KR102301748B1 - 양방향 자력을 이용한 회전운동장치 - Google Patents

양방향 자력을 이용한 회전운동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향 자력을 이용한 회전운동장치에 관련되며, 이때 양방향 자력을 이용한 회전운동장치는 자성휠 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석이 'ㄷ'형 자석홀더에 구비되는 한 쌍의 상, 하부 유동자석과 양방향에서 자력이 작용하도록 구조 개선함과 더불어 양방향 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 설정하여 'ㄷ'형 자석홀더가 상, 하사점 방향전환 구간에서의 이동력 손실이 감소되고, 특히 상, 하향 고정자석이 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석 자력면이 상, 하부 유동자석의 이동 경로와 경사각을 이루도록 배치됨에 따라 상, 하부 유동자석이 상, 하향 고정자석을 순차적으로 이동하는 중에 이웃하는 상, 하향 고정자석과의 근접 구간으로 인해 자력이 증대되도록 하기 위해 자성휠(10), 캠휠(20), 레일휠(30), 'ㄷ'형 자석홀더(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.

Description

양방향 자력을 이용한 회전운동장치 {Rotary motion device using angular magnetic force}
본 발명은 양방향 자력을 이용한 회전운동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성휠 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석이 'ㄷ'형 자석홀더에 구비되는 한 쌍의 상, 하부 유동자석과 양방향에서 자력이 작용하도록 구조 개선함과 더불어 양방향 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 설정하여 'ㄷ'형 자석홀더가 상, 하사점 방향전환 구간에서의 이동력 손실이 감소되고, 특히 상, 하향 고정자석이 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석 자력면이 상, 하부 유동자석의 이동 경로와 경사각을 이루도록 배치됨에 따라 상, 하부 유동자석이 상, 하향 고정자석을 순차적으로 이동하는 중에 이웃하는 상, 하향 고정자석과의 근접 구간으로 인해 자력이 증대되는 양방향 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, 본 발명은 자성휠 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석이 'ㄷ'형 자석홀더에 구비되는 한 쌍의 상, 하부 유동자석과 양방향에서 자력이 작용하도록 구조 개선함과 더불어 양방향 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 설정하여 'ㄷ'형 자석홀더가 상, 하사점 방향전환 구간에서의 이동력 손실이 감소되고, 특히 상, 하향 고정자석이 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석 자력면이 상, 하부 유동자석의 이동 경로와 경사각을 이루도록 배치됨에 따라 상, 하부 유동자석이 상, 하향 고정자석을 순차적으로 이동하는 중에 이웃하는 상, 하향 고정자석과의 근접 구간으로 인해 자력이 증대되는 양방향 자력을 이용한 회전운동장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 양면에 사인파형 라인을 따라 상, 하향 고정자석(12)(12')이 교대로 구비되는 자성휠(10); 상기 주축(1) 상에 설치되어, 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비되는 캠휠(20); 상기 주축(1) 상에 설치되고, 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, 자성휠(10)의 양면에 대향하게 설치되어 상, 하향 고정자석(12)(12')과 양방향에서 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 한 쌍의 상, 하부 유동자석(44)(44')이 구비되는 'ㄷ'형 자석홀더(40);를 포함하여 이루어지고, 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석(12)(12') 자력면은 상, 하부 유동자석(44)(44')의 이동 경로(L)와 경사각을 이루도록 배치되며, 상기 레일휠(30)이 고정된 상태로 자성휠(10)이 구동원에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동 되거나, 상기 자성휠(10)이 주축(1)에 고정된 상태로 레일휠(30)이 구동원에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자성휠(10) 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대응하는 한 쌍의 상, 하부 유동자석(44)(44')은 양방향에서 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상향 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 상부 유동자석(44)의 이동 경로(L)와의 간격이 축소되도록 구비되고, 하향 고정자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 하부 유동자석(44')의 이동 경로(L)와의 간격이 축소되도록 구비되거나, 상기 상향 