KR200384526Y1 - 회전 가속장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 회전 가속장치에 관해 개시한다. 개시된 본 고안의 회전 가속장치는, 모터에 연결된 회전축에 결합되어 회전하는 회전자의 외측 원주상에 부착된 적어도 하나 이상의 제 1 영구자석; 상기 회전자의 내측 원주상에 부착된 적어도 하나 이상의 제 2 영구자석; 상기 제 1 및 제 2 영구자석 사이에 소정 각도를 이루며 이격 설치되어 상기 회전자에 자력을 공급하는 적어도 하나 이상의 고정자; 제 1 양극 영구자석을 구비하고, 상기 제 1 양극 영구자석의 극간 방향이 상기 회전자의 회전면과 평행되게 소정간격으로 이격 설치되며, 상기 제 1 양극 영구자석이 상기 제 1 영구자석과 연동하여 상기 회전자의 회전력을 증가시키는 제 1 회전 가속부; 및 제 2 양극 영구자석을 구비하고, 상기 회전축과 수직으로 기어 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 제 1 영구자석과 제 2 영구자석 사이를 왕복하여 상기 회전자의 회전력을 증가시키는 제 2 회전 가속부를 포함하여 구성된다.

본 고안에 의하면, 다수의 회전 가속부를 구비하여 모터에 의한 입력 회전력을 증폭하고 증폭된 회전력을 발전기를 거쳐 외부로 출력함과 동시에 축전기에 재충전하여 모터의 구동전력으로 재활용함으로써 모터의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

회전 가속장치{Accelerating Apparatus}

본 고안은 회전 가속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 회전 가속부를 구비하여 모터에 의한 입력 회전력을 증폭하여 발전기를 거쳐 모터의 구동전력으로 재활용함으로써 모터의 효율을 극대화한 회전 가속장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전동기 또는 모터(Motor)는 입력되는 전기에너지를 회전 또는 직선의 기계운동으로 변환하여 출력하는 기기를 통칭하며, 전원(電源)의 종별에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류된다.

이러한 전동기는 자기장 속에 도체를 자기장과 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에도 직각 방향으로 전자기적인 힘이 발생한다는 전자유도현상을 응용한 것으로, 입력에너지를 기계적으로 출력하는 과정에서 효율과 역률에 따라 반드시 일정이상의 전기적 또는 기계적 손실이 발생하게 된다.

손실에는 전기석 손실의 일종인 동손(copper loss)과 철손(iron loss)이 대표적이다. 동손은 고정자나 회전자에 삽입된 권선의 도체저항에 의한 것으로, 저항 R(Ω)인 도체에 전류 I(A)가 흐르면 그 내부에 P=I 2 R(W)의 에너지가 열로 바뀌어 손실되는 것으로 직접적인 에너지(전력)의 손실을 가져올 뿐만 아니라 기기를 과열시켜 절연파괴 등 고장이나 수명 단축의 원인을 제공한다. 철손은 고정자와 회전자의 철심이 지닌 자기히스테리시스(magnetic hysteresis)와 거기에 유기되는 와전류에 의한 전력손실을 말하며 이 또한 열의 형태로 손실된다.

이에 종래에는 최적설계나 고급자재 등을 통해 상술한 기계적 내지 전기적 손실을 최소화함으로써 전동기의 고효율화를 달성하거나, 자속집중 등을 통해 자력 에너지를 출력에너지에 부가시켜 초효율화를 달성하고자 하는 시도가 다양하게 이루어지고 있었다.

그러나, 최적설계 등을 통한 고효율화는 실질적으로 표준대비 5~10%의 효율상승을 이룩하고는 있으나, 제품의 생산원가가 40% 정도 증가하고 기기의 부피가 커지는데 반해 효율개선효과가 극히 미미하여 사업성이나 경제성이 적은 문제점이 있었다.

