publication No. 199595-0007865 has been proposed a device capable of efficiently obtaining the rotational energy from the permanent magnet and to minimize the current supplied to the electromagnet as possible
  • 10-2010-0049721 "electromagnet motor” has been proposed a device that can increase the efficiency of the electromagnet motor by minimizing the magnetic flux loss between the electromagnet part and the magnetic material when the electromagnet power is applied.
  • the deadlock point means that when the rotor rotating or rotating simultaneously reaches the near point of the stator, the boundary between the N pole and the S pole of the rotor faces the stator so that no attraction or repulsion occurs between the rotor and the stator. Say no location.
  • the magnetic force lines of the N and S poles of the rotor act in three-dimensional manner with the magnetic lines of the stator so that the attraction force and repulsive force between the rotor and the stator do not act.
  • Permanent magnet applied motor according to the present invention is a technique proposed to solve the problems of the prior art
  • the motor that composes the stator and rotor using only permanent magnets has a means to overcome the deadlock that balances repulsion and attraction between permanent magnets. It is for that purpose.
  • a first rotating plate and a second rotating plate having a through hole penetrating at one end and the other end thereof and having a plurality of insertion grooves formed at one end thereof;
  • a rotating shaft passing through a central portion of the first rotating plate and a central portion of the second rotating plate;
  • a plurality of rotors disposed between the first rotating plate and the second rotating plate at equal intervals with respect to the rotational axis, and including a permanent magnet and a through shaft penetrating the permanent magnet;
  • a plurality of planetary gears connected to each of the plurality of rotors in pairs;
  • a center gear connected to one end of the rotation shaft and engaged with all of the planetary gears;
  • a rotating plate support part configured as a first support part and a second support part connected to both ends of the rotation shaft, respectively;
  • a stator support comprising a third support provided with a first stator having a permanent magnet as a component and spaced apart from each other based on the rotation axis, and a fourth
  • the current is supplied to the electromagnet only when the rotor reaches a deadlock, thereby minimizing power consumption;
  • 1 is an exemplary view showing the operation principle of a conventional electric motor.
  • Figure 2 (a) is an external perspective view of a permanent magnet application electric motor according to the present invention.
  • Figure 2 (b) is a plan view of a permanent magnet application electric motor according to the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a permanent magnet application motor according to the present invention.
  • Figure 4 is an exemplary view showing a starting appearance of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing various aspects of the stator and the rotor constituting the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • Figure 6 (a) to Figure 6 (b) is an exemplary view showing the operating principle of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • Figure 7 (a) to Figure 7 (b) is an exemplary view showing a physical pole change of the rotor and the planetary gear of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • 8 (a) to 8 (b) are exemplary views showing various embodiments of the permanent magnet application electric motor according to the present invention.
  • the present invention relates to a permanent magnet application electric motor using repulsive force and attraction between the different permanent magnets and the repulsive force or attraction between the permanent magnet and the electromagnet,
  • the through shaft 141 is disposed between the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 at equal intervals with respect to the rotating shaft 120 and penetrates the permanent magnet and the permanent magnet.
  • a plurality of rotors 140 as components; A plurality of planetary gears 101 connected to each of the plurality of rotors 140 in pairs; A center gear 100 connected to one end of the rotation shaft 120 and engaged with all of the plurality of planetary gears 101; Rotating plate support portion consisting of a first support 150 and a second support 151 connected to both ends of the rotary shaft 120, respectively; A third support 152 having a first stator 130 having a permanent magnet as a component and spaced apart from each other based on the rotation shaft 120 and a second stator identical to the first stator 130 ( A stator support part composed of a fourth support part 153 provided with 131; At least one deadlock detection sensor (160) provided at one side of the rotating plate support; At least one electromagnet unit 170 provided at one side of the stator support unit; It relates to a permanent magnet application electric motor using a planetary gear and an electromagnet characterized in that it comprises a.
  • the permanent magnet application motor comprises a first rotating plate 110 and a second rotating plate 111 having a through hole penetrating one end and the other end in the center and a plurality of insertion grooves formed at one end thereof. Shall be.
  • the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 is a permanent magnet application electric motor according to the present invention to rotate the rotor 140 to rotate the repulsive force and attraction between the permanent magnet to the rotational force, the idle movement
  • the through hole is a component formed to support the rotating shaft 120 to be described below as a component necessary to physically switch the position of the pole and the pole of the rotor which rotates at the same time and the insertion groove Is a component formed to support the rotor 140 below.
  • first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 is configured to serve as a "link arm" in a general planetary gear device.
  • the permanent magnet application motor has a rotary shaft 120 penetrating through the central portion of the first rotating plate 110 and the central portion of the second rotating plate 111 as one component.
  • the rotating shaft 120 is a component necessary for performing a rotational movement for converting the attraction and repulsive force between the permanent magnets to the rotational force between the permanent magnet application motor according to the present invention, the first through the insertion method in the through-hole Passes through the rotating plate 110 and the second rotating plate 111.
  • the components of the permanent magnet application motor according to the present invention should be located between the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111, the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111. Are spaced apart based on the rotation shaft 120.
  • the permanent magnet application electric motor according to the present invention is disposed with the same distance between the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 with respect to the rotating shaft 120 with respect to each other, the permanent magnet and A plurality of rotors 140 having the through shaft 141 penetrating the permanent magnet as a component is one component.
  • the permanent magnet is a cylindrical shape in which a hollow penetrating one end and the other end is divided into two sides having the same volume, based on the hollow, one side has the characteristics of the N pole, the other side has the shape of the S pole Can be.
  • a motor uses a permanent magnet for the rotor, which can be divided into two types, a surface magnet type and a buyer magnet type, depending on the shape and method of disposing the permanent magnet.
  • the rotor of the permanent magnet application motor according to the present invention may use either of the surface magnet type and the embedded magnet type.
  • the plurality of the rotor 140 When the plurality of the rotor 140 is disposed between the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 to have the same distance from each other based on the rotating shaft 120, the plurality of times The electrons 140 form a circle during the orbital movement and have a shape surrounding the rotation shaft 120.
  • the plurality of rotors 140 are disposed between the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 in the through shaft penetrating the permanent magnet constituting the rotor 140 ( Both ends of the 141 are respectively inserted into the insertion grooves formed in the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111, respectively, so that the through shaft 141 has a length longer than that of the permanent magnet. Both ends of the penetrating permanent magnet may be inserted into the insertion grooves, respectively.
  • An insertion hole may be formed in the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 in place of the insertion groove, and in this case, the through shaft 141 may pass through the insertion hole or be inserted into the insertion hole. Can lose.
  • the rotor 140 may be provided with 1 to 10.
  • a separate attachment having the same weight as the rotor 140 should be provided to adjust the center of gravity, which is not efficient, so that the rotor 140 is provided with two or more. desirable.
