KR100878619B1 - 전자석을 이용한 공중 부양 회전 장치 및 그 회전 방법 - Google Patents

전자석을 이용한 공중 부양 회전 장치 및 그 회전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자석을 이용한 공중 부양 회전 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공중 부양 회전 장치는, 공중 부양 대상 물체의 위쪽에 위치하며, 대상 물체의 상단에 부착된 제1 영구 자석을 감지하는 제1 센서와 제1 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제1 전자석을 포함하는 부양부, 대상 물체의 측단에 부착된 제2 또는 제3 영구 자석을 감지하는 제2 센서와 제2 또는 제3 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제2 전자석을 포함하는 제1 회전부, 제2 또는 제3 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제3 전자석을 포함하는 제2 회전부, 그리고 제1 및 제2 센서에서 감지된 신호에 따라 제1 내지 제3 전자석의 극성 또는 자기장의 세기를 조절하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 제1 센서로부터 감지 신호를 수신하면 제1 전자석을 제1 영구 자석과 인력이 발생하도록 제어하여 대상 물체가 공중 부양 되도록 한다. 본 발명에 따르면, 공중 부양된 대상 물체를 일 방향 또는 양 방향으로 회전시킬 수 있으므로, 시각적인 효과와 더불어 다양한 인테리어로서 활용 가치가 높다. 또한, 대상 물체가 지구본일 경우, 어린이들을 위한 교육용 자료로 유용하며, 산업용으로도 다양한 활용이 가능하다.
공중 부양, 전자석, 영구 자석

Description

전자석을 이용한 공중 부양 회전 장치 및 그 회전 방법{LEVITATION ROTATION APPARATUS USING ELECTROMAGNET AND ROTATION METHOD THEREOF}
본 발명은 공중 부양 회전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공중 부양된 대상 물체를 회전시킬 수 있는 전자석을 이용한 공중 부양 회전 장치 및 그 회전 방법에 관한 것이다.
공중 부양이란 중력에 대항하여 안정된 위치에서 물리적인 접촉점이 없이 공중에 떠있는 과정을 의미하며, 최근에는 전자석에 의해 발생된 인력 또는 척력을 통하여 물체를 비접촉 방식으로 소정 위치에 공중 부양 시키는 공중 부양 장치가 개발되고 있다.
일반적으로 공중 부양 장치는 공중 부양의 목적물인 자화 가능한 대상 물체와의 거리를 감지하여 거리 신호를 발생시키며, 해당 거리 신호에 대응하여 전자석을 통해 흐르는 교류 전류의 위상과 주파수를 제어하여, 물체가 전자석 사이의 소정 위치에 공중 부양되도록 한다. 이와 같이 공중 부양 장치는 전자석을 이용하는 방법뿐만 아니라 정전기, 공압, 음파, 광 등을 이용하여 다양한 형태로 제작되고 있다.
최근에는 공중 부양을 이용한 자기 부상 열차부터 학습용 교재로 사용되는 공중 부양 지구본 등 교육은 물론 산업용으로서 다양한 형태의 제품이 상용화되고 있다. 특히 공중 부양 지구본의 경우는 여러 사람들이 쉽게 접할 수 있으므로 호기심을 자아내게 하며, 어린이들로 하여금 과학의 원리를 알게 하고 과학에 관심을 갖게 하여 두뇌 회전에도 많은 도움을 줄 수 있다.
