KR20080106610A - 자석을 이용한 모터 - Google Patents

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Abstract

영구 자석을 이용하여 설계된 모터(Motor)와 터빈(Turbine)에 대해 개시한다. 본 발명은 다수의 영구자석(Permanent Magnet)으로 구성된 모터와 터빈으로 고정 자석(Fixed Magnet)과 운동 자석(Moving Magnet)으로 형성된다. 본 발명에 의하면 영구 자석(Permanent Magnet)에 내재된 자장(Magnetic Field) 에너지가 서로 상호작용(Interaction)을 통해 운동 에너지로 변환하는 원리로 고정 자석과 운동 자석 사이의 자장 차폐 판(Diaphragm)(혹은 운동 유도 원반(Disk))의 작동을 위한 트리거(Trigger)(또는 운동 유도) 모터를 위한 적은 전류의 입력으로 작동하는 모터와 터빈을 구현한다.
모터, AC 모터, DC 모터, 터빈, 엔진,

Description

자석을 이용한 모터{Motor of Magnet Array}
도 1은 현재 사용되고 있는 DC 모터의 단면도.
도 2는 현재 사용되고 있는 AC 모터의 단면도.
도 3은 현재 사용되고 있는 자동차 용 가솔린 엔진(Gasoline Engine)의 사진.
도 4는 현재 사용되고 있는 디젤 엔진(Diesel Engine)의 단면도.
도 5는 현재 사용되고 있는 전기 발전기(Electric Generator)의 사시도.
도 6은 막대(＃3)나 원통형(＃1) 모양(Bar or Cylindrical Shape)의 영구 자석(Permanent Magnet) 주위에 형성되는 자장(＃2)의 분포(Magnetic Field Distribution)를 나타낸 사시도 와 단면도(＃4).
도 7은 도넛(Doughnut) 모양의 영구 자석(＃5)과 그 주위에 형성되는 자장(＃2)의 분포를 나타낸 사시도.
도 8은 일정한 간격(＃8)을 유지하고 있는 두 개의 (a)영구 자석(＃6 과 ＃7)과 (b)두 영구 자석 사이에 자장 투자율이 비교적 큰 재료로 만들어 진 얇은 운동 유도(혹은 자장 차폐) 판(＃12)이 삽입된 모양 그리고 (c)두 영구 자석 사이에 (b)와 비슷하게 가운데 구멍이 뚫린(＃10 과 ＃11) 운동 유도 혹은 자장 차폐 판(＃12)이 삽입된 형태의 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 것으로 고정 자석은 도 7의 도넛 모양(＃5)이고 운동 자석은 도 6의 막대(＃3)나 원통(＃1) 모양의 자석으로 구성되고 이 두 종류의 자석 사이에 구멍(＃17)이 있는 자장 차폐(혹은 운동 유도) 판(＃12)이 있는 형상의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 것으로 대표적인 형상의 패턴(Pattern)을 가진 트리거 또는 유도 모터(＃21)에 부착되는 자장 차폐 판(Diaphragm)(또는 운동 유도 원반(Disk))(＃19)의 평면도.
도 11은 본 발명에 의한 것으로 도 7의 도넛 모양의 고정 영구 자석(＃5)과 다수의 도 6의 원통형 운동 자석(＃1)을 원주를 따라 고정 배열한 출력 회전 원반(＃23) 사이에 도 10의 패턴을 가진 얇은 입력 회전 운동 유도 원반(혹은 자장 차폐 원반)(＃19)이 입력 회전 축(＃22)을 통하여 작은 입력 트리거(또는 운동 유도 회전) 모터(＃21)에 연결되어 있는 형태의 사시도.
도 12는 본 발명에 의한 것으로 도 11은 도넛 형태의 고정 자석(＃5)의 한쪽 극, 예를 들면 "N"극 만을 응용한 모터 이나 이 발전된 모터는 두 장의 도넛 형태의 고정 자석(＃5) 사이(FMD)에 한 장의 출력 회전 운동 원반(＃23)이 들어 있는 모터의 단면도.
도 13은 대한민국 특허 출원번호 10-2007-0054204에 의한 것으로 도 11 과 12의 회전 모터에 사용할 수 있는 베어링 (Bearings)(＃45)의 도면.
도 14는 본 발명에 의한 것으로 위의 모터들의 회전이나 운동 속도를 조정하고 적당한 토크(Torque)를 부하에 전달해 줄 수 있도록 변속 장치(Gear Box)(＃27) 와 부하(Load)(＃28)가 결합된 모터 조합의 블록도.
