KR20080095460A - 영구자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구 자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 회전 장치는 (1) 회전축, 디스크와 다수 개의 회전자석으로 이루어지는 회전자, (2) 다수 개의 고정자석과 다수 개의 자기장 차폐 수단이 교대로 배치되어 있는 고정 기판, (3) 회전자의 회전에 불리하게 작용하는 자기장들을 다른 방향으로 유도시키는 자력 유도 수단 및 (4) 상기 회전자를 회전시키는 보조 동력 수단을 구비한다.

본 발명에 따른 회전 장치는, 처음에 보조 동력 수단을 2-3분 가동시켜 상기 보조 동력 수단에 연결된 회전자를 일정한 선속도로 회전시키게 되면, 상기 보조 동력 수단을 정지시키더라도 상기 회전자는 회전자석과 고정자석의 자기력에 의해 일정한 선속도로 일정 시간 동안 지속적으로 회전하게 된다.

영구자석, 회전장치

Description

영구자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전장치{ROTATING APPARATUS USING OF PERMANENT MAGNETS AND EXTERNAL FORCE}

도 1은 본 발명에 따른 회전 장치를 나타내는 사시도.

도 2는 도 1의 회전 장치를 수직 방향으로 절단시켜 나타낸 단면도.

도 3은 도 1의 회전 장치의 회전자, 고정자 및 자기장 차폐 수단을 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 회전 장치의 회전자를 나타내는 사시도.

도 5는 도 4의 회전자에 사용되는 회전자석을 나타낸 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 회전 장치에 사용되는 고정자를 나타내는 사시도.

도 7은 도 6의 고정자에 사용되는 고정자석을 나타내는 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 회전 장치에 사용되는 자기장 차폐 수단을 나타내는 사시도 및 그 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 고정자와 자기장 차폐 수단이 배치된 고정 기판을 도시한 사시도.

도 10은 본 발명에 따른 자력 유도 수단의 일실시예를 나타내는 사시도 및 단면도.

도 11은 본 발명에 따른 자력 유도 수단의 다른 실시예를 나타내는 단면도.

도 12는 본 발명에 따라 도 11의 자력 보상 수단이 장착된 회전 장치를 나타낸 단면도.

도 13은 본 발명에 따른 회전 장치의 회전자, 고정자, 자기장 차폐 수단의 상호 동작 관계를 설명하기 위하여 도시한 단면도.

도 14는 본 발명에 따른 자력 유도 수단의 동작을 설명하기 위하여 도시한 단면도.

본 발명은 영구 자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게로는 처음 회전시에 보조 동력 수단을 사용하고 영구 자석을 주동력원으로 이용하여 항상 일정한 선속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전할 수 있는 회전 장치에 관한 것이다.

자석은 우리생활의 여러 분야에서 매우 편리하고 윤택하게 활용되고 있으나, 실제로 자석의 성질이나 근원에 대해서는 많이 알려져 있지는 않고 있다.

자석의 성질을 간단히 살펴보면, (1) 자석은 외부에서 에너지를 공급하지 않더라도 스스로 자력선을 끊임없이 방출시키며, (2) 자석은 N극과 S극으로 나누어지며, 이들은 같은 극끼리는 척력이 발생하고 다른 극끼리는 인력이 발생한다. 또한, (3) 자석의 자력선은 N극에서 나와 S극으로 돌아간다. 지구도 하나의 커다란 자석이기 때문에 북극과 남극이 있고, 북극은 자석의 S극에 해당되며 남극은 N극에 해 당되기 때문에 나침반을 이용하여 방위를 재는 기준이 되므로 항해술에 매우 중요한 역할을 한다. 그리고, (4) 자석의 극은 이 자석이 자력선과 평행하게 절단되면 절단된 두 면은 서로 밀지만, 자력선 방향과 직각으로 절단되면 온전한 극과 반대되는 새로운 극이 잘린 부위에 생겨서 서로 당기게 된다.

우리가 흔히 볼 수 있듯이 자석에 의해 끌리는 성질을 지니고 있는 물체를 자성체라고 하는데, 이러한 자성체는 자석에 의해 얼마나 강하게 즉각 반응하는가에 따라 크게 강자성체, 상자성체, 반자성체로 분류된다.

먼저, 강자성체는 자석의 N(또는 S)극을 가까이 가져가거나 대는 순간 그 면에 자석과는 정반대의 극이 생겨 달라붙게 되는 물질로서, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등이 있다. 또한, 상자성체(또는 약자성체라고도 불리운다.)는 자석에 달라붙는 힘이 매우 약해서 강자성체의 수만 분의 1이나 수천만 분의 1 정도밖에 되지 않는 성질을 가진 것으로서, 알루미늄, 백금, 나트륨 등이 있다. 마지막으로, 반자성체는 자석에 의해 끌리기는커녕 반발을 하는 물질로서, 그 반발력이 매우 약해 약자성체의 수십분의 1에서 수만분의 1 밖에 되지 않아 일반인들이 측정하기 어려운 물질이다. 이러한 반자성체에는 금, 은, 아연, 구리, 크롬 등이 있다.

