KR101462832B1 - Speed increasing or decreasing apparatus using permanent magnets and electric motor having the speed increasing or decreasing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비접촉 가감속 장치 및 이를 포함하는 전동기 장치에 관한 것으로서, 영구자석을 이용하여 비접촉 방식으로 속도를 가변시켜가며 동력을 전달하는 가감속 장치 및 이를 포함하는 전동기 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a noncontact acceleration / deceleration device and an electric motor device including the same, and more particularly, to an acceleration / deceleration device for varying a speed in a noncontact manner using a permanent magnet and a motor.
기어 메커니즘으로 이뤄진 일반적인 가감속 장치의 경우 확실한 동력 전달을 담보하지만, 기어 간의 기계적인 접촉으로 인해 소음, 진동 등이 불가피하게 발생하고, 원활한 윤활을 위해 정기적인 유지 보수가 필요하다. 특히, 극한 환경에서 사용되는 가감속 장치에서는 기계적인 마모로 인한 오작동 등의 문제가 발생할 수 있고, 이를 대처하기 위해서는 실시간으로 동작 상태를 모니터링해야 하는 등 과다한 비용 문제가 대두되어왔다. In the case of a general acceleration / deceleration device consisting of a gear mechanism, reliable power transmission is ensured. However, due to mechanical contact between the gears, noise and vibration are inevitably generated, and regular maintenance is required for smooth lubrication. Particularly, in the acceleration / deceleration device used in an extreme environment, problems such as malfunction due to mechanical wear may occur. To cope with this problem, an excessive cost problem has arisen such as monitoring the operation state in real time.
이러한 문제를 해결하기 위해 영구자석을 이용한 가감속 장치가 제안되었는데, 영구자석을 이용한 가감속 장치의 경우 접촉없이 가감속 기능을 수행한다는 이점은 있으나 기계식 감속기에서와 마찬가지로 영구자석 재질로 이루어진 치의 개수 비에 의해 능동축과 종동축의 속도비가 결정되고 특정 순간에 서로 자기 결합하는 잇수가 한정되어 있으며 영구자석간의 자기력에 한계가 있기 때문에 전달 토크의 크기를 기계식 감속기에 필적할 만큼 확보하는 데에 제약이 있어왔다. 따라서 종래의 영구자석을 이용한 가감속 장치는 가감속비가 작은 시스템으로 그 응용이 제한되었다.To solve this problem, an acceleration / deceleration device using a permanent magnet has been proposed. In the case of an acceleration / deceleration device using a permanent magnet, there is an advantage of performing an acceleration / deceleration function without contact. However, as in a mechanical type speed reducer, The speed ratio between the active shaft and the driven shaft is determined and the number of teeth to be magnetically coupled with each other at a specific moment is limited and the magnetic force between the permanent magnets is limited. Therefore, there is a limitation in securing the transmission torque magnitude comparable to that of a mechanical speed reducer I have been. Therefore, the acceleration / deceleration device using the conventional permanent magnet is limited in its application to a system having a small acceleration / deceleration ratio.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 종동축에 결합되는 영구자석의 수를 증가시키지 않고도 높은 토크를 얻을 수 있는 가감속 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an acceleration / deceleration device capable of obtaining a high torque without increasing the number of permanent magnets coupled to a driven shaft.
본 발명의 다른 목적은 상기 가감속 장치를 내장하는 전동기 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an electric motor device incorporating the acceleration / deceleration device.
본 발명의 일 실시예에 따른 가감속 장치는 내부 영구자석 배열; 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열; 및 모듈레이터를 포함한다. 상기 모듈레이터는 상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에서 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸도록 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되거나 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 원형링 구조의 박판 구조물들이 적층되어 형성되며, 상기 외부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 내부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성한다. The acceleration / deceleration device according to an embodiment of the present invention includes an inner permanent magnet array; An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array; And a modulator. The modulator is configured to surround the inner permanent magnet array between the inner permanent magnet array and the outer permanent magnet array and laminated structure of circular ring structure integrally formed with the ferromagnetic body or surrounding the inner permanent magnet array And generates a harmonic component synchronized with the internal permanent magnet array by modifying the magnetic field generated by the external permanent magnet array.
일 실시예에 있어서, 상기 외부 영구자석 배열은 제1 원의 원주를 따라 서로 교대로 배열되고 서로 다른 방향으로 자화된 M개의 제1 영구자석 및 M개의 제2 영구자석을 포함할 수 있고, 상기 내부 영구자석 배열은 상기 제1 원의 내부에 위치하는 제2 원의 원주를 따라 교대로 배열되고 서로 다른 방향으로 자화된 N개의 제3 영구자석 및 N개의 제4 영구자석을 포함할 수 있으며, 상기 모듈레이터는 상기 내부 영구자석 배열과 마주보고 상기 제1 원의 중심축 방향에 평행한 방향으로 연장된 Q개의 트렌치가 형성된 내부면을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 M, N 및 Q는 하기 수식 1 또는 수식 2의 관계를 만족하는 1 이상의 정수일 수 있다. In one embodiment, the external permanent magnet array may include M first permanent magnets and M second permanent magnets alternately arranged along the circumference of the first circle and magnetized in different directions, The inner permanent magnet array may include N third permanent magnets and N fourth permanent magnets alternately arranged along the circumference of the second circle located inside the first circle and magnetized in different directions, The modulator may include an inner surface formed with Q trenches extending in a direction parallel to a central axis direction of the first circle, facing the inner permanent magnet array. In this case, the M, N and Q may be integers of 1 or more satisfying the relationship of the following expression (1) or (2).
[수식 1][Equation 1]
[수식 2][Equation 2]
일 실시예에 있어서, 상기 제1 영구자석 및 제2 영구자석은 상기 제1 원의 내부 반경방향 및 외부 반경방형으로 각각 자화되고, 상기 제3 영구자석 및 제4 영구자석은 상기 제2 원의 내부 반경방향 및 외부 반경방향으로 자화될 수 있다. In one embodiment, the first permanent magnet and the second permanent magnet are respectively magnetized in an inner radial direction and an outer radial direction of the first circle, and the third permanent magnet and the fourth permanent magnet are magnetized in an inner radial direction and an outer radial direction, respectively, And can be magnetized in the inner radial direction and the outer radial direction.
일 실시예에 있어서, 상기 모듈레이터는 상기 외부 영구자석 배열과 마주보는 외부면 및 상기 내부면을 구비하는 원형관 구조를 가질 수 있다. In one embodiment, the modulator may have a circular tubular structure having an outer surface facing the outer permanent magnet array and the inner surface.
일 실시예에 있어서, 상기 Q개의 트렌치 각각의 단면은 상부 폭이 하부 폭보다 큰 형상을 가질 수 있다. In one embodiment, the cross section of each of the Q trenches may have a shape whose top width is larger than the bottom width.
일 실시예에 있어서, 상기 트렌치의 깊이는 상기 모듈레이터의 두께의 약 50% 이상 약 94% 이하일 수 있다. In one embodiment, the depth of the trench may be about 50% to about 94% of the thickness of the modulator.
일 실시예에 있어서, 상기 Q개의 트렌치는 상기 제1 원의 중심축 방향에 평행한 방향에 대한 상기 모듈레이터의 제1 단부로부터 이에 대향하는 제2 단부까지 연장되고, 서로 등간격으로 이격되도록 형성될 수 있다. In one embodiment, the Q trenches extend from a first end of the modulator to a second end opposite to the first end in a direction parallel to the central axis direction of the first circle, and are spaced apart from one another .
