KR101574144B1 - 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치 - Google Patents

Abstract

영구자석 상호간에 대향하는 극성에 기인하는 인력과 척력 모두를 이용하여 적은 외력을 가하더라도 가해진 외력보다 월등히 큰 구동력을 얻도록하는 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치가 제공된다.

Description

영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치 {APPARATUS FOR AMPLIFYING DRIVING POWER OF DRIVING DEVICE USING BOTH ATTRACTIVE FORCE AND REPULSIVE FORCE OF PERMANENT MAGNETS SIMULTANEOUSLY}

본 발명은 구동력 증폭 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 영구자석 상호간에 발생하는 흡인력(이하 "인력"이라 함)과 배척력(이하 "척력"이라 함)을 모두 이용하여 자기에너지인 자기력을 기계적(역학적) 에너지로 변환하고, 이러한 기계적 에너지를 이용하여 구동장치(Driving Device)를 위한 구동력(Driving Power)을 증폭하는 구동력 증폭 장치에 관한 것이다.

현재 회전력을 발생시키는 엔진이나 전력을 생산하는 발전기의 동력원으로서, 일반적으로 가솔린, 경유, 석탄 등 화석연료가 사용되고 있다.

이러한 화석연료는 일산화탄소, 이산화탄소, 산화질소 등 각종 환경 오염물질을 배출하여 환경을 오염시킴으로써 지구온난화 등 환경오염의 주범으로 지목받고 있으며, 부존량의 한계와 지역적인 편차로 국제분쟁을 야기하는 근원이 되고 있다.

이에 따라 범세계적인 차원에서 이를 대체하기 위한 각종 신재생에너지 자원의 개발이 추진되고 있다. 예를 들면, 수소에너지, 연료전지 등 신에너지는 기술의 한계로 실용화를 위한 기술개발이 진행 중에 있으며, 태양열, 풍력 등 자연에너지는 자연조건에 대한 의존도가 높아 안정적인 에너지 공급이 불가능하다.

따라서 화석에너지와 기존의 신재생에너지가 갖는 한계를 극복하고 안정적으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 자원의 발굴이 절실히 요구되고 있다. 이러한 관점에서 자력(Magnetic Force)은 이러한 2가지 문제를 동시에 해결하는 대안이 될 수 있다.

일반적으로, 영구자석은 항상 N극과 S극으로 구성되어 있으며, 그 극성에 따라 동일 극성끼리는 척력이 작용하고, 다른 극성끼리는 인력이 작용한다. 따라서 극성을 갖는 물체끼리는 상호 대면하는 면의 극성에 따라 인력 또는 척력이 발생하므로 이를 적절히 조합하면 인력과 척력의 합에 해당하는 자기력을 기계적 에너지로 변환시킬 수 있다.

이러한 영구자석을 다른 극끼리 대응시켜 인력을 발생시킨 후 이들을 분리할 때 필요한 접선력은 자력이 발생하는 면의 수직방향으로 분리하는 데 필요한 수직력보다 훨씬 적으며, 동일 극을 대응시켜 발생하는 척력도 이들을 배척하기 위해 공급하는 접선력보다도 훨씬 크다.

이러한 영구자석의 자력은 자연계에 존재하는 일종의 자연에너지 자원으로서, 자력은 종래의 이러한 단순용도 외의 동력원으로서는 거의 이용되지 않고 있으나, 자석을 적절히 배치함으로써 기계적인 에너지로 변환이 가능하고, 각종 동력발생장치의 구동원으로 이용할 수 있다. 이때, 자력을 이용한 동력발생장치가 운전을 계속하기 위해서는 장치에 부가되는 부하와 운전과정에서 발생하는 마찰력, 중력에 의한 손실을 보완해줄 수 있는 충분한 양의 에너지를 어떤 형태로든 외부로부터 지속적으로 보급해 주어야 한다.

한편, 오래전부터 영구자석을 이용한 동력발생장치의 개발이 수많은 사람들에 의해 시도되었으나 실제적인 성과를 거두지 못하였다. 예를 들면, 등록특허번호 제10-0740560호의 "영구자석을 이용한 동력발생장치 및 방법", 등록특허번호 제10-0907723호의 "자석을 이용한 선형동력장치", 공개특허번호 제1999-016496호의 "영구자석에 의한 구동력발생장치", 공개특허번호 제2000-0010065호의 "영구자석을 이용한 발전기", 공개특허번호 제2001-0109891호의 "영구자석을 이용한 자동회전모터", 공개특허번호 제2001-0026946호의 "영구자석의 자력에 의한 에너지 발생장치", 공개특허번호 제2003-0012335호의 "동력발생장치", 공개특허번호 제2004-0021749호의 "자력 발전기", 공개특허번호 제2007-0067482호의 "자력 발전기", 및 공개특허번호 제2008-0105429호의 "영구자석을 이용한 엔진" 등이 제안되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 기술은 영구자석 상호간에 작용하는 기본성질인 척력과 인력만을 이용하여 동력발생장치를 구성할 수 있다는 잘못된 인식에서 비롯된 것으로서, 시스템의 효율이 낮다는 문제점을 갖는다.

