KR20060111933A - 영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법 - Google Patents

영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 착자된 영구자석(Permanent magnets)이 가지고 있는 자극의 자력을 이용하여 동력을 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 자장의 영향이 미치는 서로 이웃하는 영구자석들 사이에서는 대향 하는 자극에 따라 척력과 인력이 작용하며, 척력과 인력이 서로 평형을 이루지 못하도록 지속적으로 힘의 불평형 상태를 유지시키면 힘의 불평형에 의해 자장이 미치는 이웃하는 영구자석들 사이에서는 서로 평형상태로 가고자 하는 힘이 발생하므로 힘이 불평형 상태가 지속적으로 유지되게 하면, 힘의 불평형 상태에서 평형상태로 가고자하는 힘에 의해 조합된 영구자석들이 지속적인 운동을 하게 되므로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 착자된 가이드 영구자석의 상면에 일정 공극을 유지하고 외주 면에 원주 방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 착자된 자전체 영구자석들을 위치시켜 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력이 자전체 영구자석들을 자전시키는 방향으로 작용하고, 자전에 의해 자전체 영구자석들이 공전하게 하여 자전체 영구자석들의 공전하는 중심에서 운동에너지를 생성하는 영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법 관한 것이다.
영구자석, 자전, 공전, 자전자, 고정자, 자전축, 공전축, 플라이휠 피니언, 가이드 래크, 베이스

Description

영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법 {Power generating apparatus and method using permanent magnets}
도 1a ~ 도 1e, 도 2a, 도 2b와 도 4는 본 발명의 방법 설명도
도 3은 본 발명의 구성을 나타내는 사시도
도 5a는 본 발명에 따른 원운동 사시도
도 5b는 도 5a의 요부 발췌 단면도
도 6은 본 발명에 따른 선운동 사시도
도 7은 본 발명에 따른 원운동 사시도
도 8은 본 발명에 따른 운동력 증대를 위한 개념도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100, 101, 102 : 구동체 200, 201, 202 : 고정자 프레임
110 : 자전체 영구자석 210, 211, 212 : 가이드 영구자석
115 : 자전축 230, 231, 232 : 가이드 래크
120 : 자전자 240 : 원형 프레임
121 : 자전자 조립체 245 : 가이드 조립체
125 : 공전축 250, 251 : 하우징
130 : 플라이휠 피니언 260, 261, 262 : 베이스
140, 141 : 구동판
본 발명은 착자된 영구자석(Permanent magnets)이 가지고 있는 자극인 N극과 S극의 자력을 이용하여 동력을 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 모든 영구자석은 착자 방법에 따라 한 개 이상의 N극과 S극이 쌍으로 존재하며, N극만을 또는 S극만을 갖는 자기 단극자(Monopole)의 영구자석은 존재하지 않는다. 따라서 한 개 이상의 N극과 S극이 항상 쌍으로 존재하는 다수의 영구자석을 유효하게 배열하였을 경우, 자극 간의 자장의 영향이 미치는 이웃하는 영구자석들 사이에는 대향 하는 자극에 따라 N극과 N극, S극과 S극의 동일 자극 사이에서는 그 극을 포함하는 영구자석들 간에 서로 밀어내려는 척력(Repulsive force)이 작용하고, N극과 S극의 다른 자극 사이에서는 그 극을 포함하는 영구자석들 간에 서로 끌어당기려는 인력(Attractive force)이 작용한다. 이와 같이 다수의 영구자석에 있어서 상호 간의 자장의 영향이 미치는 범위에 있는 영구자석들 사이에서는 대향 하는 자극에 따라 척력과 인력이 항상 존재하므로, 이들 다수의 영구자석들을 효과적으로 배열하여 영구자석들의 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력에 의해 효과적으로 배열된 영구자석들 중 일부가 회전운동 또는 직선운동이 이루어질 수 있는 방법과 기계적인 메커니즘(Mechanism)을 구성하여, 회전운동 또는 직선운동을 하는 영구자석들이 가지 고 있는 운동에너지(Kinetic energy)의 전부 또는 일부를 필요한 동력원으로 전환하여 사용할 수 있는 동력발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
어떠한 에너지원으로부터 그 에너지를 변환하여 필요한 동력을 얻기 위해서는 에너지를 변환하는 엔진, 터빈, 전기 모터, 풍차 또는 수차 등의 기관 또는 장치에 외부로부터 지속적으로 화석연료, 전기, 풍력 또는 수력 등의 외부 에너지가 공급되어야 하며, 에너지를 변환하는 기관 또는 장치 내부에서 발생하는 기기들의 저항, 마찰 및 이들의 효율이 100%에 이르지 못하므로 에너지를 변환하는 기관 또는 장치를 이용하여 외부에서 공급된 에너지를 필요한 에너지로 변환하였을 경우, 출력된 에너지의 합은 입력된 에너지의 합보다 클 수 없는 것으로 단정지어져 왔으며, 이를 열역학 제1법칙인 "에너지 보존법칙(Law of conservation of energy)"으로 규명되어 왔다. 또한, 필요한 동력을 얻기 위한 에너지원으로는 주로 유한하게 존재하는 화석연료를 사용하고 있으며, 이는 화석연료의 고갈문제, 온실가스 발생 및 지구 온난화 등에 따른 지구환경 파괴 문제가 대두되고 있으며, 무한에너지인 태양열, 풍력, 조력 등을 에너지원으로 이용하기에는 이들을 필요한 에너지로 변환할 수 있는 기관 또는 장치의 효율이 낮아 화석연료를 사용하는 것에 비해 현재까지는 비용이 상대적으로 많이 소요되는 실정이다.
모든 영구자석은 착자 방법에 따라 한 개 이상의 N극과 S극이 쌍으로 존재하며, 한 개 이상의 N극과 S극이 항상 쌍으로 존재하는 다수의 영구자석을 유효하게 조합하였을 경우, 상호 간의 자장의 영향이 미치는 이웃하는 영구자석들 사이에서 대향 하는 자극에 따라 N극과 N극, S극과 S극의 동일 자극 사이에서는 그 자극을 포함하는 영구자석들 간에 서로 밀어내려는 척력이 작용하고, N극과 S극의 다른 자극 사이에서는 그 자극을 포함하는 영구자석들 간에 서로 끌어당기려는 인력이 작용한다. 이와 같이 척력과 인력이 항상 작용하는 다수의 영구자석들을 자유상태 조합하였을 경우, 상호 간의 자장의 영향이 미치는 이웃하는 영구자석들의 서로 대향 하는 자극에 따라 작용하는 척력에 의해 서로 멀어지거나 인력에 의해 서로 붙게 되는 운동을 하여 대부분이 상호 간에 작용하는 척력 또는 인력들의 힘이 평형을 이루는 상태로 재조합된다. 즉, 다수의 영구자석들 사이에 작용하는 척력 또는 인력들이 평형을 이루지 못하도록 영구자석들을 자유상태로 조합하였을 경우, 서로 다른 영구자석들 사이에는 서로 대향 하는 자극에 따라 척력 또는 인력의 힘이 평형을 이루는 상태가 될 때까지 영구자석들은 운동을 하게 되며, 힘의 평형이 이루어진 영구자석들이 평형상태가 된 이후에는 영구자석들의 운동이 정지되어 지속적인 운동에너지가 생성될 수 없다. 따라서, 조합된 영구자석들이 또 다른 운동을 하기 위하여 외부로부터 보조에너지가 투입되어, 조합된 영구자석들 간에 작용하는 척력 또는 인력들의 힘이 불평형 상태가 되도록 영구자석들의 조합을 변환하여야 하므로, 외부로부터 보조에너지가 지속적으로 투입되지 않으면 조합된 영구자석들의 지속적인 운동은 불가능하다.
