KR20220157614A

KR20220157614A - 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력 보조 장치

Info

Publication number: KR20220157614A
Application number: KR1020210065354A
Authority: KR
Inventors: 최찬목
Original assignee: 최찬목
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-11-29

Abstract

본 발명은 엔진 또는 외부장치의 동력을 증강하기 위한 장치로서, 부족한 구동력에 외부의 힘을 더하여 작업 장치에 필요한 충분한 회전력(torque)을 제공하도록 하는 자기자력 동력보조장치에 관한 것이다. 특히 동력전달시 접촉에 의한 마찰력 발생으로 동력이 손실되는 것을 최소화하기 위해 상극의 영구자석을 이용하여 접촉 없이 영구자석간의 자력을 이용하여 동력을 추가로 전달하여 설비장치 및 발전기로 공급하는 동력 량을 증가시킬 수 있는 자기자력 동력보조장치에 관한 것이다.

Description

영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력 보조 장치{Power assist device using the magnetic force of a permanent magnet.}

본 발명은 엔진 또는 외부장치의 동력을 증강하기 위한 장치로서, 부족한 구동력에 외부의 힘을 더하여 작업 장치에 필요한 충분한 회전력(torque)을 제공하도록 하는 동력보조장치에 관한 것이다. 특히 동력전달시 접촉에 의한 마찰력 발생으로 동력이 손실되는 것을 최소화하기 위해 상극의 영구자석을 이용하여 접촉없이 영구자석간의 자력을 이용하여 동력을 추가로 전달하여 설비장치 및 발전기로 공급하는 동력 량을 증가시킬 수 있는 자기자력 동력보조장치에 관한 것이다.

산업발전에 따라 동력장치의 사용량이 증가되고 있고, 엔진이나 모터의 구동력을 이용하여 작업 장치에 전달해서 필요로 하는 작업을 수행하게 한다. 그러나 엔진이나 모터의 구동력이 작은 경우 설비장치가 필요로 하는 충분한 회전력을 제공할 수 없다.

통상적으로 엔진이나 모터는 용량이 작아서 작업장치의 구동이 어려워 감속기를 활용하여 강한 회전력을 발생시켜 각종 설비장치를 작동시키게 하고 있다. 그러나 회전력을 높이기 위해 사용되는 감속기로 인해 회전력은 충분히 제공되지만 필요한 회전수의 제공은 어려운 문제가 있다. 특히 필요한 회전수를 얻기 위해 추가적으로 증속기기를 설치할 경우 추가설치에 의한 마찰증가로 동력손실이 증가되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1829807호(2018.02.09.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)는 자성체를 이용한 자기자력 중력발전장치를 제시하였다. 상기 선행문헌1은 외주면에 하나의 극성이 외부로 표출되는 자성체가 결합된 플라이휠과, 상기 플라이휠 외면의 자성체와 대응되는 자성체를 갖는 구동자성부재로 구성되어 구동자성부재와 플라이휠 간 자성체의 인력과 척력이 작용하여 구동자성부재의 회전력을 플라이휠에 전달시켜 플라이휠의 회전이 이루어지게 한 것이다. 즉, 상기 선행문헌1은 시동모터와 기아결합되어 플라이휠이 회전하고, 이에 구동자성부재와 플라이휠 간의 자력 작용에 의해 추가적인 회전력 전달이 이루어지는 구조이다. 그러나 상기 선행문헌1은 구동자성부재의 회전력이 낮아 구동자성부재만으로는 플라이휠을 작동시킬 수 없어 반듯이 시동모터가 함께 작동되어야 한다. 이는 시동모터와 플라이휠간 기어결합에 의해 지속적인 마찰이 발생되므로 지속적으로 전력손실이 발생되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-2214726호(2021.02.04.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 자력을 이용한 동력 보조 장치를 제시하였다. 상기 선행문헌2는 모터 동력으로 회전되는 중력휠의 외측으로 양단부에 영구자석을 갖는 중력바를 일정간격으로 다수 설치하여 회동프레임에 의해 회동가능하게 장착하여 수평축인 회전축을 중심으로 중력휠 회전시 중력바의 위치가 변화되면서 중력작용으로 중력휠이 작용되게 하고, 중력바의 이동경로에 인접하여 보조모터에 장착된 회전디스크를 이용하여 회전디스크의 영구자석과 중력바 양단의 영구자석 간 자력에 의해 회전력을 추가로 제공하게 한 것이다. 그러나 상기 자력에 의해 회전력은 주구동축에서 연속적으로 동력이 제공되었을 때 추가적인 동력을 제공하는 것으로, 보조모터 자체로만 구동할 경우 회전력이 낮아 오히려 중력휠의 영구자석의 자력에 끌려서 중력휠의 회전을 감속시키는 문제점이 발생될 수 있다.

따라서, 중력휠의 회전중에는 주동력공급장치의 동력을 공급받지 않아도 보조모터를 통해 비접촉방식으로 토크를 높여서 전달해 지속적인 회전이 가능하게 하는 새로운 구조를 갖는 자기자력 동력 보조 장치에 대한 필요성이 대두되었다.