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 하향 고정자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 적어도 2개 이상이 1조로 구비되고, 상기 복수의 상, 하부 유동자석(44)(44')은 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대향하도록 일직선 또는 계단식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 서로 상이한 반경 상에 상, 하향 경사각으로 각각 구비되고, 상, 하향 고정자석(12)(12')의 상, 하사점 구간이 서로 중첩되어 상, 하사점 중첩구간(13)을 형성하며, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 한 쌍으로 구비되어 어느 하나는 상향 고정자석(12)과 대응하는 반경 상에 경사각으로 설치되며, 다른 하나는 하향 고정자석(12')과 대응하는 반경 상에서 반대방향 경사각으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40) 중 상사점으로 이동하는 군과 하사점으로 이동하는 군이 각각 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상호 역방향으로 직선이동되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 자성휠 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석이 'ㄷ'형 자석홀더에 구비되는 한 쌍의 상, 하부 유동자석과 양방향에서 자력이 작용하도록 구조 개선함과 더불어 양방향 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 설정하여 'ㄷ'형 자석홀더가 상, 하사점 방향전환 구간에서의 이동력 손실이 감소되고, 특히 상, 하향 고정자석이 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석 자력면이 상, 하부 유동자석의 이동 경로와 경사각을 이루도록 배치됨에 따라 상, 하부 유동자석이 상, 하향 고정자석을 순차적으로 이동하는 중에 이웃하는 상, 하향 고정자석과의 근접 구간으로 인해 자력이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 상, 하향 고정자석 전개도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 ㅂ변형예를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 자성휠 변형예를 나타내는 구성도.
도 5는 도 4의 상, 하향 고정자석 및 상, 하부 유동자석의 배치 구조를 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 상, 하향 고정자석의 변형예를 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 상, 하부 유동자석 변형예를 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 자성블록이 제 1, 2연결암에 의해 묶음 결합된 상태를 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 자력을 이용한 회전운동장치의 레크와 피니언기어에 의해 자성블록이 연계작동되는 상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 양방향 자력을 이용한 회전운동장치에 관련되며, 이때 양방향 자력을 이용한 회전운동장치는 자성휠 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석이 'ㄷ'형 자석홀더에 구비되는 한 쌍의 상, 하부 유동자석과 양방향에서 자력이 작용하도록 구조 개선함과 더불어 양방향 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 설정하여 'ㄷ'형 자석홀더가 상, 하사점 방향전환 구간에서의 이동력 손실이 감소되고, 특히 상, 하향 고정자석이 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석 자력면이 상, 하부 유동자석의 이동 경로와 경사각을 이루도록 배치됨에 따라 상, 하부 유동자석이 상, 하향 고정자석을 순차적으로 이동하는 중에 이웃하는 상, 하향 고정자석과의 근접 구간으로 인해 자력이 증대되도록 하기 위해 자성휠(10), 캠휠(20), 레일휠(30), 'ㄷ'형 자석홀더(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 자성휠(10)은 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 양면에 사인파형 라인을 따라 상, 하향 고정자석(12)(12')이 교대로 구비된다. 주축(1)은 도 1에서 종방향으로 설치된 직립구조를 도시하고 있지만, 이에 국한되지 않고 횡형구조로 형성 가능하다.
그리고, 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 자성휠(10) 양면에 사인파형 라인을 따라 형성되는바, 일예로서 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 후술하는 한 쌍의 상, 하부 유동자석(44)(44')과 양방향에서 동일극 및 반대극으로 형성되어 서로 간에 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 구비된다. 이때 상향 고정자석(12)은 자성휠(10) 양면에 형성되는 사인파형 라인의 하사점에서 상사점 구간에 형성되며, 하향 고정자석(12')은 자성휠(10) 사인파형 라인의 상사점에서 하사점 구간에 형성된다.
