KR20020058392A - 축방향으로 형성된 도체와 영구자석을 구비한 직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축방향으로 코일을 형성한 전기자 권선과 2극 마그네트를 이용한 회전기기에 관한 것이다. 코일에 전류를 공급하면 회전축을 중심에 두고 회전축의 주변에 축방향으로 형성된 도체 또는 코일에 회전축방향의 일방향으로 전류가 흘러 자력선이 원주방향을 향하는 회전축과 수직이고 회전축을 중심으로 하는 원형자계가 형성되도록 수직 직선 도체군를 작용수단에 형성하고, 상기 원형자계의 영역에 자극이 반경방향을 향하도록 2극 영구자석 배치하여 반작용수단을 형성하면 상기 작용수단과 반작용수단이 형성하는 자계의 상호 작용으로 상호 자기모멘트가 작용하게 되어, 상기 회전축을 중심에 두고 회전축의 주변에 축방향으로 형성된 도체 또는 코일이 형성된 작용수단과 2극 영구자석의 극이 서로 다른 양 자극면이 반경방향을 향하도록 2극 영구자석이 형성된 반작용수단으로 상호 회전력이 발생하게 하는 회전기기이다.

Description

축방향으로 형성된 도체와 영구자석을 구비한 직류모터 {A Dirrect Current Motor}

본 발명은 축방향으로 코일을 형성한 전기자 권선과 2극 마그네트를 이용한 회전기기에 관한 것으로 코일에 전류를 공급하면 회전축방향의 일방향으로 전류가 흘러 회전축과 수직인 평면상에 회전축을 중심으로 자력선이 원주방향을 향하는 원형 자계가 형성되도록 회전축 방향으로 코일 또는 도체를 형성한 작용수단과 2극 영구자석을 형성한 반작용수단을 구비한 회전기기, 상세하게는 직류모터에 관한 것이다.

도면은 도시하지 않았지만, 종래 기술에 의한 직류모터는 크게 브러시 직류모터와 브러시리스 직류모터로 분류한다.

브러시가 형성된 직류모터는 영구자석에 의해 형성된 자장내에 존재하는 도체에 전류를 공급하게 되면 도체가 전류의 방향에 따라 힘을 받아 회전하게 된다. 이때, 상기 도체가 일방향으로 계속 회전할 수 있도록 브러시와 정류자를 이용하여 도체에 전원을 교번 공급하게 된다.

한편, 정류자와 브러시를 사용하지 않는 브러시리스 직류 모터의 경우에는 회전자가 회전할 때, 홀소자 등과 같이 자극의 회전 위치 검출기를 이용하여 회전자에 형성된 영구자석의 자극을 감지하여 교번되는 전압을 전기자권선에 걸어 주어야만 계속적인 토크를 한 방향으로 발생시켜 모터를 구동시킨다.

따라서 종래 기술에 의한 직류 모터에는 모터의 회전을 위해서 계속해서 같은 방향으로 토크를 발생시키도록 브러시 직류모터는 브러시와 정류자 같은 전원공급장치가 구비되어야 하고 브러시리스 직류모터는 홀소자 등과 같은 자극의 회전 위치 검출기와 자극의 회전 위치에 따라 전기자 권선에 전류를 공급하는 구동전자회로가 구비되어야 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 브러시 직류모터는 브러시와 정류자의 기계적인 접촉으로 인한 스파크 발생 현상으로 모터의 자체의 수명이 제한되어 지고, 브러시리스 직류 모터는 모터의 수명은 개선되어졌으나 자극 회전 위치 검출기와 교번 전류를통전하기 위한 구동전자회로를 구비하여만 하므로 모터의 가격이 상승되게 된다.

따라서, 본 발명의 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특히 간단한 구성을 가지고 모터의 회전을 위한 전원공급이 용이한 직류 모터를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 목적은 코일에 전류를 공급하면 회전축을 중심에 두고 회전축의 주변에 축방향으로 형성된 도체 또는 코일에 회전축방향의 일방향으로 전류가 흘러 회전축과 수직이고 회전축을 중심으로 하는 자력선이 원주방향을 향하는 원형자계가 형성되도록 도체 또는 코일을 작용수단에 형성하고, 상기 원형자계의 영역에 자극이 반경방향을 향하도록 2극 영구자석 배치하여 반작용수단을 형성하면 상기 작용수단과 반작용수단이 형성하는 자계의 상호 작용으로 상호 자기모멘트를 작용하게 하여, 상기 작용수단과 반작용수단이 상호 회전력이 발생하게 하는 회전기기이다.

제1도는 직선 전류에 의해 원형 자기장이 형성되는 도체(213)의 샤시도.

제3도는 직선 전류에 의해 원형 자기장이 형성되는 도체의 평면단면도.

제5도는 상하단의 환상의 등전위 도체부(313)의 사이에 직선 도체가 수직으로 복수개 원주상 일정하게 형성된 수직 직선 도체군의 샤시도와 평면단면도.

제7도 내지 제21도는 작용수단에 수직 직선 도체군이 형성되고 상기 수직 직선 도체군과 반경상 내외측에서 2극 영구자석의 자극면이 반경방향을 향하면서 대항되도록 상기 2극 영구자석을 반작용수단에 형성한 회전기기의 평면도와 수직 단면도

제23도는 직경이 서로 다른 두 개의 수직 직선 도체군의 반경상 내측과 외측의 도체의 수직 직선부가 상호 반대 방향으로 전류가 흐름을 보여주는 것의 샤시도.

제25도는 직경이 서로 다른 수직 직선 도체군의 반경상 사이의 공간에 자력선이 원주방향을 원형 자계가 집중되는 것을 보여주는 것의 평면단면도.

제27도는 상기 직경이 서로 다른 두 개의 수직 직선 도체군을 작용수단에 형성하고 직경이 서로 다른 두 개의 수직 직선 도체군의 반경상 사이의 공간에 2극 영구자석을 배치하도록 반작용수단을 구비한 회전기기의 평면단면도와 수직 단면도.

제28도는 직경이 서로 다른 두 개의 환상의 등전위 도체부에 U자형 도체의 양 끝단을 원주상 일정하게 연결하여 수직 U자형 도체군을 형성한 작용수단의 샤시도.