이상에서와 같이, 자장의 영향이 미치는 다수의 영구자석들을 조합하였을 경우, 자장의 영향이 미치는 범위 내에 있는 영구자석들 상호 간에 작용하는 척력 또는 인력들의 힘이 평형을 이루지 않고 힘의 지속적인 불평형 상태로 유지된다면, 이 불평형 상태의 힘들은 평형 상태를 이루려고 하는 힘으로 영구자석들의 자극 사이에서 작용하며, 이 힘은 영구자석들을 움직이려고 하는 힘으로 작용하게 되어 조합된 다수의 영구자석들 중 일부 또는 전부가 회전운동 또는 직선운동을 하게 된다. 즉, 자장의 영향이 미치는 다수의 영구자석들을 효과적으로 조합하여 이 조합상태가 지속적으로 유지되며, 자장의 영향이 미치며 이웃하는 영구자석들 사이에서 서로 대향 하는 자극에 따라 발생하는 척력 또는 인력들이 서로 평형을 이루지 못하도록 영구자석들의 자극 사이에서 발생하는 척력 또는 인력을 이용하여 영구자석들의 자극 방향을 지속적으로 변환시켜 주면, 영구자석들은 자극 사이에서 발생하는 척력 또는 인력들의 힘들이 평형상태로 가고자하는 힘으로 영구자석에 작용하게 된다. 따라서, 영구자석들이 지속적으로 움직일 수 있도록 영구자석들의 자극 사이에서 발생하는 척력 또는 인력을 이용하여 영구자석들의 자극의 방향 지속적으로 변화시켜 주어 힘의 불평형 상태를 지속적으로 유지하는 방법 및 자장의 영향이 미치는 다수의 영구자석들을 효과적으로 조합하여, 이 조합상태가 지속적으로 유지되도록 하는 기계적인 메커니즘을 구성하여 생성되는 영구자석들의 지속적인 회전운동 또는 직선운동으로부터 발생하는 운동에너지를 이용할 수 있는 영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법은, 자극이 표면에 폭 방향으로 착자된 일정한 폭을 갖는 영구자석들을 내주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되게 원형의 방사 상으로 배치하여 영구자석의 폭이 높이가 되도록 원통형으로 영구자석들을 조합한 가이드 영구자석(210)과; 가이드 영구자석의 폭 방향으로 놓여져, 가이드 영구자석 상에서 가이드 영구자석과 일정 간격을 유지하며, 길이방향으로 자극이 착자되고 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되게 자극이 착자된 회전할 수 있는 자전체 영구자석(110)과; 자전체 영구자석의 중심에 삽입하여 자전체 영구자석의 길이 방향으로 돌출되게 자전체 영구자석에 고정되는 자전축(115)과; 자전축을 자전체 영구자석의 중심에 삽입하여 자전체 영구자석(110)과 자전축(115)을 합치시킨 자전자(120)와; 자전자에 내재한 자전축의 일단 또는 양단에 고정되어 가이드 영구자석과 자전체 영구자석이 일정간격을 유지하여 공극을 형성하여 자전체 영구자석이 가이드 영구자석과 근접하여 자전할 때, 여분의 회전운동에너지를 저장하여 자전체 영구자석이 원활하게 자전하도록 적절한 질량을 갖고, 자전체 영구자석의 외주면에 착자된 자극이 가이드 영구자석의 주기적으로 반복되는 자극의 피치(Pitch)에 대응하여 미끄러지는 슬립(Slip) 회전이 발생하지 않고 자전체 영구자석의 자전에 의해 자전체 영구자석이 진행하도록 외주면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언(Flywheel pinion)(130)과; 상기 원통형으로 배열된 가이드 영구자석과 동심원을 갖고, 상기 플라이휠 피니언과 치합되어 가이드 영구자석과 자전체 영구자석이 일정간격을 유지하여 공극이 형성되며, 외주면에 길이방향으로 자극이 착자되고 원주방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되게 자극이 착자된 자전체 영구자석의 자극 간 원주 피치가 가이드 영구자석의 내주면에 있는 자극인 N극과 S극이 반복되는 자극 간 원주 피치에 1/2피치가 어긋나게 대응되어 자전체 영구자석이 자전하여, 자전체 영구자석의 자전에 의해 자전체 영구자석의 진행거리가 가이드 영구자석의 내주면에 착자된 N극과 S극이 반복되는 원주 피치와 자전체 영구자석의 외주면에 착자된 N극과 S극의 자극 간 원주 피치가 1/2피치가 어긋나게 주기적으로 대응하여 확보되도록 자전체 영구자석의 외주면에 착자된 자극 간의 각도 피치 안에 있는 플라이휠 피니언의 외주면에 형성된 치차수와 원통형으로 형성된 가이드 영구자석의 내주면에 착자된 자극 간 각도 피치 안에 동일한 치차수를 갖는 치차 및 이들 치차의 피치원 지름을 갖는 내주면에 치차가 형성되어, 가이드 영구자석과 동심원으로 플라이휠 피니언과 치합되도록 가이드 영구자석의 폭 방향의 일측 또는 양 측면의 원형 프레임에 고정되는 중공 원판형의 가이드 래크(Guide rack)(230)와; 내주면에 원주방향으로 가이드 영구자석들을 고정하고 상면의 가이드 래크를 보지하는 원형 프레임(Frame)(240)과; 중심에 축을 삽입하여 고정할 수 있는 구멍이 형성되고, 가이드 영구자석과 동심원에 있을 때 가이드 영구자석의 내주면에 형성된 자극들에 대한 원형의 방사선상에서 가이드 영구자석의 내측에 원형의 방사선상으로 배열된 자전체 영구자석들과 가이드 영구자석 사이에 일정한 공극을 유지할 수 있고, 원주방향으로는 자전체 영구자석들이 원형의 방사선상으로 가이드 영구자석의 자극과 대응되는 원주 피치를 갖는 위치에 자전자의 자전축을 베어링으로 축설할 수 있는 구멍들이 원형의 방사선상으로 형성된 구동판(140)과; 구동판의 중심에 삽입하여 구동판과 합치시키고, 베이스의 상면과 하우징에 베어링으로 축설되어 회전하며, 회전에 의한 운동에너지를 외부로 출력시킬 수 있는 공전축(125)과; 공전축의 상단을 베어링으로 축설하여 보지하고, 하부는 베이스에 고정되 는 하우징(Housing)(250)과; 가이드 영구자석을 내재하고 가이드 래크가 고정된 원형 프레임을 상면에 고정하고, 가이드 영구자석과 동심원상에 공전축을 베어링으로 축설하며 하우징의 일단을 고정하는 베이스(Base)(260)와; 상하부 구동판의 중심에 있는 구멍에 공전축을 삽입하여 위치시키고, 자전자의 자전체 영구자석이 길이방향으로 상하의 구동판 사이에 위치하도록 자전자들의 자전축 양단을 상하 구동판의 원형의 방사선상에 형성된 구동판의 구멍에 삽입하여 베어링으로 축설하고, 상하부의 구동판을 공전축과 합치시켜 상하의 구동판 사이에 원형의 방사선상으로 자전자들의 자전체 영구자석이 위치하도록 형태를 유지하며, 상부 구동판의 외부로 원형의 방사선상에 돌출된 자전축들의 일단에 플라이휠 피니언들을 고정하여 일체화된 구동체(100)를 형성하고, 베이스의 상면에 가이드 영구자석이 내재되고 가이드 래크가 상면에 고정된 원형 프레임을 베이스 위에 조립하여 일체화된 고정자 프레임(200)을 형성하고, 조립된 구동체의 플라이휠 피니언들이 위치한 반대쪽의 공전축 단을 베이스 쪽으로 향하게 하여 구동체를 고정자 프레임에 내재된 가이드 영구자석의 내측으로 삽입하고, 구동체에 방사상으로 내재된 자전체 영구자석의 N극 또는 S극중 하나의 자극이 해당하는 자전체 영구자석의 방사선과 교우되는 원형 프레임에 내재된 가이드 영구자석의 내주면에 대해 수직이 되도록 가이드 영구자석의 방향으로 외향 하게 자전자를 회전시켜 위치시키고, 해당하는 자전체 영구자석을 내재한 자전자를 기준으로 자전체 영구자석이 공전하고자 하는 방향에 자전체 영구자석의 외향 된 자극과 동일한 가이드 영구자석의 자극이 위치하고, 공전하고자 하는 반대 방향에 자전체 영구자석의 외향 된 자극과 다른 가이드 영구자석의 자극이 위 치하는 가이드 영구자석의 자극과 자극 사이에 자전자들이 위치하도록 구동체를 회전시켜 자전자들의 초기위치를 설정하여 상부 구동판의 외부로 돌출된 자전축들에 고정되어 원형의 방사선상으로 위치하는 외주면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언들과 원형 프레임에 고정되고 내주면에 치차가 형성된 가이드 래크가 치합되는 위치에서 공전축의 일단을 고정자 프레임과 동심원을 갖는 베이스의 상면에 베어링으로 축설하고, 공전축의 상단은 베이스에 고정된 하우징의 상면에 베어링으로 축설하여 구동체를 자전체 영구자석의 외향 된 자극과 동일한 가이드 영구자석의 자극이 위치하는 방향으로 초기 구동을 시키면, 구동체에 내재된 플라이휠 피니언들과 고정자 프레임의 가이드 래크가 치합되어 있어 구동체가 회전함에 따라 자전자들 또한 자전을 하게 된다. 즉, 구동체가 회전함에 따라 자전체 영구자석들도 공전축을 중심으로 가이드 영구자석의 내측 면에서 공전을 하게 되므로 가이드 영구자석의 내측 면에 대해 자전체 영구자석들의 각도가 변하게 되어 자전체 영구자석들에 대한 가이드 영구자석의 자극이 주기적으로 변하며, 자전체 영구자석들이 공전함에 따라 주기적으로 변하는 가이드 영구자석의 자극에 대해 플라이휠 피니언들과 가이드 래크가 치차로 치합되어 있어 자전체 영구자석들이 공전함에 따라 자전체 영구자석들은 미끄러지지 않고 자전을 하게 되어 자전체 영구자석들의 가이드 영구자석의 내측 면으로 향하는 자극 또한 주기적으로 변하게 되어 가이드 영구자석과 자전체 영구자석은 자극 사이에서 1/2피치가 어긋나게 주기적으로 반복하여 대향하게 된다. 즉, 구동체가 회전함에 따라 자전체 영구자석들에 대해 주기적으로 변하는 가이드 영구자석의 자극과 공전축을 중심으로 공전하과 함께 자전하여 변하는 자전 체 영구자석의 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력이 자전체 영구자석들이 자전하는 방향으로 작용하도록 자전체 영구자석들에 대해 주기적으로 변하는 가이드 영구자석의 자극에 대해 공전축을 중심으로 공전하며 자전하여 변하는 자전체 영구자석의 자극을 또한 주기적으로 변화시킬 수 있어 각각의 자전체 영구자석의 자극과 근접한 가이드 영구자석의 자극 사이에 척력과 인력이 불평형 상태로 지속적으로 작용하게 되고, 지속적인 불평형 상태로 작용하는 척력과 인력의 힘들은 자전체 영구자석을 회전시키려는 힘으로 자전체 영구자석에 작용하여 자전체 영구자석은 자전을 하게되며, 자전체 영구자석을 내재한 자전자들은 플라이휠 피니언과 가이드 래크가 치합되어 있으므로 자전자들은 미끄러지지 않고 자전을 하게 됨에 따라 공전축을 중심으로 자전자들은 또한 공전을 하게 되며, 자전자들의 공전에 의해 구동체는 회전을 하게 되고, 구동체가 회전함에 따라 공전축으로부터 회전에 의한 운동에너지(Kinetic energy)가 생성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력 발생장치 및 방법을 제공함에 의해 달성된다.
이하 본 발명에 따른 영구자석을 이용한 동력발생 장치 및 방법에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 2a, 도 2b는 본 발명이 이루고자하는 방법을 기술하기 위하여 폭 방향으로 자극이 착자되고 N극과 S극이 길이방향으로 교번하여 주기적으로 배열된 가이드 영구자석(210)과 길이방향으로 자극이 착 자되고 외주면에 원주방향으로 N극 1개와 S극 1개가 피치각 180°로 착자된 원주 2극의 자전체 영구자석(110)에 있어서, 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하는 척력(←→:r1,r2,…로 표기)과 인력(→←:a1,a2,…로 표기)이 작용하는 방향에 따라 자전체 영구자석(110)이 자전하며 진행하는 위치를 표기하여 본 발명에 따른 동력발생 방법을 달성하기 위한 개념도로서, 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하는 척력과 인력의 작용하는 방향이 자전체 영구자석(110)의 자전에 의해 주기적으로 반복되는 과정에 있어서, 자전체 영구자석(110)이 1회전 하는 것을 1주기로 하여 1/2주기간의 측면에서 본 작동도이다.
도 1a는 자전체 영구자석(110)이 현재의 위치에서 좌측으로 자전하며 진행하기 위한 초기 위치도로서, 가이드 영구자석(210)의 상면에 N극(N1), S극(S1), N극(N2), S극(S2), N극(N3), S극(S3), …와 같이 우측에서 좌측으로 주기적으로 배열되게 하고, 이의 상면에 가이드 영구자석(210)의 폭 방향으로 가이드 영구자석(210)과 일정한 간격을 유지하도록 자전체 영구자석(110)이 길이 방향으로 위치하게 하며, 자전체 영구자석(110)은 가이드 영구자석(210)의 N1과 S1 사이에 위치하여 자전체 영구자석(110)의 상부가 N(N')극, 하면이 S(S')극이 되도록 위치시킨다. 이때 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하는 대표적인 인력과 척력의 힘은 다음과 같다.