도 15는 본 발명에 의한 것으로 도 14의 경우의 부하(load)(＃28)로 전기 발전기(Electric power Generator)(＃29)를 연결한 모터 조합의 블록도.
도 16은 본 발명에 의한 것으로 모터의 개폐기(Switch)(＃30)와 제동장치(Brake)(＃31, ＃32)로 응용할 수 있는 방법들의 사시도.
도 17은 본 발명에 의한 것으로 트리거(Trigger)(또는 운동 유도) 모터(＃21)의 동력원으로 쓰일 수 있는 재충전전지(Rechargeable Battery)(＃38)로 (a)솔라 셀(Solar Cell)(＃33), (b)수력발전(Water Fall)(＃34), (C)풍력발전(Wind Power)(＃35), (c)조력발전(Tide Power)(＃36), (e)지열발전(＃37) 의 전력 원의 블록도.
도 18은 본 발명에 의한 것으로 회전 운동 유도(혹은 트리거) 용의 작은 모터(＃21)의 전력 원(＃20)으로 사용되는 재충전 전지(＃38)를 위한 출력 분배 회로(＃41) 블록도.
도 19는 본 발명에 의한 것으로 도 17의 재충전 전지가 본 발명의 도 12에 연결된 블록도.
도 20은 본 발명에 의한 것으로 도 18의 재충전 전지가 본 발명의 도 15에 연결된 블록도.
● 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명
(FM); 고정 자석이나 고정 자석 군.
(MM); 운동 자석이나 자석 군.
(MS); 운동 자석 사이의 간격.
(MG); 고정 자석과 운동 자석 간의 간격.
(MT); 고정 자석과 유도 판과의 간격.
(MD); 운동 자석과 유도 판과의 간격.
(FMD); 두 고정 자석 간의 간격.
본 발명은 동력 기관인 모터(Motor)와 터빈(Turbine)에 관한 것으로, 특히 영구 자석(Permanent Magnet)이 내재하고 있는 자장 에너지(Magnetic Field Energy)를 서로 상호 작용을 통하여 운동 에너지로 변환하는 원리로 모터의 유도 혹은 트리거(Trigger) 용의 작은 모터 작동을 위한 적은 양의 동력으로 작동하는 운동 장치에 관한 것이다. 이 적은 양의 입력 전류도 재충전 전지(Rechargeable Battery)를 이용하여, 예를 들면 솔라셀(Solar Cell)를 이용하거나 또는 모터 자체 내에서 조달할 수 있다.
인류는 역사적으로 필요한 동력을 얻기 위하여 상당히 오랜 기간 동안 스스로 일을 하거나 다른 동물들, 예를 들면, 소, 말, 개, 당나귀, 코끼리, 등을 부리거나 하여 직접 조달해 왔다. 근세에 와서는 물의 낙차를 이용한 수력으로 발전기(Generator)를 돌려 전기 에너지를 얻고 있고, 또 태양열, 바람, 바다의 조류와 파고, 그리고 지구 깊숙이 있는 지열 등을 이용하기도 한다. 또한 원자력(Nuclear Energy)도 중요한 에너지 원이다. 최근에는 바이오 연료(Bio-Fuel)에 대한 개발도 진행되고 있다. 그러나 지금 가장 많이 그리고 널리 사용되는 에너지 원은 화석 연료(Fossil Fuel), 즉 석탄(Coal), 석유(Petroleum), 그리고 천연 가스(Natural Gas) 등 이다. 이들을 태우는 과정에서 발생하는 폭발력을 이용하여 엔진 이나 터빈을 돌려 운동 에너지를 얻거나, 태울 때 나오는 열로 물을 가열하여 수증기를 얻고 이를 이용하여 다시 터빈을 돌리거나, 또는 발전기(Generator)를 돌려서 멀리 이동시키기 비교적 쉬운 전기 에너지(Electric Energy)로 변환 하여 사용한다.
그러나 이 화석 연료는 지구상의 한정된 자원으로 인구의 증가와 경제 활동의 팽창으로 지속적인 가격 상승 요인이 내재되어 있다. 더 심각한 문제는 이런 화석 연료를 태울 때 발생하는 CO2 가스와 미세 먼지로 인한 지구 대기 온도의 상승과 공해는 우리가 살고 있고 또 우리 후손들에게 물려줄 자연 환경을 되돌릴 수 없을 만큼 변화 시켜 인류를 포함한 많은 생명체에 큰 위협이 되고 있다. 따라서 온 세계는 효율이 높은 여러 종류의 에너지 원과 변환 장치들을 끊임 없이 개발해 오고 있으며 또한 국가 간에는 국가 경영에 필요한 에너지 자원을 확보하기 위한 노력을 경쟁적으로 하고 있는 실정이다.