제29도는 수직 U자형 도체군의 반경상 내외측의 수직 직선부의 사이의 공간에 자력선이 원주방향을 향하는 원형 자계가 집중되는 것을 보여주는 평면단면도.

제31도는 수직 U자형 도체군을 작용수단에 형성하고 상기 수직 U자형 도체군의 반경상 내외측의 사이의 공간에 2극 영구자석을 작용수단에 형성한 회전기기의 평면도와 수직단면도.

제33도는 코일을 원주상 일정하게 토로이달형으로 권선한 링코어의 샤시도와 상기 코일에 전류가 흐를 때 상기 링코어가 자기장을 보여주는 평면단면도.

제37도, 제39도와 제41도는 상기 코일을 원주상 일정하게 토로이달형으로 권선한 링코어를 작용수단에 형성하고 상기 링코어의 반경상 내외측에서 자극면이 반경방향을 향하면서 대항되도록 반작용수단을 형성한 회전기기의 평면단면도와 수직단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

103 : 베이스부 105 : 회전축 관통공 108 : 회전축 109 : 2극 영구자석 111 : 공극 113 : 코일

118 : 비틀림 방지부 119 : (마그네트) 고정 지지부

203 : 하우징 207 : 회전자원판 또는 회전자 가동부하우징

209 : 자극편 또는 철편 213 : 도체 219 : 림부 207 : 허브부

309 : 성층 강판 313 : 환상의 등전위 도체부

319 : 환상의 비틀림 방지부 407 : 스포크부

413 : 링형 코어 419 : (코일, 도체)고정지지부 507 : 걸침부 또는 턱부

513 : 코일을 토로이달형으로 원주상 일정하게 감은 링형 코어(토로이달 권선형 링코어)

613 : 수직 직선 도체군 713 : 수직 U자형 도체군

제1도, 제3도와 제5도를 참조하여 본 발명의 요지와 기본 구성을 설명한다.

제1도의 도면은 직선 도체 또는 코일에 직류 전압을 인가할 때의 직선 직류전류로 인한 도체 또는 코일의 주변에 형성되는 자계를 형상한 한 샤시도이다.

직선 도체 또는 코일에 직류 전류가 흐르면 오른나사 법칙에 의하여 도체의 주변에 자력선이 원주방향을 향하는 도체와 수직이고 도체가 중심이 되는 원형 자계가 수직적으로 형성된다.

제3도의 (1)도의 도면은 상기 제1도의 샤시도의 평면도이고, (2)도의 도면은 도체에 전류가 흘러 형성되는 원형 자계의 영역에 2극 영구자석을 자극이 반경방향을 향하도록 배치한 평면도이다.

도체에 전류가 흘러 도체 주변에 형성되는 자력선이 원주 방향을 향하는 원형 자계의 영역에 2극 막대영구자석을 자극이 대략 원주방향을 향하지 않도록 배치하면 상기 2극 막대영구자석은 자기 모멘트를 받아 자극면이 원주방향을 향하게 된다.

즉 2극 막대 영구자석을 원주방향을 향하는 자력선과 경사지거나 어긋나도록 배치하면 상기 2극 영구자석은 자기 모멘트를 받는다.

여기서 회전체의 임의의 위치에서 상기 회전체의 회전축과 수직인 평면상으로 회전축의 원주방향으로 회전체에 모멘트를 주면 회전체는 회전한다는 모멘트의 원리를 이용한다.

즉 회전축의 중심이 원형 자계의 중심과 대략 일치하는 회전자에 원형자계의 영역에 배치되고 자극이 반경방향을 향하도록 상기 2극 영구자석을 일체로 형성하면 회전자는 회전할 것이다.

회전자에 형성된 2극 영구자석이 자기모멘트를 받아 회전자가 회전하더라도 회전자에 형성된 2극 영구자석과 코일의 전류에 의한 원형 자계와의 위치 변화는 존재하지 않으므로 회전자는 계속 회전한다.

제 5도의 도면은 도체에 전류가 공급될 때 전류가 도체에서 회전축상의 일방향으로 흐르도록 도체 또는 코일를 회전축방향으로 직선으로 형성한 작용수단의 본발명의 실시예 중에 하나로 (1)도는 샤시도이고 (2)도는 평면도이다.

상기 제5도의 (1)도의 도면은 작용수단으로써 환상의 등전위 도체부(313)를 상하단에 각각 형성하고 상기 상하단의 환상의 등전위 도체부의 사이를 복수개의 도체(213)와 코일(113)을 직선으로 원주상 일정한 비율로 연결하여 수직 직선 도체군(613)을 형성한 것이다.

여기서 수직 직선 도체군(613)의 평면단면은 대략 원형을 형성할 것이다.

즉 상하단의 환상의 등전위 도체부(313)에 직류 전압을 걸어주면 수직 직선 도체군(613)에는 수직의 일방향으로 직류 전류가 흐를 것이다.

물론 굵은 봉도체를 사용하여 반경상 한 겹(1회 권선)이 되도록 하거나 코일을 사용하여 반경상 여러 겹(여러회 권선)이 되도록 하여도 무방하다.

코일을 사용할 경우 수직 직선 도체군 전체를 합성수지로 몰드하여 일체로 형성하여도, 즉 수직 직선 도체군(전기자 코일)을 원통형 수지물 절연체와 일체로 형성하여도 된다.

또 상하단의 환상의 등전위 도체부와 수직 직선 도체군을 우선 전류경로가 사다리를 눕힌 형상으로 되어 있는 사각형의 프린트상 평면 코일로 제조하고 상기 사각형의 프린트상 평면 코일을 관형상 즉 중공 원통형이 되도록 양단을 일체로 형성하여 프린스상 코일인 관형상의 수직 직선 도체군을 형성할 수 있다.

수평방향으로 자극이 착자된 육면체형 2극 영구자석이 형성하는 자기장과 원형 또는 사각형으로 감은 코일에 전류가 흘러 생기는 자기장은 대략 동일하다.