- a1 : 가이드 영구자석(210)의 N1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 인력
- r1 : 가이드 영구자석(210)의 N1과 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 척력
- a2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 인력
- r2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 척력
상기에서와 같이 자전체 영구자석(110)에는 대표적으로 a1, a2의 인력과, r1, r2의 척력이 작용하며, a1, a2, r1, r2는 모두 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 회전력 M1으로 작용하여 자전체 영구자석(110)은 반시계 방향으로 자전을 하며 좌측으로 전진하여 도 1b의 위치로 이동하게 된다. 여기서 초기 위치의 자전체 영구자석(110)이 자유상태라면 a1, a2, r1, r2의 힘에 의하여 제자리에서 반시계 방향으로 90도 회전하여 N1과 S'사이에서 작용하는 인력 a1과 S1과 N'사이에서 작용하는 인력 a2가 같고, N1과 N'사이에서 작용하는 척력 r1과 S1과 S'사이에서 작용하는 척력 r2가 같아져 자전체 영구자석(110)의 좌측과 우측에 작용하는 힘의 평형이 되는 위치에서 자전체 영구자석(110)은 회전을 멈추고 더 이상의 회전이나 다른 운동을 하지 않는다. 그러나 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210)과 일정간격을 유지하고 자전체 영구자석(110)이 자전체 영구자석(110)의 자전에 의해 자전 각도에 따라 진행하도록 자전체 영구자석(110)이 자전할 때 제자리에서 회전하는 슬립회전이 발생하지 않는다고 이하에서 가정하면, 자전체 영구자석(110)이 a1, a2, r1, r2의 힘에 의해 반시계 방향으로 자전을 하게 되며, 자전체 영구자석(110)은 자전에 의해 일정속도로 현재의 위치에서 좌측으로 직선운동을 하여 도 1b의 위치로 이동하게 된다.
도 1b는 자전체 영구자석(110)이 도 1a의 위치에서 a1, a2, r1, r2의 힘에 의해 반시계 방향으로 45도 자전하여 현재의 위치로 이동하여 온 것으로서, 이때 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하는 대표적인 인력과 척력의 힘은 다음과 같다.
- a1 : 가이드 영구자석(210)의 N1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 인력
- a2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 인력
- r2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 척력
상기에서와 같이 자전체 영구자석(110)에는 대표적으로 a1, a2의 인력과, r2의 척력이 작용하며, 이 a1, a2, r2 각각의 힘은 도 1a에서의 a1, a2, r2와 서로 작용하는 방향과 자극 사이의 거리가 다르게 되어 도 1a에서의 a1, a2, r2와 순차적으로 힘의 세기는 각각 다르나 여기에서 자전체 영구자석(110)에 작용하는 a1, a2, r2의 총합은 쿨롬(Coulomb)의 법칙(F=K*(m1*m2)/r2, 여기서 F는 자극 사이에서 작용하는 힘, m1, m2는 자극의 세기, r은 자극 사이의 거리, K는 비례상수)에 의해 도 1a에서의 a1, a2, r1, r2의 총합과 같다. 따라서, 도 1a에서의 a1, a2, r1, r2와 같이 여기에서 a1, a2, r2도 모두 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 회전력 M2로 작용하여 자전체 영구자석(110)은 반시계 방향으로 자전을 하며, 자전체 영구자석(110)은 자전에 의해 일정속도로 현재의 위치에서 좌측으로 직선운동을 하여 도 1c의 위치로 이동하게 된다.
도 1c는 자전체 영구자석(110)이 도 1b의 위치에서 a1, a2, r2의 힘에 의하여 반시계 방향으로 45도 자전하여 현재의 위치로 이동하여 온 것으로서, 이때 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하 는 대표적인 인력과 척력의 힘은 다음과 같다.
- a2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 인력
- r2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 척력
상기에서와 같이 자전체 영구자석(110)에는 대표적으로 a2의 인력과, r2의 척력만이 작용하며, 이 a2, r2의 힘의 총합은 쿨롬의 법칙에 의해 도 1b에서의 a1, a2, r2의 총합과 같다. 따라서, 도 1b에서의 a1, a2, r2와 같이 여기에서 a2, r2도 모두 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 회전력 M3로 작용하여 자전체 영구자석(110)은 반시계 방향으로 자전을 하며, 자전체 영구자석(110)은 자전에 의해 일정속도로 현재의 위치에서 좌측으로 직선운동을 하여 도 1d의 위치로 이동하게 된다.
도 1d는 자전체 영구자석(110)이 도 1c의 위치에서 a2, r2의 힘에 의하여 반시계 방향으로 45도 자전하며 현재의 위치로 이동하여 온 것으로서, 이때 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하는 대표적인 인력과 척력의 힘은 다음과 같다.
- a2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 인력
- r2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 척력
- r3 : 가이드 영구자석(210)의 N2와 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 척력
상기에서와 같이 자전체 영구자석(110)에는 대표적으로 a2의 인력과, r2, r3의 척력이 작용하며, 이 a2, r2, r3의 힘의 총합은 쿨롬의 법칙에 의해 도 1c에서의 a2, r2의 총합과 같다. 따라서, 도 1c에서의 a2, r2와 같이 여기에서 a2, r2, r3도 모두 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 회전력 M4로 작용하여 자전체 영구자석(110)은 반시계 방향으로 자전을 하며, 자전체 영구자석(110)은 자전에 의해 일정속도로 현재의 위치에서 좌측으로 직선운동을 하여 도 1e의 위치로 이동하게 된다.
도 1e는 자전체 영구자석(110)이 도 1d의 위치에서 a2, r2, r3의 힘에 의하여 반시계 방향으로 45도 자전하며 현재의 위치로 이동하여 온 것으로서, 이때 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 자극 사이에서 작용하는 대표적인 인력과 척력의 힘은 다음과 같다.
- r2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 척력
- a2 : 가이드 영구자석(210)의 S1과 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 인력
- r3 : 가이드 영구자석(210)의 N2와 자전체 영구자석(110)의 N'사이의 척력
- a3 : 가이드 영구자석(210)의 N2와 자전체 영구자석(110)의 S'사이의 인력
상기에서와 같이 자전체 영구자석(110)에는 대표적으로 a2, a3의 인력과, r2, r3의 척력이 작용하며, 이들 a2, a3, r2, r3의 힘의 총합은 쿨롬의 법칙에 의해 도 1d에서의 a2, r2, r3의 총합과 같다. 따라서 도 1d에서의 a2, r2, r3와 같이 여기에서 a2, a3, r2, r3도 모두 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 회전력 M5로 작용하며 자전체 영구자석(110)은 반시계 방향으로 자전을 하여 현재의 위치에서 좌측으로 이동하게 된다. 여기서 a2, a3, r2, r3는 도 1a에서의 a1, a2, r1, r2와 순차적으로 각각 대응하여 힘의 크기들은 같으며 단지 인력과 척력을 발생시키는 자극들만 도 1a과 반대(N→S,S→N)이다. 따라서 자전체 영구자 석(110)이 1회전 하는 것을 1주기로 한다면 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e는 자전체 영구자석(110)의 1/2주기간의 동작 방법을 기술하기 위한 개념도로서 자전체 영구자석(110)이 1회전 하는 나머지 1/2주기는 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e에서의 자전체 영구자석(110)에 작용하는 힘들의 세기는 같고, 자극들만 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e와 반대(N→S,S→N)로 되어 순차적으로 이루어짐에 따라, 나머지 1/2주기도 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e와 같은 과정으로 자전체 영구자석(110)은 자전운동을 하며 우측에서 좌측으로 운동을 하게 된다. 이와 같이 자전체 영구자석(110)이 1회전 하면 자전체 영구자석(110)은 다시 1a의 위치로 오게 되므로 상기에서 기술한 과정을 되풀이하게 되어 자전체 영구자석(110)은 지속적인 자전운동을 함에 따라 자전체 영구자석(110)은 지속적인 직선운동을 하게 된다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e에서 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)의 자극 사이에서 작용하는 인력과 척력의 상관 관계도로서, 자전체 영구자석(110)이 자전에 의해 선형(Linear)적으로 운동하기 위한 회전력과 힘은 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)의 자극들이 가지고 있는 자력의 세기와, 가이드 영구자석(210)의 자극의 피치(L), 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110) 사이의 거리(h) 및 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)의 물리적 특성(크기: 부피, 질량 등) 등에 의해 좌우된다.
즉, 자전체 영구자석(110)이 원주 2극(외주면에 N극 1개, S극 1개의 자극이 착자되고 원주 길이 L', 자극 간 원주 피치 L'R, 자극 간 각도 피치 180°)일 경우, 가이드 영구자석(210)의 피치 L와 자전체 영구자석(110)의 외주면에 착자된 자극 간 원주 피치인 L'R와의 상관 관계에서, 도 2a에서와 같이 가이드 영구자석(210)의 피치 L이 자전체 영구자석(110)의 원주 피치 L'R에 비해 지극히 작다면 자전체 영구자석(110)의 우측에서는 N1과 S'사이에서 발생하는 인력 a1과, S1과 S' 사이에서 발생하는 척력 r1의 차이가 미미하여 서로 상쇄됨에 따라 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 힘이 극히 작아지고, 자전체 영구자석(110)의 좌측에서는 S1과 N'사이에서 발생하는 인력 a2와, N2와 N'사이에서 발생하는 척력 r2의 차이가 미미하여 서로 상쇄됨에 따라 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 힘이 극히 작아지게 되어 전체적으로 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 힘이 극히 미미하게 되므로 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키기에는 마찰력, 저항 등과 상쇄되어 불가능하다.
