KR102468253B1 - 베어링을 이용한 모터 - Google Patents

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KR102468253B1
KR102468253B1 KR1020220022130A KR20220022130A KR102468253B1 KR 102468253 B1 KR102468253 B1 KR 102468253B1 KR 1020220022130 A KR1020220022130 A KR 1020220022130A KR 20220022130 A KR20220022130 A KR 20220022130A KR 102468253 B1 KR102468253 B1 KR 102468253B1
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coil
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백승현
백윤종
김현호
최영재
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백승현
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Abstract

본 발명의 목적은, 베어링을 통해 공급된 전류에 의해 구동될 수 있는, 베어링을 이용한 모터를 제공하는 것이며, 이를 위해, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는, 회전축; 상기 회전축에 연결된 제1 베어링; 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링; 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부; 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부; 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성 및 크기 중 적어도 하나를 지속적으로 바꾸어주는 제어부; 일측 끝단은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 타측 끝단은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 코일; 상기 코일을 감싸도록 상기 코일의 내측 또는 외측에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함한다.

Description

베어링을 이용한 모터{Motor Using A Bearing}
본 발명은 모터에 관한 것이다.
교류 모터의 구조는 간단하고, 직류 모터와 달리 교류 모터에는 브러시나 정류자와 같은 기계 소모부가 없다. 그러나, 직류 모터에 비해 교류 모터는 기동 회전력(initial torque)이 낮고 효율이 떨어진다.
직류 모터는 속도 및 회전방향 조절이 용이하고 Starting torque가 크다. 그러나, 직류 모터에서는, 브러시와 정류자의 마찰을 통해 전극이 바뀌기 때문에, 브러시와 정류자의 지속적인 마찰로 인해 브러시의 수명이 줄어들고, 이 마찰로 인한 아크와 소음이 발생한다.
즉, 종래의 직류 모터에서는, 브러시를 사용하여 정류자의 전극이 바뀌어지며, 이에 따라, 전동기의 회전이 지속될 수 있다. 그러나, 브러시의 짧은 수명과 정류자와의 마찰로 인해, 여러 문제점들이 발생될 수 있으며, 이에 따라, 직류 모터가 정상적으로 구동되지 않을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명의 목적은, 베어링을 통해 공급된 전류에 의해 구동될 수 있는, 베어링을 이용한 모터를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는, 회전축; 상기 회전축에 연결된 제1 베어링; 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링; 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부; 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부; 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성 및 크기 중 적어도 하나를 지속적으로 바꾸어주는 제어부; 일측 끝단은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 타측 끝단은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 코일; 상기 코일을 감싸도록 상기 코일의 내측 또는 외측에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는, 회전축; 상기 회전축에 연결된 제1 베어링; 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링; 상기 제2 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제3 베어링; 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부; 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부; 상기 제3 베어링을 지지하며, 상기 제3 베어링에 전원을 공급하는 제3 지지부; 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부와 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어주는 제어부; 상기 회전축의 일측 끝단에 연결되어 있는 세 개의 폴들을 포함하는 회전자; 상기 회전자의 제1 폴에 감겨져 있으며, 일측은 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 제1 코일; 상기 회전자의 제2 폴에 연결되어 있고, 일측은 상기 제1 코일의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제3 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 제2 코일; 상기 회전자의 제3 폴에 연결되어 있고, 일측은 상기 제2 코일의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 제3 코일; 및 상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함한다.
본 발명에 의하면, 브러시가 아닌 베어링을 통해 전류가 공급되기 때문에, 브러시의 마찰에 의한 모터의 수명 감소가 방지될 수 있으며, 따라서, 모터의 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 예시도.
도 2는 도 1에 도시된 A-A'라인을 따라 절단된 단면을 나타낸 예시도.
도 3은 도2에 도시된 B-B'라인을 따라 절단된 단면을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도.
도 6은 도 5에 도시된 베어링을 이용한 모터에 적용되는 자석 및 코일의 단면을 나타낸 예시도.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도들.
도 11은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 13은 도 11에 도시된 베어링을 이용한 모터에 적용되는 자석 및 코일의 단면을 나타낸 예시도.
도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도들.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 예시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'라인을 따라 절단된 단면을 나타낸 예시도이고, 도 3은 도2에 도시된 B-B'라인을 따라 절단된 단면을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는, 회전축(140), 상기 회전축에 연결된 제1 베어링(150), 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링(160), 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부(150a), 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부(160a), 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어주는 제어부(200), 상기 회전축의 일측 끝단에 연결어 있는 회전자(120), 상기 회전자에 감겨져 있고, 일측 끝단(131)은 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 타측 끝단(132)은 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 코일(130), 상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 상기 회전자의 양쪽 끝단들 중 어느 하나가 상기 N극에 인접되어 있는 지의 여부를 감지하는 제2 센서(171) 및 상기 회전자의 양쪽 끝단들 중 어느 하나가 상기 N극 및 상기 S극 사이에 배치되어 있는 지의 여부를 감지하는 제1 센서(172)를 더 포함할 수 있다. 이하의 설명에서, 전원은 전압 및 전류 중 적어도 하나를 의미한다. 또한, 상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링을 통칭하여 베어링이라 한다. 또한, 상기 제2 센서와 이하에서 설명될 제1 센서를 통칭하여 센서라 한다.
우선, 회전축(140)은 속이 빈 원통이 될 수 있으며, 속인 찬 원통일 수 있다.
다음, 상기 제1 베어링(150)과 상기 제2 베어링(160)은 일정한 간격을 두고 상기 회전축에 연결된다.
상기 제1 베어링(150)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제1 내륜(151), 상기 제1 내륜과 이격되어 상기 제1 내륜을 감싸고 있는 제1 외륜(152) 및 상기 제1 내륜 및 상기 제1 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제1 볼(153)들을 포함할 수 있다.
상기 제2 베어링(160)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제2 내륜(161), 상기 제2 내륜과 이격되어 상기 제2 내륜을 감싸고 있는 제2 외륜(162) 및 상기 제2 내륜과 상기 제2 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제2 볼(163)들을 포함할 수 있다.
상기 제1 내륜(151) 및 상기 제2 내륜(161) 각각은 상기 회전축(140)과 연결되어 있다. 따라서, 상기 회전축(140)이 회전할 때, 상기 제1 내륜 및 상기 제2 내륜 역시 상기 회전축과 함께 회전한다.
