KR20150102230A - 자석의 인력을 이용한 엔진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다른 극 간에 상호 당기는 자석의 인력(자기력)의 에너지에 의해 실린더 내부의 피스톤이 직선운동하여 크랭크축을 회전시키는 엔진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 내부에서 직선운동을 하는 피스톤의 상부에 형성된 수평프레임 상,하에 고정자석이 수납되는 고정자석케이스 및 고정자석과 다른 극끼리 마주하는 회동자석이 수납된 회동자석케이스를 구비하여, 상기 고정자석과 회동자석 사이에 발생하는 인력에 의해 상기 고정자석케이스가 상,하로 이동하면서 피스톤이 직선운동을 하여 크랭크축을 회전시킴으로써, 피스톤 왕복운동방식의 내연기관을 구동할 수 있는 자석의 인력을 이용한 엔진장치에 관한 것이다.

Description

자석의 인력을 이용한 엔진장치{engine using gravitation power difference between permanent magnets}

본 발명은 엔진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자석의 다른 극 상호 간에 발생하는 인력(자기력)의 에너지로 엔진의 크랭크축이 회전되는 자석의 인력을 이용한 엔진장치에 관한 것이다.

본 발명은 다른 극 간에 상호 당기는 자석의 인력의 에너지에 의해 실린더 내부의 피스톤이 직선운동하여 크랭크축을 회전시키는 엔진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 내부에서 직선운동을 하는 피스톤의 상부에 형성된 수평프레임 상,하에 고정자석이 수납되는 고정자석케이스 및 고정자석과 다른 극끼리 마주하는 회동자석이 수납된 회동자석케이스를 구비하여, 상기 고정자석과 회동자석 사이에 발생하는 자기력에 의해 상기 고정자석케이스가 상,하로 이동하면서 피스톤이 직선운동을 하여 크랭크축을 회전시킴으로써, 피스톤 왕복운동방식의 내연기관을 구동할 수 있는 자석의 인력을 이용한 엔진장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 장치로써, 운송기계나 산업기계의 동력원으로 사용되고 있다. 엔진이 열에너지를 기계적인 일로 바꾸기 위해서는 작동물질이 필요하다. 즉, 가솔린 엔진에서는 가솔린과 공기가 혼합된 연료 가스 및 그 연료 가스의 연소시 발생되는 연소 가스를 작동물질로 이용한다. 그리고, 디젤기관에서는 디젤유와 공기가 혼합된 연료 가스 및 그 연료 가스의 연소시 발생되는 연소 가스를 작동물질로 이용한다. 또한, 증기기관에서는 물과 수증기를 작동물질로 이용한다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 왕복 피스톤 엔진은 실린더가 내장된 실린더블록과 상기 실린더 내에서 직선운동하는 피스톤으로 형성되어 있으며, 최근에는 자동차, 압축기, 발전기, 배 등에 널리 사용되고 있다. 이러한 왕복 피스톤 엔진은 연료 가스의 폭발 에너지를 피스톤과 크랭크의 기계적인 일로 바꾸는 내연 기관이다. 즉, 왕복 피스톤 엔진은 크랭크와 커넥팅 로드를 이용하여 피스톤의 직선 왕복 운동을 크랭크의 회전운동으로 바꿀 수 있다.

또한, 종래의 왕복 피스톤 엔진은 크랭크와 커넥팅 로드 및 피스톤의 연결 구조로 인하여 엔진의 각종 성능 인자를 설계 변경하는 것이 거의 불가능하다. 예를 들면, 최대 압축 압력, 최대 압축 시점, 연료 폭발 시점, 피스톤의 상사점과 하사점의 위치, 피스톤의 이동 속도 등이 있다. 따라서, 종래의 왕복 피스톤 엔진은 엔진의 효율과 성능을 향상시킬 수 있는 수단이 매우 제한적인 실정이다.

특히, 최근에는 에너지의 고갈, 연료비의 상승, 환경 오염, 각종 규제와 협약 등과 같은 다양한 이유로 인하여 효율과 성능이 우수한 엔진의 필요성이 더욱 증가되는 추세이다.

또한, 석탄, 석유등과 같은 대표적 화석연료인 천연자원의 매장량도 일정한 한계가 있어 21세기 초에는 그 이용 가능한 에너지의 양이 거의 고갈되고 새로운 대체 에너지를 개발해야 하는 심각한 에너지 문제가 제기되고 있으며, 수소, 수력, 풍력 또는 태양열 등 자연 에너지를 이용한 각종 엔진의 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.

천연에너지가 고갈될 차후의 사회에서 대체가능한 다른 에너지원을 찾고자 세계의 과학기술자들은 실험을 거듭해 오고 있고, 미래사회를 긍정적인 시각으로 이끌고자 도전적인 노력을 지금도 계속하고 있다.

