KR20040019465A

KR20040019465A - 연료 없이 솔레노이드(전자석)의 원리에 의한 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 압축기 겸용 선형모터 엔진.

Info

Publication number: KR20040019465A
Application number: KR1020020050997A
Authority: KR
Inventors: 정철진
Original assignee: 정철진
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-06

Abstract

본 발명은 연료 없이 솔레노이드(전자석)의 원리로 동력을 발생하는 엔진에 관한 것으로서, 기존 내연기관의 연료를 분사, 폭발시켜 동력을 발생하는 실린더 내측, 피스톤 관련기구를 전자석의 원리에 의해 직선왕복 운동하는 솔레노이드로 대치한 선형모터 시스템이다.

이 선형모터를 냉각을 위한 압축기뿐만 아니라 연료없이 자동차, 항공기, 인공위성, 오토바이 등을 운행할 수 있는 엔진으로 사용할 수 있다.

이것을 자동차 엔진 등에 적용하면 연료의 폭발력 대신 솔레노이드가 자석과의 반자력에 의해 부상한 상태로 비접촉 직선왕복운동을 하여 동력을 발생하므로 기존 내연기관의 연료계통의 각종 장치나 부품을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 연료엔진의 짐이되는 연료의 소비, 열, 소음, 공해 등의 발생을 원척적으로 없앨 수 있을 것으로 사료된다.

Description

연료 없이 솔레노이드(전자석)의 원리에 의한 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 압축기 겸용 선형모터 엔진. {A Combined Use Linear Motor both as Engine and Compressor driven by the Principle of Solenoid without Fuel.}

선형모터를 압축기로 사용할 때에는 피스톤이 필요하지만 이것을 동력 발생용 엔진으로만 사용할 경우에는 피스톤이 기존 연료 엔진에서 처럼 연료의 폭발력에 의해 구동되는 것이 아니므로 피스톤의 기밀성이 필요 없다. 다만 피스톤 역할을 하는 솔레노이드의 원리로 동력을 발생시켜 이를 기존 내연기관의 크랭크 로드와 크랭크 축에 의해 회전운동으로 동력을 각 부문에 전달하므로 회전축 기구는 기존의 연료 엔진처럼 회전식 그대로 이용하면 된다. 단, 이 선형 모터를 압축기 겸용으로 사용할 때에는 당연히 피스톤의 기밀성이 필요하며 구조는 앞으로 설명하는 바와 같다.

둥글게 여러번 감은 코일에 전류를 흐르게 하고, 코일 속에 철심을 넣었다 빼었다 하면 코일에는 기전력이 발생하며 코일에서 발생한 자력에 의해 같은 방향으로 정렬되어 철심은 자석이 된다. 이는 철심에서 강한 자력선이 나오기 때문이다. 그런데 코일의 전류를 차단하면 철심은 자력을 잃게 되므로, 철심 대신 코일의 전류를 차단해도 자석으로 작용하는 영구자석을 사용하면 보다 강한 자력이 발생한다. 이처럼 자계속에 도체를 넣고 전류를 흐르게 하면 힘이 발생하는 데, 이 발명에서는 이러한 원리를 이용한 것이다.

도선을 원통에 규칙적으로 감은 것을 솔레노이드라 한다. 여기서는 에나멜선(코일)을 피스톤에 촘촘히 감는다. 따라서, 여기서의 피스톤은 솔레노이드, Bobbin (=spool=reel) 이다.

본 발명 시스템을 자동차 엔진에 적용하면 연료의 폭발력 대신 솔레노이 드가 자석과의 반자력에 의해 부상한 상태로 비접촉 직선왕복운동을 하여 동력을 발생하므로 기존 내연기관의 연료계통의 각종 장치나 부품을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 연료엔진의 짐이되는 연료의 소비, 열, 소음, 공해 등의 발생을 원척적으로 없앨 수 있을 것으로 사료된다. 더 나아가 본 발명의 선형 모터 시스템은 발전기, 전동기, 압축기 3가지 역할을 하는 것이 목표이다.

도1 은 본 발명에 따른 시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도로서 '연료 없이 솔레노이드(전자석)의 원리에 의한 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 선형모터 엔진' 의 구조이다. - 자동차 엔진의 5베어링 방식 4실린더의 크랭크 축 및 실린더 관련기구

도2 는 '선형모터 엔진의 구성도' 이다.