상기 제1 외륜(152)과 상기 제1 내륜(151) 사이에는 적어도 두 개의 제1 볼(153)들이 구비된다. 상기 제1 볼(153)들은 상기 제1 외륜(152)과 상기 제1 내륜(151) 사이에서 회전할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내륜(151)이 회전할 때, 상기 제1 내륜에 의해 상기 제1 볼이 회전할 수 있다. 그러나, 상기 제1 내륜이 회전하더라도 상기 제1 외륜(152)은 회전하지 않을 수 있다. 즉, 상기 제1 내륜(151)이 상기 회전축과 함께 회전하더라도, 상기 제1 외륜(152)은 회전하지 않을 수 있다.
상기 제2 외륜(162)과 상기 제2 내륜(161) 사이에는 적어도 두 개의 제2 볼(163)들이 구비된다. 상기 제2 볼(163)들은 상기 제2 외륜(162)과 상기 제2 내륜(161) 사이에서 회전할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 내륜(161)이 회전할 때, 상기 제2 내륜에 의해 상기 제2 볼이 회전할 수 있다. 그러나, 상기 제2 내륜이 회전하더라도 상기 제2 외륜(162)은 회전하지 않을 수 있다. 즉, 상기 제2 내륜(161)이 상기 회전축과 함께 회전하더라도, 상기 제2 외륜(162)은 회전하지 않을 수 있다.
상기 제1 내륜, 상기 제1 볼 및 상기 제1 외륜은 도체로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제어부(200)를 통해 상기 제1 지지부(150a)로 공급된 전원은 상기 제1 외륜(151) 및 상기 제1 볼(153)을 통해 상기 제1 내륜(152)으로 인가될 수 있다. 상기 제1 내륜(152)에 인가된 전원은 상기 코일의 일측 끝단으로 인가될 수 있다.
상기 제2 내륜, 상기 제2 볼 및 상기 제2 외륜은 도체로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제어부(200)를 통해 상기 제2 지지부(160a)로 공급된 전원은 상기 제2 외륜(161) 및 상기 제2 볼(163)을 통해 상기 제2 내륜(162)으로 인가될 수 있다. 상기 제2 내륜(162)에 인가된 전원은 상기 코일의 타측 끝단으로 인가될 수 있다.
다음, 상기 제1 지지부(150a)는 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급한다. 상기 제2 지지부(160a)는 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급한다.
상기 제1 지지부 및 상기 제2 지지부는 지지대(190)에 장착될 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 상기 회전축과 함께 상기 제1 내륜(151)이 회전하더라도, 상기 제1 볼에 의해 상기 제1 외륜(152)은 회전하지 않을 수 있으며, 특히, 상기 제1 외륜은 상기 제1 지지부에 고정되어 있고, 상기 제1 지지부는 상기 지지대(190)에 장착되어 있기 때문에, 상기 제1 외륜은 회전하지 않는다.
상기에서 설명된 바와 같이, 상기 회전축과 함께 상기 제2 내륜(161)이 회전하더라도, 상기 제2 볼에 의해 상기 제2 외륜(162)은 회전하지 않을 수 있으며, 특히, 상기 제2 외륜은 상기 제2 지지부에 고정되어 있고, 상기 제2 지지부는 상기 지지대(190)에 장착되어 있기 때문에, 상기 제2 외륜은 회전하지 않는다.
다음, 상기 회전자(120)는 상기 회전축(140)의 일측 끝단에 연결되어 있다. 따라서, 상기 회전자(120)는 상기 회전축, 상기 제1 내륜 및 상기 제2 내륜과 함께 회전한다.
다음, 상기 코일은 상기 회전자(120)의 외부에 감겨진다.
상기 코일의 일측 끝단은 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 특히, 상기 제1 내륜과 연결되어 있다.
상기 코일의 타측 끝단은 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 특히, 상기 제2 내륜과 연결되어 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코일의 일측 끝단은 상기 회전축의 내부 공간을 통해 상기 제1 내륜(151)과 연결될 수 있으며, 상기 코일의 타측 끝단은 상기 회전축의 내부 공간을 통해 상기 제2 내륜(161)과 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 볼은 상기 제1 외륜과 상기 제1 내륜을 전기적으로 연결시키며, 상기 제2 볼은 상기 제2 외륜과 상기 제2 내륜을 전기적으로 연결시킨다.
따라서, 상기에서 설명된 바와 같이, 상기 제어부(200)를 통해 상기 제1 지지부(150a)로 공급된 전원은 상기 제1 외륜(152), 상기 제1 볼(153) 및 상기 제1 내륜(151)을 통해 상기 코일의 일측 끝단으로 인가될 수 있다.
또한, 상기 제어부(200)를 통해 상기 제2 지지부(160a)로 공급된 전원은 상기 제2 외륜(162), 상기 제2 볼(163) 및 상기 제2 내륜(161)을 통해 상기 코일의 타측 끝단으로 인가될 수 있다.
다음, 상기 자석은 상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극(111)과 S극(112)을 포함한다. 이 경우, 자석은 N극과 S극을 포함하고 있으므로, 도면부호 111 및 112 각각은 하나의 자석이 될 수 있다. 즉, 도 1에는 N극과 S극이 서로 마주보도로 배치되는 구조를 설명하기 위해, N극(111)과 S극(112)이 서로 마주보도록 배치되어 있는 두 개의 자석들이 도시되어 있다. 상기 표현은 이하의 설명에서도 적용될 수 있다.
다음, 상기 제2 센서(171)는 상기 회전자의 양쪽 끝단들 중 어느 하나가 상기 N극에 인접되어 있는 지의 여부를 감지할 수 있으며, 상기 제1 센서(172)는 상기 회전자의 양쪽 끝단들 중 어느 하나가 상기 N극 및 상기 S극이 인접되어 있는 위치에 배치되어 있는 지의 여부를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 센서(171)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 N극과 상기 S극이 마주보는 수평 라인에 수직한 방향에 구비되어, 상기 회전자가 상기 N극에 인접되어 있는 지의 여부를 감지할 수 있다. 또한, 상기 제1 센서(172)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 N극과 상기 S극이 인접되어 있는 위치에 배치되어, 상기 회전자(120)의 일측 끝단(또는 타측 끝단)이 상기 N극에서 상기 S극으로 이동하는 지의 여부를 감지할 수 있다. 부연하여 설명하면, 상기 제1 센서(172)는 상기 N극의 일측 끝단(예를 들어, 도1 및 도 4에서, N극의 하단부) 및 상기 S극의 일측 끝단(예를 들어, 도1 및 도 4에서, S극의 하단부)이 인접되어 있는 위치에 배치되어, 상기 회전자(120)의 일측 끝단(또는 타측 끝단)이 상기 위치에 배치되어 있는 지의 여부를 감지할 수 있다.