그래서 원형 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에 대항되도록 반작용수단에 원주상 형성되는 복수개의 2극 영구자석을 원형 또는 사각형으로 감은 코일로 형성하고 전체를 합성수지로 몰드하여 일체로 형성하여도, 즉 복수개의 원형 또는 사각형으로 감은 코일을 원통형 수지물 절연체와 일체로 형성하여도 된다.

또 원형 또는 사각형으로 감은 코일을 수평방향으로 적정 거리를 두고 복수개 형성되도록 사각형의 프린트상 평면 코일로 제조하고 상기 사각형의 프린트상 평면 코일을 관형상 즉 중공 원통형이 되도록 양단을 일체로 형성하여 관형상으로 형성할 수 있다.

본 출원서는 도체에 전류가 흐르면 오른나사법칙을 이용하고 영구자석이 형성하는 자계는 자력선이 N극에서 나와 S극으로 들어간다고 가정한다.

제5도의 (2)도의 도면은 상기 제5도의 (1)도의 작용수단의 평면단면도이다.

회전축방향인 수직으로 원주상 복수개 형성된 도체 또는 코일에 전류가 회전축방향의 하단을 향해, 즉 도면에서는 지면을 향해 흐르면 관형상이 되는 도체 또는 코일의 반경상 외측에는 시계방향으로 원형자력선이 형성되고 도체의 반경상 내측에는 반시계 방향으로 원형자력선이 형성되어 도체의 주변에 원형 자기장을 형성한다.

상기 원형자력선이 형성되는 자기장 영역에 자극이 원주방향을 향하지 않도록 2극 영구자석을 배치하면 상기 2극 영구자석은 자기 모멘트를 받는다.

도체의 반경상 외측의 원형 자기장 영역에 반작용수단인 2극 영구자석의 N극이 반경상 외측을 향하도록 배치하면 상기 2극 영구자석은 시계방향으로 자기 모멘트를 받을 것이고 도체의 반경상 내측의 원형 자기장 영역에 반작용수단인 2극 영구자석의 N극이 반경상 외측을 향하도록 배치하면 상기 2극 영구자석은 반시계방향으로 자기 모멘트를 받을 것이다.

상기 원형자력선이 형성되는 자기장 영역에 2극 영구자석을 자극의 방향이 반경방향을 향하도록 배치하면 동일 조건에서 가장 큰 자기 모멘트를 받을 것이다.

본 발명의 요지로서 구조가 갖는 회전원리를 상세히 설명하면,

특정 회전체의 임의의 장소에 회전축 방향의 모멘트 성분이 있는 모멘트를 가하면상기 특정 회전체의 회전축은 모멘트를 받고 상기 특정 회전체는 회전한다.

다시 말해 회전체를 회전시키기 위한 회전체에 주는 회전축 방향의 모멘트 성분이 있는 모멘트는 회전체의 회전축의 위치와는 상관없다는 모멘트의 원리를 이용하면 회전체의 임의의 장소에 형성된 상기 2극 영구자석이 원형자계로 인하여 받는 모멘트로 인하여 상기 2극 영구자석이 형성된 회전체는 회전력을 받는 것이다.

또 2극 영구자석이 형성된 회전체가 회전력을 받아 임의의 각도로 회전하더라도 상기 2극 영구자석(109)이 야기하는 자기장인 반작용수단과 수평 방사형 직선 코일군(613)에 직류전류가 흘러 야기되는 원형자계인 작용수단의 자계의 힘의 역학적인 관계는 변화하지 않는다. 즉 회전체가 회전하더라도 반작용수단과 작용수단의 자계의 힘의 역학적인 관계가 계속 유지되는 것이다.

물론 작용반작용법칙으로 상기 반작용수단인 2극 영구자석(109)이 반시계방향으로 자기 모멘트를 받으면 작용수단인 수평 직선 도체군(613)은 시계방향으로 자기모멘트를 받는다는 것은 자명하다.

2극 막대 영구자석을 원형자계의 원주방향을 향하는 자력선과 경사지거나 어긋나도록 배치하면 상기 2극 영구자석은 자기 모멘트를 받으므로 상기 2극 영구자석을 여러 가지 형상으로 반작용수단에 배치할 수 있다.

상기 2극 영구자석은 육면체형뿐만 아니라 수평방향으로 자극이 착자된 원통형, 타원형이나 반경방향 또는 수평방향으로 자극이 착자된 원호상으로 구비할 수 있고, 상기 2극 영구자석을 중공형으로 구비하여 상기 2극 영구자석의 반작용수단에의 고정지지도를 향상시킬 수 있다.

작용수단인 수직 직선 코일군(613)을 프린트상 평면 코일, 즉 구동코일을 인쇄한 절연기판으로 형성할 수 있고 상하단의 환상의 등전위 도체부(313)의 사이를 잇는 직선 코일들과 환상의 등전위 도체부(313)을 합성수지로 일체 성형하여 구성할 수 있다.

도면은 미도시 하였지만 한 개의 코일로 상하단의 환상의 등전위 도체부(313)의 사이를 지그재그형으로 연결하여 360도 권선하고, 환상의 등전위 도체부(313)에 접촉되게 되는 코일의 절연층을 벗겨내고 환상의 등전위 도체부(313)에 납땜하여 코일의 벗겨지는 곳과 환상의 등전위 도체부(313)가 전기접점을 형성하도록 작용수단인 수직 직선 코일군(613)을 제조할 수 있다.

육면체형 2극 영구자석과 직류전류가 흐르는 솔레노이드형 코일이 형성하는 자계는 대략 동일하므로 상기 반작용수단인 2극 영구자석을 솔레노이형 또는 나선형 코일로 대체하고 중량을 작게 하여 반작용수단이 갖는 관성 모멘트를 개선 할 수 있다.

즉 코일에 전류가 흐르면 반경방향으로 동일 자극이 형성되도록 원주상 적정거리를 유지하면서 형성된 복수개의 솔레노이드형 또는 나선형 코일을 합성수지로 일체 성형하여 반작용수단을 형성할 수 있다.

