KR20210115995A - 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치 - Google Patents

자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치에 관련되며, 이는 상, 하부 직선자석이 상향 회전자석과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈과, 하향 회전자석과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈 조합체로 구성되어 자석홀더가 자성휠의 상, 하사점에서 방향전환되는 중에 이동력 손실이 감소되고, 특히 상부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 인력이 복합적으로 작용함과 더불어 인력 및 척력 작용력이 가변되면서 구동원의 회전 토크 향상 및 안정적인 회전토크를 제공하기 위해 자성휠(10), 캠휠(20), 레일휠(30), 자석홀더(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.

Description

자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치 {Rotary motion device using a combination of magnetic attraction and repulsion}
본 발명은 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상, 하부 직선자석이 상향 회전자석과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈과, 하향 회전자석과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈 조합체로 구성되어 자석홀더가 자성휠의 상, 하사점에서 방향전환되는 중에 이동력 손실이 감소되고, 특히 상부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 인력이 복합적으로 작용함과 더불어 인력 및 척력 작용력이 가변되면서 구동원의 회전 토크 향상 및 안정적인 회전토크를 제공하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치에 관한 것이다.
통상 발전기는 회전운동력을 전기 에너지로 전환시켜 주는 장치로서, 자석의 양극 사이에서 코일을 회전시키면 코일을 지나는 자기력선의 변화 때문에 코일에 방향이 변하면서 유도 전류가 생성되는 원리를 이용한 것으로 자동차, 중장비를 포함하는 산업장비는 물론 지구 온난화로 인해 풍력, 수력을 이용하여 발전기를 회전시켜 전기 에너지를 생산하는 친환경 에너지 생산사업이 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 친환경 에너지를 이용하는 특성상 기후변화에 민감하게 반응하여 전기 에너지 생산 편차가 심각하여 안정적인 에너지원으로 부족한 실정이다.
이에 종래에 게시된 특허공개번호 제10-2014-10166호에서, 모터는 제1 회전 장치, 제2 회전 장치 및 제동 조립체를 포함한다. 제2 회전 장치는 제1회전 장치와 공통의 축 상에 장착되어 제1 회전 장치와 조화된다. 제동 조립체는 제2 회전 장치에 연결되어 제2회전 장치의 회전을 제한한다. 종래의 모터 또는 발전기의 고정자는 회전자를 둘러싸서 회전자와 공통의 축 상에 장착된 회전 고정자로서 설계되므로 회전 고정자와 회전자가 반대 방향으로 회전하여 자장에 의해 생성된 상호작용을 증가시키고 따라서 모터의 효율을 향상시키는 기술이 선공개된바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 회전자가 설치된 회전축이 하우징상에서 축베어링에 의해 지지되고, 가동고정자는 다른 축베어링에 의해 회전축상에서 회전되도록 설치됨에 따라 회전자와 가동고정자를 반대 방향으로 회전시키기 위해 발전용량에 비례하게 투입 동력을 증가되므로, 결과적으로 발전효율이 증가에 한계가 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 본 발명은 상, 하부 직선자석이 상향 회전자석과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈과, 하향 회전자석과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈 조합체로 구성되어 자석홀더가 자성휠의 상, 하사점에서 방향전환되는 중에 이동력 손실이 감소되고, 특히 상부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 인력이 복합적으로 작용함과 더불어 인력 및 척력 작용력이 가변되면서 구동원의 회전 토크 향상 및 안정적인 회전토크를 제공하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 구동원에 의해 회전운동되고, 양면에 사인파형 라인을 따라 복수의 상, 하향 회전자석(12)(12')이 구비되는 자성휠(10); 상기 주축(1) 상에 설치되어, 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비되는 캠휠(20); 상기 주축(1) 상에 설치되고, 외주면에 복수의 가이드레일(32)이 방사형으로 구비되는 레일휠(30); 및 상기 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 자성휠(10)의 양면에 대향하게 설치되어, 상, 하향 회전자석(12)(12')과 일방향에서 인력 및 척력이 교대로 작용하는 상부 직선저석(44)이 구비되거나, 상, 하향 회전자석(12)(12') 양방향에서 인력 및 척력이 작용하도록 상, 하부 직선자석(44)(44')이 구비되는 자석홀더(40);를 포함하여 이루어지고, 상기 상, 하부 직선자석(44)(44')은, 상향 회전자석(12)과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈(44a)(44a')과, 하향 회전자석(12')과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈(44b)(44b') 조합체로 형성되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 상향 회전자석(12)을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하며, 상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 하향 회전자석(12')을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자석홀더(40)는 드럼형태로 형성되고, 상, 하부 직선자석(44)(44')은 상, 하향 회전자석(12)(12')과 동일한 사인파형 라인으로 형성되며,
