KR101015171B1 - 전자석과 영구자석을 이용한 동력발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 동력발생장치는, 축과; 상기 축의 방사상으로 고정 설치된 다수의 영구자석들을 포함하는 영구자석유닛과; 상기 축에 대해 상기 영구자석유닛의 방사상 외측에 배치된 다수의 전자석들과; 상기 영구자석의 위치를 판별하기 위한 위치판별수단과; 상기 위치판별수단에 의해 판별된 상기 영구자석의 위치에 따라 선택적으로 상기 전자석에 전원을 공급하기 위한 제어부를 포함한다.

본 발명에 의해 동력발생장치로부터 발생되는 배기가스, 소음 등의 각종 공해를 방지할 수 있으며, 구성요소들로부터 발생되는 열의 량을 최소화함으로써 냉각에 요구되는 각종 부품을 절감할 수 있다.

또한, 장치의 중량 및 부피를 최소화 하고 동력발생 효율을 상승시킬 수 있다.

동력, 발생, 영구자석, 전자석

Description

전자석과 영구자석을 이용한 동력발생장치{POWER GENERATING DEVICE USING ELECTROMAGNET AND PERMANENT MAGNET}

본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자석에 대한 영구자석의 상대적 위치에 따라 전자석에 공급되는 전원을 선택적으로 제어함으로써, 동력을 발생시킬 수 있는 전자석과 영구자석을 이용한 동력발생장치에 관한 것이다.

즉, 회전체인 영구자석과 고정체인 전자석을 서로 마주보게 배치해서 영구자석의 위치에 따라서 전자석에 공급되는 D .C 전원의 극성을 + 와 - 로 변환함으로써, 전자석의 극성을 N 극과 S 극으로 순차적으로 바꾸어 회전체인 영구자석에 대해 흡인력과 반발력을 일으켜 회전시킴으로써 동력을 발생시키는 장치이다.

종래 차량 등의 엔진으로 이용되는 내연기관은, 화석 연료의 폭발력을 회전력으로 변환시켜 이를 동력원으로 이용하는 방식이다.

상기 엔진은 통상 크랭크축과 커넥팅로드로써 연결된 피스톤이, 실린더 내의 상사점에 도달하게 되면 연료가 압축되면서 점화되고, 이후 폭발력에 의해 피스톤이 하사점에 도달하게 된다.

이러한 상기 피스톤의 직선 왕복 운동은, 상기 커넥팅로드에 의해 회전운동으로 변환되면서 크랭크축을 회전시키게 된다.

상기와 같은 크랭크축의 회전에 의해, 차량 등의 동력축이 구동되면서 운행되는 방식이다.

그러나, 상기와 같은 화석 연료의 폭발력을 이용한 엔진의 경우, 화석 연료의 연소 시 발생되는 배기가스로 인해 공해 등의 각종 환경문제를 발생시키게 된다.

또한, 화석 연료의 연소에 의해 발생되는 고열은 엔진 제작에 요구되는 재질 및 구조의 선택에 있어 제한요소로 작용 되며, 아울러 냉각을 위한 각종의 부품 등이 요구되어 전체 장치의 크기 및 중량이 커지는 문제점이 있다.

또한, 상기 피스톤의 직선 왕복 운동을 회전운동으로 변환시키기 위해서는, 크랭크축과 크넥팅로드 등의 각종의 부품이 필요하며, 이러한 부품 자체의 하중 및 부품 간의 마찰은 전체 엔진의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스 및 소음과 같은 각종의 공해를 배출시키지 않는 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 구성요소들로부터 발생되는 마찰 및 열의 량을 최소화시킬 수 있는 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 동력 발생을 위해 요구되는 부품의 수를 최소화시킴으로써, 장치의 중량 및 부피를 최소화 하고 효율을 상승시킬 수 있는 동력발생장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 동력발생장치는, 축과; 상기 축의 방사상으로 고정 설치된 다수의 영구자석들을 포함하는 영구자석유닛과; 상기 축에 대해 상기 영구자석유닛의 방사상 외측에 배치된 다수의 전자석들을 포함하는 전자석유닛과; 상기 영구자석의 위치를 판별하기 위한 위치판별수단과; 상기 위치판별수단에 의해 판별된 상기 영구자석의 위치에 따라 선택적으로 상기 전자석에 전원을 공급하기 위한 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 축에는 상기 영구자석의 위치와 대응되도록 배치된 다수의 위치표시수단이 추가적으로 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 영구자석과 전자석의 단면 형상은 상호 부합될 수 있는 만곡된 곡면 형상으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 다수의 전자석들에 대한 상기 다수의 영구자석들의 상대적 위치는 서로 어긋나도록 배치된다.