도 1에서, 상기 자성휠(10) 상면에 상향 고정자석(12)과 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상부에 구비되는 상부 유동자석(44) 간에 인력이 작용시, 자성휠(10) 저면에 상향 고정자석(12)과 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상부에 구비되는 상부 유동자석(44) 간에 척력이 작용하도록 구성되고, 또 자성휠(10) 상면에 하향 고정자석(12')은 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 하부에 구비되는 하부 유동자석(44')과 척력이 작용하고, 자성휠(10) 저면에 하향 고정자석(12')은 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 하부에 구비되는 하부 유동자석(44')과 인력이 작용하도록 구성되는 상태를 도시한다.
그리고 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 도 2와 같이 계단식으로 배치되고, 각각의 상, 하향 고정자석(12)(12') 자력면은 후술하는 상, 하부 유동자석(44)(44')의 이동 경로(L)와 경사각을 이루도록 배치된다.
이에 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10) 양면에 구비되는 복수의 상향 고정자석(12)을 타고 상향 이동하는 중에 상, 하부 유동자석(44)(44')이 각각의 상향 고정자석(12) 자력면과 경사각으로 마주하면서 순차적으로 접하도록 구비됨에 따라 상, 하부 유동자석(44)(44')이 어느 하나의 상향 고정자석(12)과 대향하는 위치에서 자력이 작용하여 상향 경사 이동하는 중에 상, 하부 유동자석(44)(44')의 상향 측 단부가 이웃하는 상향 고정자석(12)에 중첩된 위치로 이동하고, 이때 이웃하는 상향 고정자석(12)과의 경사각에 의한 근접한 거리로 인해 자력(인력, 척력 중 어느 하나 이상)이 증대되어 이동력이 작용하게 된다.
그리고 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')이 복수의 하향 고정자석(12')을 타고 하향 이동하는 중에 상, 하부 유동자석(44)(44')이 각각의 하향 고정자석(12') 자력면과 경사각으로 마주하면서 순차적으로 접하도록 구비됨에 따라 상, 하부 유동자석(44)(44')이 어느 하나의 하향 고정자석(12')과 대향하는 위치에서 자력이 작용하여 하향 경사 이동하는 중에 상, 하부 유동자석(44)(44')의 하향 측 단부가 이웃하는 하향 고정자석(12')에 중첩된 위치로 이동하고, 이때 이웃하는 하향 고정자석(12')과의 경사각에 의한 근접한 거리로 인해 인력이 증대되어 이동력이 작용하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 캠휠(20)은 상기 주축(1) 상에 설치되어, 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비된다. 상기 캠휠(20)은 자성휠(10)과 동심원상에 구비되고, 상기 캠레일(22)은 상, 하사점(22a)(22b)과, 상, 하사점(22a)(22b)을 연결하는 경사부(22c)를 가진 사인파형으로 형성된다. 캠레일(22)의 상, 하사점(22a)(22b) 개수는 자성휠(10)의 상, 하사점 개수와 동일한 수량으로 구비된다. 여기서 캠레일(22)은 돌출형성되거나, 도 1처럼 음각 홈 구조로 형성하는 구성도 가능하다.
그리고 상기 캠레일(22)은 후술하는 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 캠롤러(42)와 캠운동되면서, 캠롤러(42)와의 경사 운동력이 자성휠(10) 또는 캠휠(20) 회전운동력으로 전환된다.
또한, 본 발명에 따른 레일휠(30)은 자성휠(10)과 동심원상에 설치되고, 외주면에 방사형으로 가이드레일(32)이 구비된다. 가이드레일(32)은 상기 자성휠(10)의 상, 하사점 개수와 동일한 수량으로 구비되거나, 상기 자성휠(10)의 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간 각각에 대해 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 1개 또는 적어도 2개 이상 배치되도록 구비된다.
즉, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)는 자성휠(10)의 사인파형 라인에 형성되는 상사점 개수 * 4 또는 상사점 개수 * 6의 수량으로 형성되는바, 이로 인해 자성휠(10)의 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간에 각각 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 2~20개 배치됨에 따라 어느 하나의 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 유동자석이 자성휠(10)의 상사점을 통과하는 시점에 후방에 이웃하는 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 유동자석이 자성휠(10)의 상향 고정자석(12)과 자력으로 이동력이 연속 작용하여 전방에서 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 유동자석이 자성휠(10)의 상사점을 통과하는 중에 작용하는 이동력 손실을 상쇄시키도록 구비된다.
