KR100558650B1 - 자석회전장치 및 이를 이용한 회전장식물 - Google Patents

자석회전장치 및 이를 이용한 회전장식물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자석을 이용한 회전장치를 개시한다. 본 발명에 따른 자석회전장치는 분리부재, 가동자석 및 피동자석을 기본으로 구성된다. 여기서, 분리부재는 비자성 재질로 형성되며 가동자석 및 피동자석 사이에 개재된다. 가동자석은 분리부재의 일 외면을 따라 분리부재에 대하여 상대 이동이 가능하도록 배치되며, 그 N극 및 S극이 분리부재의 일 외면을 따라 배열된다. 피동자석은 분리부재의 타 외면에 배치되되 가동자석과 자기력에 의해 결합되는 위치에 배치된다. 그리하여, 가동자석 및 분리부재가 상대 이동되면, 피동자석이 분리부재의 타 외면상에서 가동자석을 따라 이동하면서 회전한다. 따라서, 본 자석회전장치는 다수의 회전축을 필요로 하는 기계장치의 동력전달장치로서 뿐만 아니라 완구, 의상의 장식물, 실내 장식, 광고용 간판 등에 광범위하게 응용될 수 있다.
자석, 고정부재, 분리부재, 컨베이어 장치

Description

자석회전장치 및 이를 이용한 회전장식물{ROTATING APPARATUS USING A MAGNET AND ROTATING DECORATION EMPLOYING THE SAME}
도 1a는 피동자석이 수평회전하는 경우에 각 구성요소의 배치관계를 보여주는 자석회전장치의 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시한 자석회전장치에서 피동자석이 분리부재의 상면에 배치되어 회전 및 이동하는 상태를 도시한 상면도이다.
도 2a는 피동자석이 구름회전하는 경우에 각 구성요소의 배치관계를 도시한 자석회전장치의 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 I-I 절단선을 통해 절개한 단면을 도시하는 측단면도이다.
도 3a는 피동자석이 수평회전하는 경우에 3개의 가동자석이 배치된 자석회전장치의 단면도이고, 도 3b는 피동자석이 분리부재의 상면에 배치되어 회전 및 이동하는 상태를 도시한 상면도이다.
도 4a는 피동자석이 구름회전하는 경우에 두개의 가동자석이 배치된 자석회전장치의 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 I-I 절단선을 통해 절개한 단면을 도시하는 측단면도이다.
도 5a는 두개의 가동자석이 서로 반발력을 작용하도록 배치된 자석회전장치의 단면도이고, 도 5b는 피동자석이 분리부재의 상면에 배치되어 회전 및 이동하는 상태를 도시한 상면도이다.
도 6a는 분리부재의 상면에 격리부재를 배치한 자석회전장치의 단면도이고, 도 6b는 피동자석이 격리부재 및 가동자석을 따라 회전 및 이동하는 상태를 도시한 상면도이다.
도 7a는 복수개의 가동자석 및 피동자석을 배치하여 다수의 회전축을 제공하는 자석회전장치를 도시하는 상면도이고, 도 7b는 도 7a의 I-I 절개선을 따라 절개한 단면을 도시하는 단면도이고, 도 7c는 도 7a의 Ⅱ-Ⅱ 절개선을 따라 절개한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 8은 피동자석이 수평회전하는 경우에 피동자석의 회전력을 보강하기 위하여 다양한 회전력 보강수단을 배치한 자석회전장치의 단면도이다.
도 9는 피동자석이 구름회전하는 경우에 피동자석의 회전력을 보강하기 위한 다양한 회전력 보강수단을 배치한 자석회전장치의 단면도이다.
도 10a는 피동자석이 분리부재에 흡착되는 면에 만곡부를 형성한 예를 도시한 단면도이고, 도 10b는 구형의 모형물 내에 피동자석을 배치한 예를 도시한 단면도이다.
도 11은 분리부재의 상면에 피동자석의 위치변환용 경사돌기부를 형성하여, 피동자석을 수평회전에서 구름회전으로 위치변환하거나 또는 구름회전에서 수평회전으로 위치변환하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 분리부재를 컨베이어 벨트로 형성한 자석회전장치의 상면도이고, 도 12b는 도 12a의 I-I 절개선을 통해 절개한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 13a는 고정부재를 컨베이어 벨트로 형성한 자석회전장치의 절개 사시도이 고, 도 13b는 도 13a의 I-I 절개선을 통해 절개한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 14a는 고정부재를 컨베이어 벨트로 형성하여 "T" 형상으로 배치한 자석회전장치에 있어서 고정부재 및 가동자석의 배치를 설명하기 위한 개요도이고, 도 14b는 평판 형상의 분리부재의 상면에서 피동자석이 회전 및 이동하는 상태를 도시한 상면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 고정부재 및 분리부재를 유연한 재질로 제조하여 사용자가 임의의 형상으로 배치할 수 있는 자석회전장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 구동수단으로서 체인 컨베이어 장치를 이용하는 경우에 고정부재, 가동자석 및 체인의 연결관계를 설명하는 도면이다.
도 17a는 구동수단으로서 크랭크 장치를 이용하는 자석회전장치를 설명하는 개요도이고, 도 17b는 도 17a의 I-I 절개선으로 절개한 단면을 도시하는 단면도이다.
도 18a는 분리부재를 구 형상의 쉘 플레이트로 형성한 자석회전장치의 단면도이고, 도 18b는 분리부재의 외면에 장식물이 부착된 피동자석을 배치한 자석회전장치의 사시도이다.
도 19는 분리부재를 원판 형상의 쉘 플레이트로 형성한 자석회전장치의 단면도이다.
도 20은 분리부재를 원기둥 형상의 쉘 플레이트로 형성한 자석회전장치의 단면도이다.
도 21a는 본 발명에 따른 자석회전장치를 이용한 자동차 완구의 단면도이고, 도 21b는 도 21a에 도시한 자동차 완구의 측단면도이다.
******도면의 주요부분에 대한 도면부호의 설명******
100, 120, 140 : 분리부재
200, 220, 240, 260 : 가동자석
300, 320, 340, 360, 380 : 피동자석
400, 420 : 고정부재
500, 520, 540 : 회전물
본 발명은 자석을 이용한 회전장치에 관한 것으로서, 하나의 가동자석으로 수개의 피동자석을 독립적으로 회전시키는 것이 가능한 자석회전장치 및 이를 이용한 회전장식물에 관한 것이다.
종래 자석을 이용한 회전장치는 구동모터에 의해 가동자석을 회전시킴으로써 가동자석과 자기력에 의해 결합된 피동자석을 회전시키는 구조로 되어 있다. 이러한 구성의 자석회전장치는 회전시키고자 하는 회전물에 구동모터의 출력축을 직접 연결할 수 없는 경우에 주로 사용된다. 예컨대, 구동모터의 출력축과 회전물의 회전축 사이에 중간부재가 개재되는 경우에는, 기어 또는 풀리 등의 동력전달장치 등을 이용하여 모터의 출력축을 회전물의 회전축에 직접 연결할 수 없게 된다. 이와 같은 경우에, 자석을 이용한 회전장치를 사용하면, 자기력에 영향을 주지 않는 비 자성 재질의 중간부재가 가동자석과 피동자석 사이에 개재되어도, 구동모터의 회전력을 가동자석과 자기력에 의해 결합된 피동자석에 전달할 수 있게 된다. 이러한 방식의 회전장치는, 기계장치의 동력전달장치 뿐만 아니라 화학 실험실에서 사용하는 스터링 머신(stirring machine) 및 완구에 이르기까지 널리 사용되고 있다.
그러나, 상술한 방식의 자석회전장치는 하나의 가동자석이 구동모터의 출력축에 연결되어 회전되고, 상기 가동자석에 하나의 피동자석이 자기력에 의해 결합되어 가동자석이 회전됨에 따라 피동자석이 회전되는 구조이다. 즉, 피동자석을 회전시키기 위해서는 가동자석을 모터에 연결하여 회전시켜야 한다. 따라서, 회전시키고자 하는 회전물이 복수개인 경우에는 각각의 회전물에 대응하는 복수개의 가동자석이 필요하고, 복수개의 가동자석들 각각은 기어 또는 풀리 등에 의해 구동모터에 연결되어야 한다.