강자성체는 자장 속에 놓으면 자력선의 방향과 직각으로 그 단면적이 최소가 되는 방향으로 정렬되지만, 반자성체는 그 단면적이 최대가 되는 방향으로 정렬되는 성질을 가지고 있다.

자석의 성질에서 기술한 바와 같이, 이러한 자석은 자력선을 끊임없이 외부로 방출하며, 자석과 자석 사이에는 항상 반발력과 흡인력이 계속 발생하게 된다.

그리고, 자석의 자기력선을 차단시키는 물질은 아직까지 발견되지 않았으며, 그러한 물질은 없다고 할수도 있다. 하지만, 자기의 영향을 피하기 위한 자기 차폐(shield)는 가능한데, 그것은 강자석체를 사용해서 목적하는 부분을 차단시키는 방법이다. 이러한 강자성체를 이용한 자기 차폐 효과는 강자성체의 재질 뿐만 아니라 그 두게나 구조 등에 따라서도 크게 달라진다.

본 발명은 전술한 바와 같은 자석의 성질을 이용한 회전장치에 관한 것으로서, 영구자석의 성질을 이용할 뿐만 아니라 모터와 같은 보조 동력 수단을 함께 사용하여 일정한 속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전할 수 있는 회전 장치를 제조하고자 하는 것이다.

본 발명은 영구 자석의 성질과 보조 동력 수단을 이용하여 일정한 선속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전할 수 있는 회전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영구자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전 장치는

회전자축, 디스크 및 다수 개의 회전자석으로 이루어지는 회전자로서, 상기 회전자축은 상기 회전자의 중심에 장착되어 있고, 상기 디스크는 상기 회전자축의 길이방향의 중앙 부분에 회전자축과 수직방향으로 장착되어 있고, 다수 개의 회전 자석은 상기 디스크의 원주면에 일정 간격으로 이격되어 배치되어 있으며, 상기 회전자석은 상기 디스크와 수직방향으로 배치되어 있는 것인 회전자,

상기 회전자가 회전시에 상기 회전자석의 일단부가 통과하도록 배치된 다수 개의 고정자석,

고정자석와 고정자석의 사이에 배치되어 있고, 고정자석으로부터 발생되는 자기장을 일부 차폐시키는 자기장 차폐 수단, 및

상기 회전자축의 일단에 연결되어 있고, 상기 회전자를 회전시키는 보조 동력 수단을 구비하여, 상기 보조 동력 수단을 가동시켜 상기 회전자가 소정의 선속도로 회전되면, 상기 보조 동력 수단을 정지시키더라도 상기 회전자는 일정한 속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전하게 되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고정자석은 소정의 영역에 개구부를 갖는 말굽형의 자석으로서, 하나의 측면은 N극이고 다른 측면은 S극으로 이루어져 있어, 양단부의 각각은 두 개의 극성을 모두 구비하는 것이 좋다.

또한, 상기 회전 장치는 원판형의 기판을 더 구비하고, 상기 기판 위에 상기 고정자석이 장착된 고정자와 자기장 차폐 수단을 교대로 장착시키되, 고정자와 자기장 차폐 수단의 개구부들이 상기 회전자석을 향하도록 배치시키는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 기판은 상부 고정 기판 및 하부 고정 기판으로 이루어지며, 상기 상부 고정 기판은 회전자의 상부에 배치되고, 상기 하부 고정 기판은 회전자의 하부에 배치되어, 회전자의 회전자석이 상부 고정 기판의 고정자의 개구부와 하부 고정 기판의 고정자의 개구부를 동시에 통과하게 되도록 한다.

이때, 하나의 기판위에 배치된 상기 고정자석의 개수는 상기 회전자에 장착된 회전자석의 개수와 같지 아니하며, 그 차이가 1인 것이 좋다. 가장 바람직하게는 하나의 기판위에 배치된 상기 고정자석은 8개이고, 상기 회전자에 장착된 회전자석은 9개이다.

또한, 상기 회전 장치는 상기 고정자와 상기 회전자로부터 발생되는 자기장의 일부를 다른 방향으로 유도시키는 자력 유도 수단을 적어도 하나 이상을 상기 회전자축의 일단부 또는 회전자축의 연장선상에 더 구비하는 것이 좋다.