지금 가장 많이 사용되고 있는 엔진(Engine)과 터빈(Turbine)의 연료는 휘발유(Gasoline), 중유(Diesel), 천연 가스 (Natural Gas) 등 이고 이들 기관들은 여러 형태의 이동 수단 (Vehicle)들, 즉 자동차, 비행기, 배 등의 동력 장치로 쓰이며 또한 전기(Electricity)를 생산하는 발전기(Generator)를 돌리는데도 사용된다.
기존의 자석(Magnet)이나 자성(Magnetism)을 응용한 모터는 아주 작은 로봇(Robot)이나 의료기기 그리고 장난감에서부터 고속 전철 같은 매우 큰 장치에도 응용되나, 출력이 언제나 입력 에너지 보다 작아서 언제나 외부로부터 출력 보다 많은 전기 에너지의 공급이 필요하므로 전기 공급 선(Electric Power Line)이 같이 따라야 한다. 이는 먼 거리를 이동해야 하는 기차나 전철에는 그들이 움직이는 이동 경로를 따라 기본 동력 공급 설비 시설이 요구됨을 의미한다.
인류는 오랫동안 가격이 저렴하고 편리하고, 쉽게 구할 수 있고, 우리가 살고 있는 환경을 해치지 않는 에너지 원을 꾸준히 찾고 있다. 앞에서 예로 들은 태양 에너지, 지열, 바람, 조수와 파고를 이용한 에너지들은 상당히 많이 개발되었지만 조달과 사용 장소 그리고 경제성과 같은 여러 가지 제약으로 일부 지역에서 한정된 응용에만 사용되고 있다.
본 발명은 영구 자석에 내재되어 있는 에너지를 운동 에너지로 변환(Transform)하여 적은 양의 입력 에너지로 큰 양의 출력 운동을 얻는 방법으로 이를 여러 종류의 모터와 터빈들에 응용할 수 있다. 이 발명은 원천적인 방법으로 기존의 에너지 생산과 동력 장치들에서의 발생하는 문제점들을 근본적으로 개선 시키는 효과가 있다.
그러면 여기서 종래의 연관된 기술에 대해 간단히 살펴보자.
도 1은 지금 널리 쓰이는 DC 모터 단면도이다.
도 2는 지금 널리 쓰이는 AC 모터 단면도이다.
이들 모터는 전기(Electricity)의 직류(Direct Current)나 교류(Alternate Current)의 외부 에너지 공급을 받아서 유도된 자장(Inductive Magnetic Field)의 상호 작용을 응용 하거나 유도된 자장과 영구 자석의 자장을 상호 작용시켜서 운동 에너지를 얻는 원리이다.
도 3은 지금 흔히 쓰이는 가솔린 엔진(Gasoline Engine)의 사진이다.
도 4는 지금 흔히 쓰이는 디젤 엔진(Diesel Engine) 단면도이다.
이들 엔진은 휘발유나 중유를 태워서 그 폭발력으로 실린더(Cylinder)를 움직여 운동 에너지를 얻는 장치이다.
도 5는 전기 발전기(Electric Power Generator) 사시도이다.
발전기는 여러 종류의 모터들의 동력 공급원이 되므로 위의 엔진과 결합하여 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
이들은 모두 외부로부터 어떤 형태로든지 에너지 공급을 받아서 원하는 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치들이다. 그러나 언제나 위 엔진에 의해 변환된 에너지 양은 공급된 에너지의 양 보다 적다. 이는 현재 가장 효율이 높은 엔진의 에너지 변환 효율이 50％도 못 미치기 때문이다. 대부분의 요구되는 에너지 형태는 운동 에너지와 전기 에너지 그리고 열 에너지인데 이 들 에너지를 생산하기 위해 가장 많이 사용되는 원천 에너지는 화석 연료(Fossil Fuel)이다. 이미 앞에서 설명한 바대로 제한된, 비교적 가격이 높은 화석 에너지를 태우면서 발생하는 문제점을 개선하기 위하여 인류는 많은 노력을 기우려 왔지만 아직 까지 근본적인 해결책은 찾지 못하고 있다.
