KR20130036496A - 영구자석에 의한 회전력 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치는 구동수단 및 구동수단의 도움없이 회전전달수단에 기해 회전드럼을 회전시킴으로서 회전드럼에 부착된 자석의 극성을 변화시켜 구동유닛에서 복수의 가이드로드에 장착된 제 2자석에 척력 또는 인력을 작용시켜 제 2자석과 연동하는 커넥팅로드에 직선운동을 발생시키고, 이러한 직선운동을 크랭크축을 이용하여 회전운동으로 변환시켜줌으로서 회전에 의한 자력변환으로 직선운동을 유발 후 이렇게 형성된 직선운동을 회전운동으로 변환시켜 주는 회전력 발생장치에 관한 것이다.

Description

영구자석에 의한 회전력 발생장치{APPARATUS FOR PROVIDING ROTATORY FORCE BY MAGNETIC}

본 발명은 회전드럼에 부착된 자석의 극성을 변화시켜 줌으로서 제 2자석과 연동하는 커넥팅로드에 자력에 의한 직선운동을 발생시키고, 이러한 직선운동을 크랭크축을 이용하여 회전운동으로 변환시켜주는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 회전력(에너지)을 필요로 하는 각종 장치나 기계 등을 구동하기 위해서는 모터나 엔진을 구동원으로 이용하여 회전력을 발생토록 한다.

상기 모터 구동방식과 엔진 구동방식의 회전력 제공장치는, 모터 또는 엔진의 회전축으로부터 발생한 회전 동력을 일정한 감속 또는 증속 비율을 갖도록 셋팅한 기어들을 거치면서 구동축에 전달하여 이 구동축으로 회전에너지를 출력하는 구조로 이루어진다.

그러나, 상기 모터 구동방식은, 회전력을 제공하기 위해서 모터에 전기를 지속적으로 공급해야 하므로 전력 소모에 따른 비용을 감수해야 한다. 이렇게 모터에 전기를 공급하는 과정이나 전기를 공급받아서 작동하는 과정에서 전기적으로 과부하가 발생하여 모터는 물론이거니와 전기공급 및 제어를 위한 장치가 쉽게 고장나거나 수명이 단축될 수 있다.

한편 엔진 구동방식은, 회전력을 제공하기 위해서는 휘발유나 경유와 같은 유체 연료를 엔진에 공급해야 하며, 엔진 구동시 기계적인 마찰음이나 매연 등이 발생하여 환경오염을 유발시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 계속적인 구동력의 공급 없이 자력에 직선운동을 유발시켜 이를 회전운동으로 전환시켜 에너지, 환경 문제 등에 유용한 회전력 발생장치를 제시하고자 함이다.

상기 문제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치는 구동수단과; 상기 구동수단과 회전축으로 연결되며 외주면을 따라 길이방향으로 복수의 자석이 교번으로 설치된 회전드럼과; 상기 회전드럼의 외주연과 그 상면이 대향하는 복수의 가이드로드와 상기 가이드로드 내부에서 슬라이드 되는 제 2자석과 상기 제 2자석의 하부에서 연결되는 커넥팅로드와 상기 커넥팅로드와 연결되는 크랭크축으로 구성되는 하나 이상의 구동유닛과; 상기 회전축에 기어와 상기 커넥팅로드의 제 2기어를 연결하는 체인으로 구성되는 회전전달수단;으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치는 구동수단 및 구동수단의 도움없이 회전전달수단에 기해 회전드럼에 부착된 자석의 극성을 변화시켜 줌으로서 제 2자석과 연동하는 커넥팅로드에 자력에 의한 직선운동을 발생시키고, 이러한 직선운동을 크랭크축을 이용하여 회전운동으로 변환시켜줌으로서 계속적인 구동력 공급없이 자력에 의한 직선운동을 회전운동으로 변환시켜 주는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치의 개략도이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치의 작동상태도이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치의 작동상태도이고,
도 4는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 일 실시예를 나타내는 정면도이고,
도 5는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 다른 실시예를 나타내는 정면도이고,
도 6a 및 6b는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 일 구성인 회전축의 실시 예를 나타내는 개략도이고,
도 7은 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 일 구성인 회전드럼의 실시 예를 나타내는 사시도이다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치의 개략도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치의 작동상태도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력발생 장치의 작동상태도이고, 도 4는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 일 실시예를 나타내는 정면도이고, 도 5는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 다른 실시 예를 나타내는 정면도이고, 도 6a 및 6b는 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 일 구성인 회전축의 실시 예를 나타내는 개략도이고, 도 7은 본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치의 일 구성인 회전드럼의 실시 예를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 영구자석에 의한 회전력 발생장치는 구동수단(110) 및 회전전달수단(140)에 기해 회전드럼(120)을 회전시킴으로서 회전드럼(120)에 부착된 자석(122)의 극성을 변화시켜 구동유닛(130)에서 복수의 가이드로드(131)에 장착된 제 2자석(132)에 척력 또는 인력을 작용시켜 제 2자석(132)과 연동하는 커넥팅로드(133)에 직선운동을 발생시키고, 이러한 직선운동을 크랭크축(134)을 이용하여 회전운동으로 변환시켜줌으로서 회전에 의한 자력변환으로 직선운동을 유발 후 이렇게 형성된 직선운동을 회전운동으로 변환시켜 발전기 등 회전력수급수단(150)으로 공급토록 하는 장치에 관한 것이다.