상기 제2 센서(171) 및 상기 제1 센서(172) 이외에도, 상기 회전자(120)의 정확한 위치를 감지하기 위해, 상기 회전자와 상기 자석 주변에는 또 다른 센서들이 더 구비될 수 있다.
그러나, 본 발명에는 상기 제1 센서(172)만이 포함될 수도 있다.
상기 제2 센서 및 상기 제1 센서는 위치 감지를 위해 현재 이용되고 있는 다양한 종류의 센서들 중 하나가 될 수 있으며, 예를 들어, 적외선이 수신되는 지의 여부를 감지하는 센서가 될 수 있다. 또한, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 각각은, 홀 센서, 포토 센서, 리졸버 센서 등과 같은 다양한 종류의 센서들 중 어느 하나가 될 수 있다.
마지막으로, 상기 제어부는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성 및 크기 중 적어도 하나를 지속적으로 바꾸어 줄 수 있다.
특히, 상기 제어부는 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제2 전압을 인가할 수 있으며, 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신된 후, 상기 제1 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제1 전압을 인가할 수 있다. 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 부연하여 설명하면, 종래의 모터에서는, 브러시와 정류자에 의해 코일의 양쪽 끝단들로 인가되는 전원의 극성이 주기적으로 변경되었으나, 본 발명에서는 상기 제1 센서에 의해 판단된 상기 회전자의 위치에 따라, 상기 제어장치가 상기 코일의 양쪽 끝단들로 인가되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법이 설명된다.
우선, 상기 제어부(200)는 상기 제1 지지부로 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부로 제2 전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제어장치(200)는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 직류를 공급한다.
상기 제1 지지부로 인가된 제1 전압은 상기 제1 외륜, 상기 제1 볼 및 상기 제1 내륜을 통해 상기 코일의 일측 끝단으로 인가된다.
상기 제2 지지부로 인가된 제2 전압은 상기 제2 외륜, 상기 제2 볼 및 상기 제2 내륜을 통해 상기 코일의 타측 끝단으로 인가된다.
다음, 상기 회전자에 감겨진 상기 코일의 일측 끝단과 타측 끝단으로 인가된 제1 전압 및 제2 전압에 의해 상기 코일에 전류가 흐르면, 상기 코일이 힘을 받아 움직이며, 이에 따라, 상기 회전자 및 상기 회전축이 회전한다.
즉, 상기 자석에 의해 발생된 자기장 속에 놓여 있는 상기 코일에 전류가 흐르면, 상기 코일은 힘을 받아 움직이며, 이 경우, 상기 코일이 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼속 법칙에 의해 정해진다.
마지막으로, 상기 제어부(200)는 상기 회전자(120)가 도 1에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변환될 때마다, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킨다. 이에 따라, 상기 회전자(120)는 360도 회전할 수 있으며, 이러한 동작이 반복됨에 따라, 상기 회전자(120) 및 상기 회전축(140)은 지속적으로 회전할 수 있다.
즉, 상기 제어부가 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어줌으로써, 상기 회전자(120) 및 상기 회전축(140)은 지속적으로 회전할 수 있으며, 상기 회전축(140)에 연결된 장치에 회전력이 인가될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 기 설정된 타이밍마다 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)에는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 전원이 공급된 후, 상기 회전자(120)가 도 1에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변경될 때까지의 기간에 대한 정보 및 이후의 동작에서 상기 회전자가 도 1에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변경될 때까지의 기간들에 대한 정보를 저장할 수 있으며, 이러한 정보에 따라, 특정 타이밍이 도달하면 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부는 기 설정되어 있는 정보를 이용하여 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경하는 타이밍을 선택할 수 있다.
이 경우, 상기 회전자(120)가 도 1에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변경되는 타이밍에, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성이 정확하게 변경되어야, 상기 회전축이 지속적으로 회전할 수 있으며, 상기 회전축의 회전에 의해 발생되는 에너지의 효율이 증가될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제2 전압을 인가할 수 있으며, 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신된 후, 상기 제1 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제1 전압을 인가할 수 있다.
예를 들어, 상기 회전자(120)가 도 1에 도시된 바와 같은 위치에 놓여진 상태에서 상기 제1 지지부에 제1 전압이 인가되고 상기 제2 지지부에 제2 전압이 인가되면, 상기 회전자(120)는 회전한다.
상기 회전자(120)가 회전하여, 상기 회전자가 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 도달하면, 상기 제1 센서(172)로부터 상기 회전자(120)가 감지된 신호가 수신된다. 도 4에 도시된 위치는 상기 회전자(120)의 끝단이 상기 N극에서 상기 S극으로 이동하는 위치이다.
이 경우, 상기 제어부가 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제1 전압을 인가하면, 상기 코일로 흐르는 전류의 방향이 변하게 되며, 이에 따라, 상기 코일 및 상기 회전자(120)는 지속적으로 회전될 수 있다.
이후, 상기 제2 센서에 의해 상기 회전자가 다시 도 1에 도시된 바와 같은 위치에 도달하였음이 감지될 수 있으며, 다시, 상기 회전자가 도 1에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 도달하여 상기 제1 센서로부터 상기 회전자가 감지되면, 상기 제어부가 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제2 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 코일, 상기 회전자(120) 및 상기 회전축은 지속적으로 회전될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 베어링을 이용한 모터에 적용되는 자석(110) 및 코일(130)의 단면을 나타낸 예시도이다.
본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(140), 상기 회전축에 연결된 제1 베어링(150), 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링(160), 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부(150a), 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부(160a), 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어주는 제어부(200), 일측 끝단(131)은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 타측 끝단(132)은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 코일(130), 상기 코일(130)을 감싸도록 상기 코일 외곽에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 상기 코일의 양측들 중 어느 하나가 상기 N극에 인접되어 있는 지의 여부를 감지하는 제2 센서(171) 및 상기 코일의 양측들 중 어느 하나가 상기 N극 및 상기 S극 사이에 배치되어 있는 지의 여부를 감지하는 제1 센서(172)를 더 포함할 수 있다.
이하의 설명에서, 전원은 전압 및 전류 중 적어도 하나를 의미한다. 또한, 상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링을 통칭하여 베어링이라 한다. 또한, 상기 제2 센서와 이하에서 설명될 제1 센서를 통칭하여 센서라 한다.
