KR102301746B1 - 자력을 이용한 회전운동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자력을 이용한 회전운동장치에 관련되며, 이때 구동원에 의해 주축이 회전운동시 한 쌍의 제 1, 2자성휠과 제 1, 2유동자석에 의해 작동로드 양측에서 자력이 양방향으로 작용하도록 구조개선하여 작동로드이 직선 왕복이송됨과 더불어 제 1, 2유동자석이 제 1, 2자성휠의 상, 하사점 방향전환 구간에서의 포지션 전환이 원활하게 이루어지도록 하기 위해 제 1, 2자성휠(10)(10'), 캠휠(20), 레일휠(30), 작동로드(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.

Description

자력을 이용한 회전운동장치 {Rotary Motion Device Using Magnetic Force}
본 발명은 자력을 이용한 회전운동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구동원에 의해 주축이 회전운동시 한 쌍의 제 1, 2자성휠과 제 1, 2유동자석에 의해 작동로드 양측에서 자력이 양방향으로 작용하도록 구조개선하여 작동로드가 직선 왕복이송됨과 더불어 제 1, 2유동자석이 제 1, 2자성휠의 상, 하사점 방향전환 구간에서의 포지션 전환이 원활하게 이루어지는 자력을 이용한 회전운동장치에 관한 것이다.
통상 발전기는 회전운동력을 전기 에너지로 전환시켜 주는 장치로서, 자석의 양극 사이에서 코일을 회전시키면 코일을 지나는 자기력선의 변화 때문에 코일에 방향이 변하면서 유도 전류가 생성되는 원리를 이용한 것으로, 자동차, 중장비를 포함하는 산업장비는 물론 지구 온난화로 인해 풍력, 수력을 이용하여 발전기를 회전시켜 전기 에너지를 생산하는 친환경 에너지 생산사업이 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 친환경 에너지를 이용하는 특성상 기후변화에 민감하게 반응하여 전기 에너지 생산 편차가 심각하여 안정적인 에너지원으로 부족한 실정이다.
이에 종래에 게시된 특허공개번호 제10-2014-10166호에서, 모터는 제1 회전 장치, 제2 회전 장치 및 제동 조립체를 포함한다. 제2 회전 장치는 제1회전 장치와 공통의 축 상에 장착되어 제1 회전 장치와 조화된다. 제동 조립체는 제2 회전 장치에 연결되어 제2회전 장치의 회전을 제한한다. 종래의 모터 또는 발전기의 고정자는 회전자를 둘러싸서 회전자와 공통의 축 상에 장착된 회전 고정자로서 설계되므로 회전 고정자와 회전자가 반대 방향으로 회전하여 자장에 의해 생성된 상호작용을 증가시키고 따라서 모터의 효율을 향상시키는 기술이 선공개된바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 회전자가 설치된 회전축이 하우징상에서 축베어링에 의해 지지되고, 가동고정자는 다른 축베어링에 의해 회전축상에서 회전되도록 설치됨에 따라 회전자와 가동고정자를 반대 방향으로 회전시키기 위해 발전용량에 비례하게 투입 동력을 증가되므로, 결과적으로 발전효율이 증가에 한계가 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 구동원에 의해 주축이 회전운동시 한 쌍의 제 1, 2자성휠과 제 1, 2유동자석에 의해 작동로드 양측에서 자력이 양방향으로 작용하도록 구조개선하여 작동로드가 직선 왕복이송됨과 더불어 제 1, 2유동자석이 제 1, 2자성휠의 상, 하사점 방향전환 구간에서의 포지션 전환이 원활하게 이루어지는 자력을 이용한 회전운동장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 사인파형 라인을 따라 고정자석(12)이 교대로 구비되는 한 쌍의 제 1, 2자성휠(10)(10'); 상기 제 1, 2자성휠(10)(10') 사이에 배치되고, 주축(1) 상에 설치되어 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비되는 캠휠(20); 상기 제 1, 2자성휠(10)(10') 사이에 배치되고, 주축(1) 상에 설치되어 외주면에 복수의 가이드레일(32)이 방사형으로 구비되는 레일휠(30); 및 상기 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12)과 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 양단에 제 1, 2유동자석(44)(44')이 구비되는 작동로드(40);를 포함하여 이루어지고, 상기 레일휠(30)이 고정된 상태로 제 1, 2자성휠(10)(10')이 캠휠(20)과 함께 구동원(50)에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동 되면, 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12)과 작동로드(40)의 제 1, 2유동자석(44)(44') 간에 작용하는 자력에 의해 작동로드(40)가 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동되면서 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22)을 타고 경사운동되어 캠휠(20) 회전운동으로 전환되어 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인으로 형성되고, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')의 사인파형 라인은 동일한 방향으로 형성되어, 제 1자성휠(10)과 제1유동자석(44) 간에 척력이 작용시, 제 2자성휠(10')과 제 2유동자석(44') 간에 