한편 복수개의 나선형 코일이 배선된 프린트상 평면 코일에 전류가 흐르면 동일면에 동일 자극이 형성되고 나선형 평면코일이 상호 적정거리를 유지하면서 일열로 배열되도록 구동코일이 인쇄된 대략 사각형의 유연한 절연기판을 한겹 또는 여러겹으로 말고 양 끝단을 고정함으로써 관형상을 형성하여 반작용수단에 구성할 수 있다.

또는 수직으로 복수개의 절곡선이 형성된 상기 복수개의 나선형 코일이 배선된 사각형 절연기판을 중공의 다각기둥형이 되도록 한겹 또는 여러겹으로 말고 양 끝단을 고정하여 반작용수단에 구성할 수 있다.

여기서 구동코일이 인쇄된 대략 사각형의 유연한 절연기판을 여러겹으로 말은 중공의 다각기둥형이나 관형상 절연기판에 전류를 가하면 프린트상 나선형 코일은 반경상 겹쳐서 프린트상 나선형 코일이 반경상 동일자극을 형성하도록 동일면에 동일 자극이 형성되고 나선형 평면코일이 상호 적정거리를 유지하면서 일열로 배열되도록 프린트상 평면코일을 형성한다.

한편 수직 직선 코일군에서 원주상 수직으로 형성되는 직선코일이 배치되는 곳에 슬롯을 원주상 수직으로 형성하고 원주상 인접하는 직선코일의 사이에 돌극을 원주상 수직으로 형성한 수직형 돌극 철심을 구비하고 상기 수직형 돌극 철심의 원주상 수직으로 형성된 슬롯에 코일을 매입하여 작용수단을 형성할 수 있다.

여기서 작용수단인 수직 직선 코일군(613)은 직류전압이 인가되면 수직 직선 코일군(613)의 반경상 내측과 외측에 자력선이 상호 반대 원주방향을 향하는 원형 자계가 각각 형성되므로 수직 직선 코일군(613)의 반경상 내측과 외측에 대항되는 2극 영구자석은 자극면이 반경상 내측과 외측에서 상호 반대 반경방향을 향하도록 반작용수단을 형성해야 수직 직선 코일군(613)의 반경상 내측과 외측에서 동일 회전방향으로 자기모멘트가 작용한다.

본 발명의 출원서의 실시예의 회전기기에서 반작용수단에 자극면이 반경방향을 향하도록 원주상 복수개 형성되는 2극 영구자석은 원주상 인접한 2극 영구자석의 원주상의 사이를 적정 거리로 유지하여 반작용수단에 일체로 형성한다.

본 발명의 출원서의 실시예의 회전기기에서 반작용수단인 2극 영구자석을 회전자에 편심으로 형성시키면, 즉 회전자가 편심이 되도록 2극 영구자석을 회전자에 형성시키면 자체의 구조로 진동모터를 완성할 수 있다.

본 발명의 출원서의 실시예의 회전기기는 길쭉한 구조를 갖는 모터로써 유리하다.

상기 반작용수단인 2극 영구자석의 반경상 외측을 향하는 자극면과 컵모양인 하우징(203)의 관형상부의 사이의 반경상의 거리를 적정 거리로 유지하여 형성하고 반작용수단의 2극 영구자석과 반경상 내외측에서 대항되는 회전축 또는 허브부, 하우징의 관형상부는 비자성체로 형성하면 반작용수단인 2극 영구자석의 이용효율을 개선할 수 있다.

여기서 도체고정지지부(419)에 환상의 등전위 도체부(313)에 전압을 인가하기 위한 전원공급장치를 형성할 수 있다.

회전축, 허브부, 회전자원판, 하우징, 도체와 영구자석의 고정지지부은 비자성체로 형성하여도 무방하다.

반작용수단인 2극 영구자석의 자극면이 원주방향은 향하지 않으나 원주방향과 경사지게 형성하기만 하여도 무방하다.

수직 직선 코일군이 회전자에 형성되면 상기 회전자에 두 개의 슬립링으로 형성된 슬립링부와 고정자에 두 개의 브러시로 형성된 브러시수단을 형성하여 회전자에 형성된 환상의 등전위 도체부에 전압을 걸어 준다.

여기서 환상의 등전위 도체부를 고정자에 형성된 브러시수단으로부터 전원을 인가받는 슬립링수단으로 이용하여도 무방하다.

제7도, 제9도, 제11도, 제13도의 도면은 전류의 경로가 회전축방향이 되도록 직선 도체가 원주상 복수개 일정하게 형성된 작용수단인 도체군의 반경상 외측에 반작용수단인 2극 영구자석을 배치한 회전기기의 도면이다.

제7도의 (1)도는 작용수단인 도체군이 고정자에 형성된 회전기기의 도면이고 (3)도의 상기 (1)도의 A-A선의 회전축과 수직인 단면도이다.

제7도의 (2)도는 작용수단인 도체군이 회전자에 형성된 회전기기의 도면이고 (4)도의 상기 (2)도의 B-B선의 회전축과 수직인 단면도이다.

상기 제7도의 (1)도, (3)도의 회전기기는 전원으로부터 전압이 인가되는 상하단의 환상의 등전위 도체부(313)의 사이에 각각의 도체가 회전축과 평행하도록 복수개의 도체(213)를 원주상 일정하고 도체의 평면단면이 원형을 형성하여 대략 다람쥐 채바퀴형상인 수직 도체군을 형성하고 상기 환상의 등전위 도체부와 수직 도체군을 중심부에 회전축의 관통공이 형성된 대략 컵모양인 하우징(203)의 중공 원판부의 상면에 지지되도록 도체 고정지지부(419)로 연결하여 일체로 형성하여 고정자를 형성한다.

베어링부(미도시)에 회전지지되는 회전축(108)에 중심부에서 지지되는 회전자원판(207)의 하면에 반작용수단인 2극 영구자석을 자극의 방향이 반경방향을 향하도록 환상의 마그네트 고정지지부(119)로 연결하여 복수개 일체로 형성하고 상기 반작용수단인 2극 영구자석의 하단에 상기 2극 영구자석이 받는 모멘트로 인한 비틀림을 방지하기 위해 환상의 비틀림 방지부(319)를 일체로 형성하여 회전자를형성한다.