또한, 도 5에 도시된 베어링을 이용한 모터는 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터와 유사한 구성들을 포함하고 있다. 즉, 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터와 비교할 때, 도 5에 도시된 베어링을 이용한 모터에는, 도 1에 도시된 회전자(120)가 구비되어 있지 않으며, 도 1 도시된 회전자(120)에 감겨져 있던 코일(130)이 직접 상기 회전축(140)에 연결되어 있다. 따라서, 이하에서는, 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터에 구비된 구성과 동일한 구성에는 도 1에 도시된 도면부호와 동일한 도면부호가 부여된다. 또한, 이하에서는, 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터와 다른 특징들이 상세히 설명되며, 나머지 구성들은 간단히 설명된다.
우선, 회전축(140)은 속이 빈 원통이 될 수 있으며, 속인 찬 원통일 수 있다.
다음, 상기 제1 베어링(150)과 상기 제2 베어링(160)은 일정한 간격을 두고 상기 회전축에 연결된다.
상기 제1 베어링(150)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제1 내륜(151), 상기 제1 내륜과 이격되어 상기 제1 내륜을 감싸고 있는 제1 외륜(152) 및 상기 제1 내륜 및 상기 제1 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제1 볼(153)들을 포함할 수 있다.
상기 제2 베어링(160)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제2 내륜(161), 상기 제2 내륜과 이격되어 상기 제2 내륜을 감싸고 있는 제2 외륜(162) 및 상기 제2 내륜과 상기 제2 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제2 볼(163)들을 포함할 수 있다.
상기 제1 베어링(150) 및 상기 제2 베어링(160)의 구성 및 기능은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 제1 베어링(150) 및 제2 베어링(160)의 구성 및 기능과 동일하다.
다음, 상기 제1 지지부(150a)는 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급한다. 상기 제2 지지부(160a)는 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급한다.
상기 제1 지지부 및 상기 제2 지지부는 지지대(190)에 장착될 수 있다.
상기 제1 지지부(150a) 및 상기 제2 지지부(160a)의 구성 및 기능은 도 1내지 도 4를 참조하여 설명된 제1 지지부(150a) 및 제2 지지부(160a)의 구성 및 기능과 동일하다.
다음, 상기 코일의 일측 끝단(131)은 상기 회전축(140)의 일측 끝단에 연결되어 있으며, 상기 코일의 타측 끝단(132) 역시 상기 회전축(140)의 일측 끝단에 연결되어 있다.
상기 코일의 일측 끝단(131)은 상기 제1 베어링(150)과 전기적으로 연결되어 있으며, 특히, 상기 제1 내륜과 연결되어 있다.
상기 코일의 타측 끝단(132)은 상기 제2 베어링(160)과 전기적으로 연결되어 있으며, 특히, 상기 제2 내륜과 연결되어 있다.
즉, 상기 코일(130)은 도 5에 도시된 바와 같이 사각형 형태로 형성되어 있고, 상기 코일의 일측 끝단(131)과 타측 끝단(132)은 상기 회전축(140)의 일측 끝단에 연결되어 있으며, 상기 코일의 일측 끝단(131)과 타측 끝단(132)은 전기선을 통해 제1 베어링(150)과 제2 베어링(160)에 연결되어 있다.
이 경우, 상기 코일(130)의 일측 끝단(131) 및 타측 끝단(132)은, 도 1에 도시된 코일(130)의 일측 끝단 및 타측 끝단이 제1 베어링(150)과 제2 베어링(160)에 연결된 형태와 동일한 형태로, 상기 제1 베어링(150)과 상기 제2 베어링(160)에 연결되어 있다.
다음, 상기 자석(110)은 상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극(111)과 S극(112)을 포함한다.
상기 자석의 구성 및 기능은 도 1을 참조하여 설명된 자석의 구성 및 기능과 동일하다.
다음, 상기 제2 센서(171)는 상기 코일(130)의 양측들 중 어느 하나가 상기 N극에 인접되어 있는 지의 여부를 감지할 수 있으며, 상기 제1 센서(172)는 상기 코일(130)의 양측들 중 어느 하나가 상기 N극 및 상기 S극이 인접되어 있는 위치에 배치되어 있는 지의 여부를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 코일(130)의 양측들은, 도 5에 도시된 코일(130)의 좌측 및 우측으로 돌출되어 있는 부분들을 의미한다. 즉, 상기 코일(130)은 사각형 형태로 형성될 수 있으며, 사각형을 형성하는 네 개의 변들 중 상기 N극 및 상기 S극에 인접되어 있는 두 개의 변들이 상기 코일(130)의 양측들이 될 수 있다. 상기 코일이 양측들은 상기 자석의 N극 및 S극 사이에서 회전될 수 있다.
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 구성 및 기능은 도 1을 참조하여 설명된 제1 센서 및 상기 제2 센서의 구성 및 기능과 동일하다.
마지막으로, 상기 제어부는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성 및 크기 중 적어도 하나를 지속적으로 바꾸어 줄 수 있다.
특히, 상기 제어부는 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제2 전압을 인가할 수 있으며, 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신된 후, 상기 제1 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제1 전압을 인가할 수 있다. 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 부연하여 설명하면, 종래의 모터에서는, 브러시와 정류자에 의해 코일의 양쪽 끝단들로 인가되는 전원의 극성이 주기적으로 변경되었으나, 본 발명에서는 상기 제1 센서에 의해 판단된 상기 회전자의 위치에 따라, 상기 제어장치가 상기 코일의 양쪽 끝단들로 인가되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법이 설명된다. 이 경우, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 내용들 중 회전자(120) 및 코일(130)에 대한 설명을 제외한 내용들은 도 5 및 도 6에 도시된 베어링을 이용한 모터의 동작 방법 설명에도 적용될 수 있다.
우선, 상기 제어부(200)는 상기 제1 지지부로 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부로 제2 전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제어장치(200)는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 직류를 공급한다.
상기 제1 지지부로 인가된 제1 전압은 상기 제1 외륜, 상기 제1 볼 및 상기 제1 내륜을 통해 상기 코일의 일측 끝단으로 인가된다.
상기 제2 지지부로 인가된 제2 전압은 상기 제2 외륜, 상기 제2 볼 및 상기 제2 내륜을 통해 상기 코일의 타측 끝단으로 인가된다.
다음, 상기 코일의 일측 끝단과 타측 끝단으로 인가된 제1 전압 및 제2 전압에 의해 상기 코일에 전류가 흐르면, 상기 코일이 힘을 받아 움직이며, 이에 따라, 상기 회전축이 회전한다.
즉, 상기 자석에 의해 발생된 자기장 속에 놓여 있는 상기 코일에 전류가 흐르면, 상기 코일은 힘을 받아 움직이며, 이 경우, 상기 코일이 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼속 법칙에 의해 정해진다.