한편, 종래 기술에 따르면 공중 부양 장치는 대상물을 공중 부양만 시키므로, 대상물이 정적인 상태로 부양되므로 사람들로 하여금 흥미와 관심을 지속적으로 끄는데 어려움이 있다. 특히, 주의가 산만하고 집중력이 낮은 어린이들에게는 처음의 신기함이 감소될 가능성이 있다. 따라서, 어린이를 비롯한 많은 사람들에게 더욱 큰 흥미와 관심을 끌기 위해서 공중 부양 장치에 대한 다양한 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공중 부양된 대상물의 회전이 가능한 공중 부양 회전 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치는, 공중 부양 대상 물체의 위쪽에 위치하며, 상기 대상 물체의 상단에 부착된 제1 영구 자석을 감지하는 제1 센서와 상기 제1 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제1 전자석을 포함하는 부양부, 상기 대상 물체의 측단에 부착된 제2 또 는 제3 영구 자석을 감지하는 제2 센서와 상기 제2 또는 제3 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제2 전자석을 포함하는 제1 회전부, 상기 제2 또는 제3 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제3 전자석을 포함하는 제2 회전부, 그리고 상기 제1 및 제2 센서에서 감지된 신호에 따라 상기 제1 내지 제3 전자석의 극성 또는 자기장의 세기를 조절하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 센서로부터 감지 신호를 수신하면 상기 제1 전자석을 상기 제1 영구 자석과 인력이 발생하도록 제어하여 상기 대상 물체가 공중 부양 되도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치의 회전 방법은, 공중 부양 대상 물체의 위쪽에 위치하는 제1 센서로부터 상기 대상 물체의 상단에 부착된 제1 영구 자석의 감지 신호를 수신하면, 상기 대상 물체의 위쪽에 위치한 제1 전자석을 상기 제1 영구 자석과 인력이 발생하도록 제어하여 상기 대상 물체를 공중 부양시키는 단계, 그리고 제2 센서로부터 상기 대상 물체의 측단에 부착된 제2 영구 자석 또는 제3 영구 자석의 감지 신호를 수신하면, 상기 대상 물체의 중심축을 기준으로 서로 반대 편에 위치한 제2 전자석과 제3 전자석의 극성 또는 자기장의 세기를 조절하여 상기 대상 물체를 회전시키는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 공중 부양된 대상 물체를 일 방향 또는 양 방향으로 회전시킬 수 있으므로, 시각적인 효과와 더불어 다양한 인테리어로서 활용 가치가 높다. 또한, 대상 물체가 지구본일 경우, 어린이들을 위한 교육용 자료로 유용하며, 대상 물체가 알림 목적일 경우에는 사각 지대에 위치한 사람들에게도 정 보를 제공할 수 있으므로 산업용으로도 다양한 활용이 가능하다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치(100)는 받침부(110), 부양부(120), 제1 회전부(130), 제2 회전부(140), 제1 연결부(151) 및 제2 연결부(152)를 포함한다.
받침부(110)는 공중 부양 회전 장치(100)를 밑에서 지지하는 부분으로서, 전원선(도시하지 않음)이 연결되어 있어 외부로부터 전력을 공급받거나, 별도의 전원 공급 장치(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 받침부(110) 내에 포함되어 있는 제어부(도시하지 않음)는 대상 물체(160)가 공중 부양 또는 회전이 되도록 부양부(120), 제1 회전부(130) 및 제2 회전부(140)를 제어한다.
부양부(120)는 공중 부양 회전 장치(100)의 상측 단에 위치하고 있다. 부양부(120)는 대상 물체(160) 내에 부착되어 있는 영구 자석을 감지하며, 영구 자석의 극성에 따라 전자석의 극성 및 세기를 변화시켜, 대상 물체(160)가 안정적으로 공중 부양될 수 있도록 한다.
제1 연결부(151)와 제2 연결부(152)는 대상 물체(160)를 기준으로 대칭되어, 각각 받침부(110)와 부양부(120) 사이를 연결한다. 제1 연결부(151)와 제2 연결부(152)는 대상 물체(160)가 삽입될 수 있는 공간을 제공하기 위하여 타원형 또는 원주형으로 이루어지며, 공중 부양 회전 장치(100)의 손잡이로서의 기능도 담당한다. 그리고 제1 연결부(151)와 제2 연결부(152)의 형태는 대상 물체(160)의 형상 및 종류에 따라 형태는 변경될 수 있다. 제1 연결부(151)와 제2 연결부(152)에 각각 포함되어 있는 제1 회전부(130)와 제2 회전부(140)는 부양부(120)와 마찬가지로, 영구 자석을 감지하여 전자석의 극성을 조절하며, 대상 물체(160)가 안정적으로 회전할 수 있도록 한다. 한편, 부양부(120)는 대상 물체(160)를 공중 부양 시켜야 하므로, 제1 회전부(130)나 제2 회전부(140)에 비하여 큰 전자석을 사용하기 때문에 도 1에서 보는 바와 같이 상대적으로 부피가 크다.