본 발명의 목적은 얻기 쉽고, 편리하고, 공해를 발생하지 않고, 가격이 저렴한 동력 및 에너지 원을 개발하는데 있다. 이는 영구 자석(Permanent Magnet)이 내재하고 있는 자장의 힘(Magnetic Forces)을 서로 원하는 방향으로 상호 작용(Mutual Interaction)하도록 하여 연속성이 있는 운동 에너지(Kinetic Energy)를 얻는 방법을 찾아내는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 영구 자석(Permanent Magnets) 주위에 형성되는 자장(Magnetic Field)의 분포(Distribution)와 형상(Configuration), 그리고 특히 그것들의 동적인(Dynamic) 방향(Direction)과 크기(Magnitude)를 시간에 따라 원하는 모양 대로 형성시키는 것을 특징으로 한다. 즉 서로 같거나 다른 극(Polarity)의 자장(Magnetic Field)에 나타나는 미는 힘(Repulsive Force)과 당기는 힘(Pulling Force)이 서로 상호 작용을 하여 운동 에너지로 변환(Transform)할 수 있는 자장(Magnetic Field)의 형태를 지속적으로 유지하도록, 자계의 투자율(Magnetic Permeability)이 큰 재료를 이용하여 자석 주위 공간에 형성되는 자장(Magnetic Field)의 형상과 분포(Configuration and Distribution)를 부분적으로 차폐(Shield)하거나 유도하여 이들의 동적 변화(Dynamic Variation)를 모색함을 특징으로 한다. 이는 이렇게 시간에 따라 변화하는 자장의 형상과 분포의 두 개 이상의 자석들이 서로 상호 작용하여 운동에 소요되는 에너지를 지속적으로 공급하는 경우로 이 과정에 소요되는 대부분의 에너지는 영구 자석의 자장으로부터 얻어질 수도 있음을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위에서 설명한 두 종류의 영구 자석, 고정 자석과 운동 자석은 원하는 운동 형태, 예를 들면 회전 운동에는 원형 도넛 형태의 영구 자석 또는 원통 모양의 영구자석을 운동 하고자 하는 원주(Circumference)를 따라 고정 배열함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 자석으로 구성된 모터(Motor of Magnet Array: MOMA)는 상대적으로 고정된 자석(Fixed Magnet=FM)과 움직이는 자석(Moving Magnet=MM)으로 구분된다.
그리고 본 발명의 영구 자석으로 구성된 모터에는 지속적인 자장의 변화를 유도하여 지속적인 운동 자석의 운동을 얻기 위해 유도 혹은 자장 차폐 판(Diaphragm)(혹은 운동 유도 원반(Disk))이 장착됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명한다.
먼저, 본 발명의 도면 설명에 있어서, 같은 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 참조 번호를 부여하고, 동일한 개념이 중복되는 설명에 대해서는 되도록 생략한다.
도 6은 막대(＃3)나 원통(＃1) 영구 자석 주위의 공간에 형성되는 자장(＃2) 분포도의 단면도이다. 영구 자석은 강 자성체(Ferromagnetic Materials)로 만들어 졌다. 자장의 분포는 완전히 대칭되는 특성이다.
도 7은 도넛(Doughnut) 모양의 영구 자석(＃5) 주위의 자장(＃2)의 분포의 사시도이다.
도 8은 (a)두 개(＃6 과 ＃7)의 원통형(＃1)이나 막대형(＃3) 영구 자석이 같은 극(Polarity "N" or "S")으로 공기 중에 서로 마주보고 있는 단면도이다. 여기서 두 자석간의 거리가 (MG)(＃8)이고 각각의 자극(Magnetic Dipole Moment)의 크기가 m(1) 과 m(2) 라면 두 자석간의 힘은;
F(1,2) = m(1) * m(2)/4πμ(0) * (MG)2 (1)
또한 자석의 자극(Dipole Moments), m(1) 과 m(2) 인 영구자석에 의한 대기중의 거리 (MG)의 자장(Magnetic Field)의 크기는 각각,
H(1) = m(1)/4πμ(0) * (MG)2 (2)
H(2) = m(2)/4πμ(0) * (MG)2 (3)
그리고 μ(0)는 대기의 자장 투자율(Magnetic Permeability)이다. 자석에 가해지는 힘의 방향은 m(1)과 m(2)의 극이 서로 다르면 당기는 힘(Pulling Force)이 되고 같으면 미는 힘(Repulsive Force)이 되므로 이 경우에는 서로 미는 힘(Repulsive Force)이 존재한다.
