KR19990068354A - 영구자석을이용한동력발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 동력 발생장치에 관한 것이다.

본 발명은 베이스(10)와; 동일 극성끼리 마주보는 2개의 막대형 영구자석이 1조 이루면서 2열 이상으로 베이스(10)상에 설치되며, 마주보는 S극이 N극에 대해 소정각도 벌어지도록 배치되는 고정자(20)와; 상기 베이스(10)에 회전이 가능하도록 설치되는 원통의 회전체(30)와; 상기 고정자(20)와의 상호 작용에 의해 상기 회전체(30)를 회전시키는 것으로, 상기 고정자(20)사이를 통과하면서 회전되도록 상기 회전체(30)의 외면 둘레에 등간격으로 설치됨과 동시에 상호 엇갈리도록 여러 열로 배치되는 막대형 영구자석인 회전자(40)로 이루어진다. 이와 같은 본 발명은 영구자석인 고정자와 회전자의 상호작용에 의해 스스로 회전될 수 있는 회전체를 구비함으로써, 소정의 동력을 발생시킬 수 있는 기능을 갖는다.

Description

영구자석을 이용한 동력 발생장치{FOWER UNIT SYSTEM USING PERMANT MAGNET}

본 발명은 영구자석을 이용한 동력 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석인 고정자와 회전자의 상호작용에 의해 회전될 수 있는 회전체를 구비하여 소정의 동력을 발생시킬 수 있는 영구자석을 이용한 동력 발생장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 자석은 철, 니켈, 코발트 등과 같은 자성체를 끌어당기는 성질을 갖는 물체로서, 모터류, 통신기기, 각종 계측기 등과 같은 기계 및 전자장치에 다양한 형태로 이용되고 있다. 이러한 자석은 연철심 둘레에 절연 도선을 감고 외부에서 상기 절연 도선에 전기적 에너지를 가하여 연철심으로 하여금 자력을 갖게 한 전자석과, 외부로부터의 전기적 에너지 공급 없이 차체로서 자력을 보유한 영구자석 등이 있다.

한편, 영구자석은 보통 자철광과 같은 천연상태의 자석을 가공하여 사용하기도 하며, 분체 상태의 자성체를 소성 결합하거나 강철을 착자(着磁)시켜 인위적으로 제작하여 형성하기도 한다. 이러한 영구자석은 양측으로 N극과 S극이 서로 대치되도록 구성되어 N극에서 S극으로 이어지는 소정의 자계를 형성하고, 또한 서로 다른 극성에는 인력(引力)이 작용하고 동일 극성간에는 척력(斥力)이 작용하는 고유의 성질은 갖는다.

한편, 이와 같은 영구자석의 고유한 성질을 이용하여 외부에서 힘을 가하지않고도 계속적으로 작동하는 장치를 개발한다면 종래에 비교할 수 없는 뛰어난 효과를 기대할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 영구자석인 고정자와 회전자에 의해 스스로 회전될 수 있는 회전체를 구비하여 소정의 동력을 발생시킬 수 있는 영구자석을 이용한동력 발생장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 동력 발생장치의 구성을 나타내는 분리 사시도,

도 2는 본 발명의 정면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 회전자의 회전 원리를 보여주는 작동도로서, 고정자와 회전자를 평면에서 개략적으로 본 도면,

도 5a는 도 4의 B-B선 부분 단면도이다.

도 5b는 도 4의 C-C선 부분 단면도이다.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 베이스 12: 지지대

20: 고정자 30: 회전체

32: 몸체 34: 회전측

40: 고정자 50: 브레이킹 수단

60: 발전기

이러한, 본 발명의 목적은 베이스와; 동일 극성끼리 마주보는 2개의 막대형 영구자석이 1조를 이루면서 2열 이상으로 베이스상에 설치되며, 마주보는 S극이 N극에 대해 소정각도 벌어지도록 배치되는 고정자와; 상기 베이스에 회전이 가능하도록 설치되는 원통의 회전체와; 상기 고정자와의 상호 작용에 의해 상기 회전체를회전시키는 것으로, 상기 고정자 사이를 통과하면서 회전되도록 상기 회전체의 외면 둘레에 등간격으로 설치됨과 동시에 상호 엇갈리도록 여러 열로 배치되는 막대형 영구자석인 회전자로 이루어진 영구자석을 이용한 동력 발생장치에 의해 달성될수 있다.