또한, 현재까지 동력을 발생시키는 동력발생장치는 대부분 가솔린, 경유, 석탄 등 화석연료를 동력원으로 이용하였다. 그러나 이들 화석연료는 지구온난화의 주범인 일산화탄소, 이산화탄소 등 환경오염물질의 배출, 부존량의 한계와 지역적인 편차 등에 따른 국제적인 분쟁야기 등의 문제점이 있기 때문에 이에 대체하기 위한 대체 에너지 자원의 개발이 범세계적인 과제로 부각되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허번호 제10-1306147호(출원일: 2011년 10월 7일), 발명의 명칭: "자력을 이용한 왕복운동장치 및 이를 이용한 왕복운동방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1112772호(출원일: 2008년 12월 19일), 발명의 명칭: "연속운동에 필요한 에너지 공급을 위한 영구자석의 순간배척력을 이용한 충격량 발생장치 및 이를 이용한 동력발생장치" 대한민국 공개특허번호 제2010-84791호(공개일: 2010년 7월 28일), 발명의 명칭: "회전식 영구자석과 도르래원리를 이용하여 무한운동에너지를 얻는 방법" 대한민국 공개특허번호 제2010-122046호(공개일: 2010년 11월 19일), 발명의 명칭: "자력차단 회전원판과 영구자석을 이용한 동력엔진" 대한민국 공개특허번호 제2000-58534호(공개일: 2000년 10월 5일), 발명의 명칭: "영구자석의 자력을 이용하여 동력을 얻는 방법 및 그 장치" 대한민국 공개특허번호 제2001-26946호(공개일: 2001년 4월 6일), 발명의 명칭: "영구자석의 자기력에 의한 에너지 발생장치" 대한민국 공개특허번호 제2005-90760호(공개일: 2005년 9월 14일), 발명의 명칭: "영구자석을 이용한 에너지 변환장치" 대한민국 공개특허번호 제1998-34080호(공개일: 1998년 8월 5일), 발명의 명칭: "영구자석을 사용하는 에너지 변환장치"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 영구자석 상호간에 대향하는 극성에 기인하는 인력과 척력 모두를 이용하여 적은 외력을 가하더라도 외력보다 훨씬 큰 배척력을 얻도록 하여 구동장치의 구동력을 유효하게 증폭할 수 있는 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치를 제공하기 위한 것이다.

제1 및 제2 영구자석(310, 320), 왕복운동 블록(330), 제1 가이드 레일(340), 작동용 블록(350), 제2 가이드 레일(360), 반력 흡수용 스프링(370) 및 베이스(380)를 포함하되, 알루미늄 재질의 베이스(380); 상기 알루미늄 재질의 베이스(380) 상에 설치되며 상기 왕복운동 블록(330)이 좌우 운동을 하도록 안내하는 제1 가이드 레일(340)과, 상기 제1 가이드 레일(340)과 수직하게 배치되며 상기 작동용 블록(350)이 상하운동을 하도록 안내하는 제2 가이드 레일(360); 상기 제1 가이드 레일(340)을 따라 이동하도록 설치된 왕복운동 블록(330); 상기 왕복운동 블록(330)과 미리 설정된 간격으로 이동할 수 있도록 제2 가이드 레일(360)에 설치된 작동용 블록(350); 알루미늄 재질의 베이스(380)상에 설치된 브라켓 사이에 위치한 왕복운동 블록(330)과 브라켓 사이에 설치된 반력 흡수용 스프링(370); 상기 작동용 블록(350)에 고정 설치된 제1 영구자석(310); 상기 왕복운동 블록(330)에 고정 설치된 제2 영구자석(320);을 포함하며,
제1 영구자석(310)과 제2 영구자석(320) 상호간에 다른 극성이 마주하면 자극 상호간에 인력이 작용하면서 상기 왕복운동 블록(330)과 상기 작동용 블록(350)은 밀착되며, 외력에 의해 상기 작동용 블록(350)이 반력 흡수용 스프링(370) 쪽으로 이동하고, 이때, 반력은 상기 반력 흡수용 스프링(370)에 저장되도록 하되,
상기 반력 흡수용 스프링(370)의 반력에 의해 상기 작동용 블록(350)이 하방으로 이동함에 따라 상기 제1 및 제2 영구자석(310, 320) 상호간에 발생하는 척력에 의해 상기 왕복운동 블록(330)은 반대쪽으로 이동하며, 제1 영구자석(310)과 제2 영구자석(320)에 의한 척력이 기계적 힘으로 변환되어 상기 외력에 비해 구동력이 증폭되도록 하는 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치를 제공하게 된다.

