KR20230025237A - 실험용 비접촉식 기어 장치 - Google Patents

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Abstract

자석을 이용하여 비접촉식으로 구동되는 실험용 기어 장치를 제공한다. 실험용 기어 장치는 i) 상호 이격되고 그 제1 중심에 제1 개구부가 형성된 한 쌍의 제1 패널들, ii) 한 쌍의 제1 패널들와 비접촉식으로 이웃하고, 그 제2 중심에 제2 개구부가 형성된 한 쌍의 제2 패널들, iii) 제1 개구부를 통과하여 한 쌍의 제1 패널들과 고정되는 제1 로드, iv) 제2 개구부를 통과하여 한 쌍의 제2 패널들과 고정되는 제2 로드, v) 한 쌍의 제1 패널들을 사이에 두고 제1 로드의 양측에 각각 고정되는 한 쌍의 제1 베어링들, 및 vii) 한 쌍의 제2 패널들을 사이에 두고 제2 로드의 양측에 각각 고정되는 한 쌍의 제2 베어링들을 포함한다. 한 쌍의 제1 패널들 및 한 쌍의 제2 패널들은 각각 i) 제1 개구부 및 제2 개구부가 각각 형성된 중심부, 및 ii) 중심부의 가장자리에 원주 방향으로 돌출되어 형성되고 상호 이격되며, 자석 고정용 홈이 형성된 복수의 톱니부들을 포함한다. 실험용 비접촉 기어 장치는 자석 고정용 홈에 고정되는 자석을 더 포함한다.

Description

실험용 비접촉식 기어 장치 {NON-CONTACT GEAR DEVICE FOR EXPERIMENT}
본 발명은 실험용 비접촉식 기어 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자석을 이용하여 비접촉식으로 구동되는 실험용 기어 장치에 관한 것이다.
기어는 다수의 축들에 회전력이나 동력을 전달하기 위한 톱니 바퀴 모양의 동력 전달용 기계 부품이다. 다양한 형태의 기어들이 존재히고, 기어는 동력 전달을 위해 다양한 장치들에 사용된다.
한편, 기어는 상호 맞물려서 작동하므로, 그 표면의 마모가 심하다. 따라서 기어의 수명이 길지 못한 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 기어 표면에 기름을 치거나 오일 함유 금속을 기어 소재로서 사용하기도 한다.
한국등록특허 제633,305호
실험용 비접촉식 기어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실험용 비접촉식 기어 장치는 i) 상호 이격되고 그 제1 중심에 제1 개구부가 형성된 한 쌍의 제1 패널들, ii) 한 쌍의 제1 패널들와 비접촉식으로 이웃하고, 그 제2 중심에 제2 개구부가 형성된 한 쌍의 제2 패널들, iii) 제1 개구부를 통과하여 한 쌍의 제1 패널들과 고정되는 제1 로드, iv) 제2 개구부를 통과하여 한 쌍의 제2 패널들과 고정되는 제2 로드, v) 한 쌍의 제1 패널들을 사이에 두고 제1 로드의 양측에 각각 고정되는 한 쌍의 제1 베어링들, 및 vii) 한 쌍의 제2 패널들을 사이에 두고 제2 로드의 양측에 각각 고정되는 한 쌍의 제2 베어링들을 포함한다. 한 쌍의 제1 패널들 및 한 쌍의 제2 패널들은 각각 i) 제1 개구부 및 제2 개구부가 각각 형성된 중심부, 및 ii) 중심부의 가장자리에 원주 방향으로 돌출되어 형성되고 상호 이격되며, 자석 고정용 홈이 형성된 복수의 톱니부들을 포함한다. 실험용 비접촉 기어 장치는 자석 고정용 홈에 고정되는 자석을 더 포함한다.