상기에서 "극성변환"이라함은 회전드럼(120)과 일체로 연동하는 자석(122)이 회전함에 따라 복수의 가이드로드(131)에 장착된 제 2자석(132)에 노출되는 자석(122)의 극성이 변환되어 제 2자석(132)에 척력 또는 인력을 작용케 하는 것을 말한다.

본 발명의 구성을 상세히 설명하면 도 1에서 보는 바와 같이 프레임(P)이 구성되고, 상기 프레임(P)의 일측에 모터 등 구동수단(110)이 장착된다. 상기 구동수단(110)은 상기 회전드럼(120)을 회전시키는 수단으로 최초에 상기 회전드럼(120)을 회전시켜 자력이 발생하도록 하는 기능과 작동 중 회전속도를 조절하기 위한 것으로 상기 구동수단(110)은 제어부(160)의 제어를 받아 그 구동이 조절되는 것이다. 상기 회전드럼(120)은 상기 구동수단(110)과 회전축(121)으로 연결되며 상기 회전축(121)은 상기 프레임(P)에 장착되어 상기 프레임(P) 상에서 회전연동이 가능하도록 하는 것이다.

상기 회전드럼(120)의 외주면에는 그 길이방향으로 복수의 자석(122)이 교번으로 설치되는 바, 상기 회전드럼(120)은 다양한 형상으로 구성될 수 있으나, 도 1 등 도면에서는 그 일 예로 단면이 8각형인 예를 제시하며 이하에서는 단면이 8각형인 회전드럼(120)에 기초하여 설명한다. 또한 도 1 등 도면에서는 8개의 가이드로드(131), 4개의 제 2자석(132) 및 4개의 커넥팅로드(133)가 구현된 예가 도시되나, 상기 구성의 경우도 선택적으로 가감할 수 있는 것으로 이하에서는 도 1 등 도면에 기초하여 그 구성 및 작용을 설명한다.

즉 도 1에서 보는 바와 같이 상기 회전드럼(120)은 그 외주면이 8각면으로 구성되어 길이방향으로 섹션(A,B,C,D,E,F,G)이 분할되는 바, 각각의 섹션을 따라 면을 달리하면서 자석(122)이 부착된다. 도 1의 경우에는 각각의 섹션에 부착된 자석(122)은 일극(N극)만이 노출되도록 구성한 경우이며, 도 2a 내지 도 3b는 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 부착되고, 회전드럼(120)에서 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 부착된 면의 반대면에 타극(S극)만이 노출된 자석(122-1)이 부착되도록 할 수 있는데, 회전드럼(120)에 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 부착된 경우에는 제 2자석(132)에 척력만을 작용시켜 직선운동을 유발케 하는 것이며, 회전드럼(120)에 일극(N극)만이 노출된 자석(122) 및 타극(S극)만이 노출된 자석(122-1)이 부착된 경우에는 제 2자석(132)에 척력 및 인력을 작용시켜 직선운동을 유발케 하는 것으로 후자의 경우가 더 큰 직선운동을 유발케 함은 당연한 것이다.

또한, 도 2a 내지 도 3b는 상기 회전드럼(120)에 있어 일극(N극)만이 노출된 자석(122)과 타극(S극)만이 노출된 자석(122-1)이 상호 대향하도록 분할 배치되는데 이를 더욱 상세히 설명하면 연하는 4개의 면은 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 구성되고, 다른 연하는 4개의 면은 타극(S극)만이 노출된 자석(122-1)이 구성되는 것이다.