바람직하게는 상기 회전자는 그 N극이 몸체의 외면으로부터 멀어지는 방향으로 대략, 25°기울어지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스에는 회전하는 회전체를 선택적으로 정지시킬 수 있는 브레이킹 수단이 추가로 설치되며, 상기 회전체에는 이 회전체의 회전력을 전달받아전기를 발생시키는 발전기가 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 동력 발생장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 동력 발생장치의 구성을 나타내는 분리 사시도이며, 도 2는 본 발명의 정면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다. 우선, 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명은 크게 베이스(10)와, 회전체(20)와 상기 베이스(10)와 회전체(30)에 설치되는 고정자(20)와 회전자(40)로 이루어 짐을 알 수 있다.

이를 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 즉, 영구자석을 이용한 동력 발생장치는 베이스(10)를 갖는다. 이 베이스(10)는 목재나 스테인레스 등과 같은 비자성체로 구성되는 것으로, 지면에 보다 안정되게 지지될 수 있도록 충분한 두께와 넓이를 가지며 대략, 사각형상의 판재로 이루어진다. 그리고 베이스(10)의 상면에는 한쌍의 지지대(12)가 소정 간격을 두고 서로 대향하도록 설치되며, 이 지지대(12)의 상단에는 반원형의 지지홈(14)이 형성되어 있다.

또한, 베이스(10)의 상면에는 영구자석인 고정자(20)가 다수개 고정 설치된다. 이 고정자(20)는 막대형 영구자석 2개가 1조를 이루는 것으로, 한쌍의 지지대(12)사이에서 상기 지지대(12)와 나란하도록 최소한 2열로 배치된다. 한편, 2개가 1조가 되는 고정자(20)는 동일 극성끼리 서로 마주보고 설치됨과 동시에 N극으로 갈수록 점차 간극이 넓어지도록 구성되어 있다. 이때 1조의 고정자가 이루는 각도는 대략, 20°정도 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고정자(20)는 기계적 강도가 강하면서 가공성이 용이하고, 무엇보다도 자력이 강력한 Nd-Fe-B자석을 사용함이 바람직하다.

한편, 베이스(10)에는 회전체(30)가 회전이 가능하도록 설치된다. 즉, 회전체(30)는 원통형 몸체(32)를 갖는다. 이 원통형 몸체(32)는 상기 베이스(10)와 마찬가지로 비자성체로 구성되며, 가벼우면서 큰 관성질량을 가질 수 있는 재질 예를들어, 스테인레스나 알루미늄 등과 같은 재질로 구성된다. 그리고 몸체(32)의 양측으로는 회전축(34)이 형성되어 있으며, 이 회전축(34)은 베어링(16)을 개재하여 지지대(12)의 지지홈(14)에 안착된다. 따라서, 이러한 회전체(30)는 그 회전축(34)이 지지대(12)의 지지홈(14)에 베어링(16)을 개재하여 안착되고, 또 별도의 고정구(17)로 고정되는 것에 의해 상기 베이스(10)에 대해 회전가능하도록 설치된다.

그리고 회전체(30)에는 영구자석인 회전자(40)가 설치된다. 이 회전자(40)는 고정자(20)와 협동하여 상기 회전체(30)를 회전시키는 것으로, 회전체(30)의 외면 둘레를 따라 등간격으로 설치되며, 베이스(10)의 고정자(20)에 대응되도록 여러 열로 설치된다. 여기서, 회전자(40)는 도 2에서와 같이 2개가 1조를 이루는 고정자(20) 사이의 상부를 지나 회전되도록 구성되어야 하며, 도 2에서와 같이 여러 열로 설치되는 회전자(40)는 상호 엇갈리도록 배열되어야 한다,

한편, 도 3에서와 같이 회전체(30)의 외주연에 설치되는 회전자(40)는 별도의 받침대(42)에 의해 그 N극이 몸체(32)의 외면으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 설치되며, 이때의 경사 각도는 대략, 25°정도 유지하는 것이 좋다. 이는 상기 고정자(20)와의 사이에서 발생되는 인력과 척력을 적절히 조절하여 회전체(30)에게 강력한 회전력을 부여하기 위함이다. 여기서, 고정자(20)와 회전자(40)와의 작동 관계는 후술하기로 한다. 이러한 회전자(40)는 상술한 고정자(20)와 마찬가지로 강력한 자력을 지닌 막대형 Nd-Fe-B자석으로 구성된다.