  • the permanent magnet application electric motor according to the present invention is composed of ten or more of the rotors 140, the structure becomes complicated and the plurality of planetary gears described below having the same number as the rotors 140 ( 101) and the rotational force is reduced due to the increase in friction between the center gear 100 described below may reduce the efficiency of the motor.
  • the rotor 140 constituting the permanent magnet application motor according to the present invention is most preferably provided with 1 to 10, preferably 2 to 9.
  • the permanent magnet application motor includes a plurality of planetary gears 101 connected in pairs to each of the plurality of rotors 140 as one component.
  • the planetary gear 101 may be provided with 2 to 9, the same number as the rotor 140, but ideally with the rotor 140 It is preferable that both the planetary gears 101 are provided with two to six.
  • the plurality of planetary gears 101 are connected to each of the plurality of rotors 140 in such a manner that the through shaft 141 constituting the rotor 140 passes through the center of the planetary gear 101. Way.
  • the permanent magnet application motor has a central gear 100 connected to one end of the rotary shaft 120 and engaged with all of the plurality of planetary gear 101 as one component.
  • the planetary gears 101 may be arranged to surround the center gear 100 with respect to the center gear 100.
  • each of the planetary gears 101 is engaged with the center gear 100, the rotor may be caused by repulsion and attraction between the first stator 130, the second stator 131, and the rotor 140.
  • a plurality of gears formed on each of the plurality of planetary gears 101 connected to the plurality of rotors 140 are the center. It rotates by meshing with a plurality of cog wheels formed in the gear 100.
  • a plurality of the planetary gear 101 is a rotational movement and at the same time orbital movement around the center gear 100, the center gear 100 is fixed without moving.
  • the planetary gear 101 and the center gear 100 have a gear ratio of 1: 1 to each other,
  • the rotational ratio between the revolution and rotation of the planetary gear 101 centering on the center gear 100 is 1: 2 so that the planetary gear 101 performs the revolution of the planetary gear 1 rotation. Will rotate two turns.
  • an additional stator and an electromagnet may be additionally provided at a different position from the stator 130 and the electromagnet 170.
  • the permanent magnet application motor has a rotary plate support portion composed of a first support 150 and a second support 151 connected to both ends of the rotary shaft 120 as one component.
  • the first support plate 150 and the second support plate 151 may be rotatably rotated without the first rotating plate 110 and the second rotating plate 111 contacting the bottom surface. ) And the height of the rotating shaft 120 penetrating the central portion of the second rotating plate 111 from the bottom surface.
  • the permanent magnet application motor according to the present invention is the third support 152 and the first support is provided with a first stator (130) as a permanent magnet component, spaced apart from each other based on the rotation shaft 120
  • the stator support part comprised of the 4th support stand 153 provided with the 2nd stator 131 same as the 1 stator 130 is made into one component.
  • the first stator 130 provided on the third support 152 has an N pole or an S pole disposed toward the second stator 131 provided on the fourth support 153, and the second stator The opposite side of the first stator 130 is disposed toward the first stator 130.
  • the first stator 130 and the second stator 131 may have the same shape as the rotor 140, but may be configured in other forms.
  • the permanent magnet application motor includes one or more deadlock detection sensor 160 provided on one side of the rotating plate support.
  • the deadlock detection sensor 160 is an optical sensor or a magnetic sensor.
  • a contact switch for cam movement in place of the deadlock detection sensor may be provided.
  • the contact switch in the method for detecting the deadlock, is driven by contact with the rotor by applying a cam motion after the copper plate is provided on the rotating plate in place of the optical sensor. In this case, it can be applied to a constant speed motor that does not require speed adjustment.
  • the permanent magnet application electric motor according to the present invention includes one or more electromagnet portions 170 provided on one side of the rotating plate support.
  • the electromagnet portion is a permanent magnet constituting the first stator 130 and the second stator 131, characterized in that located in the middle of the first stator 130 and the second stator 131, respectively.
  • the coil is wound directly on the electromagnet formed or characterized in that the electromagnet provided separately.
  • the electromagnet unit 170 may use any form of a commonly used electromagnet as well as a form in which a coil is wound around the permanent magnet.
  • the electromagnet unit 170 When the rotor 140 enters the measurement range of the deadlock detection sensor 160, the electromagnet unit 170 is supplied with power by the reaction of the deadlock detection sensor 160 and the rotor 140. When the deviation of the measurement range of the deadlock detection sensor 160, the power supply is stopped.
  • 1 is an exemplary view showing the operation principle of a conventional electric motor.
  • a conventional electric motor is provided with a first stator 130 and a second stator 131 which are permanent magnets on both sides of the rotor 140, which is a coil electromagnet, and the first stator. Attraction between the S pole of 130 and the N pole of the rotor 140 and the attraction between the N pole of the second stator 131 and the S pole of the rotor 140, and the second stator ( The rotor 140 has a repulsive force between the N pole of the 131 and the N pole of the rotor 140 and the repulsive force between the S pole of the first stator 130 and the S pole of the rotor 140. This is how you get the torque.
  • Figure 2 (a) is an external perspective view of the permanent magnet application motor according to the present invention
  • Figure 2 (b) is a plan view of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • the permanent magnet application motor is a first through-hole through one end and the other end is formed in the center and a plurality of insertion grooves are formed at one end Rotating plate 110 and second rotating plate 111 and the rotating shaft 120 and the first rotating plate 110 and the second penetrating the center of the first rotating plate 110 and the central portion of the second rotating plate 111
  • a plurality of rotors 140 having the same spacing between the rotating plate 111 with respect to the rotating shaft 120 with each other, the through shaft 141 through the permanent magnet and the permanent magnet as a component
  • a plurality of planetary gears 101 connected to each of the plurality of rotors 140 and a center gear 100 connected to one end of the rotation shaft 120 and engaged with all of the plurality of planetary gears 101. It characterized in that it is configured to include.
  • a stator support comprising a third support 152 having a first stator 130 as a component and a fourth support 153 having a second stator 131 identical to the first stator 130; It characterized in that it comprises one or more deadlock detection sensor 160 provided on one side of the rotating plate support and at least one electromagnet portion 170 provided on one side of the stator support.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a permanent magnet application motor according to the present invention.
  • the electronic circuit can be used to adjust the timing of the electromagnet operation and consequently, the rotation speed can be controlled.
  • Figure 4 is an exemplary view showing a starting appearance of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • the rotor 140 When the rotor 140 is composed of three or more, three or more of the electromagnet portions 170 are disposed, so that when the current flows sequentially along the rotational direction of the electromagnet portion 170 at startup, the permanent magnet The mounted rotor 140 starts to rotate by repulsive force and attraction.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing various aspects of the stator and the rotor constituting the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • the first stator 130 and the second stator 131 and the rotor 140 constituting the permanent magnet application motor according to the present invention have a cylindrical shape, a flat shape, a surface magnet type, and a seating magnet. It may be configured in various forms such as a mold.
