KR200361285Y1 - 초전도체를 이용한 자기 부상 완구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 초전도체의 자력을 이용한 자기 부상 완구에 관한 것이다.

본 고안의 초전도체를 이용한 자기 부상 완구는 연속적인 비대칭 선형 궤도를 이루는 레일지지대(11)상에 지지대 고정구(12)에 의해서 자석지지대(13)가 결합되고 상기 자석지지대(13) 상부에 서로 반대 극성이 표출되는 영구자석(15)이 연속 배열 장착된 레일(10)과, 상기 레일(10)의 상부에서 선형 궤도를 따라 순환 이송되는 차량 본체(21) 내부 중앙부에 발포 케이스(22)에 둘러쌓여 초전도체(23)가 장착 고정되고 상기 차량 본체(21)의 내주면과 발포 케이스(22) 외벽 사이에 극저온의 액화질소(24)가 충전되도록 차량 본체(21) 후방 하부의 킷트 삽입구(21a)를 통해 액화질소 충전킷트(25)가 삽입 장착되는 완구차량(20)으로 구성됨에 기술적 특징이 있다.

본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구는 별도의 동력원 없이도 완전반자성체로 전이된 초전도체와 영구자석의 자력에 의해서만 완구차량이 궤도를 따라 순환 이동이 이루어지도록 함과 아울러 사용자의 과학적 호기심이 충족될 수 있도록 함과 아울러 자력에 의해서 레일에 부상된 채로 완구차량이 구동되기 때문에 소음의 발생이 없으며, 장식적 효과의 향상에 따른 소장 가치를 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

초전도체를 이용한 자기 부상 완구{Magnetic levitation toy within superconductor}

본 고안은 초전도체의 자력을 이용한 자기 부상 완구에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 액화질소에 의해서 냉각되는 초전도체가 내장된 차량완구가 서로 다른 극성의 자력이 표출되도록 연속 배열된 자석 레일의 상부에서 부상된 상태로 선형 궤도를 따라 순환 이송되도록 함으로써, 별도의 동력원 없이도 자력을 이용한 차량완구가 순환 유동될 수 있도록 한 초전도체를 이용한 자기 부상 완구에 관한 것이다.

현재 일반적인 기차 완구는 다수의 레일과 지지구가 조합되어 형성된 궤도를 따라 완구차량이 선형 이동될 수 있도록 구성되어 있으며 상기 레일은 직선레일과 곡선레일이 조합되어 원형의 레일이나 경사레일등으로 구성된다.

또한, 종래 레일 완구는 상기 레일을 따라 이동하는 완구차량에 레일상에서 구동될 수 있는 바퀴가 장착되어 상기 레일위에서 바퀴의 구동에 의한 차량의 이동이 이루어지게 된다.

이와 같은 종래의 기차 완구는 완구차량을 궤도를 구성하는 레일의 최고점에 위치시킨 후에 원형 또는 경사레일로 이루어진 레일을 따라 관성에 의해서 마치 롤러코스터와 같은 구조로 차량이 이동될 수 있도록 하거나 완구차량의 내부에 바퀴를 구동시킬 수 있는 모터가 장착되어 밧데리나 전기 접속에 의한 모터 구동에 의해서 완구차량이 레일을 따라 이송될 수 있는 구조로 이루어진다.

이때, 상기 후자의 구조로 레일을 따라 유동하는 기차완구는 바퀴를 구동시키는 모터와 모터를 구동시키는 건전지가 몸체의 내부에 모두 포함되어야 하기 때문에 완구차량이 무거워질 수 밖에 없어 레일위에서 바퀴가 헛돌거나 차량 자체의 무게때문에 경사진 레일을 이동시에는 등판능력이 떨어지고 원활한 차량 이동이 이루어지지 못할 뿐 만 아니라 차량 케이스에 중량체를 삽입 고정시키기 위해서 케이스 내부에 별도의 고정수단이 설치되어야 하기 때문에 완구차량의 번거롭고 생산단가가 상승될 수 밖에 없는 단점이 있다.

또한, 전자의 구조로 이루어지는 기차 완구는 차량의 하부 양측에 바퀴가 결합되고 상기 바퀴가 레일을 따라 구동됨에 의해서 완구차량의 전진이 이루어지게 되는 데, 완구차량을 레일의 최고점까지 이동시켜 관성에 의해서 레일을 따라 이동되도록 하며 관성에 의한 유동이 끝나는 지점에서는 다른 구동수단에 의해서 레일의 상부로 다시 이동하여 레일의 낙차에 따라 순환 유동이 이루어지기는 하나, 바퀴 또는 차량의 몸체가 레일면에 접촉된 상태로 레일을 따라 이동될 수 밖에 없기 때문에 레일의 굴곡면상에서는 급격한 레일의 이동방향 변화에 의해서 차량이 매끄럽게 진행되지 못하고 바퀴를 비롯한 몸체가 레일상에서 쉽게 이탈되는 문제점이있다.