(b)두 개의 영구 자석(＃6 과 ＃7) 사이에 상대적으로 큰 자장 투자율(Magnetic field Permeability)의 얇은(옆면의 면적이 (S)) 자장 차폐 판(혹은 운동 유도 판)(＃12)이 부분적으로 삽입된 모양으로 이 자장 차폐 판(Diaphragm)(＃12) 이 삽입될 때 받는 힘은;
F(P) = (H(P))2 * μ(r) * (S)/2 (4)
여기서 H(P) 는 위치 (P)(＃9)의 자장(Magnetic Field)의 크기이고, 이것은 두 자장의 크기, 식 (2)의 H(1) 와 식 (3)의 H(2)의 차이가 된다. 그리고 (S)(＃13) 는 자장 차폐 판(＃12)의 옆면의 면적이고, μ(r)은 자장 차폐 판(＃2)의 자장 투자율(Magnetic Field Permeability) 이다. 여기서 주목할 점은 마주보는 두 영구 자석(＃6 과 ＃7)의 극(Polarity)이 같을 경우 두 자석의 어느 중간 지점, 이 경우에서는 위치(P)(＃9)의 자장 H(P)의 크기가 "0" 이거나 "0"에 가깝게 아주 작은 값이 된다는 현상이다. 이 현상은 두 자석(＃6 과 ＃7)의 같은 극("N"극)에서의 자장이 서로 상쇄하기 때문으로 중앙의 특정한 곳에서는 두 자장의 크기가 같고 방향이 반대이기 때문이다. 또한 자장 차폐 판(＃12)의 옆 면적 (S)(＃13)가 상대적으로 작은 값이므로 자장 차폐 판(Magnetic Field Shielding Diaphragm)(혹은 운동 유도 판(＃12)이 두 영구 자석(＃6 과 ＃7)의 중간(＃9)을 수평 방향으로 진행할 때 받는 저항 힘, 식 (4)의 F(P)은 거의 "0"에 가깝게 조정할 수 있다. 이 그림에서 보면 자장이 차폐 된 (B)영역(＃11)에서는 두 자석이 모두 위 그림 (a)형태의 힘을 받지 않는다. 그러나 자장 차폐가 되지않은 (A) 영역(＃10)에서는 그림 (a)형태의 힘을 받을 것이다. 따라서 만일 그림 (b)의 두 자석 중 하나를 접선 방향(Tangential Direction)으로 자유로이 움직일 수 있게 하면 큰 미는 힘이 존재하는 공간 (A)(＃10)에서 비교적 작은 당기는 힘이 존재하거나 거의 힘이 없는 공간 (B)(＃11)로 이동할 것이다.
(c)이 경우는 두 개의 영구 자석(＃6 과 ＃7) 사이에 가운데 구멍(＃10)이 뚫린 모양의 자장 차폐 판(＃12)이 들어 있는 형태이다. 이 것도 그림 (b)의 경우 와 비슷한 현상과 법칙을 따른다.
도 9는 본 발명에 의해 설계된 모터의 원리를 나타낸 평면도로 아래 부분에 있는 긴 고정 영구 자석(＃5)과 이와 마주보고 위에 있는 네 개(＃16)의 막대(＃3)나 원통(＃1) 모양의 영구자석 들이 일정한 간격(MS)으로 배치되어 접선 방향(Tangential Direction)(＃15)으로 운동할 수 있도록 하고 이 두 자석 사이에 자장 투자율(Magnetic Permeability), μ(r)이 비교적 큰 얇은 재료로 만든 일정한 패턴(Pattern)(＃17 과 ＃18)의 자장 차폐 판(Diaphragm)(또는 운동 유도 판)(＃12)이 설치된 평면도이다. 그림의 예와 같이 자장 차폐(또는 운동 유도) 판(＃12)이 화살표 방향(＃14)으로 움직이면 위의 그림 8에서 설명한 원리에 따라 네 개의 운동 자석(MM)들도 따라서 운동 유도 판(＃12)과 같은 방향으로 움직인다. 이 현상에서 명확히 이해할 점은 도 8에서 설명한 바에 따라 운동 유도 판(＃12)을 운동하는데 소요되는 에너지(Energy)는 거의 이 유도 판의 무게에 비례한다는 사실이다. 왜냐하면 이 운동 유도 판이 운동하는 수평 위치, (P)(＃9)는 두 영구 자석 사이에서 자장, H(P)의 크기가 "0"인 곳으로 조정했기 때문이다. 그리고 이 자장 차폐 판(혹은 운동 유도) 판(＃12)의 무게는 그리 크지 않도록 역시 조정할 수 있다. 그러나 네 개의 운동 영구 자석(MM)의 무게는 운동 유도 판(＃12)의 무게 보다 훨씬 무겁게 선택할 수 있다. 만일 상대적으로 무거운 운동 자석(MM)의 운동 속도가 가벼운 운동 유도 판(＃12)의 운동 속도와 같다면, 그리고 입력 운동 유도 판(＃12)의 운동은 외부에서 공급되는 에너지, 즉 입력 에너지로 충당하고 운동하는 자석(MM)에서 에너지를 출력한다면, 결과적으로 가벼운 운동 유도 판(＃12)과 무거운 운동 자석 (MM)의 무게 배수만큼 운동 양의 증폭(Amplification)이 발생한 것이 된다. 그러나 에너지 보존 법칙을 따라야 하므로 이 증폭된 에너지는 그림 8(a)에서 설명한 고정 영구 자석과 운동 영구 자석 간에 상호 작용하는 힘, 식 (1)의 F(1,2) = m(1) * m(2)/4πμ(0) * (MG)2에서 나온다.