일 실시예에 있어서, 상기 모듈레이터의 내부면은 상기 Q개의 트렌치에 의해 분할된 복수의 분할 영역들 및 상기 분할 영역들 사이에 위치하고 상기 트렌치를 형성하는 트렌치 영역들을 포함하고, 상기 분할 영역들 각각 폭은 상기 Q개의 트렌치들 중 인접한 트렌치들의 중심 사이의 거리의 40% 이상 70% 이하일 수 있다. In one embodiment, the inner surface of the modulator includes a plurality of divided regions divided by the Q trenches and trench regions located between the divided regions and forming the trenches, each of the divided regions having a width May be between 40% and 70% of the distance between the centers of adjacent trenches of the Q trenches.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가감속 장치는 내부 영구자석 배열; 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열; 및 모듈레이터를 포함한다. 상기 모듈레이터는 상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되거나 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 원형링 구조의 박판 구조물들이 적층되어 형성되며, 상기 내부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 외부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성할 수 있다. The acceleration / deceleration device according to another embodiment of the present invention includes an inner permanent magnet array; An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array; And a modulator. Wherein the modulator is formed by lamination of thin plate structures of a circular ring structure disposed between the inner permanent magnet array and the outer permanent magnet array and integrally formed with a ferromagnetic body or surrounding the inner permanent magnet array, To generate a harmonic component synchronized with the external permanent magnet array.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 장치는 내부 영구자석 배열; 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열; 상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되며, 상기 외부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 내부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성하는 모듈레이터; 및 상기 외부 영구자석 배열에 의해 발생된 자기장과 상호작용하는 자기장을 발생시켜 상기 외부 영구자석 배열을 회전시키는 능동 자기장 발생 소자를 포함한다. An electric motor apparatus according to an embodiment of the present invention includes an inner permanent magnet array; An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array; A modulator arranged between said inner permanent magnet array and said outer permanent magnet array and integrally formed with a ferromagnetic body for modifying a magnetic field generated by said outer permanent magnet array to generate harmonic components synchronized with said inner permanent magnet array; ; And an active magnetic field generating element for generating a magnetic field interacting with the magnetic field generated by the external permanent magnet array to rotate the external permanent magnet array.
일 실시예에 있어서, 상기 능동 자기장 발생 소자는 상기 외부 영구자석 배열의 외부면 상에 원주 방향으로 배치된 복수의 전자석들을 포함할 수 있다. In one embodiment, the active magnetic field generating element may comprise a plurality of electromagnets disposed circumferentially on the outer surface of the outer permanent magnet array.
일 실시예에 있어서, 상기 전동기 장치는 상기 능동 자기장 발생 소자를 고정하는 프레임 상에 고정되고, 상기 외부 영구자석 배열의 회전 각도를 파악하는 위치 검출 소자를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 위치 검출 소자는 자기 센서 또는 광전식 위치센서를 포함할 수 있다. In one embodiment, the motor device may further include a position detecting element fixed on a frame for fixing the active magnetic field generating element, and for recognizing a rotation angle of the external permanent magnet array. In this case, the position detecting element may include a magnetic sensor or a photoelectric position sensor.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기 장치는 내부 영구자석 배열; 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열; 상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되며, 상기 내부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 외부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성하는 모듈레이터; 및 상기 내부 영구자석 배열에 의해 발생된 자기장과 상호작용하는 자기장을 발생시켜 상기 내부 영구자석 배열을 회전시키는 능동 자기장 발생 소자를 포함한다. An electric motor apparatus according to another embodiment of the present invention includes an inner permanent magnet array; An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array; A modulator arranged between said inner permanent magnet array and said outer permanent magnet array and integrally formed with a ferromagnetic body for modifying a magnetic field generated by said inner permanent magnet array to produce harmonic components synchronized with said outer permanent magnet array; ; And an active magnetic field generating element for generating a magnetic field interacting with the magnetic field generated by the internal permanent magnet array to rotate the internal permanent magnet array.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 전동기 장치는 가감속 장치를 내장함으로써, 고속의 저토크 동력을 자체적으로 저속의 고토크 동력으로 변환시켜 출력할 수 있다. 특히 전동기 장치의 계자 역할을 하는 영구자석 배열을 변형 없이 이용하여 재료의 효율성을 높일 수 있으며, 비접촉 방식으로 별도의 영구자석 배열에 동력을 전달함으로써 기계적인 기어의 맞물림에 의해 토크 변환을 하는 기존 감속기의 마모에 의한 문제점을 해결할 수 있다. According to the present invention, the motor device according to the present invention can incorporate the acceleration / deceleration device to convert high-speed low-torque power into low-speed high-torque power and output it. Particularly, the efficiency of the material can be improved by using the permanent magnet array which serves as the field of the motor device without deformation, and the power can be transmitted to the permanent magnet array by the non-contact method, It is possible to solve the problem caused by abrasion.
또한, 본 발명에 따른 전동기 장치는 비접촉 방식으로 상호작용하는 영구자석 배열을 포함하므로, 과도한 부하가 저속축에 인가될 때 자연스럽게 영구자석 배열 간에 슬립이 발생한다. 따라서 전동기 장치의 과부하에 따른 오류를 방지할 수 있고, 이에 따라 별도의 안전회로나 셧다운 기능 없이도 안전하게 동작할 수 있다. Further, since the electric motor device according to the present invention includes a permanent magnet array that interacts in a non-contact manner, a slip occurs naturally between the permanent magnet arrays when an excessive load is applied to the low speed shaft. Therefore, it is possible to prevent an error caused by an overload of the motor device, and thus, it is possible to operate safely without a separate safety circuit or a shutdown function.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가감속 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가감속 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈레이터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 영역 중 제1 영구자석 배열과 모듈레이터 사이의 공간 및 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 7에 도시된 자기장 중 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장의 고조파 성분을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 1 내지 도 4에 도시된 가감속 장치에 있어서 제1 영구자석 배열과 모듈레이터 사이의 공간 및 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 도 9 도시된 자기장 중 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장의 고조파 성분을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 분할 영역의 폭에 따른 제1 영구자석 배열에 의한 자기장 중 22극 고조파 성분의 상대적인 크기를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 모듈레이터의 두께에 따른 제1 영구자석 배열에 의한 자기장 중 22극 고조파 성분의 상대적인 크기를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 일체형 모듈레이터의 한쪽 끝단을 고정시킨 상태에서 반시계 방향의 토크를 인가해서 모듈레이터의 반대 쪽 끝단에서의 비틀림 양을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전동기 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 전동기 장치의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가감속 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a perspective view for explaining an acceleration / deceleration device according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of the acceleration / deceleration device shown in FIG.
3 is a cross-sectional view of the acceleration / deceleration device shown in Fig.
4 is a partial cross-sectional view showing a part of Fig.
5 is a perspective view illustrating a modulator according to another embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram for explaining the operation principle of the acceleration / deceleration device according to the embodiment of the present invention.
7 is a graph for explaining a radial magnetic field by the first permanent magnet array formed in the space between the first permanent magnet array and the modulator and the space between the modulator and the second permanent magnet array in the region shown in FIG.
FIG. 8 is a graph for explaining harmonic components of a radial magnetic field by the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array in the magnetic field shown in FIG.
Fig. 9 is a cross-sectional view of the acceleration / deceleration device shown in Figs. 1 to 4, showing a space between the first permanent magnet array and the modulator and a radial magnetic field generated by the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array FIG.
10 is a graph for explaining harmonic components of a radial magnetic field by the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array in the magnetic field shown in FIG.
11 is a graph for explaining the relative magnitude of the 22-pole harmonic component in the magnetic field due to the first permanent magnet array according to the width of the divided area.
12 is a graph for explaining the relative magnitude of the 22-pole harmonic component in the magnetic field due to the first permanent magnet array according to the thickness of the modulator.
13 is a graph showing a result of measuring the amount of twist at the opposite end of the modulator by applying a counterclockwise torque in a state where one end of the integrated modulator is fixed.
14 is a perspective view for explaining an electric motor apparatus according to an embodiment of the present invention.
15 is a cross-sectional view of the motor device shown in Fig.
16 is a cross-sectional view for explaining an acceleration / deceleration device according to another embodiment of the present invention.
17 is a cross-sectional view illustrating an electric motor apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises", "having", or "having" are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element or a combination thereof disclosed in the specification, It should be understood that the foregoing does not preclude the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, elements, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as commonly used and predefined terms should be construed to have meanings consistent with their contextual meanings in the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
본 발명에 있어서, 원의 '중심축'이라 함은 원이 위치하는 평면에 수직하고, 상기 원의 중심을 지나는 가상의 축을 의미하고, 원의 '반경 방향'이라 함은 원의 중심으로부터 원주 상의 한 점을 향하는 방향 또는 원주 상의 한 점으로부터 원의 중심을 향하는 방향을 의미하며, 원의 '원주 방향'이라 함은 상기 원의 원주를 따라 연속적으로 변화하는 방향을 의미한다.