복수개의 가동자석을 회전시키기 위하여 사용되는 축, 벨트, 기어 또는 체인 등의 부속품들의 개수는 회전물의 개수에 비례하여 증가하게 된다. 따라서, 장치의 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 장치 전체적으로 조립성이 매우 나빠지고, 소음이 많아지며, 부속품들간의 기계적인 마모로 인한 고장이 빈번해진다. 또한 상기 부속품들의 회전마찰에 의한 동력의 손실이 커지게 되므로 에너지 효율이 낮아지게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 가동자석과 자기력에 의해 결합된 복수개의 피동자석을 각각 독립적으 로 회전시키는 것이 가능한 자석회전장치를 제공하는 것이다. 따라서, 하나의 가동자석으로 복수개의 회전물을 회전시킬 수 있으므로, 기계장치에 필요한 부품의 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 복수개의 가동자석을 사용하는 경우에도, 각각의 가동자석들이 개별적으로 모터에 의해 회전되는 것이 아니고, 단지 가동자석과 피동자석 사이에 개재된 분리부재와 상대 이동됨으로써 복수개의 피동자석을 회전시키는 것이 가능한 자석회전장치를 제공하는 것이다. 따라서, 가동자석이 기어, 풀리 등의 부속품에 의해 모터의 출력축에 직접 연결되는 구조가 아니므로, 보다 적은 수의 부품을 사용하여 각각의 회전물에 독립적인 회전력을 전달할 수 있는 동력전달장치를 제공할 수 있다. 나아가, 보다 단순한 구조의 기계장치를 구성할 수 있으며, 장치의 제조 비용이 낮고 에너지 효율이 우수한 회전장치를 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 목적은, 피동자석을 제자리에서 회전시키는 것 뿐만 아니라 회전과 동시에 이동시키는 것이 가능한 자석회전장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 자석회전장치에서는 가동자석이 직접 회전되지 않고 피동자석과 가동자석 사이에 개재된 분리부재와 상대 이동하게 된다. 또한, 피동자석은 가동자석을 따라 분리부재 상에서 이동할 수 있으며 아울러 회전운동을 병행하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 자석회전장치를 완구, 인테리어 장식물, 광고용 간판 등에 사용하는 경우, 입체감 및 생동감 등 다양한 시각적 효과를 표현할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자석회전장치는 비자성 재질의 분리부재, 가동자석 및 피동자석을 기본 구성으로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자석회전장치에 있어서, 가동자석은 분리부재의 일 외면을 따라 분리부재에 대하여 상대 이동이 가능하도록 배치되며, 그 N극 및 S극이 분리부재의 일 외면을 따라 배열된다. 또한, 피동자석은 분리부재의 타 외면에 배치되되 가동자석과 자기력에 의해 결합되는 위치에 배치된다. 이와 같은 자석배치에서, 가동자석 및 분리부재가 상대 이동되면, 피동자석이 분리부재의 타 외면상에서 가동자석을 따라 이동하면서 회전된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자석회전장치는, 적어도 둘 이상의 가동자석을 포함한다. 여기서, 둘 이상의 가동자석 각각의 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극이 분리부재의 일 외면을 따라 배열되도록 배치된다. 또한 피동자석은 둘 이상의 가동자석과 자기력에 의해 결합된다. 이러한 자석배치에서도, 가동자석 및 분리부재가 상대 이동되면, 분리부재의 타 외면 상에서 둘 이상의 가동자석을 따라 이동하면서 회전한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자석회전장치는, 분리부재, 가동자석, 피동자석과 함께 분리부재 상에 배치된 비자성 재질의 격리부재를 더 포함한다. 본 실시예에 따른 자석회전장치에서의 가동자석은 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극이 분리부재의 일 외면을 따라 배열되도록 배치된다. 격리부재는 분리부재 상에 배치되되 가동자석과 대향하는 위치에 배치되고, 가동자석과 분리부재가 상대이동되는 경로를 따라 배치된다. 또한, 피동자석은 격리부재의 일측에 배치되되, 가동자석과 자기력에 의해 결합되는 위치에서 분리부재의 타 외면 상에 배치된다. 따라서, 가동자석 및 분리부재가 상대 이동되면, 피동자석은 가동자석 및 격리부재의 일측면을 따라 이동하면서 회전하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 자석회전장치에 사용되는 가동자석 및 피동자석은 영구자석인 것이 바람직하고, 특히 네오디뮴, 산화철 및 붕소를 주성분으로 한 네오디뮴 자석이 더욱 바람직하다. 가동자석 및 피동자석의 형상에 있어서는 환형, 각형, 링형상 등 다양한 형상을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자석회전장치의 분리부재는 가동자석 및 피동자석의 사이에 개재되어 가동자석과 피동자석이 직접 흡착되는 것을 방지한다. 아울러, 분리부재는 가동자석 및 피동자석의 자기력에 영향을 받지 않는 재료이어야 한다. 예컨대, 분리부재는 알미늄 스텐, 합성수지, 유리 등의 비자성 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 자석회전장치에서, 피동자석이 회전하는 형태는 크게 두가지로 구분할 수 있다. 즉, 피동자석이 분리부재 상에서 이동하는 면과 피동자석의 회전면이 평행한 경우(이하, 수평회전이라 함)와, 피동자석이 분리부재 상에서 이동하는 면과 피동자석의 회전면이 수직한 경우(이하, 구름회전이라 함)가 있다. 수평회전의 경우에는 피동자석의 형상에 제한이 없다. 다시 말해서, 수평회전하는 경우에는 피동자석이 각형의 형상을 갖더라도 무방하다. 그러나, 구름회전의 경우에는 피동자석의 외형은 단면이 원형인 원통형 또는 환형의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 구름회전이 가능한 별도의 회전물 내부에 피동자석을 장착하여 사용하는 경우에는, 피동자석의 단면형상이 반드시 원형일 필요는 없다.
본 발명에 따른 자석회전장치의 가동자석 및 분리부재는 상대 이동됨으로써 서로에 대하여 변위가 가능하게 배치된다. 즉, 가동자석을 고정하고 분리부재를 이동시키거나, 분리부재를 고정하고 가동자석을 이동시키도록 배치된다. 따라서, 본 발명에 따른 자석회전장치는 분리부재 및 가동자석 중 적어도 하나를 구동하여 가동자석을 분리부재에 대하여 상대 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 구동수단을 더 포함할 수 있다. 여기의 구동수단으로서는 컨베이어 장치, 크랭크장치, 캠장치 등이 이용될 수 있다. 또한, 고정부재 및 분리부재 중 어느 하나를 구동모터에 연결된 구동축에 고정하여 회전시킴으로써, 다른 하나에 대해 상대 이동시키는 것도 가능하다.
또한, 복수개의 가동자석을 분리부재에 대하여 이동시키는 경우에는 고정부재를 구비하는 것이 바람직하다. 그리하여, 고정부재를 구동수단에 의해 이동시킴으로써, 복수개의 가동자석을 분리부재에 대하여 동시에 상대 이동시킬 수 있다. 고정부재를 이용하는 경우에는, 고정부재가 분리부재에 대하여 상대 이동이 가능하게 배치된다. 이와 같이, 고정부재를 사용하면 복수개의 가동자석을 일정한 패턴으로 배치할 수 있고, 그에 따라 분리부재의 상면에 복수개의 피동자석을 다양한 패턴으로 배치하여 동시에 여러개의 자석을 회전 및/또는 이동시킬 수 있다.
이하에서는, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 자석회전장치의 각 구성요소들간의 배치관계를 설명한다.
도 1a는 피동자석이 수평회전하는 경우에 있어서 각 구성요소의 배치관계를 보여주는 단면도이다. 도 1a에서 보듯이, 가동자석(200)은 판상의 분리부재(120, 140)의 하면(122, 142)에 인접하게 배치된다. 가동자석(200)은 N극 및 S극이 분리 부재(120, 140)의 하면(122, 142)을 따라 배열되도록 배치된다. 예컨대, 가동자석으로서 양면 2극 자석을 사용하는 경우, N극이 좌측에 S극이 우측에 위치하거나 S극이 좌측에 N극이 우측에 위치하도록 배치된다. 만약, 가동자석으로서 한면 2극 자석을 사용하는 경우에는 N극 및 S극이 형성된 자극면이 분리부재의 하면에 인접하게 배치된다. 다시 말해서, 가동자석의 N극 및 S극이 모두 분리부재의 하면에 인접하도록 배치된다.
가동자석(200)이 인접하게 배치된 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 하면(122, 142)에 대향하는 상면(124, 144)에는 피동자석(320, 340)이 각각 배치된다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 피동자석(320, 340)은 그 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 상면(124, 144)에 흡착된다. 또한, 피동자석(320, 240)은 가동자석(200)과 자기력에 의해 상호작용하도록 배치된다. 따라서, 피동자석(320)의 S극이 가동자석(200)의 N극과 인력을 작용하고 동시에 가동자석(200)의 S극과 척력을 작용하므로, 피동자석(320)이 가동자석(200)의 N극측에 치우쳐서 배치된다. 마찬가지로, 피동자석(340)의 N극은 가동자석(200)의 S극과 인력을 작용하고 동시에 가동자석(200)의 N극과 척력을 작용하므로, 피동자석(340)이 가동자석(200)의 S극측에 치우쳐서 배치된다.
다음으로, 도 1b를 통하여 도 1a에 도시한 자석배치를 가지는 자석회전장치의 작동을 설명한다. 분리부재(120)의 위쪽에서 보았을 때, 피동자석(320)은 가동자석(200)의 일측에 치우쳐서 배치된다. 이와 같은 배치에서, 분리부재(120)가 "A" 방향으로 이동하게 되면, 피동자석(320)은 제자리에서 "C" 방향(즉, 시계방향) 으로 회전하게 된다. 반대로, 가동자석(200)이 "B" 방향으로 이동하게 되면, 피동자석(320)은 가동자석(200)을 따라 "B" 방향으로 이동하면서 "C" 방향으로 회전하게 된다.
피동자석(320)이 회전운동하는 이유는, 가동자석(200)이 미치는 자기 흡인력이 피동자석(320)이 분리부재(120)에 흡착된 면에 고르게 분포되지 않기 때문이다. 즉, 피동자석(320)이 가동자석(200)의 일측에 치우쳐 있으므로, 가동자석(200)에 가까운 피동자석(320)의 일부분에 강한 자기 흡인력이 작용하며, 가동자석(200)과 먼 쪽의 피동자석(320)의 일부분에는 상대적으로 약한 자기 흡인력이 작용하게 된다.
다시 말해서, 가동자석(200)이 피동자석(320)에 미치는 자기 흡인력이 가장 최대인 영역 "M"(도 1b의 빗금친 영역)은 피동자석(320)의 중심으로부터 편심되어 있다. 가동자석(200) 및 분리부재(120)가 상대 이동됨에 따라 피동자석(320)이 분리부재(120) 상에서 이동하게 되고, 이 때 피동자석(320) 및 분리부재(120) 사이에 마찰력이 발생하게 된다. 마찰력은 수직항력에 비례하고, 수직항력은 가동자석(200) 및 피동자석(320) 사이에 작용하는 자기 흡인력에 비례하므로, 피동자석(320)의 "M" 영역에 작용하는 수직항력은 다른 영역에 작용하는 수직항력보다 크게 된다. 따라서, 피동자석(320)에 작용하는 마찰력이 "M" 영역에서 보다 크게 작용하므로, 피동자석(320)에 회전토크가 발생하게 된다. 이와 같은 이유로, 가동자석(200)에 대하여 분리부재(120)가 이동하면, 분리부재(120)의 상면에 배치된 피동자석(320)이 제자리에서 회전운동을 하게 된다. 반대로, 분리부재(120)에 대하 여 가동자석(200)이 이동하면, 피동자석(320)이 회전하면서 가동자석(200)을 따라 이동하게 된다.
본 발명에 따른 자석회전장치에서, 가동자석 및 피동자석 사이에는 자기 흡인력과 반발력이 동시에 작용한다. 따라서, 피동자석은 가동자석과의 사이에 작용하는 자기력이 평형이 되는 위치에 배치되어 있다. 특히, 가동자석이 피동자석에 미치는 자기 흡인력은 피동자석의 일측에 편중되어 강하게 작용한다. 예컨대, 도 1b에 도시한 바와 같이, 피동자석(320)의 영역 "M"에서 보다 강한 자기 흡인력이 작용하게 된다. 이와 같은 피동자석 및 가동자석의 배치관계에 의하여 피동자석의 회전운동이 유도된다. 나아가, 도 1a에서는, 가동자석의 N극 및 S극이 배열된 방향이 분리부재의 하면과 평행하게 배치되어 있으나, 반드시 평행하게 배치될 필요는 없다. 즉, 피동자석에 작용하는 가동자석의 자기 흡인력이 최대인 영역이 피동자석의 회전중심으로부터 편심되도록 배치된다면, 가동자석의 N극 및 S극의 배열방향이 분리부재의 하면과 소정의 각도로 경사지게 배치되어도 무방하다.