그러나. 도 2b에서와 같이 가이드 영구자석(210)의 피치 L이 자전체 영구자석(110)의 외주면에 착자된 자극 간 원주 피치 L'R와 동일한 길이를 갖는다면, 자극 사이에서 작용하는 힘의 세기는 자극 간 거리의 제곱에 반비례하는 쿨롬의 법칙에 의해 자전체 영구자석(110)의 우측에서는 N1과 S'사이에서 발생하는 인력 a1과, S1과 S' 사이에서 발생하는 척력 r1의 차이는 자극 사이의 거리 차이에 의해 척력 r1이 인력 a1에 비해 대단히 크며, 그 힘의 차이는 r1이 척력이기 때문에 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 힘으로 작용하고, 자전체 영구자석 (110)의 좌측에서는 S1과 N'사이에서 발생하는 인력 a2와, N2와 N' 사이에서 발생하는 척력 r2의 차이도 또한 자극 사이의 거리 차이에 의해 인력 a2가 척력 r2에 비해 대단히 크며, 그 힘의 차이는 또한 a2가 인력이기 때문에 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 힘으로 작용하여, 이 r1이 a1을 상쇄하고 남은 힘과 a2가 r2를 상쇄하고 남은 힘들은 전체적으로 자전체 영구자석(110)을 반시계 방향으로 회전시키려는 힘으로 작용하게 됨에 따라 자전체 영구자석(110)은 반시계 방향으로 자전하게 된다. 따라서, 자전체 영구자석(110)이 1회전시 자전체 영구자석(110)이 진행하는 거리를 가이드 영구자석(210)의 피치 2L(=L+L)와 자전체 영구자석(110)의 원주 길이 2L'R(=L'R+L'R)가 동일하게 조절될 수 있게 하고, 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210)의 상면에서 일정한 간격으로 공극을 유지하며 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210)의 상면에서 미끄러지는 슬립회전이 일어나지 않게 하면 자전체 영구자석(110)의 자전에 의해 자전체 영구자석(110)은 우측에서 좌측으로 이동하게 된다.
또한, 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110) 사이의 거리 h는 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)의 사이에서 작용하는 척력들과 인력들이 자전체 영구자석(110)에 대해 가이드 영구자석(210) 방향인 자전체 영구자석(110)의 중심 하부로 작용하도록 자극의 세기와 가이드 영구자석(210)의 이웃하는 자극 간 피치 L에 의해 결정되며, 자극은 바뀌지만 동일한 조건과 위치에서 발생하는 척력 또는 인력의 힘의 세기가 동일 하도록 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석 (110)의 자극들이 가지고 있는 자장의 세기가 비교적 동일하여야 자전체 영구자석(110)이 자전하며 이동하는데 변곡점이 없는 운동이 가능하며, 자전체 영구자석(110)은 자신이 회전하는 자전을 하게 되므로 질량 관성 모멘트에 비례하고 각속도의 제곱에 비례하여 에너지를 저장할 수 있는 플라이휠(Flywheel)과 같이 자전체 영구자석(110)이 가지고 있는 질량 관성 모멘트 및 자전체 영구자석(110)이 자전하는 각속도에 따라 에너지를 저장할 수 있는 플라이휠 기능을 겸비하기 위하여, 필요한 질량 관성 모멘트를 갖도록 유효한 질량 및 길이와 필요한 각속도를 갖도록 가이드 영구자석(210)의 이웃하는 자극 간 피치 L에 의해 자전체 영구자석(110)의 자극 간 원주 피치 L'R가 결정(L=L'R)되고, 자전체 영구자석(110)의 자극 수 n'와 자극 간 원주 피치인 원주 길이 L'R에 의해 자전체 영구자석(110)의 지름 D(=n'·L'R/π)가 결정되는 물리적 특성치를 갖는 자전체 영구자석(110)을 선정하는 방법을 특징으로 한다.
도 3은 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e와 도 2a, 도 2b에서 기술한 방법에 따라 하나의 자전체 영구자석(110)을 갖고, 이 자전체 영구자석(110)이 자전하며 가이드 영구자석(210)의 상면에서 가이드 영구자석(210)과 일정한 간격으로 공극을 유지하며 자전체 영구자석(110)의 자전에 의해 자전체 영구자석(110)이 슬립회전을 하지 않고 이동하는 운동을 함에 있어서, 가이드 영구자석(210)의 이웃하는 자극 간 피치 L에 대해 자전체 영구자석(110)의 자극 간 원주 피치인 원주 길이 L' 가 대응되게 자전체 영구자석(110)이 자전하며 진행하는 본 발명의 단위체에 대한 사시도로서, 가이드 영구자석(210)의 폭 방향으로 절단한 단면으로 볼 때 베이스(260)의 상면 좌우에 있어서 상면에 치차가 형성된 가이드 래크(230)가 고정되고, 가이드 래크(230) 사이의 베이스(260) 상면에 폭 방향으로 자극이 착자되고 길이방향으로 N극과 S극이 자극 간 피치가 L가 되게 교번하여 주기적으로 반복되는 가이드 영구자석(210)을 고정하고, 자전체 영구자석(110)의 중심에 자전축(115)을 삽입하여 일체화시킨 자전자(120)에 있어서 자전축(115)의 양단에 베이스(260)의 상면 좌우에 고정된 가이드 래크(230) 사이의 폭과 동일한 간격으로 외주면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언(130)들을 고정시켜 일체화된 자전자 조립체(121)를 형성하고, 플라이휠 피니언(130)의 외주면에 있는 차차가 가이드 래크(230)의 상단에 있는 치차와 치합되게 자전자 조립체(121)를 가이드 래크(230)의 상단에 위치시킨다.
여기서, 가이드 래크(230)의 높이와 플라이휠 피니언(130)의 치차가 형성된 피치원 지름을 조절하는 것으로 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210)의 상면에서 가이드 영구자석(210)과 요구되는 일정한 간격으로 공극(h')을 유지할 수 있으며, 가이드 래크(230)와 플라이휠 피니언(130)이 치차로 치합되어 있어 자전체 영구자석(110)은 가이드 영구자석(210)의 상면에서 자전할 때 슬립회전이 일어나지 않고 자전에 의해 이동이 가능하며, 가이드 영구자석(210)의 이웃하는 자극 간 피치 L에 해당하는 단위길이에 있는 가이드 래크(230)의 치차 수와 자전체 영구자석(110)의 자극 간 각도 피치와 동일한 자전자 조립체(121)에 내재된 플라이휠 피니언(130)의 각도 안에 있는 외주면에 형성된 치차 수를 갖게 하고 자전체 영구자석 (110)의 자극 수와 치차 수에 의해 결정된 플라이휠 피니언(130)의 피치원 지름의 크기 및 외주 면에 형성된 치차 수와 가이드 래크(230)의 상단에 형성된 치차의 치차비에 의하여 자전체 영구자석(110)이 자전체 영구자석(110)의 각도 피치만큼 자전하면 자전체 영구자석(110)이 내재된 자전자 조립체(121)가 플라이휠 피니언(130)의 외주면에 형성된 치차와 가이드 래크(230) 상단에 형성된 치차의 치차비에 의하여 가이드 영구자석(210)의 이웃하는 자극 간 피치 L에 해당하는 거리만큼 자전체 영구자석(110)이 이동을 할 수 있어, 자전체 영구자석(110)의 자극에 따라 요구되는 가이드 영구자석(210)의 자극과 동일한 피치로 동조시켜 자전체 영구자석(110)이 자전하며 이동하는 거리를 조절하는 것이 가능하다. 즉, 자극과 이웃한 자극 간의 피치 L의 길이에 해당하는 단위길이에 형성된 가이드 래크(230)의 치차 수 NG와 치차 피치 P(=L/NG)에 대해, 자전자(120)의 자전축(115)에 고정되어 외주면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언(130)이 가이드 래크(230)의 치차와 치합되어 회전하는 경우에 있어서, 자전체 영구자석(110)이 자전체 영구자석(110)의 자극 수 n'일 때 자전체 영구자석(110)의 이웃하는 자극 간 각도 피치 AR°만큼 자전하여 원주 피치 L'R의 거리만큼 진행하면, 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210)의 상면에서 진행하는 거리 L'R가 가이드 영구자석(210)의 자극 간 피치 L이 되는(L'R=L) 자전체 영구자석(110)의 자극 간 각도 피치와 자전자 조립체(121)에 내재된 플라이휠 피니언(130)의 동일한 각도 내에 있는 외주면에 형성된 치차 수 N'R를 NG=N'R로 하고, 플라이휠 피니언(130)의 외주면에 형성된 치차 수 N'F(=n'·N'R)에 따라 가이드 래크(230, 231, 232)의 치차 피치 P와의 상관 관계에서 플라이휠 피니언(130)의 외주면에 형성된 치차의 피치원 지름 D'가 결정(D'=n'·N'R·P/π=N'F·P/π)된다.
또한, 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210)을 제외한 베이스(260), 자전축(115), 가이드 래크(230) 및 플라이휠 피니언(130)등은 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210)의 자장에 영향을 미치는 강자성체의 재질을 제외한 재질로 하는 것이 바람직하다.