본 발명에 따르면, 영구자석 상호간에 대향하는 극성에 기인하는 인력과 척력 모두를 이용하여 적은 외력을 가하더라도 외력보다 훨씬 큰 배척력을 얻도록 하여 구동장치의 구동력을 유효하게 증폭할 수 있다.

본 발명에 따르면, 영구자석이 보유하고 있는 자기력인 인력과 척력 모두를 이용하여 가해진 외력보다 월등히 큰 배척력을 얻도록 함으로써, 왕복 운동축에 의한 반복적인 왕복운동을 다양한 형태의 힘이 큰 운동으로 변환함으로써 각종 용도의 구동장치용 구동력 증폭 장치를 제공할 수 있고, 영구자석이 갖는 자기력을 다양한 형태의 운동으로 전환으로써 차세대 구동력 증폭장치에 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치에서 회전자석판에 영구자석을 이용하여 원위치로 복귀시키는 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 구성사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치에 관한 사진이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 이동 가능한 물체의 양면에 영구자석을 각각 구비하고, 그 양단에 각각 인력과 척력이 발생할 수 있도록 극성이 반대인 영구자석을 설치하며, 각단에서 상호간에 인력과 척력이 작용하도록 구성한다. 즉, 한 쪽에서는 척력이 발생하고, 다른 한쪽에서는 인력이 발생하는 운전조건이 되도록 구성한다.

이때, 인력과 척력을 발생시키기 위한 작동기구에 공급되는 외력은 인력과 척력에 의해 변환된 구동력에 비해 훨씬 적기 때문에 이들 상호간의 관계를 상쇄하였을 때, 커다란 유효힘을 획득할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 영구자석을 구비한 이동 가능한 물체의 양단에 구비되어 각각 인력과 척력이 양방향에 동시에 가해지도록 그 극성을 단속적으로 변화시켜주는 수단에 필요한 최소한의 힘만을 소모하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 과거에 영구자석을 이용하여 시도하여 오던 영구운동기관과 근본적으로 다르다. 즉, 영구운동은 외부로부터 에너지를 공급하지 않더라도 자체적으로 에너지를 확보하여 영구적으로 운동을 하는 장치를 말한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 구동장치의 구동을 위한 외력을 외부로부터 공급해 주어야 한다. 이때, 외부에서 공급하는 외력은 자기력을 변환하여 얻는 기계적 힘보다 훨씬 적기 때문에 결과적으로 유용한 힘을 얻는 결과가 된다.

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[영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치]

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 다양한 형태의 가이드(10, 11) 내에 왕복이동체(30)를 구비하고 상기 왕복이동체(30)의 양단에는 각각 제1 및 제2 왕복이동체용 영구자석(31, 32)을 구비한다. 이때, 상기 제1 및 제2 왕복이동체용 영구자석(31, 32)은 상기 왕복이동체(30)에 고정하며, 상기 왕복이동체(30)의 양단에 구비된 제1 및 제2 왕복이동체용 영구자석(31, 32)의 극성은 임의로 선택할 수 있다.

또한, 상기 왕복이동체(30)의 양단에 구비된 제1 및 제2 왕복이동체용 영구자석(31, 32)과 대응하여 상기 가이드(10, 11)의 양단에 극성이 상반된 제1 내지 제4 가이드용 자석(20, 21, 22, 23)을 각각 구비한다.

이때, 상기 제1 내지 제4 가이드용 자석(20, 21, 22, 23)은 전자석, 영구자석 중 어느 것이라도 무관하지만, 여기서는 영구자석을 기준으로 설명한다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 극성을 변화시킬 수 있는 제1 가이드용 자석(20)의 극성이 S극이고, 상기 왕복이동체(30)의 일단에 구비된 제1 왕복이동체용 영구자석(31)의 극성이 N극인 경우, 상기 제1 가이드용 자석(20)과 상기 제1 왕복이동체용 영구자석(31) 상호간에는 인력이 작용한다.

또한, 제3 가이드용 자석(22)과 제2 왕복이동체용 영구자석(32) 상호간에는 척력이 작용하여 왕복이동체(30)는 상기 제1 가이드용 자석(20) 쪽으로 이동하게 되고, 결과적으로 자기력은 기계적 힘으로 변환된다.