마지막으로, 상기 제어부(200)는 상기 코일(130)이 도 5에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변환될 때마다, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킨다. 이에 따라, 상기 코일(130)은 360도 회전할 수 있으며, 이러한 동작이 반복됨에 따라, 상기 회전축(140)은 지속적으로 회전할 수 있다.
즉, 상기 제어부가 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어줌으로써, 상기 회전축(140)은 지속적으로 회전할 수 있으며, 상기 회전축(140)에 연결된 장치에 회전력이 인가될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 기 설정된 타이밍마다 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)에는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 전원이 공급된 후, 상기 코일(130)이 도 5에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변경될 때까지의 기간에 대한 정보 및 이후의 동작에서 상기 코일(130)이 도 5에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변경될 때까지의 기간들에 대한 정보를 저장할 수 있으며, 이러한 정보에 따라, 특정 타이밍이 도달하면 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부는 기 설정되어 있는 정보를 이용하여 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경하는 타이밍을 선택할 수 있다.
이 경우, 상기 코일(130)이 도 5에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 변경되는 타이밍에, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성이 정확하게 변경되어야, 상기 회전축이 지속적으로 회전할 수 있으며, 상기 회전축의 회전에 의해 발생되는 에너지의 효율이 증가될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제2 전압을 인가할 수 있으며, 상기 제2 센서에서 감지신호가 수신된 후, 상기 제1 센서에서 감지신호가 수신되면, 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제1 전압을 인가할 수 있다.
예를 들어, 상기 코일(130)이 도 5에 도시된 바와 같은 위치에 놓여진 상태에서 상기 제1 지지부에 제1 전압이 인가되고 상기 제2 지지부에 제2 전압이 인가되면, 상기 코일(130)은 회전한다.
상기 코일(130)이 회전하여, 상기 코일(130)이 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 도달하면, 상기 제1 센서(172)로부터 상기 회전자(120)가 감지된 신호가 수신된다. 도 4에 도시된 위치는 상기 코일(130)의 양측들이 상기 N극에서 상기 S극으로 이동하는 위치이다.
이 경우, 상기 제어부가 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제1 전압을 인가하면, 상기 코일로 흐르는 전류의 방향이 변하게 되며, 이에 따라, 상기 코일 및 상기 코일(130)은 지속적으로 회전될 수 있다.
이후, 상기 제2 센서에 의해 상기 코일이 다시 도 5에 도시된 바와 같은 위치에 도달하였음이 감지될 수 있으며, 다시, 상기 코일이 도 5에 도시된 바와 같은 위치에서 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 도달하여 상기 제1 센서로부터 상기 회전자가 감지되면, 상기 제어부가 상기 제1 지지부에 제2 전압을 인가하고 상기 제2 지지부에 제2 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 코일 및 상기 회전축은 지속적으로 회전될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도들이며, 특히, 코일(130) 및 자석의 단면을 나타낸 예시도들이다. 도 5에 도시된 베어링을 이용한 모터와 비교할 때, 도 7 내지 도 10에 도시된 베어링을 이용한 모터에는 자석이 코일(130)에 의해 감싸여져 있다.
우선, 도 7에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석(110)이 코일(130)의 내측에 구비되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 6에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 7에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다. 이 경우, 자석(110)은 영구자석일 수도 있으며, 전자석일 수도 있다.
다음, 도 8에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석들(110, 110a)이 코일(130)의 내측 및 외측 각각에 구비되어 있다. 이 경우, 코일(130)의 내측에 구비된 자석(110a)은 자속을 강하게 하기 위해 강자성체가 될 수 있다. 강자성체는 영구자석으로 형성될 수 있다. 그러나, 강자성체로 형성된 자석(110a)은 영구자석 대신 전자석으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 코일(130)의 내측에 구비된 자석(110a)의 극성은 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)과 반대되는 극성을 갖도록 배치된다. 도 8에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 6에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 8에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다. 이 경우, 자석(110)은 영구자석일 수도 있으며, 전자석일 수도 있다.
다음, 도 9에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석들(110, 110a)이 코일(130)의 내측 및 외측 각각에 구비되어 있다. 이 경우, 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)은 자속을 강하게 하기 위해 강자성체가 될 수 있다. 강자성체는 영구자석으로 형성될 수 있다. 그러나, 강자성체로 형성된 자석(110)은 영구자석 대신 전자석으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 코일(130)의 내측에 구비된 자석(110a)의 극성은 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)과 반대되는 극성을 갖도록 배치된다. 도 9에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 6에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 8에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다. 이 경우, 코일의 내측에 구비된 자석(110a)은 영구자석일 수도 있으며, 전자석일 수도 있다.
마지막으로, 도 10에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석들(110, 110a)이 코일(130)의 내측 및 외측 각각에 구비되어 있다. 이 경우, 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110) 및 내측에 구비된 자석(110a)은 전자석으로 형성될 수 있다. 이 경우, 코일(130)의 내측에 구비된 자석(110a)의 극성은 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)과 반대되는 극성을 갖도록 배치된다. 도 10에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 6에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 10에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도이고, 도 12는 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법을 설명하기 위한 예시도이며, 도 13은 도 11에 도시된 베어링을 이용한 모터에 적용되는 자석(110) 및 코일(130)의 단면을 나타낸 예시도이다.
본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는, 도 11에 도시된 바와 같이, 회전축(140), 상기 회전축에 연결된 제1 베어링(150), 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링(160), 상기 제2 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제3 베어링(170), 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부(150a), 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부(160a), 상기 제3 베어링을 지지하며, 상기 제3 베어링에 전원을 공급하는 제3 지지부(170a), 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부와 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어주는 제어부(200), 상기 회전축의 일측 끝단에 연결되어 있는 세 개의 폴들을 포함하는 회전자(120), 상기 회전자의 제1 폴(121)에 감겨져 있으며, 일측은 상기 제1 베어링(150)과 전기적으로 연결되어 있는 제1 코일(131), 상기 회전자의 제2 폴(122)에 연결되어 있고, 일측은 상기 제1 코일(131)의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제3 베어링(170)과 전기적으로 연결되어 있는 제2 코일(132), 상기 회전자의 제3 폴(123)에 연결되어 있고, 일측은 상기 제2 코일(132)의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제2 베어링(160)과 전기적으로 연결되어 있는 제3 코일(133), 상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석(110)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 상기 회전자의 세 개의 폴들 중 어느 하나가 상기 N극에 인접되어 있는 지의 여부를 감지하는 제2 센서(171) 및 상기 회전자의 세 개의 폴들 중 어느 하나가 상기 N극 및 상기 S극 사이에 배치되어 있는 지의 여부를 감지하는 제1 센서(172)를 더 포함할 수 있다.