In the present invention, the 'center axis' of the circle means a virtual axis perpendicular to the plane on which the circle is located and passing through the center of the circle, and the 'radial direction' Refers to a direction toward a point or a direction from a point on a circumference toward a center of a circle, and a circumferential direction of a circle means a direction continuously changing along the circumference of the circle.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가감속 장치의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 가감속 장치의 단면도이고, 도 4는 도 3의 일부를 도시한 부분 단면도이다. FIG. 1 is a perspective view for explaining an acceleration / deceleration device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the acceleration / deceleration device shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the acceleration / deceleration device shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a part of FIG.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)는 제1 영구자석 배열(110), 제2 영구자석 배열(120) 및 모듈레이터(130)를 포함한다. 본 실시예에 따른 가감속 장치(100)는 외부 수단(미도시)에 의해 발생된 제1 영구자석 배열(110)의 회전력을 자기장의 상호작용을 이용하여 제2 영구자석 배열(120)에 전달하는 방식으로 작동한다.Referring to FIGS. 1 to 4, the acceleration /
제1 영구자석 배열(110)은 가운데 부분에 원기둥 형상의 관통형 개구부가 형성된 원형관 형태로 배열된 복수의 영구자석(111, 112)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 영구자석 배열(110)은 가상의 제1 원의 원주를 따라 배열된 복수의 영구자석(111, 112)을 포함할 수 있고, 제1 영구자석 배열(110)의 영구자석들(111, 112)은 상기 제1 원의 반경 방향으로의 일정한 두께를 갖고, 상기 제1 원의 중심축에 평행한 방향으로의 일정한 높이를 갖는 원형관 형태로 배열될 수 있다. 제1 영구자석 배열(110)의 두께 및 높이는 특별히 제한되지 않고, 필요에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 영구자석 배열(110)에 포함된 각각의 영구자석(111, 112)은 서로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. The first
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 영구자석 배열(110)에 포함된 각각의 영구자석(111, 112)은 상기 제1 원의 반경 방향으로 자화될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 영구자석 배열(110)은 상기 반경 방향 중 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향(이하 '외부 반경 방향'이라 함)으로 자화된 M개의 제1 영구자석(111)과 상기 반경 방향 중 상기 중심축을 향하는 방향(이하 '내부 반경 방향'이라 함)으로 자화된 M개의 제2 영구자석(112)을 포함할 수 있고, 제1 영구자석(111)과 제2 영구자석(112)은 교대로 배치될 수 있다. 여기서 M은 1 이상의 정수를 나타낸다. 이와 같이 제1 영구자석 배열(110)이 서로 교대로 배치되고 동일한 형상 및 크기를 갖는 M개의 제1 영구자석(111)과 M개의 제2 영구자석(112)을 포함하는 경우, 제1 영구자석 배열(110)은 주기적으로 변화하는 반경방향 자기장을 생성한다. 예를 들면, 제1 영구자석 배열(110)이 1회전 하는 경우 제1 영구자석 배열(110)에 의해 생성된 반경방향 자기장은 M주기만큼 변화하는 자기장 성분을 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해 360° 회전시 M주기만큼 변화하는 자기장 성분을 'M극 자기장 성분'이라 한다. In an embodiment of the present invention, each of the
제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)의 상기 관통형 개구부 내부에 배치되고, 가운데 부분에 원기둥 형상의 관통형 개구부가 형성된 원형관 형태로 배열된 복수의 영구자석(121, 122)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 영구자석 배열(120)은 상기 제1 원과 동일한 평면에 위치하고 동일한 중심축을 가지며 상기 제1 원보다 작은 반지름을 갖는 가상의 제2 원의 원주를 따라 배열된 복수의 영구자석(121, 122)을 포함할 수 있다. 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)의 내경보다 작은 외경을 갖고, 제1 영구자석 배열(110)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 한편, 제2 영구자석 배열(120)에 포함된 각각의 영구자석(121, 122)은 서로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다.The second
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 영구자석 배열(120)에 포함된 각각의 영구자석(121, 122)은 상기 제2 원의 반경 방향으로 자화될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 영구자석 배열(120)은 상기 제2 원의 외부 반경 방향으로 자화된 N개의 제3 영구자석(121)과 내부 반경 방향으로 자화된 N개의 제4 영구자석(122)을 포함할 수 있고, 제3 영구자석(121)과 제4 영구자석(122)은 교대로 배치될 수 있다. 여기서 N은 1 이상의 정수를 나타내고, M보다 크거나 작을 수 있다. 이와 같이 제2 영구자석 배열(120)이 서로 교대로 배치되고 동일한 형상 및 크기를 갖는 N개의 제3 영구자석(121)과 N개의 제4 영구자석(122)을 포함하는 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 주기적으로 변화하는 반경방향 자기장을 생성할 수 있다. 예를 들면, 제2 영구자석 배열(120)이 1회전 하는 경우 제2 영구자석 배열(120)에 의해 생성된 반경방향 자기장은 N극 자기장 성분을 포함한다. In an embodiment of the present invention, each of the
모듈레이터(130)는 강자성체로 형성되고 제1 영구자석 배열(110)과 제2 영구자석 배열(120) 사이에 배치되어, 제1 영구자석 배열(110)에 의해 생성된 자기장을 변형시킬 수 있다. 모듈레이터(130)는 제1 영구자석 배열(110) 및 제2 영구자석 배열(120)과 동일한 중심축을 갖고, 제1 영구자석 배열(110)과 마주보는 외부면 및 제2 영구자석 배열(120)과 마주보는 내부면을 갖는 구조를 가질 수 있다. 제1 영구자석 배열(110) 및 제2 영구자석 배열(120)과 접촉하지 않도록, 모듈레이터(130)의 외부면은 제1 영구자석 배열(110)과 소정 간격 이격되고, 모듈레이터(130)의 내부면은 제2 영구자석 배열(120)과 소정 간격 이격될 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 모듈레이터(130)의 내부면에는 상기 중심축에 평행한 방향으로 연장된 Q개의 트렌치(trench, 131A)가 형성될 수 있다. 상기 트렌치(131A)는 상기 중심축에 평행한 방향에 따른 모듈레이터(130)의 제1 단부로부터 이에 대향하는 제2 단부까지 연장될 수 있고, 모두 동일한 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 이러한 트렌치들(131A)에 의해 모듈레이터(130)의 내부면은 제1 반지름을 갖는 가상의 원기둥의 원주면 상에 위치하고 상기 트렌치들(131A)에 의해 서로 이격된 Q개의 분할 영역들(131B) 및 인접한 분할 영역들(131B) 사이에서 상기 트렌치(131A)를 형성하는 트렌치 영역들로 구성될 수 있다. In an embodiment of the present invention,
상기 Q개의 트렌치(131A)는 서로 동일한 간격으로 이격되도록 모듈레이터(130)의 내부면에 형성될 수 있다. 이와 같이 Q개의 트렌치(131A)가 모듈레이터(130)의 내부면에 등간격으로 이격되게 형성된 경우, 모듈레이터(130)의 내부면은 Q개의 사다리꼴 형상의 돌기들이 연속적으로 형성된 형태의 단면을 가질 수 있다. 상기 사다리꼴은 상기 분할 영역(131B)에 대응하는 상부변 및 상기 분할 영역(131B)의 양측에 위치하는 트렌치들(131A)의 측면들에 대응하는 측변들로 이루어질 수 있다. The
각각의 트렌치(131A)에 있어서, 원주방향으로의 폭은 반경 방향으로의 깊이에 따라 변화할 수 있다. 일 예로, 상기 트렌치(131A)의 폭은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 트렌치(131A) 상부의 폭이 트렌치(131A) 하부의 폭보다 클 수 있다. 예를 들면, 상기 반경방향에 평행한 면을 따라 절단한 상기 트렌치(131A)의 단면은 실질적으로 삼각형 또는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. In each
상기 분할 영역들(131B)의 원주방향으로의 폭(W)은 제1 영구자석 배열(110)에 의한 자기장의 변형에 영향을 미치므로, 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 도 11을 참조하여 후술한다. Since the width W in the circumferential direction of the divided
상기 분할영역(131B)과 상기 외부면 사이의 두께(이하 '모듈레이터의 두께'라 함)는 제1 영구자석 배열(110)에 의한 자기장의 변형에 영향을 미치므로, 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 도 12를 참조하여 후술한다. The thickness between the divided
상기 트렌치들(131A)의 깊이는 제1 영구자석 배열(110)에 의한 자기장의 변형 및 모듈레이터(130)의 내구성에 영향을 미치므로, 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 도 13 및 도 14를 참조하여 후술한다. Since the depth of the