일례로 자동차의 엔진을 생각해보면 기존의 내연기관을 대체하는 자동차가 이론적으로 발표되고 있고, 실현되어 상용화단계까지 진행된 방식도 있다. 이러한 방식 중에서 태양열 에너지를 에너지원으로 이용하는 태양열 자동차는 집열판의 크기가 비교적 크고 효율이 그리 높지 못하며 기후에 영향을 많이 받게 된다. 또한, 전기를 이용한 전기자동차의 경우는 충전지의 용량에 비례한 무게와 부피의 증가가 불가피하고 기존 자동차의 성능을 따라잡지 못하며 충전소와 같은 제반시설 및 제도 확보 등의 많은 당면과제를 내포하고 있다.

본 발명은 종래 엔진 구동을 위해 기름 또는 가스와 같은 연료를 사용함으로써 환경이 오염되고, 자원이 고갈되는 심각한 문제점을 해결하고, 태양열 및 전기와 같은 대체 에너지의 사용시 발생하는 비용, 부피 및 편의성의 문제점을 동시에 해결하고자 하는데 그 주된 목적이 있다.

상기와 같은 종래 엔진장치의 문제점을 해결하기 위해 발명된 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치는, 실린더블록에 형성된 실린더에서 직선운동을 하며, 상단부가 실린더 상부 외측으로 돌출된 피스톤; 상기 피스톤이 커넥팅로드에 의해 크랭크핀에 연결되어 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하고, 상기 실린더블록 내부 하단부에 구비된 하우징 내부에 수용되는 크랭크축; 상기 피스톤 상단부에 고정되는 수평프레임; 상기 수평프레임의 양단부에 바닥면이 서로 마주하도록 장착되어 상기 피스톤과 함께 이동하고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성된 한 쌍의 고정자석케이스; 상기 고정자석케이스의 수납부에 N극 또는 S극이 고정자석케이스의 개방된 상부로 노출되도록 안착 고정되는 고정자석; 상기 하우징 상면에 회동가능하도록 장착되고, 상기 고정자석케이스에 소정거리 이격되어 형성되는 수직회전축; 상기 중앙부는 상기 수직회전축에 장착되고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워져 상기 고정자석케이스의 상하에 대칭으로 배치되며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성되어 개방된 상부가 상기 고정자석과 소정거리 이격되어 마주하는 회동자석케이스; 상기 고정자석케이스의 개방된 상부로 노출된 상기 고정자석의 N극 또는 S극과 다른 극이 마주하여 상호 간에 인력이 발생하도록 상기 회동자석케이스의 수납부에 안착 고정되고, 상기 인력에 의해 상기 고정자석케이스를 상,하 방향으로 이동시키는 회동자석; 상기 수직회전축의 상단부에 베벨기어에 의해 교차 연결되는 수평회전축; 및 상기 수평회전축의 말단부와 상기 크랭크축의 말단부에 타이밍체인에 의해 연결되어 상기 크랭크축의 회전력을 상기 수평회전축에 전달하는 타이밍체인기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치의 제공을 그 주된 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 구성으로 실시되어, 통상의 피스톤 왕복운동방식의 내연기관에 있어서, 자석 사이에 발생하는 인력의 에너지를 이용하여 내연기관 내부의 피스톤을 왕복운동하도록 구현함으로써, 자원고갈의 문제점 및 환경오염의 문제점을 해결할 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 자석의 교체 및 수리가 간단 용이하고, 이에 따라 내연기관 이 구조적으로 간단하여 저비용의 엔진을 구현할 수 있다.

도 1은 종래 엔진장치에 사용되는 실린더블록
도 2는 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치의 실린더블록 내부도
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 엔진장치의 변형된 크랭크축
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치에 사용되는 고정자석이 구비된 자석케이스, 회전자석 및 자석케이스와 회전자석의 구성도
도 8 및 도 9는 회동자석이 인력에 의해 자석케이스 내부를 회전하여 피스톤을 하사점 또는 상사점으로 하강 또는 상승시킨 모식도
도 10는 본 발명의 피스톤의 1 행정에 따른 회동자석의 위치도
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 엔진장치가 6기통 및 12기통으로 확장된 모식도
도 13은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예를 도시한 모식도