또한, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 적어도 2개 이상이 1조로 구비되고, 상기 복수의 상, 하부 유동자석(44)(44')은 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대향하도록 일직선 또는 계단식으로 형성된다. 도 7에서는 단일의 'ㄷ'형 자석홀더(40) 상에 상, 하부 유동자석(44)(44') 각각 3개씩 구비된 상태를 도시한다.
이에 상기 자성휠(10)의 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간에서 'ㄷ'형 자석홀더(40)에 구비되는 복수의 상, 하부 유동자석(44)(44') 중 선방에 구비되는 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 상사점 또는 하사점을 통과하는 시점에 후방에 이웃하는 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 상향 고정자석(12) 또는 하향 고정자석(12')과의 자력(인력, 척력)으로 인해 이동력이 연속 작용하여 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 상사점을 통과하는 중에 이동력 손실이 상쇄된다.
또한, 본 발명에 따른 'ㄷ'형 자석홀더(40)는 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 자성휠(10)의 양면에 대향하게 설치되어 상, 하향 고정자석(12)(12')과 양방향에서 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 한 쌍의 상, 하부 유동자석(44)(44')이 구비된다.
일예로서, 상기 자성휠(10) 사인파형 라인의 하사점에서 상사점 구간을 이동하는 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상부 유동자석(44)은 자성휠(10) 상면의 상향 고정자석(12)과 척력이 작용하고, 하부 유동자석(44')은 자성휠(10) 저면의 상향 고정자석(12)과 인력이 작용하도록 구성된다.
이때, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 자성휠(10) 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석(12)(12')과 평행하게 설치되거나, 상기 상부 유동자석(44)의 상향 측 단부를 하향 또는 상향 경사각으로 형성하고, 또 상기 하부 유동자석(44')의 하향 측 단부를 상향 또는 하향 경사각으로 높게 배치하는 구성도 가능하다.
그리고 상, 하부 유동자석(44)(44')은 상, 하향 고정자석(12)(12')으로 이루어지는 사인파형 라인의 상, 하사점을 기점으로 방향 전환되어, 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 가이드레일(32)을 타고 직선 왕복운동되는 중에 캠롤러(42)와 캠레일(22)이 경사 운동된다.
도 4 내지 도 5에서, 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 서로 상이한 반경 상에 상, 하향 경사각으로 각각 구비되고, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대응하는 반경 상에 각각 반대 방향 경사각으로 설치된다.
즉, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 한 쌍으로 구비되어, 서로 상이한 회전 반경 상에서 상, 하향 고정자석(12)(12')과 교대로 인력 및 척력이 작용하도록 구성된다. 일예로서 어느 하나의 상, 하부 유동자석(44)이 자성휠(10) 양면에서 상향 고정자석(12)과 대향하게 위치되어 자력에 의해 자성휠(10) 사인파형 라인 상사점에 도달하면, 다른 하나의 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10) 양면의 하향 고정자석(12')과 대향하게 배치되어 인력에 의해 자성휠(10) 하사점으로 이동하게 된다.
이처럼 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상사점 방향 이동력이 상, 하부 유동자석(44)(44')과 한 쌍의 상향 고정자석(12) 간에 척력에 의해 발생되고, 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 하사점 방향 이동력이 상, 하부 유동자석(44)(44')과 한 쌍의 하향 고정자석(12') 간에 인력에 의해 발생되도록 구분된다.
이에 상기 상, 하향 고정자석이 서로 상이한 반경 상에 상, 하향 경사각으로 형성되어 상, 하부 유동자석과 독립된 자력구간을 형성하므로 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 상, 하사점 방향전환 구간에서 원활하게 이동되고, 특히 상, 하부 유동자석(44)(44')의 저면과 상, 하향 고정자석(12)(12')의 상면을 서로 대향하도록 배치 가능하여 인력 및 척력이 강하게 작용하게 된다.