이하의 설명에서, 전원은 전압 및 전류 중 적어도 하나를 의미한다. 또한, 상기 제1 베어링, 상기 제2 베어링 및 상기 제3 베어링을 통칭하여 베어링이라 한다. 또한, 상기 제2 센서와 이하에서 설명될 제1 센서를 통칭하여 센서라 한다.
또한, 도 11에 도시된 베어링을 이용한 모터는 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터와 유사한 구성들을 포함하고 있다. 즉, 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터와 비교할 때, 도 11에 도시된 베어링을 이용한 모터에는, 세 개의 폴들을 포함하는 회전자(120)가 구비되며, 세 개의 베어링들(150, 160, 170)이 구비된다. 따라서, 이하에서는, 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터에 구비된 구성과 동일한 구성에는 도 1에 도시된 도면부호와 동일한 도면부호가 부여된다. 또한, 이하에서는, 도 1에 도시된 베어링을 이용한 모터와 다른 특징들이 상세히 설명되며, 나머지 구성들은 간단히 설명된다.
우선, 회전축(140)은 속이 빈 원통이 될 수 있으며, 속인 찬 원통일 수 있다.
다음, 상기 제1 베어링(150)과 상기 제2 베어링(160) 상기 제3 베어링(170)은 일정한 간격을 두고 상기 회전축에 연결된다.
상기 제1 베어링(150)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제1 내륜(151), 상기 제1 내륜과 이격되어 상기 제1 내륜을 감싸고 있는 제1 외륜(152) 및 상기 제1 내륜 및 상기 제1 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제1 볼(153)들을 포함할 수 있다.
상기 제2 베어링(160)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제2 내륜(161), 상기 제2 내륜과 이격되어 상기 제2 내륜을 감싸고 있는 제2 외륜(162) 및 상기 제2 내륜과 상기 제2 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제2 볼(163)들을 포함할 수 있다.
상기 제3 베어링(170)은, 상기 회전축에 연결되어 있는 제3 내륜, 상기 제3 내륜과 이격되어 상기 제3 내륜을 감싸고 있는 제3 외륜 및 상기 제3 내륜과 상기 제3 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제3 볼들을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제3 베어링(170)의 내부 구조는, 도 2 및 도 3에 도시된 상기 제1 베어링(150) 및 상기 제2 베어링(160)의 내부 구조와 동일한 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 베어링(150), 상기 제2 베어링(160) 및 상기 제3 베어링(170)의 기능은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 제1 베어링(150) 및 제2 베어링(160)의 기능과 동일하다.
다음, 상기 제1 지지부(150a)는 상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급한다. 상기 제2 지지부(160a)는 상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급한다. 상기 제3 지지부(170a)는 상기 제3 베어링을 지지하며, 상기 제3 베어링에 전원을 공급한다.
상기 제1 지지부, 상기 제2 지지부 및 상기 제3 지지부는 지지대(190)에 장착될 수 있다.
상기 제1 지지부(150a), 상기 제2 지지부(160a) 및 상기 제3 지지부(170a)의 구성 및 기능은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 제1 지지부(150a) 및 제2 지지부(160a)의 구성 및 기능과 동일하다.
다음, 상기 회전자(120)는 상기 회전축(140)의 일측 끝단에 연결되어 있다. 따라서, 상기 회전자(120)는 상기 회전축, 상기 제1 내륜 및 상기 제2 내륜과 함께 회전한다. 상기 회전자(120)는 상기 제1 폴(121), 상기 제2 폴(122) 및 상기 제3 폴(123)을 포함한다.
상기 제1 폴(121)에는 상기 제1 코일(131)이 감겨진다. 상기 제1 코일(131)에 전류가 흐르면, 상기 제1 폴(121)의 양쪽 끝단들에는 도 12에 도시된 바와 같이, N극 및 S극(또는 S극 및 N극)이 형성된다.
상기 제2 폴(122)에는 상기 제2 코일(132)이 감겨진다. 상기 제2 코일(132)에 전류가 흐르면, 상기 제2 폴(122)의 양쪽 끝단들에는 도 12에 도시된 바와 같이, N극 및 S극(또는 S극 및 N극)이 형성된다.
상기 제3 폴(123)에는 상기 제3 코일(133)이 감겨진다. 상기 제3 코일(133)에 전류가 흐르면, 상기 제3 폴(123)의 양쪽 끝단들에는 도 12에 도시된 바와 같이, S극 및 N극(또는 N극 및 S극)이 형성된다.
다음, 제1 코일(131)은 상기 회전자의 제1 폴(121)에 감겨져 있으며, 일측은 상기 제1 베어링(150)의 제1 내륜과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 제2 코일(132)은 상기 회전자의 제2 폴(122)에 연결되어 있고, 일측은 상기 제1 코일(131)의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제3 베어링(170)의 제3 내륜과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 제3 코일(133)은, 상기 회전자의 제3 폴(123)에 연결되어 있고, 일측은 상기 제2 코일(132)의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제2 베어링(160)의 제2 내륜과 전기적으로 연결되어 있다.
다음, 상기 자석은 상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극(111)과 S극(112)을 포함한다.
상기 자석의 구성 및 기능은 도 1을 참조하여 설명된 자석의 구성 및 기능과 동일하다.
다음, 상기 제2 센서(171)는 상기 세 개의 폴들(121, 122, 123) 중 어느 하나가 상기 N극(또는 S극)에 인접되어 있는 지의 여부를 감지할 수 있으며, 상기 제1 센서(172)는 상기 세 개의 폴들(121, 122, 123) 중 어느 하나가 상기 N극 및 상기 S극이 인접되어 있는 위치에 배치되어 있는 지의 여부를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 구성 및 기능은 도 1을 참조하여 설명된 제1 센서 및 상기 제2 센서의 구성 및 기능과 동일하다.
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 도 11에 도시된 베어링을 이용한 모터에 반드시 구비될 필요는 없다.
마지막으로, 상기 제어부는 상기 제1 지지부, 상기 제2 지지부 및 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성 및 크기 중 적어도 하나를 지속적으로 바꾸어 줄 수 있다.
이하에서는, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 동작 방법이 설명되며, 특히, 도 12에 도시된 자석과 폴들을 참조하여 본 발명의 동작 방법이 설명된다. 이 경우, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 내용들 중 회전자(120) 및 코일(130)에 대한 설명을 제외한 내용들은 도 11 내지 도 13에 도시된 베어링을 이용한 모터의 동작 방법 설명에도 적용될 수 있다.