자전자 조립체(121)가 운동하는 과정을 설명하면, 자전체 영구자석(110)이 외주면에 길이방향으로 착자되고, 원주방향으로 S극과 N극이 각각 1개인 원주 2극의 영구자석일 경우 자전체 영구자석(110)의 자극인 S'가 하부로, 자극인 N'가 상부로 향하게 하여 자전자 조립체(121)를 중심으로 자전자 조립체(121)가 진행하고자 하는 방향에 가이드 영구자석(210)의 S극이, 진행하고자 하는 반대 방향에 N극이 위치하는 가이드 영구자석(210)의 S극과 N극의 사이에 자전자 조립체(121)의 플라이휠 피니언(130) 치차가 가이드 래크(230)의 치차와 치합되게 위치시켜 초기에 자전자 조립체(121)가 진행하고자 하는 방향인 가이드 영구자석(210)의 S극이 위치한 방향으로 자전자 조립체(121)를 구동시키면 가이드 영구자석(210)의 자극과 자전체 영구자석(110)의 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력의 힘이 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e에서 기술한 것과 같이 작용하여 가이드 영구자석(210)의 S극과 N극이 교번하여 주기적으로 지속되고 가이드 래크(230)가 지속되는 한 자전자 조립체(121)는 지속적인 자전운동을 하며, 자전운동을 함에 따라 플라이휠 피니언(130)과 가이드 래크(230)가 치차로 치합되어 있으므로 자전자 조립체(121)는 미끄러지지 않고 초기 위치에서 자전체 영구자석(110)의 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향한 자극과 동일한 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치한 방향으로 전진하는 직선운동을 지속하게 된다. 즉, 자전자 조립체(121)의 초기 위치결정에 있어서 자전체 영구자석(110)의 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향한 자극과 자전자 조립체(121)를 중심으로 자전자 조립체(121)가 운동하고자 하는 방향에 가이드 영구자석(210)의 동일한 자극이 위치하고, 자전자 조립체(121)가 운동하고자 하는 반대 방향에는 자전체 영구자석(110)의 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향한 자극과 반대의 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치하는 가이드 영구자석(210)의 자극과 자극 사이에 자전자 조립체(121)를 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 이상에서 기술한 방법에 의해 자전체 영구자석(110)들을 원형의 방사선상에 주기적으로 배열하여 자전체 영구자석(110)들이 자전함에 따라 방사선상으로 배열된 자전체 영구자석(110)들이 원점을 중심으로 공전이 이루어져 중심으로부터 회전에 의한 운동에너지를 생성하는 본 발명의 개념에 대한 평면도로서, 이상에서의 폭방향으로 착자되고 길이방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열된 직선형태 영구자석의 시작점과 끝점을 같게 하여, 폭 방향으로 착자되고 원형의 방사선상으로 내측 면에 원주방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되는 폐 회로를 구성하여 영구자석의 폭이 높이가 되는 원통형 가이드 영구자석(210)을 구 성하고, 원통형 가이드 영구자석(210)의 내부에 원통형 가이드 영구자석(210)의 폭 방향으로 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극에 적합한 수의 자전체 영구자석(110)을 원형의 방사선상으로 위치하여 자전체 영구자석(110)들이 자전함에 따라 원통형 가이드 영구자석(210)의 원점을 중심으로 자전체 영구자석(110)들이 공전하는 것으로부터 공전에 의한 운동에너지를 생성하기 위하여, 원통형 가이드 영구자석(210)을 고정하고, 이 원통형 가이드 영구자석(210)의 내측 면에 원통형 가이드 영구자석(210)과 일정한 간격의 공극을 유지하여 도 3에서 기술한 것과 같이 자전체 영구자석(110)들을 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주면의 자극에 대해 초기 위치를 설정함에 있어서, 자전체 영구자석(110)들의 자극중 하나의 자극이 원형의 방사선상에서 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주면 쪽으로 외향하게 하고, 자전체 영구자석(110)의 원통형 가이드 영구자석(210) 쪽으로 외향한 자극과 자전체 영구자석(110)을 중심으로 자전체 영구자석(110)이 공전하고자 하는 방향에는 동일한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치하고, 자전체 영구자석(110)의 공전하고자 하는 반대 방향에는 자전체 영구자석(110)의 외향한 자극과 반대가 되는 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극과 자극 사이에 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하여 원통형 가이드 영구자석(210)의 내측 면에 자전체 영구자석(110)들을 원형의 방사선상으로 배열하여, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e에서 기술한 것과 같은 순차적인 방법에 의해 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주면 자극과 자전체 영구자석(110)의 외주면 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력에 의해 자전체 영구자석(110)들은 자전체 영구 자석(110)들의 원통형 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향한 자극이 가까이 있는 원통형 가이드 영구자석(210)의 동일한 자극과 멀어지고, 가까이 있는 원통형 가이드 영구자석(210)의 반대되는 자극과는 가까워지려는 방향인 각각의 반시계 방향(R)으로 자전운동을 하며, 도 3에서와 같이 플라이휠 피니언(130)과 가이드 래크(230)의 치합에 의해 자전체 영구자석(110)이 원통형 가이드 영구자석(210)의 상면에서 미끄러지는 슬립회전이 일어나지 않도록 하고 자전체 영구자석(110)의 자극에 따라 요구되는 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극과 동일한 피치로 1/2피치가 어긋나게 동조시켜 자전체 영구자석(110)이 자전하면, 자전체 영구자석(110)들이 각각 반시계 방향(R)으로 자전운동을 함에 따라 초기 위치에서 자전체 영구자석(110)의 원통형 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향한 자극과 동일한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치한 방향인 각각 좌측으로 각각 운동을 하게 된다. 즉, 플라이휠 피니언(130)과 가이드 래크(230)의 치합에 의한 높이를 조절하여 자전체 영구자석(110)들을 원통형 가이드 영구자석(210)과 일정한 간격으로 공극을 유지하면 자전체 영구자석(110)들은 원통형 가이드 영구자석(210)이 내주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열된 원형의 폐회로 이기 때문에 원통형 가이드 영구자석(210)의 내부에서 원통형 가이드 영구자석(210)의 원점을 중심으로 시계 방향(R')으로 지속적인 공전운동을 하게 됨에 따라, 자극이 내주면에 원형의 방사선상으로 배열된 원통형 가이드 영구자석(210)의 내측에 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극에 적합한 수의 자전체 영구자석(110)을 원형의 방사선상으로 필요한 수량만큼 설치한 자전체 영구자석(110)들을 하나의 구동 체로 묶어서, 상기에서와 같은 방법으로 자전체 영구자석(110)들이 동시에 원통형 가이드 영구자석(210)의 내부에서 각각 반시계 방향(R)으로 자전을 하면 자전체 영구자석(110)들 전체적으로는 시계 방향(R')으로 공전을 하게 되며 원통형 가이드 영구자석(210)의 원점에서 원형의 방사선상으로 설치된 자전체 영구자석(110)들의 시계 방향(R')으로 공전하는 회전에 의한 운동에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
도 5a는 도 4에서 기술한 폭 방향으로 착자되고 원형의 방사선상으로 내측 면에 원주방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되는 폐 회로를 구성하여 영구자석의 폭이 높이가 되는 원통형 가이드 영구자석(210)의 내측 면에 원통형 가이드 영구자석(210)의 폭 방향으로 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극에 적합한 수의 자전체 영구자석(110)을 원형의 방사선상으로 설치하여 원통형 가이드 영구자석(210)의 중심에서 자전체 영구자석(110)들의 공전하는 회전에 의한 운동에너지를 생성하는 구체적인 실시도로서, 자장이 표면에 폭 방향으로 착자된 일정한 폭을 갖는 영구자석들을 내주 면에 원주방향으로 자극 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 반복되도록 원형의 방사상으로 시작점과 끝점이 일치되도록 수직으로 배치하여 폐 회로가 구성되도록 영구자석의 폭이 높이가 되는 원통형으로 이루어진 원통형 가이드 영구자석(210)과, 내주 면에 원통형 가이드 영구자석(210)을 고정할 수 있는 홈이 형성된 원형 프레임(240)의 내부에 원통형 가이드 영구자석(210)이 미끄러지지 않도록 고정하고, 원통형 가이드 영구자석(210)과 원형 프레임(240)이 일체화된 가이드 조립체(245)를 베이스(260)의 상면에 수직으로 고정하고, 내주 면에 내치차가 형성된 중공 원판형의 원판형 가이드 래크(230)를 가이드 조립체(245)의 상면에 가이드 조립체(245)와 동심원을 갖는 위치에 고정하여 고정자 프레임(200)을 형성하고, 원형 프레임(240)의 내부에 원형의 방사선상으로 자전체 영구자석(110)들을 원통형 가이드 영구자석(210)의 폭 방향인 수직으로 배열하였을 경우, 원형 프레임(240)이 보지하고 있는 원통형 가이드 영구자석(210)과 자전체 영구자석(110)들이 일정한 간격을 유지하도록 베어링으로 축설할 수 있는 필요한 자전체 영구자석(110)의 수량만큼 자전축(115)을 삽입할 수 있는 구멍들이 형성된 상하 구동판(140)의 사이에 자전체 영구자석(110)이 길이방향으로 위치하도록 자전체 영구자석(110)과 자전축(115)을 일체화한 자전자(120)를 구동판(140)의 구멍 수에 맞는 수량만큼 상하의 구동판(140)의 구멍에 자전자(120)의 자전축(115)들을 삽입하여 베어링으로 축설하고, 상하의 구동판(140)의 중심에 공전축(125)을 삽입하여 상하의 구동판(140)과 일체화하고, 원판형 가이드 래크(230)의 높이에 맞추어 원판형 가이드 래크(230)의 내주 면에 형성된 치차와 플라이휠 피니언(130)의 외주 면에 형성된 치차가 치합되는 높이에 상부 구동판(140)의 구멍을 통하여 구동판(140)의 상부로 돌출된 자전축(115)들에 플라이휠 피니언(130)들을 삽입하여 고정하는 운동에너지를 생성하는 회전력을 발생시키는 구동체(100)를 구성한다.
일체화된 구동체(100)를 가이드 조립체(245)와 동심원상으로 외주 면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언(130)들과 내주 면에 치차가 형성된 원판형 가이드 래크(230)의 치차가 치합되도록 가이드 조립체(245)의 내부에 삽입하여 베이스(260)의 상면에 수직하게 공전축(125)의 하부를 회전 가능하도록 베어링으로 축설하여 조립 하고, 구동체(100)의 중심에 있는 공전축(125)의 상부는 회전할 수 있도록 하우징(250)에 베어링으로 축설하여 보지하고, 하우징(250)의 일단은 베이스(260)의 상면에 고정하여 완성된다. 이때, 도 2b와 도 3에서 기술한 바와 같이, 자전체 영구자석(110)이 자전체 영구자석(110)의 각도 피치만큼 자전함에 있어서, 자전체 영구자석(110)이 내재된 자전자 조립체(121)가 플라이휠 피니언(130)의 외주 면에 형성된 치차와 가이드 래크(230)의 내주면에 형성된 치차의 치차비에 의하여 원통형 가이드 영구자석(210)의 이웃하는 자극 간 피치 L에 해당하는 거리만큼 자전체 영구자석(110)이 공전하게 하여 자전체 영구자석(110)의 자전과 공전에 의해 변화하는 자전체 영구자석(110)의 자극에 따라 요구되는 가이드 영구자석(210)의 자극이 동일한 피치로 1/2피치가 어긋나게 동조하도록 자전체 영구자석(110)이 자전하며 공전하는 거리에 맞게 외주 면에 형성된 플라이휠 피니언(130)의 치차와 내주 면에 치차가 형성된 원판형 가이드 래크(230)의 치차비를 형성하고, 초기 구동에 의하여 자전체 영구자석(110)이 지속적으로 자전할 수 있도록 원통형 가이드 영구자석(210)의 내측 면에서 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치결정이 중요하다. 즉, 자전체 영구자석(110)의 자극은 자전체 영구자석(110)을 중심으로 자전체 영구자석(110)이 원통형 가이드 영구자석(210)과 일정한 간격을 두고 가이드 영구자석(210)의 원점을 중심으로 자전체 영구자석(110)의 자극중 하나의 자극을 원형의 방사선상에서 외향 하는 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주면 쪽으로 외향하게 하고, 자전체 영구자석(110)의 가이드 영구자석(210)의 내주면 쪽으로 외향하는 자극과 자전체 영구자석(110)이 공전하고자 하는 방향에 동일한 원통형 가이드 영구자석 (210)의 자극이 위치하고, 자전체 영구자석(110)이 공전하고자 하는 반대 방향에는 자전체 영구자석(110)의 가이드 영구자석(210)의 내주면 쪽으로 외향하는 자극과 반대의 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치하는 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극과 자극 사이에 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하여 외주 면에 형성된 플라이휠 피니언(130)들의 치차와 내주 면에 형성된 원판형 가이드 래크(230)의 치차가 치합 되도록 자전축(115)들의 높이에 맞추어 플라이휠 피니언(130)들을 고정하여야 하며, 자전체 영구자석(110)을 보지하는 자전축(115)을 공전축(125)의 상하부에 고정되어 있는 구동판(140)에 회전 가능하도록 축설하는 경우와, 공전축(125)을 베이스(260)와 하우징(250)에 회전 가능하도록 축설하는 경우에는 보다 큰 회전력(R')을 얻을 수 있도록 상호 간의 마찰을 최소화하기 위하여 매우 정교한 베어링 구조로 축설하는 것이 바람직하다.