  • 6 (a) to 6 (b) is an exemplary view showing the operating principle of the permanent magnet application electric motor according to the present invention.
  • the permanent magnet application electric motor As shown in Figure 6 (a), the permanent magnet application electric motor according to the present invention, the rotor is composed of an electromagnet and the stator, unlike a conventional electric motor is composed of a permanent magnet rotor 140 and the origin stator 130 And the mid-point stator 131 is characterized in that all composed of a permanent magnet.
  • the permanent magnet application motor minimizes the force of the deadlock state by using the planetary gear 101.
  • the permanent magnet application motor is provided with a deadlock detection sensor for recognizing that the rotor 140 reaches the deadlock, the deadlock detection sensor When the rotor 140 is detected, the current is temporarily supplied to the electromagnet unit 170.
  • the rotor 140 reaching the deadlock point is rotated by the repulsive force generated between the electromagnet unit 170 and the deadlock point is overcome.
  • the attractive force may be used depending on the arrangement of the electromagnet portion, but it is more advantageous to use the repulsive force acting in the same direction as the rotation direction of the rotor 140.
  • Figure 7 (a) to Figure 7 (b) is an exemplary view showing the physical pole change of the rotor and planetary gear of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • the permanent magnet application motor has a plurality of planetary gears 101, a center gear 100 engaged with each of the plurality of planetary gears 101, and the planetary gears.
  • the first rotating plate 110 that cooperates with the 101 is a component.
  • the planetary gear 101 rotates 180 ° while the planetary gear 101 rotates and performs a rotational motion at the same time to perform a 90 ° revolution in the initial position.
  • the planetary gear 101 rotates 180 degrees in the same direction as the idle movement while the planetary gear 101 revolves and performs a rotational motion at the same time.
  • the planetary gear 101 has a state in which an orbital motion of 180 ° and a rotational motion of 360 ° are performed.
  • the planetary gear 101 rotates 180 degrees in the same direction as the idle movement while the planetary gear 101 revolves and performs a rotational motion at the same time. In comparison with the planetary gear 101 has a state of 270 ° revolution and 540 ° rotational movement.
  • the planetary gear 101 rotates 180 degrees in the same direction as the idle movement while the planetary gear 101 revolves and performs a rotational motion at the same time.
  • the planetary gear 101 has a state of 360 ° orbital movement and 720 ° rotational movement has the same position as the initial position.
  • the role of the commutator for changing the polarity of the current continuously supplied to the rotor composed of the electromagnet in the conventional electric motor can be physically realized by using only the permanent magnet using the planetary gear 101.
  • 8 (a) to 8 (b) are exemplary views showing various embodiments of the permanent magnet application motor according to the present invention.
  • the permanent magnet application electric motor according to the present invention may be composed of three rotor 140 and three planetary gear (101).
  • the rotor 140 is a near point of contact with the first stator 130 and the second stator 131 by driving the permanent magnet application electric motor according to the present invention composed of three rotors 140 and three planetary gears 101.
  • the current flows to the electromagnet portion 170 provided in the third support 152 and the fourth support 153, respectively.
  • the electromagnet portion 170 provided on the third support 152 and the fourth support 153 respectively rotates the rotor 140 by providing repulsive force or attraction to the rotor 140. Let's do it.
  • the electromagnet portion 170 in FIG. 8A is provided at the middle of the first stator 130 and the second stator 131 and is not shown in the lateral direction.
  • the permanent magnet application electric motor according to the present invention may be composed of four rotor 140 and four planetary gears.
  • the rotor 140 is a near point with the first stator 130 and the second stator 131 by driving the permanent magnet application motor according to the present invention consisting of four rotor 140 and four planetary gears When each reaches the dead point, a current flows in the electromagnet portion 170 provided in the third support 152 and the fourth support 153, respectively.
  • the transfer seat 170 provided in the third support 152 and the fourth support 153 provides the repulsive force or attraction to the rotor 140 to rotate the rotor 140.
  • the electromagnet portion 170 in FIG. 8 (b) is provided at the middle of the first stator 130 and the second stator 131 and is not shown in the lateral direction.
  • the permanent magnet application electric motor according to the present invention has a strong rotational power and can greatly reduce power consumption, thereby replacing the existing power motor, and in particular, the same as the conventional battery in the electric vehicle field. While using a battery of capacity, the mileage can be significantly increased.
  • Permanent magnet application electric motor according to the present invention solves the problems of the conventional electric motor using only permanent magnets to reduce the power consumption has the effect of showing excellent efficiency and industrial availability is sufficient.

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Abstract

본 발명은 서로 다른 영구자석 상호 간에 작용하는 척력 및 인력 그리고 영구자석과 전자석 상호 간에 작용하는 척력 또는 인력을 이용하는 영구자석 응용 전동기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 일단과 타단을 관통하는 관통홀이 중심부에 형성되고 일단에 복수 개의 삽입 홈이 형성되는 제1 회전판 및 제2 회전판과 제1 회전판의 중심부와 제2 회전판의 중심부를 관통하는 회전축과 제1 회전판과 제2 회전판의 사이에서 회전축을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지며 배치되며, 영구자석과 영구자석을 관통하는 관통축을 구성요소로 하는 복수 개의 회전자와 복수 개의 회전자 각각에 짝을 지어 연결되는 복수 개의 유성기어와 회전축의 일단에 연결되고 복수 개의 유성기어 전부와 맞물리는 중심기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 회전축의 양 끝단과 각각 연결되는 제1 지지대와 제2 지지대로 구성되는 회전판 지지부와 회전축을 기준으로 하여 상호 간에 이격되는, 영구자석을 구성요소로 하는 제1 고정자가 구비되는 제3 지지대 및 상기 제1 고정자와 동일한 제2 고정자가 구비되는 제4 지지대로 구성되는 고정자 지지부와 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 교착점 감지센서와 고정자 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 전자석부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

영구자석 응용 전동기
본 발명은 서로 다른 영구자석 상호 간에 작용하는 인력 및 척력 그리고 영구자석과 전자석 상호 간에 작용하는 척력 또는 인력을 이용하는 영구자석 응용 전동기에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 영구자석으로 이루어진 고정자 및 회전자 상호 간에 작용하는 척력 및 인력으로 인해 회전자에 회전력이 제공되고, 회전자에 연결된 유성기어와 유성기어에 맞물리는 중심기어, 그리고 유성기어와 연동하는 구조물에 의해 회전자의 N극과 S극의 위치가 물리적으로 전환되며, 영구자석 상호 간의 척력과 인력이 균형을 이루어 회전자에 회전력이 제공되지 않는 교착점에서는 영구자석과 전자석 상호 간의 척력 또는 인력을 이용하여 회전자의 회전상태를 유지하며, 회전력의 대부분은 영구자석의 자력으로부터 획득하므로 전력 소모를 최소한으로 줄일 수 있는 영구자석 응용 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 전동기란 전류가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치로써 주로 모터를 일컫는다.