인력이 작용하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')이 설치되는 주축(1)은 이분할되고, 이분할된 주축(1)은 베벨기어조립체(60)에 의해 동축 상에 연결되어 제 1, 2자성휠(10)(10')을 상호 역방향으로 회전되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 제 1, 2유동자석(44)(44') 이동 경로(L)를 기준으로 간격이 축소되도록 구비되고, 상사점에서 하사점으로 갈수록 제 1, 2유동자석(44)(44')의 이동 경로(L)를 기준으로 간격이 축소되도록 구비되거나, 상기 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작동로드(40)는 이분할되어 래크(70)와 피니언기어(72)에 의해 상호 역방향으로 연계 작동되도록 연결되고, 상기 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인을 형성하고, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')의 사인파형 라인은 상호 역방향으로 형성되어, 제 1자성휠(10)과 제1유동자석(44) 간에 작용하는 자력과, 제 2자성휠(10')과 제 2유동자석(44') 간에 작용하는 자력이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 구동원에 의해 주축이 회전운동시 한 쌍의 제 1, 2자성휠과 제 1, 2유동자석에 의해 작동로드 양측에서 자력이 양방향으로 작용하도록 구조개선하여 작동로드가 직선 왕복이송됨과 더불어 제 1, 2유동자석이 제 1, 2자성휠의 상, 하사점 방향전환 구간에서의 포지션 전환이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일실시예에 자력을 이용한 발전시스템을 전체적으로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 자력을 이용한 발전시스템의 제 1, 2자성휠의 고정자석 전개도를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 자력을 이용한 발전시스템의 고정자석과 제 1, 2유동자석 간에 자력 작용상태를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 자력을 이용한 발전시스템의 래크와 피니언기어를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일실시예에 자력을 이용한 발전시스템을 전체적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명은 자력을 이용한 회전운동장치에 관련되며, 이때 구동원에 의해 주축이 회전운동시 한 쌍의 제 1, 2자성휠과 제 1, 2유동자석에 의해 작동로드 양측에서 자력이 양방향으로 작용하도록 구조개선하여 작동로드가 직선 왕복이송됨과 더불어 제 1, 2유동자석이 제 1, 2자성휠의 상, 하사점 방향전환 구간에서의 포지션 전환이 원활하게 이루어지도록 하기 위해 제 1, 2자성휠(10)(10'), 캠휠(20), 레일휠(30), 작동로드(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 제 1, 2자성휠(10)(10')은 한 쌍으로 구비되고, 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 사인파형 라인을 따라 고정자석(12)이 교대로 구비된다. 도 1와 같이 주축(1)은 횡방향으로 설치되고, 주축(1) 양단에 제 1, 2자성휠(10)(10')이 이격 설치된다. 그리고 주축(1)은 본체프레임상에 구비되는 베어링하우징에 의해 회전가능하게 지지된다.
여기서, 상기 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인으로 형성된다. 즉, 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 상에 하나의 상향 자력구간(하사점에서 상사점으로 연결되는 상향경사구간)과 하나의 하향 자력구간(상사점에서 하사점으로 연결되는 하향 경사구간)이 형성된다. 한편, 도 3에서 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인으로 형성된 상태를 도시하고 있지만, 이에 국하되지 않고 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 고정자석(12)의 상, 하사점이 2개 이상 형성하는 구성도 가능하다.
그리고, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')의 사인파형 라인은 동일한 방향으로 형성된다. 즉, 제 1자성휠(10)의 상향 자력구간과 제 2자성휠(10')의 하향 자력구간이 서로 평행하게 마주하도록 배치되고, 또 제 1자성휠(10)의 하향 자력구간과 제 2자성휠(10')의 상향 자력구간이 서로 팽행하게 마주하도록 배치된다. 한편, 상기 한 쌍의 제 1, 2자성휠(10)(10')은 도 1과 같이 주축(1)과 함께 동일방향으로 회전하도록 구비되고, 도 2에서는 베벨기어조립체(60)에 의해 한 쌍의 제 1, 2자성휠(10)(10')이 상호 역방향으로 회전되도록 구비된다.
또한, 상기 제 1자성휠(10)과 후술하는 제1유동자석(44) 간에 척력이 작용시, 제 2자성휠(10')과 제 2유동자석(44') 간에 인력이 작용하도록 구비되는바, 일예로서 제 1자성휠(10)의 고정자석(12)이 상향 자력구간에서 제1유동자석(44)과 척력이 작용시 제 2자성휠(10')의 고정자석(12)이 하향 자력구간에서 제 2유동자석(44')과 인력이 작용하도록 구비된다.