이때, 자기력인 인력과 척력 모두 작용하여 어느 한쪽만 작용했을 때에 비해 배가된 힘이 발생한다. 이러한 경우, 인력이 작용하는 쪽의 영구자석은 반대쪽에서 척력이 발생하여 왕복이동체(30)가 접근하기 전에 이동하여 대기하도록 구성한다.

다음으로, 외부로부터 힘을 가하여 상기 극성을 변화시킬 수 있는 제1 및 제3 가이드용 자석(20, 22)의 극성을 전술한 바와 반대가 되도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 적당한 방법으로 제2 및 제4 가이드용 자석(21, 23)이 위치하도록 하면 상기 제2 가이드용 자석(21)과 상기 제1 왕복이동체용 영구자석(31) 상호간에는 척력이 작용하고, 상기 제4 가이드용 자석(23)과 상기 제2 왕복이동체용 영구자석(32) 상호간에는 인력이 작용함으로써, 상기 왕복이동체(30)는 상기 제4 가이드용 자석(23) 쪽으로 이동하여 자기력은 다시 힘으로 변환된다.

전술한 바와 같이 상기 왕복이동체(30)가 왕복운동을 할 수 있는 원동력은 자기력이며, 상기 왕복이동체(30)가 보유한 기계적 힘은 제1 내지 제4 가이드용 자석(20, 21, 22, 23)의 극이 대향하도록 장치를 구동하는데 필요로 하는 힘에 비해 월등히 크다.

즉, 극성을 변화시킬 수 있는 상기 제1 내지 제4 가이드용 자석(20, 21, 22, 23)을 단속적으로 변화시키면, 상기 가이드(10, 11) 내의 왕복이동체(30)는 계속적으로 왕복 운동을 할 수 있게 된다.

그 결과로서, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 자석의 극성변화에 필요한 비교적 적은 힘을 외부로부터 공급하여 왕복이동체(30)를 왕복운동시킴으로서, 구동장치에 공급된 힘에 비해 월등히 많은 기계적 힘을 상기 자석들의 인력과 척력 모두를 이용하여 자기력으로부터 얻어낼 수 있고, 이에 따라 다각적으로 활용할 수 있는 유효힘을 확보할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 구동장치의 구동에 필요한 입력 힘을 최소화하여 영구자석이 보유하고 있는 자기력을 기계적 힘으로 변환하며, 구동장치의 구동에 필요한 구동력을 공급하는 영구자석의 자력 이용을 극대화할 수 있다.

다시 말하면, 외부 구동원을 발전기나 엔진, 항타기 등의 동력으로 직접 사용하는 것이 아니며, 단지 최소의 외부 구동원을 사용하여 이보다 훨씬 커다란 힘을 영구자석의 자기력으로부터 얻는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 영구자석의 순간 척력과 인력을 이용하여 기계적 힘으로 변환함으로써, 전기에너지를 발생시키는 발전기에 적용하거나, 압축기 운전을 위한 직선 운동을 발생시키도록 사용할 수 있으며 다양한 기계장치에 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 영구자석의 자력이용을 극대화할 수 있도록 영구자석의 척력과 인력 모두를 이용함으로써 구동장치(예를 들면, 발전기, 엔진, 항타기 등)의 구동에 필요한 힘을 추가로 공급할 수 있고, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치를 구동장치에 적용하기 전에 필요한 힘보다 적은 힘을 공급하여도 구동장치를 용이하게 구동할 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 최소의 외부 구동원을 사용하여 영구자석의 자기력을 기계적 힘으로 변환하고, 이러한 영구자석의 자기력을 이용하여 구동장치, 예를 들면, 발전기, 엔진 항타기 등의 구동에 필요한 구동력를 추가적으로 공급하기 위해 증폭하는 것이기 때문에 에너지보존법칙에 위배되는 것이 아니다.

이하, 도 2, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 베이스(100), 가이드 브래킷(110), 가이드 바(210), 왕복 운동축(200), 고정자석판(220) 및 회전자석판(230)을 포함한다.

한 쌍의 가이드 브래킷(110)은 베이스(100) 상에 설치된다.

가이드 바(210)는 상기 한 쌍의 가이드 브래킷(110)을 관통하도록 설치된다.

왕복 운동축(200)은 상기 가이드 바(210)에 의해 왕복운동이 가능하도록 상기 가이드 바(210)와 동심축으로 거치된다.

한 쌍의 고정자석판(220)은 일정한 간격으로 영구자석을 설치할 수 있도록 상기 왕복 운동축(200)의 양단에 각각 고정 체결된다.