전동기는 산업생산의 기본 설비로써 광범위하게 사용되고 있지만 전력소비량이 매우 크므로 전력소모를 줄이며 최대의 효과를 낼 수 있는 전동기가 요구되고 있는 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 전력소비의 감소 및/또는 효율성을 증대시키는 전동기에 관한 발명으로는 대한민국 공개특허공보 제1995-0007865호의 "자력회전장치" 및 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0049721호의 "전자석 모터", 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0108602호의 "원형영구자석과 자계차폐판을 이용한 영구자석모터" 및 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0141210호의 "코깅 토크를 저감한 전동기용 영구자석 및 이를 채용한 전동기"가 제안되어 공개된 바 있다.
상기 대한민국 공개특허공보 제1995-0007865호의 "자력회전장치"에는 영구자석으로부터 회전에너지가 효율적으로 얻어질 수 있고 전자석에 공급되는 전류는 가능한 최소화시킬 수 있는 장치가 제안되었고, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0049721호의 "전자석 모터"에는 전자석부에 전원인가 시 전자석부와 자성체 간의 자속 손실을 최소화하여 전자석 모터의 효율성을 증가시킬 수 있는 장치가 제안되었다.
또한, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0108602호의 "원형영구자석과 자계차폐판을 이용한 영구자석모터"에는 구멍이 형성된 자계차폐판의 구멍을 통해 노출되는 고정식 원형영구자석의 자력과 회전식 영구자석의 자력 간의 척력 또는 인력을 이용하여 동력을 얻는 장치가 제안되었고, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0141210호의 "코깅 토크를 저감한 전동기용 영구자석 및 이를 채용한 전동기"에는 전동기의 출력 토크를 저하하지 않고도 전동기 구동시 발생되는 코깅 토크를 크게 감소시킬 수 있는 장치가 제안되었다.
그러나 상기와 같은 종래 기술들은 전동기의 효율성을 향상시킬 수는 있으나 전류의 지속적인 공급이 필요하여 전력소모량은 여전히 유지되는 문제, 자석들 상호 간의 자력선이 겹치게 되어 서로 다른 극끼리의 자력이 상쇄되는 문제, 교착점에 의한 자력선의 반작용과 마찰력 때문에 전동기의 지속적인 구동이 어렵거나 효율성이 떨어지는 문제가 발생하였다.
교착점이란, 공전 운동하며 동시에 자전 운동하는 회전자가 고정자의 근일점에 이르렀을 때, 회전자의 N극과 S극의 경계부분이 고정자와 마주보게 되어 회전자와 고정자 상호 간에 인력 또는 척력이 발생하지 아니하는 위치를 말한다.
보다 상세하게는, 회전자의 N극 및 S극의 자력선이 고정자의 자력선과 입체적으로 작용하여 상기 회전자와 상기 고정자 상호 간에 인력 및 척력이 작용하지 않는 교착상태를 말한다.
이러한 문제는 기존의 영구자석을 이용하는 전동기에서도 보편적으로 발생하는 문제로써, 뚜렷한 해결책이 없어 전동기의 효율이 저하되는 것을 감수하여야 하였다.
따라서, 전력의 소모가 최소화되고 동력발생량은 최대화시킬 수 있으며 영구자석만으로 구성되는 전동기의 단점인 교착점을 극복할 수 있는 영구자석 응용 전동기가 요구되는 실정이다.
본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 제안된 기술로써,
통상적인 전동기는 회전자를 감싸고 있는 코일에 지속적으로 전류를 공급하여야 하여 많은 전력이 소모되는 문제가 발생하였고;
전력소모를 줄이면서도 뛰어난 효율성을 가지는 전동기가 필요한 문제가 발생하였으며;
영구자석만을 이용하여 고정자 및 회전자를 구성하는 전동기는 영구자석 상호 간의 척력과 인력이 균형을 이루는 교착점을 극복하는 수단이 없어 회전자의 지속적인 회전이 불가능한 문제가 발생하였기 때문에 이에 대한 해결책을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기와 같은 목적을 실현하고자,
일단과 타단을 관통하는 관통홀이 중심부에 형성되고 일단에 복수 개의 삽입 홈이 형성되는 제1 회전판 및 제2 회전판; 상기 제1 회전판의 중심부와 상기 제2 회전판의 중심부를 관통하는 회전축; 상기 제1 회전판과 상기 제2 회전판의 사이에서 상기 회전축을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지며 배치되며, 영구자석과 상기 영구자석을 관통하는 관통축을 구성요소로 하는 복수 개의 회전자; 복수 개의 상기 회전자 각각에 짝을 지어 연결되는 복수 개의 유성기어; 상기 회전축의 일단에 연결되고 복수 개의 상기 유성기어 전부와 맞물리는 중심기어; 상기 회전축의 양 끝단과 각각 연결되는 제1 지지대와 제2 지지대로 구성되는 회전판 지지부; 상기 회전축을 기준으로 하여 상호 간에 이격되는, 영구자석을 구성요소로 하는 제1 고정자가 구비되는 제3 지지대 및 상기 제1 고정자와 동일한 제2 고정자가 구비되는 제4 지지대로 구성되는 고정자 지지부; 상기 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 교착점 감지센서; 상기 고정자 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 전자석부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유성기어와 전자석을 이용하는 영구자석 응용 전동기를 제시한다.
본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는,
회전자가 교착점에 이르렀을 때 감지센서 또는 접촉식 회전판에 회전자의 위치가 감지되면 전자석부에 전류가 일시적으로 공급되어 순간적으로 회전자를 밀어내는 척력을 발생시키거나 전자석부의 위치에 따라 순간적으로 회전자를 끌어당기는 인력을 발생시켜 회전자가 교착점을 극복하고 지속적인 회전을 할 수 있는 효과를 얻을 수 있고;
일시적으로만 전류의 공급이 중단되고 지속적인 전류의 공급이 필요한 통상의 전동기와는 달리 회전자가 교착점에 이르렀을 때에만 전자석에 일시적으로 전류가 공급되므로 전력의 소모가 최소화되는 효과를 얻을 수 있으며;
회전력의 대부분을 희토류가 포함된 영구자석 상호 간의 강력한 자력으로 획득하므로 대량의 전력소모 없이도 강한 회전력을 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있어, 효율적인 전동기의 구현이 가능하다.
도 1은 통상적인 전동기의 작동원리를 나타낸 예시도.
도 2(a)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 외부 사시도.