한편, 자속집중에 의한 초효율화는 현재까지 자력에너지 자체를 물리적인 에너지로 변환하는데 어려움이 있고 고전적인 해석상 에너지보존 법칙을 만족하지 못하여 실현 가능성조차 입증하지 못한 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 다수의 회전 가속부를 구비하여 모터에 의한 입력 회전력을 증폭하고 증폭된 회전력을 발전기를 거쳐 외부로 출력함과 동시에 축전기에 재충전하여 모터의 구동전력으로 재활용함으로써 실질적으로 모터의 효율을 극대화할 수 있는 회전 가속장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 회전 가속장치는, 모터에 연결된 회전축에 결합되어 회전하는 회전자의 외측 원주상에 부착된 적어도 하나 이상의 제 1 영구자석; 상기 회전자의 내측 원주상에 부착된 적어도 하나 이상의 제 2 영구자석; 상기 제 1 및 제 2 영구자석 사이에 소정 각도를 이루며 이격 설치되어 상기 회전자에 자력을 공급하는 적어도 하나 이상의 고정자; 제 1 양극 영구자석을 구비하고, 상기 제 1 양극 영구자석의 극간 방향이 상기 회전자의 회전면과 평행되게 소정간격으로 이격 설치되며, 상기 제 1 양극 영구자석이 상기 제 1 영구자석과 연동하여 상기 회전자의 회전력을 증가시키는 제 1 회전 가속부; 및 제 2 양극 영구자석을 구비하고, 상기 회전축과 수직으로 기어 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 제 1 영구자석과 제 2 영구자석 사이를 왕복하여 상기 회전자의 회전력을 증가시키는 제 2 회전 가속부를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 제 1 회전 가속부의 하단에 원웨이(1-Way) 베어링에 의해 수직으로 축 결합되고, 상기 제 1 가속부의 진동에 의해 형성된 회전동력을 변속하여 상기 회전축에 전달하는 제 3 회전 가속부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 회전 가속부의 일측에는 진동 완충장치가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 2 회전 가속부는 원통캠이 상기 제 2 양극 영구자석과 일체로 결합되어 왕복운동하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 2 회전 가속부는 상기 제 1 영구자석 또는 제 2 영구자석의 수량과 동일한 횟수로 왕복운동하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 회전 가속장치의 정면 구성도이고, 도 2는 도 1의 회전 가속장치의 A-A'방향 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안의 실시예에 따른 회전 가속장치(100)는, 바디 프레임(110)에 회전축(111)이 관통하여 장착되고, 상기 회전축(111) 상에는 다수의 원판 형상의 회전자(180)가 배열되며, 상기 회전축(111)의 일측 말단부에는 축전기(10)에 의해 구동되는 모터(20)와 변속기(21)가 결합되어 입력 회전력을 제공하고, 발전기(30)가 상기 회전축(111)과 기어결합되어 출력 회전력을 전달받도록 구성된다. 이때, 상기 회전자(180)는 도면상 2개씩 한조를 이루며 3조 6개가 장착되도록 도시되어 있으나 이러한 수량은 요구되는 장치의 크기와 용량에 따라 선택적으로 변경 가능하다.

상기 회전자(180)의 외측 원주상에는 5개의 제 1 영구자석(120)이 동일 간격으로 배치되어 부착되며, 내측 원주상에는 5개의 제 2 영구자석(130)이 동일 간격으로 배치된다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 영구자석(120, 130)의 각 수량은 장치의 크기와 요구 용량에 따라 다양하게 선택 가능하나, 적어도 양자간에는 동일한 수량으로 구성하는 것이 각 회전 가속부(150, 160, 170)에 의한 양자간의 효율적인 연동작용을 위해 바람직하다.

상기 제 1 및 제 2 영구자석(120, 130) 사이에는 3개의 고정자(140)가 소정 각도를 이루며 이격 설치된다. 이러한 고정자(140)는 양극 영구자석으로 구성되어 상기 바디 프레임(110)으로부터 연장된 자석 지지부(141)에 의해 고정 설치되며, 상기 회전자(180)의 회전을 일정속도로 가속/유지하도록 제 1 영구자석(120)에 자력을 공급하는 역할을 수행한다.