상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 상향 회전자석(12)을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하며, 자성휠(10)이 회전할수록 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하는 자석 개수가 증가되고, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하는 자석 개수는 감소되며,
상기 자석홀더(40)가 하향 회전자석(12')을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하며, 자성휠(10)이 회전할수록 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하는 자석 개수가 증가되고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하는 자석 개수는 감소되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주축(1)은 횡방향으로 설치되고, 자성휠(10), 레일휠(30) 및 자석홀더(40)는 캠휠(20) 양단에 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 자석홀더(40)는 작동바(41)에 연결되어 연계작동되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주축(1)은 이분할되어, 각각의 주축(10)에 자성휠(10)이 설치되고, 이분할된 주축(1)은 베벨기어조립체(60)에 의해 동축 상에 연결되어 한 쌍의 자성휠(10)(10')이 상호 역방향으로 회전되도록 구비되며, 상기 베벨기어조립체(60)는 주축(1)에 각각 설치되는 한 쌍의 횡형 베벨기어(62)와, 한 쌍의 횡형 베벨기어(62)를 연결하는 종형 베벨기어(64)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자석홀더(40) 중 자성휠(10)의 상향 회전자석(12)을 타고 상사점으로 이동하는 군과 하향 회전자석(12')을 타고 하사점으로 이동하는 군이 각각 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상호 역방향으로 직선이동되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 상, 하부 직선자석이 상향 회전자석과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈과, 하향 회전자석과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈 조합체로 구성되어 자석홀더가 자성휠의 상, 하사점에서 방향전환되는 중에 이동력 손실이 감소되고, 특히 상부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 인력이 복합적으로 작용함과 더불어 인력 및 척력 작용력이 가변되면서 구동원의 회전 토크 향상 및 안정적인 회전토크를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치의 자성휠을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치의 작동상태를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치의 자성홀더를 드럼형으로 형성한 상태를 전개도로 나타내는 구성도.
도 5는 도 4의 작동상태를 단계적으로 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치를 횡형으로 적용한 상태를 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치의 자성홀더가 제 1, 2연결암에 의해 묶음 결합된 상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치에 관련되며, 이는 상, 하부 직선자석이 상향 회전자석과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈과, 하향 회전자석과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈 조합체로 구성되어 자석홀더가 자성휠의 상, 하사점에서 방향전환되는 중에 이동력 손실이 감소되고, 특히 상부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석의 상향 자석모듈과 상향 회전자석 간에 인력이 복합적으로 작용함과 더불어 인력 및 척력 작용력이 가변되면서 구동원의 회전 토크 향상 및 안정적인 회전토크를 제공하기 위해 자성휠(10), 캠휠(20), 레일휠(30), 자석홀더(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 자성휠(10)은 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 구동원에 의해 회전운동되고, 양면에 사인파형 라인을 따라 복수의 상, 하향 회전자석(12)(12')이 구비된다. 주축(1)은 도 1 에서 종방향으로 설치된 직립구조를 도시하고 있지만, 이에 국한되지 않고 횡형구조로 형성 가능하다.
그리고, 상기 상, 하향 회전자석(12)(12')은 자성휠(10) 양면에 사인파형 라인을 따라 형성되는바, 일예로서 도 2와 같이 자성휠(10) 상면에 상, 하향 회전자석(12)(12')이 수용되는 복수의 포켓이 방사형으로 형성되고, 상, 하향 회전자석(12)(12')은 포켓이 수용된 상태로 이웃하는 자석과 빈틈없이 설치되고, 마감판에 의해 상부가 구속되어 위치 고정된다.
여기서, 상기 상, 하향 회전자석(12)(12')은 후술하는 한 쌍의 상, 하부 직선자석(44)(44')과 양방향에서 반대극으로 인력, 척력이 복합적으로 작용하도록 구비된다. 이때 상향 회전자석(12)은 자성휠(10) 양면에 형성되는 사인파형 라인의 하사점에서 상사점 구간에 배치되며, 하향 회전자석(12')은 자성휠(10) 사인파형 라인의 상사점에서 하사점 구간에 설치된다.