본 발명은 피스톤 왕복운동방식의 내연기관에 다른 극 간에 상호 당기는 인력(자기력)의 에너지를 이용하여 실린더 내부의 피스톤이 직선운동하는 엔진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 내부에서 직선운동을 하는 피스톤의 상부에 수평프레임을 형성하고, 수평프레임의 상,하에 고정자석이 수납되는 고정자석케이스를 구비하며, 상기 고정자석케이스의 상,하에 소정거리 이격되어 고정자석과 다른 극이 마주하는 회동자석을 수납하는 회동자석케이스를 구비하여, 상기 고정자석과 회동자석 사이에 발생하는 인력에 의해 상기 고정자석케이스가 상,하로 이동하면서 피스톤이 직선왕복운동을 하여 크랭크축을 회전시킴으로써, 피스톤 왕복운동방식의 내연기관을 구동할 수 있는 자석의 인력을 이용한 엔진장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치의 실린더블록 내부도, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 엔진장치의 크랭크축 모식도, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치에 사용되는 고정자석이 구비된 고정자석케이스와 회동자석 및 회동자석케이스의 결합도, 도 8 및 도 9는 회동자석의 인력에 의해 고정자석케이스가 승,하강하여 피스톤을 하사점 또는 상사점으로 승,하강시킨 모식도, 도 10는 본 발명의 피스톤의 1 행정에 따른 회동자석의 위치도 및 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 엔진장치가 6기통 및 12기통으로 확장된 모식도를 나타낸다.

먼저, 도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 실린더블록(1)에 형성된 실린더(2)에서 직선운동을 하며, 상단부가 실린더 상부 외측으로 돌출된 피스톤(5)과; 상기 피스톤(5)이 커넥팅로드(6)에 의해 크랭크핀(3a)에 연결되어 상기 피스톤(5)의 직선운동을 회전운동으로 전환하고, 상기 실린더블록(1) 내부 하단부에 구비된 하우징(H) 내부에 수용되는 크랭크축(3)과; 상기 피스톤(5) 상단부에 고정되는 수평프레임(7)과; 상기 수평프레임(7)의 양단부 상,하로 바닥면이 서로 마주하도록 장착되어 상기 피스톤(5)과 함께 이동하고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성된 한 쌍의 고정자석케이스(10)와; 상기 고정자석케이스(10)의 수납부에 N극 또는 S극이 고정자석케이스(10)의 개방된 상부로 노출되도록 안착 고정되는 고정자석(9)과; 상기 하우징(H) 상면에 회동가능하도록 장착되고, 상기 고정자석케이스(10)에 소정거리 이격되어 형성되는 수직회전축(13)과; 상기 중앙부는 상기 수직회전축(13)에 장착되고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워져 상기 고정자석케이스(10)의 상,하에 대칭으로 배치되며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성되어 개방된 상부가 상기 고정자석(9)과 소정거리 이격되어 마주하는 회동자석케이스(11)와; 상기 고정자석케이스(10)의 개방된 상부로 노출된 상기 고정자석(9)의 N극 또는 S극과 다른 극이 마주하여 상호 간에 인력이 발생하도록 상기 회동자석케이스(11)의 수납부에 안착 고정되고, 상기 인력에 의해 상기 고정자석케이스(10)를 상 또는 하 방향으로 이동시키는 회동자석(12)과; 상기 수직회전축(13)의 상단부에 베벨기어(14)에 의해 교차 연결되는 수평회전축(15); 및 상기 수평회전축(15)의 말단부와 상기 크랭크축(3)의 말단부에 타이밍체인(18)에 의해 연결되어 상기 크랭크축(3)의 회전력을 상기 수평회전축(15)에 전달하는 타이밍체인기어(19);를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치는, 통상의 피스톤 직선운동을 하는 내연기관을 갖는 엔진과 같이 실린더블록(1)의 내부에 다수의 실린더(2)가 구비되어 상기 실린더(2)의 내부에서 피스톤(5)이 직선운동을 하는데 이때, 상기 피스톤(5)은 실린더(2) 내부에서 하사점에 위치할 때에도 피스톤(5)의 상단부가 항시 실린더(2)의 상부 외측으로 돌출되어 있다.

그리고 본 발명에 따른 엔진장치는 최소한 3개의 실린더(2) 및 피스톤(5)으로도 크랭크축(3)을 회전시켜 엔진가동이 가능하며, 바람직하게는 적어도 6개의 피스톤(5)으로 구성된 6기통의 실린더블록(1)을 갖는 것이 안정적으로 엔진을 구동할 수 있고, 더욱 강력한 힘을 얻기 위해서는 필요에 따라 실린더(2) 및 피스톤(5)의 수를 증가시켜 12기통, 24기통, 36기통 등으로 발전 및 확장할 수 있다.

상기 피스톤(5)은 커넥팅로드(6)에 의해 상기 크랭크축(3)과 연결되고, 상기 크랭크축(3)은 다수의 크랭크암과 크랭크핀(3a)이 일정 각으로 벌어진 방사형으로 형성되어 축을 중심으로 회동하는데, 본 발명에 따른 크랭크축(3)의 상기 크랭크핀(3a)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(5)의 수에 따라 크랭크축(3)에서 방사형으로 15°, 30°, 60°, 90° 또는 120°의 각으로 벌어져 형성된다. 즉, 피스톤(5)이 3개 구비된 3기통의 실린더블록(1)의 경우 상기 크랭크핀(3a)은 크랭크축(3)의 중심부로부터 각각은 120°(12시, 4시, 8시 방향)의 각도로 벌어진 방사형으로 형성되고, 6기통의 경우 상기 크랭크핀(3a)은 중심의 축으로부터 60°(12시, 2시, 4시, 6시, 8시, 10시 방향)의 각도로 각각 벌어진다.