상기 반작용수단인 2극 영구자석의 반경상 외측을 향하는 자극면과 컵모양인 하우징(203)의 관형상부의 사이의 반경상의 거리를 적정 거리로 유지하여 형성하고 반작용수단의 2극 영구자석과 반경상 외측에서 대항되는 하우징의 관형상부는 비자성체로 형성한다.

여기서 도체고정지지부(419)에 환상의 등전위 도체부(313)에 전압을 인가하기 위한 전원공급장치를 형성할 수 있고 회전자원판(207)하면에 직접 반작용수단을 일체로 형성할 수도 있다.

또 반작용수단인 2극 영구자석의 회전축 방향의 길이가 길지 않다면 2극 영구자석(109)의 하단에 일체로 형성되는 환상의 비틀림 방지부(319)를 생략할 수 있다.

회전자원판, 하우징, 도체와 영구자석의 고정지지부은 비자성체로 형성하여도 무방하다.

반작용수단인 2극 영구자석의 상하단부를 도체군보다 상단과 하단에서 돌출되게 형성하여 도체의 이용효율을 높일 수 있다.

반작용수단인 2극 영구자석의 자극면이 원주방향은 향하지 않으나 원주방향과 경사지게 형성하여도 무방하다.

상기 제7도의 (2)도, (4)도의 회전기기는 전원으로부터 전압이 인가되는 상하단의환상의 등전위 도체부(313)의 사이에 각각의 도체가 회전축과 평행하도록 복수개의 도체(213)를 원주상 일정하고 평면단면이 원형을 형성하여 대략 다람쥐 채바퀴형상인 수직 도체군을 형성하고 상기 환상의 등전위 도체부와 수직 도체군의 상하단에 중심부에서 회전축에 지지되는 중공 원판형의 도체 고정지지부(419)를 일체로 형성하여 회전자를 구성한다.

중심부에 회전축의 관통공이 형성된 대략 컵모양인 하우징(203)의 중공 원판부의 상면에 반작용수단인 2극 영구자석을 자극의 방향이 반경방향을 향하도록 환상의 마그네트 고정지지부(119)로 연결하여 복수개 일체로 형성하고 상기 반작용수단인 2극 영구자석의 상단에 상기 2극 영구자석이 받는 모멘트로 인한 비틀림을 방지하기 위해 환상의 비틀림 방지부(319)를 일체로 형성하여 고정자를 형성한다.

상기 반작용수단인 2극 영구자석의 반경상 외측을 향하는 자극면과 컵모양인 하우징(203)의 관형상부의 사이의 반경상의 거리를 적정 거리로 유지하여 형성하고 반작용수단의 2극 영구자석과 반경상 외측에서 대항되는 하우징의 관형상부는 비자성체로 형성한다.

상기 회전자에 두 개의 슬립링으로 형성된 슬립링부와 고정자에 두 개의 브러시로 형성된 브러시수단을 형성하여 회전자에 형성된 환상의 등전위 도체부에 전압을 걸어 준다.

여기서 환상의 등전위 도체부를 고정자에 형성된 브러시수단으로부터 전원을 인가받는 슬립링수단으로 이용하여도 무방하다.

또 반작용수단인 2극 영구자석의 회전축 방향의 길이가 길지 않다면 2극 영구자석(109)의 하단에 일체로 형성되는 환상의 비틀림 방지부(319)와 영구자석 고정지지부(119)를 생략할 수 있다.

회전자원판, 하우징, 도체와 영구자석의 고정지지부은 비자성체로 형성하여도 무방하다.

제7도의 도면에서 반작용수단인 2극 영구자석은 반경방향으로 자극이 착자된 원호상 2극 영구자석을 구비한 것이나 제9도의 평면 도면에서와 같이 수평방향으로 자극이 착자된 육면체형 2극 영구자석을 구비하고 작용수단인 도체군과 대항되는 2극 영구자석의 자극면에 연강이고 도체군과 대항되는 면이 원호상인 자극편을 일체로 형성하여 반작용수단을 형성할 수도 있다.

제11도의 도면은 제9도의 반작용수단에서 2극 영구자석의 고정지지부를 2극 영구자석의 자극면이 아닌 측면부까지 확장하여 형성하여 2극 영구자석의 고정지지도를 높인 것이다.

제11도의 (2)도, (3)도의 도면은 (1)도의 평면 도면의 A에서 B에 따른 원주상의 단면도이다. (2)도는 반작용수단인 2극 영구자석이 회전자에 형성된 회전기기에서의 도면이고 (3)도는 반작용수단인 2극 영구자석이 고정자에 형성된 회전기기에서의도면이다.

제13도의 도면은 제7도의 도면의 회전기기에서 반작용수단에의 2극 영구자석의 고정도를 향상시키고 구조를 더욱 단순히 구성한 회전기기로 (1)도는 반작용수단인 2극 영구자석이 회전자에 형성되고 수직 직선 도체군이 고정자에 형성된 회전기기의 평면도이고 (3)도는 상기 (1)도의 A-A선 수직 단면도이다.

(2)도는 반작용수단인 2극 영구자석이 고정자에 형성되고 수직 직선 도체군이 회전자에 형성된 회전기기의 평면도이고 (4)도는 상기 (2)도의 A-A선 수직 단면도이다.

제13도의 (1)도, (3)도의 회전기기는 상기 제7도의 (1)도, (3)도의 회전기기에서 중심부에서 회전축에 지지되는 회전자원판을 대략 컵모양인 회전자원판(207)으로 형성하고 상기 환상의 영구자석 고정지지부(119)와 반작용수단인 2극 영구자석(109)을 상기 컵모양인 회전자원판의 관형상부의 내주면까지 반경상 외측으로 확장하고 회전자원판의 관형상부의 내주면에 일체로 형성하여 회전자를 구성하고 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 수직 직선 도체군의 반경상 내측에 도체 고정지지부(419)를 일체로 형성하여 고정자를 구성한 것이다.