우선, 도 12에 도시된 바와 같이 세 개의 폴들이 배치되어 있을 때, 상기 제어부(200)는 상기 제1 지지부, 즉, 상기 제1 베어링(150)으로 제1 전압을 인가하고 상기 제3 지지부, 즉, 상기 제3 베어링(170)으로 제2 전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제어장치(200)는 상기 제1 지지부와 상기 제3 지지부로 직류를 공급한다.
상기 제1 지지부로 인가된 제1 전압은 상기 제1 외륜, 상기 제1 볼 및 상기 제1 내륜을 통해 상기 제1 코일의 일측 끝단으로 인가된다.
상기 제3 지지부로 인가된 제2 전압은 상기 제3 외륜, 상기 제3 볼 및 상기 제3 내륜을 통해 상기 제3 코일의 타측 끝단으로 인가된다.
다음, 상기 제1 폴(121)에는 상기 제1 코일(131)로 흐르는 전류에 의해, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 자석(110)의 N극과 마주하는 일측에 S극이 형성되고, 상기 자석(110)의 N극과 반대되는 타측에 N극이 형성된다.
또한, 상기 제2 폴(122)에는 상기 제2 코일(132)로 흐르는 전류에 의해 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 자석(110)의 S극과 마주하는 일측에 S극이 형성되고, 상기 자석(110)의 S극과 반대되는 타측에 N극이 형성된다.
또한, 상기 제3 폴(123)에는 상기 제3 코일(133)로 흐르는 전류에 의해 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 회전자의 회전축 방향에 S극이 형성되고, 상기 회전축 방향과 반대되는 방향에 N극이 형성된다. 즉, 상기 제2 지지부에는 상기 제1 폴 내지 상기 제3 폴에 도 12에 도시된 바와 같은 자기장이 발생될 수 있도록 하는 제3 전원이 공급된다.
따라서, 상기 자석(110)의 N극은 상기 제1 폴(121)을 잡아당기며, 상기 자석(110)의 S극은 상기 제2 폴(122)을 밀어낸다.
따라서, 상기 회전자(120)는 시계 방향으로 회전한다.
다음, 상기 제어부(200)는 상기 제1 폴(121)이 상기 자석(110)의 N극 방향으로 완전히 이동하고, 상기 제2 폴(122)이 N극과 S극 사이로 이동하며, 상기 제3 폴(123)이 상기 자석(110)의 N극 방향으로 이동하면, 상기 제1 지지부, 즉, 상기 제1 베어링(150)으로 제1 전압을 인가하고 상기 제2 지지부, 즉, 상기 제2 베어링(160)으로 제2 전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제어장치(200)는 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 직류를 공급한다.
상기 제1 지지부로 인가된 제1 전압은 상기 제1 외륜, 상기 제1 볼 및 상기 제1 내륜을 통해 상기 제1 코일의 일측 끝단으로 인가된다.
상기 제2 지지부로 인가된 제2 전압은 상기 제2 외륜, 상기 제2 볼 및 상기 제2 내륜을 통해 상기 제2 코일의 타측 끝단으로 인가된다.
다음, 상기 제1 폴(121)에는 상기 제1 코일(131)로 흐르는 전류에 의해, 상기 자석(110)의 N극과 마주하는 일측에 S극이 형성되고, 상기 자석(110)의 N극과 반대되는 타측에 N극이 형성된다.
또한, 상기 제3 폴(123)에는 상기 제3 코일(133)로 흐르는 전류에 의해 상기 자석(110)의 S극과 마주하는 일측에 S극이 형성되고, 상기 자석(110)의 S극과 반대되는 타측에 N극이 형성된다.
따라서, 상기 자석(110)의 N극은 상기 제1 폴(121)을 잡아당기며, 상기 자석(110)의 S극은 상기 제3 폴(123)을 밀어낸다.
따라서, 상기 회전자(120)는 지속적으로 시계 방향으로 회전한다.
이 경우, 상기 제2 폴(122)의 양측 끝단에도 상기 제2 코일(132)로 흐르는 전류에 의해 N극과 S극이 형성된다. 즉, 제2 폴(122)에도 제3 지지부로부터 전달된 전압에 의해 전류가 흐르며, 이에 따라 자기장이 발생된다.
다음, 상기 제1 폴(121)이 N극과 S극 사이에 구비되고, 상기 제2 폴(122)이 N극과 마주하는 방향에 구비되며, 상기 제3 폴(123)이 S극과 마주하는 방향에 구비되면, 상기 제2 폴(122)과 상기 제3 폴(123)에는 도 12를 참조하여 설명된 바와 같은 자기장이 발생된다.
이에 따라, 상기 회전자는 지속적으로 시계 방향으로 회전한다.
마지막으로, 상기 제1 폴 내지 상기 제3 폴에 상기에서 설명된 바와 같은 현상들이 순차적으로 발생됨에 따라, 상기 회전자는 지속적으로 시계 방향으로 회전될 수 있다
이 경우, 상기 세 개의 폴들의 배치 구조, 상기 세 개의 폴들에 연결된 제1 내지 제3 코일들의 연결 구조, 상기 자석(110)의 배치 구조 및 상기 제1 내지 제3 코일들에 인가되는 전원들의 종류는, 현재 일반적으로 이용되는 3-Pole-DC-eoectric motor에 적용되는 구조들 및 종류와 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명은 세 개의 코일들에 전원을 인가하기 위해 세 개의 베어링들 및 제어부가 구비된다는 점에 있어서, 현재 일반적으로 이용되는 3-Pole-DC-eoectric motor와 차이점이 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 제어부가 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어줌으로써, 상기 회전자(120) 및 상기 회전축(140)은 지속적으로 회전할 수 있으며, 상기 회전축(140)에 연결된 장치에 회전력이 인가될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 기 설정된 타이밍마다 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성을 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)는 도 12에 도시된 바와 같은 배치에서 상기 제1 지지부와 상기 제3 지지부로 전원이 공급된 후, 상기 제1 폴(121)이 상기 자석(110)의 N극 방향으로 완전히 이동하고, 상기 제2 폴(122)이 N극과 S극 사이로 이동하며, 상기 제3 폴(123)이 상기 자석(110)의 N극 방향으로 이동하면, 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성들을 변경시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부(200)는 상기 제1 폴 내지 상기 제3 폴 중 어느 하나가 N극과 S극 사이에 배치되면, 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성들을 변경시킬 수 있다.