한편, 상기 영구자석유닛은 상기 축방향을 따라 복수 개 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 위치판별수단은 광센서 또는 자기센서로 구성될 수 있다.

본 발명에 의해, 동력발생장치로부터 발생되는 배기가스, 소음 등의 각종 공해를 방지할 수 있다.

또한, 구성요소들로부터 발생되는 마찰 및 열의 량을 최소화함으로써 냉각에 요구되는 각종 부품을 절감할 수 있다.

또한, 장치의 중량 및 부피를 최소화 하고 동력발생 효율을 상승시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바 람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 동력발생장치는, 축(10)과, 상기 축(10)의 방사상으로 고정 설치된 다수의 영구자석들(22, 24, 26)을 포함하는 영구자석유닛(20)과, 상기 축(10)에 대해 상기 영구자석유닛(20)의 방사상 외측에 배치된 다수의 전자석들(32, 34, 36)을 포함하는 전자석유닛(30)과, 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 위치를 판별하기 위한 위치판별수단(40)과, 상기 위치판별수단(40)에 의해 판별된 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 위치에 따라 선택적으로 상기 전자석(32, 34, 36)에 전원을 공급하기 위한 제어부(50)를 포함한다.

상기 축(10)에는 에너지를 저장하기 위한 플라이휠(70) 및 동력전달을 위한 풀리(80) 등이 설치되며, 또한 그 방사상으로는 상기 영구자석들(22, 24, 26)이 고정 설치된다.

상기 축(10)에 상기 영구자석들(22, 24, 26)을 고정하기 위한 영구자석고정부(12)는 알루미늄 또는 그 합금과 같은 비철금속으로 마련되는 것이 바람직하다.

도 1 에서 비록, 상기 축(10)의 둘레를 따라 설치되는 영구자석들(22, 24, 26)과 영구자석고정부(12)의 개수가 3 개로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 개수로 설치될 수 있다.

상기 축(10)을 기준으로 상기 영구자석유닛(20)의 방사상 외측으로는 다수의 전자석들(32, 34, 36)을 포함하는 전자석유닛(30)이 배치된다.

상기 전자석유닛(30)은 이에 공급되는 직류전원의 온/오프 제어를 통해 상기 영구자석유닛(20)에 회전력을 인가하기 위한 구성요소이다.

상기 전자석유닛(30)은 중심의 도체 외부에 코일이 권취되며, 바람직하게는 전기적 저항을 최소화하기 위해, 상기 코일로서 초전도체가 이용될 수 있다.

한편, 상기 축(10)의 일측에는 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 방사상 위치에 대응되는 위치에 고정되는 위치표시수단(60)이 설치될 수 있다.

상기 위치표시수단(60)은 상기 각 영구자석들(22, 24, 26)의 위치를 표시하기 위한 수단으로서, 상기 각 영구자석들(22, 24, 26)의 위치에 대응되도록 배치된 자성체, 전도체 등의 재질로 구성된 시트 등으로 구성될 수 있다.

또는, 상기 위치표시수단(60)으로서 상기 각 영구자석들(22, 24, 26)의 위치에 대응되도록 배치되는 발광소자 등이 이용될 수도 있다.

또한, 상기 위치표시수단(60)의 방사상 외측에는 이들의 위치를 판별하기 위한 위치판별수단(40)이 배치된다.

상기 위치판별수단(40)으로서는 광센서 또는 자기센서가 이용될 수 있으며, 상기 위치표시수단(60)의 위치를 판별할 수 있는 것이면, 어떠한 종류의 센서이든 이용될 수 있다.

그런데, 여기서 상기 축(10)의 일측에 위치표시수단(60)을 고정설치한 상태에서 상기 위치표시수단(60)의 위치를 상기 위치판별수단(40)에 의해 판별하도록 구성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 상기 위치표시수단(60)의 구성이 없이, 광센서와 같은 상기 위치판별수 단(40)을 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 주위에 직접 배치시킴으로써, 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 위치를 직접 판별하도록 구성될 수도 있다.