동작원리는, 도 4에서 기술한 바와 같이 구동체(100)를 원통형 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향하고 있는 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치한 방향으로 초기에 회전구동을 시켜주면, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 4에서 기술한 방법과 같이 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극과 자전체 영구자석(110)의 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력의 힘에 의해 자전체 영구자석(110)들은 상면에서 보았을 때 자전체 영구자석(110)들의 원통형 가이드 영구자석(210) 쪽으로 향한 자극이 가까이 있는 원통형 가이드 영구자석(210)의 동일한 자극과 멀어지고, 가까이 있는 원통형 가이드 영구자석(210)의 반대되는 자극과는 가까워지려는 방향인 각각의 반시계 방향(R)으로 자전 운동을 하며, 원판형 가이드 래크(230)와 플라이휠 피니언(130)의 치합에 의해 자전체 영구자석(110)이 원통형 가이드 영구자석(210)의 내측 면에서 미끄러지는 슬립 회전이 일어나지 않으므로 자전체 영구자석(110)들이 각각 반시계 방향으로 자전운동을 함에 따라, 자전체 영구자석(110)은 일정속도로 상면에서 볼 때 원통형 가이드 영구자석(210) 쪽으로 외향하고 있는 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치한 방향인 시계 방향(R')으로 공전축을 중심으로 공전운동을 하게 된다. 즉, 자전체 영구자석(110)들은 원통형의 폐회로로 구성된 원통형 가이드 영구자석(210)의 내부에서 각각의 반시계 방향(R)으로 지속적인 자전운동을 하며 전체적으로는 시계 방향(R')으로 지속적인 공전운동을 하게 됨에 따라 원통형 방사선상으로 배열된 자전체 영구자석(110)들은 구동체(100)에 내재되어 있으므로 구동체(100)는 시계 방향(R')으로 공전축(125)을 중심으로 회전운동을 하게 됨에 따라 공전축으로부터 회전에 의한 운동에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.
도 5b는 도 5a의 수직방향의 절단한 대표적인 단면도로서, 베이스(260)의 상면에 원판형의 가이드 영구자석(210)을 내재한 원형 프레임(240)이 조립된 가이드 조립체(245)가 고정되고, 가이드 조립체(245)의 상면에 내치차가 형성된 원판형의 가이드 래크(230)를 가이드 조립체(245)와 동심원을 갖는 위치에 고정하고, 필요한 수량만큼 자전체 영구자석(110)의 중심에 자전축(115)을 고정시켜 일체화한 자전자(120)를 형성하여 상하부 구동판(140)의 원형의 방사선상으로 형성된 구멍에 자전자(120)의 자전축(115)을 삽입시켜 자전체 영구자석(110)이 길이방향으로 상하부 구동판(140)의 사이에 위치하도록 배치하여 베어링으로 상하 구동판(140)에 원형의 방사선상으로 축설하고, 상하부 구동판(140)의 중심에 있는 구멍에 공전축(125)을 삽입하여 상하의 구동판(140)과 공전축(125)을 일체화하고, 플라이휠 피니언(130)들의 외주 면에 형성된 치차가 원판형 가이드 래크(230)의 내면에 형성된 치차와 치합 될 수 있는 상부 구동판(140)의 구멍을 통하여 구동판(140)의 상부로 돌출된 자전축(115)들의 위치에 플라이휠 피니언(130)들을 고정하고, 도 5a에서 기술한 자전체 영구자석(110)의 자전과 공전 방향에 따라 자전체 영구자석(110)들의 자극과 원형 가이드 영구자석(210)의 자극 방향을 고려하여 자전체 영구자석(110)의 자극 방향이 맞게 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하여 플라이휠 피니언(130)들과 원판형 가이드 래크(230)가 치합되도록 구동체(100)의 중심에 있는 공전축(125)의 하부는 회전이 가능하도록 베이스(260)의 상면 중심에 베어링으로 축설하고, 공전축(125)의 상부는 회전이 가능하도록 하우징(250)에 베어링으로 축설하여 보지하고, 하우징(250)의 일단은 베이스(260)의 상면에 고정하는 것으로 완성되며, 구동체(100)를 원형의 가이드 영구자석(210) 쪽으로 외향하고 있는 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 원형의 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치한 방향으로 초기에 회전구동을 시키면 자전체 영구자석(110)들은 자전을 하며, 자전체 영구자석(110)들의 자전에 의해 자전체 영구자석(110)들은 공전축을 중심으로 공전을 하게 되어 구동체(100)는 공전축(125)을 중심으로 회전운동을 하게 됨에 따라 공전축으로부터 회전에 의한 운동에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.
도 6은 도 3에서 기술한 단수의 자전자 조립체(121)를 직선형 가이드 영구자석(211)의 상면에 필요한 수량만큼 다수(n개)를 설치하여 자전자 조립체(121)들의 직선운동에 의한 운동에너지를 생성하는 실시도로서, 길이방향으로 지속되는 직선형태의 일정폭을 갖는 편평한 직선형 베이스(261)를 구성하고, 직선형 베이스(261)의 폭보다는 작은 폭을 갖는 폭 방향으로 착자되고 상면에 길이방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되어 직선형 베이스(261)의 상면에 고정시킨 직선형 가이드 영구자석(211)과, 상면에 치차가 형성된 직선형 가이드 래크(231)를 직선형 가이드 영구자석(211)의 양측에 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 형성된 방향으로 치차가 향하도록 직선형 베이스(261)의 상면에 고정하여 직선형 고정자 프레임(201)을 형성하고, 직선형 가이드 영구자석(211)의 내측과 외측에 설치된 직선형 가이드 래크(231) 사이의 거리와 동일하게 자전자(120)의 자전축(115) 양단에 플라이휠 피니언(130)을 고정하여 합치시킨 자전자 조립체(121)를 필요한 수량의 자전축이 삽입될 수 있는 구멍이 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극 간 피치에 대응되는 위치에 형성된 내측 및 외측의 구동판(141)에 회전 가능하도록 베어링으로 축설하고, 양측의 구동판을 합치시킨 단위 구동체(102)를 형성하여 단위 구동체(102)를 도 3에서 기술한 바와 같이 자전체 영구자석(110)의 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽으로 향하고 있는 자극과 자전자 조립체(121)를 중심으로 자전자 조립체(121)가 진행하고자 하는 방향에 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 동일하고, 자전자 조립체(121)가 진행하고자 하는 반대 방향에는 자전체 영구자석(110)의 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽으로 향하고 있는 자극과 반대의 직선형 가이드 영구 자석(211)의 자극이 위치하는 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극과 자극 사이에 자전자 조립체(121)를 위치하도록 초기 위치를 설정하여 플라이휠 피니언(130)들과 직선형 가이드 래크(231)가 치합하도록 단위 구동체(102)를 직선형 가이드 래크(231)의 상면에 위치시킨다. 여기서 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극간 피치와 다수의 자전자 조립체(121)는 주기적으로 배치하여 피치가 동일하도록 설정함에 있어서, 자전체 영구자석(110)의 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽으로 향하고 있는 자극이 N, S, N, S와 같이 반복되게 배치하는 것, 즉 하나의 자전자 조립체(121)는 하부가 S극이 되게 하여 도 1a에서와 같은 위치에, 이웃하는 자전자 조립체(121)는 하부가 N극이 되게 하여 도 1e에서와 같은 위치에 설치하는 것이 바람직 하나, 필요에 따라서 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극에 각각 대응되게 필요한 수량의 자전자 조립체(121)를 설치하거나, 직선형 가이드 영구자석(212)의 자극 N극 또는 S극에만 대응되게 필요한 수량의 자전자 조립체(121)를 설치하거나, 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극 N극과 S극을 쌍으로 대응되게 하고 이웃하는 N극과 S극은 건너뛰도록 필요한 수량의 자전자 조립체(121)를 설치할 수 있다. 즉, 반드시 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극 N극과 S극에 1:1로 대응되도록 자전자 조립체(121)를 설치할 필요는 없고, 단위 구동체(102)에 자전자 조립체(121)를 조립함에 있어서 상호 간의 마찰을 최소화하기 위하여 매우 정교한 베어링 구조로 연결하는 것이 바람직하다.
상기에서와 같이, 주기적으로 배치된 n개의 자전자 조립체(121)들 중 필요한 수량씩 단위화한 단위 구동체(102)를 초기에 자전체 영구자석(110)의 직선형 가이 드 영구자석(211) 쪽으로 향하고 있는 자극과 동일한 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 있는 방향으로 구동하면 자전자 조립체(121)들이 자전을 하게 되고, 플라이휠 피니언(130)들과 직선형 가이드 래크(231)가 치합되어 있어 자전자 조립체(121)들은 초기 구동된 방향으로 진행을 하게 되므로 단위 구동체(102) 또한 진행을 하게 되어 단위 구동체(102)의 직선 운동으로부터 운동에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.