대상 물체(160)는 제1 연결부(151)와 제2연결부(152) 사이로 삽입되어 공중 부양 되거나 회전되는 입체적인 물체로서, 내측면 또는 표면에는 영구 자석이 부착되어 있다. 대상 물체(160)는 지구본, 축구 공, 장식용 시계 등 다양한 형태로 변형하여 활용될 수 있으며, 도 1에서는 대상 물체(160)가 지구본인 것으로 예를 들어 도시하였다.
이하에서는 도 2를 참조하여 공중 부양 회전 장치(100)가 대상 물체(160)를 공중 부양 시키는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치의 정면도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 받침부(110)는 제어부(112) 및 미끄럼 방지 부(114)를 포함한다. 제어부(112)는 부양부(120)로부터 피드백(feedback) 된 감지 전압을 수신하여 제1 전자석(123)의 극성 및 극성의 세기를 조절함으로써, 대상 물체(160)가 안정적인 위치에 고정되도록 한다.
도 2에서는 제어부(112)가 받침부(110)에 포함되어 있는 것으로 도시하였으나, 받침부(110) 이외에 위치할 수 있다.
미끄럼 방지부(114)는 철(Fe) 성분으로 이루어져 있으며 대상 물체(160)의 공중 부양이 종료되어 대상 물체(160)가 받침부(110)에 낙하하는 경우, 영구 자석(M4)과의 인력에 의해 대상 물체(160)가 밖으로 떨어지는 것을 방지하도록 한다. 또한, 미끄럼 방지부(114)는 받침부(110)의 상단 표면의 중앙부에 위치하여, 대상 물체(160)가 좌우 흔들림이 없이 공중 부양 상태가 유지되도록 한다.
그리고, 부양부(120)는 제1 센서(121) 및 제1 전자석(123)을 포함한다. 제1 센서(121)는 대상 물체(160)의 상측에 부착되어 있는 영구 자석(M1)의 위치를 감지하며, 영구 자석(M1)과의 거리에 따라 제1 센서(121)의 감지 전압이 결정된다. 즉, 제1 센서(121)와 영구 자석(M1) 사이의 거리가 짧을수록 감지 전압의 레벨은 증가한다.
제1 전자석(123)은 일반적으로 막대 모양의 철심에 코일을 감아 형성되는 솔레노이드 형태를 가지며, 코일에 전류가 흐르면 코일 주위에 동심원 모양의 자기장이 형성된다. 여기서, 제어부(112)는 코일에 흐르는 전류의 크기를 조절함으로써 제1 전자석(123)에 형성되는 자기장의 세기를 변경할 수 있으며, 제1 전자석(123)은 영구 자석(M1)과 상호 작용을 일으킨다.
또한, 구 형태의 대상 물체(160)의 내측면 또는 외측면에는 4개의 영구 자석(M1, M2, M3, M4)이 배치되어 있다(도 2에서는 내측면에 4개의 영구 자석이 부착된 것으로 도시함). 특히, 영구 자석(M1)은 대상 물체(160)의 상단에 부착되어 있으며, 대상 물체(160)가 공중 부양을 하는데 있어서 중심을 잡는 역할을 한다. 그리고, 대상 물체(160)의 하단에 부착된 영구 자석(M2)은 대상 물체(160)가 낙하할 경우 미끄럼 방지부(114)에 붙도록 하여, 대상 물체(160)가 공중 부양 회전 장치(100)의 외부로 이탈하는 것을 방지한다.
또한 영구 자석(M3, M4)은 대상 물체(160)의 양 측단에 각각 부착되어 있으며, 대상 물체(160)가 공중 부양된 상태에서 안정적으로 양방향 또는 일방향 회전 운동을 하도록 한다. 여기서, 영구 자석(M3, M4)의 위치에 따라 대상 물체(160)의 양방향 또는 일방향 회전 운동이 결정되는바, 상세한 설명은 추후에 하기로 한다. 영구 자석(M1, M2, M3, M4)은 강한 자화 상태를 보존하는 자석으로서, 외부로부터 전기 에너지를 공급받지 않아도 자성을 안정적으로 유지하며, N극과 S극으로 나뉘어 있다.