또한, 도 1a 및 도 1b에 도시한 자석회전장치에서, 가동자석의 자석의 길이가 짧을수록 피동자석에 작용하는 최대 흡인력 작용 영역이 피동자석의 회전중심으로부터 먼 위치에 형성된다. 따라서, 가동자석 및 분리부재의 상대 이동에 따라 피동자석에 발생하는 회전토크의 크기가 커지므로 피동자석의 회전력이 증가한다.
한편, 하나의 가동자석에 복수개의 회전자석이 배치될 수 있다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 하나의 가동자석의 상측 및 하측에 각각 상측 분리부재(120) 및 하측 분리부재(140)를 배치함으로써, 하나의 가동자석에 대하여 보다 많은 수의 피 동자석이 결합되도록 구성할 수 있다. 즉, 상부 분리부재(120) 및 하부 분리부재(140)에 각각 2개의 피동자석이 배치될 수 있으며, 따라서 하나의 가동자석을 이용하여 동시에 네개의 피동자석을 회전운동시킬 수 있다.
나아가, 복수개의 가동자석을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 복수개의 가동자석을 고정배치하고 또한 분리부재에 대하여 동시에 상대 이동시키기 위한 수단으로서, 고정부재(400)를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 고정부재(400)에 복수개의 가동자석을 소정의 간격으로 이격시켜 배치하고, 각각의 가동자석에 피동자석을 결합시키면 동시에 여러개의 피동자석을 회전시킬 수 있다.
한편, 도 1a에 도시한 바와 같이, 가동자석(200)이 고정부재(400) 내부에 매설되는 경우에는, 고정부재의 일부가 피동자석(320, 340)과 가동자석(200)의 사이에 위치하게 된다. 이 경우, 고정부재가 자성재질로 형성되면 피동자석(320, 340) 및 가동자석(200)의 자기력에 영향을 미치게 된다. 따라서, 고정부재(400)에 가동자석(200)이 매설되어 배치된 경우에는, 합성수지 등과 같은 비자성 재질을 이용하여 고정부재(400)를 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자석회전장치의 분리부재는 가동자석 및 피동자석의 사이에 개재되어 가동자석과 피동자석이 직접 흡착되는 것을 방지한다. 또한, 분리부재는 가동자석 및 피동자석의 자기력에 영향을 받지 않는 재료이어야 한다. 따라서, 분리부재로서는 예컨대, 알미늄 스텐, 합성수지, 유리 등의 비자성 재질로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 도 1a 및 도 1b에서는 분리부재(120, 140)를 판상으로 도시하였으나, 피동자석(320, 340)이 이동할 수 있는 이동면이 형성되어 있다면 그 형상에는 제한을 두지 않는다. 아울러, 각각의 피동자석(320, 340)에 회전물(520, 540)을 부착하면, 회전물(520, 540)이 피동자석(320, 340)을 따라 이동하면서 회전하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 자석회전장치를 생동감있고 시각적 효과가 뛰어난 회전장식물로 응용할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 자석회전장치에서 가동자석, 분리부재 및 고정부재의 배치관계는 도 1a 및 도 1b와 유사하다. 다만, 도 1a 및 도 1b에서의 피동자석(320, 340)은 그 회전면이 분리부재와 평행한 경우(즉, 피동자석이 수평회전하는 경우)에 대한 것이나, 도 2에서는 피동자석의 회전면이 분리부재에 수직한 경우(즉, 피동자석이 구름회전하는 경우)를 도시한다. 이와 같이, 피동자석이 구름회전하는 경우에는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 피동자석으로서 원통형의 양면 2극 자석을 이용하는 것이 바람직하다.
피동자석과 가동자석의 배치관계를 설명하면, 원통형의 피동자석(320, 340)의 외주면이 상측 및 하측 분리부재(120, 140)에 각각 흡착되되, 피동자석(320, 340)의 S극이 가동자석(200)의 N극측을 향하도록 배치되고 피동자석(320, 340)의 N극이 가동자석(200)의 S극측을 향하도록 배치된다. 이러한 배치에서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 분리부재(120, 140)가 "A" 방향으로 이동하면 피동자석(320, 340)은 각각 "C1" 및 "C2" 방향으로 제자리에서 회전운동하게 된다. 반대로, 가동자석(200)이 분리부재(120, 140)에 대하여 "B" 방향으로 이동하게 되면, 피동자석(320, 340)은 가동자석(200)을 따라 이동하면서 각각 "C1" 및 "C2" 방향으로 회전하게 된다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 자석회전장치에서는, 가동자석(200)의 자기 흡인력이 강하게 미치는 피동자석(320, 340)의 일부 영역(M; 빗금친 영역)이 각각 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 상면에 흡착되어 있다. 따라서, 분리부재(120, 140) 및 가동자석(200)이 상대 이동됨에 따라 피동자석(320, 340)이 가동자석(200)을 따라 분리부재(120, 140)의 상면을 이동하게 되고, 이 때 피동자석(320, 340)과 분리부재(120, 140) 사이에 마찰력이 발생하게 된다. 이러한 마찰력으로 인하여 피동자석(320, 340)이 분리부재(120, 140)의 상면에서 회전운동하게 된다.
한편, 도 2a 및 도 2b에서와 같이 구름회전을 위한 자석회전장치에서는, 가동자석 또는 피동자석 중 어느 하나를 자석이 아닌 자성체로 구성하여도 무방하다. 예컨대, 분리부재에 대해 상대 이동이 가능한 고정부재에 가동자석을 수용하고, 상기 가동자석과 인접한 분리부재의 일 외면과 대향하는 타 외면에 자성재질의 회전물을 배치할 수 있다. 이 경우, 상기 회전물은 원통형 또는 구형 형상인 것이 바람직하다. 특히, 상기 회전물이 원통형 형상을 갖는 경우에는, 안정적으로 구름회전될 수 있도록 상기 회전물을 외경보다 길이가 긴 봉형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 배치에서, 고정부재가 분리부재에 대하여 상대 이동하면, 상기 회전물은 가동자석을 따라 분리부재 상에서 이동하면서 구름회전하게 된다.
반대로, 가동자석 대신에 자성 재질로 제조된 가동부재를 고정부재에 수용하여 피동자석을 구름회전시키는 것도 가능하다. 즉, 분리부재에 대하여 상대 이동이 가능한 고정부재 내에 자성 재질의 가동부재를 고정·배치하고, 상기 가동부재가 배치된 분리부재의 일 외면에 대향하는 타 외면에 피동자석을 배치한다. 상기 피동자석은 상기 가동부재와 자기력에 의해 결합되도록 배치된다. 이러한 배치에서, 상기 고정부재 및 상기 분리부재가 상대 이동되면 상기 분리부재의 상기 타 외면 상에서 피동자석이 가동부재를 따라 이동하면서 구름회전하게 된다. 여기서, 피동자석은 원통형의 형상을 갖는 것이 바람직하고, 그 외주면이 분리부재에 흡착되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3a 및 도 3b에 도시한 자석회전장치는 하나의 피동자석에 적어도 둘 이상의 가동자석이 자기력에 의해 결합된 형태를 도시한다. 도 3a에 도시한 자석회전장치는 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 하면을 따라 각각의 N극 또는 S극이 교대로 배치되어 상호 인력이 작용하도록 배열된 3개의 가동자석(220, 240, 및 260)을 포함한다. 즉, 중앙에 배치된 가동자석(220)은 N극이 상측 분리부재(120)를 향하고 S극이 하측 분리부재(140)를 향하도록 배치된다. 또한, 가동자석(220)의 양측에 배치된 가동자석(240, 260)은 S극이 상측 분리부재(120) 를 향하고 N극이 하측 분리부재(140)를 향하도록 배치된다. 또한, 피동자석(320, 340, 360 및 380)은 각각 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 상면에 배치되되, 가동자석들(220, 240 및 260)과 자기력에 의해 상호작용하도록 배치된다.
이러한 자석배치에서, 피동자석(320)은 N극이 가동자석(240)의 S극과 인력을 작용하고 가동자석(220)의 N극과 척력을 작용한다. 따라서, 피동자석(320)은 가동자석(240) 측에 치우쳐서 배치된다. 마찬가지로, 피동자석(340)의 N극은 가동자석(260)의 S극과 인력을 작용하고 가동자석(220)의 N극과 척력을 작용하므로, 피동자석(340)은 가동자석(260) 측에 치우쳐서 배치된다. 마찬가지 이유로, 하측 분리부재(140)에 배치된 피동자석들(360, 380)도 가동자석(220, 260)에 각각 치우쳐서 배치된다.
도 1b에 설명한 자석배치에서와 마찬가지로, 피동자석(320, 340)에 미치는 가동자석들(220, 240 및 260))에 의한 자기 흡인력이 가장 강한 영역(M; 빗금친 영역, 도 3b 참조)은 피동자석(320, 340)의 중심으로부터 편심되어 있다. 그러므로, 도 3b에 도시한 바와 같이, 분리부재(120) 및 가동자석(220, 240 및 260)이 상대 이동되면, 피동자석(320, 340)은 제자리에서 "C1" 또는 "C2" 방향으로 회전하거나 가동자석(220, 240 및 260)을 따라 "B" 방향으로 이동하면서 "C1" 또는 "C2" 방향으로 회전하게 된다. 하측 분리부재(140) 상에 배치된 두 개의 피동자석(360, 380)의 운동형태도 피동자석(320, 340)의 운동형태와 같다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 도시한 자석회전장치에서, 가동자석(240, 260)의 자극면의 면적은 중앙에 배치된 가동자석(220)의 자극면의 면적보다 작다. 따라서, 가동자석의 강한 자기 흡인력이 미치는 피동자석(320, 340)의 영역 "M"이 피동자석(320, 340)의 회전중심으로부터 외주연에 보다 가깝게 된다. 피동자석(320, 340)에 작용하는 회전토크의 크기는 그 회전중심으로부터 작용점까지의 거리가 멀수록 크게 된다. 가동자석 및 분리부재가 상대 이동함에 의해 발생하는 피동자석의 회전토크가 커짐에 따라, 피동자석의 회전력이 커지게 된다.