그리고 상기 크랭크축(3)은 상기 실린더블록(1) 내측 하부에 구비된 소정부피의 하우징(H) 내에 수용되어 안전하게 회전된다.

상기 실린더(2) 외측으로 돌출된 피스톤(5)의 상단부에는 상기 피스톤(5)의 지름보다 긴 수평프레임(7)이 용접 또는 볼트 너트 체결과 같은 고정수단에 의해 고정된다.

그리고 상기 수평프레임(7)의 일단 또는/및 양단부에는 상,하로 대응하게 배치되는 한 쌍의 고정자석케이스(10a,10b)가 연결 고정되는데, 상기 고정자석케이스(10a,10b)는 반원형상으로 제작되고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지며, 내부에 소정공간의 수납부가 형성된다. 그리고 상기 수평프레임(7)의 양단부 상,하로 바닥면이 상호 마주하도록 배치되어, 상기 고정자석케이스(10a,10b)의 바닥면과 상기 수평프레임(7)의 양단부가 상호 체결 고정되어 상기 고정자석케이스(10a,10b)와 수평프레임(7) 및 피스톤(5)이 일체로 상,하 이동한다.

그리고 반원형상의 상기 고정자석케이스(10a,10b) 중심부(수평프레임에 연결되는 측과 반대측)는 반원홈이 형성되어 상기 수직회전축(13)의 몸체 일측이 상기 반원홈 내부로 배치된다.

상기 고정자석케이스(10a,10b)의 수납부에는 S극이 고정자석케이스(10a,10b)의 개방된 상부로 노출되도록 고정자석(9)이 안착 고정되는데, 상기 수평프레임(7)의 양단부 상,하에 구비되는 상기 고정자석케이스(10a,10b) 중 수평프레임(7)의 양단부 상측의 상기 고정자석케이스(10a)에 안착된 상기 고정자석(9)은 S극이 상방으로 노출되고, 상기 수평프레임(7)의 양단부 하측의 상기 고정자석케이스(10b)에 안착된 고정자석(9)은 S극이 지면방향으로 노출된다.

상기 수직회전축(13)에는 상기 고정자석케이스(10a,10b)에 상,하방에서 마주보도록 배치되는 회동자석케이스(11a,11b)가 장착되는 데, 상기 회동자석케이스(11a,11b)는 부채꼴 형상으로 제작되고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워지며, 상기 고정자석케이스(10a,10b)와 대칭으로 상,하방에 배치된다. 그리고 내부에는 상부가 개방된 소정공간의 수납부가 형성되어 상기 수납부에 회동자석(12)이 안착 고정된다.

상기 고정자석(9)과 상기 회동자석(12)은 상기 고정자석케이스(10) 및 회동자석케이스(11)에 볼트/나사 또는 접착제 등의 고정수단에 의해 고정된다.

상기 고정자석케이스(10a,10b)에 구비된 상기 고정자석(9)의 노출된 S극에 다른 N극이 소정거리 이격되어 마주하도록 상기 회동자석케이스(11a,11b)의 수납부에 상기 회동자석(12)이 안착 고정되는데 이때, 마주하는 상기 고정자석(9)과 회동자석(12) 간의 이격거리는 1.5mm ~ 7mm 정도로 유지하는 것이 바람직하며, 가장 바람직한 이격거리는 3mm 이다.

상기 회동자석케이스(11)는 상기 고정자석케이스(10)의 크기에 약 1/4정도 크기의 부채꼴 형상으로 제작되고, 고정자석케이스(10a,10b)의 상,하방에서 상기 수직회전축(12)의 회전에 의해 회전한다.