여기서, 상기 영구자석들(22, 24, 26)과 전자석들(32, 34, 36)의 대면하는 면들의 단면 형상은 상호 부합될 수 있는 만곡된 곡면 형상으로 구성될 수 있다.

그리하여, 상기 전자석들(32, 34, 36)과 영구자석들(22, 24, 26) 간의 간격을 균일하게 유지하면서도, 상기 영구자석들(22, 24, 26)에 인력 또는 척력 작용 시 보다 큰 대면 면적에 의해 큰 힘을 작용시킬 수 있도록 구성된다.

상기와 같은 배치 상태에서 상기 전자석들(32, 34, 36) 각각에 대한 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 상대적 위치를 판별하여 상기 전자석들(32, 34, 36)에 공급되는 전원을 제어함으로써, 상기 영구자석들(22, 24, 26)에 인력 또는 척력을 작용하게 된다.

즉, 각 전자석(32, 34, 36)에 대해 이에 다가오는 임의의 상기 영구자석(22, 24, 26)의 위치를 판별하여 인력 또는 척력이 작용되도록 순차적으로 전원공급 제어함으로써, 상기 축을 회전시키게 된다.

여기서, 상기 영구자석유닛(20)이 정지된 상태에서 상기 전자석유닛(30)에 대한 전원공급에 의해 상기 영구자석유닛(20)을 최초 용이하게 기동시키기 위해, 상기 전자석들(32, 34, 36)에 대한 상기 영구자석들(22, 24, 26)의 상대적 위치는, 도 2 에 도시된 바와 같이 서로 어긋나도록 배치된다.

그리하여, 상기 복수 개의 전자석들(32, 34, 36) 중 가장 가까이에 있는 영구자석에 인력 또는 척력을 작용함으로써 최초 기동을 보다 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 전자석들(32, 34, 36)과 영구자석들(22, 24, 26) 간의 위치가 일정하게 정렬되었을 경우에 비해, 연속적으로 균일한 회전력을 확보하기에 보다 유리하며, 또한 진동 발생에 있어서도 충격적 진동이 발생되는 것을 방지하게 되다.

즉, 상기 복수 개의 전자석들(32, 34, 36)과 영구자석들(22, 24, 26) 간의 위치가 일정하게 정렬되었을 경우에는 전원 공급에 따른 인력과 척력이 주기적으로 작용되며, 이에 따른 진동 및 소음 역시 주기적으로 발생되어 서로가 보강 간섭의 효과를 발휘할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 상기 두 요소들 간의 상대적 위치가 서로 어긋나도록 배치됨으로써, 진동 및 소음이 분산되는 효과를 발휘할 수 있다.

도 2 를 참조하면, 만약 축(10)이 시계 반대방향으로 회전할 경우를 예로 들면, 전자석(32)에 대해 영구자석(22)이 일렬로 정렬되기 이전의 위치 A 에서는 상기 영구자석(22)에 인력이 작용되도록 상기 전자석(32)에 전원이 공급된다.

즉, 상기 영구자석(22)이 위치 A 에 배치될 경우에는 상기 전자석의 극성이 상기 영구자석의 극과 반대극이 되도록 하여, 상기 영구자석에 인력이 작용되도록 제어된다.

이후, 상기 영구자석(22)이 상기 전자석(32)과 일렬로 정렬된 이후의 위치 B 에서는 상기 영구자석(22)에 척력이 작용되도록, 상기 전자석(32)에 공급되는 전원의 극을 상기 위치 A 에 대한 역으로 스위칭하여 전원을 공급하게 된다.

즉, 상기 영구자석(22)이 위치 B 에 배치될 경우에는 상기 전자석의 극성이 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성이 되도록 전극의 방향이 역으로 스위칭된다.

즉, 상기 영구자석(22)이 상기 전자석(32)과 일렬로 정렬되기 이전의 일정 각도 상태에 배치된 경우에는 상기 전자석(32)과 영구자석(22) 간에 인력이 작용하여 상기 영구자석(22)을 회전시키도록 전원이 공급된다.

이후, 상기 영구자석(22)이 상기 전자석(32)과 일렬로 정렬되는 상태를 지난 시점부터는 상기 영구자석(22)과 전자석(32) 간에 척력이 작용되도록 전원 공급의 전원 극의 방향이 역으로 전환된다.