한편, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')의 상향 측 단부를 하향 또는 상향 경사각으로 형성하는 구성도 가능하다.
또, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')의 모서리를 경사각으로 모따기 처리하고, 이와 대응하는 상, 하향 고정자석(12)(12')의 단부 모서리를 모따기 처리하여 상, 하부 유동자석(44)(44')이 이웃하는 상, 하향 고정자석(12)(12')을 순차적으로 타고 이동하는 중에 자력에 의한 반발력이 감소된다.
한편, 상기 레일휠(30)이 고정된 상태로 자성휠(10)이 구동원에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동되거나, 상기 자성휠(10)이 주축(1)에 고정된 상태로 레일휠(30)이 구동원에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동되도록 구성 가능하다. 이때 구동원은 도면을 통하여 도시하지 않았지만, 레일휠(30) 또는 자성횔(10)을 구동하도록 설치된다.
작동 상에 있어서, 상기 구동원에 의해 자성휠(10)을 구동하도록 구성시, 캠휠(20)은 자성휠(10)과 함께 구동되고, 상기 레일휠(30)은 본체프레임에 고정되며, 상기 자성휠(10)이 구동하며, 상향 고정자석(12)과 상, 하부 유동자석(44)(44') 간에 작용하는 자력에 의해 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 상향 이동된 후, 하향 고정자석(12')과 상, 하부 유동자석(44)(44') 간에 자력에 의해 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 하향 이동되며, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 직선 왕복 이동력에 의해 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22)과 경사 운동되면서 캠휠(20) 회전운동으로 전환되어 전달된다.
그리고, 상기 구동원에 의해 레일휠(30)을 구동하도록 구성시, 자성휠(10) 및 캠휠(20)은 본체프레임에 고정되고, 상기 레일휠(30)이 구동하며, 상향 고정자석(12)과 상, 하부 유동자석(44)(44') 간에 작용하는 자력에 의해 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 상향 이동된 후, 하향 고정자석(12')과 상, 하부 유동자석(44)(44') 간에 인력에 의해 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 하향 이동되며, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 직선 왕복이동력에 의해 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22)과 경사 운동되면서 레일휠(30) 회전운동으로 전환된다.
한편, 상기 자성휠(10) 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대응하는 상, 하부 유동자석(44)(44')은 양방향에서 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 구비된다. 즉, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 상향 고정자석(12) 구간을 타고 이동시, 상부 유동자석(44)과 자성휠(10) 상면 상향 고정자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 유동자석(44)과 자성휠(10) 저면 상향 고정자석(12) 간에 인력이 작용하며, 또 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 하향 고정자석(12') 구간을 타고 이동시, 상부 유동자석(44)과 자성휠(10) 상면 하향 고정자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 유동자석(44)과 자성휠(10) 저면 하향 고정자석(12') 간에 척력이 작용하도록 구성된다.
이에 상기 자성휠(10) 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석(12)(12')이 'ㄷ'형 자석홀더(40)에 구비되는 한 쌍의 상, 하부 유동자석(44)(44')과 양방향에서 자력이 작용하도록 구조 개선됨과 더불어 양방향 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 설정하여 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 상, 하사점 방향전환 구간에서의 이동력 손실이 감소된다.
도 6에서, 상기 상향 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 상부 유동자석(44) 이동 경로(L)와의 간격이 축소되도록 구비되고, 하향 고정자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 하부 유동자석(44')의 이동 경로(L)와의 간격이 축소되도록 구비되거나, 도면을 통하여 도시하지 않았지만, 상기 상향 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 하향 고정자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비된다.
이에 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10) 사인파라인의 상사점으로 가까워질수록 자력이 증가되고, 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10) 사인파라인의 하사점으로 가까워질수록 자력이 증가된다.