또한, 상기 자기장 차폐 수단은 반자성체의 물질로 형성된 하우징을 구비하며, 상기 하우징의 내부에는 반자성체와 강자성체의 분말이 수은과 함께 혼합되어 채워져 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 처음 보조 동력 수단을 이용하여 상기 회전 장치를 회전시켜 일정한 회전 속도에 도달하면, 보조 동력 수단을 정지시키더라도 상기 회전 장치는 영구자석의 성질 및 그 배치상의 특성에 의해 일정한 속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 회전 장치의 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영구 자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전 장치를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 회전 장치는 그 중심에 설치되어 있는 회전자(100)가 설치되어 있으며, 상기 회전자(100)의 상부 및 하부에 고정자와 자기 장 보상 수단이 장착된 고정 기판(200, 210)이 각각 배치되어 있으며, 또한 상기 회전자의 회전자축(도시되지 않음)의 상단부에 보조 동력 수단(300)이 풀리(310) 및 벨트(320)를 통해 연결되어 있어, 보조 동력 수단(300)이 시동되면 회전자(100)도 함께 회전하게 된다.

한편, 보조 동력 수단으로서 스타트 모터를 사용할 수 있다. 상기 스타트 모터(300)와 회전자축과의 연결 관계를 살펴 보면, 먼저 회전자축의 상단부에 풀리(pulley; 310)가 장착되어 있으며, 회전자축의 상단부와 상기 풀리와의 사이에 베어링(도시되지 않음)이 개재되어 있다. 그리고, 상기 풀리(310)에 설치된 벨트(320)를 통해 상기 스타트 모터(300)가 연결되어 있다.

이때, 상기 베어링은 일방향 클러치 베어링(one-way clutch bearing)을 사용함으로써, 상기 모터를 정지시키는 경우 상기 모터에 연결된 회전자축이 회전하더라도 상기 모터는 회전하지 않게 된다.

도 2는 도 1의 본 발명에 따른 회전 장치의 수직 방향의 단면도이다. 이하, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 회전 장치의 구성을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 회전 장치는 크게 회전자(100), 고정 기판(200, 210), 복수 개의 자력 유도 수단(150, 160, 170) 및 보조 동력 수단(도 2에는 도시되지 않음)으로 이루어진다.

먼저, 회전장치의 주요 구성 요소인 회전자의 상부 및 하부에 고정 자석(212, 202)이 장착된 고정 기판(200, 210)이 설치되어 있으며, 회전자의 상단부에 회전자를 회전시키기 위한 보조 동력 수단이 연결되어 있으며, 자력 유도 수 단(150, 160, 170)은 회전자의 하부에 설치되어 있다. 상기 보조 동력 수단으로는 스타트 모터 등이 있다.

도 3은 회전자축(110), 회전자석(130) 및 디스크(120)를 포함하는 회전자, 고정자(202) 및 자기장 차폐 수단(204)의 상호간의 결합관계를 도시한 단면도이다.

이하, 각각의 구성 요소에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 회전자(100)를 나타내는 사시도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 회전자는 회전자축(110), 디스크(120) 및 다수 개의 회전자석(130)으로 이루어진다.

회전자축(110)은 상기 회전자(100)의 중심에 장착되어 있다.

또한, 상기 디스크(120)는 원판 형태로서 상기 회전자축의 소정의 영역에 회전자축과 수직방향으로 장착되어 있다.

또한, 다수 개의 상기 회전자석(130)이 상기 디스크(120)의 원주면을 따라 일정 간격으로 배치되어 있으며, 이때 회전자석(130)은 막대 자석의 형태로 이루어지며 그 일단을 N극이며 타단은 S극으로서, 디스크의 원주면에 직각으로 배치되어 있다. 도 5는 회전자석을 나타낸 사시도이다. 또한, 도 5를 참조하면, 회전자석이 고정자의 내부로 통과하는 면적을 최대화시켜 회전자와 고정자의 작용을 보다 크게 하기 위하여, 회전자석은 유선형의 기와장 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 이때 그 상단부와 하단부가 각각 다른 극성을 갖게 된다.

회전자축이 회전하면 디스크에 장착된 상기 회전자석들도 함께 회전하게 된다.

다음, 도 6은 고정 자석(206)이 고정케이스(208)내에 고정되어 있는 고정자(202)를 나타내는 사시도이며, 도 7은 상기 고정자에 장착된 고정자석(206)을 나타낸 사시도이다.

도 7을 참조하면, 고정자석은 소정의 영역에 개구부가 형성되어 있는 말굽형태의 영구자석으로서, 상기 고정자석의 일측면은 N극이며, 타측면은 S극으로 이루어져 있다. 그 결과, 상기 고정자석의 양단부의 각각은 N극과 S극을 모두 구비하게 된다. 즉, 통상의 말굽형의 자석은 일단부는 N극이고 타단부는 S극으로 이루어져 있어, 양단부의 극성이 서로 반대로 형성되어 있지만, 본 발명에 따른 고정자석은 길이방향으로 일 측면이 N극이고 타 측면이 S극으로 이루어져 있어, 일단부에 반대되는 극성이 둘다 존재하게 된다.