모듈레이터(130)의 내부면에 상기와 같이 Q개의 트렌치(131A)가 형성되어 모듈레이터(130)의 내부면이 Q개의 서로 이격된 분할 영역들을 포함하는 경우, 모듈레이터(130)는 제1 영구자석 배열(110)에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 고조파 성분을 생성할 수 있다.When the inner surface of the
일 실시예에 있어서, 서로 등간격으로 이격된 Q개의 트렌치(131A)가 모듈레이터(130)의 내부면에 형성되고, 제1 영구자석 배열(110)이 M개의 제1 영구자석(111) 및 M개의 제2 영구자석(112)을 포함하며, 제2 영구자석 배열(120)이 N개의 제3 영구자석(121) 및 N개의 제4 영구자석(122)을 포함하는 경우, 제1 영구자석 배열(110)에 의한 M극 자기장 성분이 모듈레이터(130)를 통과하는 경우 제1 영구자석 배열(110)에 의한 자기장에는 모듈레이터(130)에 의해 고조파 성분이 생성된다. 그 결과, 모듈레이터(130)와 제2 영구자석 배열(120) 사이의 공간에서는 제1 영구자석 배열(110)에 의한 자기장이 'Q-M'극 고조파 성분 및 'Q+M'극 고조파 성분을 포함하게 된다. 따라서 제2 영구자석 배열(120)이 모듈레이터(130)에 의해 변형된 자기장과 동기되는 자기장을 생성하도록 제2 영구자석 배열(120)을 구성하는 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)의 회전에 종속되어 회전될 수 있다. 제2 영구자석 배열(120)이 모듈레이터(130)에 의해 변형된 자기장과 동기되는 자기장을 생성하도록 제2 영구자석 배열(120)을 구성하기 위해서는 M, N 및 Q 값을 하기 '수식 1' 또는 '수식 2'의 관계를 만족하도록 결정할 필요가 있다. In one embodiment,
[수식 1][Equation 1]
[수식 2][Equation 2]
상기 수식 1을 만족하도록 M, N 및 Q 값이 설정된 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110) 대비 'M/｜Q-M｜'의 속도비율로 회전하게 된다. 예를 들면, 상기 수식 1과 'M/｜Q-M｜<1'을 만족하도록 상기 M, N 및 Q 값이 설정된 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)보다 감속되어 회전하게 되고, 그 결과, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)는 감속기로서 기능하게 된다. 이와 달리, 예를 들면, 상기 수식 1과 'M/｜Q-M｜>1'을 만족하도록 상기 M, N 및 Q 값이 설정된 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)보다 가속되어 회전하게 되고, 그 결과, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)는 가속기로서 기능하게 된다. 모듈레이터(130)에 의해 변형된 자기장은 제1 영구자석 배열(110)에 의해 생성된 자기장의 고조파 성분이므로 M극 주기에 연동되고, 제2 영구자석 배열(120)에 의해 형성된 N극 자기장은 모듈레이터(130)에 의해 변형된 자기장과 동기되기 때문이다.When the M, N, and Q values are set to satisfy Equation 1, the second
일 실시예로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 영구자석 배열(110)이 3개의 제1 영구자석(111) 및 3개의 제2 영구자석(112)을 포함하고, 모듈레이터(130)가 내부 원주면에 형성된 25개의 트렌치(131A)를 포함하며, 제2 영구자석 배열(120)이 22개의 제3 영구자석(121) 및 22개의 제4 영구자석(122) 배열을 포함하는 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)에 비해 '3/22'의 비율로 감속된 속도로 회전하게 된다. 1 to 3, a first
상기 수식 2를 만족하도록 M, N 및 Q 값이 설정된 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110) 대비 'M/(Q+M)'의 비율의 감속된 속도로 회전하게 된다. 이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)는 감속기로서 기능하게 된다. When the M, N and Q values are set so as to satisfy the expression (2), the second
일 실시예로, 제1 영구자석 배열(110)이 3개의 제1 영구자석(111) 및 3개의 제2 영구자석(112)을 포함하고, 모듈레이터(130)가 내부 원주면에 형성된 25개의 트렌치(131A)를 포함하며, 제2 영구자석 배열(120)이 28개의 제3 영구자석(121) 및 28개의 제4 영구자석(122)를 포함하는 경우, 제2 영구자석 배열(120)은 제1 영구자석 배열(110)에 비해 '3/28'의 비율로 감속된 속도로 회전하게 된다.In one embodiment, the first
이와 같은 모듈레이터(130)는 주물(casting) 공정을 통해 형성된 일체형 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 모듈레이터(130)를 일체형으로 제조할 경우, 모듈레이터(130)의 제조공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모듈레이터(130)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 모듈레이터(130)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 구조를 가질 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한다. Such a
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈레이터를 설명하기 위한 사시도이다. 본 실시예에 따른 모듈레이터(130')는 도 1 내지 도 4에 도시된 일체형 구조의 모듈레이터(130)와 동일한 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 도 5에 도시된 화살표 방향으로 발생하는 와전류의 경로를 차단하여, 와전류로 인하여 자기장이 왜곡되는 현상을 최소화 할 수 있다. 5 is a perspective view illustrating a modulator according to another embodiment of the present invention. The modulator 130 'according to the present embodiment can perform the same function as the
도 5를 참조하면, 모듈레이터(130')는 동일한 원형 링 구조의 복수의 박판 구조물들이 모듈레이터(130')의 축 방향으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 모듈레이터(130')의 전체 구조는 박판 구조물들이 적층된 것을 제외하고는 도 1 내지 도 4에 도시된 일체형 구조의 모듈레이터(130)와 동일하므로, 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. 상기 박판 구조물들 각각은 와전류의 경로를 차단하기 위해 약 0.5 내지 1 mm의 두께를 가질 수 있고, 복수의 박판 구조물들은 비전도성 접착 물질에 의해 서로 접착될 수 있다.
Referring to FIG. 5, the modulator 130 'may have a structure in which a plurality of thin plate structures of the same circular ring structure are stacked in the axial direction of the modulator 130'. The overall structure of the modulator 130 'is the same as the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6에 도시된 장치에 있어서, 제1 영구자석 배열(10) 및 제2 영구자석 배열(20)은 정현파 형태의 3극 자기장과 22극 자기장만을 각각 형성하도록 구성되고, 모듈레이터(30)는 25개의 연속된 골(valley)과 산(mountain)으로 이루어진 곡면으로 이루어진 내부면을 포함하도록 구성된다. 6 is a conceptual diagram for explaining the operation principle of the acceleration / deceleration device according to the embodiment of the present invention. 6, the first
도 6를 참조하면, 제1 영구자석 배열(10)이 ω0의 각속도로 회전하는 경우, 제1 영구자석 배열(10)과 모듈레이터(30) 사이의 공간에 형성된 반경 방향 자기장(BR)은 하기 수식 3과 같이 표현될 수 있다. Referring to Figure 6, the first
[수식 3][Equation 3]
수식 3에 있어서, 'BM'은 제1 영구자석 배열(10)에 포함된 영구자석들(11, 12)의 자화 강도를 나타내고, 'θ'는 제1 영구자석 배열(10)의 회전각을 나타낸다. In
제1 영구자석 배열(10)에 의해 형성된 자기장은 모듈레이터(30)를 통과하면서 변형되고, 그 결과, 모듈레이터(30)와 제2 영구자석 배열(20) 사이의 공간에 형성된 상기 제1 영구자석 배열(10)에 의한 반경 방향 자기장(BH)은 하기 수식 4 및 수식 5와 같이 표현될 수 있다. The magnetic field formed by the first
[수식 4][Equation 4]
[수식 5][Equation 5]
수식 4 및 수식 5에 있어서, 'η0'는 제1 영구자석 배열(10)의 중심축과 모듈레이터(30) 중심축의 옵셋량을 나타내고, 'ηm'는 모듈레이터(30)에 의해 형성된 고조파 성분의 진폭크기를 나타낸다. In
수식 5를 참조하면, 모듈레이터(30)를 통과한 제1 영구자석 배열(10)에 의한 자기장은 3극 외에도 22극 및 28극 고조파 성분을 포함함을 알 수 있다. 따라서 제2 영구자석 배열(20)을 22극 또는 28극 자기장을 생성하도록 구성할 경우, 제2 영구자석 배열(20)은 제1 영구자석 배열(10)에 자기 동기되므로 제1 영구자석 배열(10)에 종속적으로 회전할 수 있다. Referring to
도 7은 도 6에 도시된 영역 중 제1 영구자석 배열과 모듈레이터 사이의 공간 및 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장을 설명하기 위한 그래프이고, 도 8은 도 7에 도시된 자기장 중 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장의 고조파 성분을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 7 is a graph for explaining a radial magnetic field due to the space between the first permanent magnet array and the modulator and the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array in the region shown in FIG. 6, FIG. 8 is a graph for explaining harmonic components of a radial magnetic field by the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array in the magnetic field shown in FIG.