이하에서는 공중 부양 회전 장치(100)가 대상 물체(160)를 공중 부양 시키는 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
먼저 대상 물체(160)를 공중 부양 회전 장치(100) 내로 삽입시킨다. 이때, 사용자는 부양부(120)와 대상 물체(160) 사이에 아크릴 바(bar)를 넣은 뒤에 일정 속도로 아크릴 바를 빼내어 대상 물체(160)가 부양부(120)에 달라붙지 않고 적정한 위치에 공중 부양되도록 한다. 여기서, 중력으로 인하여 대상 물체(160)의 무게에 따라 대상 물체(160)가 공중 부양되는 위치는 변화된다. 즉, 대상 물체(160)의 무게가 많이 나갈수록 대상 물체(160)가 부양되는 높이가 낮아진다. 따라서 사용자는 대상 물체(160)의 무게에 따라 아크릴 바의 삽입 높이를 변화시킨다. 즉, 대상 물체(160)가 무거울수록 아크릴 바의 삽입 높이를 낮추어 대상 물체(160)가 적절한 위치에서 공중 부양될 수 있도록 한다.
이와 같이 사용자는 대상 물체(160)를 공중 부양 회전 장치(100) 내로 삽입시켜 대상 물체(160)를 공중 부양시킬 수 있다. 여기서, 사용자는 대상 물체(160)를 공중 부양 회전 장치(100) 내에 삽입 시킬 때, 영구 자석(M1)이 제1 전자석(123)의 근처에 위치하도록 영점 조절을 할 수 있다.
대상 물체(160)에 부착된 영구 자석(M1)이 제1 전자석(123)에 근접하면, 제1 센서(121)는 영구 자석(M1)을 감지하여 감지 전압을 제어부(112)에 피드백(feedback)한다.
제1 센서(121)로부터 감지 전압을 피드백 받은 제어부(112)는 제1 전자석(123)이 영구 자석(M1)과 다른 극성을 띄도록 제어함으로써, 제1 전자석(123)과 영구 자석(M1) 사이에 인력을 발생시켜 대상 물체(160)가 부양부(120)와 일정한 거리를 유지한 상태로 부양하도록 한다. 즉, 대상 물체(160)는 중력에 의하여 아래 방향으로 떨어지려는 성질을 가지므로, 제1 전자석(123)과 영구 자석(M1) 사이의 인력으로 인하여 대상 물체(160)는 공중에 부양될 수 있다. 또한 제어부(112)는 제1 전자석(123)의 자기장의 세기를 조절함으로써, 대상 물체(160)의 부양 높이를 조절할 수 있다. 즉, 제1 전자석(123)의 자기장의 세기가 클수록 인력에 의하여 대상 물체(160)는 높은 위치에서 부양될 수 있다.
이와 같이, 대상 물체(160)가 공중 부양 회전 장치(100) 내로 삽입되면, 제어부(112)는 피드백 제어(feedback control)를 통하여 대상 물체(160)가 받침부(110)와 부양부(120) 사이의 목표 위치에 공중 부양이 되도록 할 수 있다.
이하에서는 도 3내지 도6b를 통하여 대상 물체(160)가 공중 부양된 상태에서 공중 부양 회전 장치(100)가 대상 물체(160)를 양방향으로 회전 운동시키는 방법에 대하여 설명한다. 즉, 대상 물체(160)가 어느 방향으로 회전하다가 일정 각도에서는 다시 반대 방향으로 회전하는 것을 반복하는 양방향 회전 운동에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치가 대상 물체를 양방향으로 회전 운동 시키는 방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 도 3에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 예시도이다. 여기서, 도 4에 도시한 것처럼 대상 물체(160)의 내 측면에 위치한 영구 자석(M3, M4)은 대상 물체(160)의 중심에 대하여 약 90도의 각도를 이루고 있으며, 설명의 편의상 공중 부양 회전 장치(100)를 구성하는 구성 요소 중에서 제1 회전부(130), 제2 회전부(140) 및 대상 물체(160)만을 도시하였다.
도 3에서 보는 바와 같이 제1 회전부(130)는 제2 센서(131) 및 제2 전자석(133)을 포함하며, 제2 회전부(140)는 제3 센서(141) 및 제3 전자석(143)을 포함한다. 여기서, 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)은 모두 영구 자석(M3, M4)와 상호 작용을 일으킨다.