또한, 도 3a 및 도 3b에서는 3개의 가동자석이 배치된 경우를 도시하였으나, 도 4a에서와 같이 두개의 가동자석을 사용하여도 무방하다. 이와 같이 배치된 가동자석에 대하여 피동자석이 수평회전하도록 배치하는 경우에는, 가동자석의 극성 에 따라 분리부재에 흡착되는 피동자석의 자극면의 극성이 바뀌게 된다. 즉, 두개의 가동자석이 배치된 경우, 각각의 가동자석 측에 치우쳐서 배치된 피동자석은 분리부재에 흡착된 자극면의 극성이 서로 반대가 되도록 배치된다.
또한, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 피동자석(320, 340)은 원통형의 양면 2극 자석을 사용하여 그 외주면이 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 상면에 각각 흡착되도록 배치될 수 있다. 즉, 피동자석(320, 340)은 구름회전하도록 배치될 수 있다. 즉, 피동자석(320)의 N극이 가동자석(220)의 S극을 향하고, 피동자석(320)의 S극이 가동자석(240)의 N극을 향하게 된다. 마찬가지로, 피동자석(340)은 그 S극이 가동자석(220)의 N극을 향하고 그 N극이 가동자석(240)의 S극을 향하도록 배치된다. 이러한 자석배치에서, 분리부재(120, 140) 및 가동자석(220, 240)의 상대 이동에 따라서 피동자석(320, 340)이 회전운동하게 된다. 즉, 분리부재(120, 140)가 "B" 방향으로 이동하면, 피동자석(320, 340)은 제자리에서 "C1" 또는 "C2" 방향으로 구름회전하게 된다. 반대로, 가동자석(220, 240)이 "A" 방향으로 이동하면, 피동자석(320, 340)은 분리부재(120, 140) 상에서 가동자석(220, 240)을 따라 이동하면서 "C1" 또는 "C2" 방향으로 구름회전하게 된다.
한편, 도 3a 및 도 4a에서는 복수개의 가동자석 각각의 N극 및 S극이 교대로 배치되어 상호 인력이 작용하도록 배치한 경우를 도시하였다. 그러나, 복수개의 가동자석들이 서로 척력을 작용하도록 배치하는 것도 가능하다. 즉, 도 5a에 도시한 바와 같이, 두개의 가동자석(220, 240) 각각의 N극이 상측 분리부재(120)를 향 하고 각각의 S극이 하측 분리부재(140)를 향하도록 배치된다. 또한, 두개의 가동자석(220, 240)은 소정의 간격을 두고 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
피동자석(320, 340)은 양면 2극 자석이고 그 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 분리부재(120, 140)의 상면에 배치된다. 즉, 도 5a에서 보듯이, 피동자석(320)의 S극이 상측 분리부재(120)의 상면에 배치되고, 피동자석(340)의 N극이 하측 분리부재(140)의 상면에 배치된다. 여기서, 피동자석(320)의 S극은 가동자석(220)의 N극 및 가동자석(240)의 N극과 인력을 작용하게 된다. 이 경우, 피동자석(320)은 2개의 가동자석(220, 240) 사이의 간격 내에 배치되며 어느 하나의 가동자석에 보다 가깝게 배치된다. 따라서, 보다 가까운 쪽의 가동자석(220)과 피동자석(320) 사이에 작용하는 인력이 먼 쪽의 가동자석(240)과 피동자석(320) 사이에 작용하는 인력보다 크게 된다. 그러므로, 피동자석(320)에 작용하는 가동자석(220, 240)의 자기 흡인력은 피동자석(320)에 고르게 작용하지 않고 일부 영역(M; 빗금친 영역, 도 5b 참조)에 보다 강한 자기 흡인력이 작용하게 된다.
도 5b에 도시한 자석배치에서, 분리부재(120) 및 가동자석(220, 240)이 상대 이동되면, 피동자석(320) 및 분리부재(120) 사이에 작용하는 마찰력은 영역 "M"에서 보다 크게 작용하므로, 피동자석(320)에 회전토크가 발생하게 된다. 따라서, 분리부재(120)가 가동자석(220, 240)에 대하여 "A" 방향으로 이동하면, 피동자석(320)이 제자리에서 "C" 방향으로 회전한다. 반대로, 가동자석(220, 240)이 분리부재(120)에 대하여 "B" 방향으로 이동하면, 피동자석(320)이 가동자석(220, 240)을 따라 "B" 방향으로 이동하면서 "C" 방향으로 회전하게 된다.
도 1 내지 도 5에 도시한 자석회전장치에서는, 피동자석 및 가동자석의 배치를 통하여, 피동자석에 미치는 가동자석의 자기 흡인력이 피동자석의 일부 영역에 보다 강하게 작용하도록 함으로써 피동자석에 회전토크가 발생하도록 유도한다. 마찬가지로, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 분리부재(120, 140)에 상면에 별도의 수단을 배치함으로써, 피동자석이 가동자석의 일측에 편심되게 배치하는 것도 가능하다.
즉, 도 6a에서 보듯이, 가동자석(200)의 N극 및 S극이 각각 상측 및 하측 분리부재(120, 140)를 향하도록 배치하고, 가동자석(200)과 대향하는 위치에서 상측 및 하측 분리부재(120, 140)의 상면에 격리부재(600)를 배치한다. 격리부재(600)는 분리부재(120, 140) 및 가동자석(200)이 상대 이동되는 경로를 따라 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 격리부재(600)는 비자성 재질로 제조되는 것이 바람직하고, 분리부재(120, 140)와 일체로 제조되거나 별도의 부재로 제조되어 분리부재(120, 140)에 부착될 수 있다. 피동자석(320, 340)은 격리부재(600)의 일측 또는 양측에 배치되되, 어느 하나의 자극면이 분리부재(120, 140)의 상면에 흡착되어 가동자석(200)과 자기력에 의해 결합되도록 배치된다. 즉, 피동자석(320, 340)은 수평회전하도록 배치된다.
도 6b에 도시한 자석회전장치에서, 피동자석(320)은 격리부재(600)로 인하여 가동자석(200)의 일측에 치우쳐서 배치된다. 따라서, 가동자석(200)이 피동자석(320)에 미치는 자기 흡인력은 영역 "M"에서 보다 강하게 작용한다. 이러한 자석배치에서, 분리부재(120) 및 가동자석(200)의 상대 이동에 따라 피동자석(320)에 작용하는 마찰력이 영역 "M"에 보다 크게 되므로, 피동자석(320)에 회전토크가 발생하게 된다. 따라서, 분리부재(120)가 가동자석(200)에 대하여 "A" 방향으로 이동하면, 피동자석(320)은 제자리에서 "C" 방향으로 회전하게 된다. 반대로, 가동자석(200)이 분리부재(120)에 대하여 "B" 방향으로 이동하면, 피동자석(320)은 가동자석(200)을 따라 "B" 방향으로 이동하면서 "C" 방향으로 회전하게 된다.
지금까지 본 발명에 따른 자석회전장치의 분리부재, 가동자석 및 피동자석의 다양한 배치관계를 설명하였다. 도 1, 도 3, 도 5 및 도 6을 통해서 피동자석이 수평회전하도록 배치되는 경우의 각 구성요소의 배치관계를 설명하였고, 도 2 및 도 4에서는 피동자석이 구름회전하도록 배치된 경우의 각 구성요소의 배치관계를 설명하였다. 특히, 본 발명에 따른 자석회전장치의 가동자석 및 분리부재는 상대 이동됨으로써 서로에 대하여 변위가 가능하게 배치된다. 즉, 가동자석이 고정되고 분리부재가 이동되거나, 분리부재가 고정되고 가동자석이 이동되도록 배치된다. 따라서, 가동자석을 직접 회전시켜 피동자석에 회전력을 전달하는 것이 아니고, 단순히 가동자석 및 분리부재를 상대 이동시킴으로써 피동자석의 회전운동을 유도하게 된다.
또한, 복수개의 가동자석을 분리부재에 대하여 이동시키는 경우에는 고정부재를 이용하는 것이 바람직하다. 그리하여, 고정부재를 구동수단에 의해 이동시킴으로써, 복수개의 가동자석을 분리부재에 대하여 동시에 상대 이동시킬 수 있다. 고정부재를 이용하는 경우에는, 고정부재가 분리부재에 대하여 상대 이동이 가능하 게 배치된다. 이와 같이, 고정부재를 사용하면 복수개의 가동자석을 일정한 패턴으로 배치할 수 있고, 그에 따라 분리부재의 상면에 복수개의 피동자석을 다양한 패턴으로 배치하여 동시에 여러개의 자석을 회전운동시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7c에는 복수개의 가동자석 및 피동자석이 배치된 자석회전장치를 도시하였다. 도 7a는 복수개의 피동자석이 배치된 자석회전장치의 상면도이고, 도 7b는 도 7a의 I-I 절개선을 따라 절개한 단면도이고, 도 7c는 Ⅱ-Ⅱ 절개선을 따라 절개한 단면도이다. 도 7a 내지 도 7c에 도시한 자석회전장치에서, 복수개의 가동자석(200)이 고정부재(400) 내에 소정의 간격을 두고 이격되어 배치되어 있으며, 각각의 가동자석(200)은 도 1a와 같이 배치되어 있다. 복수개의 피동자석들(320, 340) 각각은 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 분리부재(100)의 상면에 배치된다.
여기서, 피동자석(320)은 분리부재(100)를 경유하여 가동자석(200)과 자기력에 의해 결합된다. 또한, 도 7b에서 보듯이, 하나의 가동자석(200)에 두개의 피동자석(320)이 결합되어 있으며, 피동자석들(320)은 이웃하는 피동자석들(320)과 상호 인력을 작용하도록 배치된다. 아울러, 도 7c에서 보듯이, 가동자석(200)과 결합되지 않은 피동자석(340)을 포함하는 것도 가능하다. 이 경우, 가동자석과 결합되지 않은 피동자석들(340)은 가동자석(200)과 직접 결합된 피동자석들(320)과 연접하여 배치되되, 이웃하여 배치된 피동자석들(320, 340) 사이에 상호 인력을 작용하도록 배치된다. 이와 같이 복수개의 피동자석들(320, 340)이 상호 이웃하게 배치되는 경우에는, 피동자석들(320, 340)의 단면이 원형 형상인 것이 바람직하다. 그리하여, 가동자석(200)과 직접 결합된 피동자석(320)이 회전함에 따라 그에 연접된 피동자석(340)들이 함께 회전하게 된다. 이러한 배치를 통하여 복수개의 피동자석을 회전시키는데 필요한 가동자석의 개수를 줄일 수 있다.