이에 구동원에 의해 주축(1)이 회전운동 시, 한 쌍의 제 1, 2자성휠(10)(10')과 제 1, 2유동자석(44)(44')에 의해 작동로드(40) 양측에서 자력이 양방향으로 작용하도록 구조개선된다.
또한, 본 발명에 따른 캠휠(20)은 상기 제 1, 2자성휠(10)(10') 사이에 배치되고, 주축(1) 상에 설치되어 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비된다. 캠레일(22)은 도 3의 전개도와 같이 각각 1개의 상, 하사점으로 이루어지고, 상, 하사점은 상, 하향 경사부에 의해 서로 연결되다. 그리고 캠레일(22)은 음각 또는 양각 구조로 형성되는 후술하는 작동로드(40)의 캠롤러(42)와 경사운동되고, 캠롤러(42)와의 경사 운동력이 캠휠(20) 회전운동력으로 전환되어 전달된다.
또한, 본 발명에 따른 레일휠(30)은 상기 제 1, 2자성휠(10)(10') 사이에 배치되고, 주축(1) 상에 설치되어 외주면에 복수의 가이드레일(32)이 방사형으로 구비된다. 가이드레일(32)은 후술하는 작동로드(40)와 동일한 개수로 구비되는바, 일예로서 가이드레일(32)은 180° 등각 위치에 2개소에 형성되거나, 180° 등각 위치에 4개 및 60° 등각 위치에 6개소로 형성되는 바와 같이 짝수 배수로 형성되는 것이 바람직하다.
이에 일예로서 작동로드(40)의 제 1유동자석(44)이 척력에 의해 제 1자성휠(10)의 상사점을 통과하는 시점에 이웃하는 후방에 위치된 작동로드(40)의 제 1유동자석(44)이 제 1자성휠(10)의 제 1자성휠(10)의 고정자석(12)과 척력 작용으로 이동력이 연결되어 작용하므로, 전방에서 작동로드(40)의 제 1유동자석(44)이 제 1자성휠(10)의 상사점을 통과하는 중에 작용하는 이동력 손실이 상쇄된다.
또한, 본 발명에 따른 작동로드(40)는 상기 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12)과 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 양단에 제 1, 2유동자석(44)(44')이 구비된다. 작동로드(40)는 바형태로 형성되어 중앙영역에 가이드레일(32)이 설치되고, 양단에 제 1, 2유동자석(44)(44')이 구비된다.
그리고, 상기 작동로드(40) 일단에 구비된 제 1유동자석(44)은 제 1자성휠(10)의 상향 자력구간에서 척력이 작용하고, 작동로드(40) 다른 일단에 구비된 제 2유동자석(44')은 제 2자성휠(10')의 상향 자력구간에서 인력이 작용하도록 구성되며, 이와 반대로 상기 작동로드(40) 일단에 구비되는 제 1유동자석(44)이 제 1자성휠(10)의 하향 자력구간에 위치시 고정자석(12)과 인력이 작용하고, 작동로드(40) 다른 일단에 구비되는 제 2유동자석(44')은 제 2자성휠(10')의 하향 자력구간에 고정자석(12)과 척력이 작용하도록 구성된다.
이처럼, 상기 레일휠(30)이 고정된 상태로 제 1, 2자성휠(10)(10')이 캠휠(20)과 함께 구동원(50)에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동 되면, 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12)과 작동로드(40)의 제 1, 2유동자석(44)(44') 간에 작용하는 자력에 의해 작동로드(40)가 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동되면서 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22)을 타고 경사운동되어 캠휠(20) 회전운동으로 전환되어 전달되도록 구비된다.
도 2에서, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')이 설치되는 주축(1)은 이분할되고, 이분할된 주축(1)은 베벨기어조립체(60)에 의해 동축 상에 연결되어 제 1, 2자성휠(10)(10')을 상호 역방향으로 회전되도록 구비된다. 이에 주축(1)을 고속운전시, 제 1, 2자성휠(10)(10')이 상호 역방향으로 회전되면서 회전 원심력에 의한 진동력이 상쇄되고, 또 베벨기어조립체(60)에 의한 치합 공차로 인해 이분할된 한 쌍의 축간에 회전력 전달 타임이 미세하게 지연되도록 구성된다.
이로 인해 제 1자성휠(10)의 고정자석(12) 상사점이 작동로드(40)의 제 1유동자석(44)을 통과하는 직후에 시간차를 두고 제 2자성휠(10')의 고정자석(12) 상사점이 작동로드(40)의 제 2유동자석(44')을 통과하므로 제 1자성휠(10)의 고정자석(12) 상사점이 작동로드(40)의 제 1유동자석(44)을 통과하는 중에 작용하는 이동력 손실이 상쇄된다.