한 쌍의 회전자석판(230)은 상기 고정자석판(220)에 설치한 영구자석과 대응하는 영구자석이 배치된다.

이때, 상기 가이드 브래킷(110)의 내측에는 상기 가이드 바(210)의 왕복운동이 용이하도록 부쉬(260)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 부쉬(260)의 내측에는 키(261)를 형성하고, 이에 대응하여 상기 가이드 바(210)의 외측에는 홈(250)을 형성하여, 상기 회전자석판(230)의 회전을 이용하여 상호대응하고 있는 자석의 극성변경 시 회전을 방지하고, 왕복운동 중에 회전을 방지할 수 있다.

한편, 상기 왕복 운동축(200)의 양단에 고정 체결되어 구비되는 한 쌍의 고정자석판(220)은 그 둘레를 따라 동일한 반경 내에 일정한 간격(각도)으로 번갈아가면서 극성을 달리하여 고정되는 영구자석(221, 222, 221a, 222a)을 포함한다. 이때, 한 쌍의 고정자석판(220)에 구비된 영구자석들은 N극, S극, N극, S극, …의 순서로 번갈아 배치하는데, 이것은 상기 한 쌍의 회전자석판(230)의 동작 시에 회전각도(이동거리)를 최소화하기 위한 것이다.

또한, 상기 한 쌍의 회전자석판(230)은 동일한 반경 내에 일정한 간격(각도)으로 번갈아가면서 극성을 달리하여 영구자석을 고정하되, 상기 한 쌍의 고정자석판(220)의 둘레를 따라 구비된 영구자석과 대향하여 구비되는 영구자석(231, 232, 231a, 232a)을 포함한다. 이때, 상기 한 쌍의 회전자석판(230)에 구비된 영구자석은 상기 한 쌍의 고정자석판(220)과 동일하게 N극, S극, N극, S극, …의 순서로 번갈아 배치하는데, 이것은 상기 한 쌍의 회전자석판(230)의 동작 시에 회전각도(이동거리)를 최소화하기 위한 것이다.

이때, 상기 한 쌍의 고정자석판(220)에 구비된 영구자석과 상기 한 쌍의 회전자석판(230)에 구비되는 영구자석은 항상 일측이 인력이 발생하는 극성이라면, 타측은 척력이 발생하는 극성을 상호간에 갖도록 구비한다. 따라서 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 고정자석판(230)과 상기 한 쌍의 회전자석판(220)에 순차적으로 극성을 달리하여 구비된 영구자석이 일방에서는 그 배열을 같이하여 척력을 받는 위치라면, 타방에서는 그 배열을 달리하여 인력을 받는 관계로 구성한다.

한편, 상기 한 쌍의 회전자석판(230)은 상기 부쉬(260)의 외측에 구비되는 베어링(240)에 의해 임의의 각도로 회전할 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 회전자석판(230)은 그 일단에 회전토크를 크게 하기 위한 로드(232)를 수직 상단에 형성하되, 그 로드(232)의 종단에는 중력을 발생시켜 이용하기 위해 수직 상단에 상단추(234)를 구비하고, 상기 로드(232)와 동일한 중심선 상의 회전자석판(230)의 반대편 타단에는 하단추(235)를 구비한다.

이에 따라 상기 상단추(234) 및 하단추(235)는 회전모멘트를 증가시켜 인력과 척력으로 전환하는데 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 원위치에서 이동한 회전자석판(230)을 원위치로 용이하게 복귀시킬 수 있다. 이러한 경우, 자연 상태에서 상기 상단추(234)가 항상 상부에 위치할 수 있도록 무게중심이 상기 하단추(235)에 위치하도록 한다. 또한, 상기 왕복 운동축(200)의 중심으로부터 상단추(234)의 무게중심까지의 거리를 상기 하단추(235)의 무게중심까지 거리보다 크게 함으로써, 상기 상단추(234)의 회전모멘트가 상기 하단추(235)의 회전모멘트보다 더 크게 발생시킬 수 있다.

한편, 상기 왕복 운동축(200)의 원위치 복귀를 위해 사용한 상기 하단추(235) 대신에 영구자석으로 무게중심을 유지하도록 하여 그 기능을 대치할 수 있는데, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치에서 회전자석판에 영구자석을 이용하여 원위치로 복귀시키는 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 상단추(234)의 무게중심이 통과하는 회전자석판(230)의 중심선 연직 하부에 하단추(235) 대신에 회전판고정 영구자석(333)을 설치하고, 이와 동일축의 인접 하부에 인력이 작용하도록 반대 극성을 갖는 원위치 복귀용 인력고정영구자석(330)을 설치하며, 이때, 회전자석판(230)이 회전한 각도의 위치에는 척력이 작용하도록 회전판고정 영구자석(333-1, 333-2)과 이와 동일 극성을 갖는 복귀용 척력고정영구자석(330-1, 330-2)을 설치한다.