먼저 대상 물체(160)가 공중 부양 회전 장치(100) 내로 삽입된 뒤, 영구 자석(M4)이 제3 전자석(143)에 접근하면(①), 제3 센서(141)는 대상 물체(160) 내에 부착된 영구 자석(M4)을 감지하고(S310), 감지된 전압을 제어부(112)에 피드백 시킨다(S320). 여기서, 사용자는 대상 물체(160)를 공중 부양 회전 장치(100) 내에 삽입 시킬 때, 영구 자석(M4)이 제3 센서(141)의 근처에 위치하도록 영점 조절을 할 수 있다.
그리고, 제어부(112)는 제3 전자석(143)이 영구 자석(M4)과 같은 극성을 띄도록 조절함으로써(S330), 제3 전자석(143)과 영구 자석(M4) 사이에 척력이 발생하도록 한다. 따라서, 대상 물체(160)는 도 4와 같이 ① 방향과 반대 방향인 반시계 방향(②)으로 회전하게 된다.
대상 물체(160)가 반시계 방향(③)으로 회전하면 영구 자석(M3)는 제2 센서(131)에 접근하게 된다. 그러면, 제2 센서(131)가 영구 자석(M3)을 감지하여(S340), 마찬가지로 감지 전압을 제어부(112)에 피드백 시킨다(S350). 제어부(112)는 제2 전자석(133)이 영구 자석(M3)과 같은 극성을 띄도록 조절함으로써(S360), 제2 전자석(133)과 영구 자석(M3) 사이에 척력이 발생하도록 한다. 따라서, 대상 물체(160)는 도 4와 같이 ③ 방향과 반대 방향인 시계 방향(④)으로 회전하게 된다.
그리고, 공중 부양 회전 장치(100)는 단계(S310)에서부터 단계(S360)까지를 반복적으로 수행함으로써, 대상 물체(160)는 일정 각도로 회전 및 역회전을 반복하는 양방향 회전 운동을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 공중 부양 회전 장치(100)는 제2 전자석(133) 및 제3 전자석(143)의 극성을 변화시킴으로써, 대상 물체(160)를 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전/역회전 운동을 차례로 하도록 수행할 수 있다.
또한, 공중 부양 회전 장치(100)의 양 측면에 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)가 대칭된 형태로 설치되어 있으므로, 대상 물체(160)가 어느 한 쪽으로 흔들림 없이 안정적으로 자동 회전을 수행할 수 있다.
그리고, 제어부(112)는 제2 전자석(134)과 제3 전자석(135)의 전자장의 세기를 조절함으로써 대상 물체(160)의 회전 속도를 변경할 수 있다. 즉, 전자석의 세기가 증가할수록 대상 물체(160)의 회전 속도는 증가하고, 전자석의 세기가 감소할수록 대상 물체(160)는 천천히 회전하게 된다.
한편, 도 4에서는 영구 자석(M3)과 영구 자석(M4)이 대상 물체(160)의 중심에 대하여 90도를 이룬 상태로 부착된 것으로 도시하였으나, 영구 자석(M3)과 영구 자석(M4)이 이루는 각도를 변경함으로써, 대상 물체(160)의 회전/역회전 각도를 조절할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 다른 예시도이다.
도 5a에 도시한 것처럼 대상 물체(160)의 내 측면에 위치한 영구 자석(M3, M4)은 중심에 대하여 약 150도의 각도를 이루고 있으며, 도 5b에 따르면 영구 자석(M3, M4)은 중심에 대하여 약 30도의 각도를 이루고 있다. 공중 부양 회전 장치(100)는 도 3 및 도 4에서 설명한 방법에 따라 대상 물체(160)를 회전/역회전 시 킨다. 따라서, 영구 자석(M3, M4)이 이루는 각도가 큰 도 5a의 경우 대상 물체(160)가 회전/역회전하는 각도가 작으며, 영구 자석(M3, M4)이 이루는 각도가 작은 도 5b의 경우 대상 물체(160)가 회전/역회전하는 각도가 커지게 된다.