다음 도 8 내지 도 10은 상기 고정자석(9)과 회동자석(12) 간의 인력에 의해 본 발명에 따른 엔진장치가 구동하는 모식도를 도시한 것으로, 피스톤(5)이 실린더(2) 내부에서 상사점에 위치한 경우, 수평프레임(7)의 양단부 하방에 배치된 회동자석케이스(11b)가 상기 고정자석케이스(10b)의 두께가 가장 두꺼운 지점(도 10의 (a) 참조, 크랭크핀(3a)은12시 방향에 위치)의 하방에 위치하여, 고정자석(9)과 회동자석(12) 상호 간에 인력이 발생하고, 이 힘으로 인해 상기 고정자석케이스(10b)가 당겨져 하강하며, 상기 고정자석케이스(10b)의 하강으로 인해 피스톤(5)이 하강하여 상기 크랭크축(3)을 시계방향으로 회전시키고, 상기 크랭크축(3)의 회전에 따라 타이밍체인기어(19) 와 타이밍체인(18)으로 연결된 상기 수평회전축(15) 및 수직회전축(13)이 회전하게 된다. 그리고 상기 수직회전축(13)의 회전에 따라 상기 회동자석케이스(11b)가 두께가 가장 얇은 고정자석케이스(11b)의 타측 의 시계방향으로 회전하며 하방에 마주하는 상기 고정자석케이스(10b)를 벗어날 때까지 인력에 의해 하강시킨다. 이때, 상기 수평프레임(7)의 양단부 상방에 배치된 회동자석케이스(11a)는 상기 고정자석케이스(10a)를 벗어나 공회전하게 된다.(즉, 수직회전축(7)의 상측 회동자석케이스(11a)와 하측 회동자석케이스(11b)의 위상차는 180°이다.)

반대로, 하사점에 위치한 피스톤(5)의 경우, 수평프레임(7)의 양단부 상방에 배치된 고정자석케이스(10a)의 상방에서 마주하는 회동자석케이스(11a)가 상기 고정자석케이스(10a)의 두께가 가장 두꺼운 일측(크랭크핀(3a)이 6시방향에 위치)에 위치하고 이때 고정자석(9)과 회동자석(12) 상호 간에 인력이 발생하여 이 힘으로 인해 상기 고정자석케이스(10a)가 상승하며, 고정자석케이스(10a)의 상승에 따라 상기 피스톤(5)이 함께 상승하여 상기 크랭크축(3)을 시계방향(6시에서 12시방향)으로 회전시키고, 상기 크랭크축(3)의 회전에 따라 타이밍체인기어(19)와 타이밍체인(18)으로 연결된 상기 수평회전축(15) 및 수직회전축(13)이 회전하게 된다. 그리고 상기 수직회전축(13)의 회전에 따라 상기 회동자석케이스(11a)가 두께가 가장 얇은 고정자석케이스(11a)의 타측부로 시계방향 회전하면서 마주하는 상기 고정자석케이스(10a)(피스톤)를 상승시키게 된다. 이때, 상기 수평프레임(7)의 양단부 상방에 배치된 회동자석케이스(11b)는 상기 고정자석케이스(10b)를 벗어나 공회전하게 된다.

따라서 본 발명의 자석의 인력을 이용한 엔진장치는 상기 회동자석케이스(11a,11b)가 상기 고정자석케이스(10a,10b)의 상방 또는 하방에서 180°회전시 상기 피스톤(5)이 1 행정을 하게 되며, 이는 상기 회동자석케이스((11)가 고정자석케이스(10)의 두께가 가장 두꺼운 일측 지점에서 두께가 가장 얇은 타측 지점까지 이동한 거리와 동일하다. 즉, 상기 피스톤의 1 행정거리(A)는 상기 고정자석케이스(10)의 두께가 가장 두꺼운 일측과 두께가 가장 얇은 타측의 두께 차와 동일하게 된다.

상기 수평회전축(15)과 상기 크랭크축(3)은 수평회전축(15)의 말단부와 크랭크축(3)의 말단부에 각각 형성된 타이밍체인기어(19)와 상기 타이밍체인기어(19)를 연결하는 타이밍체인(18)에 의해 상호 연결되어 상기 크랭크축(3)의 회전력이 상기 수평회전축(15)에 전달된다. 그리고 상기 수평회전축(15)은 상기 수직회전축(13)과 베벨기어(14)에 의해 교차 연결되어 상기 크랭크축(3)의 회전력을 상기 수직회전축(13)까지 전달한다.

따라서 상기 고정자석(9)과 회동자석(11) 간의 인력에 의해 상기 고정자석케이스(10)가 승,하강하고, 이로 인해 피스톤(5)이 승,하강하며, 상기 피스톤(5)의 승,하강 직선운동에 의해 크랭크축(3)이 회전하여 상기 수평회전축(15) 및 수직회전축(13)을 회전시키고, 상기 수직회전축(13)의 180°회전에 의해 상기 회동자석(12)이 구비된 회동자석케이스(11)가 고정자석케이스(10) 상에서 180°회전하여 상기 피스톤(5)이 1 행정을 수행하게 된다. 즉, 실린더(2) 내에서 하사점에 위치한 피스톤(5)은 수평프레임(7)의 상방에 위치한 회동자석(12)과 고정자석(9) 간에 발생한 인력이 고정자석케이스(10)를 당김에 따라 상승하게 되고, 실린더(2) 내에서 상사점에 위치한 피스톤(5)은 수평프레임(7)의 하방에 위치한 회동자석(12)과 고정자석(9) 간의 인력에 의해 고정자석케이스(10)와 함께 하강하며 , 6기통의 엔진의 경우 6개의 피스톤(5)이 직선왕복운동을 하고 이에 따라 크랭크축(3)이 회전하게 된다.