이러한 구성은 상기 회전자석판(230)이 일정한 거리(각도)로 이동하였다 하더라도 상기 회전판고정 영구자석(333-1, 333-2)과 상기 복귀용 척력고정영구자석(330-1, 330-2) 상호간에 발생하는 척력으로 인하여 용이하게 원래 위치로 복귀하게 된다.

여기서, 상기 회전자석판(230)의 원위치는 상기 상단추(234)가 항상 회전자석판(230) 수평 중심축의 연직선 상부에 위치한 상태를 말한다.

이하, 도 3을 다시 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치의 작동에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 한 쌍의 고정자석판(220)과 상기 한 쌍의 회전자석판(230)에 각각 구비된 영구자석 상호간에는 일측이 인력을 받는 관계라면, 타측은 척력을 받는 관계로 회전자석판(230)을 세팅한다. 따라서 상기 왕복 운동축(200)은 상기한 인력과 척력이 합쳐진 합력에 의해 인력이 작용하는 일측으로 이동하게 된다.

그 이동이 완료되어 왕복운동축(200)이 정지된 순간, 상기 한 쌍의 회전자석판(230)의 상단추(234)를 공압실린더, 유압실린더, 래크와 피니언, 솔레노이드 밸브 등과 같은 외력 공급기구를 이용하여 자석이 고정된 소정 간격만큼 회전시키기 위해 힘(에너지)을 공급한다.

이러한 회전에 의해 상기 회전자석판(230)에 순차적으로 배열된 영구자석의 위치가 소정 간격만큼 이동됨으로써 상기 고정자석판(220)에 고정된 영구자석의 극성과 상기 회전자석판(230)의 영구자석의 극성은 동일하게 되어 척력이 발생한다.

따라서 상기 고정자석판(220)과 상기 회전자석판(230) 상호간에 작용하는 척력으로 인해 정지되어 있던 상기 왕복 운동축(200)은 반대편으로 이동하며, 이와 동시에 타측의 회전자석판(230)은 원위치(인력)로 복귀하여 대향하고 있는 상태이기 때문에 영구자석 상호간에 인력이 발생하므로 이번에는 왕복구동축(200)이 인력을 받게 된다.

이를 다시 정리하면 상기 왕복 운동축(200)에는 인력과 척력이 모두 작용하며, 결과적으로 기계적 힘으로 변환되어 그 힘이 증폭된 결과가 된다.

이후, 상기 왕복 운동축(200)의 행정이 완료되면, 다시 인력이 작용하고 있는 쪽의 회전자석판(230)을 구동하여 전술한 방법으로 상기 왕복 운동축(200)을 반대쪽으로 이동시킬 수 있으며, 또한, 상기 회전자석판(230)을 연속적으로 작동하게 되면, 상기 왕복 운동축(200)을 통하여 기계적 힘을 얻을 수 있다.

이를 구체적으로 식에 의해 표현하면 상기 왕복 운동축(200)의 일단에 작용하는 인력을 F1이라 하면, 다음의 수학식 1과 같고, 상기 왕복 운동축(200)의 타단에 동시에 작용하는 척력을 F2라 하면, 다음의 수학식 2와 같다.

여기서, 상기 m1 및 m4는 상기 회전자석판(230)에 구비된 자석의 자기력을 의미하고, 상기 m2 및 m3은 상기 왕복 운동축(200)의 양단에 구비되어 상기 회전자석판(230)의 자석과 인력 또는 척력을 가지는 자석의 자기력을 의미한다.

따라서 상기 왕복 운동축(200)에는 상기 F1 및 F2의 합력이 동시에 작용하게 된다. 또한, 상기 왕복 운동축(200)의 양단에 구비된 회전자석판(230)의 극성이 변화하면, 그에 따라 순차적으로 인력과 척력이 변화하며, 상기 왕복 운동축(200)의 양단에 각각 가해진다는 것은 전술한 바와 같다.

이상의 설명을 종합하면, 상기 회전자석판(230)을 구동시킬 때마다 상기 왕복 운동축(200)의 양쪽에는 인력과 척력이 각각 발생하고, 그 합력이 상기 왕복 운동축(200)에 가해지게 된다.

결과적으로, 상기 왕복 운동축(200)이 이동할 때마다, 대향하는 영구자석 간에 작용하는 인력과 척력을 모두 받게 되며, 이것이 자기력을 기계적 힘으로 변환시킬 수 있고, 이러한 기계적 에너지를 구동장치의 구동력을 증폭시킬 수 있다.