또한, 본 발명에 따른 캠휠(20)은 상기 주축(1) 상에 설치되어, 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비된다. 캠휠(20)은 자성휠(10)과 동심원상에 구비되고, 상기 캠레일(22)은 상, 하사점과, 상, 하사점을 연결하는 경사구간을 가진 사인파형으로 형성된다. 캠레일(22)의 상, 하사점 개수는 자성휠(10)의 상, 하사점 개수와 동일하게 구비된다. 여기서 캠레일(22)은 캠휠(20) 외주면에 돌출형성되거나, 도 1처럼 음각 홈 구조로 형성하는 구성도 가능하다.
그리고 상기 캠레일(22)은 후술하는 자석홀더(40)의 캠롤러(42)와 캠운동되면서, 캠롤러(42)와의 경사 운동력이 자성휠(10) 회전운동력으로 전환된다.
또한, 본 발명에 따른 레일휠(30)은 주축(1) 상에 설치되고, 외주면에 복수의 가이드레일(32)이 방사형으로 구비된다. 가이드레일(32)은 상기 자성휠(10)의 상, 하사점 개수와 동일한 수량으로 구비되거나, 상기 자성휠(10)의 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간 각각에 대해 자석홀더(40)가 1개 또는 적어도 2개 이상 배치되도록 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 자석홀더(40)는 상기 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 자성휠(10)의 양면에 대향하게 설치되어, 상, 하향 회전자석(12)(12')과 일방향에서 인력 및 척력이 교대로 작용하는 상부 직선저석(44)이 구비되거나, 상, 하향 회전자석(12)(12') 양방향에서 인력 및 척력이 작용하도록 상, 하부 직선자석(44)(44')이 구비된다. 도 1 (a)는 상, 하향 회전자석(12)(12') 상면에 상부 직선자석(44)이 구비된 상태를 도시하고, 도 1 (b)는 상, 하향 회전자석(12)(12') 양면에 상, 하부 직선자석(44)(44')이 배치된 상태를 도시한다.
즉, 상기 자석홀더(40)는 자성휠(10)의 사인파형 라인에 형성되는 상사점 개수 * 4 또는 상사점 개수 * 6의 수량으로 형성되는바, 이로 인해 자성휠(10)의 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간에 각각 자석홀더(40)가 2~20개 배치됨에 따라 어느 하나의 자석홀더(40)의 직선자석이 자성휠(10)의 상사점을 통과하는 시점에 후방에 이웃하는 자석홀더(40)의 직선자석이 자성휠(10)의 상향 회전자석(12)과 자력이 발생되어 이동력이 연속 작용하므로 전방에서 자석홀더(40)의 직선자석이 자성휠(10)의 상사점을 통과하면서 방향전환되는 중에 작용하는 이동력 손실을 상쇄시키도록 구비되어 안정적인 토크를 제공한다.
도 3에서, 상기 상, 하부 직선자석(44)(44')은, 상향 회전자석(12)과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈(44a)(44a')과, 하향 회전자석(12')과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈(44b)(44b') 조합체로 형성되는 구성을 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 상부 직선자석(44)의 상, 하향 자석모듈(44a)(44b)는 'V'자 형으로 형성되고, 하부 직선자석(44')의 상, 하향 자석모듈(44a')(44b')는 역 'V'자 형으로 형성된다.
상기 상, 하부 직선자석(44)(44')의 작동상태를 살펴보면, 도 3 (a)는 상, 하향 회전자석(12)(12') 상면에 상, 하향 자석모듈(44a)(44b)로 구성되는 상부 직선자석(44)이 적용된 상태를 도시하고, 이때 상부 직선자석(44)은 도 3 (a)의 (a-1)과 같이 상향 회전자석(12)과 경사운동시 상향 자석모듈(44a)에 의해 척력이 발생되고, 상부 직선자석(44)이 상하점을 지나 (a-3)과 같이 하향 자석모듈(44b)이 하향 회전자석(12')과 경사운동시 인력이 작용하도록 구성된다.
또, 도 3 (b)와 같이 상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 상향 회전자석(12)을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하며, 도 3 (c)처럼 상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 하향 회전자석(12')을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하도록 구비된다.
도 4에서, 상기 자석홀더(40)는 드럼형태로 형성되고, 상, 하부 직선자석(44)(44')은 상, 하향 회전자석(12)(12')과 동일한 사인파형 라인으로 형성된다.
이에 도 4 (a) 내지 (b)처럼 상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 상향 회전자석(12)을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하며, 자성휠(10)이 회전할수록 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하는 자석 개수가 증가되고, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하는 자석 개수는 감소된다.