한국등록특허 제10-1829807호(2018.02.09.등록) : 자성체를 이용한 자기자력 중력발전장치 한국등록특허 제10-2214726호(2021.02.04.등록) : 자력을 이용한 동력 보조장치

이에 본 발명의 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치는,

중력 휠이 회전하는 동안에는 벨트 또는 기어에 의해 동력을 전달받는 주동력장치로부터 동력을 전달받지 않고, 비접촉방식에 의한 동력을 전달하여 동력전달 과정에서의 손실을 최소화하면서 토크를 높여서 제공할 수 있는 장치의 제공을 목적으로 한다.

특히 영구자석을 이용하여 중력휠로 동력전달이 이루어지되 강한 토크를 갖는 구조로 제공하여 자력에 의해 중력휠을 회전 방향으로 끌어당겨 회전력이 감소되는 것을 방지하게 할 수 있는 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치는,

플라이휠 외주면에 장착된 중력커버가 장착된 중력휠과, 상기 중력휠의 외주면에 축방향으로 일정간격 배치되고 양측면에 제1영구자석이 구비된 다수개의 중력바와, 상기 중력바를 중력커버에 회동가능하게 결합하는 회동프레임으로 구성된 제1가력부를 이용하여 동력을 전달하는 동력보조장치에 있어서, 입력축에 장착된 제1풀리로 동력을 전달하는 주모터와; 상기 제1풀리보다 큰 직경을 갖는 제2풀리가 설치되어 제1풀리와 벨트결합으로 동력을 전달받아 회전하고, 회전을 가속하는 제1가력부와 제3풀리가 설치된 회전축과; 상기 제3풀리보다 작은 직경을 갖는 제4풀리가 설치되고 제3풀리와 벨트결합으로 증속된 회전력을 전달받아 발전기나 기계장치를 회전시키는 출력축과; 상기 회전축에 결합된 제1가력부의 중력바 회전반경과 근접된 부분에 배치되고 제1영구자석과 대응되는 제2영구자석이 외주면에 다수설치되어 자력을 전달하는 소직경회전횔이 축설되고, 외주면에 다수개의 제3영구자석이 설치된 대직경회전휠이 설치된 보조회전축과; 상기 대직경회전휠의 외주면에 근접된 부분에 비치고 제3영구자석과 대응되는 제4영구자석이 외주면에 다수 설치되어 자력을 전달하는 보조디스크가 설치된 보조모터;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제1풀리와 입력축 또는 제2풀리와 회전축은, 클러치베어링에 의해 연결되어 주모터의 동력전달을 단속하게 할 수 있다.

또한, 상기 제1풀리와 제2풀리를 연결하는 벨트에는, 텐션베어링이 더 설치되어 텐션베어링에 의해 벨트장력이 유지되게 할 수 있다.

또한, 상기 제1영구자석과 대응되는 제2영구자석 및 제3영구자석과 대응되는 제4영구자석은 서로 반대극성으로 구성하고, 회전시 상기 제1영구자석은 전열 제2영구자석과 후열 제2영구자석 사이에 배치되어 회전하고, 상기 제3영구자석은 전열 제4영구자석과 후열 제4영구자석 사이에 배치되어 회전하되, 제1영구자석과 제3영구자석은 회전되는 방향의 전열 제2영구자석과 전열 제4영구자석 측으로 편향되도록 배치하여 선행되어 회전하는 전열 제2영구자석과 전열 제4영구자석이 후행되어 회전하는 근접된 제1영구자석과 제3영구자석을 회전방향으로 당기는 인력이 작용되어 회전력 전달이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 제1영구자석과 대응되는 제2영구자석 및 제3영구자석과 대응되는 제4영구자석은 동일극성으로 구성하고, 회전시 상기 제1영구자석은 전열 제2영구자석과 후열 제2영구자석 사이에 배치되어 회전하고, 상기 제3영구자석은 전열 제4영구자석과 후열 제4영구자석 사이에 배치되어 회전하되, 제1영구자석과 제3영구자석은 회전되는 방향의 후열 제2영구자석과 후열 제4영구자석 측으로 편향되도록 배치하여 후행되어 회전하는 후열 제2영구자석과 후열 제4영구자석이 선행되어 회전하는 근접된 제1영구자석과 제3영구자석을 회전방향으로 미는 척력이 작용되어 회전력 전달이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 소직경회전휠은 중력바 양단부의 각 제1영구자석에 대응하도록 2개로 구비하여 보조회전축에 결합될 수 있다.