따라서 이러한 왕복 운동축(200)의 직선 왕복운동을 통해 발생하는 기계적 에너지를 구동장치, 예를 들면, 크랭크 등과 같은 운동변환장치를 이용하거나, 해머와 같이 직접 기계적 에너지가 필요한 목적에 활용할 수 있게 된다.

한편, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭장치에 대한 구성 및 그 동작에 대한 도면 및 사진이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 제1 및 제2 영구자석(310, 320), 왕복운동 블록(330), 제1 가이드 레일(340), 작동용 블록(350), 제2 가이드 레일(360), 반력 흡수용 스프링(370) 및 베이스(380)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치에서, 베이스(38)를 비롯한 주요 구성품의 재질은 비자성체인 알루미늄으로 형성된다. 또한, 제1 및 제2 영구자석(310,320)은 50mm의 직경, 20mm의 두께의 네듐 자석을 사용하였다. 또한, 이때 상기 제1 영구자석(310)은 작동용 블록(350)의 상하 이동에 따라 소정의 시간동안 제2 영구자석(320)과 동일하거나 반대되는 극성이 서로 마주보도록 배치될 수 있고, 제2 영구자석(320)은 항상 동일한 극성이 제1 영구자석(310)을 향한 방향으로 배치되도록 왕복운동 블록(330)에 고정된다.

제1 및 제2 영구자석(310,320)은 동일 극성이 대향할 경우 척력을 발생시키고, 상호 반대되는 극성이 마주할 경우 인력을 발생시키기 위한 것으로, 이때 제1 영구자석(310)은 작동용 블록(350)에 고정 설치되어 상하 이동하고, 제2 영구자석(320)은 왕복운동 블록(330)에 고정 설치되어 좌우로 이동할 수 있다.

왕복운동 블록(330)은 자기력의 척력을 기계적 에너지로 변환하여 외부에 전달하는 기능을 하고, 작동용 블록(350)은 외부로부터 작동에 필요한 에너지를 공급받아 상하 왕복운동하면서 왕복운동 블록(330)에 인력이나 척력을 발생시킨다.

제1 가이드 레일(340)은 상기 왕복운동 블록(330)을 좌우방향으로 일정한 궤도에서 움직이도록 안내하며, 제2 가이드 레일(360)은 상기 작동용 블록(350)이 상하방향으로 일정한 궤도에서 움직이도록 안내한다.

다시 말하면, 알루미늄 재질의 베이스(380)에 제1 가이드 레일(340)과 제2 가이드 레일(360)이 설치되고, 상기 제1 가이드 레일(340)에 왕복운동 블록(330)이 설치되고, 제2 가이드 레일(360)에 작동용 블록(350)이 설치된다.

도 5 및 도 6을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭장치의 구체적인 동작에 대하여 설명한다. 제2 영구자석(320)의 제1 영구자석(310)과 대향하는 부분에는 S극이 배치되고, 제1 영구자석(310)의 상부에는 S극이 하부에는 N극이 배치된 것으로 예시한다. 작동용 블록(350)은 제2 가이드 레일(360)을 따라 상하로 이동할 수 있도록 구성되어, 작동용 블록(350) 및 반력 흡수용 스프링(370)의 구동에 따라 제1 영구자석(310)의 N극의 하단은 제1 가이드 레일(340)의 가상의 중심선과 접하도록 올라갈 수 있으며, 제1 영구자석(310)의 N극의 상단은 제1 가이드 레일(340)의 가상의 중심선과 접하도록 내려갈 수 있다. 이 경우 제1 영구자석(310)의 N극과 S극의 중심이 제1 가이드 레일(340)의 가상의 중심선과 일치하도록 하는 상태가 형성될 수 있는데 이러한 상태를 준평형 상태라 하며, 이 상태에서 작동용 블록(350)은 상하운동의 중심위치에 위치하게 된다. 도 5는 반력 흡수용 스프링(370)에 저장된 위치에너지에 의해 작동용 블록(350)이 최하단까지 내려갔다가 상하운동의 중심위치로 회복되는 과정을 설명하는 도면이고, 작동용 블록(350)이 준평형상태를 회복하면서 제1 가이드 레일(340)의 우단에서 왕복운동 블록(330)이 좌단으로 움직이기 시작하며, 작동용 블록(350)에 외력을 가하여 제1 영구자석(310)의 N극이 최상측으로 이동하도록 하면 제2 영구자석(320)과 제1 영구자석(310) 상호간에 인력이 작용한다. 이때, 작동용 블록(350)은 반력 흡수용 스프링(370) 쪽으로 최대한 밀착함과 동시에 스프링의 반력이 반력 흡수용 스프링(370)에 저장된다.