한편 도 7에서는 원통형의 회전드럼(120a)이 제시되는 바, 이러한 원통형의 회전드럼(120a)의 경우에도 섹션을 구획하여 동일하게 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 부착될 수 있고, 도면에 도시된 바는 없으나 회전드럼(120a)에서 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 부착된 면의 반대면에 타극(S극)만이 노출된 자석(122-1)이 부착되도록 할 수 있다. 이 경우도 회전드럼(120a)에 일극(N극)만이 노출된 자석(122)이 부착된 경우에는 제 2자석(132)에 척력만을 작용시켜 직선운동을 유발케 하는 것이며, 회전드럼(120a)에 일극(N극)만이 노출된 자석(122) 및 타극(S극)만이 노출된 자석(122-1)이 부착된 경우에는 제 2자석(132)에 척력 및 인력을 작용시켜 직선운동을 유발케 하는 것이다.

상기 회전드럼(120)의 외주면에는 하나 이상의 구동유닛(130)이 장착될 수 있는 바, 도 1 등은 1개의 구동유닛(130)이 장착된 예를 도시한 것이고, 도 4는 일 예로 6개의 구동유닛(130)이 장착된 예를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 6개의 구동유닛(130)이 장착된 경우는 상기 회전드럼(120)의 회전에 기해 6개의 크랭크축(134)의 회전을 발생시키므로 그만큼 효율이 증가하게 되는 것이다. 또한, 도 5는 각각 회전드럼(120)과 연동하는 4개의 구동유닛(130)이 1개의 크랭크축(134)에 장착된 예를 도시한 것으로 이 경우도 4개의 회전드럼(120)에 의해 4개의 구동유닛(130)을 작동케 하여 1개의 크랭크축(134)에 회전을 발생시키므로 그만큼 효율이 증가되는 것이다.

상기 구동유닛(130)은 복수의 가이드로드(131), 상기 가이드로드(131)에서 슬라이드 되는 제 2자석(132), 상기 제 2자석(132)과 연동하는 커넥팅로드(133), 상기 커넥팅로드(133)와 연결되는 크랭크축(134)으로 구성된다.

상기 가이드로드(131)는 도 1 등에서 보는 바와 같이 그 상면이 상기 회전드럼(120)의 외주면과 대향하도록 구성되는 것으로 상,하가 개구된 원통형의 예가 제시된다. 상기 가이드로드(131)는 그 내주연에서 상기 제 2자석(132)이 슬라이드 되도록 가이드 하는 기능을 하는 것이다.

상기 제 2자석(132)은 상기 가이드로드(131)에 내재되어 상기 가이드로드(131)의 내주연에서 슬라이드 되도록 구성되는 것인 바, 상기 제 2자석(132)은 도 1에서 보는 바와 같이 각각 상면이 일극성(N극)만을 형성하도록 구성된다. 이는 상기 자석(122, 122-1)과 대향하는 제 2자석(132)의 면이 일극성(N극)만을 형성하도록 하여 상기 자석(122, 122-1)에 의해 척력 및 인력이 작용되도록 하기 위함이다. 상기 제 2자석(132)은 도 1 등에서 보는 바와 같이 복수의 가이드로드(131)를 건너 뛰는 형식으로 장착되어 상기 제 2자석(132) 간 간섭이 발생하는 것을 방지하도록 함이 타당하다.

상기 커넥팅로드(133)는 상기 제 2자석(132)의 하부에서 힌지연동이 되도록 연결되어 상기 제 2자석(132)의 척력 또는 인력에 의한 작용을 상기 크랭크축(134)으로 전달하는 기능을 하는 것이다.

상기 크랭크축(134)은 상기 커낵팅로드(133)로부터 전달되는 직선운동을 회전운동으로 전환하여 발전기 등 회전력수급수단(150)으로 전환하는 기능을 하는 것이다. 도 4에서 보는 바와 같이 상기 구동유닛(130)을 복수개 구성하는 경우에는 각각의 구동유닛(130)으로부터 형성되는 회전력을 하나의 회전력수급수단(150)으로 전달하는 것도 가능하며, 별도의 회전력수급수단(150)으로 전달하여 다양한 루트로서 이용될 수 있는 것으로 이는 선택적으로 고려될 수 있음은 당연하다.

상기 크랭크축(134)은 도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이 각각의 섹션에서 상,하로 다른 선상에 위치하도록 구성될수 있고, 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 A섹션 및 C섹션, E섹션 및 G섹션에서 동일 선상에 위치하도록 구성될 수 있다. 이러한 구조변경은 선택적 사항으로 이러한 구조변경에 따라 상기 회전드럼(120)의 자석배치가 다르게 될 수 있다.