또한, 상기 회전축에는 제2풀리를 중심으로 양측으로 대칭되도록 제1가력부와 보조회전축, 소직경회전휠, 대직경회전휠, 보조디스크 및 보조모터를 설치하여 양측으로 출력이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 출력축에는 제5풀리가 더 설치되고; 상기 제5풀리는 가력축에 설치된 제6풀리와 벨트연결되어 회전력을 전달하고; 가력축에는 제2가력부가 설치되어 회전력을 가속시키되, 상기 제2가력부는 내부 상단에 전자석이 내장되어 외부전류에 의해 자성이 부여되고 지지프레임에 고정되는 실린더와, 상기 실린더 내에서 상하 이동되고 상단에 제5영구자석이 설치된 피스톤과, 피스톤과 커텍팅로드로 연결되어 피스톤의 상하운동을 회전력으로 변화시키는 크랭크축;으로 구성되어 회전력 가속이 이루어지게 할 수 있다

상기 해결수단에 의한 본 발명의 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력 보조 장치는,

접촉방식의 주모터 동력과 비접촉방식의 보조모터의 동력을 이용하여 중력휠을 가속시켜 출력이 이루어지도록 하되 중력휠이 일정속도 이상을 유지하면 비접촉의 보조모터로만 동력을 전달하고 주모터는 중력휠로의 동력공급라인을 분리시켜 부품간 접촉에 의한 동력손실을 최소화하여 연속적인 출력이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 보조모터도 중력휠의 회전속도에 대응하여 보조회전축의 회전속도를 제어하여 최적의 회전속도를 제공해 두 기기에 설치된 영구자석간의 자력작용으로 축회전을 가속시킬 수 있어 출력효율을 향상시킬 수 있는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

도 1a 및 도 1b는 종래 동력보조장치를 도시한 사시도 및 연결관계를 도시한 개략구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동력보조장치의 개략구성도.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 제1가력부를 도시한 측면도 및 중력바를 도시한 요부평면도.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 반대극성 또는 동일극성일 때의 영구자석들 간 작용상태를 도시한 개략도.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 클러치베어링의 설치예를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 텐션베어링이 장착된 예를 도시한 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 1개의 회전축에 2개의 제1가력부가 연결된 예를 도시한 개략구성도.
도 8은 본 발명에 따른 출력축에 제2가력부가 설치된 예를 도시한 개략구성도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등 물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "연통되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 연통되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 종래 동력보조장치를 도시한 사시도 및 연결관계를 도시한 개략구성도이다.

참조한 바와같이 기존 동력보조장치(110)는 지지프레임(180)에 회전축(130)이 회전가능하게 설치되는 구조를 갖는다. 먼저 모터등의 동력발생원으로부터 동력을 전달받아 회전하는 입력축(120)과, 입력축과 벨트와 풀리로 연결되어 동력을 전달받는 회전축(130)과, 상기 회전축과 벨트와 풀리로 연결되어 동력을 전달받아 동력사용장치로 제공하는 출력축(140)을 포함하여 구성된다.

상기 입력축(120)와 회전축(130) 및 출력축(140)은 지지프레임에 회전가능하도록 베어링에 의해 고정되어 회전시 마찰에 의한 동력손실을 최소화한다.

상기 회전축(130)에는 제1가력부(150)가 설치되어 입력축으로부터 전달되는 동력 세기를 증가시키게 한다. 상기 제1가력부(150)는 회전축에 축결합되는 중력휠(151)과, 상기 중력휠의 외주면을 따라 등간격으로 다수 배치되고 양단부측에 제1영구자석(153)이 결합되는 중력바(152)와, 상기 중력바와 중력휠의 일지점을 연결하여 중력바의 회전방향으로 전후 회동가능하게 하는 회동프레임(154)을 포함하여 구성된다.

즉, 중력휠(151) 회동시 중력바(152)는 외측방향으로 펴져서 회전축보다 먼 거리에서 동축회전이 이루어지게 되며, 이때 중력바에 의해 원심력이 크게 작용하면서 회전축의 회전력(torque)을 증가시킨다.

아울러 상기 중력바(152)의 양단부에 결합된 제1영구자석은, 중력휠보다 더 외측에서 회전하게 되며, 제1영구자석의 이동경로와 근접된 부분에 외주면에 보조영구자석(711)이 일정간격으로 설치된 보조디스크(71)를 배치시켜 보조디스크로부터 자력을 전달받게 할 수 있다. 예컨대 보조디스크(71)는 보조모터(70)로부터 동력을 전달받아 회전이 이루어지는 것으로 외주면에 일정간격으로 보조영구자석(711)이 결합된다. 여기서 상기 중력바(152)와 보조디스크(71)의 회전속도를 맞추면 중력바(152)와 보조디스크(71)의 근접된 부분에는 제1영구자석(153) 사이에 보조영구자석(162)이 배치되는 형태로 제1영구자석과 보조영구자석이 순차적으로 통과하게 된다. 상기 제1영구자석(153)과 보조영구자석(162)은 서로 상극으로 배치됨으로 제1영구자석과 보조영구자석간 인력이 작용되고, 중력휠(151)은 보조영구자석과 작용하는 인력이 추가된 회전력이 발생되고, 상기 발생된 회전력은 출력축(140)으로 전달하여 작업장치를 구동하게 된다.