또한, 상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 서로 상이한 반경 상에 상, 하향 경사각으로 각각 구비되고, 상, 하향 고정자석(12)(12')의 상, 하사점 구간이 서로 중첩되어 상, 하사점 중첩구간(13)을 형성하며, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 한 쌍으로 구비되어 어느 하나는 상향 고정자석(12)과 대응하는 반경 상에 경사각으로 설치되며, 다른 하나는 하향 고정자석(12')과 대응하는 반경 상에서 반대방향 경사각으로 설치되는 것을 특징으로
이에 상기 자성휠(10) 상, 하사점에서 상, 하부 유동자석(44)(44')이 상, 하향 고정자석(12)(12')의 상, 하사점 중첩구간(13)(13')에 의해 상호 반대방향 자력이 복합적으로 작용(예컨대, 인력 및 척력)하도록 구성됨에 따라 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 상향 고정자석(12) 상사점을 통과하여 이탈되는 시점에 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 하향 고정자석(12')과 반대방향 자력이 작용하므로 상부 유동자석(44)과 상향 고정자석(12) 간에 이동력에 반하는 자력이 상쇄된다.
또, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 하향 고정자석(12') 하사점을 통과하는 시점에서도 상기와 동일한 원리에 의해 상, 하부 유동자석(44)(44')과 하향 고정자석(12')이 이탈되는 시점에 이동력에 반하는 자력이 상쇄된다.
한편, 상기 자성휠(10)의 상, 하향 고정자석(12)(12') 중 사인파형 라인의 상, 하사점과 대응하는 위치에 자석은 전자석으로 적용하여 제어부에 의해 on/off 작동 제어되거나, 영자석으로 적용하여 제어부에 의해 무극으로 전환되도록 구비된다. 여기서 상기 영자석은 영구자석에 코일을 감아 전류를 인가시, 영구자석 극성이 무극으로 전환되는 자석이다.
이에 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')이 자성휠(10)의 사인파형 라인의 상, 하사점 변곡지점에서 이동 방향 전환시, 전자석에 의해 사인파형 라인의 상, 하사점 변곡지점 자력이 일시적으로 off 작동되거나 무극으로 전환되어 자력 저항을 감소시킴으로 원활한 회전운동을 도모한다.
또한, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)는 한 쌍이 1조를 이루면서, 레크(40a)와 피니언기어(40b)에 의해 치합되며, 상기 피니언기어(40b)는 레일휠(30)에 설치되어 인접하는 한 쌍의 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 상호 역방향으로 연계작동되도록 구비된다.
도 9에서, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40)는 2개씩 짝을 이루어 레크(40a)와 피니언기어(40b)에 의해 치합됨에 따라 어느 일측 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 인력 및 척력에 의해 하향 이동시 이웃하는 다른 일측 'ㄷ'형 자석홀더(40)는 상향 이동되는 연계작동구조를 가진다.
이에 상기 가이드레일(32)을 종방향으로 설치하더라도, 한 쌍의 'ㄷ'형 자석홀더(40)가 레크(40a)와 피니언기어(40b)에 의해 연결되어 상호 역방향 이동구조를 가짐으로 중력방향으로 작용하는 하중이 힘의 평형(무게 발란스 유지)을 이루면서 'ㄷ'형 자석홀더(40)의 상방향 이송에 따른 동력손실이 방지된다.
또한, 본 발명에 따른 구동원(예컨대, 모터)는 자성휠(10) 또는 레일휠(30)에 설치되거나, 자성휠(10)과 레일휠(30)을 서로 역방향으로 구동하도록 구비된다.
도 8에서, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40) 중 상사점으로 이동하는 군과 하사점으로 이동하는 군이 각각 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상호 역방향으로 직선이동되도록 구비된다.
즉, 상기 'ㄷ'형 자석홀더(40) 중 동일한 작동 방향을 가지는 'ㄷ'형 자석홀더(40) 끼리 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상, 하사점으로 강제이동된다. 이때 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22) 경사부(22c)와 경사 운동되면서 자성휠(10) 또는 캠휠(20) 회전운동으로 전환되어 전달된다.