한편, 종래의 기차완구는 조립 완제품 또는 레일을 조립하여 일반적인 동력 장치에 의한 기차완구의 구동으로 인하여 사용 대상인 유아들을 비롯한 어린이들의 과학적 호기심을 자극할만한 수단이 구비되지 못함으로써 단순한 놀이기구로서의 기능밖에 수행할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 본 고안은 레일을 이용한 종래의 기차 완구에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 완구차량의 내부에 액화질소등의 극저온액이 충전되고 극저온 상태에서 강한 자력이 발생되는 초전도체가 내장되며, 상기 완구차량이 서로 다른 극성이 표출되도록 교호로 연속 배열된 자석 레일의 상부에서 부상되어 선형의 레일 궤도를 따라 순환 이송되도록 한 구조로써, 별도의 동력원 없이도 자력에 의해서 완구차량이 궤도를 따라 순환 이동이 이루어지도록 함과 아울러 사용자의 과학적 호기심이 충족될 수 있도록 한 초전도체를 이용한 자기 부상 완구가 제공됨에 고안의 목적이 있다.

도1은 본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구의 전체 사시도.

도2는 본 고안 자기 부상완구의 완구차량 조립 사시도.

도3은 본 고안에 따른 자기 부상완구의 완구차량 단면도.

도4는 본 고안에 따른 자기 부상 완구의 레일 사시도.

도5는 본 고안에 따른 자기 부상 완구의 레일 조립 사시도.

도6은 본 고안에 따른 자기 부상 완구의 레일 평면도.

도7은 본 고안 자기 부상 완구의 완구차량 운행시의 확대 사시도.

도8은 본 고안 자기 부상 완구의 완구차량 운행시 단면도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

10. 레일 11. 레일지지대

12. 지지대 고정구 13. 자석지지대

14. 구획부 15. 영구자석

20. 완구차량 21. 차량 본체

22. 발포 케이스 23. 초전도체

24. 액화질소 25. 액화질소 충전킷트

26. 커버 27. 클립

본 고안의 상기 목적은, 연속된 선형궤도를 구성하는 레일과 상기 레일을 따라 그 상부에서 이동되는 완구차량으로 구성된 열차 완구에 있어서, 연속된 선형 궤도를 이루는 레일지지대 외주면에 자석지지대가 장착되고 상기 자석지지대 상부에 교호로 같은 극성이 표출되는 영구자석이 연속 배열된 레일과 상기 레일 상부에 내부 중앙에 초전도체가 내장되고 상기 초전도체가 발포 케이스에 둘러싸여 극저온 상태가 유지되도록 차량 본체 내부로 액화질소가 주입 충전되는 완구차량으로 구성된 자기 부상 완구 구조에 의해서 달성된다.

상기 레일은 연속된 레일 궤도가 형성되는 원통형의 레일지지대와, 상기 레일지지대상에 지지대 고정구에 의해서 결합되며 상면이 일정 간격으로 구획된 자석지지대와, 상기 자석지지대의 구획부 양측에 일렬로 배치된 다수의 영구자석으로 구성된다.

이때, 상기 자석지지대는 상부에 한 쌍의 자석이 장착된 상태로 지지대 고정구에 의해서 원통형의 레일지지대 상부에 결합되는 데, 상기 지지대 고정구는 레일지지대 외주면상에서 회전 유동 가능하게 결합되어 고정 필요시 볼트등의 고정수단에 의한 각도 고정이 이루어지게 된다.

상기 레일의 상부에 자력에 의해 부상되어 레일을 따라 이송되는 완구차량은 내부 중앙부에 발포 케이스에 둘러싸인 초전도체가 내장되고 상기 발포 케이스와 완구 본체의 사이 공간에 액화질소가 충전되어 극저온 상태의 초전도체를 통해 강력한 자력이 발생될 수 있도록 한 구조이다.

상기 초전도체가 극저온으로 유지되면서 강한 자력을 발산할 수 있도록 하기 위해서는 초전도체를 감싸고 있는 발포 케이스의 외측에 액화질소가 항상 충전되어 있어야 하는데 상기 액화질소의 충전은 완구차량의 하단부를 통해 삽입되는 액화질소 충전킷트를 통해 이루어지게 된다.