제13도의 (2)도, (4)도의 회전기기는 상기 제7도의 (2)도, (4)도의 회전기기에서

상기 환상의 영구자석 고정지지부(119)와 반작용수단인 육면체형 2극영구자석(109)을 중심부에 회전축의 관통공이 형성된 대략 컵모양의 하우징(203)의 관형상부의 내주면까지 반경상 외측으로 확장하여 하우징(203)의 관형상부의 내주면에 일체로 형성하고 수직 직선 도체군과 대항되는 반작용수단인 2극 영구자석의 면에 자극편을 형성하고 하우징의 덮개부로 하우징의 컵형상부를 덮어 고정자를 구성하고, 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 수직 직선 도체군의 반경상 내측에 도체 고정지지부(419)를 일체로 형성하고 상기 수직 직선 도체군과 도체 고정지지부의 상하단에 회전자원판(207)을 일체로 형성하여 회전축에 지지시켜 회전자를 구성한다.

제15도와 제17도의 도면은 반작용수단인 2극 영구자석이 작용수단인 수직 직선 도체군의 반경상 내측에 위치하는 회전기기의 평면도와 수직단면도이다.

제15도의 (1)도의 도면은 반작용수단인 2극 영구자석이 회전자에 형성되고 수직 직선 도체군이 2극 영구자석의 반경상 외측에서 대항되고 고정자에 형성된 회전기기의 평면도이고 (3)도는 상기 (1)도의 A-A선의 수직 단면도이다.

제15도의 (2)도의 도면은 반작용수단인 2극 영구자석이 고정자에 형성되고 수직 직선 도체군이 2극 영구자석의 반경상 외측에서 대항되고 회전자에 형성된 회전기기의 평면도이고 (4)도는 상기 (2)도의 A-A선의 수직 단면도이다.

제15도의 (1)도, (3)도의 도면에 도시한 바와 같이, 반작용수단인 복수개의 2극 영구자석의 상하단부를 자극면이 반경방향을 향하도록 중심부에서 회전축에 지지되는 원판형인 마그네트 고정지지부(119)를 일체로 형성하고 상기 2극 영구자석과 회전축과의 반경상의 거리를 적정거리로 유지하여 회전축 또는 수직 직선 도체군과 회전축과 상호 정도 높은 자계가 형성되지 않도록 형성하여 회전자를 구성하고, 상하단부에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성되고 복수개의 직선 도체가 원주상 일정하게 배치되어 형성된 수직 직선 도체군의 상하단부에서 도체 고정지지부(419)로 연결하여 하우징(203)의 상하면에 일체로 형성하여 고정자를 구성한다.

한편 제17도의 (1)도와 (3)도의 도면에 도시한 바와 같이, 내주면에서 회전축에 일체로 형성되어 고정지지되는 마그네트 고정지지부(119)의 외주면에 자극면이 반경방향을 향하도록 2극 영구자석을 일체로 형성하여 회전자를 구성할 수 있고, 수직 직선 도체군을 하우징(203)의 내주면에 일체로 형성하여 고정자를 형성할 수 있다.

여기서 회전자의 2극 영구자석의 상하단부에 중공원판형의 고정지지부를 추가하여 2극 영구자석의 회전자에 대한 고정도를 높일 수 있다.

제15도의 (2)도, (4)도의 도면에 도시한 바와 같이, 반작용수단인 복수개의 2극 영구자석의 자극면이 반경방향을 향하도록 상기 2극 영구자석의 하단에서 마그네트 고정지지부(119)로 연결하여 중심부에 회전축의 관통공이 형성된 대략 컵모양의 하우징(203)의 중공원판부의 상면에 2극 영구자석을 일체로 형성하고 상기 2극 영구자석의 상단에 환상의 비틀림 방지부를 형성하여 고정자를 구성하고, 중심부에서회전축에 지지되는 회전자원판(207)의 하면에 도체 고정지지부(419)로 연결하여 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 수직 직선 도체군을 일체로 형성하여 회전자를 구성한다.

한편 제17도의 (1)도와 (3)도의 도면에 도시한 바와 같이, 베이스부(103)의 상면에서 고정지지되는 중공원판형과 관형상이 결합한 마그네트 고정지지부(119)의 중공원판부의 상면과 관형상부의 외주면에서 자극면이 반경 방향을 향하도록 2극 영구자석을 일체로 형성하여 고정자를 구성하고, 중심부에서 회전축에 지지되는 대략 컵모양의 회전자원판(207)의 내주면에 상하단에 환상의 등전위 도체부가 형성된 수직 직선 도체군을 일체로 형성하여 회전자를 구성할 수 있다.

제19도와 제21도의 도면은 작용수단인 수직 직선 도체군의 내외주면에 반작용수단인 2극 영구자석이 대항되는 회전기기의 도면이다.

제19도의 (1)도는 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에서 대항되는 반작용수단인 2극 영구자석이 회전자에 형성된 평면도이고 (3)도는 상기 (1)도의 A-A선 수직단면도이다.

제19도의 (2)도는 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에서 대항되는 반작용수단인 2극 영구자석이 고정자에 형성된 평면도이고 (4)도는 상기 (2)도의 B-B선 수직단면도이다.

제19도의 (1)도와 (3)도에 도시한 바와 같이, 중심부에 회전축의 관통공이 형성된 대략 컵모양의 하우징(203)의 상면에 도체 고정지지부(419)로 연결하여 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 수직 직선 도체군(113)를 일체로 형성하여 고정자를 구성하고, 2극 영구자석이 상기 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에서 대항되도록 중심부에서 회전축에 지지되는 회전자원판(207)의 하면에 영구자석 고정지지부(119)로 연결하여 자극면이 반경방향을 향하도록 2극 영구자석을 일체로 형성하고 상기 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에 각각 형성된 2극 영구자석의 하단에 환상 비틀림 방지부(319)를 형성하여 회전자를 구성할 수 있다.

한편 제21도의 (1)도와 (3)도에 도시한 바와 같이, 회전자원판(207)의 중공원판부의 반경상 내외측의 하면에 관형상부를 각각 일체로 형성하고 상기 회전자원판의 반경상 내측의 관형상부의 외주면과 반경상 외측의 관형상부의 내주면에 수직 직선 도체군과 내외측에서 대항되게 2극 영구자석을 일체로 형성하여 회전자를 구성할 수 있다.