한편, 상기 크랭크축(3)의 일측에는 크랭크축(3)의 회전을 정지시켜 엔진을 멈출 수 있도록 유압식 또는 에어식 브레이크부(4)가 장착되고, 상기 브레이크부(4)에 의해 엔진이 멈춤 후에는 지속적으로 엔진 가동을 멈출 수 있도록 크랭크축(3)을 관통하는 안전핀(4a)이 체결된다.

따라서 상기 크랭크축(3)으로부터 상기 안전핀(4)을 분리하게 되면, 고정자석(9)과 회동자석(12) 간의 인력이 발생하여 상기 피스톤(15)이 직선운동에 의한 행정을 하게 되고, 이로 인해 크랭크축이(3) 회전한다.

그리고 본 발명의 실린더블록(1)의 외측에 엔진커버(미도시)를 장착하고, 상기 엔진커버에 공기구멍을 뚫어 피스톤(5)의 직선운동으로 인해 발생하는 공기가 외부로 배출되고 순환한다.

또한, 오일펌프가 장착된 오일팬(미도시)을 실린더블록(1)의 하단부에 장착하여 엔진오일이 순환하도록 함으로써 각각의 실린더(2) 및 회전하는 모든 구동체에 오일을 공급하여 엔진의 마모와 소음을 줄여 부드럽게 회전하도록 한다.

한편, 상기 크랭크축(3)의 선단부에는 축전지(54)와 같은 공급전원에 의해 상기 크랭크축(3)을 초기 회전시키는 서모모터(51)가 연결되고, 상기 서보모터(51)는 상기 크랭크축의 회전을 조절하는 서보모터 드라이브(미도시)가 연결될 수 있다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자석의 인력을 이용한 엔진장치의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 있어 3개의 실린더(2) 및 피스톤(5)이 장착된 3기통의 실린더블록(1)을 갖는 엔진을 바람직한 실시예로 설명한다.

먼저, 도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 실린더블록(1)의 실린더(2) 내에 직선운동하는 1번 피스톤(5) 내지 3번 피스톤(5)의 높이를 동일하게 형성하거나 또는 각각 다르게 제작 형성할 수 있다. 본 발명의 피스톤(5)은 높이를 서로 다르게 형성하여 설치되는데, 이는 상기 피스톤(5)의 높이를 동일하게 형성할 경우 피스톤(5)의 양측에 구비되는 고정자석케이스(10) 또는 회동자석케이스(11) 간의 발생할 수 있는 간섭 및 접촉의 문제점을 해결하여 각각의 피스톤(5)이 접촉의 문제 없이 행정을 원활하게 수행할 수 있는 효과를 갖는다.

최초, 1번째 위치한 피스톤(5)이 상사점에 위치하여 연결된 크랭크축(3)의 크랭크핀(3a) 위상이 12시 방향에 위치하고 있을 경우, 2번째 및 3번째 피스톤(5)에 연결된 크랭크핀(3a)의 위상은 4시 및 8시 방향에 위치하게 되고 이때, 1번째 위치한 피스톤(5)은 수평프레임(7)의 상부에 장착된 회동자석케이스(11a)를 고정자석케이스(10a)에 두께가 가장 두꺼운 지점에 위치시킨다.

상기와 같이 설정한 상태에서 상기 크랭크축(3)의 안전핀(4)을 분리하게 되면, 1번째 위치한 피스톤(5)은 수평프레임(7)의 하부에 장착된 회동자석케이스(11a)가 고정자석케이스(10a)의 두께가 가장 두꺼운 지점에서 마주하여 상기 회동자석(12)과 고정자석(9) 간의 인력(자기력)에 의해 상기 고정자석케이스(10a)가 당겨져 하강하여 1번째 피스톤(5)이 하강하게 되며, 상기 1번째 피스톤(5)의 하강에 의해 상기 크랭크축(3)이 12시 방향에서 6시 방향으로 시계방향 회전되고, 동시에 크랭크축(3)의 회전에 의해 크랭크축(3)에 연결된 2번째 및 3번째 피스톤(5)이 시계방향으로 상승 또는 하강하여 행정작업을 수행한다.

또한, 상기 크랭크축(3)의 회전력은 상기 수평회전축(15) 및 수직회전축(13)에 전달되고, 상기 수직회전축(13)의 회전에 의해 상기 회동자석케이스(10a)가 고정자석케이스(11a) 내에서 두께가 얇은 타측방향으로 회전되면서 인력에 의해 고정자석케이스(11a)를 계속 당겨 피스톤(5)을 하사점까지 하강시킨다.