저장된 스프링의 반력에 의해 반력 흡수용 스프링(370)은 작동용 블록(350)을 하방으로 이동시키고, 1 영구자석(310)의 S극과 제2 영구자석(320)의 S극이 마주하게 됨에 따라 제1 및 제2 영구자석(310,320) 상호간에 발생하는 척력에 의해 왕복운동 블록(330)은 반대쪽으로 이동하며, 결과적으로 자기력의 척력은 기계적 구동력으로 변환된다.

이때, 상기 왕복운동 블록(330)이 밀려날 때 적당한 방법으로 이를 외부의 구동장치에 전달하도록 함으로써 구동장치의 구동력을 유효하게 증폭할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치에서 척력 및 외력 측정을 예시하는 사진이다.

즉, 제1 및 제2 영구자석(310,320) 상호간에 발생하는 척력은 약 38kg으로 측정되었고, 준평형 상태로부터 반력 흡수용 스프링(370)이 최대로 밀착되도록 외부에서 공급해야 할 외력은 9kg으로 측정되었다.

이에 따라 이상에서 9kg의 외력을 이용하여 38kg의 배척력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치는, 구동장치의 구동에 필요한 힘을 외부에서 공급하고 이를 통해 미활용되고 있는 잠재적 힘인 자기력을 이용하는 장치에 관한 것으로, 구체적으로, 영구자석 상호간에 발생하는 자기력(인력과 척력)을 기계적 힘으로 변환시키기 위하여 외부에서 에너지(힘)를 공급하여야 하며, 이때 얻어지는 기계적 힘은 외부공급 힘보다 훨씬 크기 때문에 이를 연속운동이 가능한 시스템으로 구성함으로써 상업적으로 충분히 이용할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 베이스(Base)
110: 가이드 브래킷
200: 왕복 운동축
210: 가이드 바
220: 고정자석판
230: 회전자석판
240: 베어링(Bearing)
250: 홈
260: 부쉬(Bush)
310: 제1 영구자석
320: 제2 영구자석
330: 왕복운동 블록
340: 제1 가이드 레일
350: 작동용 블록
360: 제2 가이드 레일
370: 반력 흡수용 스프링
380: 베이스

Claims (10)

1. 제1 및 제2 영구자석(310, 320), 왕복운동 블록(330), 제1 가이드 레일(340), 작동용 블록(350), 제2 가이드 레일(360), 반력 흡수용 스프링(370) 및 베이스(380)를 포함하되,
   알루미늄 재질의 베이스(380);
   상기 알루미늄 재질의 베이스(380) 상에 설치되며 상기 왕복운동 블록(330)이 좌우 운동을 하도록 안내하는 제1 가이드 레일(340)과, 상기 제1 가이드 레일(340)과 수직하게 배치되며 상기 작동용 블록(350)이 상하운동을 하도록 안내하는 제2 가이드 레일(360);
   상기 제1 가이드 레일(340)을 따라 이동하도록 설치된 왕복운동 블록(330);
   상기 왕복운동 블록(330)과 미리 설정된 간격으로 이동할 수 있도록 제2 가이드 레일(360)에 설치된 작동용 블록(350);
   알루미늄 재질의 베이스(380)상에 설치된 브라켓 사이에 위치한 왕복운동 블록(330)과 브라켓 사이에 설치된 반력 흡수용 스프링(370);
   상기 작동용 블록(350)에 고정 설치된 제1 영구자석(310);
   상기 왕복운동 블록(330)에 고정 설치된 제2 영구자석(320);을 포함하며,
   제1 영구자석(310)과 제2 영구자석(320) 상호간에 다른 극성이 마주하면 자극 상호간에 인력이 작용하면서 상기 왕복운동 블록(330)과 상기 작동용 블록(350)은 밀착되며, 외력에 의해 상기 작동용 블록(350)이 반력 흡수용 스프링(370) 쪽으로 이동하고, 이때, 반력은 상기 반력 흡수용 스프링(370)에 저장되도록 하되,
   상기 반력 흡수용 스프링(370)의 반력에 의해 상기 작동용 블록(350)이 하방으로 이동함에 따라 상기 제1 및 제2 영구자석(310, 320) 상호간에 발생하는 척력에 의해 상기 왕복운동 블록(330)은 반대쪽으로 이동하며, 제1 영구자석(310)과 제2 영구자석(320)에 의한 척력이 기계적 힘으로 변환되어 상기 외력에 비해 구동력이 증폭되도록 하는 영구자석의 인력과 척력 모두를 이용하는 구동장치용 구동력 증폭 장치.
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