따라서 고정 영구 자석(FM)과 운동 영구 자석(MM) 간의 미는 힘(Repulsive Force)이 크면 클수록 출력 운동의 증폭이 크게 일어날 것이다. 이 미는 힘의 크기도 두 자석의 자극, m(1) 과 m(2)의 크기를 키우거나 혹은 두 자석 간의 간격(MG)을 좁히거나 또는 앞의 두 경우를 모두 적용하여 임의로 선택할 수 있다.
도 10은 본 발명에 의한 것으로 자장 투자율(Magnetic Permeability)이 큰 얇은 재료로 만들어 진 자장 차폐 판(Diaphragm)(혹은 회전 운동 유도 원반(Disk))(＃19)의 패턴(Pattern)의 예이다. 자장이 차폐되는 부분(＃18)과 뚫린 부분(＃17)의 미리 계획된 형상으로 되어 있다.
도 11은 본 발명에 의한 회전 모터의 간략한 사시도로 그림 8과 9에서 설명한 원리에 따라, 도 10의 패턴(Pattern)이 있는 얇은 원형 자장 차폐 판(Diaphragm)(혹은 입력 회전 운동 원반(Disk))(＃19)이 아래의 도넛 모양(＃5) 고정 영구 자석(FM)과 위의 출력 회전 원반(＃23) 원주(circumference)를 따라 일정한 간격(MS)으로 부착된 원통(＃1) 형 운동 자석(MM)들 사이에 자장, H(P)의 크기가 최소인 공간(＃9)을 따라 회전하도록 설계되고 작은 입력 모터(＃21)를 따라 회전하도록 되어 있다. 그리고 원통형(＃1) 회전 운동 자석들(MM)이 부착된 출력 회 전 원반(Disk)(＃23)은 플라이 휠(Flywheel)(＃25)과 같이 출력 회전 축(＃24)에 부착되어 있고, 이 출력 회전 축(＃24)은 입력 회전 운동 유도 원반(Disk)(＃19)이 부착된 작은 입력 모터(＃21) 축(＃22)과는 기계적으로 격리되어 있다. 출력 원반(＃23)의 회전 운동은 도 8과 9에서 설명한 원리에 의한 것이다.
도 12는 본 발명에 의한 것으로 모터의 효율을 높이기 위해 두 장의 도넛 형태의 고정 자석(＃5)을 응용한 경우이다. 고정 자석(＃5) 두 장 사이(FMD)에 회전 운동 원통형 자석(＃1)들이 일정한 간격(MS)으로 원주(Circumference)를 따라 고정 배열된 한 장의 출력 회전 원반(＃23)이 장착된다. 두 장의 입력 회전 운동 유도 원반(＃19)이 두 장의 도넛 형태의 고정 자석(＃5)들과 한 장의 출력 회전 운동 원반(＃23)의 위와 아래의 사이에 각각 들어 가고 출력 회전 원반(＃23)은 위와 아래의 두 장의 고정 자석(＃5)으로부터 에너지를 공급 받는 경우이다. 출력 회전 원반은 연결 구조물(＃46)에 의해 외부의 부하(＃28)와 결합될 수 있도록 모터 프레임(Frame)(＃47)에 부착된 출력 회전 축(＃24)으로 연결된다.
도 13은 위의 도 12의 모터에서 입력과 출력의 회전 축에 부착되는 효율이 높은 새로운 베어링(Bearings)(＃45)으로 대한민국 특허 출원번호 10-2007-0054204의 모양이다.