그리고 고정자석(12)은 도 4 (a)처럼 하사점에서 상사점으로 갈수록 제 1, 2유동자석(44)(44') 이동 경로(L)를 기준으로 간격이 축소되도록 구비되고, 상사점에서 하사점으로 갈수록 제 1, 2유동자석(44)(44')의 이동 경로(L)를 기준으로 간격이 축소되도록 구비되거나, 도 4 (b)와 같이 상기 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비된다.
이에 상기 제 1, 2유동자석(44)(44')이 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12) 상사점으로 가까워질수록 척력이 증가되고, 제 1, 2유동자석(44)(44')이 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12) 하사점으로 가까워질수록 인력이 증가된다.
도 5에서, 상기 작동로드(40)는 이분할되어 래크(70)와 피니언기어(72)에 의해 상호 역방향으로 연계 작동되도록 연결되고, 상기 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인을 형성하고, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')의 사인파형 라인은 상호 역방향으로 형성되어, 제 1자성휠(10)과 제1유동자석(44) 간에 작용하는 자력과, 제 2자성휠(10')과 제 2유동자석(44') 간에 작용하는 자력이 동일하게 형성된다.
즉, 상기 제 1, 2유동자석(44)(44')은 제 1, 2자성휠(10)(10')의 상향 자력구간에서 척력이 작용하고, 하향 자력구간에서 인력이 작용하도록 구비됨에 따라 구동원(50)에 의해 주축(1)이 회전운동 시, 한 쌍의 제 1, 2자성휠(10)(10')과 제 1, 2유동자석(44)(44')에 의해 작동로드(40) 양측에서 자력이 양방향으로 작용하게 된다.
10, 10': 제 1, 2자성휠 20: 캠휠
30: 레일휠 40: 작동로드
50: 구동원 60: 베벨기어조립체
70: 래크

Claims (5)

  1. 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 사인파형 라인을 따라 고정자석(12)이 교대로 구비되는 한 쌍의 제 1, 2자성휠(10)(10');
    상기 제 1, 2자성휠(10)(10') 사이에 배치되고, 주축(1) 상에 설치되어 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비되는 캠휠(20);
    상기 제 1, 2자성휠(10)(10') 사이에 배치되고, 주축(1) 상에 설치되어 외주면에 복수의 가이드레일(32)이 방사형으로 구비되는 레일휠(30); 및
    상기 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12)과 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 양단에 제 1, 2유동자석(44)(44')이 구비되는 작동로드(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 레일휠(30)이 고정된 상태로 제 1, 2자성휠(10)(10')이 캠휠(20)과 함께 구동원(50)에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동 되면, 제 1, 2자성휠(10)(10')의 고정자석(12)과 작동로드(40)의 제 1, 2유동자석(44)(44') 간에 작용하는 자력에 의해 작동로드(40)가 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동되면서 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22)을 타고 경사운동되어 캠휠(20) 회전운동으로 전환되어 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 회전운동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인을 형성하고, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')의 사인파형 라인은 동일한 방향으로 형성되어, 제 1자성휠(10)과 제1유동자석(44) 간에 척력이 작용시, 제 2자성휠(10')과 제 2유동자석(44') 간에 인력이 작용하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 자력을 이용한 회전운동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 2자성휠(10)(10')이 설치되는 주축(1)은 이분할되고, 이분할된 주축(1)은 베벨기어조립체(60)에 의해 동축 상에 연결되어 제 1, 2자성휠(10)(10')을 상호 역방향으로 회전되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 회전운동장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 제 1, 2유동자석(44)(44') 이동 경로(L)를 기준으로 간격이 축소되도록 구비되고, 상사점에서 하사점으로 갈수록 제 1, 2유동자석(44)(44')의 이동 경로(L)를 기준으로 간격이 축소되도록 구비되거나, 상기 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 회전운동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 작동로드(40)는 이분할되어 래크(70)와 피니언기어(72)에 의해 상호 역방향으로 연계 작동되도록 연결되고, 상기 고정자석(12)은 제 1, 2자성휠(10)(10') 1회전당 상, 하사점이 각각 1개씩 형성되는 사인파형 라인을 형성하고, 상기 제 1, 2자성휠(10)(10')의 사인파형 라인은 상호 역방향으로 형성되어, 제 1자성휠(10)과 제1유동자석(44) 간에 작용하는 자력과, 제 2자성휠(10')과 제 2유동자석(44') 간에 작용하는 자력이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 자력을 이용한 회전운동장치.
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