도 2(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 회로도.
도 4는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 시동모습을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구성하는 고정자 및 회전자의 다양한 모습을 나타낸 예시도.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 작동원리를 나타낸 예시도.
도 7(a) 내지 도 7(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 회전자와 유성기어의 물리적인 극전환 모습을 나타낸 예시도.
도 8(a) 내지 도 8(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 다양한 실시형태를 나타낸 예시도.
본 발명은 서로 다른 영구자석 상호 간에 작용하는 척력 및 인력 그리고 영구자석과 전자석 상호 간에 작용하는 척력 또는 인력을 이용하는 영구자석 응용 전동기에 관한 것으로써,
일단과 타단을 관통하는 관통홀이 중심부에 형성되고 일단에 복수 개의 삽입 홈이 형성되는 제1 회전판(110) 및 제2 회전판(111); 상기 제1 회전판(110)의 중심부와 상기 제2 회전판(111)의 중심부를 관통하는 회전축(120); 상기 제1 회전판(110)과 상기 제2 회전판(111)의 사이에서 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지며 배치되며, 영구자석과 상기 영구자석을 관통하는 관통축(141)을 구성요소로 하는 복수 개의 회전자(140); 복수 개의 상기 회전자(140) 각각에 짝을 지어 연결되는 복수 개의 유성기어(101); 상기 회전축(120)의 일단에 연결되고 복수 개의 상기 유성기어(101) 전부와 맞물리는 중심기어(100); 상기 회전축(120)의 양 끝단과 각각 연결되는 제1 지지대(150)와 제2 지지대(151)로 구성되는 회전판 지지부; 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 이격되는, 영구자석을 구성요소로 하는 제1 고정자(130)가 구비되는 제3 지지대(152) 및 상기 제1 고정자(130)와 동일한 제2 고정자(131)가 구비되는 제4 지지대(153)로 구성되는 고정자 지지부; 상기 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 교착점 감지센서(160); 상기 고정자 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 전자석부(170); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유성기어와 전자석을 이용하는 영구자석 응용 전동기에 관한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.
우선, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 일단과 타단을 관통하는 관통홀이 중심부에 형성되고 일단에 복수 개의 삽입 홈이 형성되는 제1 회전판(110) 및 제2 회전판(111)을 일 구성요소로 한다.
상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)은 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기가 영구자석 상호 간의 척력과 인력을 회전력으로 전환하기 위해 회전자(140)를 공전운동시키고, 공전운동과 동시에 자전운동하는 상기 회전자의 N극과 S극의 위치를 물리적으로 전환하기 위해 필요한 구성요소로써 상기 관통홀은 아래에서 설명되는 회전축(120)을 지지하기 위해 형성되는 구성요소이고 상기 삽입 홈은 하기 회전자(140)를 지지하기 위해 형성되는 구성요소이다.
즉, 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)은 일반적인 유성기어장치에서의 "링크암"의 역할을 하는 구성이다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 제1 회전판(110)의 중심부와 상기 제2 회전판(111)의 중심부를 관통하는 회전축(120)을 일 구성요소로 한다.
상기 회전축(120)은 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기가 영구자석 상호 간의 인력과 척력을 회전력으로 전환하기 위한 회전운동을 수행하기 위해 필요한 구성요소로써, 상기 관통홀에 삽입되는 방식으로 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)을 관통한다.
이때, 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)의 사이에는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 구성요소들이 위치되어야 하므로 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)은 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 이격되어야 한다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 제1 회전판(110)과 상기 제2 회전판(111)의 사이에서 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지며 배치되며, 영구자석과 상기 영구자석을 관통하는 관통축(141)을 구성요소로 하는 복수 개의 회전자(140)를 일 구성요소로 한다.
상기 영구자석은 일단과 타단을 관통하는 중공이 형성되는 원통형이며 상기 중공을 기준으로 하여 동일한 부피를 가지는 양측으로 구분되되, 일측은 N극의 성질을 가졌으며 타측은 S극의 성질을 가지는 형태일 수 있다.
일반적으로 전동기에는 회전자에 영구자석을 사용하는데, 이러한 회전자는 영구자석을 배치하는 모양과 방법에 따라 표면자석형, 매입자석형의 두 종류로 나눌수 있다.
본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 회전자는 이러한 표면자석형과 매입자석형 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.
복수 개의 상기 회전자(140)가 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지도록 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)의 사이에 배치되면, 복수 개의 상기 회전자(140)는 공전운동시에 원형을 이루며 상기 회전축(120)을 둘러싸는 형태를 가지게 된다.
복수 개의 상기 회전자(140)가 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)의 사이에 배치되는 방식은 상기 회전자(140)를 구성하는 상기 영구자석을 관통하는 상기 관통축(141)의 양끝단이 각각 상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)에 각각 형성된 상기 삽입 홈에 삽입되는 방식으로써, 상기 관통축(141)은 상기 영구자석보다 긴 길이를 가져야 상기 영구자석을 관통하며 양끝단이 상기 삽입 홈에 각각 삽입될 수 있다.
상기 제1 회전판(110) 및 상기 제2 회전판(111)에는 상기 삽입 홈을 대신하여 삽입 홀이 형성될 수 있고, 이때에는 상기 관통축(141)은 상기 삽입 홀을 관통하거나 상기 삽입 홀에 끼워질 수 있다.
상기 회전자(140)는 1 내지 10개가 구비될 수 있다.
하나의 상기 회전자(140)로 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구성한 후 상기 회전자(140)를 공전운동시키면 상기 제1 회전판 (110) 및 상기 제2 회전판(111)에 무게중심 불균형으로 인한 심한 진동이 발생하게 된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서는 무게중심을 맞추기 위해 상기 회전자(140)와 동일한 무게를 가지는 별도의 부착물이 구비되어야 하며 이는 효율적이지 못하므로 상기 회전자(140)는 두 개 이상이 구비되는 것이 바람직하다.
위와는 반대로 10개 이상의 상기 회전자(140)로 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구성하게 되면 구조가 복잡해지고 상기 회전자(140)와 동일한 개수가 구비되는 아래에서 설명되는 복수 개의 유성기어(101)와 아래에서 설명되는 중심기어(100) 상호 간의 마찰력증가로 인해 회전력이 줄어들어 전동기의 효율성이 저하될 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구성하는 상기 회전자(140)는 1 내지 10개, 바람직하게는 2 내지 9개가 구비되는 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 복수 개의 상기 회전자(140) 각각에 짝을 지어 연결되는 복수 개의 유성기어(101)를 일 구성요소로 한다.
상기 회전자(140)는 2 내지 9개가 구비되므로, 상기 유성기어(101)는 상기 회전자(140)와 동일한 개수인 2 내지 9개가 구비될 수 있으나, 이상적으로는 상기 회전자(140)와 상기 유성기어(101) 모두 2 내지 6개가 구비되는 것이 바람직하다.