또한, 영구 자석(M3, M4) 중에서 하나의 영구 자석이 부착이 된 경우에는 대상 물체(160)의 회전 각도는 더욱 커지게 된다.
이하에서는 도 6 내지 도 8b를 통하여 대상 물체(160)가 공중 부양된 상태에서 공중 부양 회전 장치(100)가 대상 물체(160)를 한 방향으로 회전 운동시키는 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치가 대상 물체를 일방향으로 회전 운동 시키는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7a 및 도 7b는 도 6에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 예시도이다. 여기서, 도 7a 및 도 7b에 도시한 것처럼 대상 물체(160)의 내측 또는 외측 면에 부착된 영구 자석(M3, M4)은 중심에 대하여 180도의 각도를 이루고 있다. 설명의 편의상 공중 부양 회전 장치(100)를 구성하는 구성 요소 중에서 제1 회전부(130), 제2 회전부(140) 및 대상 물체(160)만을 도시하였다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 1개의 센서만으로 대상 물체(160)를 일 방향 회전 운동 시킬 수 있으므로, 제2 센서(131)는 생략하고 제3 센서(141)만을 도시하였다.
먼저 대상 물체(160)가 공중 부양 회전 장치(100) 내로 삽입된 뒤(S610), 영구 자석(M4)이 제3 전자석(143)에 접근하면(⑤), 제3 센서(141)는 대상 물체(160) 내에 부착된 영구 자석(M4)을 감지하고(S620), 감지된 전압을 제어부(112)에 피드백 시킨다(S630).
그리고, 제어부(112)는 제3 전자석(143)이 영구 자석(M4)과 같은 극성을 띄도록 조절함으로써, 제3 전자석(143)과 영구 자석(M4) 사이에 척력이 발생하도록 한다. 이와 동시에, 제어부(112)는 제2 전자석(133)이 영구 자석(M3)과 같은 극성을 띄도록 조절함으로써(S640), 제2 전자석(133)과 영구 자석(M3) 사이에 척력이 발생하도록 한다. 따라서, 대상 물체(160)는 도 7a와 같이 ⑤ 방향과 반대 방향인 반시계 방향(⑥)으로 회전하게 된다(S650).
즉, 영구 자석(M3)과 영구 자석(M4)은 서로 180도의 각도를 이루고 있으므로, 영구 자석(M4)이 제3 전자석(143)에 근접하는 만큼, 영구 자석(M3)는 제2 전자석(133)에 근접하게 된다. 따라서, 제어부(112)는 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)을 동시에 극성화 시킴으로써, 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)이 영구 자석(M3)과 영구 자석(M4)에 각각 미치는 자기장의 세기가 동일하도록 한다. 이에 따라, 대상 물체(160)는 안정적으로 회전을 하게 된다.
대상 물체(160)가 회전함에 따라 영구 자석(M4)이 제3 센서(141)와 멀어지게 되면, 제어부(112)는 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)이 자기장을 갖지 못하도록 설정한다(S660).
그리고, 대상 물체(160)가 회전하여 도 7b에 도시한 것과 같이 영구 자석(M3, M4)이 위치하면, 제3 센서(141)는 대상 물체(160) 내에 부착된 영구 자석(M3)을 감지하고(S670), 감지된 전압을 제어부(112)에 피드백 시킨다(S680).
그리고, 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 제어부(112)는 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)의 극성을 각각 영구 자석(M4)와 영구 자석(M3)의 극성과 동일하게 설정한다(S690). 그러면 대상 물체(160)는 다시 반시계 방향(⑦)으로 회전하게 되어(S700), 도 7a와 같이 영구 자석(M3, M4)가 위치하게 된다. 제어부(112)는 다시 제2 전자석(133)과 제3 전자석(143)이 자기장을 갖지 못하도록 설정하며(S710), 단계 S620를 반복하여 수행하게 된다. 이와 같은 과정을 반복함으로써 대상 물체(160)는 지속적으로 반시계 방향으로 회전하게 된다.
한편, 도 7a 및 도 7b에서는 대상 물체(160)가 반시계 방향으로 회전하는 것으로 도시하였으나, 공중 부양 회전 장치(100)의 설계에 따라서 대상 물체(160)를 시계 방향으로 회전시킬 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 6에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 다른 예시도이다.