전술한 바와 같은 고정자석은 그 내주면에 매우 강한 자기장이 형성된다. 후술되는 바와 같이, 고정자석의 이러한 성질은 회전자석이 고정자석의 내주면에서 보다 강하게 회전할 수 있게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 전술한 고정자석을 고정시켜 회전장치의 일정한 영역에 설치시키기 위하여 고정케이스의 내부에 장착시킨다.

도 8은 자기장 차폐 수단을 도시한 사시도 및 그 단면도이다.

본 발명에 따른 회전 장치에서의 자기장 차폐 수단은 상기 고정자석과 고정자석의 사이에 배치되어, 고정자석의 일측면에서 나와서 인접한 고정자석의 일측면으로 들어가는 자기장의 일부를 차폐시키는 것으로서, 고정자석과 유사한 형태의 개구부를 구비하는 말굽형태로 이루어져 있다.

상기 자기장 차폐 수단은 반자성체로 만들어진 하우징내에 강자성체 물질, 예컨대 코발트 또는 니켈 등의 분말과, 반자성체 물질, 예컨대 산화철과 같은 물질의 분말 등이 수은, 산화수은과 함께 혼합되어 존재한다. 이때, 자기장 차폐 수단의 내부는 강자성체 물질이 분말 상태로 존재하고, 상기 강자성체 분말들은 반자성체 물질의 분말과 함께 액체상태인 수은에 혼합 상태로 둠으로써, 강자성체의 밀도가 상대적으로 낮은 형태가 되어 외부적으로 강한 자장이 인가되더라도 강자성체 분말들은 순간자화는 되더라도 영구자화는 될 수 없게 된다.

따라서, 자기장 차폐 수단의 내부에 있는 강자성체 분말들은 외부의 고정자석과 회전자석들에 의해 순간 자화되고, 그 결과 고정자석과 고정자석 사이에 생성되는 자기장을 일부 차폐시키게 된다.

도 9는 고정자(202)와 자기장 차폐 수단(204)이 장착된 고정 기판(200)을 도시한 사시도이다.

고정 기판(200)은 원판 형태로서 그 일면에 상기 고정자(202)와 자기장 차폐 수단(204)이 교대로 배치되어 있는데, 상기 고정자석의 개구부와 상기 자기장 차폐 수단의 개구부가 회전자의 회전자석을 향하도록 배치된다. 회전자가 회전시에, 회전자석이 상기 고정자석의 개구부 및 상기 자기장 차폐 수단의 개구부를 통과할 수 있도록 배치된다.

이때, 하나의 고정 기판위에 장착되는 고정자석의 개수는 회전자석의 개수와 같지 않은 것이 좋으며, 바람직하게로는 그 차이가 1 인 것이 좋다. 가장 바람직하게는, 하나의 고정 기판위에 장착되는 회전자석의 개수는 9개, 고정자석의 개수는 8개인 것이다.

고정자석과 회전자석의 개수를 조절함으로써, 회전 장치가 회전하는 어느 일정한 순간에 회전 장치 전체에서 회전자석과 고정자석의 임계 상태를 최소화시킬 수 있다. 회전자석과 고정자석의 임계 상태라 함은 회전자석이 고정자석을 벗어나는 순간, 또는 회전자석이 고정자석으로 진입하는 순간을 말한다. 전술한 바와 같이, 회전 장치가 회전시의 어느 순간에 임계 상태가 많아지면 회전장치의 회전이 어렵게 되므로, 임계 상태를 최소화시킴으로써 오히려 회전 장치의 회전을 원활히 할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 회전 장치의 다른 실시예에서는 전술한 고정 기판이 상부 고정기판 및 하부 고정기판으로 이루어져 있다. 이때, 상부 고정기판은 회전자의 상부에 배치되어 있으며, 하부 고정기판은 회전자의 하부에 배치되어 있다. 또한, 상부 고정기판 및 하부 고정기판의 각각에 장착된 고정자와 자기장 차폐 수단의 개구부가 회전자석을 향하도록 배치되어, 회전자석이 회전시에 상부 고정기판 및 하부 고정기판에 있는 고정자석을 동시에 통과할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 회전 장치의 또 다른 실시예에서는 상기 회전자축에 회전자가 다수개 장착되어 있으며, 각각의 상기 회전자의 상부 및/또는 하부에 고정자와 자기장 차폐 수단이 장착된 고정 기판이 설치되어 있다.