도 7에 있어서, 점선은 제1 영구자석 배열(10)과 모듈레이터(30) 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열(10)에 의한 반경 방향 자기장을 나타내고, 실선은 모듈레이터(30)와 제2 영구자석 배열(20) 사이의 공간(S)에 형성된 제1 영구자석 배열(10)에 의한 반경 방향 자기장을 나타낸다. 7, the dotted line represents the radial magnetic field generated by the first
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 영구자석 배열(10)에 의해 생성된 자기장은 3극 성분뿐이지만, 모듈레이터(30)를 통과하면서 변형되어 고조파 성분이 기존 3극 성분에 중첩되어 나타나는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 모듈레이터(30)에 의해 변형된 제1 영구자석 배열(10)에 의한 자기장에는 수식 5에 표현된 바와 같이 3극 외에 22극 및 28극의 고조파 성분이 발생됨을 확인할 수 있다. 7 and 8, although the magnetic field generated by the first
도 9는 도 1 내지 도 4에 도시된 가감속 장치에 있어서 제1 영구자석 배열과 모듈레이터 사이의 공간 및 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장을 설명하기 위한 그래프이고, 도 10은 도 9 도시된 자기장 중 모듈레이터와 제2 영구자석 배열 사이의 공간에 형성된 제1 영구자석 배열에 의한 반경 방향 자기장의 고조파 성분을 설명하기 위한 그래프이다. Fig. 9 is a cross-sectional view of the acceleration / deceleration device shown in Figs. 1 to 4, showing a space between the first permanent magnet array and the modulator and a radial magnetic field generated by the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array FIG. 10 is a graph for explaining harmonic components of a radial magnetic field by the first permanent magnet array formed in the space between the modulator and the second permanent magnet array in the magnetic field shown in FIG.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도 7에 도시된 자기장과 유사하게 제1 영구자석 배열(110)에 의해 생성된 반경 방향 자기장은 모듈레이터(130)를 통과하면서 변형되어 고조파 성분이 기존 자기장 성분에 중첩되어 나타나는 것을 확인할 수 있다.9 and 10, similar to the magnetic field shown in FIG. 7, the radial magnetic field generated by the first
하지만, 도 6에 도시된 이상적인 장치와 달리, 모듈레이터(130)에 의해 변형된 제1 영구자석 배열(110)에 의한 자기장에는 3극과 22극 및 28극 성분 외에 9극과 16극 및 34극 고조파 성분이 발생한다는 것을 알 수 있다. 이는 제1 영구자석 배열(110)에 포함된 영구자석들(111, 112)의 형상 때문에 제1 영구자석 배열(110)에 의해 생성되는 자기장은 이상적인 사인파 형상의 자기장이 아니라 3극 성분 외에 9극 성분의 고조파 성분을 포함하기 때문인 것으로 판단된다. 즉, 제1 영구자석 배열(110)에 의한 9극 고조파 성분의 자기장이 모듈레이터(130)를 통과하면서 변형되어 9극과 모듈레이터(130)의 25극 사이의 차와 합에 해당하는 상기 16극 및 34극의 고조파 성분이 발생하는 것이다. 하지만, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)에 있어서 형성된 22극 및 28극 성분의 자기장 강도는 도 6에 도시된 이상적인 장치에 있어서 형성된 22극 및 28극 성분의 자기장 강도와 거의 동일한 것을 확인할 수 있다. However, unlike the ideal device shown in Fig. 6, the magnetic field generated by the first
그리고 모듈레이터(130)의 내부면 중 제2 영구자석 배열(120)에 포함된 영구자석들(121, 122)의 자화방향과 수직한 면이 제2 영구자석 배열(120)과 유효하게 상호작용하는 영역인데, 도 6에 도시된 이상적인 장치에서는 모듈레이터(30)가 제2 영구자석 배열(20)에 포함된 영구자석들의 자화 방향과 수직한 내부면 영역을 거의 포함하지 않는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)에 있어서는 모듈레이터(130)의 내부면이 제3 및 제4 영구자석들(121, 122)의 자화 방향과 수직한 복수의 분할영역들(131B)을 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(100)는 도 6에 도시된 이상적인 장치에 비해 제1 영구자석 배열(110)의 토크를 더 효과적으로 제2 영구자석 배열(120)에 전달할 수 있다. A surface perpendicular to the magnetization direction of the
도 11은 분할 영역의 폭에 따른 제1 영구자석 배열에 의한 자기장 중 22극 고조파 성분의 상대적인 크기를 설명하기 위한 그래프이다. 도 11의 그래프에 있어서, 가로축은 인접한 트렌치들의 중심 사이의 이격 간격(T, 이하 모듈레이터의 '극주기'라 함)에 대한 분할 영역의 원주방향 폭(W)의 비를 나타내고, 도 11의 그래프는 3극 자기장을 생성하는 제1 영구자석 배열(110), 25개의 트렌치(131A)가 형성된 모듈레이터(130) 및 22극 자기장을 생성하는 제2 영구자석 배열(120)을 포함하는 가감속 장치(100)에 있어서, 모듈레이터(130)와 제2 영구자석 배열(120) 사이의 공간에서 제1 영구자석 배열(110)에 의한 반경방향 자기장 중 22극 고조파 성분에 대해 측정된 결과이다.11 is a graph for explaining the relative magnitude of the 22-pole harmonic component in the magnetic field due to the first permanent magnet array according to the width of the divided area. 11, the abscissa represents the ratio of the circumferential width W of the divided region to the interval (T) between the centers of adjacent trenches (hereinafter referred to as the 'pole period' of the modulator) Includes a first permanent magnet array (110) generating a triode magnetic field, a modulator (130) formed with 25 trenches (131A), and a second permanent magnet array (120) generating a 22 pole
도 1 내지 도 4와 함께 도 11을 참조하면, 모듈레이터(130)의 극주기(T)에 대한 분할 영역(130B)의 폭(W)의 비가 약 55%인 경우, 22극 고조파 성분의 크기가 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 모듈레이터(130)의 극주기(T)에 대한 분할 영역(130B)의 폭(W)의 비가 약 40%보다 작아질수록, 그리고, 약 70%보다 커질수록 22극 고조파 성분의 크기가 급격히 감소함을 확인할 수 있다. 따라서, 분할 영역(131B)은 모듈레이터(130)의 극주기(T)의 약 40% 이상 70% 이하가 되는 원주방향 폭(W)을 갖는 것이 바람직하다. 11, when the ratio of the width W of the divided region 130B to the pole period T of the
도 12는 모듈레이터의 두께에 따른 제1 영구자석 배열에 의한 자기장 중 22극 고조파 성분의 상대적인 크기를 설명하기 위한 그래프이다. 도 12의 그래프는 3극 자기장을 생성하는 제1 영구자석 배열(110), 모듈레이터(130)의 극주기(T) 대비 분할영역(130B)의 폭(W)의 비가 50%가 되도록 25개의 트렌치(131A)가 형성된 모듈레이터(130) 및 22극 자기장을 생성하는 제2 영구자석 배열(120)을 포함하는 가감속 장치(100)에 있어서, 모듈레이터(130)와 제2 영구자석 배열(120) 사이의 공간에서 제1 영구자석 배열(110)에 의한 반경방향 자기장 중 22극 고조파 성분에 대해 측정된 결과이다.12 is a graph for explaining the relative magnitude of the 22-pole harmonic component in the magnetic field due to the first permanent magnet array according to the thickness of the modulator. The graph of FIG. 12 is a graph showing the relationship between the pole length (T) of the first
도 1 내지 도 4와 함께 도 12를 참조하면, 모듈레이터의 두께가 약 4mm인 경우 22극 고조파 성분의 크기가 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 모듈레이터(130)의 두께가 약 3mm보다 작아지는 경우 및 약 4.5mm보다 커지는 경우에 22극 고조파 성분의 크기가 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 모듈레이터(130)의 두께가 너무 작아지면 모듈레이터(130)의 필터링 기능이 제약되어 고조파 성분의 크기가 작아지며, 모듈레이터(130)의 두께가 너무 커지면 자기저항의 증가로 인하여 자기장 전체 강도가 감소되기 때문이다. 따라서, 모듈레이터의 두께는 약 3mm 이상 약 4.5mm 이하인 것이 바람직하다. Referring to FIG. 12 together with FIGS. 1 to 4, it can be seen that the 22-pole harmonic component is largest when the thickness of the modulator is about 4 mm. Specifically, it can be seen that the magnitude of the 22-pole harmonic component decreases sharply when the thickness of the