복수 개의 상기 회전자(140) 각각에 복수 개의 상기 유성기어(101)가 연결되는 방식은 상기 회전자(140)를 구성하는 상기 관통축(141)이 상기 유성기어(101)의 중심부를 관통하는 방식일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 회전축(120)의 일단에 연결되고 복수 개의 상기 유성기어(101) 전부와 맞물리는 중심기어(100)를 일 구성요소로 한다.
복수 개의 상기 유성기어(101)는 상기 중심기어(100)를 중심으로 하여 상기 중심기어(100)를 둘러싸는 배치를 가진다.
복수 개의 상기 유성기어(101) 각각은 상기 중심기어(100)와 맞물리게 되므로 상기 제1 고정자(130) 및 제2 고정자(131)와 상기 회전자(140) 상호 간의 척력 및 인력으로 인해 상기 회전자(140)가 상기 중심기어(100)를 중심으로 하는 공전운동과 자전운동을 하게 되면 복수 개의 상기 회전자(140)에 연결된 복수 개의 상기 유성기어(101) 각각에 형성된 복수 개의 톱니바퀴가 상기 중심기어(100)에 형성된 복수 개의 톱니바퀴와 맞물리며 회전한다.
복수 개의 상기 유성기어(101)는 자전운동을 함과 동시에 상기 중심기어(100)를 중심으로 하는 공전운동을 하게 되나, 상기 중심기어(100)는 움직이지 않고 고정되어 있는다.
이때, 상기 유성기어(101)와 상기 중심기어(100)가 동일한 크기로 형성되면 상호 간에 동일한 기어비(比)를 가지게 되고, 상기 중심기어(100)를 중심으로 하는 상기 유성기어(101)의 공전 및 자전 상호 간의 회전비(比)는 1:2가 된다.
즉, 상기 유성기어(101)와 상기 중심기어(100)가 동일한 크기로 형성되면 상기 유성기어(101)와 상기 중심기어(100)는 상호 간의 기어비가 1:1이되고,
상기 중심기어(100)를 중심으로 하는 상기 유성기어(101)의 공전 및 자전 상호 간의 회전비는 1:2가 되어 상기 유성기어(101)가 1회전의 공전운동을 하는 동안 상기 유성기어(101)는 2회전의 자전운동을 하게 된다.
또한, 상기 유성기어(101)가 상기 중심기어(100)보다 작은 기어비를 가지도록 형성되면, 추가적인 고정자 및 전자석부가 상기 고정자(130) 및 상기 전자석부(170)와 다른 위치에 추가적으로 구비될 수 있다.
즉, 상기 유성기어(101)와 상기 중심기어(100)의 기어비가 2:1인 경우, 상기 중심기어(100)를 중심으로 하는 상기 유성기어(101)의 공전 및 자전 상호 간의 회전비는 1:4가 되어 상기 유성기어(101)가 1회전의 공전운동을 하는 동안 상기 유성기어(101)는 4회전의 자전운동을 하게 되므로 상기 회전자(140)의 회전력과 회전속도를 높이기 위해서는 고정자 및 전자석부가 추가로 더 구비됨이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 회전축(120)의 양 끝단과 각각 연결되는 제1 지지대(150)와 제2 지지대(151)로 구성되는 회전판 지지부를 일 구성요소로 한다.
상기 제1 지지대(150)와 상기 제2 지지대(151)는 상기 제1 회전판(110)과 상기 제2 회전판(111)이 바닥면과 접촉함이 없이 원활하게 회전 가능하도록 상기 제1 회전판(110)과 상기 제2 회전판(111)의 중심부를 관통하는 상기 회전축(120)의 높이를 바닥면으로부터 일정하게 유지하기 위해 필요한 구성이다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 이격되는, 영구자석을 구성요소로 하는 제1 고정자가(130) 구비되는 제3 지지대(152) 및 상기 제1 고정자(130)와 동일한 제2 고정자(131)가 구비되는 제4 지지대(153)로 구성되는 고정자 지지부를 일 구성요소로 한다.
상기 제3 지지대(152)에 구비되는 상기 제1 고정자(130)는 상기 제4 지지대(153)에 구비되는 상기 제2 고정자(131)를 향하여 N극 또는 S극이 배치되고, 상기 제2 고정자(130)는 상기 제1 고정자(130)를 향하여 상기 제1 고정자(130)와 반대되는 극이 배치된다.
상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)는 상기 회전자(140)와 동일한 형태를 가질 수 있으나 다른 형태로 구성되어도 무방하다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 교착점 감지센서(160)를 일 구성요소로 한다.
상기 교착점 감지센서(160)는 광센서 또는 자기센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 교착점 감지센서를 대신하여 캠 운동하는 접촉식 스위치가 구비될 수도 있다.
즉, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 교착점을 감지하는 방법에 있어서, 광센서를 대신하여 회전판에 구리판을 구비한 후 캠 운동을 응용하여 상기 회전자와의 접촉으로 구동되는 접촉식 스위치를 사용할 수가 있는데, 이러한 경우에는 속도조절이 필요없는 정속용 전동기에 응용이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 전자석부(170)를 일 구성요소로 한다.
상기 전자석부는 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)의 중단부에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는, 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)를 구성하는 영구자석에 직접 코일이 감겨 형성된 전자석이거나 별도로 구비되는 전자석인 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 전자석부(170)는 영구자석에 코일이 감겨진 형태뿐만 아니라 일반적으로 사용되는 전자석 중 어떠한 형태를 사용하여도 무방하다.
상기 전자석부(170)는 상기 회전자(140)가 상기 교착점 감지센서(160)의 측정범위 내로 진입하면 상기 교착점 감지센서(160)의 반응에 의해 전원이 공급되고 상기 회전자(140)가 상기 교착점 감지센서(160)의 측정범위를 이탈하면 전원공급이 중단된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 통상적인 전동기의 작동원리를 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 통상적인 전동기는 코일 전자석인 회전자(140)를 기준으로 하여 양측에 각각 영구자석인 제1 고정자(130) 및 제2 고정자(131)가 구비되며, 상기 제1 고정자(130)의 S극과 상기 회전자(140)의 N극 상호 간의 인력 및 상기 제2 고정자(131)의 N극과 상기 회전자(140)의 S극 상호 간의 인력, 그리고 상기 제2 고정자(131)의 N극과 상기 회전자(140)의 N극 상호 간의 척력 및 상기 제1 고정자(130)의 S극과 상기 회전자(140)의 S극 상호 간의 척력으로 상기 회전자(140)가 회전력을 얻는 방식이다.