또한, 자극면이 분리부재(100)의 상면에 흡착되도록 배치된 일층의 피동자석들(320, 340) 중에서 서로 이웃하여 배치된 2개의 피동자석들이 연접된 경계부의 상측에 구름회전하는 피동자석들(360)이 배치될 수 있다. 또한, 구름회전용 피동자석들(360)은 원통형 또는 환형 형상을 가지며, 그 외주면이 서로 이웃하는 2개의 피동자석들(320 또는 340)의 상측에 연접하게 배치된다. 이들 구름회전용 피동자석들(360)은 그 회전축이 분리부재(100)의 상면에 평행하게 배치된다. 따라서, 피동자석들(320, 340)이 수평회전하게 되면, 피동자석들(360)이 구름회전하게 된다. 이러한 배치를 통하여, 수평회전하는 피동자석 뿐만 아니라 구름회전하는 피동자석을 동시에 구동시킬 수 있다.
특히, 도 7b 및 도 7c에는 각각의 피동자석들(320, 340 및 360)에 회전축(622, 623) 및 풀리(624)를 연결한 상태를 도시하였다. 도 7b는 수평회전하는 피동자석(320)에 회전축(622)을 설치하여 회전축(622)이 분리부재(100)의 상면에 수직한 방향으로 연장되는 경우이고, 도 7c는 구름회전하는 피동자석(360)에 회전축(623)을 설치하여 회전축(623)이 분리부재(100)의 상면과 평행한 방향으로 연장되는 경우이다. 여기서, 가동자석들(200)이 배치된 고정부재(400)를 고정하고 분리부재(100)를 컨베이어 장치 등을 이용하여 도 7a에 도시한 화살표 "A" 방향으로 이동시키면, 복수개의 피동자석들(320, 340 및 360)이 제자리에서 수평회전하거 나 구름회전하게 된다. 나아가, 각각의 회전축(622, 623)의 일단에 결합된 풀리(624)는 벨트(미도시) 등을 통해 회전력을 전달하고자 하는 기계장치(미도시)에 연결된다. 따라서, 각각의 피동자석들(320, 360)의 회전력이 회전축(622, 623), 풀리(624) 및 벨트를 경유하여 기계장치의 각 회전부재에 전달된다.
도 7a 내지 도 7c에 도시한 자석회전장치는 복수개의 피동자석들(320, 340 및 360) 각각에 회전축(622, 623)이 결합되므로 복수개의 회전축을 요구하는 기계장치에서 동력전달장치로 응용될 수 있다. 또한, 상기 자석회전장치는 서로 수직한 두 종류의 회전축(622, 623)을 제공하므로, 이들을 적절히 이용하여 다양하게 배치된 기계장치들의 각 구성요소에 회전력을 전달할 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 11을 통하여 본 발명에 따른 자석회전장치의 부가적인 구성요소들에 대해 설명한다.
먼저, 도 8은 수평회전하는 피동자석의 회전력을 보강하기 위한 다양한 수단들을 도시한다. 피동자석(320, 340, 360 및 380)의 어느 하나의 자극면이 분리부재(120, 140)에 흡착되어 배치된 경우, 분리부재(120, 140)에 흡착된 피동자석(320, 340, 360 및 380)의 자극면에 마찰부재(640)가 부착된다. 마찰부재(640)는 분리부재(120, 140)와의 마찰계수가 큰 재질로 제조되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 피동자석(320, 340, 360 및 380)과 분리부재(120, 140)의 마찰계수를 크게 함으로써 피동자석(320, 340, 360 및 380)의 회전력을 향상시킬 수 있다. 마찰부재(640)는 별도 부재로 제조된 마찰판을 피동자석(320, 340, 360 및 380)의 일면에 부착하여 형성하거나, 스프레이 등을 이용하여 피동자석(320, 340, 360 및 380)의 일면에 마찰계수가 큰 코팅층을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 도 8에 도시한 자석배치는 도 1a에 도시한 자석배치를 이용한 것인데, 이 경우 하나의 가동자석(200)에 복수개의 피동자석(320, 340, 360 및 380)이 배치될 수 있다. 만약, 두개의 피동자석(320 및 340, 360 및 380)이 연접하여 배치되는 경우, 피동자석(320, 340, 360 및 380)은 원통형 또는 환형의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 원통형의 피동자석(320, 340, 360 및 380)의 외주면에는 마찰링(642)이 외삽될 수 있다. 그리하여, 이웃하는 피동자석들(320 및 340, 360 및 380) 사이의 마찰력이 커지게 되므로 각각의 피동자석들의 회전력이 보강된다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 이웃하는 피동자석들(320 및 340, 360 및 380) 사이에 개재되는 수직마찰판(646)이 분리부재의 상면에 배치될 수 있다. 그리하여, 회전하는 피동자석(320, 340, 360 및 380)들의 회전력을 보강할 수 있다. 수직마찰판(646)은 분리부재(120, 140)로부터 연장되어 일체로 형성되거나, 별도의 부재로 제조된 후 분리부재(120, 140)에 부착되는 것이 가능하다. 또한, 수직마찰판(646)은 가동자석(200)이 분리부재(120, 140)에 대하여 상대 이동되는 경로를 따라 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 9에는 구름회전하는 피동자석(300)의 회전력을 보강하기 위한 수단을 도시한다. 도 9에서 보듯이, 구름회전하는 피동자석(300)의 회전중심 상에 바아(652)를 설치하고, 바아(652)의 일단에 원형 마찰판(654)을 설치한다. 원형 마찰판(654)은 피동자석(300)에 따라 분리부재(120, 140)의 상면을 구름회전하게 되는데, 원형 마찰판(654)의 외주연에 마찰면(656)을 형성하여 분리부재(120, 140)와 의 마찰계수를 높인다. 그리하여, 피동자석(300)이 분리부재(120, 140) 상에서 미끄러지지 않고 안정적으로 회전될 수 있다. 또한, 피동자석(300)의 외주면에 고무 코팅층(658)을 형성하여 피동자석(300)과 분리부재(120, 140) 사이의 마찰력을 향상시키는 것도 가능하다.
도 8 및 도 9에 도시한 마찰부재(640), 마찰링(642), 수직 마찰판(646), 원형 마찰판(654) 및 고무 코팅층(658)은 피동자석의 회전력을 보강하기 위한 수단이다. 이들 회전력 보강수단들을 통하여, 피동자석이 보다 안정적으로 회전운동할 수 있게 된다. 피동자석에 장식물 등의 회전물을 부착하는 경우에는, 회전물의 무게로 인하여 피동자석이 분리부재 상에서 안정적으로 회전하지 못하고 미끄러질 수 있다. 이 경우, 상기 회전력 보강 수단들을 부가하면, 피동자석이 분리부재 상에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 회전물이 중량이 큰 물체이더라도 피동자석이 안정적으로 회전운동할 수 있게 된다.
도 10a는 피동자석(300)이 분리부재(100)에 흡착되는 면에 만곡부(302)를 형성한 예를 도시한다. 이와 같이, 피동자석(300)에 만곡부(302)를 형성하면, 피동자석(300)과 분리부재(100)가 접촉하는 면적이 줄어든다. 따라서, 피동자석(300)이 보다 원활하게 회전할 수 있다. 또한, 피동자석(300) 자체에 만곡부(302)를 형성하지 않더라도, 도 10b와 같이 구형의 모형물(500) 내에 피동자석(300)을 내재시키면 도 10a와 동일한 효과를 얻는다. 이 경우, 모형물(500)의 내면과 피동자석(300) 사이의 마찰력이 적으면, 피동자석(300)이 모형물(500) 내에서 공회전될 수 있다. 따라서, 모형물(500)이 피동자석(300)에 따라 회전하도록 하기 위 해서는, 피동자석(300)의 외면에 고무 코팅제 등을 도포하여 피동자석(300)과 모형물(500) 사이의 마찰계수를 향상시키는 것이 바람직하다.
특히, 도 10b에서와 같이 피동자석(300)을 모형물(500)의 공동안에 배치한 경우에는, 모형물(500)을 가동자석(200)의 좌측 또는 우측에 선택하여 배치할 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 피동자석(300)은 모형물(500)의 상기 공동 내부에서 자유롭게 위치가 변경될 수 있다. 따라서, 모형물(500)을 가동자석(200)의 N극측에 배치하는 경우에는, 피동자석(300)의 S극이 가동자석(200)의 N극과 인력을 작용하도록 위치변경된다. 반대로, 모형물(500)을 가동자석(200)의 S극측에 배치하는 경우에는, 피동자석(300)의 N극이 가동자석(200)의 S극과 인력을 작용하도록 위치변경된다. 그리하여, 본 발명에 따른 자석회전장치를 장식물 또는 완구로 사용하는 경우에, 사용자의 의도에 따라 다양한 위치에 회전물을 배치할 수 있다. 또한, 모형물(500)의 형상에 관하여는 피동자석(300)의 위치가 자유롭게 변경될 수 있는 여유공간을 포함한다면 어떠한 형상이라도 채용가능하다.
본 발명에 따른 자석회전장치에서, 분리부재 상에서 이동하면서 회전하는 피동자석의 운동형태는 크게 두가지의 형태, 즉 수평회전과 수직회전이 가능함은 앞에서 살펴본 바와 같다. 또한, 수평회전의 경우 및 구름회전의 경우에 있어서, 가동자석 및 피동자석의 배치관계는 이미 도 1 내지 도 6을 통해 설명한 바와 같다. 나아가, 도 11에서는 피동자석이 수평회전에서 구름회전으로 위치변환하거나 구름회전에서 수평회전으로 위치변환하는 것이 가능하게 하는 피동자석의 위치변환수단을 도시한다. 도 11a는 피동자석이 분리부재의 상면을 따라 진행하는 경로에 상기 위치변환수단이 배치된 상태를 도시한 상면도이고, 도 11 (a1) 내지 도 11 (a5)는 각각 도 11a의 I-I 내지 Ⅴ-Ⅴ 절단선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 11a에서 보듯이, 분리부재(100) 상면에는 피동자석(300)의 위치변환수단으로서 적어도 일측이 경사지게 형성된 경사돌기부(660)가 형성되어 있다. 보다 자세히 설명하면, 분리부재(100)의 상면에 삼각뿔 형상의 돌기부(660)가 형성되어 있다. 돌기부(660)는 분리부재(100) 및 가동자석(200)이 상대 이동되는 경로를 따라 임의의 위치에 배치된다.