자석은 네오디뮴(Nd)을 포함하고, 자석의 자력은 3000 가우스(Gauss) 내지 8000 가우스이며, 한 쌍의 제1 패널들의 복수의 톱니부들과 한 쌍의 제2 패널들의 복수의 톱니부들은 수평 방향으로 상호 이격되고, 이격 거리들 중 최소 이격 거리는 2mm 내지 10mm일 수 있다. 한 쌍의 제1 패널들이 회전하는 경우, 한 쌍의 제1 패널들에 고정된 자석과 한 쌍의 제2 패널들에 고정된 자석간의 인력에 의해 한 쌍의 제2 패널들이 회전하도록 적용될 수 있다.
자석의 자력은 1000 가우스 이상 3000 가우스 미만이고, 한 쌍의 제1 패널들의 복수의 톱니부들과 한 쌍의 제2 패널들의 복수의 톱니부들이 상호 오프셋 배열될 수 있다. 한 쌍의 제1 패널들이 회전하는 경우, 한 쌍의 제1 패널들에 고정된 자석과 한 쌍의 제2 패널들에 고정된 자석간의 척력에 의해 한 쌍의 제2 패널들이 회전하도록 적용될 수 있다.
복수의 톱니부들은, i) 중심부로부터 멀어질수록 점차 가까워지는 한 쌍의 측부들, ii) 중심부로부터 가장 멀리 위치한 상부, 및 iii) 한 쌍의 측부들과 상부를 상호 연결하는 한 쌍의 모따기부들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실험용 비접촉식 기어 장치는 i) 제1 로드 또는 제2 로드에 감기는 줄, 및 ii) 감기는 줄과 연결된 추를 더 포함할 수 있다. 추의 낙하 운동에 따라 줄이 풀리면서 제1 로드에 회전력을 부여하도록 적용될 수 있다.
자석을 이용해 비접촉식으로 구동되는 기어 장치를 제조할 수 있어서 기어의 마모 현상을 방지할 수 있다. 본 실험용 비접촉식 기어 장치를 통하여 기어의 작동 원리를 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 조립이 간편하므로, 실험 키트 형태로 판매할 수 있다. 본 실험용 비접촉식 기어 장치를 이용하여 에너지 손실을 최소화하면서 위치 에너지를 회전 구동 에너지로 전환할 수 있어서 다양한 장치들에 응용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험용 비접촉식 기어 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 기어의 개략적인 분해도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1의 실험용 비접촉식 기어 장치의 다양한 작동 모드들의 개략적인 도면이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실험예에 따른 실험용 비접촉식 기어 장치의 실험 사진들이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험용 비접촉 기어 장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 실험용 비접촉 기어 장치(100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 이를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 실험용 비접촉 기어 장치(100)는 기어들(10, 20), 로드들(14, 24), 자석들(12) 및 베어링들(16, 26)을 포함한다. 이외에, 실험용 비접촉 기어 장치(100)는 줄(30)과 추(40)를 포함한다. 실험용 비접촉 기어 장치(100)는 필요에 따라 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면 기어들(10, 20)을 고정시키는 지지대 등을 더 포함할 수 있다.
기어들(10, 20)은 패널들(101, 103, 121, 123) 및 자석들(12)을 포함한다. 패널들(101, 103, 121, 123)은 상호 비접촉식으로 y축 방향을 따라 이웃하는 제1 패널들(101, 103)과 제2 패널들(121, 123)을 포함한다. 패널들(101, 103, 121, 123)은 비자성 소재로 제조한다. 예를 들면, 비철 금속 또는 수지 등으로 제조할 수 있다. 기어들(10, 20)이 자석들(12)에 의한 자력으로 회전하기 때문에 자석들(12)에 의한 영향을 최소화하기 위해 비자성 소재로 제조한다.
제1 패널들(101, 103)은 x축 방향으로 상호 이격된다. 따라서 강한 자력을 가지는 자석들(12)을 제1 패널들(101, 103)의 사이에 끼워서 안정적으로 고정할 수 있다. 이는 제2 패널들(121, 123)에도 동일하게 적용된다.