상기 회전전달수단(140)은 상기 회전축(121)과 일체로 연동하는 기어(141)와 상기 커넥팅로드(134)와 일체로 연동하는 제 2기어(142)와 상기 기어(141) 및 상기 제 2기어(142)를 연동케 하는 체인(143)으로 구성되어 상기 회전드럼(120)과 상기 크랭크축(134)이 연동으로 회전하게 함으로서 각각의 자석(122)과 각각의 제 2자석(132)에 자력이 정확하게 작용하도록 하는 것이며, 구동수단(110)의 구동 후 크랭크축(134)에 자력에 의해 발생하는 회전력으로 상기 회전드럼(120)을 회전시켜 극성을 변환시키도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 도 6a 및 6b에서 보는 바와 같이 상기 회전축(121)을 수용부(121-1)와 슬라이드부(121-2)로 구성하여 회전드럼(120)이 상기 슬라이드부(121-2)의 슬라이드에 의해 횡방향으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면 프레임(P)의 일측에 고정되는 수용부(121-1)가 구성되고, 상기 수용부(121-1)에 일단부가 수용되며 회전드럼(120) 및 구동모터(110)와 같이 횡방향으로 슬라이드 되는 슬라이드부(121-2)가 구성되는 것이다. 상기 슬라이드부(121-2)는 프레임(P)의 타측에서 회전 및 슬라이드가 가능하도록 구성되며 상기 수용부(121-1)와 상기 슬라이드부(121-2)는 회전시 일체로 회전되도록 구성되며 유압 등 공지기술에 의해 수용부(121-1)에서 슬라이드부(121-2)가 슬라이드 될 수 있도록 구성된다. 또한 이러한 작용은 도면에 도시된 바는 없으나 제어부의 제어에 의해 자동 또는 수동으로 작동이 가능하게 되는 것이다. 상기 수용부(121-1)와 상기 슬라이드부(121-2)가 일체로 회전하면서 슬라이드가 되도록 하기 위해 다양한 기술적 구성을 적용할 수 있으며 일 예로 도면에 도시된 바는 없으나 상기 수용부(121-1) 내주연 및 상기 슬라이드부(121-2) 외주연에 각각 맞물림 기어를 구성하여 회전시는 일체로 연동하도록 함과 동시에 상기 수용부(121-1)에서 상기 슬라이드부(121-2)가 슬라이드 되도록 구성될 수 있다. 이렇게 구성됨에 의해 슬라이드부(121-2)의 횡방향 슬라이드에 의해 회전드럼(120)이 횡방향으로 유동하여 회전드럼(120)의 자석(122, 122-1)이 가이드로드(131) 외측 및 제 2자석(132)이 구성되지 않은 가이드로드(131)에 위치하게 함으로써 자석(122,122-1) 및 제 2자석(132)간의 작용을 단절하도록 하는 것이다. 이러한 작용에 기해 전체 작동이 제어되도록 할 수 있다.

이하 도 2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명의 작동관계를 설명한다.

우선 구동수단(110)에 기해 상기 회전드럼(120)을 회전시키면(시계방향) 도 2a에서 보는 바와 같이 A섹션에서는 N극이 노출된 자석(122)이 하방향에서 제 2자석(132)(N극이 상면에만 노출됨)과 가장 근접하게 되어 척력이 작용하게 된다. 또한 E섹션에서는 S극이 노출된 자석(122-1)이 하방향에서 제 2자석(132)에 인력을 작용시키게 되는 것이다. 이러한 A섹션에서의 척력 및 E섹션에서의 인력에 의해 도 2b에서 보는 바와 같이 크랭크축(134)에는 시계방향 회전력이 발생하게 되는 것이다. 즉 단순히 구동수단(110)에 기해 회전드럼(120)을 회전시키는 구동에 의해 자력에 의한 직선운동을 유발케 하며 이러한 직선운동이 크랭크축(134)에 의해 회전력으로 전환이 되는 것이다. 이렇게 하여 도 2b에서 보는 바와 같이 회전드럼(120)의 회전에 기해 C섹션에서 인력이 작용하고, G섹션에서는 척력이 작용하여 계속적인 크랭크축(134)의 회전이 발생하게 되는 것이다. 이와 같이 회전드럼(120)의 회전에 기해 G섹션에서는 척력이 작용하도록 하기 위해서는 G섹션에서 N극이 노출된 자석(122)이 하방향에서 제 2자석(132)과 가장 근접하도록 회전이 되어야 하는 바, 이러한 회전을 도와주는 구성으로 회전축(121)에는 무게휠(160)이 연동하도록 장착되는 것이 타당하다.