상기 회전자(180)의 일측에는 제 1 회전 가속부(150)가 이격되어 설치된다. 상기 제 1 회전 가속부(150)는 말단에 제 1 양극 영구자석(151)을 구비하고, 상기 제 1 양극 영구자석(151)의 극간 방향은 상기 회전자(180)의 회전면과 평행된다.

이때, 상기 제 1 양극 영구자석(151)은 제 1 샤프트(152)와 일체로 결합되어 제 3 회전 가속부(170)의 제 3 샤프트(171)와 원웨이(1-Way) 베어링에 의해 수직으로 축 결합된다. 제 3 샤프트(171)는 변속기(172)와 기어결합되고, 상기 변속기(172)는 상기 회전축(111)과 벨트(111a)에 의해 결합된다. 이때, 상기 원웨이 베어링은 일반적으로 클러치 베어링이 사용되나 다른 형태의 경우도 가능하다. 또한, 상기 변속기(172)와 회전축(111)간에는 상기 벨트(111a) 대신에 체인(미도시)으로 결합하는 것도 가능하다.

상기 제 1 회전 가속부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 회전자(180)를 한 조로 하여 그 사이에 하나씩 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제 1 샤프트(152)의 일측에는 스프링 형태의 진동 완충장치(미도시)가 결합되는 것이 바람직하고, 이는 상기 제 1 회전 가속부(150)의 진동을 완충하는 기능을 수행한다.

상기 회전축(111)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 회전 가속부(160)가 수직으로 기어결합된다.

도 3은 도 1의 제 2 회전 가속부의 상세 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 제 2 회전 가속부의 축방향 정면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제 2 회전 가속부(160)는 제 2 샤프트(161)가 상기 회전축(111)에 베벨기어 등에 의해 수직으로 결합되어 회전력을 전달받으며, 상기 제 2 샤프트(161) 상에는 원통캠(162)이 결합되어 상기 제 2 샤프트(161)의 회전운동에 의해 직선 왕복운동하고, 상기 원통캠(162)을 둘러싼 프레임(163) 상단에는 제 2 양극 영구자석(164)이 일체로 결합된다.

이때, 상기 제 2 회전 가속부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 2개가 한 조를 이루는 회전자(180) 묶음들 사이에 설치되어 상기 제 1 회전 가속부(150)와 동일 평면상에 배치되는 것을 회피하여 양자간의 자력 충돌을 방지하도록 하는 것이 바람직하며, 본 고안의 실시예에서는 2개의 제 2 회전 가속부(160)가 설치된다.

이하, 도면을 참조하여 상기 제 1 내지 제 3 회전 가속부의 작동을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모터(20)에 의해 상기 회전자(180)가 시계방향으로 회전하게 되면, 상기 제 1 회전 가속부(150)의 N극 폴은 S극의 제 1 영구자석(120)을 끌어당겨 가속력을 부여하고, 관성에 의해 제 1 회전 가속부(150)의 중심부를 통과한 제 1 영구자석(120)은 상기 제 1 회전 가속부(150)의 S극 폴에 의해 반발되어 추가 가속된다. 이때, 상기 제 1 영구자석(120)이 제 1 회전 가속부(150)의 중심부를 통과할 때에는 자석의 코깅토크(Cogging Torque)가 작용하게 되나 이는 상기 모터(20)의 입력 회전력에 의해 극복되어 실질적으로는 관성력만 작용하게 된다.

상기 제 1 회전 가속부(150)는 상기 제 1 영구자석(120)의 회전에 의해 인력과 척력이 교대로 작용되어 좌우로 왕복되는 진동이 발생되고, 이러한 진동은 원웨이 베어링에 의해 상기 제 3 회전 가속부(170)의 제 3 샤프트(171)에 회전력으로 변환되어 전달되고, 상기 제 3 샤프트(171)의 회전력은 변속기(172)에 의해 상기 회전축(111)과 동일속도로 변속되어 벨트(111a) 등에 의해 상기 회전축(111)에 재 전달되어 회전속도를 추가로 증가시키게 된다.