제19도의 (2)도와 (4)도에 도시한 바와 같이, 중심부에서 회전축에 지지되는 회전자원판(207)의 하면에 도체 고정지지부(419)로 연결하여 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 수직 직선 도체군(113)를 일체로 형성하여 회전자를 구성하고, 2극 영구자석이 상기 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에서 대항되도록 중심부에 회전축의 관통공이 형성된 대략 컵모양의 하우징(203)의 상면에 영구자석 고정지지부(119)로 연결하여 자극면이 반경방향을 향하도록 2극 영구자석을 일체로 형성하고 상기 수직 직선 도체군의 반경상 내외측에서 각각 대항되는 2극 영구자석의 상단에 환상 비틀림 방지부(319)를 형성하여 고정자를 구성할 수 있다.

한편 제21도의 (2)도와 (4)도에 도시한 바와 같이, 베이스부(103)의 중공원판부의 반경상 내외측의 상면에 관형상부를 각각 일체로 형성하고 상기 베이스부의 반경상 내측의 관형상부의 외주면과 반경상 외측의 관형상부의 내주면에 수직 직선 도체군과 내외측에서 대항되게 2극 영구자석을 일체로 형성하여 고정자를 구성할 수 있다.

제23도, 제25도, 제27도의 도면의 회전기기는 상하단에 환상의 등전위 도체군를 형성한 수직 직선 도체부를 직경이 다른 두 개를 구비하고 반경상 겹치도록 작용수단에 형성한 회전기기의 관한 도면이다.

제23도에 도시한 바와 같이, 상하단의 환상의 등전위 도체부(313)의 사이에 직선 도체를 원주상 일정하게 형성하여 수직단면이 원형을 형성하는 대략 다람쥐 채바퀴형상인 수직 직선 도체군(113 OR 213)를 직경이 다른 두 개를 구비하고 직경이 큰 수직 직선 도체군이 직경이 작은 수직 직선 도체군의 외측에 위치하도록 작용수단에 형성하고 반경상 내외측의 수직 직선 도체군에 상호 반대 방향으로 전류가 흐로도록 환상의 등전위 도체부에 전압을 인가하면 제25도의 평면단면도에 도시한 바와 같이, 수직 직선 도체군의 반경상의 사이의 공간에 자계가 집중되는 자기장이 형성된다.

제27도의 (1)도는 반경상 내외측에 형성된 수직 직선 도체군이 고정자에 형성된 회전기기의 평면단면도이고 (3)도는 상기 (1)도의 A-A선의 수직단면도이다.

제27도의 (2)도는 반경상 내외측에 형성된 수직 직선 도체군이 회전자에 형성된 회전기기의 평면단면도이고 (4)도는 상기 (2)도의 B-B선의 수직단면도이다.

제27도의 (1)도와 (3)도의 도면에 도시한 바와 같이, 베이스부(103)에 고정지지되는 도체고정지지부(419)는 중공 원판부의 반경상 내외측에서 각각 일체로 형성된 관형상부로 이루어지고, 도체고정지지부(419)의 반경상 내측의 관형상부의 외주면에 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 직경이 작은 수직 직선 도체군(113)을 일체로 형성하고 반경상 외측의 관형상부의 내주면에 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 직경이 큰 수직 직선 도체군을 일체로 형성하여 고정자를 구성한다.

여기서 반경상 내외측에 형성된 수직 직선 도체군의 하단에 형성된 두 개의 환상 등전위 도체부(313)를 전위가 같도록 하기 위해 동일한, 즉 한 개의 환상의 등전위 도체부로 대체하여도 무방하다.

고정자의 반경상 내외측에 형성된 수직 직선 도체군의 사이의 공간에 반작용수단인2극 영구자석이 자극면이 반경방향을 향하게 배치되도록 중심부에서 회전축에 지지되는 회전자원판(207)의 하면에 영구자석 고정지지부(119)로 연결하여 상기 2극 영구자석을 일체로 형성하여 회전자를 구성한다.

여기서 상기 2극 영구자석의 하단에 환상의 비틀림 방지부를 형성할 수 있고 상기 육면체형 2극 영구자석의 반경방향을 향하는 양 자극면에 자극편을 형성할 수 있다.

제27도의 (2)도와 (4)도의 도면에 도시한 바와 같이, 회전축에 지지되는 회전자원판(207)의 하면에서 도체고정지지부(419)로 연결되어 회전자에 지지되고 반경상 내외측에 형성되는 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 직경이 서로 다른 두 개의 원형 수직 직선 도체군(113)을 형성하여 회전자를 구성한다.

여기서 도체고정지지부를 반경상 내측에 형성된 수직 직선 도체군의 내주면과 반경상 외측에 형성된 수직 직선 도체군의 외주면까지 확장하여 형성할 수 있다.

즉 도체고정지지부(419)는 중공 원판부의 반경상 내외측에서 각각 일체로 형성된 관형상부로 이루어지고, 도체고정지지부(419)의 반경상 내측의 관형상부의 외주면에 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 직경이 작은 수직 직선 도체군(113)을 일체로 형성하고 반경상 외측의 관형상부의 내주면에 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 직경이 큰 수직 직선 도체군을 일체로 형성하여 회전자를 구성할 수 있다.

회전자의 반경상 내외측에 형성된 수직 직선 도체군의 사이의 공간에 반작용수단인2극 영구자석이 자극면이 반경방향을 향하게 배치되도록 중심부에 회전축의 관통공이 형성된 베이스부(103)의 상면에 영구자석 고정지지부(119)로 연결하여 상기 2극 영구자석을 일체로 형성하여 고정자를 구성한다.

제28도, 제29도와 제31도의 도면은 제23도와 제27도의 도면의 직경이 다른 두 개의 수직 도체군의 대신에 작용수단으로써 하단에 직경이 다른 두 개의 환상의 등전위 도체부에 복수개의 U자형 도체 또는 코일을 원주상 일정하게 형성한 것이다.

제28도의 (1)도의 도면은 샤시도이고 (2)도의 도면은 상기 (1)도의 샤시도에서 직경에 따라 이등분한 것을 나타내는 샤시도이다.