그리고, 도 4 (c) 내지 (d)와 같이, 상기 자석홀더(40)가 하향 회전자석(12')을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하며, 자성휠(10)이 회전할수록 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하는 자석 개수가 증가되고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하는 자석 개수는 감소되도록 구비된다.
일실시예로서, 상기 자성휠(10)은 상사점이 2점, 하사점이 2점, 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간에 회전자석이 각각 10개씩 구비되며, 자석홀더(40)는 드럼형태로 형성되어 자성휠(10) 양측에 각각 구비되고, 상사점이 2점, 하사점이 2점, 하사점에서 상사점 구간 및 상사점에서 하사점 구간에 직선자석이 각각 10개씩 구비된다.
그리고 자석 1개당 단차 4mm로 가정했을 때, 도 5 (b) 내지 (d)처럼 자석홀더(40)의 직선 이동에 의해 직선자석이 1차 4mm 하강하면 회전자석과 1대1 인력, 2차 4 mm 하강하면 회전자석과 2대 2 인력, 3차 4mm 하강하면 회전자석과 3대 3인력, ...10차 40mm 하강하면, 회전자석과 10대 10 인력 작용한다. 이때 반대 측 직선자석이 다른 측 회전자석과 척력이 발생되고, 인력과 척력 힘 같아지는 변곡점에서 캠곡선 경사각으로 하강하면서 점첨 커지는 인력과 자성휠(10) 원심력 에너지로 인해 상승 변곡점을 탄력적으로 통과한다.
이후 자성휠(10)과 상승 척력 작용으로 직선자석이 4mm 상승하면 인력이 작용하는 자석 9대 9와 척력이 발생하는 측 자석 1대 1로 작용하지만, 인력과 척력 차는 자성휠(10) 회전으로 인력과 척력 비율이 9:1, 8:2, 7:3 ... 1:9로 유지되므로 구동원 회전 토크 향상 및 토크가 균일하게 유지된다.
도 6에서, 상기 주축(1)은 횡방향으로 설치되고, 자성휠(10), 레일휠(30) 및 자석홀더(40)는 캠휠(20) 양단에 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 자석홀더(40)는 작동바(41)에 연결되어 연계작동되도록 구비된다.
이에 구동원에 의해 주축(1)이 회전운동 시, 한 쌍의 자성휠(10)과 한 쌍의 자석홀더(40)에 의해 작동바(41) 양측에서 자력이 동시에 작용하도록 구성되어 작동바(41)의 직선 왕복이송력이 증대되는 이점이 있다.
그리고, 상기 주축(1)은 이분할되어, 각각의 주축(10)에 자성휠(10)이 설치되고, 이분할된 주축(1)은 베벨기어조립체(60)에 의해 동축 상에 연결되어 한 쌍의 자성휠(10)(10')이 상호 역방향으로 회전되도록 구비되며, 상기 베벨기어조립체(60)는 주축(1)에 각각 설치되는 한 쌍의 횡형 베벨기어(62)와, 한 쌍의 횡형 베벨기어(62)를 연결하는 종형 베벨기어(64)로 이루어진다.
이에 주축(1)을 고속운전시, 한 쌍의 자성휠(10)이 상호 역방향으로 회전되면서 회전 원심력에 의한 진동력이 상쇄되고, 또 베벨기어조립체(60)에 의한 치합 공차로 인해 이분할된 한 쌍의 축간에 회전력 전달 타임이 미세하게 지연되도록 구성된다.
이로 인해 어느 일측 자성휠(10)의 회전자석 상사점이 작동바(41)의 직선자석(44)을 통과하는 직후에 시간차를 두고 다른 일측 자성휠(10)의 회전자석 상사점이 작동바(41)의 직선자석을 통과하므로 자성휠(10)의 회전자석 상사점이 작동바(41)의 직선자석을 통과하는 중에 작용하는 이동력 손실이 상쇄되므로 주축(1) 구동력이 안정적인 토크로 출력된다.
도 7에서, 상기 자석홀더(40) 중 자성휠(10)의 상향 회전자석(12)을 타고 상사점으로 이동하는 군과 하향 회전자석(12')을 타고 하사점으로 이동하는 군이 각각 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상호 역방향으로 직선이동되도록 구비된다.
즉, 상기 자석홀더(40) 중 동일한 작동 방향을 가지는 자석홀더(40) 끼리 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상, 하사점으로 강제이동된다. 이때 캠롤러(42)가 파형 캠레일(22) 경사구간과 경사 운동되면서 자성휠(10) 회전운동으로 전환되어 전달된다.