이때, 상부 고정기판 및 하부 고정기판의 각각에 장착되는 고정자석의 개수는 회전자석의 개수보다 1 많거나 작은 것이 좋다. 더 바람직하게는, 본 실시예에 따른 회전 장치의 상부 고정기판 및 하부 고정기판의 각각에 장착되는 고정자석의 개수는 9개이고, 회전자석의 개수는 8개인 것이다.

다음, 도 10의 (a)는 자력 유도 수단의 제1 실시예를 도시한 사시도이며, (b)는 (a)에서의 B-B' 방향으로 절단한 단면도이며, (c)는 (a)에서의 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다. 자력 유도 수단은 상기 회전자축의 방향으로 강한 자기장을 형성시킴으로써 회전자와 고정자 사이에 발생하는 자기장의 일부를 회전자축의 방향으로 유도시키는 것이다.

도 10을 참조하면, 자력 유도 수단의 제1 실시예는 원통형의 본체와, 상기 본체의 가장자리에 일정 간격으로 이격되어 배치된 다수 개의 영구자석편으로 이루어진다. 상기 영구자석편은 상기 본체의 가장자리에 배치시키되 회전자축에 평행하게 배치시킨다. 그리고, 영구자석편의 극성은 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향으로 배치시킨다. 이러한 자력 유도 수단은 회전자축의 하단부에 배치시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자력 유도 수단의 제2 실시예는 원통형의 본체와 그 본체의 표면에 감겨 있는 코일로 이루어지는 솔레노이드이다. 본 실시예에 따른 자력 유도 수단은 회전자축의 연장선상에 배치시키되, 지표면 아래 즉 땅속에 배치시키는 것이 좋다. 상기 솔레노이드의 코일로 외부에서 전류가 인가되면, 그 내부에 자기장이 형성되는데, 이때 자기장의 방향이 회전자석의 극성과 동일한 방향이 되도록 배치시켜야 한다.

본 발명에 따른 자력 유도 수단의 제3 실시예는 다수 개의 영구자석편을 상기 회전자축의 연장선과 평행하게 배치시킨 것으로서, 이때 상기 자력 유도 수단 을 이루는 상기 영구자석편의 극성이 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향이 되도록 배치시킨다. 또한, 본 실시예에 따른 자력 유도 수단은 상기 회전 장치가 설치된 지표면 아래에 설치되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 자력 유도 수단의 제4 실시예는 전술한 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예의 자력 유도 수단을 모두 설치하는 것이다. 즉, 회전자축의 하단부에 제1 실시예에 따른 제1 자력 유도 수단을 설치하고, 상기 제1 자력 유도 수단이 설치된 지면 아래에 상기 제2 실시예에 따른 제2 자력 유도 수단 및 제3 실시예에 따른 자력 유도 수단을 순차적으로 설치한다. 이때, 각 자력 유도 수단의 자석의 극성은 회전자축의 극성과 동일한 방향으로 설치하여야 한다.

전술한 바와 같이 적어도 하나 이상의 자력 유도 수단을 설치함으로써, 회전자축의 방향으로 보다 강한 자기장이 형성될 수 있다. 그 결과, 회전자축에 인접하게 발생되어 회전자의 회전에 불리하게 작용하는 자기장들이 회전자축으로 흡수된다.

또한, 적어도 하나 이상의 자력 유도 수단을 회전자의 회전자축의 연장선상에 설치하되, 지표면 아래 즉 땅속으로 연결시켜 둠으로써 본 발명에 따른 회전 장치의 성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

도 11은 본 발명에 따른 자력 유도 수단의 제5 실시예를 도시한 단면도로서, 이는 상기 회전자축(110)의 하단부에 강자성체 물질의 연축(1120)을 연결시키고, 상기 연축의 일단부를 지표면 아래로 연결시키는 것이다. 이때, 연축을 이루는 물질로는 철심을 사용할 수 있으며, 상기 연축은 연축외피(1130)로 둘러싸는 것이 좋 다. 참조부호 1140은 이를 고정하기 위한 수단이다.

도 12는 전술한 자력 보상 수단의 제5 실시예를 본 발명에 따른 회전 장치에 장착한 단면도이다.

이하, 전술한 본 발명에 따른 회전 장치의 구성에 의한 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 보조 동력 수단인 스타트 모터를 약 2마력으로 약 2-3분 가량을 가동시켜, 회전자가 일정한 속도로 회전시킨 후, 상기 보조 동력 수단을 정지시키면, 이하 설명되는 바와 같이 회전 장치는 일정한 속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전하게 된다.

다음, 회전자, 고정자 및 자기장 차폐 수단의 동작을 구체적으로 설명한다.