여기서 인력에 의해 회전축의 회전력을 증가시키기 위해서는 근접통과하는 보조영구자석(162)이 후행되어 회전되는 제1영구자석과 근접되어 당겨야 된다. 그러나 상기 보조영구자석이 장착된 보조디스크(161)의 회전력이 낮으면 오히려 보조영구자석이 제1영구자석(153)에 당겨져 중력휠(151)의 회전력을 떨어뜨리는 문제점이 발생될 수 있다. 회전력을 높이기 위해 보조모터로서 고성능모터를 사용할 경우 보조모터에서 사용하는 에너지소모량이 증가되어 실용성이 없다.

또한, 일정속도를 유지할 경우에는 동력전달부품 사이의 마찰을 최소화한다면 적은 용량의 보조모터의 동력만으로도 중력휠의 회전을 유지할 수 있다. 그러나 입력축으로부터 동력을 전달받지 않아도 벨트에 의해 연결되기 때문에 연결장치에 의한 지속적인 마찰이 발생되어 회전력을 감소시키는 요인으로 작용한다.

따라서, 주모터는 초기에만 작동하여 회전축 회전이 이루어지게 하고, 일정속도에 도달할 시에는 비접촉방식의 보조모터에 의해 동력을 전달받아 회전축의 회전을 유지시킬 수 있는 구조가 필요하다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개략구성도이다.

참조한 바와같이 본 발명에 따른 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치(10)는, 동력을 제공하는 주모터(21)와, 상기 주모터로부터 동력을 전달받아 회전하고 축설된 제1가력부(33)에 의해 회전력을 증가시키는 회전축(30)과, 증가된 회전력을 전달받아 사용처로 동력을 제공하여 구동하는 출력축(40)과, 회전축의 제1가력부에 자력을 전달하여 회전력을 추가시키는 보조회전축(50)과, 상기 보조회전축을 구동시키는 보조모터(60);를 포함하여 구성된다.

상기 주모터(21)는, 전동모터 특히 AC전동모터를 사용하여 큰 동력을 제공하게 하는 것이 바람직하다. 주모터 단독일 경우 모터축을 입력축으로 하거나, 감속기가 장착 또는 연결된 주모터의 경우 감속기 축을 입력축으로 할 수 있다. 주모터(21)와 연결된 입력축(20)에는 제1풀리(22)가 설치된다.

상기 회전축(30)은, 지지프레임에 베어링결합되어 지지되며 일측 단부측에는 제1풀리(22)와 벨트로 연결된 제2풀리(31)가 설치된다. 상기 제2풀리(31)는 제1풀리보다 큰 직경으로 형성하여 회전력인 토크를 증가하여 전달받도록 하는 것이 바람직하다.

또한 회전축의 다른 단부측에는 제3풀리(32)가 설치되어 출력축(40)으로 벨트연결되어 동력전달이 이루어지게 한다.

상기 제2풀리(31)와 제3풀리(32) 사이에는 제1가력부(33)가 설치되어 입력축에서 전달받은 동력을 증가시켜 출력축으로 전달되게 한다. 여기서 상기 제2풀리와 제3풀리를 회전축의 일측방향에 설치하고 다른 방향으로 제1가력부가 설치되어 회전력을 증가시키게 할 수 있다.

상기 제1가력부(33)는 도 3a와 도 3b를 참조한 바와같이 회전축(30)에 결합되는 플리이휠의 외주면을 덮는 중력커버가 장착된 중력휠(34)을 구비하여 회전시 회전축의 근거리보다 원거리의 중량을 증가시켜 원심력이 크게 작용하여 회전력을 증가시키게 한 구조이다.

상기 중력휠(34)의 외주면에는 중력바(35)가 이격 배치된다. 상기 중력바는 중력휠 외주면에서 회전축의 측면 외측방향으로 일정거리 이격되어 배치되고, 회전축을 중심으로 등각으로 다수 배치된다.

상기 중력바(35)는 납으로 제조될 수 있으며, 이외에 고중량을 제공할 수 있는 다양한 소재로 제조될 수 있으며, 축방향인 양단에는 제1영구자석(351)이 견고하게 결합되어 있다.

상기 중력바(35)는 회동프레임(36)에 의해 중력휠(34)에 회동가능하게 연결된다. 즉, 중력휠의 축방향 양측면에 각각 회동프레임을 회동가능하게 결합하고, 회동프레임의 양단이 중력바에 각각 결합되는 구조로 제공될 수 있다. 이외에 회동프레임(36)을 "ㄷ"자 형태로 형성하여 그 단부를 중력휠의 양측면 외측 가장자리에 회동가능하게 결합하고 꺾인 중간부분에 중력바를 장착하는 형태로 제공될 수 있다.

이와같은 구조를 갖는 제1가력부(33)는 중력휠(34) 회전시 원심력에 의해 중력바(35)가 회전축(30)에서 원거리 방향으로 방사상으로 이동되어 회전이 이루어지며, 회전축에서 이격거리가 증가된 만큼 원심력이 크게 작용하여 회전력을 높여 증가된 회전력(토크)을 출력축으로 전달되게 할 수 있다.