한편, 본 발명에서는 상기 고정자(20)와 회전자(40)를 2열로 구성하였지만 상기 회전체(30)가 보다 큰 회전력을 가지면서 자연스럽게 회전 될 수 있도록 가능한 한 다수의 열로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동 원리를 도 4와 도 5a 및 도 5b를 참고로하여 살펴본다. 도 4는 회전자의 회전 원리를 보여주는 작동도로서, 고정자와 회전자를 평면에서 개략적으로 본 도면이며, 도 5a는 도 4의 B-B선을 따라 절취한 부분단면도이고, 도 5b는 도 4의 C-C선을 따라 절취한 부분 단면도이다. 이를 상세히 살펴보면, 상기 베이스(10)에 회전가능하게 설치된 회전체(30)의 회전자(40)는 2개 1조를 이루는 베이스(10)의 고정자(20) 사이에 각각 위치함을 알 수 있으며, 이때의 회전자(40)는 회전체(30)의 둘레에 여러 열로 서로 엇갈리게 설치되므로 상기 회전체(30)가 회전할 때, 도 4의 '가'열과 '나'열에서 보듯이 고정자(20) 사이를 번갈아가면서 통과하게 된다.

한편, 도 4의 '가'열은 회전체(30)가 회전 할 때에 회전자(40)가 고정자(20) 사이로 진입하여 통과하기 전 상태를 나타내는 것이고, 도 4의 '나'열은 회전자(40)가 고정자(20) 사이로 진입하기 전을 나타내는 도면이다. 우선, 도 4의 '가'열에서 볼 수 있듯이 고정자(20)의 사이로 진입한 회전자(40)는 고정자(20)와 서로 다른 극성을 가지면서 고정자(20)와 나란하게 배열된다. 이와 같은 상태에서 고정자(20)와 회전자(40)사이에서는 인력이 발생되고, 이에 의해 회전자(40)는 이점쇄선과 같이 고정자(20) 사이의 중심으로 빠르게 이동되어 소정의 회전력을 발생시킨다. 한편, '나'열에서는 회전자(40)가 고정자(20)사이로 진입함과 동시에 상기 '가'열에서 발생되는 회전력으로 인해 고정자(20) 사이로 이동하며, 상술한 '가'열과 같이 고정자(20)와 회전자(40)간에 인력이 발생되면서 고정자(20)의 중심으로 이동하게 된다.

그리고 이와 같은 상태에서 '가'열의 회전자(40)는 고정자(20) 사이를 통과하게되고, 그 끝부분 고정자(20)와 멀어지게 됨으로써, 그 극성이 고정자(20)와 반대가 되므로 척력이 발생되어 회전체(30)의 회전력을 배가 시키게 된다. 그리고 이와 같은 '가'열과 '나'열과 같은 상태가 연속적으로 반복되면 회전체(30)는 자연스럽게 회전될 수 있는 것이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 '가'열의 회전자(40)가 고정자(20) 사이로 통과하려 할 때, '나'열의 회전자(40)가 고정자(20)와 순간적으로 서로 동일극성을 가지게 되어 척력이 발생되므로 자칫, 회전체(30)가 연속적으로 회전될 수 없다고 볼 수도 있다. 그러나 이는 2개 1조를 이루는 고정자(20)를 상기 회전자(40)의 회전방향으로 소정각도 벌어지도록 설치하고, 회전자(40)를 회전체(30)로부터 소정각도 비켜 설치하는 등 고정자(20)와 회전자(40) 간에 발생되는 인력과 척력을 적절히 조절함으로써 자연스럽게 해결될 수 있도록 하였다.

즉, 도 4의 '가'열과 동일한 상태인 도 5a에서와 같이 회전자(40)가 고정자(20) 사이로 진입하여 서로 간에 강력한 인력이 발생하면 고정자(20)는 회전자(40)를 중심으로 끌어들이면서 회전시키게 된다. 이때, '나'열의 회전자(40)는 도 5b에서와 같이 고정자(20)로 진입하려 하는 상태이며, 이 고정자(20)와 회전자(40)의 사이에는 소정의 척력이 발생된다.