도 13은 회전자석(130), 고정자(202) 및 자기장 차폐 수단(204)의 상호 동작을 설명하기 위하여 도시한 개념도이다.

회전자가 회전함에 따라 회전자석(130)도 함께 회전하게 되는데, 상기 회전자석(130)의 일단부는 N극 또는 S극으로 이루어지게 된다. 회전자석이 회전함에 따라, 상기 회전자석의 일단부는 상기 고정자(202) 및 자기장 차폐 수단(204)의 개구부 내를 통과하면서 계속 회전하게 된다.

이때, 하나의 극성을 갖는 회전자석의 일단부가 고정자석의 개구부를 통과하게 되는데, 진입시의 개구부의 측면은 하나의 극성을 갖고 있어 회전자석에 인력 또는 척력이 작용하게 되며, 반대 극성을 갖는 개구부의 다른 측면으로 나올 때에는 진입시와는 반대 힘이 작용하게 된다.

또한, 회전자석이 통과되는 고정자석의 중앙에는 강한 자기장이 형성되고, 그 결과 회전자석은 강하게 회전될 수 있다.

하나의 고정자석의 개구부를 통과한 회전자석은 인접한 고정자석이 있는 방향으로 회전하여야 하는데, 회전자석은 통과하여야 하는 고정자석과 인접한 고정자석으로부터 받는 인력과 척력에 의해 원활히 회전되기 어렵게 된다.

그런데, 고정자석과 고정자석 사이에 자기장 차폐 수단을 장착시켜, 자기장 차폐 수단이 고정자석과 인접한 고정자석 사이에 생성되는 자기장의 일부를 차폐시켜 줌으로써, 회전자석이 회전하는데 불리하게 작용되는 힘을 감소시켜 회전자석이 회전될 수 있도록 하게 된다.

도 14는 본 발명에 따른 회전 장치를 회전시에 회전자축의 방향으로 발생하는 강한 자기장(1400)을 도시한 개념도이다.

도 14를 참조하여 보면, 적어도 하나 이상의 자력 유도 수단(150, 160, 170)을 회전자축의 하단부 또는 회전자축의 연장선상에 설치함으로써, 회전장치의 회전자축의 방향으로 강한 자기장이 형성되도록 한다. 그 결과, 고정자석의 외주면에 발생하는 자기장, 고정자석과 고정자석 사이에 발생하는 자기장, 회전자석과 고정자석 사이에 발생하는 자기장 등과 같은, 회전 장치가 회전함에 따라 회전장치에 발생되는 자기장으로서 회전자석이 고정자석을 통과하는데 불리하게 작용하는 자기장들을 자력 유도 수단이 다른 방향으로 유도시키게 된다.

한편, 전술한 자력 유도 수단의 하나 이상을 지면아래로 연결시키거나 지면 아래의 땅속에 설치하여 둠으로써, 본 발명에 따른 회전 장치의 성능을 보다 향상 시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 회전 장치는 특수한 형태의 고정자석을 사용함으로써, 회전자석이 통과하는 부분에 보다 강한 자기장이 형성되도록 하여 회전자석이 손쉽게 회전할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 장치에 사용되는 자기장 차폐 수단은 고정자석과 인접한 고정자석의 사이에 발생하는 자기장을 일부 차폐시켜 줌으로써, 회전자석이 고정자석과 고정 자석 사이에 발생되는 인력과 척력의 영향을 적게 받게 되어 회전이 방해받지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 회전 장치의 자력 유도 수단은 회전자축의 방향으로 보다 강한 자기장이 형성되게 함으로써, 고정자석의 외주면에 발생하는 자기장, 고정자석과 고정자석 사이에 발생하는 자기장, 회전자석과 고정자석 사이에 발생되는 자기장 등을 회전자축으로 흡수되도록 한다. 그 결과, 회전자석이 회전하는데 불리하게 작용하는 자기장들을 많이 감소시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 장치는 회전자석이 회전하는데 불리하게 작용하는 자기장을 감소시키거나 다른 방향으로 유도시키는 여러 가지의 수단을 사용함으로써, 회전자가 보조 동력 수단과 같은 보조 동력을 이용하여 일단 일정한 속도로 회전하게 되면, 그 후에 보조 동력이 공급되지 않더라도 회전장치는 일정한 속도로 일정 시간동안 지속적으로 회전하게 된다.

한편, 지속적으로 회전되는 회전 장치에 발전기를 연결시킨다면, 지속적으로 회전하는 회전력을 이용하여 발전기에서 소정의 전력을 얻을 수 있게 된다.

실제로, 본 발명에 따른 회전 장치는 현재 실험적으로 제작되어 성공적으로 가동되고 있으며, 본 회전 장치에 발전기를 연결시켰을 때 일정한 양의 전력을 얻을 수 있다.