도 7은 도 6에서의 단위 구동체(102)를 다수로 설치하여 단위 구동체(102)들의 공전에 의해 회전력을 증대시키기 위한 실시도로서, 도 6에서의 직선형 베이스(261)와 직선형 가이드 영구자석(211)과 직선형 가이드 래크(231)로 형성된 직선형 고정자 프레임(201)을 수평으로 시작점과 끝점을 서로 만나게 하여 중공의 원판형으로 형성된 중공 원판형 고정자 프레임(202)에 있어서 일정 폭을 갖는 편평한 중공 원판형으로 중공 원판형 베이스(262)를 구성하고, 중공 원판형 베이스(262)와 동심원으로 중공 원판형 베이스(262)의 폭보다는 작은 폭의 폭 방향으로 착자되고 원형의 방사선상인 원주방향으로 상면에 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되어 폐 회로를 구성하여 이루어진 수평면상의 중공 원판형 가이드 영구자석(212)을 중공 원판형 베이스(262)의 상면에 고정하고, 중공 원판형 가이드 영구자석(212)과 동심원의 상면에 치차가 형성된 원통형 가이드 래크(232)를 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 내측과 외측에 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극이 형성된 방향으로 치차가 향하도록 중공 원판형 베이스(262)의 상면에 고정하여 중공 원판 형 고정자 프레임(202)을 형성하고, 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 내측과 외측에 설치된 원통형 가이드 래크(232) 사이의 거리와 동일하게 자전자(120)의 자전축(115) 양단에 플라이휠 피니언(130)을 고정하여 합치시킨 자전자 조립체(121)를 필요한 수량의 자전축이 삽입될 수 있는 구멍이 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극 간 피치에 대응되는 위치에 형성된 내측 및 외측의 구동판(141)에 베어링으로 축설하고, 내측과 외측의 구동판(141)을 합치시킨 도 6에서의 단위 구동체(102)를 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 원점에서 원형의 방사선 방향에 자전자 조립체(121)가 길이방향으로 향하도록 상기에서 기술한 자전체 영구자석(110)들의 자극과 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 상면에 착자된 자극 간의 관계를 고려하여 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하고, 필요한 수량의 단위 구동체(102)를 플라이휠 피니언(130)과 원통형 가이드 래크(231)의 치차가 치합되도록 길이방향으로 원통형 가이드 래크(231)의 상면에 위치시켜 중심에 있는 공전축(125)에 고정된 축설하는 하우징(251)으로 각각의 단위 구동체(102)를 연결하여 구동체(101)를 완성한다. 완성된 구동체(101)를 도 6에서와 같이 단위 구동체(102)가 진행하고자 하는 방향으로 초기 구동을 시키면 자전체 영구자석(110)들이 자전을 함에 따라 단위 구동체(102)들은 공전축(125)을 중심으로 공전을 하게 되며, 단위 구동체(102)들이 하우징(251)으로 공전축(125)에 서로 연결되어 있어 단위 구동체(102)들이 공전을 함에 따라 공전축(150)에서 회전에 의한 운동에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.
도 8은 자전체 영구자석(110)들의 운동에 의한 발생하는 운동에너지의 총합을 증대시킬 수 있는 방법으로, 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 양면에 대칭으로 자전체 영구자석(110)들을 배치하여 조합하면 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 일 측면에만 자전체 영구자석(110)들을 배치하였을 경우에 비하여 2배의 운동력을 얻을 수 있다. 이때, 가이드 영구자석(210, 211, 212)을 N극과 S극이 주기적으로 반복되는 각형 다극의 영구자석을 사용할 경우에는 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 양면에 자전체 영구자석(110)들의 자극이 대칭되게 자전체 영구자석(110)들을 배치하여 적용하고, 양면 2극의 영구자석이나 원주 2극의 영구자석을 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 같은 자극이 좌우의 지그재그로 배열되며 일 측면에 볼 때 N극과 S극이 주기적으로 반복되게 배치하였을 경우에는 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 양면에 자전체 영구자석(110)들의 자극이 비대칭이 되게 자전체 영구자석(110)들을 배치하여 적용하면, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e에서 기술한 방법에 의해 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극과 자전체 영구자석(110)의 자극 사이에서 발생하는 척력과 인력의 힘에 의해 자전체 영구자석(110)들은 자극의 방향에 따라 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 좌우에서 대칭적으로 자전운동을 하게 되며, 이에 따라 같은 방향으로 운동을 하게 됨에 따라 자전체 영구자석(110)들을 구동체(100, 101, 102)에 내재시켜 구동을 하게 되면 보다 큰 운동에너지를 얻을 수 있다.
또한, 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 양면에 자전체 영구자석(110)들이 배치된 것을 다수의 층으로 적층하여 상기에서와 같이 동작시키면 보다 효율적으로 필요로 하는 운동에너지을 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 영구자석들을 효과적으로 배열하고, 배열된 영구자석들이 가지고 있는 척력과 인력들을 이용하여 운동에너지를 생성하여 이의 일부 또는 전부를 필요로 하는 동력원으로 사용한다면 다른 에너지원으로부터 얻을 수 있는 동력원보다 초기 제작, 설치 및 유지보수비 등을 고려하면 보다 효율적이고 저렴한 비용으로 필요한 동력원을 확보할 수 있어 경제적이다.

Claims (5)

  1. 베이스(260)와;
    베이스(260)의 상면에 고정되는, 내주 면에 원주 상으로 홈이 형성된 원통형의 원형 프레임(240) 및 원형 프레임(240)의 내주 면에 있는 원주상의 홈에 자극이 폭 방향으로 착자되며 내측 면의 원주방향으로 N극과 S극의 자극이 교번하여 주기적인 자극 간 거리가 원주 피치로 배열되어 영구자석의 폭이 높이가 되는 방사상의 원통형으로 형성된 원통형 가이드 영구자석(210)을 고정하여 일체화한 가이드 조립체(245)와, 내주 면에 치차가 형성된 원판형 가이드 래크(230)를 원통형 가이드 영구자석(210)과 동심원을 갖는 위치상의 가이드 조립체(245) 상면에 고정하여 완성된 고정자 프레임(200)과;
    외주 면에 자극이 길이방향으로 착자되며 원주방향으로 N극과 S극이 주기적인 피치로 착자된 원주형의 자전체 영구자석(110)과, 자전체 영구자석(110)의 중심에 자전축(115)을 자전체 영구자석(110)의 길이방향으로 삽입하여 합치시킨 자전자(120)와, 자전자(120)의 축 방향은 고정자 프레임(200)의 높이 방향으로 고정자 프레임(200)의 내측에 위치시켰을 때, 자전자(120)의 자전체 영구자석(110) 외주 면과 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주 면이 일정한 간격을 유지하여 공극을 형성하는 위치에 자전자(120)의 자전축(115)이 삽입되어 베어링으로 축설할 수 있는 구멍이 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주 면에 있는 자극과 방사선상으로 일치되게 원형의 방사선상으로 형성되고, 중앙에는 공전축(125)이 고정되는 구멍이 형성 된 구동판(140)과, 자전자(120)들에 내재되어 있는 자전축(115)의 일단은 하부 구동판(140)의 방사상으로 형성된 구멍에 삽입하고, 자전축(115)의 타단은 자전축(115)이 상부 구동판(140)의 상면으로 돌출되게 상부 구동판(140)의 방사상으로 형성된 구멍에 삽입하여 자전축(115)들을 베어링으로 상하의 구동판(140)에 축설하고, 상하 구동판(140)의 중앙에 공전축(125)을 삽입하여 합치시키고, 원판형 가이드 래크(230)의 내주 면에 형성된 치차와 플라이휠 피니언(130)의 외주 면에 형성된 치차가 치합되는 상부 구동판(140)의 구멍을 통하여 구동판(140)의 상부로 돌출된 자전축(115)들의 높이에 플라이휠 피니언(130)들을 삽입하여 고정시킨 구동체(100)와;
    고정자 프레임(200)과 동심원으로 구동체(100)에 방사상으로 내재된 자전체 영구자석(110)들의 N극 또는 S극중 하나의 자극이 해당하는 자전체 영구자석(110)의 방사선과 교우되는 고정자 프레임(200)에 내재된 원통형 가이드 영구자석(210)의 내주 면으로 외향 하도록 자전자(120)를 회전시켜 위치시키고, 해당하는 자전체 영구자석(110)을 내재한 자전자(120)를 기준으로 자전자(120)가 공전하고자하는 방향에 자전체 영구자석(110)의 외향 된 자극과 동일한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이, 진행하는 반대 방향에 자전체 영구자석(110)의 외향 된 자극과 반대의 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치하는 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극과 자극 사이에 자전자(120)들이 위치하도록 구동체(100)를 회전시켜 자전자(120)들의 초기위치를 설정하고, 외주 면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언(130)들의 치차가 고정자 프레임(200)의 상면에 고정된 원판형 가이드 래크(230)의 내측에 있는 치차와 치합되게 구동체(100)를 동심원으로 고정자 프레임(200)의 중심에 삽입하여, 구동체(100)의 중심에 있는 공전축(125)의 하단은 고정자 프레임(200)의 베이스(260) 상면 중심에 베어링으로 축설하고, 공전축(125)의 상단을 베어링으로 축설하여 보지하며 고정자 프레임(200)의 베이스(260) 상면에 고정되는 하우징(250)으로 구성되는것을 특징으로 하며, 원통형 가이드 영구자석(210)의 방향으로 외향 된 자전체 영구자석(110)들의 자극과 동일한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극이 위치하는 방향으로 구동체(100)를 초기 회전 구동시켜 각각의 자전체 영구자석(110)의 자극과 근접한 원통형 가이드 영구자석(210)의 자극 간에 발생하는 척력과 인력이 자전체 영구자석(110)들이 자전하려는 방향으로 작용하고, 작용하는 척력과 인력의 힘에 의해 자전자(120)들은 자전을 하게 되며, 자전축(115)에 고정된 플라이휠 피니언(130)과 원판형 가이드 래크(230)가 치합되어 있으므로 자전자(120)들은 미끄러지지 않고 지속적인 자전을 하게 됨에 따라, 공전축(125)을 중심으로 자전자(120)들은 또한 지속적인 공전을 하게 되며, 자전자(120)들의 공전에 의해 구동체(100)는 지속적인 회전을 하게 되며, 구동체(100)가 회전함에 따라 회전하는 공전축(125)에서 동력이 생성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 길이방향으로 지속되는 직선형태의 일정 폭을 갖는 편평한 직선형 베이스(261)를 구성하고, 직선형 베이스(261)의 폭보다는 작은 폭을 갖 는 폭 방향으로 착자되고 상면에 길이방향으로 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되어 직선형 베이스(261)의 상면에 고정시킨 직선형 가이드 영구자석(211)과, 상면에 치차가 형성된 직선형 가이드 래크(231)를 직선형 가이드 영구자석(211)의 양측에 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 형성된 방향으로 치차가 향하도록 직선형 베이스(261)의 상면에 고정시킨 직선형 고정자 프레임(201)과;