도 14는 본 발명에 의한 것으로 위의 그림 12 모터와 변속 장치(Gear Box)(＃27)가 결합된 후, 부하(Load)(＃28)에 연결된 모양이다. 이는 매우 유용한 방법으로 변속 장치(Gear Box)(＃27)는 영구 자석으로 구성된 모터나 터빈의 회전 속도와 토크(Torque)를 부하(Load)(＃28)에 맞는 속도와 토크(Torque)로 변환해주는 역 할을 한다.
도 15는 본 발명에 의한 것으로 도 14의 모터와 변속 장치(Gear Box)(＃27)에 부하(Load)(＃28)로 전기 발전기(Electric Generator)(＃29)를 결합한 모양이다. 이도 매우 유용한 방법으로 발전기(Generator)가 필요로 하는 크기의 토크(Torque)와 회전 속도를 유지할 수 있도록 한다.
도 16은 위의 모터들의 개폐기(Switch)와 제동장치(Brake)로 응용할 수 있는 방법들로 도 (a)는 자석(＃30) 간의 "N"극과 "S"극 사이에 발생하는 인력(Pulling Power)을 응용한 경우이고, (b)는 자동차 제동장치 같이 브레이크 패드(＃31-＃32)를 이용하는 경우이다.
도 17은 작은 입력 트리거(Trigger)(혹은 운동 유도) 모터(＃21)가 재충전전지(Rechargeable Battery)(＃38)에 연결되어 있으며 재충전을 위한 전력 에너지는((a)솔라셀(Solar Cell)(＃33), (b)수력발전(Water Fall)(＃34), (C)풍력발전(Wind Power)(＃35), (c)조력발전(Tide Power)(＃36), (e)지열발전(＃37) 등에서 공급 받을 수 있다.
도 18은 입력 단의 재충전 전지(Rechargeable Battery)(＃38)가 같은 모터의 출력 단의 발전기(＃29)에서 나오는 전력 에너지로 충전될 수 있도록 한 출력 분배 회로(＃41)이다.
도 19는 본 발명에 의한 것으로 도 17의 재충전 전지가 도 12의 모터와 결합된 모양이다.
도 20 본 발명에 의한 것으로 도 18의 재충전 전지가 도 15의 모터에 연결된 모양이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 영구 자석(Permanent Magnets)들과 비교적 큰 자장 투자율(Magnetic Permeability)로 만든 얇은 자장 차폐 판(Diaphragm) 혹은 회전 운동 유도 원반(Disk)으로 구성된 모터는 외부의 적은 양의 동력 공급(Power Supply)으로 운동하는 입력 운동을 증폭(Amplification)하여 많은 양의 출력 운동을 발생하는 장치이다. 이는 기존의 에너지 변환 기관들처럼 외부에서 공급된 한 에너지 형태를 다른 에너지 형태로 바꾸는 변환 장치가 아니고, 영구 자석이 내재하고 있는 자장 에너지를 운동 에너지로 바꾸는 원천적으로 새로운 개념의 동력기관이다. 이 원리에 따라 설계된 모터나 터빈을 이용하여 직접 운동 엔진으로 사용하거나 또는 전기 에너지로 변환하여 사용하면 인류가 추구해온 이상적인 에너지 자원을 확보할 수 있는 기회를 얻게 된다. 그리고 이 원리의 모터나 터빈은 소음이나 미세 먼지, CO2 가스 같은 여러 종류의 공해 발생을 크게 줄일 수 있으므로 우리가 살고 있는 지구 환경과 가장 이상적으로 조화하는 형태의 에너지 원이 될 것이다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.