도 8a에서 보는 바와 같이, 도 7a와 마찬가지로 대상 물체(160)에 부착된 영구 자석(M4)이 제3 전자석(143)에 접근하면(⑧), 제3 센서(141)는 영구 자석(M4)을 감지하여 제어부(112)에 피드백 시키고, 제어부(112)는 제2 전자석(133) 및 제3 전자석(143)이 각각 영구 자석(M3) 및 영구 자석(M4)과 같은 극성을 띄도록 조절함으로써, 대상 물체(160)는 시계 방향(⑨)으로 회전하게 된다.
그리고, 대상 물체(160)가 회전하여 도 8b에 도시한 것과 같이 영구 자석(M3, M4)이 위치하면, 제3 센서(141)는 영구 자석(M3)을 감지하여 제어부(112)에 피드백 시키고, 마찬가지로, 제어부(112)는 제2 전자석(133) 및 제3 전자석(143)이 각각 영구 자석(M4) 및 영구 자석(M3)과 같은 극성을 띄도록 조절함으로써, 대상 물체(160)는 지속적으로 시계 방향(⑩)으로 회전하게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 공중 부양 회전 장치(100)는 제2 전자석(133) 및 제3 전자석(143)의 극성 및 세기를 변화시킴으로써, 공중 부양된 대상 물체(160)를 일방향 또는 양방향으로 회전 운동을 시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면 대상 물체(160)의 용도에 따라 다양한 활용이 가능하다. 예를 들면 대상 물체(160)가 시계인 경우, 대상 물체를 회전시킴으로써 대상 물체(160)와 사각 지대에 있는 사람도 시간을 용이하게 확인할 수 있도록 한다.
또한, 앞에서 설명한 바와 같이 제어부(112)는 대상 물체(160)의 회전 속도를 조절할 수 있으므로 주위의 사람들이 시간을 인지하기 쉬운 속도로 대상 물체(160)를 회전시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치가 대상 물체를 양방향으로 회전 운동 시키는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 다른 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공중 부양 회전 장치가 대상 물체를 일방향으로 회전 운동 시키는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 예시도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6에 따른 공중 부양 회전 장치의 평면도의 일부를 도시한 다른 예시도이다.

Claims (2)

  1. 공중 부양 대상 물체의 위쪽에 위치하며, 상기 대상 물체의 상단에 부착된 제1 영구 자석을 감지하는 제1 센서와 상기 제1 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제1 전자석을 포함하는 부양부,
    상기 대상 물체의 측단에 부착된 제2 또는 제3 영구 자석을 감지하는 제2 센서와 상기 제2 또는 제3 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제2 전자석을 포함하는 제1 회전부,
    상기 제2 또는 제3 영구 자석과 상호 작용을 일으키는 제3 전자석을 포함하는 제2 회전부, 그리고
    상기 제1 및 제2 센서에서 감지된 신호에 따라 상기 제1 내지 제3 전자석의 극성 또는 자기장의 세기를 조절하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 센서로부터 감지 신호를 수신하면 상기 제1 전자석을 상기 제1 영구 자석과 인력이 발생하도록 제어하여 상기 대상 물체가 공중 부양 되도록 하는 것을 특징으로 하는 공중 부양 회전 장치.
  2. 공중 부양 대상 물체의 위쪽에 위치하는 제1 센서로부터 상기 대상 물체의 상단에 부착된 제1 영구 자석의 감지 신호를 수신하면, 상기 대상 물체의 위쪽에 위치한 제1 전자석을 상기 제1 영구 자석과 인력이 발생하도록 제어하여 상기 대상 물체를 공중 부양시키는 단계, 그리고
    제2 센서로부터 상기 대상 물체의 측단에 부착된 제2 영구 자석 또는 제3 영구 자석의 감지 신호를 수신하면, 상기 대상 물체의 중심축을 기준으로 서로 반대 편에 위치한 제2 전자석과 제3 전자석의 극성 또는 자기장의 세기를 조절하여 상기 대상 물체를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중 부양 회전 장치의 회전 방법.
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KR102394056B1 (ko) * 2021-12-02 2022-05-03 박용택 공중부양식 거치 구조를 갖는 문신장치

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