도 13은 일체형 모듈레이터의 한쪽 끝단을 고정시킨 상태에서 반시계 방향의 토크를 인가해서 모듈레이터의 반대 쪽 끝단에서의 비틀림 양을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 13의 실험에 있어서, 내경 50mm, 외경 54mm 및 길이 60mm의 일체형 구조를 갖는 모듈레이터(130)에 120Nm의 크기의 비틀림 모멘트가 인가되었고, 도 13의 가로축은 트렌치(131A) 바닥면에서의 두께(D0-D1)를 나타낸다. 13 is a graph showing a result of measuring the amount of twist at the opposite end of the modulator by applying a counterclockwise torque in a state where one end of the integrated modulator is fixed. 13, a torsional moment of 120 Nm in size was applied to the
모듈레이터(130)에 있어서, 트렌치(131A) 깊이는 클수록 모듈레이터(130)를 통과한 자기장의 고조파 성분을 증가시킨다. 따라서 원하는 고조파 성분을 충분한 크기로 생성하기 위해서, 트렌치(131A)의 깊이(D1)는 모듈레이터(130) 두께(D0) 대비 최소 50% 이상인 것이 바람직하다. 그러나 모듈레이터(130)에는 제1 영구자석 배열(110)의 자기장에 의해 인가되는 강한 비틀림 모멘트가 인가되는데, 모듈레이터(130)에 형성된 트렌치(131A)의 깊이(D1)를 지나치게 크게 할 경우, 상기의 비틀림 모멘트에 의해 모듈레이터(130)가 변형 또는 파손될 수 있다. In the
도 1 내지 도 4와 함께 도 13을 참조하면, 트렌치(131A) 바닥면에서의 두께(D0-D1)가 감소할수록, 즉, 트렌치(131A)의 깊이(D1)가 증가할수록 비틀림 양이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 트렌치(131A) 깊이(D1)가 약 3.75mm보다 커지는 순간, 즉, 트렌치(131A)의 깊이(D1)가 모듈레이터(130) 두께(D0)의 약 94%를 넘어서는 순간부터 비틀림 양이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13 together with FIGS. 1 to 4, as the thickness D 0 -D 1 on the bottom surface of the
따라서, 트렌치(131A)의 깊이(D1)는 모듈레이터(130)의 두께(D0) 대비 약 50% 이상 약 94% 이하인 것이 바람직하다. Therefore, it is the depth (D 1) has a thickness (D 0) of about 50% or more than about 94% compared to the
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전동기 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 15는 도 14에 도시된 전동기 장치의 단면도이다. FIG. 14 is a perspective view for explaining an electric motor apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a sectional view of the electric motor apparatus shown in FIG.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 장치(1000)는 제1 영구자석 배열(1100), 제2 영구자석 배열(1200), 모듈레이터(1300), 능동 자기장 발생 소자(1400) 및 위치 검출 소자(1500)를 포함한다.14 and 15, an
제1 영구자석 배열(1100), 제2 영구자석 배열(1200) 및 모듈레이터(1300)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 가감속 장치(100)의 제1 영구자석 배열(110), 제2 영구자석 배열(120) 및 모듈레이터(130, 130')와 각각 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. The first
능동 자기장 발생 소자(1400)는 제1 영구자석 배열(1100)에 의해 발생된 자기장과 상호작용하는 자기장을 발생시켜 제1 영구자석 배열(1100)을 회전시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 능동 자기장 발생 소자(1400)는 제1 영구자석 배열(1100)의 외부면 상에 배치된 복수의 전자석들(1410)을 포함할 수 있고, 상기 전자석들(1410)이 생성하는 자기장을 이용하여 제1 영구자석 배열(1100)을 회전시킬 수 있다. 이와 같이 제1 영구자석 배열(1100)이 회전하는 경우, 앞에서 설명한 바와 같이, 제2 영구자석 배열(1200)이 제1 영구자석 배열(1100)의 회전보다 감속 또는 가속되어 회전될 수 있다. The active magnetic
상기 전자석들(1410)은 제1 영구자석 배열(1100)의 외부면 상에 원주 방향을 따라 배열될 수 있다. 각각의 전자석들(1410)은 강자성체로 형성된 코어(1411) 및 상기 코어(1411)에 권취된 코일(1412)을 포함하고, 외부에서 상기 코일(1412)에 전류를 인가하는 경우 자기장을 발생시킨다. 상기 전자석들(1410)에 전류를 인가하는 전원은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 전원은 단상 교류전원일 수도 있고, 3상 전원, 5상 전원, 6상 전원 등의 다상 교류전원일 수도 있다. 이 때, 특정 교류 전원이 인가된 전자석들(1410)에 의해 생성되는 자기장의 극수와 제1 영구자석 배열(1100)에 의해 생성되는 자기장의 극수가 일치하도록 전원의 상수(number of phase)에 따라 전자석들(1410)의 개수가 가변될 수 있다. The
일 실시예에 있어서, 상기 전자석들(1410)의 코일(1412)에 3상 전원이 인가되는 경우, 제1 영구자석 배열(1100)이 3상 전원에 동기되어 회전하도록 상기 전자석들(1410)은 제1 영구자석 배열(1100)에 포함된 영구자석들(1110, 1120)의 한 주기 당 3개의 전자석(1410)이 배치되도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 영구자석 배열(1100)이 교대로 배치된 3개의 제1 영구자석(1110) 및 3개의 제2 영구자석(1120)을 포함하는 경우, 제1 영구자석 배열(1100)에 포함된 영구자석들(1110, 1120)의 주기는 120°이고, 상기 전자석들(1410)은 120° 내에 3개의 전자석(1410), 즉, 360°에 9개의 전자석(1410)이 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되도록 배열될 수 있다. In one embodiment, when the three-phase power is applied to the
위치 검출 소자(1500)는 전자석들(1410)을 고정하는 외부 프레임(미도시) 상에 고정되고, 제1 영구자석 배열(1100)의 회전 각도를 파악할 수 있다. 이와 같이 위치 검출 소자(1500)를 이용하여 제1 영구자석 배열(1100)의 회전 각도를 파악하는 경우, 이를 기초로 전자석들(1410)에 전원을 순차적으로 스위칭하여 인가함으로써 제1 영구자석 배열(1100)을 연속적으로 회전시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 검출 소자(1500)로는 홀 효과를 이용하여 자계의 방향이나 강도를 측정할 수 있는 자기 센서 또는 광전 방법에 의해 물체의 위치를 측정하는 광전식 위치센서 등이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 전자석들(1410)의 코일(1412)에 3상 전원이 인가되는 경우, 상기 자기 센서 또는 상기 광전식 위치센서는 제1 영구자석 배열(1100)에 포함된 영구자석들(1110, 1120)의 한 주기당 1개씩 배치할 수 있다.
The
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가감속 장치를 설명하기 위한 단면도이다.16 is a cross-sectional view for explaining an acceleration / deceleration device according to another embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가감속 장치(200)는 제1 영구자석 배열(210), 제2 영구자석 배열(220) 및 모듈레이터(230)를 포함한다. 본 실시예에 따른 가감속 장치(200)는 외부 수단(미도시)에 의해 발생된 제2 영구자석 배열(220)의 회전력을 자기장의 상호작용을 이용하여 제1 영구자석 배열(210)에 전달하는 방식으로 작동한다. Referring to FIG. 16, the acceleration /
제1 영구자석 배열(210) 및 제2 영구자석 배열(220)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 가감속 장치(100)의 제1 영구자석 배열(110) 및 제2 영구자석 배열(220)과 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. The first
모듈레이터(230)는 강자성체로 형성되고 제1 영구자석 배열(210)과 제2 영구자석 배열(220) 사이에 배치되어, 제2 영구자석 배열(220)에 의해 생성된 자기장을 변형시킬 수 있다. 이러한 모듈레이터(230)는 중심축에 평행한 방향으로 연장된 Q개의 트렌치(trench, 231A)가 외부면에 형성된 것을 제외하고는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 가감속 장치(100)의 모듈레이터(130) 또는 도 5에 도시된 모듈레이터(130')와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. The
이러한 트렌치들(231A)에 의해 모듈레이터(230)의 외부면은 소정 반지름을 갖는 가상의 원기둥의 원주면 상에 위치하고 상기 트렌치들(231A)에 의해 서로 이격된 Q개의 분할 영역들 및 인접한 분할 영역들 사이에서 상기 트렌치(231A)를 형성하는 트렌치 영역들로 구성될 수 있고, 이 경우, 모듈레이터(230)의 외부면은 Q개의 사다리꼴 형상의 돌기들이 연속적으로 형성된 형태의 단면을 가질 수 있다. The outer surface of the
모듈레이터(230)는 제2 영구자석 배열(220)에 의해 발생된 자기장을 변형할 수 있고, 그 결과, 모듈레이터(230)와 제1 영구자석 배열(210) 사이의 공간에 형성된 제2 영구자석 배열(220)에 의한 반경방향 자기장은 모듈레이터(230)에 의해 생성된 고조파 성분을 포함하게 되고, 이러한 고조파 성분과 동기될 수 있도록 제1 영구자석 배열(210)의 극 시스템을 설정하면 제1 영구자석 배열(210)은 제2 영구자석 배열(220)에 종속되어 회전할 수 있다.