도3 은 '선형모터 엔진의 상세도 - 솔레노이드 및 영구자석'

: 원통형 영구자석과 코일사이의 피스톤(Bobbin)이 생략된 그림이다.

도4 는 본 발명에 따른 시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도로서 '연료 없 이 솔레노이드(전자석)의 원리에 의한 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 압축기 겸용 선형모터 엔진' 의 구조이다 - 자동차 엔진의 5베어링 방식 4실린더의 크랭크 축 및 실린더 관련기구

도5 는 '압축기 겸용 선형모터 엔진의 구성도' 이다.

본 발명 시스템의 구성은 도2 와 같으며, Bobbin형 피스톤(100), Bobbin을 감은 에나멜선 코일(200), 보강용 코어(300), 실린더 축방향 내측 자성체 원판(400), 원통형 영구자석(500), 실린더 벽 자석(550), 스프링(600), 실린더 공간(700) 등으로 되어있다. 단, 보강용 코어(300)와 3조각 원통형 영구자석(500)은 피스톤 핀(800)과 간섭하지 않도록 각각의 양쪽 끝부분을 피스톤 핀(800)이 들어갈 자리만큼 둥글게 파낸 모양(1000)으로 한다.

도4 는 압축기 겸용 선형모터 엔진이다. 압축기 겸용으로 사용할 때에는 Bobin(100)의 구조를 좀 다르게 할 필요가 있다. 도5 를 보면 압축을 위하여 Bobbin(100)속에 돌기 모양으로 튀어나온 압축용 피스톤(999)이 위쪽을 향하여 압축하고, 상부에서는 원통 자석(500)과 그속에 있는 보강용 중공 코어(300)가 아래쪽으로 냉매가스를 압축하는 피스톤 역할을 한다. 이렇게 하면 압축 효과를 높일 수 있다.

본 발명 시스템의 작용은 도1 과 도4 에서 보면, 스위치를 넣는 순간 코일의 전류가 증가하여 실린더 축방향의 자성체 원형내벽(400)에는 코일(200)과 반대방향의 유도전류(상호유도)가 발생하므로 서로 반발력이 발생하여 Bobbin형 피스톤(100)이 START 한다. 또, 아래로 내려져 있는 피스톤(100)은 자성체 원형 내벽(400)과 자력이 발생, 서로 끌어 당겨서 START 할 것이다. 코일에 교류 전원을 연결하면 교류의 주파수에 맞추어 변화하는 자계가 형성된다.

피스톤(100)이 움직이면서 원통 자석(500)의 외부에 피스톤(100)이 들어갔다가 빠졌다가 하면서 연속적인 직선왕복운동을 한다. 도2 와 도3 에서 직선왕복운동의 원리는 자석(500)의 극(피스톤에 가까운 쪽의 자석을 N극이라 하면)은 그대로 이지만 코일(200)의 극이 수시로 바뀌어 피스톤(100)이 자석(500)에 접근하면서 코일(200)의 극은 접근을 저지하는 쪽으로 극이 바뀌고(자석에 가까운 쪽의 코일부위가 N 극이 됨), 멀어지면 멀어지는 것을 저지하는 쪽으로 극의 바뀜(이번에는 자석에 가까운 쪽의 코일부위가 S 극으로 됨)을 반복하면서, 자력선의 방향변화로 연속적인 직선왕복운동을 한다. 이상은 렌츠의 법칙에 의해 솔레노이드에 생기는 유도 기전력 (유도전류) 이다. 한 정지 회로를 지나는 자력 선속이 시간에 따라 변하면 반드시 기전력이 유도된다. 이는 전류의 자기현상을 이용한 것이며 복사기의 부품인 On/Off 만 하는 'Plunger 식 마그네트 스위치'에서 힌트를 얻어 단순히 On/Off 가 아닌 연속적인 왕복운동으로 발전시킨 것이다. 여기서는 자력에 의한 피스톤(100)의 왕복운동을 돕고자 실린더 축방향 내벽에 스프링(600)을 달았다.

도4 부터는 압축기 겸용 선형모터 엔진이다. 압축기 겸용으로 사용할 때에는 Bobin(100) 의 구조를 좀 다르게 할 필요가 있다. 도5 를 보면 압축을 위하여 Bobbin(100)속에 돌기 모양으로 튀어나온 압축용 피스톤(999)이 위쪽을 향하여 압축하고, 상부에서는 원통 자석(500)과 그속에 있는 보강용 중공 코어(300)가 아래쪽으로 냉매가스를 압축하는 피스톤 역할을 한다. 이렇게 하면 압축 효과를 높일 수 있다.