이때, 1번째 피스톤(5)의 하강시, 상기 고정자석케이스(10a,10b)의 상,하방에 배치되는 한 쌍의 회동자석케이스(11a,11b) 중 수평프레임(7)의 상방에 배치된 고정자석케이스(10b)의 상방에서 마주하는 회동자석케이스(11b)는 반원형상의 고정자석케이스(10b)를 벗어나 고정자석케이스(10b)의 반대방향으로 공회전하게 된다.

따라서 하나의 수직회전축(13)의 상,하 대칭으로 배치되는 한 쌍의 회동자석(12) 및 회동자석케이스(11a,11b)는 180°의 위상차를 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 자석의 인력(자기력)을 이용한 엔진장치는, 고정자석케이스(10) 내부에 장착된 고정자석(9)과 회동자석케이스(11) 내부에 장착된 회동자석(12) 간의 인력에 의해 고정자석케이스(10)를 상승시키거나 하강시켜 고정자석케이스(10)와 함께 이동하도록 수평프레임(7)으로 연결된 피스톤(5)이 실린더(2) 내부에서 상,하 직선운동의 행정을 하며, 피스톤(5)의 행정에 따라 크랭크축(3)이 회전하여 상기 수평회전축(15), 수직회전축(13)이 회전함으로써 피스톤(5)이 실린더(3)에서 상사점과 하사점 사이를 직선왕복운동 하게 된다.

그리고 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 엔진의 힘을 높이기 위해 고정자석케이스(10), 고정자석(9), 회동자석케이스(11) 및 회동자석(12)을 피스톤(5)의 상부에 다층으로 적층 형성할 수 있으며. 상기 크랭크축(3)을 다수로 제작하여 다수의 크랭크축(3)을 병렬로 연결함으로써, 12기통, 24기통, 36기통 등으로 용이하게 엔진을 변경 및 확장할 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

다음은 본 발명에 따른 자석의 인력(자기력)을 이용한 엔진장치의 또 다른 바람직한 일 실시예에 대해 설명한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 엔진장치는 최초 크랭크축(3)의 회전을 돕거나 크랭크축(3)의 가속화를 향상시키기 위해 상기 크랭크축(3)에 V플리(53)를 장착하고 서보모터(51)와 V벨트로 연결한다.

상기 서보모터(51)는 축전지(54) 또는 외부 공급전원에 연결된 인버터(50)에 연결되어 회전하며, 상기 서보모터(51)의 회전력이 V벨트에 의해 상기 크랭크축(3)에 전달되게 함으로서, 고정자석(9)과 회동자석(11)의 다른 극 간에 당기는 인력의 힘이 너무 강할 경우 크랭크축(3)이 회전할 수 있도록 회전력을 공급하여, 회동자석케이스(11)가 고정자석케이스(9) 내측으로 회전하도록 하여 엔진을 발전시킬 수 있다.

또한, 상기 크랭크축(3) 선단부에 전기를 생산하는 발전기를 연결하고, 상기 발전기에 상기 서보모터(51)를 연결함으로써, 초기 축전기의 전기공급에 의해 구동하여 크랭크축(3)을 회전시키던 서보모터(51)가 크랭크축(3)의 회전이 자석의 인력에 의해 정상 회전된 후에는 발전기로부터 전기를 공급받아 회전력이 가속화되며, 이에 따라 크랭크축(3)의 회전력이 가속화되는 현저한 효과를 갖는다.

그리고 상기 서보모터(51)에 서보모터 드라이브를 연결하여 서보모터(51)의 회전을 조절함으로써 엔진의 회전을 조절할 수 있게 된다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

1 : 실린더블록 2 : 실린더
3 : 크랭크축 3a : 크랭크핀
4 : 브레이크부 4 : 안전핀
5 : 피스톤 6 : 커넥팅로드
7 : 수평프레임 9 : 고정자석
10 : 고정자석케이스 11 : 회동자석케이스
12 : 회동자석 13 : 수직회전축
14 : 베벨기어 15 : 수평회전축
18 : 타이밍체인 19 : 타이밍체인기어
50 : 인버터 51 : 서보모터
54 : 축전지

Claims (10)