한편, 상기 제 2 회전 가속부(160)는 N극의 제 2 영구자석(130)이 접근할 때 상기 원통캠(162)의 왕복운동에 의해 좌측 말단으로 접근하여 S극 폴에 의해 N극의 제 2 영구자석(130)을 끌어당겨 가속력을 부여하고, 상기 제 2 영구자석(130)이 통과할 때에는 상기 원통캠(162)의 운동에 의해 우측 말단으로 접근하여 N극 폴에 의해 S극의 제 1 영구자석(120)을 끌어당겨 가속력을 추가시킨다.

이때, 상기 제 2 회전 가속부(160)의 원통캠(162)에 의한 왕복운동은 상기 제 1 및 제 2 영구자석(120, 130)의 각 수량과 동일한 횟수로 이루어지게 되며, 그에 따라 상술한 가속작용이 반복적으로 발생하게 된다.

한편, 상술한 본 고안의 회전 가속장치를 이용하여 전력을 생산하여 배분하는 시스템 및 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 고안의 실시예에 따른 회전 가속장치를 이용한 전력 생산/배분 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 6은 다수의 축전기/모터 묶음에 의한 순차 계전방법을 설명하기 위한 시스템의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 고안의 실시예에 따른 자력을 이용한 회전 가속장치를 이용한 전력 생산/배분 시스템은, 축전기(10), 모터(20), 회전 가속장치(100), 발전기(30), 외부출력(40), 컨버터(50)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 축전기(10)에서 상기 모터(20)에 전력을 공급하면, 상기 모터(20)는 입력받은 전력에 비례하여 일정속도로 회전하게 되고 그 회전동력을 상기 회전 가속장치(100)에 전달한다.

상기 회전 가속장치(100)는 상기 모터(20)의 회전동력을 입력받아 상술한 제 1 내지 제 3 회전 가속부(150, 160, 170)의 작동에 의해 입력된 회전동력을 증폭하게 된다.

증폭된 회전동력은 상기 발전기(30)에 입력되어 다시 전기로 생산되어 일부는 외부출력에 활용되고, 그 나머지는 상기 컨버터(50)를 거쳐 직류전류로 형태로 상기 축전기(10)에 재충전된다.

이때, 상기 축전기(10)에 입력되는 초기 전류는 외부 전원을 통해 입력되는 것이 일반적이나, 태양광, 풍력, 수력 등 자연력을 이용한 대체 에너지 기관을 통해 입력되는 것도 가능하다. 이 경우에는 상기 장치를 복합 발전기 시스템에 응용할 수 있다.

또한, 상기 발전기(30)는 일반적으로 교류발전기의 형태로 단일화된 것이 바람직하나, 이를 별도의 직류발전기와 병행시켜 교류발전기를 거쳐 생산된 전기는 외부출력에 활용하고 직류발전기를 거쳐 생산된 전기는 컨버터 없이 바로 상기 축전기에 재충전시키는 것도 가능하다.

한편, 상기 축전기(10)와 모터(20)는 다수개의 묶음으로 구성하는 것도 가능하다.

도 6을 참조하면, 제 1 축전기(10a)와 제 1 모터(20a)가, 제 2 축전기(10b)와 제 2 모터(20b)가 각각 한 묶음을 이루고, 각각의 연결부에 제 1 및 제 2 릴레이(Relay)(60a, 60b)가 연결된다.

상기 제 1 및 제 2 릴레이(60a, 60b)는 각각 교대로 전류를 차단하는 기능을 수행하며, 상기 제 2 릴레이(60b)의 차단에 의해 상기 제 1 모터(20a)만 구동할 때에는 상기 제 1 축전기(10a)에서 충전과 방전이 동시에 이루어지고, 상기 제 2 축전기(10b)에서는 충전만 이루어진다.

동일한 방식으로 상기 제 1 릴레이(60a)의 차단에 의해 상기 제 2 모터(20b)만 구동할 때에는 상기 제 2 축전기(10b)에서 충전과 방전이 동시에 이루어지고, 상기 제 1 축전기(10a)에서는 충전만 이루어진다.