상기 출력축(40)은, 제4풀리(41)가 설치되어 회전축의 제3풀리(32)와 벨트로 체결된다. 상기 제4풀리는 제3풀리보다 작은 직경으로 형성하여 회전속도를 증가시켜 출력이 이루어지도록 한다. 상기 출력축에는 작업기계장치와 연결하여 동력을 최종적으로 제공하도록 하고, 일부 회전력은 발전기에 연결하여 발전이 이루어지게 할 수 있다.

상기 보조회전축(50)은, 외주면에 영구자석이 설치된 소직경회전휠(51)과 대직경회전휠(52)이 결합된다. 먼저 소직경회전휠(51)은 외주면에 제2영구자석(511)이 일정간격으로 설치된다. 상기 제2영구자석(511)은 제1가압부의 중력휠 외주면에 설치된 중력바(35)의 제1영구자석(351)과 대응되는 것으로, 제1영구자석과 반대극성 또는 동일극성을 갖도록 하여 자력의 인력 또는 척력을 이용하여 회전가속이 이루어지게 한 것이다.

이와같은 소직경회전휠(51)은 원심력에 의해 회전축으로부터 원거리로 이동되어 펼쳐진 중력바의 제1영구자석(351)이 회전되는 반경에 근접되어 배치가 이루어져 자력전달이 이루어지게 한다. 본 발명은 중력바(35)의 양단부에 각각 제1영구자석(351)이 설치됨으로 상기 소직경회전휠(51)도 양측 제1영구자석과 동일한 간격으로 2개 설치하여 회전이 이루어지게 한다. 물론 중력바에 제1영구자석이 1개 또는 다수개로 설치할 경우 각 제1영구자석에 대응하여 소직경회전휠을 설치해 제1영구자석과 소직경회전휠 외주면에 설치된 제2영구자석간의 자력이 발생되게 할 수 있다.

다음으로 상기 보조회전축에 축설되는 대직경회전휠(52)은 외주면을 따라 다수개의 제3영구자석(521)이 설치된다.

상기 대직경회전휠(52)과 소직경회전휠(51)은 중량을 가볍게 하기 위해 알루미늄재질로 형성하고, 중심과 외주면 사이는 다수개의 바퀴살로 연결하여 중량을 감소시켜 회전시 동력소모량을 최소화하였다.

상기 보조회전축(50)도 다른 축들과 마찬가지로 지지프레임에 베어링결합되어 위치가 고정되면서 회전이 이루어지게 한다.

상기 보조모터(60)는, 보조회전축 대직경회전휠(52)의 제3영구자석(521)과 대응되도록 외주면에 제4영구자석(611)이 일정간격으로 다수 설치된 보조디스크(61)가 축설된다. 상기 보조디스크(61)는 별도의 감속장치를 통해 보조모터로부터 동력을 전달받을 수 있다.

상기 보조모터(60)는 전동모터를 사용하며 바람직하게는 큰 출력은 제공할 수 없으나 회전제어가 용이한 DC모터를 사용하여 제어를 통해서 출력을 조절해 보조디스크의 회전을 최적화할 수 있다.

여기서 상기 제1 내지 제4영구자석은 각각 중력바 또는 소직경회전휠 또는 대직경회전휠 또는 보조디스크에 나사결합되거나 기타 공지된 다양한 결합장치를 이용하여 고속회전에 의해 탈거되지 않도록 견고하게 결합하는 것이 바람직하다.

또한, 보조회전축(50)은 보조디스크(61)의 직경보다 대직경회전휠(52)의 직경을 더 크게 형성하여 보조모터로부터 회전속도는 감소되지만 회전력을 증가시켜 전달받고, 증가된 회전력은 소직경회전휠(51)을 통해서 중력휠(34)로 전달한다. 본 발명과 같이 대직경회전휠과 소직경회전휠을 통해서 중력휠로 보조동력을 전달하면 보조모터의 보조디스크에서 직접 중력휠로 전달되는 동력보다 회전력을 증가시킬 수 있고, 이는 중력휠를 당기거나 미는 힘을 증가시켜 보조모터의 힘만으로 중력휠의 구동이 가능하게 할 수 있다.

상기한 바와같이 구성된 본 발명의 동력보조장치(10)는, 중력휠(34)의 제1영구자석(351)과 이에 대응되는 소직경회전휠(51)의 제2영구자석(511), 대직경회전휠(52)의 제3영구자석(521)과 이에 대응되는 보조디스크(61)의 제4영구자석(611)은 서로 반대극성으로 구성하여 두 대응되는 부재가 근접된 지점 통과시 선행되어 통과되는 영구자석이 후행되어 통과되는 영구자석을 당기는 인력이 작용되어 비접촉된 두 부재간 회전력 전달이 이루어지게 할 수 있다.

도 4a를 참조하여 설명하면, 소직경회전휠의 제2영구자석(511)은 다수개가 원주방향으로 배치되어 시계방향으로 회전하고, 중력바의 제1영구자석(351)은 반시계방향으로 회전하며, 두 부재를 일지점에서 근접되어 자력전달이 이루어지도록 한다.