Claims (29)

1. 영구 자석과 보조 동력 수단을 이용한 회전 장치에 있어서,

   회전자축, 디스크 및 다수 개의 회전자석으로 이루어지는 회전자로서, 상기 회전자축은 상기 회전자의 중심에 장착되어 있고, 상기 디스크는 상기 회전자축의 길이방향의 중앙 부분에 회전자축과 수직방향으로 장착되어 있고, 다수 개의 회전자석은 상기 디스크의 원주면에 일정 간격으로 이격되어 배치되어 있으며, 상기 회전자석은 상기 디스크와 수직방향으로 배치되어 있는 것인 회전자,

   상기 회전자가 회전시에 상기 회전자석의 일단부가 통과하도록 배치된 다수 개의 고정자석,

   고정자석와 고정자석의 사이에 배치되어 있고, 고정자석으로부터 발생되는 자기장을 일부 차폐시키는 자기장 차폐 수단;

   상기 회전자축의 일단에 연결되어 있고, 상기 회전자를 회전시키는 보조 동력 수단

   을 구비하여,

   상기 보조 동력 수단을 가동시켜 상기 회전자가 소정의 선속도로 회전되면, 상기 보조 동력 수단을 정지시키더라도 상기 회전자는 일정한 속도로 지속적으로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 보조 동력 수단과 영구 자석을 이용한 회전 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정자석은 소정의 영역에 개구부를 갖는 말굽형의 자석으로서, 하나의 측면은 N극이고 다른 측면은 S극으로 이루어져 있어, 양단부의 각각은 두 개의 극성을 모두 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 회전자석은 유선형의 기와 형태로 이루어졌으며, 회전 자석의 길이 방향의 상단부와 하단부가 각각 N 극과 S 극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전 장치는

   원판형의 고정 기판을 더 구비하고, 상기 기판 위에 상기 고정자석이 장착된 고정자와 자기장 차폐 수단을 교대로 장착시키되, 고정자와 자기장 차폐 수단의 개구부들이 상기 회전자석을 향하도록 배치시키는 것을 특징으로 하는 회전장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 고정 기판은 상부 고정 기판 및 하부 고정 기판으로 이루어지며, 상기 상부 고정 기판은 회전자의 상부에 배치되고, 상기 하부 고정 기판은 회전자의 하부에 배치되어, 회전자의 회전자석이 상부 고정 기판의 고정자의 개구부와 하부 고정 기판의 고정자의 개구부를 동시에 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 회전 장 치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 회전 장치는 하나의 회전자축상에 다수 개의 회전자를 구비하고, 상기 회전자의 각각은 그 상부 및/또는 하부에 고정자와 자기장 차폐 수단이 장착된 고정 기판을 구비하는 것을 특징으로 회전 장치.
7. 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,

   하나의 기판위에 배치된 상기 고정자석의 개수는 상기 회전자에 장착된 회전자석의 개수와 같지 아니한 것을 특징으로 하는 회전 장치.
8. 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,

   하나의 기판위에 배치된 상기 고정자석의 개수와 상기 회전자에 장착된 회전자석의 개수는 그 차이가 1인 것을 특징으로 하는 회전장치.
9. 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,

   하나의 기판위에 배치된 상기 고정자석은 8개이고, 상기 회전자에 장착된 회전자석은 9개인 것을 특징으로 하는 회전장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 회전 장치는 상기 고정자와 상기 회전자로부터 발생되는 자기장의 일부를 다른 방향으로 유도시키는 자력 유도 수단을 상기 회전자축의 일단부 또는 회전자축의 연장선상에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 원통형의 본체와, 상기 본체의 가장자리에 일정 간격으로 이격되어 배치된 다수 개의 영구 자석편으로 이루어지며, 상기 자력 유도 수단은 상기 회전자축의 하단부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단의 상기 영구 자석편은 상기 회전자축에 평행하게 배치되며, 그 극성이 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전 장치.
13. 제10항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 원통형의 본체와, 그 본체의 표면에 감겨있는 코일을 구비하는 솔레노이드이며, 상기 솔레노이드에 외부로부터 전원이 공급되면 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향으로 자기장이 형성되도록 상기 자력 유도 수단을 배치시키는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전 장치.
14. 제10항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 다수 개의 영구자석편을 상기 회전자축의 연장선과 평행하게 배치시킨 것으로서, 상기 자력 유도 수단을 이루는 상기 영구 자석편의 극성이 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향이 되도록 배치시키는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 상기 회전장치가 설치된 지표면의 아래에 설치시키는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
16. 제10항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 강자성체 물질의 연축과, 상기 연축을 둘러싸는 연축 외피로 이루어지며, 상기 연축의 상단부는 상기 회전자축의 하단부에 연결되어 있고, 상기 연축의 하단부는 지표면의 아래로 연결시키는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
17. 제1항에 있어서,