이때, 상기 제1 고정자(130)의 S극과 상기 회전자(140)의 N극 상호 간의 인력 및 상기 제2 고정자(131)의 N극과 상기 회전자(140)의 S극 상호 간의 인력이 최대치에 이르는 지점에선 인력만이 작용하게 되어 상기 회전자(140)가 회전력을 얻을 수 없게 되므로 즉시 코일에 공급되던 전류를 일시적으로 차단시켜 상기 회전자(140)의 자석으로서의 성질을 없애면 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)와 상기 회전자(140) 상호 간의 인력은 제거되고 관성력에 의해 상기 회전자(140)는 계속 회전하게 된다.
이후 다시 코일에 전류를 공급하면 정류자에 의해 극성이 바뀌어 다시 상기 회전자(140) 및 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131) 상호 간의 척력과 인력에 의한 회전력을 발생시키는 원리이다.
도 2(a)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 외부 사시도이고, 도 2(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 평면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 일단과 타단을 관통하는 관통홀이 중심부에 형성되고 일단에 복수 개의 삽입 홈이 형성되는 제1 회전판(110) 및 제2 회전판(111)과 상기 제1 회전판(110)의 중심부와 상기 제2 회전판(111)의 중심부를 관통하는 회전축(120)과 상기 제1 회전판(110)과 상기 제2 회전판(111)의 사이에서 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지며 배치되며, 영구자석과 영구자석을 관통하는 관통축(141)을 구성요소로 하는 복수 개의 회전자(140)와 복수 개의 상기 회전자(140) 각각에 짝을 지어 연결되는 복수 개의 유성기어(101)와 상기 회전축(120)의 일단에 연결되고 복수 개의 상기 유성기어(101) 전부와 맞물리는 중심기어(100)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전축(120)의 양 끝단과 각각 연결되는 제1 지지대(150)와 제2 지지대(151)로 구성되는 회전판 지지부와 상기 회전축(120)을 기준으로 하여 상호 간에 이격되는, 영구자석을 구성요소로 하는 제1 고정자(130)가 구비되는 제3 지지대(152) 및 상기 제1 고정자(130)와 동일한 제2 고정자(131)가 구비되는 제4 지지대(153)로 구성되는 고정자 지지부와 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 교착점 감지센서(160)와 고정자 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 전자석 부(170)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 회로도이다.
기계식으로 전자석을 순간적으로 구동시키기 위해서는 정속도 가동만이 가능하게 되는데 광센서를 쓰는 전자식에서는 전자회로를 이용하여 전자석 작동의 타이밍을 조절하여 결과적으로는 회전속도를 조절할 수 있다.
또한, 기동을 할 때에도 기동전용 전자석이나 전자석에 순차적으로 전류를 보내 회전자를 기동하게 하는 역할을 광센서 제어 전자회로를 통해 구현가능하다.
도 4는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 시동모습을 나타낸 예시도이다.
회전자(140)가 2개로 구성되고 전자석부(170)도 2개인 경우에는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 시동하기가 쉽지 않으므로 별도의 시동용 코일이 필요하다.
상기 회전자(140)가 3개 이상으로 구성되는 경우에는 상기 전자석부(170)도 3개 이상이 배치되므로 시동시에 상기 전자석부(170)의 회전방향을 따라 순차적으로 전류를 흐르게 하면 영구자석이 장착된 상기 회전자(140)는 척력과 인력에 의해 회전을 하기 시작한다.
상기 회전자(140)가 2개로 구성되는 경우에는 배치의 각도로 봐서 기동용 전자석이 따로 필요하다.
도 5는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구성하는 고정자 및 회전자의 다양한 모습을 나타낸 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구성하는 제1 고정자(130) 및 제2 고정자(131) 그리고 회전자(140)는 원통형, 납작한 형태, 표면자석형, 매입자석형 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 작동원리를 나타낸 예시도이다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 회전자는 전자석으로 구성되고 고정자는 영구자석으로 구성되는 통상의 전동기와는 달리 회전자(140)와 원점 고정자(130) 및 중간점 고정자(131)가 모두 영구자석으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
통상적인 전동기는 회전자가 제자리에서 회전하는 자전운동만을 하게 되어 회전자의 N극과 고정자의 S극, 회전자의 S극과 고정자의 N극이 서로 마주하며 위치되는 교착점이 존재한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는상기 유성기어(101)를 이용하여 교착상태의 힘을 최소화한다.
또한, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 상기 회전자(140)가 상기 교착점에 이르는 것을 인지하는 교착점 감지센서를 구비하여, 상기 교착점 감지센서에 상기 회전자(140)가 감지되면 전자석부(170)에 일시적으로 전류를 공급한다.
상기 전자석부(170)가 전자석인 경우, 교착점에 이른 상기 회전자(140)는 상기 전자석부(170)와의 상호 간에 발생하는 척력에 의해 회전하게 되어 교착점이 극복된다.
상기 전자석부의 배치에 따라 인력을 이용할 수도 있으나 상기 회전자(140)의 회전방향과 동일한 방향으로 작용하는 척력을 이용하는 것이 회전력을 유지하는데 더 유리하다.
도 7(a) 내지 도 7(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 회전자와 유성기어의 물리적인 극전환 모습을 나타낸 예시도이다
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 복수 개의 유성기어(101), 복수 개의 상기 유성기어(101) 각각에 맞물리는 중심기어(100), 그리고 상기 유성기어(101)와 연동하는 제1 회전판(110)을 구성요소로 한다.
상기 유성기어(101)와 상기 중심기어(100)가 동일한 크기로 형성되어 상호 간에 동일한 기어비를 가지는 경우, 상기 중심기어(100)를 중심으로 하는 상기 유성기어(101)의 공전 및 자전 상호 간의 회전비는 1:2가 되어, 상기 유성기어(101)가 1회전의 공전운동을 하는 동안 상기 유성기어(101)는 2회전의 자전운동을 하게 된다.
그러므로 상기 유성기어(101)가 공전운동하며 동시에 자전운동을 수행하여 초기 위치에서 90°의 공전운동을 하는 동안 상기 유성기어(101)는 180°의 자전운동을 한다.
이후, 상기 유성기어(101)가 다시 공전운동하며 동시에 자전운동을 수행하여 90°의 공전운동을 하는동안 상기 유성기어(101)는 공전운동과 같은 방향으로 180°의 자전운동을 하게 되므로 초기위치와 비교하여 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 유성기어(101)는 180°의 공전운동과 360°의 자전운동을 한 상태를 가지게 된다.
이후, 상기 유성기어(101)가 다시 공전운동하며 동시에 자전운동을 수행하여 90°의 공전운동을 하는동안 상기 유성기어(101)는 공전운동과 같은 방향으로 180°의 자전운동을 하게 되므로 초기위치와 비교하여 상기 유성기어(101)는 270°의 공전운동과 540°의 자전운동을 한 상태를 가지게 된다.