두 부재의 근접위치에는 회전되는 제2영구자석(511)들 사이에 제1영구자석(351)이 배치되면서 근접통과가 이루어진다. 이때 보조회전축(50)의 회전속도를 조절하면 근접위치를 통과하는 제1영구자석(351)을 전열 제2영구자석(511a)과 후열 제1영구자석(511b) 중 어느 일측으로 편향되도록 하여 근접통과가 이루어지게 하고, 근접된 두 영구자석간에 자력이 발생되어 서로의 회전에 영향을 미치게 된다.

따라서 상술한 바와같이 제1영구자석(351)과 제2영구자석(511)을 반대극성으로 형성하면 편향배치에 의한 근접된 두 영구자석은 인력이 작용하게 된다. 여기서 본 발명은 보조모터(60)로부터 동력을 직접 전달받지 않고 대직경회전휠을 통해서 감속시켜 회전력을 증가하였으므로 제2영구자석(511)이 제1영구자석(351)에 끌려가지 않고 당기게되어 제1영구자석의 회전을 가속시킬 수 있다.

동일하게 제3영구자석(521)과 제4영구자석(611)도 반대극성에 의해 인력이 작용하는데 제4영구자석(611)이 설치된 축은 보조모터에서 직접 동력을 전달받는 구동축에 해당하고 제3영구자석(521)이 설치된 보조회전축(50)은 종동축이므로 구동축에 장착된 제4영구자석(611)에 제3영구자석(521)이 당겨지는 인력에 의해 보조회전축(50) 회전이 이루어지게 한다.

도 4b와 같이 영구자석이 동일극성으로 설치된 경우에는, 전열 제2영구자석(511a)과 후열 제2영구자석(511b) 사이에 배치되는 제1영구자석(351)과, 전열 제4영구자석(611a)과 후열 제4영구자석(611b) 사이에 배치되는 제3영구자석(521)을 후열 제2영구자석(511b)과 후열제4영구자석(611b)으로 편향되게 배치하게 속도를 조절한다.

이때에는 후행되어 회전하는 후열 제2영구자석(511b)과 후열 제4영구자석(611b)이 선행되어 회전하는 근접된 제1영구자석(351)과 제3영구자석(521)을 회전방향으로 미는 척력이 작용되어 보조모터의 동력을 보조회전축(50)으로 전달하고, 보조회전축의 회전을 중력휠에 전달하여 회전이 가속되게 할 수 있다. 여기서 소직경회전휠과 중력휠 과의 관계에서는 소직경회전휠의 토크가 크기 때문에 소직경회전휠의 제2영구자석이 중력휠측의 제1영구자석에 밀리지 않고 생성된 동력을 전달할 수 있다.

도 5a와 도 5b를 참조한 바와같이 본 발명의 제1풀리(22) 또는 제2풀리(31)에는 클러치베어링(22a,31a)으로 입력축(20) 또는 회전축(30)에 연결하여 필요에 따라서 연결을 단속하게 할 수 있다.

즉 본 발명의 동력보조장치(10)는 초기에는 주모터(21)를 이용하여 중력휠(34)을 회전시키고, 보조모터(60)는 중력휠의 회전력을 가속시키는 기능으로 작용하고, 중력휠의 회전이 정상궤도에 오르게되면 주모터(21)를 정지시키고 보조모터(60)만으로 중력휠(34)을 회전시켜 구동이 이루어지게 한다.

이때 보조모터(60)로만 중력휠(34)을 회전시킬 때에는 주모터(21)를 연결하는 라인은 저항으로 작용하게 되어 출력축의 출력을 저하시킨다. 따라서 제1풀리(22)와 입력축(20)의 연결 또는 제2풀리(31)와 회전축(30)의 연결을 클러치베어링(22a,31a)으로 분리되도록 구성하여 주모터의 작동이 멈출 때 클러치베어링으로 연결을 분리하여 출력손실을 최소화할 수 있다.

본 발명은 제어장치를 통해서 상기 주모터(21) 구동과 클러치베어링(22a,31a) 연결이 이루어지게 할 수 있다. 예컨대, 상기 중력휠(34)에 속도감지센서를 장착하여 중력휠의 속도가 일정속도 저하될 때에는 주모터를 구동시키면서 클러치베어링을 연결하여 주모터의 동력이 중력휠에 전달하여 구동이 이루어지게 하고, 일정속도에 도달할 때에는 클러치베어링을 분리하고 주모터를 정지시킬 수 있다.

상기 제어장치는 상술한 바와같이 보조모터의 속도 제어도 이루어지게 할 수 있다. 예컨대 출력축의 출력을 체크하면서 보조모터의 속도를 가변시켜 최대출력이 나타나는 속도를 실시간으로 찾도록 자동조정되게 할 수 있다.

또한 본 발명은 도 6을 참조한 바와같이 상기 제1풀리(22)와 제2풀리(31)를 연결하는 벨트에는 텐션베어링(23)을 더 설치하여 벨트의 장력을 조절하여 동력전달이 원활하게 이루어지게 할 수 있다.