The
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 17 is a cross-sectional view illustrating an electric motor apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기 장치(2000)는 제1 영구자석 배열(2100), 제2 영구자석 배열(2200), 모듈레이터(2300), 능동 자기장 발생 소자(2400) 및 위치 검출 소자(2500)를 포함한다.17, a
제1 영구자석 배열(2100), 제2 영구자석 배열(2200) 및 모듈레이터(2300)는 도 16을 참조하여 설명한 가감속 장치(200)의 제1 영구자석 배열(210), 제2 영구자석 배열(220) 및 모듈레이터(230)와 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. The first
능동 자기장 발생 소자(2400)는 제2 영구자석 배열(220)에 의해 발생된 자기장과 상호작용하는 자기장을 발생시켜 제2 영구자석 배열(220)을 회전시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 능동 자기장 발생 소자(2400)는 제2 영구자석 배열(2200)의 내부면 상에 배치된 복수의 전자석들(2410)을 포함할 수 있고, 상기 전자석들(2410)이 생성하는 자기장을 이용하여 제2 영구자석 배열(2200)을 회전시킬 수 있다. 상기 전자석들(2410) 및 이에 인가되는 전원은 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 전동기 장치(1000)에 적용되는 능동 자기장 발생 소자(1400)의 전자석들(1410) 및 이에 인가되는 전원과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다. The active magnetic
위치 검출 소자(2500)는 전자석들(2410)을 고정하는 프레임(미도시) 상에 고정되고, 제2 영구자석 배열(2200)의 내부면을 측정하여 제2 영구자석 배열(2200)의 회전 각도를 파악할 수 있다. 이와 같이 위치 검출 소자(2500)를 이용하여 제2 영구자석 배열(2200)의 회전 각도를 파악하는 경우, 이를 기초로 전자석들(2410)에 전원을 스위칭하여 인가함으로써 제2 영구자석 배열(2200)을 연속적으로 회전시킬 수 있다. 이러한 위치 검출 소자(2500)는 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한 전동기 장치(1000)의 위치 검출 소자(1500)와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다.The
본 발명에 따른 전동기 장치(1000, 2000)는 가감속 장치(100, 200)를 내장함으로써, 고속의 저토크 동력을 자체적으로 저속의 고토크 동력으로 변환시켜 출력할 수 있다. 특히 전동기 장치(1000, 2000)의 계자 역할을 하는 영구자석 배열(1100, 2200)을 변형 없이 이용하여 재료의 효율성을 높일 수 있으며, 비접촉 방식으로 별도의 영구자석 배열(1200, 2100)에 동력을 전달함으로써 기계적인 기어의 맞물림에 의해 토크 변환을 하는 기존 감속기의 마모에 의한 문제점을 해결할 수 있다. The
또한, 본 발명에 따른 전동기 장치(1000, 2000)는 비접촉 방식으로 상호작용하는 영구자석 배열을 포함하므로, 과도한 부하가 저속축에 인가될 때 자연스럽게 영구자석 배열 간에 슬립이 발생된다. 따라서 전동기 장치(1000, 2000)의 과부하에 따른 오류를 방지할 수 있고, 이에 따라 별도의 안전회로나 셧다운 기능 없이도 안전하게 동작할 수 있다. Also, since the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
100, 200: 가감속 장치 1000, 2000: 전동기 장치
110, 210, 1100, 2100: 제1 영구자석 배열
120, 220, 1200, 2200: 제2 영구자석 배열
130, 230, 1300, 2300: 모듈레이터100, 200: Acceleration /
110, 210, 1100, 2100: a first permanent magnet array
120, 220, 1200, 2200: a second permanent magnet array
130, 230, 1300, 2300: a modulator
Claims (22)
상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열; 및
상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에서 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸도록 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되거나 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 원형링 구조의 박판 구조물들이 적층되어 형성되며, 상기 외부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 내부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성하는 모듈레이터를 포함하는 가감속 장치. An inner permanent magnet array;
An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array; And
A laminate structure of circular ring structures formed integrally with the ferromagnetic body or surrounding the internal permanent magnet array and formed so as to surround the internal permanent magnet array between the internal permanent magnet array and the external permanent magnet array, And a modulator for modifying a magnetic field generated by said external permanent magnet array to generate a harmonic component synchronized with said internal permanent magnet array.
상기 외부 영구자석 배열은 제1 원의 원주를 따라 서로 교대로 배열되고 서로 다른 방향으로 자화된 M개의 제1 영구자석 및 M개의 제2 영구자석을 포함하고,
상기 내부 영구자석 배열은 상기 제1 원의 내부에 위치하는 제2 원의 원주를 따라 교대로 배열되고 서로 다른 방향으로 자화된 N개의 제3 영구자석 및 N개의 제4 영구자석을 포함하고,
상기 모듈레이터는 상기 내부 영구자석 배열과 마주보고 상기 제1 원의 중심축 방향에 평행한 방향으로 연장된 Q개의 트렌치가 형성된 내부면을 포함하며,
상기 M, N 및 Q는 하기 수식 1 또는 수식 2의 관계를 만족하는 1 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 가감속 장치:
[수식 1]
[수식 2]
Wherein the external permanent magnet array comprises M first permanent magnets and M second permanent magnets alternately arranged along the circumference of the first circle and magnetized in different directions,
Wherein the inner permanent magnet array comprises N third permanent magnets and N fourth permanent magnets alternately arranged along the circumference of a second circle located inside the first circle and magnetized in different directions,
The modulator including an inner surface formed with Q trenches extending in a direction parallel to the central axis direction of the first circle, facing the inner permanent magnet array,
Wherein M, N and Q are integers equal to or greater than 1 satisfying the following expressions (1) and (2): " (1) "
[Equation 1]
[Equation 2]
상기 제1 영구자석 및 제2 영구자석은 상기 제1 원의 내부 반경방향 및 외부 반경방형으로 각각 자화되고,
상기 제3 영구자석 및 제4 영구자석은 상기 제2 원의 내부 반경방향 및 외부 반경방향으로 자화된 것을 특징으로 하는 가감속 장치.3. The method of claim 2,
The first permanent magnet and the second permanent magnet are respectively magnetized into an inner radial direction and an outer radial direction of the first circle,
Wherein the third permanent magnet and the fourth permanent magnet are magnetized in an inner radial direction and an outer radial direction of the second circle.
상기 모듈레이터는 상기 외부 영구자석 배열과 마주보는 외부면 및 상기 내부면을 구비하는 원형관 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가감속 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the modulator has a circular tube structure having an outer surface facing the outer permanent magnet array and the inner surface.
상기 Q개의 트렌치 각각의 단면은 상부 폭이 하부 폭보다 큰 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가감속 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the cross section of each of the Q trenches has a shape in which an upper width is larger than a lower width.
상기 트렌치의 깊이는 상기 모듈레이터의 두께의 50% 이상 94% 이하인 것을 특징으로 하는 가감속 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the depth of the trench is 50% or more and 94% or less of the thickness of the modulator.
상기 Q개의 트렌치는 상기 제1 원의 중심축 방향에 평행한 방향에 대한 상기 모듈레이터의 제1 단부로부터 이에 대향하는 제2 단부까지 연장되고, 서로 등간격으로 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 가감속 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the Q trenches extend from a first end of the modulator to a second end opposite to the first end in a direction parallel to the central axis direction of the first circle and are spaced apart from one another at equal intervals. .