본 발명의 도1에서 도5까지의 코일(200)을 감은 피스톤(100)을 솔레노이드(100) 또는 Bobbin(100) 또는 Spool(100) 또는 Reel(100) 이라고도 말할 수 있는 데, 도3 에서는 생략되어 있다.

원형 Bobbin(100)에 감는 코일(200)은 오렌지색 구리선인 에나멜선을 감는 데, Bobbin(100)의 형태는 코일(200)을 감지 않는 부위가 코일(200)을 감는 부위보다지름을 크게 하여 실린더 내벽에 의해 코일(200)이 마모되는 것을 원천적으로 방지한다. 물론 Bobbin(100)은 실린더 내벽에 부딪히지 않고 자석과 솔레노이드(100)의 반자력에 의해 부상한 채 작동되도록 설계된다.

솔레노이드(100)는 내부에 자기장(기호 B)을 만드는 인덕터이다. 인덕터의 자기장에 대한 관계는 축전기의 전기장에 대한 관계와 같다.

도3 에서 오른손 법칙에 의하면 솔레노이드를 감아 쥔 손가락은 전류의 방향을 표시하는 데, 'O' 표시는 나오는 전류()를 뜻하며 'X' 표시는 들어가는 전류 ()를 뜻한다. 또 엄지 손가락은 자기장(B)의 방향을 뜻하며 도3 에서 축방향이다. 도선(200)에 가까운 점들(O, X)에 대해서는 긴 도선처럼 자기적으로 행동하며 매번의 감김에 의한 자기력선 B는 거의 동심원을 이루지만 인접해 있는 감김들에 대해서는 자기장이 서로 상쇄된다. 또한 솔레노이드 내부의 점들이나 도선으로부터 매우 멀리 떨어져 있는 곳에서는 자기장이 솔레노이드의 중앙축에 평행하 다. 솔레노이드의 자기장은 도선 각각의 감김에 의해 생성된 자기장의 벡터합이다. 도선으로 빽빽히 감은 긴 도선으로 만들어진 이상적인 솔레노 이드의 경우에는 코일 내부의 자기장(B)은 균일하며, 그 방향은 솔레노이 드의 축에 나란하다 . 또 상, 하 자기장(B)은 서로 상쇄되어 상대적으로 약하며 (거의 0으로 봄), 축 주위의 알짜자기장은 축방향을 향한다.

도3 의 a ∼ d 를로써 구간 적분을 하면 bc 구간, da 구간은 자기장 B 와 직각이므로 각각의 경로 적분값이 0 이다. cd 구간은 외부 자기장 값이 0 이 된다. 따라서의 전체를 적분한 결과는 ab 구간만이 반영되어 솔레노이드에 흐르는 전류는 그 중심에 자기장 B를 만들며 그 크기는 자기장으로 나온다.은 코일을 감은 수이다. 이상에 의해 자기장 B 는 솔레노이드의 길이 (L)나 원통의 지름(D)에 무관하고 솔레노이드 단면에 걸쳐 균일하다.

본 발명에 따르면, 연료 없이 전자석의 원리에 의한 솔레노이드의 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 엔진 시스템은 이를 자동차 엔진에 적용할 경우 연료, 연료 탱크, 연료 파이프, 연료 펌프, 연료필터, 연료계기, 연료분사장치, 흡/배기 장치, 점화플러그, 기화기(Carburator), 배기관, 머플러, 연료증발가스 배출억제장치 등의 장치나 부품이 불필요 해지며 기존 연료엔진의 짐이 되는 연료 소비와 소음, 공해의 발생을 원천적으로 없앨 수 있다.

본 발명의 시스템은 압축기, 자동차 엔진, 항공기 엔진, 오토바이 엔진, 인공위성 시스템에 적용 가능하다.

Claims

연료 없이 솔레노이드 (전자석) 의 원리에 의한 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 선형모터 엔진의 아이디어 및 구조 - 연료 없이 운행할 수 있는 자동차 엔진
연료 없이 솔레노이드 (전자석) 의 원리에 의한 직선왕복운동으로 동력을 발생하는 압축기 겸용 선형모터 엔진의 아이디어 및 구조

- 연료 없이 운행할 수 있는 압축기 겸용 자동차 엔진