상기 제어부에는 상기 제1 폴(121) 내지 상기 제3 폴(123)이 N극과 S극 사이에 배치되는 기간들에 대한 정보가 저장될 수 있으며, 이러한 정보에 따라, 상기 제어부는 특정 타이밍이 도달하면 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성들을 변경시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부는 기 설정되어 있는 정보를 이용하여 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원들의 극성을 변경하는 타이밍을 선택할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 폴 내지 상기 제3 폴 중 어느 하나가 N극과 S극 사이에배치되는 타이밍에, 상기 제1 지지부 내지 상기 제3 지지부로 공급되는 전원들의 극성이 정확하게 변경되어야, 상기 회전축이 지속적으로 회전할 수 있으며, 상기 회전축의 회전에 의해 발생되는 에너지의 효율이 증가될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에서 수신된 감지신호를 이용할 수 있다.
도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터의 또 다른 예시도들이며, 특히, 세 개의 폴들(121, 122, 123) 및 자석의 단면을 나타낸 예시도들이다. 도 13에 도시된 베어링을 이용한 모터와 비교할 때, 도 14 내지 도 17에 도시된 베어링을 이용한 모터에는 자석이 세 개의 플들에 의해 감싸여져 있다.
우선, 도 14에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석(110)이 세 개의 폴들의 내측에 구비되어 있다. 도 14에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 13에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 14에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다. 이 경우, 자석(110)은 영구자석일 수도 있으며, 전자석일 수도 있다.
다음, 도 15에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석들(110, 110a)이 세 개의 폴들의 내측 및 외측 각각에 구비되어 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 내측에 구비된 자석(110a)은 자속을 강하게 하기 위해 강자성체가 될 수 있다. 강자성체는 영구자석으로 형성될 수 있다. 그러나, 강자성체로 형성된 자석(110a)은 영구자석 대신 전자석으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 내측에 구비된 자석(110a)의 극성은 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)과 반대되는 극성을 갖도록 배치된다. 도 15에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 13에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 15에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다. 이 경우, 자석(110)은 영구자석일 수도 있으며, 전자석일 수도 있다.
다음, 도 16에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석들(110, 110a)이 세 개의 폴들의 내측 및 외측 각각에 구비되어 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 외측에 구비된 자석(110)은 자속을 강하게 하기 위해 강자성체가 될 수 있다. 강자성체는 영구자석으로 형성될 수 있다. 그러나, 강자성체로 형성된 자석(110)은 영구자석 대신 전자석으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 내측에 구비된 자석(110a)의 극성은 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)과 반대되는 극성을 갖도록 배치된다. 도 16에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 13에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 16에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 내측에 구비된 자석(110a)은 영구자석일 수도 있으며, 전자석일 수도 있다.
마지막으로, 도 17에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터에서는, 자석들(110, 110a)이 세 개의 폴들의 내측 및 외측 각각에 구비되어 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 외측에 구비된 자석(110) 및 내측에 구비된 자석(110a)은 전자석으로 형성될 수 있다. 이 경우, 세 개의 폴들의 내측에 구비된 자석(110a)의 극성은 코일(130)의 외측에 구비된 자석(110)과 반대되는 극성을 갖도록 배치된다. 도 17에 도시된 바와 같은 구조에서도, 도 13에 도시된 바와 같은 자속이 발생되기 때문에, 도 17에 도시된 본 발명에 따른 베어링을 이용한 모터는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다.
발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
120: 회전자 130: 코일
140: 회전축 150: 제1 베어링
160: 제2 베어링 200: 제어부
111: N극 112: S극
131: 일측 끝단 132: 끝단
150a: 제1 지지부 160a: 제2 지지부
151: 제1 내륜 152: 제1 외륜
153: 제1 볼 161: 제2 내륜
162: 제2 외륜 163: 제2 볼
171: 제1 센서 172: 제2 센서
190: 지지대

Claims (4)

  1. 회전축;
    상기 회전축에 연결된 제1 베어링;
    상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링;
    상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부;
    상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부;
    상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부로 공급되는 전원의 극성 및 크기 중 적어도 하나를 지속적으로 바꾸어주는 제어부;
    일측 끝단은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있으며, 타측 끝단은 상기 회전축의 일측 끝단을 통해 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 코일;
    상기 코일을 감싸도록 상기 코일의 내측 또는 외측에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함하는 베어링을 이용한 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 베어링은,
    상기 회전축에 연결되어 있는 제1 내륜,
    상기 제1 내륜과 이격되어 상기 제1 내륜을 감싸고 있는 제1 외륜; 및
    상기 제1 내륜과 상기 제1 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제1 볼들을 포함하고,
    상기 제2 베어링은,
    상기 회전축에 연결되어 있는 제2 내륜;
    상기 제2 내륜과 이격되어 상기 제2 내륜을 감싸고 있는 제2 외륜; 및
    상기 제2 내륜과 상기 제2 외륜 사이에 구비되는 적어도 두 개의 제2 볼들을 포함하는 베어링을 이용한 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축의 일측 끝단에 연결어 있는 회전자를 더 포함하며,
    상기 코일은 상기 회전자에 감겨져 있는 베어링을 이용한 모터.
  4. 회전축;
    상기 회전축에 연결된 제1 베어링;
    상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제2 베어링;
    상기 제2 베어링과 이격되어 상기 회전축에 연결된 제3 베어링;
    상기 제1 베어링을 지지하며, 상기 제1 베어링에 전원을 공급하는 제1 지지부;
    상기 제2 베어링을 지지하며, 상기 제2 베어링에 전원을 공급하는 제2 지지부;
    상기 제3 베어링을 지지하며, 상기 제3 베어링에 전원을 공급하는 제3 지지부;
    상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부와 상기 제3 지지부로 공급되는 전원의 극성을 지속적으로 바꾸어주는 제어부;
    상기 회전축의 일측 끝단에 연결되어 있는 세 개의 폴들을 포함하는 회전자;
    상기 회전자의 제1 폴에 감겨져 있으며, 일측은 상기 제1 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 제1 코일;
    상기 회전자의 제2 폴에 연결되어 있고, 일측은 상기 제1 코일의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제3 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 제2 코일;
    상기 회전자의 제3 폴에 연결되어 있고, 일측은 상기 제2 코일의 타측과 연결되어 있으며, 타측은 상기 제2 베어링과 전기적으로 연결되어 있는 제3 코일; 및
    상기 회전자를 감싸도록 상기 회전자 외곽에 배치되는 N극과 S극을 포함하는 자석을 포함하는 베어링을 이용한 모터.





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