Claims (9)

  1. 두 장의 도넛 형상(＃5)의 영구 고정 자석(FM)을 서로 일정한 간격(FMD)으로 한 극(Polarity, 예들 들면 "N" 극)이 위로 또 다른 반대 극("S" 극)이 아래로 오도록 서로 마주보도록 안정되게 고정하고,
    이 도넛 형상(＃5)의 고정 자석(FM)의 외각 지름보다 조금 작은 원주(Circumference)를 따라 원통(＃1)이나 막대(＃3) 형상의 운동 영구 자석들(MM)의 극(Polarity)이 한쪽으로 향하도록 하여 일정한 간격(MS)으로 고정 배열된 한 장의 출력 회전 원반(Disk)(＃23)을, 두 장의 도넛 형상(＃5)의 고정 자석(FM)의 사이에 위("N"극)와 아래("S"극)의 같은 극(예를 들면, "N"극과 "N"극 그리고 "S"극과 "S"극)으로 일정한 거리(MG)를 두고 서로 마주 보고 자유로이 회전할 수 있도록 출력 회전 축(＃24)에 고정하고,
    자장의 투자율(Magnetic Permeability)이 비교적 큰 재료로 만들어지고 외각 지름이 도넛 형태의 영구자석(＃5)보다 같거나 조금 크며 미리 확정된 패턴(Pattern)에 따라 원반의 표면에 빈 공간(＃17)이 있는 얇은 자장 차폐 판(Diaphragm)(＃19) 혹은 회전 유도 원반(Disk)(＃19) 두 장을, 두 장의 도넛 형태(＃5)의 고정 자석(FM)의 사이에 일정한 거리(MG)를 두고 마주보고 있으며, 원주를 따라 일정한 간격(MS)을 두고 원통(＃) 형의 운동 자석(MM)들이 배열된 한 장의 출력 운동 회전 원반(＃23) 사이의 중간 지점에 각각 설치하고,
    이 두 장의 입력 회전 운동 유도 원반(＃19)의 위치는 각각 도넛 형태(＃5) 의 고정 자석(FM)과 원통 형(＃1)의 운동 자석들(MM) 사이에 자장의 크기가 최소 되는 공간(＃9)에 오도록 조정하고,
    이 두 장의 입력 회전 운동 유도 원반(＃19)은 회전 축(＃22)이 도넛 형태 고정 자석(＃5)의 가운데 구멍을 통해 연결된 작은 트리거(또는 운동 유도 회전) 모터(＃21)의 회전 축(＃22)에 결합되어 입력 단의 유도 회전 모터(＃21)를 따라 회전하고,
    한 장의 출력 회전 원반(＃23)과 플라이 휠(＃25)이 같이 부착된 출력 회전 축(＃24)은 두 장의 입력 유도 회전 원반(＃19)이 부착된 입력 회전 모터(＃21)의 회전 축(＃22)과는 물리적으로 단절되어 있고,
    두 도넛 형태의 고정 자석(＃5) 사이의 출력 회전 원반(＃23)은 연결 구조물(＃46)을 통해 외부의 부하로 연결될 수 있도록 모터 프레임(Frame)(＃47)에 장착된 출력 회전 축(＃24)에 부착되고,
    입력 유도 회전 원반(＃19)을 따라 회전하는 원통형(＃1)의 운동 자석(MM)들이 원반(＃23)의 원주(Circumference)를 따라 일정한 간격(MS)으로 고정 배열된 한 장의 출력 회전 원반(＃23)의 무게와 플라이 휠(＃25)의 무게는 두 장의 입력 회전 운동 유도 원반(＃9)의 무게 보다 무거워서 입력보다 한층 증폭된 운동 에너지를 출력하는 양면 형 모터(도 12).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 운동 영구 자석(MM)으로 막대형(＃3), 원기둥형(＃1), 육면체형 등의 자석들과 이들의 모양을 개조하여 그 자석 주위에 발생하는 자장의 분포가 비대칭을 이루는 모양의 자석과 다수의 이런 자석들로 구성된 자석 군.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 입력의 작은 유도 모터(＃21)에 재충전 전지(Rechargeable Battery)(＃38)가 결합된 모터로 재 충전의 전력은 ((a)솔라셀(Solar Cell)(＃33), (b)수력발전(Water Fall)(＃34), (C)풍력발전(Wind Power)(＃35), (c)조력발전(Tide Power)(＃36), (e)지열발진(＃37) 등에서 충당되는 모터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모터 입력의 작은 유도 모터(＃21)에 결합된 재 충전 전지(＃38)의 재 충전 전력(＃43)을 상기 모터의 출력 단의 발전기(＃29)에 출력 분배기(＃41)를 응용하여 충당하는 모터(도 18).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 출력 단의 회전축(＃24)에 예를 들면 다층 같은, 여러 형태의 플라이휠(Flywheel)(＃25)이 부착된 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 입력과 출력 단의 회전 축에 마찰계수가 우수한 대한민국 특허 출원번호 10-2007-0054204의 베어링(＃45)(도 13), 또는 자석 베어링이나 공기 베어링을 사용한 모터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 회전 속도와 토크를 부하(＃28)가 필요로 하는 양과 크기를 조절 하기 위한 변속 장치(＃27)(도 14)가 결합된 모터 조합.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 변속 장치(＃27)가 결합된 모터에 부하(＃28)로 전기 발전기(＃29)가 결합된 모터 조합(도 15).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터에 개폐기(＃30)와 제동장치(＃31, ＃32)가 결합된 모터 조합.
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