도 7을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 동력보조장치(10)는, 주모터의 동력을 전달받는 제2풀리(31)를 회전축(30) 중심에 배치하고, 제2풀리를 중심으로 양측으로 제1가력부(33)를 각각 설치하고, 각 제1가력부에는 보조모터(60)에 의해 회전되는 보조회전축(50)이 대응되도록 설치될 수 있다.

따라서, 상기 회전축(30)에는 제2풀리(31)를 중심으로 양측으로 대칭되도록 제1가력부(33)와 보조회전축(50), 소직경회전휠(51), 대직경회전휠(52), 보조디스크(61) 및 보조모터(60)를 설치하여 출력이 이루어지게 할 수 있다. 여기서 상기 보조회전축(50)은 1개로 구성하여 2개의 제1가력부에 대응되는 다수개의 소직경회전휠을 장착하는 구조로 제공할 수 있다.

이와같은 구성에서는 2개의 제1가력부(33)를 통해서 회전축(30)의 회전을 증가시켜 출력하거나, 회전축 양측으로 출력축을 각각 연결하여 2방향으로의 출력이 이루어지게 할 수 있다.

도 8을 참조한 바와같이 출력축(40)에는 제2가력부(72)가 더 설치될 수 있다.

상기 출력축(40)에는 제5풀리(42)가 더 설치되고, 제5풀리와 벨트 연결된 제6풀리(71)가 가력축(70)에 설치되어 서로 대응하여 회전이 이루어진다. 이때 제5풀리의 직경을 제6풀리보다 크게 형성하여 제6풀리(71)의 회전속도를 감속시켜 회전력을 증대시킬 수 있고, 증대된 회전력으로 출력축(40)을 가속시킬 수 있다.

상기 가력축(70)은 회전을 발생시키기 위해 하나 또는 다수개의 제2가력부(72)가 결합된다. 상기 제2가력부(72)는 지지프레임에 고정되는 실린더(73)를 구비한다. 상기 실린더는 하부가 개방되는 원통체로 내부 상단에는 전자석(77)이 내장되어 제어장치에 의해 전원을 단속시켜 전자석의 자성을 발생하거나 제거하게 한다.

상기 실린더 내부에는 상하로 이동되는 피스톤(74)이 설치되며, 상기 피스톤의 상단에는 제5영구자석(741)을 배치시켜 전자석(77)이 전원 공급여부에 따라 자성을 발생시키면 이에 제5영구자석이 대응하여 피스톤을 실린더 축방향으로 밀림 또는 당김이 이루어지게 한다.

상기 피스톤(74) 저면에는 커넥팅로드(75) 상단이 회동 가능하게 결합되고, 커넥팅로드(75) 하단은 가력축(70)과 동축상으로 설치된 크랭크축(76)에 연결되어 상하운동을 회전운동으로 전환하게 한다.

따라서 제2가력부(72)에 의해 회전력을 추가로 출력축에 전달함으로써 출력되는 동력세기를 증가시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 동력전달장치는, 초기에만 접촉방식의 주모터와 비접촉방식의 보조모터를 통해 동력을 전달받아 출력이 이루어지도록 하고 중력휠의 정상 회전시에는 접촉방식의 주모터를 차단하고 비접촉방식의 보조모터를 통해서만 동력을 전달하여 출력이 이루어지게 하여 동력전달과정에서의 동력손실을 최소화하면서 연속적인 출력이 가능하게 되었다.

특히 보조모터에 의해 회전되는 보조회전축의 회전력을 증가시켜 중력휠과 자력이 발생되었을 때 보조회전축이 주체가 되어 인력 또는 척력을 발생시켜 중력휠을 가속시킬 수 있는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

10 : 동력보조장치
20 : 입력축
21: 주모터 22 : 제1풀리
22a : 클러치베어링 23 : 텐션베어링
30 : 회전축
31 : 제2풀리 31a : 클러치베어링
32 : 제3풀리 33 : 제1가력부
34 : 중력휠 35 : 중력바
36 : 회동프레임 351 : 제1영구자석
40 : 출력축
41 : 제4풀리 42 : 제5풀리
50 : 보조회전축
51 : 소직경회전휠 52 : 대직경회전췰
511 : 제2영구자석 521 : 제3영구자석
60 : 보조모터
61 : 보조디스크 611 : 제4영구자석
70 : 가력축
71 : 제6풀리 72 : 제2가력부
73 : 실린더 74 : 피스톤
75 : 커넥팅로드 76 : 크랭크축
77 : 전자석 741 : 제5영구자석
110 : 동력보조장치
120 : 입력축
130 : 회전축
140 : 출력축
150 : 제1가력부
151 : 중력휠 152 : 중력바
153 : 제1영구자석 154 : 회동프레임
160 : 보조모터
161 : 보조디스크 162 : 보조영구자석
180 : 지지프레임