1. 실린더블록에 형성된 실린더에서 직선운동을 하며, 상단부가 실린더 상부 외측으로 돌출된 피스톤;
   상기 피스톤이 커넥팅로드에 의해 크랭크핀에 연결되어 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하고, 상기 실린더블록 내부 하단부에 구비된 하우징 내부에 수용되는 크랭크축;
   상기 피스톤 상단부에 고정되는 수평프레임;
   상기 수평프레임의 양단부 상,하에 바닥면이 서로 마주하도록 장착되어 상기 피스톤과 함께 이동하고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성된 한 쌍의 고정자석케이스;
   상기 고정자석케이스의 수납부에 N극 또는 S극이 고정자석케이스의 개방된 상부로 노출되도록 안착 고정되는 고정자석;
   상기 하우징 상면에 회동가능하도록 장착되고, 상기 고정자석케이스에 소정거리 이격되어 형성되는 수직회전축;
   상기 중앙부는 상기 수직회전축에 장착되고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워져 한 쌍의 상기 고정자석케이스의 상,하방에 각각 배치되며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성되어 개방된 상부가 상기 고정자석과 대칭으로 소정거리 이격되어 마주하는 회동자석케이스;
   상기 고정자석케이스 수납부의 개방된 상부로 노출된 상기 고정자석의 N극 또는 S극과 다른 극이 마주하여 상호 간에 인력(자기력)이 발생하도록 상기 회동자석케이스의 수납부에 안착 고정되고, 상기 인력에 의해 상기 고정자석케이스를 상,하 방향으로 이동시키는 회동자석;
   상기 수직회전축의 상단부에 베벨기어에 의해 교차 연결되는 수평회전축; 및
   상기 수평회전축의 말단부와 상기 크랭크축의 말단부에 타이밍체인에 의해 연결되어 상기 크랭크축의 회전력을 상기 수평회전축에 전달하는 타이밍체인기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력(자기력)의 에너지를 이용한 엔진장치.
   
2. 실린더블록에 형성된 실린더에서 직선운동을 하며, 상단부가 실린더 상부 외측으로 돌출된 피스톤;
   상기 피스톤이 커넥팅로드에 의해 크랭크핀에 연결되어 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하고, 상기 실린더블록 내부 하단부에 구비된 하우징 내부에 수용되는 크랭크축;
   전원공급에 의해 회전하고, 상기 크랭크축과 V벨트로 연결되어 상기 크랭크축을 증속 회전시키는 서보모터;
   상기 피스톤 상단부에 고정되는 수평프레임;
   상기 수평프레임의 양단부 상,하에 바닥면이 서로 마주하도록 장착되어 상기 피스톤과 함께 이동하고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 얇아지며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성된 한 쌍의 고정자석케이스;
   상기 고정자석케이스의 수납부에 N극 또는 S극이 고정자석케이스의 개방된 상부로 노출되도록 안착 고정되는 고정자석;
   상기 하우징 상면에 회동가능하도록 장착되고, 상기 고정자석케이스에 소정거리 이격되어 형성되는 수직회전축;
   상기 중앙부는 상기 수직회전축에 장착되고, 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워져 한 쌍의 상기 고정자석케이스의 상,하방에 각각 배치되며, 내부에 상부가 개방된 수납부가 형성되어 개방된 상부가 상기 고정자석과 소정거리 이격되어 마주하는 회동자석케이스;
   상기 고정자석케이스 수납부의 개방된 상부로 노출된 상기 고정자석의 N극 또는 S극과 다른 극이 마주하여 상호 간에 인력이 발생하도록 상기 회동자석케이스의 수납부에 안착 고정되고, 상기 인력에 의해 상기 고정자석케이스를 상,하 방향으로 이동시키는 회동자석;
   상기 수직회전축의 상단부에 베벨기어에 의해 교차 연결되는 수평회전축; 및
   상기 수평회전축의 말단부와 상기 크랭크축의 말단부에 타이밍체인에 의해 연결되어 상기 크랭크축의 회전력을 상기 수평회전축에 전달하는 타이밍체인기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 크랭크핀은 크랭크축의 중심에서 15°, 30°, 60°, 90° 또는 120° 중 선택된 어느 하나의 각으로 벌어져 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 크랭크핀의 선택된 어느 한 각에 따라 직렬 3기통, 4기통, 6기통, 12기통 또는 24기통으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 피스톤의 1 행정거리는 상기 고정자석케이스의 두께가 가장 두꺼운 일측과 두께가 가장 얇은 타측 간의 두께 차와 동일한 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 크랭크축은 다수로 형성하고, 다수의 크랭크축이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 크랭크축 일측에는 크랭크축의 회전을 정지시키는 유압 또는 에어식 브레이크부가 장착되고, 상기 브레이크부에 의해 정지된 크랭크축에는 안전핀이 체결되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 크랭크축의 선단부에는 공급전원에 의해 상기 크랭크축을 회전시키는 서모모터가 연결되고, 상기 서보모터는 상기 크랭크축의 회전을 조절하는 서보모터 드라이브가 연결되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 크랭크축의 일측에는 발전기가 연결되어 상기 엔진장치의 구동에 의해 상기 발전기가 구동되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 발전기는 서보모터에 전기를 공급하도록 연결되어 서보모터의 회전력을 가속화하여 상기 크랭크축의 회전력을 가속화하는 것을 특징으로 하는 자석의 인력을 이용한 엔진장치.

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