한편, 상기 구동원은 클러치에 의해 동력전달이 on/off 작동되고, 클러치는 제어부에 연결되어 자성휠(10)이 설정 속도에 도달하면 자체 가속력에 의해 회전상태가 유지되도록 클러치 동력전달 off, 구동원 전원 off되도록 구비된다.
상기 클러치는 전자클러치 또는 라쳇과 같은 일방향 동력전달 수단으로 구성되고, 자성휠(10)이 중량체로 구성되어 설정된 속도영역에 도달하면 가속력에 의해 구동원 속도보다 빨라지는 증속 구간이 발생된다. 이를 제어부에서 감지하여 클러치를 통하여 구동원 동력전달이 off 작동되어 자성휠(10)이 자유구동으로 전환되면, 구동원 출력과 자성휠(10) 간의 회전속도 불일치로 인한 동력손실이 방지되면서 단속적인 구동원 사용으로 인해 에너지 효율이 향상된다.
한편, 상기 상향 회전자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 상향 직선자석(44) 이동 경로와의 간격이 축소되도록 구비되고, 하향 회전자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 하향 직선자석(44')의 이동 경로와의 간격이 축소되도록 구비되거나, 도면을 통하여 도시하지 않았지만, 상기 상향 회전자석(12)은 하사점에서 상사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비되고, 하향 회전자석(12')은 상사점에서 하사점으로 갈수록 자력이 단계적으로 증가되도록 구비된다.
이에 상, 하부 직선자석(44)(44')이 자성휠(10) 사인파라인의 상사점으로 가까워질수록 자력이 증가되고, 상, 하부 직선자석(44)(44')이 자성휠(10) 사인파라인의 하사점으로 가까워질수록 자력이 증가되므로, 자석홀더(40)가 상, 하사점에 가까워질수록 자력에 의한 이동력이 증가된다.
또한, 상기 상, 하향 회전자석(12)(12')은 서로 상이한 반경 상에 상, 하향 경사각으로 각각 구비되고, 상, 하향 회전자석(12)(12')의 상, 하사점 구간이 서로 중첩되어 상, 하사점 중첩구간을 형성하며, 상기 상, 하부 직선자석(44)(44')은 각각 한 쌍으로 구비되어 어느 하나는 상향 회전자석(12)과 대응하는 반경 상에 경사각으로 설치되며, 다른 하나는 하향 회전자석(12')과 대응하는 반경 상에서 반대방향 경사각으로 설치된다.
이에 상기 자성휠(10) 상, 하사점에서 상, 하부 직선자석(44)(44')이 상, 하향 회전자석(12)(12')의 상, 하사점 중첩구간에 의해 상호 반대방향 자력이 복합적으로 작용(예컨대, 인력 및 척력)하도록 구성됨에 따라 자석홀더(40)의 상, 하부 직선자석(44)(44')이 자성휠(10)의 상향 회전자석(12) 상사점을 통과하여 이탈되는 시점에 상, 하향 직선자석(44)(44')이 자성휠(10)의 하향 회전자석(12')과 반대방향 자력이 작용하므로 상향 직선자석(44)과 상향 회전자석(12) 간에 이동력에 반하는 자력이 상쇄되어 안정적인 토크를 제공한다.
또, 상기 자석홀더(40)의 상, 하향 직선자석(44)(44')이 자성휠(10)의 하향 회전자석(12') 하사점을 통과하는 시점에서도 상기와 동일한 원리에 의해 상, 하향 직선자석(44)(44')과 하향 회전자석(12')이 이탈되는 시점에 이동력에 반하는 자력이 상쇄된다.
또한, 상기 자석홀더(40)는 한 쌍이 1조를 이루면서, 레크와 피니언기어에 의해 치합되며, 상기 피니언기어는 레일휠(30)에 설치되어 인접하는 한 쌍의 자석홀더(40)가 상호 역방향으로 연계작동되도록 구비된다.
도면을 통하여 도시하지 않았지만, 상기 자석홀더(40)는 2개씩 짝을 이루어 레크와 피니언기어에 의해 치합됨에 따라 어느 일측 자석홀더(40)가 인력 및 척력에 의해 하향 이동시 이웃하는 다른 일측 자석홀더(40)는 상향 이동되는 연계작동구조를 가진다. 이에 상기 가이드레일(32)을 종방향으로 설치하더라도, 한 쌍의 자석홀더(40)가 레크와 피니언기어에 의해 연결되어 상호 역방향 이동구조를 가짐으로 중력방향으로 작용하는 하중이 힘의 평형(무게 발란스 유지)을 이루면서 자석홀더(40)의 상방향 이송에 따른 동력손실이 방지된다.