Claims

플라이휠 외주면에 장착된 중력커버가 장착된 중력휠(34)과, 상기 중력휠의 외주 면에 축 방향으로 일정간격 배치되고 양 측면에 제1영구자석(351)이 구비된 다수개의 중력바(35)와, 상기 중력바를 중력커버에 회동가능하게 결합하는 회동프레임(36)으로 구성된 제1가력부(33)를 이용하여 동력을 전달하는 자기자력 동력보조장치에 있어서,
입력축(20)에 장착된 제1풀리(22)로 동력을 전달하는 주모터(21)와;
상기 제1풀리보다 큰 직경을 갖는 제2풀리(31)가 설치되어 제1풀리와 벨트결합으로 동력을 전달받아 회전하고, 회전을 가속하는 제1가력부(33)와 제3풀리(32)가 설치된 회전축(30)과;
상기 제3풀리 보다 작은 직경을 갖는 제4풀리(41)가 설치되고 제3풀리와 벨트결합으로 증속된 회전력을 전달받아 발전기나 기계장치를 회전시키는 출력축(40)과;
상기 회전축에 결합된 제1가력부의 중력바(35) 회전반경과 근접된 부분에 배치되고 제1영구자석과 대응되는 제2영구자석(511)이 외주면에 다수 설치되어 자력을 전달하는 소직경회전횔(51)이 축설되고, 외주면에 다수개의 제3영구자석(521)이 설치된 대직경회전휠(52)이 축설된 보조회전축(50)과;
상기 대직경회전휠의 외주면에 근접된 부분에 비치고 제3영구자석과 대응되는 제4영구자석(611)이 외주면에 다수 설치되어 자력을 전달하는 보조디스크(61)가 설치된 보조모터(60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 제1풀리(22)와 입력축(20) 또는 제2풀리(31)와 회전축(30)은, 클러치베어링(22a,31a)에 의해 연결되어 주 모터의 동력전달을 단속하게 한 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 제1풀리(22)와 제2풀리(31)를 연결하는 벨트에는, 텐션베어링(23)이 더 설치되어 텐션베어링에 의해 벨트장력이 유지되게 한 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 제1영구자석(351)과 이에 대응되는 제2영구자석(511) 및 제3영구자석과 이에 대응되는 제4영구자석(611)은 서로 반대극성으로 구성하고,
회전 시 상기 제1영구자석(351)은 전열 제2영구자석(511a)과 후열 제2영구자석(511b) 사이에 배치되어 회전하고, 상기 제3영구자석(521)은 전열 제4영구자석(611a)과 후열 제4영구자석(611b) 사이에 배치되어 회전하되, 제1영구자석(351)과 제3영구자석(521)은 회전되는 방향의 전열 제2영구자석(511a)과 전열 제4영구자석(611a) 측으로 편향되도록 배치하여 선행되어 회전하는 전열 제2영구자석(511a)과 전열 제4영구자석(611a)이 후행되어 회전하는 근접된 제1영구자석(351)과 제3영구자석(521)을 회전방향으로 당기는 인력이 작용되어 회전력 전달이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 제1영구자석(351)과 이에 대응되는 제2영구자석(511) 및 제3영구자석(521)과 이에 대응되는 제4영구자석(611)은 동일극성으로 구성하고,
회전시 상기 제1영구자석(351)은 전열 제2영구자석(511a)과 후열 제2영구자석(511b) 사이에 배치되어 회전하고, 상기 제3영구자석(521)은 전열 제4영구자석(611a)과 후열 제4영구자석(611b) 사이에 배치되어 회전하되, 제1영구자석과 제3영구자석은 회전되는 방향의 후열 제2영구자석과 후열 제4영구자석 측으로 편향되도록 배치하여 후행되어 회전하는 후열 제2영구자석(511b)과 후열 제4영구자석(611b)이 선행되어 회전하는 근접된 제1영구자석(351)과 제3영구자석(521)을 회전방향으로 미는 척력이 작용되어 회전력 전달이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 소직경회전휠(51)은 중력바(35) 양단부의 각 제1영구자석(351)에 대응하도록 2개로 구비하여 보조회전축(50)에 결합되는 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 회전축(30)에는 제2풀리(31)를 중심으로 양측으로 대칭되도록 제1가력부(33)와 보조회전축(50), 소직경회전휠(51), 대직경회전휠(52), 보조디스크(61) 및 보조모터(60)를 설치하여 출력이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 출력축(40)에는 제5풀리(42)가 더 설치되고,
상기 제5풀리는 가력 축(70)에 설치된 제6풀리(71)와 벨트 연결되어 회전력을 전달하고,
가력 축(70)에는 제2가력부(72)가 설치되어 회전력을 가속시키되,
상기 제2가력부(72)는 내부 상단에 전자석(77)이 내장되어 외부전류에 의해 자성이 부여되고 지지프레임에 고정되는 실린더(73)와, 상기 실린더 내에서 상하 이동되고 상단에 제5영구자석(741)이 설치된 피스톤(74)과, 피스톤과 커넥팅로드(75)로 연결되어 피스톤의 상하운동을 회전력으로 변화시키는 크랭크축(76);으로 구성되어 회전력 가속이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 영구자석의 자력을 이용한 자기자력 동력보조장치.