먼저, (I)의 위치에서 구름회전하는 피동자석(300)이 분리부재(100)의 상면을 따라 이동하다가, 돌기부(660)가 형성된 (Ⅱ)의 위치에 다다르게 된다. 이 때, 피동자석(300)은 돌기부(660)에 형성된 경사면(662)에 의해 일측으로 기울어지게 된다. 분리부재(100)가 계속하여 이동하면, 피동자석(300)은 (Ⅲ)의 위치에서와 같이 수평회전하는 배치로 변환된다. 만약, 또 다른 돌기부(660)가 형성된 경우에는 (Ⅳ)의 위치에서 피동자석(300)이 다시 일측으로 기울어진다. 분리부재(100)가 계속 이동하면, 피동자석(300)은 (Ⅴ)의 위치에서와 같이 구름회전되는 배치로 변경된다.
이와 같이, 분리부재(100) 상에 경사돌기부(660)를 형성함으로써, 피동자석(300)을 구름회전하는 위치에서 수평회전하는 위치로 변경하거나, 반대로 수평회전하는 위치에서 구름회전하는 위치로 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자석회전장치를 장식물, 완구 등으로 응용하는 경우에 역동적으로 이동하는 회전물을 표현할 수 있다. 또한, 도 11에 도시한 경사돌기부(660)는 삼각뿔 형상 으로 도시하였으나, 돌기의 모양에 대하여는 다양한 변형이 가능하다.
본 발명에 따른 자석회전장치는 하나의 가동자석 및 하나의 피동자석으로 구성될 수 있으나, 복수개의 가동자석을 고정부재에 고정·배치하여 일체로 구동함으로써, 각각의 가동자석에 결합된 복수개의 피동자석을 동시에 회전운동시키도록 구성될 수도 있다. 이하에서는, 도 12 내지 도 20을 참조하여 고정부재 및 분리부재를 상대 이동시키기 위한 다양한 구동수단에 대하여 설명한다. 이하에서 설명할 구동수단은 일 실시예에 불과하며, 고정부재 및 분리부재를 서로에 대해 상대 이동시킬 수 있는 동력을 제공할 수 있는 구동수단이라면 어떠한 방식이라도 채택가능함을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
먼저, 도 12 내지 도 16에서는 구동수단을 컨베이어 장치로 구성한 예를 도시한다. 이러한 컨베이어 장치는 벨트, 체인 등을 이용하여 여러가지 형태로 구현 될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 고정부재에 대하여 분리부재를 이동시키는 컨베이어 장치를 도시한다. 도 12a 및 도 12b에서 보듯이, 분리부재는 컨베이어 벨트(100)로 형성된다. 상기 컨베이어 벨트는 양 단부가 롤러(712, 714)에 체결되고, 롤러(712, 714)의 양단은 베어링(716)에 의해 지지대(700)에 자유롭게 회전가능하도록 결합된다. 또한, 롤러(712)의 회전축의 일단에 풀리(718)이 결합된다. 풀리(718)는 벨트(미도시)에 의해 구동모터(미도시)와 연결되어 회전될 수 있다. 따라서, 구동모터에 의해 발생되는 회전력이 풀리(718)를 통해 롤러(712)에 전달되어 상기 컨베이어 벨트(100)가 구동된다.
한편, 도 12b에서 보듯이, 컨베이어 벨트(100)의 내측에는 복수개의 가동자석(220)이 소정의 간격으로 배치된 고정부재(400)가 지지대(700)에 고정된다. 고정부재(400)의 외면은 컨베이어 벨트(100)의 내면에 인접하게 배치된다. 이 경우, 고정부재(400)는 컨베이어 벨트(100)가 원활히 이동될 수 있도록 소정의 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 통상의 컨베이어 장치에서와 같이, 컨베이어 벨트(100)의 처짐 방지 및 원활한 이동을 위하여, 컨베이어 벨트(100) 사이에 롤러(420)를 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 롤러(420)의 내부에 가동자석(240)을 배치하여 고정부재로 이용할 수도 있다.
나아가, 가동자석(220, 240) 및 피동자석(320, 340)의 자석배치는 도 1 내지 도 6에서 설명한 자석배치가 그대로 적용될 수 있다. 도 12a 및 도 12b에서, 가동자석(220) 및 피동자석(320)은 수평회전하는 경우의 자석배치를 따라 배치되어 있고, 가동자석(240) 및 피동자석(340)은 구름회전하는 경우의 자석배치를 따라 배치되어 있다.
도 12a 및 도 12b에 도시한 자석회전장치에서는, 고정부재가 고정되고 분리부재가 고정부재에 대하여 이동되는 컨베이어 벨트로 구성된다. 예컨대, 컨베이어 벨트(100)가 도 12b에 도시한 바와 같이 화살표 "A" 방향으로 이동하면, 복수개의 피동자석(300)들이 제자리에서 회전운동하게 된다. 또한, 복수개의 가동자석들(220, 240)을 고정부재(400, 420) 내에 다양한 패턴으로 배치하면, 복수개의 피동자석들(320, 340)을 여러가지 패턴으로 배치할 수 있게 된다. 나아가, 피동자석들(320, 340) 각각에 다양한 형상의 회전물을 부착하여, 본 발명에 따른 자석회저장치를 완구, 인테리어 장식물, 광고용 간판 등으로 응용할 수 있다. 예컨대, 도 12a에 도시한 바와 같이, 피동자석들(320, 340)이 "KR"이라는 문자를 이루도록 패턴을 형성하고, 각각의 피동자석(320, 340)에 다양한 회전물(500)을 배치할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 분리부재를 고정하고 고정부재를 이동시키는 컨베이어 장치를 도시한다. 즉, 고정부재가 복수개의 가동자석(200)이 수용된 컨베이어 벨트(400)로 제조된다. 컨베이어 벨트(400)의 양단은 롤러(712, 714)에 체결되고, 롤러(712)의 회전축의 일단에 풀리(718)가 결합된다. 풀리(718)는 벨트(미도시)에 의해 구동모터에 연결된다. 분리부재(100)는 컨베이어 벨트로 제조된 고정부재(400)의 외면을 덮는 케이스로 형성된다. 구동모터에 의해 발생되는 회전력이 풀리(718)를 통해 롤러(712)에 전달되며, 그리하여 컨베이어 벨트(400)가 분리부재(100)에 대하여 이동된다. 따라서, 분리부재(100)의 외면에 배치된 피동자석(300)이 가동자석(200)을 따라 이동하면서 회전운동하게 된다.
도 14a 및 도 14b는 고정부재를 컨베이어 장치로 구동하는 다른 실시예를 도시한다. 도 14a에서 보듯이, 복수개의 롤러(722)를 이용하여 컨베이어 벨트(400)로 형성된 고정부재가 다양한 패턴을 이루도록 배치할 수 있다. 여기서, 분리부재(100)는 고정부재(400)와 인접한 위치에서 고정부재(400)를 덮는 평판으로 형성된다. 또한, 고정부재(400)는 분리부재(100)의 하부에서 일정한 패턴을 이루도록 배치된다.
컨베이어 벨트로 형성된 고정부재(400)가 구동롤러(720)에 의해 화살표 "B" 방향으로 이동하게 되면, 분리부재(100)의 외면에 배치된 피동자석(300)들이 가동자석(200)을 따라 이동하면서 회전하게 된다. 도 14b는 분리부재(100)의 외면에 배치된 피동자석들(300)이 "Ｔ" 형상을 이루면서 회전이동하는 상태를 도시하였다. 이와 같이, 본 발명에 따른 자석회전장치를 이용하여 다양한 형상을 갖는 인테리어 장식물 또는 광고용 간판을 제작할 수 있다.
한편, 도 15a에서 보듯이, 분리부재를 관 형상으로 제조하고 그 내부에 형성된 공동에 고정부재를 내삽하는 것도 가능하다. 고정부재(400)에는 복수개의 가동자석(200)이 배치되고, 관 형상의 분리부재(100)의 일 외면을 따라 복수개의 피동자석(300)이 배치된다. 또한, 도 15b에서 보듯이, 고정부재(400)가 내삽된 분리부재(100)를 베이스 기판(740)에 일정한 간격으로 형성된 걸림핀(748)에 임의의 형상으로 배치하는 것이 가능하다. 이 경우, 고정부재(400) 및 분리부재(100)를 유연한 재질로 제조하면, 사용자가 원하는 형상으로 다양하게 배치할 수 있다.
고정부재(400)는 벨트(744)에 의해 모터(746)와 연결된 구동롤러(742)에 체결된다. 이 경우, 구동롤러(742)에 체결되는 고정부재(400)의 일측면에 톱니(미도시)를 형성할 수 있다. 이 때, 관 형상의 분리부재(100)는 구동롤러(742)에 연접하는 부위가 개방되어, 고정부재(400)의 일면에 형성된 톱니가 구동롤러(742)의 톱니와 결합되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 15c에 도시한 바와 같이, 고정부재(400)가 관 형상의 분리부재(100)의 내부에서 보다 원활하게 이동될 수 있도록, 분리부재(100)의 공동 내부에 롤러(750)를 배치하는 것이 바람직하다. 참고로, 도 15c는 분리부재(100) 의 내부에 롤러(750)를 배치한 경우 도 15a의 I-I 절개선을 통해 절개한 단면을 도시한다.
한편, 도 12 내지 도 15에서는 복수개의 가동자석이 고정부재의 내부에 매설되어 배치되는 경우를 도시하였다. 이러한 경우에, 고정부재를 자성재료로 형성하게 되면 피동자석 및 가동자석 사이의 존재하는 자성재료로 인하여 피동자석의 회전운동이 방해받게 된다. 따라서, 가동자석이 고정부재의 내부에 매설된 경우에는 고정부재를 비자성 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 도 16에서와 같이, 철재 체인 컨베이어 장치를 사용하는 경우에, 고정부재(400)의 상부에 가동자석(200)을 배치하면 고정부재(200)가 자성체, 예컨대 철판인 경우에도 사용가능하다. 즉, 체인(760)에 고정부재로 사용되는 지지판(400)을 설치하고, 그 상부에 가동자석(200)을 배치한 후, 분리부재(미도시)를 가동자석(200)의 상측에 인접하게 배치하는 것도 가능하다.