또한, 본 발명에 따른 구동원(예컨대, 모터)는 자성휠(10) 또는 구동축(1)에 설치된다.
10: 자성휠 20: 캠휠
30: 레일휠 40: 자석홀더

Claims (5)

  1. 주축(1)과 동심원상에 설치되어, 구동원에 의해 회전운동되고, 양면에 사인파형 라인을 따라 복수의 상, 하향 회전자석(12)(12')이 구비되는 자성휠(10);
    상기 주축(1) 상에 설치되어, 외주면에 사인파형 캠레일(22)이 구비되는 캠휠(20);
    상기 주축(1) 상에 설치되고, 외주면에 복수의 가이드레일(32)이 방사형으로 구비되는 레일휠(30); 및
    상기 가이드레일(32)을 타고 왕복 직선 운동하도록 설치되고, 파형 캠레일(22)을 타고 캠운동되는 캠롤러(42)와, 자성휠(10)의 양면에 대향하게 설치되어, 상, 하향 회전자석(12)(12')과 일방향에서 인력 및 척력이 교대로 작용하는 상부 직선저석(44)이 구비되거나, 상, 하향 회전자석(12)(12') 양방향에서 인력 및 척력이 작용하도록 상, 하부 직선자석(44)(44')이 구비되는 자석홀더(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 상, 하부 직선자석(44)(44')은, 상향 회전자석(12)과 평행하도록 상향 경사각을 가진 상향 자석모듈(44a)(44a')과, 하향 회전자석(12')과 평행하도록 하향 경사각을 가진 하향 자석모듈(44b)(44b') 조합체로 형성되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 상향 회전자석(12)을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하며, 상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 하향 회전자석(12')을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자석홀더(40)는 드럼형태로 형성되고, 상, 하부 직선자석(44)(44')은 상, 하향 회전자석(12)(12')과 동일한 사인파형 라인으로 형성되며,
    상기 자성휠(10) 회전으로 자석홀더(40)가 상향 회전자석(12)을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하며, 자성휠(10)이 회전할수록 하부 직선자석(44')의 상향 자석모듈(44a')과 상향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하는 자석 개수가 증가되고, 상부 직선자석(44)의 상향 자석모듈(44a)과 상향 회전자석(12) 간에 척력이 작용하는 자석 개수는 감소되며,
    상기 자석홀더(40)가 하향 회전자석(12')을 타고 이동시, 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12') 간에 인력이 작용하고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하며, 자성휠(10)이 회전할수록 상부 직선자석(44)의 하향 자석모듈(44b)과 하향 회전자석(12) 간에 인력이 작용하는 자석 개수가 증가되고, 하부 직선자석(44')의 하향 자석모듈(44b')과 하향 회전자석(12') 간에 척력이 작용하는 자석 개수는 감소되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주축(1)은 횡방향으로 설치되고, 자성휠(10), 레일휠(30) 및 자석홀더(40)는 캠휠(20) 양단에 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 자석홀더(40)는 작동바(41)에 연결되어 연계작동되도록 구비되거나,
    상기 주축(1)은 횡방향으로 설치되고, 자성휠(10), 레일휠(30) 및 자석홀더(40)는 캠휠(20) 양단에 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 자석홀더(40)는 작동바(41)에 연결되어 연계작동되도록 구비되고, 상기 주축(1)은 이분할되어, 각각의 주축(10)에 자성휠(10)이 설치되고, 이분할된 주축(1)은 베벨기어조립체(60)에 의해 동축 상에 연결되어 한 쌍의 자성휠(10)(10')이 상호 역방향으로 회전되도록 구비되며, 상기 베벨기어조립체(60)는 주축(1)에 각각 설치되는 한 쌍의 횡형 베벨기어(62)와, 한 쌍의 횡형 베벨기어(62)를 연결하는 종형 베벨기어(64)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석홀더(40) 중 자성휠(10)의 상향 회전자석(12)을 타고 상사점으로 이동하는 군과 하향 회전자석(12')을 타고 하사점으로 이동하는 군이 각각 제 1, 2연결암(45)(46)에 의해 묶음 결합되어 직선모터(47)에 의해 상호 역방향으로 직선이동되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자석의 인력, 척력을 복합적으로 이용한 회전운동장치.
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