그리하여, 상기 영구자석(22)이 상기 전자석(32)으로부터 일정 각도 지나게 되는 위치까지 상기와 같은 척력이 계속하여 작용되도록 전원이 공급되며, 상기 일정 각도를 벗어날 경우에는 전원 공급이 차단되어 후속하는 영구자석에 인력을 작용할 수 있도록 대기상태로 된다.

그리하여, 상기 위치판별수단에 의해 후속의 영구자석이 일정 위치에 배치되었음을 판별할 경우, 상기 제어부에 의해 또 다시 후속의 영구자석에 인력을 작용하도록 제어된다.

상기와 같은 제어 방식으로 각각의 전자석(32, 34, 36)에 대한 영구자석(22, 24, 26)의 상대적 위치에 따라, 상기 전자석에 인력 또는 척력이 작용되도록 선택적으로 전원공급을 제어함으로써, 상기 축(10)을 회전시키게 된다.
다만, 엔진이 소형으로써 회전이 빠를 경우에는 영구자석(22, 24, 26)이 A 위치를 빠르게 통과하게 되며, 이 때 상기 영구자석(22, 24, 26)이 A 위치에서 전자석의 A 위치에서의 인력을 받는 시간이 극히 짧아지므로 전자석에 소모되는 전력을 줄여 A 위치에서의 인력을 생략하고 상기 영구자석(22, 24, 26)의 인력만으로 상기 축(10)의 회전을 구현할 수도 있다.

도 1 에서 상기 영구자석유닛(20) 및 전자석유닛(30)이 상기 축방향을 따라 2 개 설치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 개수로 설치될 수 있다.

상기와 같이 설치된 상태에서, 각 전자석에 공급되는 전원을 단속적으로 제어함으로써, 전원 공급을 위한 배전기(미도시)의 부하를 경감시키면서도 진동 및 마찰이 적은 회전운동을 발생시킬 수 있다.

또한, 영구자석과 전자석의 상대적 인력 또는 척력에 의한 회전력을 축에 직접 전달함으로써, 직선왕복운동을 회전력으로 변환해야 하는 종래의 차량용 엔진에 비해 높은 동력 효율을 달성할 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 전자석과 영구자석을 이용한 동력발생장치의 사시도이며,

도 2 는 본 발명에 따른 전자석과 영구자석에 포함된 전자석과 영구자석의 상대적 위치를 표시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 축 20: 영구자석유닛

30: 전자석유닛 40: 위치판별수단

50: 제어부 60: 위치표시수단

70: 플라이휠 80: 풀리

Claims (6)

1. 동력을 발생시켜 전달하기 위한 축과;

   상기 축의 방사상으로 고정 설치된 다수의 영구자석들을 포함하는 영구자석유닛과;

   상기 축에 대해 상기 영구자석유닛의 방사상 외측에서 상기 영구자석들에 대응되도록 배치된 다수의 전자석들을 포함하는 전자석 유닛과;

   상기 영구자석의 위치를 판별하기 위한 위치판별수단과;

   상기 위치판별수단에 의해 판별된 상기 영구자석의 위치에 따라 선택적으로 상기 전자석에 전원을 공급하기 위한 제어부와;

   상기 영구자석의 위치와 대응되도록 상기 축에 배치된 다수의 위치표시수단을 포함하며,

   상기 영구자석유닛은 상기 축의 축방향을 따라 복수 개의 열로 설치되며,

   상기 전자석 유닛은 상기 영구자석유닛에 대응되도록 상기 축의 축방향을 따라 복수 개의 열로 설치되며,

   상기 영구자석의 중심과 전자석의 중심이 상기 축의 중심에 대해 일렬로 정렬되는 상태에서, 상기 영구자석의 표면과 전자석의 표면 간의 간격이 상기 영구자석의 전체 표면에 대해 균일하도록, 상기 영구자석과 전자석의 단면 형상은 상호 부합될 수 있는 만곡된 곡면 형상으로 구성되며,

   상기 다수의 전자석들에 대한 상기 다수의 영구자석들의 상대적 위치가 상기 축의 횡단면 상 서로 어긋나도록 배치되는 전자석과 영구자석을 이용한 동력발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치판별수단은 광센서 또는 자기센서인 것을 특징으로 하는 전자석과 영구자석을 이용한 동력발생장치.
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