본 고안의 초전도체를 이용한 자기 부상 완구는 자석지지대의 상면 구획부 양측에 연속적으로 배열 장착된 영구자석과 완구차량의 내부에 액화질소의 충전에 의한 극저온 분위기에서 강한 자력이 발생되는 초전도체의 반발력으로 인하여 레일 상부로 완구차량이 부상(浮上)하게 되며, 부상된 완구차량은 레일에 각기 다른 극성이 표출되도록 교호로 장착된 영구자석의 극성 변화에 의해서 레일을 따라 궤도 이송이 가능하도록 구성됨에 기술적 특징이 있다.

본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도1은 본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구의 전체 사시도이고, 도2는 본 고안 자기 부상완구의 완구차량 조립 사시도이며, 도3은 본 고안에 따른 자기 부상완구의 완구차량 단면도이고, 도4는 본 고안에 따른 자기 부상 완구의 레일 사시도이며, 도5는 본 고안에 따른 자기 부상 완구의 레일 조립 사시도이고, 도6은 본 고안에 따른 자기 부상 완구의 레일 평면도이다.

도시된 바와같이, 본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구는 연속적인 비대칭 선형 궤도를 이루는 레일지지대(11)상에 지지대 고정구(12)에 의해서 자석지지대(13)가 장착되고 상기 자석지지대(13) 상부에 서로 반대 극성이 표출되는 영구자석(15)이 연속 배열 결합된 레일(10)과, 상기 레일(10)의 상부에서 선형 궤도를 따라 순환 이송되는 차량 본체(21) 내부 중앙부에 발포 케이스(22)에 둘러쌓여 초전도체(23)가 장착 고정되고 상기 차량 본체(21)의 내주면과 발포 케이스(22) 외벽사이에 극저온의 액화질소(24)가 충전되도록 차량 본체(21) 후방 하부를 통해 액화질소 충전킷트(25)가 삽입 장착되는 완구차량(20)으로 이루어진 구조이다.

상기 완구차량(20)은 내부에 삽입 장착된 초전도체(23)가 그 주변부에 충전되는 액화질소(24)에 의해서 극저온 상태, 즉 절대온도로 20K(약 -253℃)로 냉각되면 전기적 저항이 '0'에 가까운 완전반자성(Perfect Diamagnetism)의 초전도 자석으로 전이(轉移)가 이루어지게 됨으로써 연속적인 영구자석(15)이 배열된 레일(10) 상부에 부상(浮上)이 이루어지게 된다.

상기 완구차량(20)의 초전도체(23)는 차량의 외관이 형성되는 차량 본체(21)의 내부 중앙부에 삽입 고정되는 발포 케이스(22)에 내장되고 이때, 상기 발포 케이스(22)는 차량 본체(21)의 내벽면과 소정의 간격을 이루어 고정이 이루어지게 되며, 상기 차량 본체(21)의 내벽면과 발포 케이스(22) 외벽면이 이루는 공간상에는 초전도체(23)가 충분히 냉각될 수 있는 다량의 액화질소(24)가 충전된다.

상기 액화질소(24)의 충전은 차량 본체(21) 후방 하부에 구비된 킷트 삽입구(21a)를 통해서 액화질소 충전킷트(25)가 삽입 장착되면서 킷트 내부의 액화질소(24)가 차량 본체(21)와 발포 케이스(22) 사이 공간을 채우게 된다.

이때, 상기 액화질소 충전킷트(25)는 차량 본체(21)의 킷트 삽입구(21a)를 통해 본체(21) 내부로 삽입되는 데, 상기 충전킷트(25)는 액화질소(24)가 주입된 킷트 본체(25a)와 그 상부에 슬라이딩 개폐되는 킷트 커버(25b)로 구성되며 상기 충전킷트(25)가 전방에서부터 킷트 삽입구(21a)에 삽입될 때 상부의 킷트 커버(25b)가 차량 본체(21)에 내장된 발포 케이스(22) 후방 하단부에 걸리면서 킷트 본체(25)만이 완구차량(20)의 하부로 삽입 장착되어 차량 본체(21) 내부에 액화질소(24)의 충전이 이루어지는 구조이다.

또한, 상기 액화질소 충전킷트(25)의 탈착이 반복됨에 따라 충전킷트(25) 전방 단부가 수시 접촉되는 발포 케이스(22)의 후방 하단부에는 발포 케이스(22)의 접촉 강도를 향상시키기 위하여 별도의 보강부재(22a)가 결합된다.