지금까지 설명한 컨베이어 방식의 구동수단은 분리부재 및 고정부재 중 어느 하나만을 구동하는 경우이나, 분리부재 및 고정부재를 동시에 구동하는 것도 가능하다. 예컨대, 분리부재 및 고정부재를 모두 컨베이어 벨트로 구성하고, 양자를 서로 반대방향으로 구동하는 것도 가능하다. 또한, 분리부재 및 고정부재가 동일한 방향으로 구동되는 경우라도, 이동속도를 서로 다르게 제어함으로써 상대적 변위가 가능하게 구성할 수도 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 자석회전장치의 구동수단으로서 크랭크 장치를 이용한 예를 도시한다. 도 17a 및 도 17b에서 보듯이, 복수개의 가동자석(220, 240)이 배치된 고정부재(400)는 그 외면을 둘러싸고 있는 분리부재(100)의 내부에 위치한다. 구동수단으로는 모터(미도시)의 구동축을 크랭크 축(780)으로 형성하고, 크랭크 암(782)에 연접봉(784)의 일단을 핀(786)으로 결합한다. 연접봉(784)의 타단은 고정부재(400)의 일단부에 핀(788)으로 결합한다. 이와 같은 구성을 통하여 모터가 회전함에 따라 고정부재(400)가 왕복운동하게 된다.
또한, 도 17b에서 보듯이, 피동자석(320, 340)은 분리부재(100)를 경유하여 가동자석(220, 240)과 자기력에 의해 결합되어 있다. 여기서, 피동자석(320)은 수평회전하도록 배치되고, 피동자석(340)은 구름회전하도록 배치된다. 이와 같은 구성의 자석회전장치에서, 고정부재(400)가 왕복운동함에 따라 피동자석(320, 340)은 가동자석(220, 240)을 따라 왕복운동함과 동시에 회전운동하게 된다.
도 17a 및 도 17b에서 보듯이, 모터의 회전력을 왕복운동으로 변환시키는 운동변환장치를 통하여, 고정부재 또는 분리부재를 상대 이동시키는 것이 가능하다. 도 17a 및 도 17b에서는 고정부재가 왕복운동하는 예를 도시하였으나, 반대로 분리부재를 왕복운동시키는 구성도 가능하다. 또한, 상기 운동변환장치로서는 크랭크 장치 이외에도 캠장치 또는 이와 유사한 장치를 이용할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 분리부재를 속이 빈 구형상으로 구성한 예를 도시한다. 도 18a에서 보듯이, 분리부재(100)는 속이 빈 쉘 플레이트로 형성되고, 그 내부의 공동에 구 형상의 고정부재(400)를 배치한다. 고정부재(400)의 외주면 상에는 분리부재(100)의 내면과 인접하게 복수개의 가동자석(200)이 배치된다. 또한, 복수 개의 가동자석(200) 각각에 대향하는 위치에서, 분리부재(100)의 외면에 복수개의 피동자석(320, 340)이 가동자석(200)과 자기력에 의해 결합되도록 배치된다.
도 18a에 도시한 자석회전장치에서는, 지지대(800)의 하부에 구동모터(820)가 장착된다. 고정부재(400)는 구동모터(820)의 출력축과 연결된 구동축(822)에 고정된다. 따라서, 구동모터(820)가 구동하면 고정부재(400)는 분리부재(100)의 내면을 따라 회전하게 된다. 나아가, 피동자석(320, 340)은 분리부재(100)의 외면 상에서 자전하면서 가동자석(200)을 따라 원주운동을 하게 된다. 여기서, 피동자석(320)은 수평회전하도록 배치되고, 피동자석(340)은 구름회전하도록 배치되어 있다. 도 18b는 도 18a에 도시한 자석회전장치를 이용하여 제작된 회전장식물을 도시한다. 도 18b를 통해 알 수 있듯이, 각각의 피동자석에 여러가지 모양의 장식물(500)을 부착할 수 있으며, 또한 사용자가 원하는 패턴을 형성하여 완구, 인테리어 장식물, 광고용 간판 등에 응용할 수 있다.
도 19는 분리부재를 원판형의 쉘 플레이트로 구성한 예를 도시한다. 도 19에 도시한 자석회전장치의 기본 구성은 도 18a에 도시한 자석회전장치와 유사하다. 다만, 분리부재(100)를 원판 형상의 쉘 플레이트로 형성하고, 그 내부에 형성된 공동에 원판 형상의 고정부재(400)를 배치한다. 고정부재(400)는 지지대(800)에 장착된 모터(820)의 구동축(822)에 고정되고, 모터(820)가 구동되면 분리부재(100)의 내면을 따라 회전하게 된다. 이와 같은 구성의 자석회전장치에서, 분리부재(100)의 외면 상에 배치된 피동자석(300)은 고정부재(400)에 배치된 가동자석(200)을 따라 자전하면서 원주운동하게 된다.
도 20에서는 분리부재를 원기둥 형상의 쉘 플레이트로 구성한 예를 도시한다. 도 20에 도시한 자석회전장치의 기본 구성은 도 18a 및 도 19에 도시한 자석회전장치와 유사하다. 다만, 원기둥 형상의 쉘플레이트로 구성된 분리부재(100)가 구동축(822)에 연결되거나, 분리부재(100)의 내부에 배치된 고정부재(400)가 구동축(400)에 연결될 수 있다는 점에서 차이가 있다.
즉, 분리부재(100)를 회전시키고자 하는 경우에는, 지지대(800)에 고정된 하부 고정나사(842)를 풀고 상부 고정나사(844)를 구동축(822)에 고정한다. 이 때, 구동축(822)에 고정된 상부 고정나사(848)를 풀고 하부 고정나사(846)를 지지대(800)에 고정하여, 고정부재(400)를 지지대(800)에 고정한다. 반대로, 고정부재(400)를 회전시키고자 하는 경우에는, 지지대(800)에 고정된 하부 고정나사(846)를 풀고 상부 고정나사(848)를 구동축(822)에 고정한다. 이 때, 구동축(822)에 고정된 상부 고정나사(844)를 풀고 하부 고정나사(842)를 지지대(800)에 고정하여, 분리부재(100)를 지지대(800)에 고정한다. 이와 같은 방식으로, 분리부재(100) 또는 고정부재(400)를 구동축(822)에 선택적으로 연결하여 회전시킬 수 있다.
분리부재(100)를 구동축(822)에 연결하고 고정부재(400)를 지지대(800)에 고정한 경우에는, 분리부재(100)의 외면에 배치된 피동자석(300)이 제자리에서 자전하게 된다. 반대로, 고정부재(400)를 구동축(822)에 연결하고 분리부재(100)를 지지대(800)에 고정한 경우에는, 피동자석(300)이 분리부재(100)의 외면상에서 자전하면서 가동자석(200)을 따라 원주운동하게 된다.
도 21a 및 도 21b는 본 발명에 따른 자석회전장치를 이용하여 분리부재 상에서 이동하는 자동차 완구를 도시한다. 가동자석(200) 및 피동자석(300)은, 예컨대 도 2에 도시한 자석배치와 같이, 피동자석(300)이 분리부재(100)의 외면 상에서 구름회전하도록 배치된다. 여기서, 두개의 피동자석(300)을 한쌍으로 하여 자동차의 바퀴를 구성한다. 또한, 두개의 피동자석(300)의 회전중심에는 축(900)이 연결된다. 축(900)은 크랭크 암(920)과 연결된 크랭크 축으로 형성된다. 나아가, 자동차 케이스(926)의 상면에는 인형(922)이 배치되고, 인형의 팔(928)이 크랭크 암(920)과 핀(924)에 의해 연결된다.
도 21a 및 도 21b에 도시한 자동차 완구에서, 고정부재(400)가 분리부재(100)에 대하여 이동하게 되면, 피동자석(300)이 분리부재(100) 상에서 고정부재(400)에 배치된 가동자석(200)을 따라 이동하면서 구름회전하게 된다. 따라서, 상기 자동차 완구는 피동자석(300)이 구름회전함에 따라 분리부재(100) 상에서 굴러가게 된다. 또한, 피동자석(300)에 연결된 크랭크 장치(900, 920)에 의해, 인형(922)의 팔(928) 및 인형(922)의 머리가 상하로 움직이게 된다. 나아가, 분리부재(100) 및 고정부재(400)를 도 15a 내지 도 15c에 도시한 바와 같은 컨베이어 장치로 구성하면, 보다 재미있는 자동차 완구를 제작할 수 있다. 아울러, 도 21a 및 도 21b에서는 구름회전하는 피동자석에 크랭크 축을 부착한 예를 도시하였으나, 수평회전하는 피동자석에 크랭크 축을 부착하여 모빌 완구를 제작하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 자석회전장치는 적어도 하나의 가동자석과 자기력에 의해 결합된 복수개의 피동자석을 각각 독립적으로 회전시키는 것이 가능하게 한다. 따라서, 하나의 가동자석으로 복수개의 회전물을 회전시킬 수 있으므로, 기계장치에 필요한 부품의 갯수를 줄일 수 있다.