이후, 상기 유성기어(101)가 다시 공전운동하며 동시에 자전운동을 수행하여 90°의 공전운동을 하는동안 상기 유성기어(101)는 공전운동과 같은 방향으로 180°의 자전운동을 하게 되므로 초기위치와 비교하여 상기 유성기어(101)는 360°의 공전운동과 720°의 자전운동을 한 상태를 가지게 되어 초기위치와 동일한 위치를 가지게 된다.
이때, 상기 유성기어(101)에 연결된 상기 회전자(140)는 상기 유성기어(101)와 동일하게 회전하므로 초기위치에서 배열되어 있던 극의 방향이 그대로 유지된 상태이다.
상기와 같은 원리로, 종래의 전동기에서 전자석으로 구성되는 회전자에 지속적으로 공급되는 전류의 극성을 바꿔주는 정류자의 역할을 상기 유성기어(101)를 이용하여 영구자석만으로도 물리적으로 구현해낼 수 있다.
정류자를 이용하여 회전자의 극성을 스위칭하는 종래의 전동기는 전류가 항상 공급되어야 하나 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 유성기어를 이용하여 회전자의 극성을 물리적으로 스위칭하므로 영구자석 전동기의 특성인 교착점 발생을 전자석으로 순간적으로 해결하여 종래의 전동기가 필요로 하는 전류량의 10 내지 20％ 만으로도 동일한 회전력을 얻을 수 있다.
도 8(a) 내지 도 8(b)는 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기의 다양한 실시형태를 나타낸 예시도이다.
도 8(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 3개의 회전자(140)와 3개의 유성기어(101)로 구성될 수 있다.
3개의 회전자(140)와 3개의 유성기어(101)로 구성된 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구동하여 상기 회전자(140)가 제1 고정자(130) 및 제2 고정자(131)와의 근일점인 교착점에 번갈아가며 이르게 되면 제3 지지대(152) 및 제4 지지대(153)에 각각 구비되는 전자석부(170)에 전류가 흐르게 된다.
이때, 상기 제3 지지대(152) 및 상기 제4 지지대에(153)에 각각 구비되는 상기 전자석부(170)는 상기 회전자(140)에 척력 또는 인력을 제공하여 상기 회전자(140)를 회전시킨다.
도 8(a)에서의 상기 전자석부(170)는 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)의 중단에 각각 구비되어 측방향에서는 보이지 않으므로 도시되지 아니하였다.
도 8(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 4개의 회전자(140)와 4개의 유성기어로 구성될 수 있다.
4개의 회전자(140)와 4개의 유성기어로 구성된 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기를 구동하여 상기 회전자(140)가 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)와의 근일점인 교착점에 각각 이르게 되면 제3 지지대(152) 및 제4 지지대(153)에 각각 구비되는 상기 전자석부(170)에 전류가 흐르게 된다.
이때, 상기 제3 지지대(152) 및 상기 제 4지지대(153)에 구비되는 상기 전사석부(170)는 상기 회전자(140)에 척력 또는 인력을 제공하여 상기 회전자(140)를 회전시킨다.
도 8(b)에서의 상기 전자석부(170)는 상기 제1 고정자(130) 및 상기 제2 고정자(131)의 중단에 각각 구비되어 측방향에서는 보이지 않으므로 도시되지 아니하였다.
상기와 같은 작용을 통해 본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 회전력이 강하면서도 전력소모는 대폭 절감할 수 있어 기존의 동력용 전동기를 대체할 수 있고, 특히 전기 자동차분야에 응용하여 기존의 배터리와 동일한 용량의 배터리를 사용하면서도 주행거리는 대폭 늘릴 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력 소모량이 많은 에어컨디셔너의 냉매압축기(컴프레셔)에 응용할 경우에는 냉방에 소모되는 전력을 대폭 절감할 수 있다.
위에서 소개된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로써 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장 또는 축소되어 표현될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명에 의한 영구자석 응용 전동기는 영구자석만을 이용하는 종래의 전동기가 가지는 문제점을 해결하여 전력의 소모를 줄이면서도 뛰어난 효율성을 보이는 효과가 있으므로 산업상 이용가능성이 충분하다.

Claims (8)

  1. 일단과 타단을 관통하는 관통홀이 중심부에 형성되고 일단에 복수 개의 삽입 홈이 형성되는 제1 회전판 및 제2 회전판;
    상기 제1 회전판의 중심부와 상기 제2 회전판의 중심부를 관통하는 회전축;
    상기 제1 회전판과 상기 제2 회전판의 사이에서 상기 회전축을 기준으로 하여 상호 간에 동일한 간격을 가지며 배치되며, 영구자석과 상기 영구자석을 관통하는 관통축을 구성요소로 하는 복수 개의 회전자;
    복수 개의 상기 회전자 각각에 짝을 지어 연결되는 복수 개의 유성기어;
    상기 회전축의 일단에 연결되고 복수 개의 상기 유성기어 전부와 맞물리는 중심기어;
    상기 회전축의 양 끝단과 각각 연결되는 제1 지지대와 제2 지지대로 구성되는 회전판 지지부;
    상기 회전축을 기준으로 하여 상호 간에 이격되는, 영구자석을 구성요소로 하는 제1 고정자가 구비되는 제3 지지대 및 상기 제1 고정자와 동일한 제2 고정자가 구비되는 제4 지지대로 구성되는 고정자 지지부;
    상기 회전판 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 교착점 감지센서;
    상기 고정자 지지부의 일측에 구비되는 하나 이상의 전자석부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영구자석은 일단과 타단을 관통하는 중공이 형성되는 원통형이며 상기 중공을 기준으로 하여 동일한 부피를 가지는 양측으로 구분되되, 일측은 N극의 성질을 가졌으며 타측은 S극의 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자는 2 내지 9개가 구비되고, 상기 유성기어는 상기 회전자와 동일한 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유성기어와 상기 중심기어가 동일한 크기로 형성되면 상호 간에 동일한 기어비를 가지게 되고, 상기 중심기어를 중심으로 하는 상기 유성기어의 공전 및 자전 상호 간의 회전비는 1:2인 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유성기어가 상기 중심기어보다 작은 기어비를 가지도록 형성되면, 고정자 및 전자석부가 상기 제1 고정자 및 상기 제2 고정자 그리고 상기 전자석부와 다른 위치에 추가적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 교착점 감지센서는 광센서 또는 자기센서인 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 교착점 감지센서를 대신하여 캠 운동하는 접촉식 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전자석부는 상기 제1 고정자 및 상기 제2 고정자의 중단부에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는, 상기 제1 고정자 및 상기 제2 고정자를 구성하는 영구자석에 직접 코일이 감겨 형성된 전자석이거나 별도로 구비되는 전자석인 것을 특징으로 하는 영구자석 응용 전동기.
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