제29도의 도면은 상기 제28도의 (1)도의 도면의 평면단면도이다.

제28도와 제29도에 도시한 바와 같이, 직경이 다른 두 개의 환상의 등전위 도체부(313)에 전압을 인가하면 반경상 내측과 외측에 위치하는 회전축과 평형인 도체의 직선부에 반대 방향의 전류가 흐르게 되고 상기 U자형 도체군의 안의 공간에서는 자력선이 원주방향을 향하는 자기장이 형성된다.

제31도의 도면은 제27도의 도면의 회전기기에서 상하단에 환상의 등전위 도체부가 형성된 직경이 서로 다른 두 개의 수직 직선 도체군 대신에 양 끝단에 직경이 서로 다른 두 개의 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 U자형 도체군을 작용수단으로형성한 것이다.

제33도의 도면은 작용수단으로써 링코어(413)에 1개의 코일(113)을 토로이달형으로 원주상 일정한 간격으로 감은 것이다.

물론 상기 코일을 링코어에 복층 또는 단층으로 권선할 수 있다.

상기 링형 코어(413)에 트로이달형으로 권선한 코일에 전압을 걸어주면 링형 코어의 내주면과 외주면에서 권선되어 있는 코일의 직선부에서의 전류는 상호 반대 방향을 향하게 되므로 상기 링형 코어의 반경상 내측과 외측에 형성되는 자기장은 자력선이 동일 원주방향을 향하는 원형 자계가 될 것이다.

여기서 반작용수단인 2극 영구자석의 회전으로 인한 링코어에 생기는 와전류를 감소시키기 위해 상기 링코어를 절연된 중공 원판이 성층된 것을 형성하여도 무방하다.

제37도, 제39도, 제41도의 도면은 본 출원서에 실시한 실시예들에 형성된 작용수단인 상하단에 환상의 등전위 도체부(313)가 형성된 수직 직선 도체군 대신에 코일을 토로이달형으로 원주상 일정하게 권선한 링형 코어(513)로 대치한 회전기기의 평면도와 수직단면도이다.

제37도는 작용수단인 코일을 토로이달형으로 권선한 링형 코어의 반경상 내측 또는외측에만 2극 영구자석을 반작용수단에 배치한 회전기기의 직경에 따른 수직 단면도이다.

제39도는 작용수단인 코일을 토로이달형으로 권선한 링형 코어(513)의 반경상 내측과 외측에 2극 영구자석을 자극면이 반경방향을 향하도록 반작용수단에 형성한 회전기기이다.

제41도는 자극면이 반경방향을 향하도록 반작용수단에 형성한 2극 영구자석의 반경상 내측과 외측에 코일을 토로이달형으로 권선한 링형 코어(513)를 작용수단에 형성한 회전기기이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 자력선이 원주방향을 향하는 원형 자계를 이용하는 직류모터는 작용수단으로써 원주상 일정하게 배치되는 도체의 수직 직선부와 자극면이 반경방향을 향하는 2극 영구자석이 형성된 반작용수단으로 구성되므로, 전원을 공급하기 위한 구조가 종래에 비행 현저하게 간단하게 되고, 코깅이 없는 정속회전을 가능하게 하며, 모터의 조립 및 제작 작업이 간소화되는 효과가 있다.

그리고 입력 전류의 극성을 반대로 해줌으로써 회전자의 회전방향이 전환되며, 입력전류의 세기를 조절하여 모터의 회전력을 제어할 수 있게 되는 효과가 있다.

상기 설명된 본 실시예들은 단지 예시에 불가한 것이고 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 즉 다단 원통형 그리고 편평형과 원통형을 결합한 구조 등의 구성의 추가나 변형을 꾀하여 실시할 수 있겠으나, 본 발명의 기술적 사상과 요지를 이해한다면 이러한 추가나 변형된 실시예는 본 발명의 범위에 속한다는 것이 자명해질 것이다.

Claims (4)

1. 상하단의 환상의 등전위 도체부의 사이에 전류가 흐를 수 있도록 회전축과 평형한 복수개의 직선 도체를 원주상 일정하게 형성하여 수직 직선 도체군을 형성하고 상기 수직 직선 도체군을 도체고정지지부로 고정 연결하여 고정자에 일체로 형성하고, 상기 수직 직선 도체군의 반경상 내측 또는 외측에서 2극 영구자석의 자극면이 반경방향을 향하면서 대항되도록 상기 2극 영구자석을 회전자에 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 수직 직선 도체군을 구비한 직류모터.
2. 제 1항에 있어서, 상하단에 환상의 등전위 도체부가 형성된 수직 직선 도체군을 직경이 서로 다른 두 개를 구비하여 직경이 작은 수직 직선 도체군이 직경이 큰 수직 직선 도체군의 안에 배치하고 상기 2극 영구자석이 직경이 서로 다른 도체군의 반경상의 사이에 위치하도록 한 것을 특징으로 하는 수직 직선 도체군을 구비한 직류모터.
3. 상기 직경이 서로 다른 두 개의 환상의 등전위 도체부에 전압을 인가하면 U자형 도체군에 전류가 흐를 수 있도록 복수개의 U자형 도체를 원주상 일정하게 배치하고 상기 원주상 일정하게 배치되는 U자형 도체군의 양 끝단에 직경이 서로 다른 두 개의 환상의 등전위 도체부를 일체로 형성하여 고정자를 구성하고 2극 영구자석의 자극면이 반경방향을 향하도록 상기 U자형 도체군의 안에 상기 반작용수단인 2극 영구자석을 회전자에 형성한 것을 특징으로 하는 U자형 도체군을 구비한 직류모터.
4. 코일이 원주상 일정하게 토로이달형으로 권선한 링형 코어를 고정자에 일체로 형성하고, 상기 링형 코어의 반경상 내측 또는 외측에 2극 영구자석이 자극면이 반경방향을 향하면서 대항되도록 반작용수단인 2극 영구자석을 회전자에 형성한 것을 특징으로 하는 코일이 토로이달형으로 권선한 링형 코어을 구비한 직류모터.