상기 모듈레이터의 내부면은 상기 Q개의 트렌치에 의해 분할된 복수의 분할 영역들 및 상기 분할 영역들 사이에 위치하고 상기 트렌치를 형성하는 트렌치 영역들을 포함하고,
상기 분할 영역들 각각 폭은 상기 Q개의 트렌치들 중 인접한 트렌치들의 중심 사이의 거리의 40% 이상 70% 이하인 것을 특징으로 하는 가감속 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the inner surface of the modulator includes a plurality of divided regions divided by the Q trenches and trench regions located between the divided regions and forming the trenches,
Wherein the width of each of the divided regions is not less than 40% and not more than 70% of a distance between centers of adjacent trenches of the Q trenches.
상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열; 및
상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되거나 상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 원형링 구조의 박판 구조물들이 적층되어 형성되며, 상기 내부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 외부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성하는 모듈레이터를 포함하는 가감속 장치. An inner permanent magnet array;
An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array; And
Wherein the inner permanent magnet array is formed by lamination of thin plate structures of a circular ring structure disposed between the inner permanent magnet array and the outer permanent magnet array and integrally formed with the ferromagnetic body or surrounding the inner permanent magnet array, And a modulator for modifying the generated magnetic field to generate a harmonic component synchronized with the external permanent magnet array.
상기 외부 영구자석 배열은 제1 원의 원주를 따라 서로 교대로 배열되고 서로 다른 방향으로 자화된 M개의 제1 영구자석 및 M개의 제2 영구자석을 포함하고,
상기 내부 영구자석 배열은 상기 제1 원의 내부에 위치하는 제2 원의 원주를 따라 교대로 배열되고 서로 다른 방향으로 자화된 N개의 제3 영구자석 및 N개의 제4 영구자석을 포함하고,
상기 모듈레이터는 상기 외부 영구자석 배열과 마주보고 상기 제1 원의 중심축 방향에 평행한 방향으로 연장된 Q개의 트렌치가 형성된 외부면을 포함하며,
상기 M, N 및 Q는 하기 수식 1 또는 수식 2의 관계를 만족하는 1 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 가감속 장치:
[수식 1]
[수식 2]
Wherein the external permanent magnet array comprises M first permanent magnets and M second permanent magnets alternately arranged along the circumference of the first circle and magnetized in different directions,
Wherein the inner permanent magnet array comprises N third permanent magnets and N fourth permanent magnets alternately arranged along the circumference of a second circle located inside the first circle and magnetized in different directions,
Wherein the modulator includes an outer surface formed with Q trenches extending in a direction parallel to the central axis direction of the first circle, facing the outer permanent magnet array,
Wherein M, N and Q are integers equal to or greater than 1 satisfying the following expressions (1) and (2): " (1) "
[Equation 1]
[Equation 2]
상기 Q개의 트렌치는 상기 제1 원의 중심축 방향에 평행한 방향에 대한 상기 모듈레이터의 제1 단부로부터 이에 대향하는 제2 단부까지 연장되고, 서로 등간격으로 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 가감속 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the Q trenches extend from a first end of the modulator to a second end opposite to the first end in a direction parallel to the central axis direction of the first circle and are spaced apart from one another at equal intervals. .
상기 트렌치의 깊이는 상기 모듈레이터의 두께의 50% 이상 94% 이하인 것을 특징으로 하는 가감속 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the depth of the trench is 50% or more and 94% or less of the thickness of the modulator.
상기 Q개의 트렌치 각각의 단면은 상부 폭이 하부 폭보다 큰 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가감속 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the cross section of each of the Q trenches has a shape in which an upper width is larger than a lower width.
상기 모듈레이터의 외부면은 상기 Q개의 트렌치에 의해 분할된 복수의 분할 영역들 및 상기 분할 영역들 사이에 위치하고 상기 트렌치를 형성하는 트렌치 영역들을 포함하고,
상기 분할 영역들 각각 폭은 상기 Q개의 트렌치들 중 인접한 트렌치들의 중심 사이의 거리의 40% 이상 70% 이하인 것을 특징으로 하는 가감속 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the outer surface of the modulator includes a plurality of divided regions divided by the Q trenches and trench regions located between the divided regions and forming the trenches,
Wherein the width of each of the divided regions is not less than 40% and not more than 70% of a distance between centers of adjacent trenches of the Q trenches.
상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열;
상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되며, 상기 외부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 내부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성하는 모듈레이터; 및
상기 외부 영구자석 배열에 의해 발생된 자기장과 상호작용하는 자기장을 발생시켜 상기 외부 영구자석 배열을 회전시키는 능동 자기장 발생 소자를 포함하는 전동기 장치. An inner permanent magnet array;
An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array;
A modulator arranged between said inner permanent magnet array and said outer permanent magnet array and integrally formed with a ferromagnetic body for modifying a magnetic field generated by said outer permanent magnet array to generate harmonic components synchronized with said inner permanent magnet array; ; And
And an active magnetic field generating element for generating a magnetic field interacting with the magnetic field generated by the external permanent magnet array to rotate the external permanent magnet array.
상기 능동 자기장 발생 소자는 상기 외부 영구자석 배열의 외부면 상에 원주 방향으로 배치된 복수의 전자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the active magnetic field generating element comprises a plurality of electromagnets arranged in a circumferential direction on an outer surface of the outer permanent magnet array.
상기 능동 자기장 발생소자를 고정하는 프레임; 및
상기 프레임에 고정되고, 상기 외부 영구자석 배열의 회전 각도를 파악하는 위치 검출 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 장치. 16. The method of claim 15,
A frame for fixing the active magnetic field generating element; And
Further comprising: a position detection element fixed to the frame, for detecting a rotation angle of the external permanent magnet array.
상기 위치 검출 소자는 자기 센서 또는 광전식 위치센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 장치. 18. The method of claim 17,
Wherein the position detecting element includes a magnetic sensor or a photoelectric position sensor.
상기 내부 영구자석 배열을 둘러싸는 외부 영구자석 배열;
상기 내부 영구자석 배열과 상기 외부 영구자석 배열 사이에 배치되고, 강자성체로 일체로 형성되며, 상기 내부 영구자석 배열에 의해 생성된 자기장을 변형시켜 상기 외부 영구자석 배열과 동기되는 고조파 성분을 생성하는 모듈레이터; 및
상기 내부 영구자석 배열에 의해 발생된 자기장과 상호작용하는 자기장을 발생시켜 상기 내부 영구자석 배열을 회전시키는 능동 자기장 발생 소자를 포함하는 전동기 장치. An inner permanent magnet array;
An outer permanent magnet array surrounding said inner permanent magnet array;
A modulator arranged between said inner permanent magnet array and said outer permanent magnet array and integrally formed with a ferromagnetic body for modifying a magnetic field generated by said inner permanent magnet array to produce harmonic components synchronized with said outer permanent magnet array; ; And
And an active magnetic field generating element for generating a magnetic field interacting with a magnetic field generated by the internal permanent magnet array to rotate the internal permanent magnet array.
상기 능동 자기장 발생 소자는 상기 내부 영구자석 배열의 내부면 상에 원주 방향으로 배치된 복수의 전자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 장치.20. The method of claim 19,
Wherein the active magnetic field generating element comprises a plurality of electromagnets arranged in a circumferential direction on an inner surface of the inner permanent magnet array.
상기 능동 자기장 발생 소자를 고정하는 프레임; 및
상기 프레임에 고정되고, 상기 내부 영구자석 배열의 회전 각도를 파악하는 위치 검출 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 장치. 20. The method of claim 19,
A frame for fixing the active magnetic field generating element; And
Further comprising: a position detecting element fixed to the frame, for detecting an angle of rotation of the internal permanent magnet array.
상기 위치 검출 소자는 자기 센서 또는 광전식 위치센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 장치. 22. The method of claim 21,
Wherein the position detecting element includes a magnetic sensor or a photoelectric position sensor.
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| KR1020140054026A KR101462832B1 (en) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | Speed increasing or decreasing apparatus using permanent magnets and electric motor having the speed increasing or decreasing apparatus |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT523542A4 (en) * | 2020-10-12 | 2021-09-15 | Iies Inspired Innovation Eng Services E U | Wobble gear |
| CN114915115A (en) * | 2021-02-10 | 2022-08-16 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | Motor permanent magnet arrangement method |
Citations (2)
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| KR20020022118A (en) * | 2000-08-11 | 2002-03-25 | 박선순 | A power generator device |
| KR101282613B1 (en) * | 2013-04-18 | 2013-07-12 | 한국교통대학교산학협력단 | Speed increasing or decreasing device using permanent magnets |
-
2014
- 2014-05-07 KR KR1020140054026A patent/KR101462832B1/en active IP Right Grant
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