한편, 상기 구동원은 클러치에 의해 동력전달이 on/off 작동되고, 클러치는 제어부에 연결되어 자성휠(10) 또는 레일휠(30)이 설정 속도에 도달하면 자체 가속력에 의해 회전상태가 유지되도록 클러치 동력전달 off, 구동원 전원 off되도록 구비된다.
상기 클러치는 전자클러치 또는 라쳇과 같은 일방향 동력전달 수단으로 구성되고, 자성휠(10) 또는 레일휠(30)이 중량체로 구성되어 설정된 속도영역에 도달하면 가속력에 의해 구동원 속도보다 빨라지는 증속 구간이 발생된다. 이를 제어부에서 감지하여 클러치를 통하여 구동원 동력전달이 off 작동되어 자성휠(10) 또는 레일휠(30)이 자유구동으로 전환되면, 구동원 출력과 자성휠(10) 또는 레일휠(30) 간의 회전속도 불일치로 인한 동력손실이 방지되면서 단속적인 구동원 사용으로 인해 에너지 효율이 향상된다.
10: 자성휠 20: 캠휠
30: 레일휠 40: 'ㄷ'형 자석홀더

Claims (6)

  1. 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 양면에 사인파형 라인을 따라 상, 하향 고정자석(12)(12')이 교대로 구비되는 자성휠(10);
    상기 주축(1) 상에 설치되어, 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비되는 캠휠(20);
    상기 주축(1) 상에 설치되고, 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, 자성휠(10)의 양면에 대향하게 설치되어 상, 하향 고정자석(12)(12')과 양방향에서 인력, 척력 중 적어도 하나 이상의 자력이 작용하도록 한 쌍의 상, 하부 유동자석(44)(44')이 구비되는 'ㄷ'형 자석홀더(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 계단식으로 배치되어, 각각의 상, 하향 고정자석(12)(12') 자력면은 상, 하부 유동자석(44)(44')의 이동 경로(L)와 경사각을 이루도록 배치되며,
    상기 레일휠(30)이 고정된 상태로 자성휠(10)이 구동원에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동 되거나, 상기 자성휠(10)이 주축(1)에 고정된 상태로 레일휠(30)이 구동원에 의해 주축(1)을 중심으로 회전운동되도록 구비되고,
    상기 상향 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 상부 유동자석(44)의 이동 경로(L)와의 간격이 축소되도록 구비되고, 하향 고정자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 하부 유동자석(44')의 이동 경로(L)와의 간격이 축소되도록 구비되거나, 상기 상향 고정자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 하향 고정자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 양방향 자력을 이용한 회전운동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자성휠(10)의 양면에 구비되는 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대응하는 상, 하부 유동자석(44)(44')은 양방향에서 자력이 서로 반대방향으로 작용하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 양방향 자력을 이용한 회전운동장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 적어도 2개 이상이 1조로 구비되고, 상기 복수의 상, 하부 유동자석(44)(44')은 상, 하향 고정자석(12)(12')과 대향하도록 일직선 또는 계단식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 자력을 이용한 회전운동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상, 하향 고정자석(12)(12')은 서로 상이한 반경 상에 상, 하향 경사각으로 각각 구비되고, 상, 하향 고정자석(12)(12')의 상, 하사점 구간이 서로 중첩되어 상, 하사점 중첩구간(13)을 형성하며, 상기 상, 하부 유동자석(44)(44')은 각각 한 쌍으로 구비되어 어느 하나는 상향 고정자석(12)과 대응하는 반경 상에 경사각으로 설치되며, 다른 하나는 하향 고정자석(12')과 대응하는 반경 상에서 반대방향 경사각으로 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 자력을 이용한 회전운동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 'ㄷ'형 자석홀더(40) 중 상사점으로 이동하는 군과 하사점으로 이동하는 군이 각각 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상호 역방향으로 직선이동되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 회전운동장치.
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