또한, 복수개의 가동자석을 사용하여 본 발명에 따른 자석회전장치를 구성하는 경우에도, 각각의 가동자석들이 개별적으로 모터에 의해 회전되는 것이 아니고, 단지 가동자석과 피동자석 사이에 개재된 분리부재와 상대 이동됨으로써 복수개의 피동자석을 회전시키게 된다. 즉, 본 발명에 따른 자석회전장치에서는, 동력을 지속적으로 제공할 수 있는 모터 등과 같은 구동수단을 통하여, 가동자석(또는 고정부재)을 분리부재에 대하여 상대 이동시키고, 이를 통해 피동자석이 회전될 수 있게 한다. 따라서, 각각의 가동자석이 기어, 풀리 등의 부속품에 의해 모터의 출력축에 직접 연결되는 구조가 아니므로, 보다 적은 수의 부품을 사용하여 각각의 회전물에 독립적인 회전력을 전달할 수 있는 동력전달장치를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 자석회전장치를 복수개의 회전축이 필요한 기계장치에 응용하는 경우에, 보다 단순한 구조의 기계장치를 구성할 수 있으며, 장치의 제조 비용이 낮고 에너지 효율이 우수한 동력전달장치로서 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 자석회전장치는 피동자석을 제자리에서 회전시키는 것 뿐만 아니라 회전과 동시에 이동시키는 것이 가능하게 한다. 즉, 가동자석이 회전운동하지 않고 피동자석과 가동자석 사이에 개재된 분리부재와 상대 이동하게 된다. 또한, 가동자석 및 분리부재가 상대 이동되는 경로를 다양하게 구성할 수 있다. 예컨대, 직선운동, 원주운동, 왕복운동, 곡선운동 등 다양한 이동경로를 구성할 수 있다. 이와 같이, 피동자석은 모터의 구동축과 직접 연결되지 않고 가동자석을 따라 다양한 경로를 이동하면서 회전운동을 병행하게 된다. 따라서, 본 발 명에 따른 자석회전장치를 완구, 인테리어 장식물, 광고용 간판 등에 사용하는 경우, 입체감 및 생동감 등 다양한 시각적 효과를 표현할 수 있다. 특히, 분리부재 및 고정부재를 투명한 재질로 제조하면 본 발명에 따른 자석회전장치를 조명기구가 부착된 장식물로서도 응용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자석회전장치에서 분리부재 및 가동자석(또는 고정부재)를 상대 이동시키는 구동수단으로는 다양한 장치가 응용될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 자석회전장치는 외부에서 공급되는 동력원이 없이 동작될 수는 없으므로, 구동수단은 적어도 분리부재 또는 가동자석(또는 고정부재)를 구동할 수 있는 구동력을 제공할 수 있어야 한다. 예컨대, 사용자가 손으로 직접 가동자석(또는 고정부재) 및 분리부재 중 어느 하나를 구동하는 것도 가능하다. 그러나, 모터 등에 연결된 컨베이어 장치, 크랭크 장치 등을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 자석회전장치는 다수의 회전축을 필요로 하는 기계장치의 동력전달장치로서 뿐만 아니라, 완구, 의상의 장식물, 실내 장식, 광고용 간판 등에 광범위하게 응용될 수 있다.
이상의 설명을 통하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현가능함을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (43)

  1. 비자성 재질의 분리부재;
    상기 분리부재의 일 외면을 따라 배치되고 상기 분리부재에 대해 상대 이동이 가능한 고정부재;
    상기 고정부재에 수용되고, 그 N극 및 S극이 상기 분리부재의 상기 일 외면을 따라 배열되도록 배치된 적어도 하나의 가동자석;
    상기 분리부재의 타 외면에 배치된 적어도 하나의 피동자석으로서, 상기 적어도 하나의 가동자석과 자기력에 의해 결합되되 상기 피동자석에 미치는 상기 가동자석의 자기 흡인력이 최대인 최대 흡인력 작용영역이 상기 피동자석의 회전중심으로부터 편심되게 배치되며, 상기 고정부재 및 상기 분리부재가 상대 이동되면 상기 분리부재의 상기 타 외면상에서 상기 적어도 하나의 가동자석을 따라 이동하면서 회전하는, 상기 적어도 하나의 피동자석; 및
    상기 고정부재 및 상기 분리부재 중 적어도 하나를 구동하여 상기 적어도 하나의 가동자석을 상기 분리부재에 대해 상대 이동시키는 구동력을 제공하는 구동수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피동자석은 양면 2극 자석이고, N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 피동자석은 원통형의 양면 2극 자석이고, 그 외주면이 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  8. 비자성 재질의 분리부재;
    상기 분리부재의 일 외면을 따라 배치되고 상기 분리부재에 대해 상대 이동이 가능한 고정부재;
    상기 고정부재에 수용되고, 각각의 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극이 상기 분리부재의 일 외면을 따라 배열되도록 배치된 적어도 둘 이상의 가동자석;
    상기 분리부재의 타 외면에 배치된 적어도 하나의 피동자석으로서, 상기 적어도 둘 이상의 가동자석과 자기력에 의해 결합되되 상기 피동자석에 미치는 상기 적어도 둘 이상의 가동자석의 자기 흡인력이 최대인 최대 흡인력 작용영역이 상기 피동자석의 회전중심으로부터 편심되게 배치되며, 상기 고정부재 및 상기 분리부재가 상대 이동되면 상기 분리부재의 상기 타 외면상에서 상기 적어도 둘 이상의 가동자석을 따라 이동하면서 회전하는 적어도 하나의 피동자석; 및
    상기 고정부재 및 상기 분리부재 중 적어도 하나를 구동하여 상기 적어도 둘 이상의 가동자석을 상기 분리부재에 대해 상대 이동시키는 구동력을 제공하는 구동수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 가동자석은 양면 2극 자석이고, 각각의 가동자석들이 상호 인접하게 배치되되 N극 및 S극이 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 피동자석은 양면 2극 자석이고, 그 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 가동자석은 자극면의 면적이 큰 가동자석과 자극면의 면적이 작은 가동자석을 포함하며, 상기 피동자석은 자극면이 작은 가동자석 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 피동자석은 원통형의 양면 2극 자석이고, 그 외주면은 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 피동자석과 자기력에 의해 결합된 두 개의 가동자석을 포함하고,
    상기 두 개의 가동자석은 동일 극성의 자극이 상기 분리부재의 상기 일 외면에 인접하게 배치되되, 상기 두 개의 가동자석 사이에 간격을 두고 배치되고,
    상기 피동자석은 양면 2극 자석이고, N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되고, 상기 두 개의 가동자석의 상기 간격 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  16. 비자성 재질의 분리부재;
    상기 분리부재의 일 외면을 따라 배치되고 상기 분리부재에 대해 상대 이동이 가능한 고정부재;
    상기 고정부재에 수용되고, 각각의 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극이 상기 분리부재의 상기 일 외면을 따라 배열되도록 배치된 적어도 하나의 가동자석;
    상기 가동자석과 대향하는 위치에서 상기 분리부재의 타 외면에 배치되되 상기 적어도 하나의 가동자석이 상기 분리부재에 대하여 상대 이동되는 경로를 따라 배치된 비자성 재질의 격리부재;
    상기 분리부재의 상기 타 외면상에서 상기 격리부재의 일측에 배치되되 상기 가동자석과 자기력에 의해 결합된 적어도 하나의 피동자석으로서, 상기 피동자석은 원통형의 양면 2극 자석이고, 그 N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되게 배치되고, 상기 고정부재 및 상기 분리부재가 상대 이동되면 상기 분리부재의 상기 타 외면상에서 상기 적어도 하나의 가동자석을 따라 이동하면서 회전하는, 적어도 하나의 피동자석; 및
    상기 고정부재 및 상기 분리부재 중 적어도 하나를 구동하여 상기 적어도 하나의 가동자석을 상기 분리부재에 대해 상대 이동시키는 구동력을 제공하는 구동수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 1 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 10 항, 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동수단은 컨베이어 장치인 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 분리부재는 컨베이어 벨트이고,
    상기 고정부재는 상기 컨베이어 벨트의 내측에 배치되며,
    상기 구동수단은 상기 분리부재를 이동시키는 벨트 컨베이어 장치인 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 고정부재는 벨트 컨베이어 롤러인 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 고정부재는 컨베이어 벨트이고,
    상기 분리부재는 상기 고정부재의 외면을 덮도록 배치되고,
    상기 구동수단은 상기 고정부재를 이동시키는 벨트 컨베이어 장치인 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 분리부재는 상기 고정부재가 내삽가능한 관 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 분리부재의 내부에서 상기 고정부재와 연접되는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 구동수단은 체인을 포함하는 체인 컨베이어 장치이고,
    상기 고정부재는 그 하면이 상기 체인에 고정되며 그 상면에 상기 가동자석이 배치된 지지판이고,
    상기 분리부재는 상기 가동자석에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  28. 제 1 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 10 항, 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동수단은 구동모터 및 상기 구동모터의 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 운동변환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  29. 삭제
  30. 제 1 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 10 항, 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동수단은 구동모터 및 상기 구동모터에 의해 회전되는 구동축을 포함하고,
    상기 분리부재는 내부에 공동이 형성된 쉘 플레이트이고,
    상기 고정부재는 상기 분리부재의 상기 공동에 배치되되 상기 분리부재의 내측면에 인접하게 배치되고,
    상기 분리부재 및 상기 고정부재 중 적어도 하나가 상기 구동축에 연결되어 회전되는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 제 1 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 10 항, 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분리부재의 상기 타 일면 상에 적어도 일측이 경사지게 형성되어 상기 피동자석의 위치를 변환시키는 경사돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
  37. 삭제
  38. 제 1 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 10 항, 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 기재된 바와 같은 자석회전장치; 및
    상기 자석회전장치 내의 피동자석으로부터 연장된 크랭크축에 결합되는 회전물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전장식물.
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 비자성 재질의 분리부재;
    상기 분리부재의 일 외면을 따라 배치되고 상기 분리부재에 대해 상대 이동이 가능한 고정부재;
    상기 고정부재에 수용되고, 각각의 N극 및 S극이 상기 분리부재의 상기 일 외면을 따라 배열되도록 배치된 복수개의 가동자석;
    상기 분리부재의 타 외면에 상호 이웃하게 배치되고, 상기 복수개의 가동자석 중 어느 하나와 자기력에 의해 결합되며, N극 및 S극 중 어느 하나의 자극면이 상기 분리부재의 상기 타 외면에 흡착되고, 상기 고정부재 및 상기 분리부재가 상대 이동되면 상기 분리부재의 상기 타 외면상에서 상기 가동자석을 따라 이동하면서 회전하는 복수개의 제1 원형 피동자석;
    상기 복수개의 제1 원형 피동자석 중에서 서로 이웃하는 두개의 제1 원형 피동자석들의 상측에 배치되고, 그 외주면이 상기 두개의 제1 원형 피동자석들과 연접하게 배치된 복수개의 제2 원형 피동자석; 및
    상기 분리부재 및 상기 고정부재 중 적어도 하나를 구동하여 상기 복수개의 가동자석을 상기 분리부재에 대하여 상대 이동시키는 구동력을 제공하는 구동수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석회전장치.
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