또한 상기와 같은 작용에 기해 크랭크축(134)에는 회전력이 발생하게 되는 바, 이러한 크랭크축(134)의 회전력은 상기 회전전달수단(140)에 기해 구동수단(110)의 작용 없이도 상기 회전드럼(120)에 회전력을 발생시키게 되는 것이며, 이러한 회전드럼(120)의 계속적인 회전은 극성변환을 유도하게 되어 크랭크축(134)에 계속적인 회전력을 부여하게 되는 것이다.

이렇게 크랭크축(134)에 회전력이 부여된 과정에서 크랭크축의 회전을 정지시키거나 크랭크축의 회전력을 부가할 경우 도 1에 도시된 제어부(160)의 제어하에 상기 구동수단(110)을 가동하여 이를 제어하게 되는 것이다. 또한, 도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이 상기 회전축(121)에는 브레이크 디스크(170)가 연동하도록 하여 브레이크 디스크(170)의 작용에 기해 상기 회전드럼(120)의 작동을 정지시키고 이러한 회전드럼(120)의 정지작용에 기해 크랭크축의 회전을 정지시키도록 구성할 수 있다.

한편 이하 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 작동관계를 설명한다.

우선 구동수단(110)에 기해 상기 회전드럼(120)을 회전시키면(시계방향) 도 3a에서 보는 바와 같이 A섹션 및 C섹션에서는 N극이 노출된 자석(122)이 하방향에서 제 2자석(132)(N극이 상면에만 노출됨)과 가장 근접하기 시작하면서 척력이 작용하게 된다. 또한 E섹션 및 G섹션에서는 S극이 노출된 자석(122-1)이 하방향에서 제 2자석(132)에 인력을 작용시키게 되는 것이다. 이러한 A섹션, C섹션에서의 척력 및 E섹션, G섹션에서의 인력에 의해 도 3b에서 보는 바와 같이 크랭크축(134)에는 시계방향 회전력이 발생하게 되는 것이다. 즉 단순히 구동수단(110)에 기해 회전드럼(120)을 회전시키는 구동에 의해 자력에 의한 직선운동을 유발케 하며 이러한 직선운동이 크랭크축(134)에 의해 회전력으로 전환이 되는 것이다. 이렇게 하여 도 3b에서 보는 바와 같이 회전드럼(120)의 회전에 기해 A섹션, C섹션에서 인력이 작용하고, E섹션, G섹션에서는 척력이 작용하여 계속적인 크랭크축(134)의 회전이 발생하게 되는 것이다. 본 실시 예의 작동 예에서는 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 A섹션, C섹션에서 커넥팅로드(133)와 E섹션, G섹션에서 커넥팅로드(133)가 같은 선상에서 동시에 유동하는 특색을 나타낸다.

110 : 구동수단 120 : 회전드럼
130 : 구동유닛 140 : 회전전달수단
150 : 회전력수급수단 160 : 제어부
170 : 브레이크 디스크

Claims (6)

1. 구동수단과;
   상기 구동수단과 회전축으로 연결되며 외주면을 따라 길이방향으로 복수의 자석이 교번으로 설치된 회전드럼과;
   상기 회전드럼에 설치된 자석과 대향하는 위치에 복수의 가이드로드와 상기 가이드로드 내부에서 슬라이드 되는 제 2자석과 상기 제 2자석의 하부에서 연결되는 커넥팅로드와 상기 커넥팅로드와 연결되는 크랭크축으로 구성되는 하나 이상의 구동유닛과;
   상기 회전축에 기어와 상기 커넥팅로드의 제 2기어를 연결하는 체인으로 구성되는 회전전달수단;으로 구성됨을 특징으로 하는 영구자석에 의한 회전력 발생장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 회전드럼은 다각면으로 구성됨을 특징으로 하는 영구자석에 의한 회전력발생 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 회전드럼은 원통형으로 구성됨을 특징으로 하는 영구자석에 의한 회전력발생 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2자석은 복수의 가이드로드에서 교번으로 구성됨을 특징으로 하는 영구자석에 의한 회전력발생 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 회전축에는 무게휠이 장착됨을 특징으로 하는 영구자석에 의한 회전력 발생장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 회전축은 수용부와 상기 수용부에 일단부가 수용되어 슬라이드 되는 슬라이드부로 구성됨을 특징으로 하는 영구자석에 의한 회전력 발생장치.

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