한편, 상기 차량 본체(21)의 상부에는 본체(21)내에 내장되는 액화질소(24)와 초전도체(23)를 비롯한 내부 구성부재를 보호하기 위한 커버(26)가 장착되며, 상기 커버(26)의 상면에는 좌,우로 유동 가능하도록 적어도 하나 이상의 클립(27)이 부가 장착되고 상기 클립(27)의 좌,우 이동에 의해서 레일(20) 상부에서 자력에 의한 차량 본체(21)의 균형을 맞출 수 있도록 구성되어 있다.

상기 클립(27)을 통한 레일(20)과 자화된 초전도체(23)와의 상관 관계는 도면을 참조한 후술 내용에 의해서 다시 한번 설명될 것이다.

상기 완구차량(20)이 부상된 상태로 궤도 이송되는 레일(10)은 끊김없이 연속된 관(管)형 레일지지대(11) 외주면에 삽입되는 지지대 고정구(12)에 의해서 상면에 길이방향의 구획부(14)가 구비된 판형 자석지지대(13)가 고정 장착되고, 상기 자석지지대(13)의 구획부(14) 양측부에 서로 같은 극성이 표출되는 영구자석(15)이 장착된 구조이다.

상기 레일지지대(11)는 관의 형태로 구성되어 완구차량(20)의 이송 경로가 안내되도록 하는 역할을 하게 되는 데, 지면에 지지되는 지지대(T)에 의해서 지상으로부터 일정 높이에서 지지되며 자기 부상 완구의 전체적인 무게를 감소시키기위하여 다수의 영구자석(15)과 그 상부에서 이송되는 완구차량(20)의 하중을 재질로 구성됨이 바람직 할 것이다.

상기 레일지지대(11) 외주면에 결합되는 지지대 고정구(12)에 의해서 고정되는 자석지지대(13)는 상면에 지지대(13)의 길이방향으로 다수의 구획부(14)가 구비되고 양측부 구획부(14)상에는 각각 같은 극성이 표출되는 영구자석(15)이 삽입 장착된다.

또한, 상기 자석지지대(13)는 구획부(14)를 통해 영구자석(15)이 장착된 상태에서 지지대 고정구(12)가 레일지지대(11) 외주면상에서 회전 가능하게 결합되도록 하여 레일(10)의 트위스트 구조가 형성되도록 함과 아울러 자석지지대(11)의 고정시에는 지지대 고정구(12)와 레일지지대(11)를 볼트등의 별도 고정수단(B)을 이용하여 고정시킬 수 있도록 한 구조이다.

한편, 상기 자석지지대(13) 상부 양측에 평행하게 장착되는 한 쌍의 영구자석(15)은 서로 마주보는 위치에 장착되는 영구자석(15)이 같은 극성을 띠도록 구획부(14)상에 결합되고 구획부(14)를 따라 연속적으로 배열되는 영구자석(15)은 교호를 이루어 번갈아 다른 극성이 표출되도록 장착됨에 의해서 그 상부에 부상된 완구차량(20)이 자력만으로 이송 가능하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 고안 자기 부상 완구의 작동 과정과 작동 과정에서 이루어지는 완구차량의 부상 원리를 아래 도시된 도7과 도8에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

도7은 본 고안 자기 부상 완구의 완구차량 운행시의 확대 사시도이고, 도8은본 고안 자기 부상 완구의 완구차량 운행시 단면도로서, 도시된 바와같이 본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구는 자석지지대(11)의 구획부(14)상에 연속 결합된 영구자석(15) 상부에 차량 본체(21) 내부로 충전되는 극저온의 액화질소(24)에 의해서 완전반자성체의 전이가 이루어진 초전도체(23)가 내장된 완구차량(20)이 레일(10)의 영구자석(24) 상부에서 일정 간격 부상된 채로 간격을 유지하며 궤도를 따라 무부하 순환 유동이 이루어지도록 함에 기술적 특징이 있다.

또한, 상기 완구차량(20)은 차량 본체(21) 내부에 삽입되어 액화질소(24)에 의해서 냉각되면서 강한 자력이 발생되는 초전도체(23)와 그 하부의 레일(10) 상부에 장착된 영구자석(15)간의 반발력에 의해서 레일(10) 상부로 부상될 때, 상기 차량 본체(21) 상부에 복개되는 커버(26) 상면에 결합된 클립(27)의 좌,우 유동에 의해서 레일(10) 양측부의 영구자석(15)을 통해 발산되는 자력을 조정하여 레일(10) 상부에 부상된 완구차량(20)의 평형 상태를 조절하게 된다.