    상기 자기장 차폐 수단은 반자성체의 물질로 형성된 하우징을 구비하며, 상기 하우징의 내부에는 반자성체와 강자성체의 분말이 혼합되어 채워져 있는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전 장치.
18. 제17항에 있어서,

    상기 하우징의 내부에는 수은이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전 장치.
19. 보조 동력 수단과 영구 자석을 이용한 회전 장치에 있어서,

    회전자축, 디스크 및 다수 개의 회전자석으로 이루어지는 회전자로서, 상기 회전자축은 상기 회전자의 중심에 장착되어 있고, 상기 디스크는 상기 회전자축의 길이방향의 중앙 부분에 회전자축과 수직방향으로 장착되어 있고, 다수 개의 회전자석은 상기 디스크의 원주면에 일정 간격으로 이격되어 배치되어 있으며, 상기 회전자석은 상기 디스크와 수직방향으로 배치되어 있는 것인 회전자,

    일면에 다수 개의 고정자석과 자기장 차폐 수단이 교대로 배치되어 있는 원판형의 고정 기판으로서, 상기 고정자석은 개구부를 갖는 말굽형의 자석으로 이루어지고, 상기 자기장 차폐 수단은 개구부를 갖는 U자형으로 이루어지며 고정자석와 고정자석의 사이에 배치되어 고정자석들 사이에 발생되는 자기장을 일부 차폐시키며, 상기 고정자석의 개구부와 상기 자기장 차폐수단의 개구부가 상기 회전자석을 향하도록 배치되어 있는 고정 기판,

    상기 회전자축의 일단에 연결되어 있고, 상기 회전자를 회전시키는 보조 동력 수단,

    상기 회전자축의 하단부 또는 그 연장선상에 배치되어, 상기 고정자와 상기 회전자로부터 발생되는 자기장의 일부를 흡수하는 자력 유도 수단

    을 구비하여,

    상기 보조 동력 수단을 가동시켜 상기 회전자가 소정의 속도로 회전되면, 상기 보조 동력 수단을 정지시키더라도 상기 회전자는 일정한 속도로 지속적으로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 보조 동력 수단과 영구 자석을 이용한 회전 장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 고정자석은 하나의 측면은 N극이고 다른 측면은 S극으로 이루어져 있어, 양단부의 각각은 두 개의 극성을 모두 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
21. 제19항에 있어서,

    상기 고정기판은 상부고정기판과 하부고정기판으로 이루어지고, 상기 상부고정기판은 회전자의 상부에, 상기 하부고정기판은 회전자의 하부에 각각 배치시키되, 상기 고정자석의 개구부들이 모두 상기 회전자석을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
22. 제19항에 있어서,

    하나의 고정기판에 장착된 상기 고정자석의 개수는 상기 회전자에 장착된 회전자석의 개수와 같지 아니한 것을 특징으로 하는 회전 장치.
23. 제19항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 원통형의 본체와, 상기 본체의 가장자리에 일정 간격으로 이격되어 배치된 다수 개의 영구 자석편으로 이루어지며, 상기 영구자석편은 회전자축에 평행하게 배치시키되 그 극성이 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향을 배치되며, 상기 자력 유도 수단은 상기 회전자축의 하단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
24. 제19항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 원통형의 본체와, 그 본체의 표면에 감겨있는 코일을 구비하는 솔레노이드이며, 상기 솔레노이드에 외부로부터 전원이 공급되면 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향으로 자기장이 형성되도록 상기 자력 유도 수단을 배치시키는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 회전 장치.
25. 제19항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 다수 개의 영구자석편을 상기 회전자축의 연장선과 평행하게 배치시킨 것으로서, 상기 자력 유도 수단을 이루는 상기 영구 자석편의 극성이 상기 회전자석의 극성과 동일한 방향이 되도록 배치시키는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 상기 회전 장치가 설치된 지표면의 하부에 설치시키는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
27. 제19항에 있어서,

    상기 자력 유도 수단은 강자성체의 연축과, 상기 연축을 둘러싸는 연축 외피로 이루어지며, 상기 연축의 상단부는 상기 회전자축의 하단부에 연결되어 있고, 상기 연축의 하단부는 지표면속에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
28. 제19항에 있어서,

    상기 자기장 차폐 수단은 반자성체의 물질로 이루어진 하우징을 구비하며, 상기 하우징의 내부에는 반자성체와 강자성체의 분말 및 수은이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 장치.
29. 제19항에 있어서,

    상기 회전 장치는 제23항, 제24항, 제25항의 자력 유도 수단 중 적어도 하나이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전장치.

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