한편, 이와 같은 상태에서 '가'열의 회전자(40)는 회전체(30)로부터 소정각도로 비켜 설치되므로 그 일단이 다른 극성을 갖는 고정자(30)에 최대한 근접되기 때문에 강력한 인력이 발생된다. 따라서, 상기 '나'열에서 발생되는 회전자(40)와 고정자(20)사이에 발생되는 척력보다 '가'열에서 발생되는 인력이 보다 강력하고 크기 때문에 상기 '나'열의 회전자(40)는 고정자(20)와의 사이에서 발생되는 척력을 제압하고 회전될 수 있는 것이다. 특히, 자력의 흐름이 도 4에서와 같이 N극에서 S극으로 흐르고, 더군다나, 상기 고정자(20)가 소정 각도로 벌어져 있기 때문에 상기 회전자(40)는 자연스럽게 고정자(20)사이로 빨려들면서 이동될 수 있는 것이다.

따라서, 회전체(30)는 상기와 같은 고정자(20)와 회전자(40)의 상호작용에 의해 연속적으로 회전될 수 있는 것이다.

한편, 상기 베이스(10)에는 상기 회전체(30)의 회전을 제한하는 브레이킹 수단(50)이 설치된다. 즉, 상기 회전체(30)에 회전력을 부여하는 고정자(20)와 회전자(40)는 영구자석이기 때문에 항상 자력을 발생하며, 이에 의해 회전체(30)는 항상 회전하는 상태가 된다. 따라서, 본 발명의 영구자석을 이용한 동력 발생장치는 회전체(30)의 회전을 선택적으로 정지시킬 수 있는 브레이킹 수단(50)이 별도로 설치된다. 이 브레이킹 수단(50)은 통상의 유압식 브레이크 및 공압 브레이크나 전자 브레이크 등이며, 베이스(10)의 지지대(12)에 설치된다.

또한, 회전체(30)에서 연장된 회전축(34)에는 회전체(30)에서 발생한 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(60)가 연동되도록 설치된다. 이 발전기(60)는 상기 회전체(30)의 크기 및 회전력에 따라 여러 크기로 설치되어 다양한 크기의 전력을 발생시킬 수 있도록 구성된다.

한편, 이와 같은 구성에 의해 본 발명의 회전체는 외부의 힘에 의존하지 않고도 회전될 수 있으면서 상기 발전기를 회전시켜 소정의 동력을 발생시킬 수 있는 기능을 갖는 것이다.

한편, 상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일 사상의 범주내에서 각 구성 요소의 형상 및 구조를 적절하게 변형하여 실시 가능한 것이다.

예를 들어, 본 발명에서는 회전체에 발전기를 연결하여 전력을 발생시켰으나, 이와는 다르게 각종 구동장치를 직접적으로 연결하여 작동시킬 수도 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 동력 발생장치는 영구자석인 고정자와 회전자의 상호작용에 의해 스스로 회전될 수 있는 회전체를 구비하고 또한 상기 회전체에 발전기를 연결함으로써, 소정의 동력을 발생시킬 수 있는 기능을 갗는다.

Claims (3)

1. 베이스(10)와;

   동일 극성끼리 마주보는 2개의 막대형 영구자석이 1조를 이루면서 2열 이상으로 베이스(1O)상에 설치되며, 마주보는 S극이 N극에 대해 소정각도 벌어지도록 배치되는 고정자(20)와;

   상기 베이스(10)에 회전가능하게 지지되는 것으로 고정자(20)의 상부를 가로지르는 축선을 중심축으로 하는 원통형의 회전체(30)와;

   상기 회전체(30)의 둘레를 따라 각각 등간격을 유지하는 적어도 2열 이상 고정되어 회전체의 회전에 의해 각각의 열이 마주보는 고정자(20)사이를 통과하는 것으로, 각각의 열은 상호 엇갈리도록 배치되는 막대형 영구자석인 회전자(40)로 이루어진 영구자석을 이용한 동력 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자(40)는 몸체(32)의 법선에 대해 대략 25。의 경사를 갖도록 고정된 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력 발생장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전체(30)에는 이 회전체(30)의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(60)가 연결되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력 발생장치.