이러한 제 1 및 제 2 릴레이(60a, 60b)의 계전작용에 의해 상기 제 1 및 제 2 모터(20a, 20b)의 작동과열에 의한 시스템 중단을 방지할 수 있고, 제 1 및 제 2 축전기(10a, 10b)는 연속적인 충전이 가능하게 된다.

이때, 본 고안의 실시예에서는 2개의 축전기/모터 묶음을 상정하였으나, 장비의 크기와 작동시간을 고려하여 3개로 구성할 수도 있고, 축전기와 모터의 작동성능을 고려하여 축전기는 3개로 하되 모터는 2개로 구성할 수도 있다.

한편, 본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 실용신안등록청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 회전 가속장치에 의하면, 다수의 회전 가속부를 구비하여 모터에 의한 입력 회전력을 증폭하고 증폭된 회전력을 발전기를 거쳐 외부로 출력함과 동시에 축전기에 재충전하여 모터의 구동전력으로 재활용함으로써 모터의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 따르면, 축전기와 모터의 연결을 다수개의 묶음으로 처리하여 릴레이에 의해 교대/순차적으로 작동되게 함으로써 모터의 과열 없이 시스템 전체를 반 영구적으로 작동되도록 한 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 회전 가속장치의 정면 구성도.

도 2는 도 1의 회전 가속장치의 A-A'방향 단면도.

도 3은 도 1의 제 2 회전 가속부의 상세 구성을 나타낸 단면도.

도 4는 도 3의 제 2 회전 가속부의 축방향 정면도.

도 5는 본 고안의 실시예에 따른 회전 가속장치를 이용한 전력 생산/배분 시스템의 개략적인 구성도.

도 6은 도 5의 전력 생산/배분 시스템의 다수의 축전기/모터 묶음에 의한 순차 계전방법을 설명하기 위한 시스템의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 10a, 10b : 축전기 20, 20a, 20b : 모터

30 : 발전기 40 : 외부출력

50 : 컨버터 60a, 60b : 릴레이(Relay)

100 : 회전 가속장치 110 : 바디 프레임

120 : 제 1 영구자석 130 : 제 2 영구자석

140 : 가동자 150 : 제 1 회전 가속부

160 : 제 2 회전 가속부 170 : 제 3 회전 가속부

180 : 회전자

Claims (5)

1. 모터에 연결된 회전축에 결합되어 회전하는 회전자의 외측 원주상에 부착된 적어도 하나 이상의 제 1 영구자석;

   상기 회전자의 내측 원주상에 부착된 적어도 하나 이상의 제 2 영구자석;

   상기 제 1 및 제 2 영구자석 사이에 소정 각도를 이루며 이격 설치되어 상기 회전자에 자력을 공급하는 적어도 하나 이상의 고정자;

   제 1 양극 영구자석을 구비하고, 상기 제 1 양극 영구자석의 극간 방향이 상기 회전자의 회전면과 평행되게 소정간격으로 이격 설치되며, 상기 제 1 양극 영구자석이 상기 제 1 영구자석과 연동하여 상기 회전자의 회전력을 증가시키는 제 1 회전 가속부; 및

   제 2 양극 영구자석을 구비하고, 상기 회전축과 수직으로 기어 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 제 1 영구자석과 제 2 영구자석 사이를 왕복하여 상기 회전자의 회전력을 증가시키는 제 2 회전 가속부를 포함하는 회전 가속장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 회전 가속부의 하단에 원웨이(1-Way) 베어링에 의해 수직으로 축 결합되고, 상기 제 1 가속부의 진동에 의해 형성된 회전동력을 변속하여 상기 회전축에 전달하는 제 3 회전 가속부를 더 포함하는 회전 가속장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 회전 가속부의 일측에는 진동 완충장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 가속장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 회전 가속부는 원통캠이 상기 제 2 양극 영구자석과 일체로 결합되어 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 회전 가속장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2 회전 가속부는 상기 제 1 영구자석 또는 제 2 영구자석의 수량과 동일한 횟수로 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 회전 가속장치.