    다수의 자전축(115)을 삽입할 수 있는 다수의 구멍이 형성된 좌우 측의 구동판(141)에 자전자(120)들의 자전축(115)을 베어링으로 축설하여 좌우측의 구동판(141)을 서로 연결하고, 좌우 측 구동판(170)의 외부로 돌출된 자전축(115)의 양단에 외주 면에 형성된 플라이휠 피니언(130)의 치차와 상단에 형성된 직선형 가이드 래크(231)의 치차가 치합하도록 플라이휠 피니언(130)들을 고정하여 완성된 단위 구동체(102)를 자전체 영구자석(110)의 자극중 하나의 자극을 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽으로 향하게 하고, 자전체 영구자석(110)의 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽으로 향하고 있는 자극과 자전자(120)를 중심으로 자전자(120)가 진행하고자 하는 방향에 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 동일하고, 자전자(120)가 진행하고자 하는 반대 방향에는 자전체 영구자석(110)의 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽으로 향하고 있는 자극과 반대의 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 위치하는 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극과 자극 사이에 자전자(120)를 위치하도록 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하여 직선형 고정자 프레임(202)의 상면에서 플라이휠 피니언(130)들과 가이드 래크(232)를 치합시켜 단위 구동체(102)를 위치시키고,자전체 영구자석(110)의 직선형 가이드 영구자석(211) 쪽 으로 향하고 있는 자극과 동일한 직선형 가이드 영구자석(211)의 자극이 위치하는 방향으로 단위 구동체(102)를 초기구동 시키면 자전자(120)들의 지속적인 자전에 의해 단위 구동체(102)는 지속적인 직선운동을 하게 됨에 따라, 직선운동을 하는 단위 구동체(102)에서 동력이 생성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력 발생장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 직선형 고정자 프레임(201)을 수평으로 시작점과 끝점을 서로 만나게 하여 일정 폭을 갖는 편평한 중공 원판형으로 중공 원판형 베이스(262)를 구성하고, 중공 원판형 베이스(262)와 동심원으로 중공 원판형 베이스(262)의 폭보다는 작은 폭의 폭 방향으로 착자되고 원형의 방사선상인 원주방향으로 상면에 N극과 S극이 교번하여 주기적으로 배열되어 폐 회로를 구성하여 이루어진 수평면상의 중공 원판형 가이드 영구자석(212)을 중공 원판형 베이스(261)의 상면에 고정시키고, 중공 원판형 가이드 영구자석(212)과 동심원의 상면에 치차가 형성된 원통형 가이드 래크(232)를 단위 구동체(102)의 양측에 있는 플라이휠 피니언(130)들의 간격과 같은 거리를 두고 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 내측과 외측에 중공 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극이 형성된 방향으로 치차가 향하도록 중공 원판형 베이스(262)의 상면에 고정시킨 중공 원판형 고정자 프레임(202)과;
    단위 구동체(102)를 플라이휠 피니언(130)과 원통형 가이드 래크(231)의 치 차가 치합되도록 길이방향으로 원통형 가이드 래크(231)의 상면에 위치시켜 중심에 있는 공전축(125)에 고정된 하우징(251)으로 각각의 단위 구동체(102)를 연결하여 완성된 구동체(101)를 형성하여 구동체(101)의 자전체 영구자석(110)의 자극중 하나의 자극을 원판형 가이드 영구자석(212) 쪽으로 향하게 하고, 자전체 영구자석(110)의 원판형 가이드 영구자석(212) 쪽으로 향하고 있는 자극과 자전자(120)를 중심으로 자전자(120)가 진행하고자 하는 방향에 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극이 동일하고, 자전자(120)가 진행하고자 하는 반대 방향에는 자전체 영구자석(110)의 원판형 가이드 영구자석(212) 쪽으로 향하고 있는 자극과 반대의 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극이 위치하는 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극과 자극 사이에 자전자(120)가 위치하도록 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하여 원판형 가이드 영구자석(212)의 상면에서 플라이휠 피니언(130)들과 가이드 래크(232)를 치합시켜 구동체(101)를 위치시키고, 자전체 영구자석(110)의 원판형 가이드 영구자석(212) 쪽으로 향하고 있는 자극과 동일한 원판형 가이드 영구자석(212)의 자극이 위치하는 방향으로 단위 구동체(102)들을 초기 구동시키면 자전자(120)들의 자전에 의해 단위 구동체(102)들은 공전축을 중심으로 공전운동을 하게 되고, 단위 구동체(102)들의 공전에 의해 구동체(101)는 회전을 하게 됨에 따라, 회전하는 공전축(151)에서 동력이 생성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력 발생장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 플라이휠 피니언(130)이 조립된 자전자 조립체(121)와 가이드 래크(230, 231, 232)를 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 양 측면에 대칭되게 위치시키고, 상기의 집합체(가이드 영구자석(210, 211, 212), 가이드 래크(230, 231, 232), 자전자(131) 및 플라이휠 피니언(130))를 적층 하여 보다 큰 동력이 생성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력 발생장치.
  5. N극과 S극이 교번하여 주기적으로 반복되는 가이드 영구자석(210, 211, 212)에 있어서, 자극과 이웃한 자극 간의 피치를 L, 자전체 영구자석(110)의 자극 수를 n', 지름을 D, 자전체 영구자석(110)의 외주 면에 착자된 자극과 이웃한 자극 간의 피치를 L'R, 자전체 영구자석(110)의 외주 면에 착자된 자극과 이웃한 자극 간의 각도 피치 AR°일 때 자전체 영구자석(110)이 자전함에 있어서 자전체 영구자석(110)의 자극들이 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극들과 주기적으로 동조하기 위하여 L'R와 L이 같게(L'R=L) 되어야 하며, 자전체 영구자석(110)의 외주면 원주 길이를 L'(=n'·L'R)이라고 하면, 자전체 영구자석(110)의 외주 면에 착자된 자극 수 n'와, 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 간의 피치 L(=L'R)에 따라 자전체 영구자석(110)의 지름 D를 결정(D=n'·L'R/π=n'·L/π : 예를 들어, 원주 2극의 자전 체 영구자석일 경우 자전체 영구자석의 지름 D=2·L'R/π, 원주 4극의 자전체 영구자석일 경우 자전체 영구자석의 지름 D=4·L'R/π)하는 제 1단계와;
    가이드 영구자석(210, 211, 212)에 있어서, 자극과 이웃한 자극 간의 피치 L의 길이에 해당하는 단위길이에 형성된 가이드 래크(230, 231, 232)의 치차수 N과 치차 피치 P(=L/N)에 대해, 자전자(120)의 자전축(115)에 고정되어 외주 면에 치차가 형성된 플라이휠 피니언(130)이 가이드 래크(230, 231, 232)의 치차와 치합되어 회전하는 경우에 있어서, 자전체 영구자석(110)이 자전체 영구자석(110)의 자극 수 n'일 때 자전체 영구자석(110)의 이웃하는 자극 간 각도 피치 AR°만큼 자전하여 원주 피치 L'R의 거리만큼 진행하면, 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 상면에서 진행하는 거리 L'R가 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 간 피치 L이 되도록(L'R=L) 자극 간의 피치 L의 길이에 해당하는 단위길이에 형성된 가이드 래크(230, 231, 232)의 치차수 N과 자전체 영구자석(110)의 자극 간 각도피치와 자전자 조립체(121)에 내재된 플라이휠 피니언(130)의 동일한 각도 내에 있는 외주 면에 형성된 치차수 N'R를 N=N'R로 조절하고, 플라이휠 피니언(130)의 외주 면에 형성된 치차수 N'F(=n'·N'R)에 따라 가이드 래크(230, 231, 232)의 치차 피치 P와의 상관 관계에서 플라이휠 피니언(130)의 외주 면에 형성된 치차의 피치원 지름 D'가 결정(D'=n'·N'R·P/π=N'F·P/π)되는 제 2단계와;
    치차가 형성된 피치원 지름 D'와 외주 면에 형성된 치차수 N'F가 결정된 플라이휠 피니언(130)이 자전자(120)에 자전축(115)으로 일체화되어 가이드 래크(230, 231, 232)와 치합할 때, 자전체 영구자석(110)이 가이드 영구자석(210, 211, 212)과 일정한 공극을 유지하도록, 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극들이 갖는 자장의 세기에 따라 자력이 상호 작용하는 범위 내에서, 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극들 사이에 발생하는 척력과 인력의 작용 방향은 자전체 영구자석(110)이 진행하고자 하는 방향으로 자전하게 작용하도록 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210, 211, 212) 간의 공극 h'을 결정하여, 공극에 따라 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극면에 대한 가이드 래크(230, 231, 232)의 높이 h가 결정(h=h'+(D-D')/2)되는 제 3단계와;
    플라이휠 피니언(130)을 자전자(120)의 자전축(115)에 일체화시킨 자전자 조립체(121)를 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 상면에서 일정간격의 공극을 두고 가이드 래크(230, 231, 232)와 치합하는 초기의 위치결정에 있어서, 자전체 영구자석(110)의 자극중 하나의 자극이 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극면에 수직(예를 들어, 자전체 영구자석이 원주 2극일 경우, 하나의 자극은 가이드 영구자석과 가장 가깝게, 다른 하나의 자극은 가이드 영구자석과 가장 멀리 위치하는)으로 가이드 영구자석(210, 211, 212)과 공극을 유지하며 근접하게 하고, 자전자 조립체(121)가 진행하고자 하는 방향에 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면으로 향한 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극이 위치하고, 자전자 조립체(121)가 진행하고자 하는 반대 방향에 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면으로 향한 자전체 영구자석(110)의 자극과 반대되는 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극이 위치하는 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극과 자극 사이에 자전자 조립체(121)의 플라이휠 피니언(130)을 가이드 래크(230)와 치합되어 자전자 조립체(121)가 위치하도록 자전체 영구자석(110)들의 초기 위치를 설정하여 자전자 조립체(121)가 자전하는 방향으로 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극들 사이에 발생하는 척력과 인력이 작용하도록 자전자 조립체(121)의 초기위치를 설정하는 제 4단계와;
    자전자 조립체(121)의 초기위치를 설정하여 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면으로 향한 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극이 위치하는 방향으로 자전자 조립체(121)를 초기 구동 시키면, 자전자 조립체(121)는 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면으로 향한 자전체 영구자석(110)의 자극이 진행하고자 하는 방향에 있는 동일한 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극과 멀어지려는 방향으로 자전을 하게 되며, 자전자 조립체(121)가 자전을 함에 따라 플라이휠 피니언(130)과 가이드 래크(230, 231, 232)가 치합되어 있어 미끄러 지지 않고 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면으로 향한 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극이 있는 방향으로 진행을 하게 되며, 자전자 조립체(121)의 진행 거리는 플라이 휠 피니언(130)과 가이드 래크(230, 231, 232)의 치차비에 의해 L'R =L로 조절되어 자전자 조립체(121)가 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극과 자극의 사이의 중앙에 위치할 때는 항상 자전자 조립체(121)에 내재된 자전체 영구자석(110)의 하나의 자극은 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면에 수직이며, 자전자 조립체(121)의 진행 방향에는 항상 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극 면에 수직으로 가장 근접한 자전체 영구자석(110)의 자극과 동일한 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극이 위치하게 되어 자전체 영구자석(110)과 가이드 영구자석(210, 211, 212)의 자극들 사이에 발생하는 척력과 인력이 지속적으로 자전자 조립체(121)를 자전시키려는 힘으로 작용하며, 이 힘들에 의해 자전자 조립체(121)는 지속적으로 자전을 함에 따라 플라이휠 피니언(130)과 가이드 래크(230)가 치합되어 있어 자전자 조립체(121)는 미끄러지지 않고 지속적으로 진행하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 동력발생 방법.
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