이때, 상기 완구차량(20)의 커버(26)에 장착된 클립(27)과 레일(10) 상부에 결합된 한 쌍의 영구자석(15)은 궤도를 따라 완구차량(20)의 이동시에도 상호 인력이 연속적으로 작용하게 됨으로써 완구차량(20)의 평형 상태 유지가 이루어지도록 함과 아울러 레일(10) 궤도의 트위스트 구간이나 회전 구간에서도 차량의 이탈이 방지될 수 있도록 구성된다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 고안 초전도체를 이용한 자기 부상 완구는 내부에 액화질소등의 극저온액이 충전되고 극저온 상태에서 강한 자력이 발생되는 초전도체가 내장된 완구차량이 서로 다른 극성이 표출되도록 교호로 연속 배열된 자석 레일의 상부에서 부상되어 선형의 레일 궤도를 따라 순환 이송되도록 한 구조로써, 별도의 동력원 없이도 완전반자성체로 전이된 초전도체와 영구자석의 자력에 의해서만 완구차량이 궤도를 따라 순환 이동이 이루어지도록 함과 아울러 사용자의 과학적 호기심이 충족될 수 있도록 함과 아울러 자력에 의해서 레일에 부상된 채로 완구차량이 구동되기 때문에 소음의 발생이 없으며, 장식적 효과의 향상에 따른 소장 가치를 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 연속적인 비대칭 선형 궤도를 이루는 레일지지대(11)상에 지지대 고정구(12)에 의해서 자석지지대(13)가 결합되고 상기 자석지지대(13) 상부에 서로 반대 극성이 표출되는 영구자석(15)이 연속 배열 장착된 레일(10)과, 상기 레일(10)의 상부에서 선형 궤도를 따라 순환 이송되는 차량 본체(21) 내부 중앙부에 발포 케이스(22)에 둘러쌓여 초전도체(23)가 장착 고정되고 상기 차량 본체(21)의 내주면과 발포 케이스(22) 외벽 사이에 극저온의 액화질소(24)가 충전되도록 차량 본체(21) 후방 하부의 킷트 삽입구(21a)를 통해 액화질소 충전킷트(25)가 삽입 장착되는 완구차량(20)으로 구성된 초전도체를 이용한 자기 부상 완구.
2. 제1항에 있어서, 상기 레일지지대(11)는 관의 형태로 구성되어 완구차량(20)의 이송 경로가 안내되도록 다수의 트위스트 구간과 회전 구간으로 형성되고 지면에 지지되는 지지대(T)에 의해서 지상으로부터 일정 높이에서 지지됨을 특징으로 하는 초전도체를 이용한 자기 부상 완구.
3. 제1항에 있어서, 상기 자석지지대(13)는 상면에 지지대(13)의 길이방향으로 다수의 구획부(14)가 구비되고 양측부 구획부(14)상에는 마주보며 각각 같은 극성이 표출되고 레일지지대(11)를 따라 교호를 이루어 다른 극성이 표출되는 영구자석(15)이 연속적으로 배열 장착된 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 초전도체를 이용한 자기 부상 완구.
4. 제1항에 있어서, 상기 발포 케이스(22)는 차량 본체(21)의 내벽면과 소정의 간격을 이루도록 고정되고 발포 케이스(22)의 후방 하단부에 발포 케이스(22)와 액화질소 충전킷트(25)의 접촉 강도를 향상시키기 위한 보강부재(22a)가 부가 장착됨을 특징으로 하는 초전도체를 이용한 자기 부상 완구.
5. 제1항에 있어서, 상기 액화질소 충전킷트(25)는 액화질소(24)가 주입된 킷트 본체(25a)와 그 상부에 슬라이딩 개폐되는 킷트 커버(25b)로 구성되며 그 전방 단부가 킷트 삽입구(21a)에 삽입될 때 상부의 킷트 커버(25b)가 차량 본체(21)에 내장된 발포 케이스(22) 후방 하단부에 걸리면서 킷트 본체(25)만이 완구차량(20)의 하부로 삽입 장착됨에 의해서 차량 본체(21) 내부로 액화질소(24)가 충전되도록 구성됨을 특징으로 하는 초전도체를 이용한 자기 부상 완구.
6. 제1항에 있어서, 상기 차량 본체(21)의 상부에는 내부 구성부재를 보호하기위한 커버(26)가 장착되고 상기 커버(26)의 상면에는 좌,우로 유동 가능하도록 적어도 하나 이상의 클립(27)이 부가 장착됨을 특징으로 하는 초전도체를 이용한 자기 부상 완구.