제1 패널(101)은 톱니부들(1011)과 중심부(1013)를 포함한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 또다른 제1 패널(103)도 동일한 구조로 형성된다. 제2 패널(121)도 톱니부들(1211)과 중심부(1213)를 포함한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 또다른 제2 패널(123)도 동일한 구조로 형성된다. 제1 패널들(101, 103)과 제2 패널들(121, 123)은 이외에 필요에 따라 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 중심부(1013)와 중심부(1213)에는 각각 개구부들(1013a, 1213a)이 형성된다. 개구부들(1013a, 1213a)은 중심부들(1013, 1213)의 중심에 위치하여 기어들(10, 20)의 회전시 편심되지 않도록 한다.
톱니부들(1011, 1211)은 각각 중심부들(1013, 1213)의 가장자리에 원주 방향으로 돌출되어 형성된다. 톱니부들(1011, 1211)은 중심부들(1013, 1213)의 가장자리를 따라 상호 이격된다. 도 1에는 톱니부들(1011, 1211)의 수를 7개로 하였지만 이보다 적게 형성하거나 이보다 많이 형성해도 무방하다. 톱니부들(1011, 1211)에는 자석 고정용 홈들(1011a, 1213a)이 형성된다. 자석 고정용 홈들(1011a, 1213a)에 자석들(12)을 넣어서 고정한다. 자석 고정용 홈들(1011a, 1213a)은 원주 방향보다는 방사 방향으로 좀더 길게 형성된다. 따라서 원형의 자석들(12)을 자석 고정용 홈들(1011a, 1213a)에 끼워서 견고하게 고정할 수 있다.
한편, 도 1에는 도시하지 않았지만 이와는 달리, 제1 패널들(101, 103) 및 제2 패널들(121, 123)과 같이 한 쌍의 패널들을 사용하지 않고, 하나의 패널만 사용하여 자석들(12)을 고정할 수도 있다. 또한, 도 1에는 제1 패널들(101, 103) 및 제2 패널들(121, 123)을 상호 이격시켰지만, 이들을 이격시키지 않고 합체하여 사용할 수도 있다.
로드들(14, 24)은 제1 로드(14) 및 제2 로드(24)를 포함한다. 제1 로드(14) 및 제2 로드(24)는 원통형으로 형성된다. 제1 로드(14)는 제1 개구부(1013a)를 통과하여 한 쌍의 제1 패널들(101, 103)과 고정된다. 또한, 제2 로드(24)는 제2 개구부(1213a)를 통과하여 한 쌍의 제2 패널들(121, 123)과 고정된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 제1 베어링들(16)은 한 쌍의 제1 패널들(101, 103)을 사이에 두고 x축 방향을 따라 제1 로드(14)의 양측에 각각 고정된다. 또한, 한 쌍의 제2 베어링들(26)도 한 쌍의 제2 패널들(121, 123)을 사이에 두고 x축 방향을 따라 제2 로드(24)의 양측에 각각 고정된다. 베어링들(16, 26)로서 볼베어링을 사용할 수 있다. 베어링들(16, 26)을 각각 지지대로 받친 후에 기어들(10, 20)이 상호 비접촉식으로 자석들(12)의 자력에 의해 회전하면서 로드들(14, 24)도 함께 회전한다. 이 경우, 베어링들(16, 26)을 이용해 로드들(14, 24)을 원활하게 회전시킬 수 있다.
한편 기어들(10, 12)에 회전력을 생성하기 위해 로드들(12, 14) 중 어느 한 로드에 줄(30)을 감아 고정할 수 있다. 도 1에는 예시로서 제2 로드(14)에 줄(30)을 감은 상태를 나타낸다. 이와는 달리, 제1 로드(12)에 줄(30)을 감을 수도 있다. 그리고 추(40)를 줄(30)에 연결한다. 따라서 줄(30)을 감고 추(40)를 놓으면, 중력에 의해 추(40)가 낙하하고 줄(30)이 풀리면서 제2 로드(14)를 회전시키면서 제2 기어(20)가 회전한다. 그리고 자석들(12)의 자력에 의해 비접촉식으로 제1 기어(10)도 회전시킨다. 도 1에는 기어들(10, 20)에 회전력을 부여하는 수단으로서 추(40)를 도시하였지만, 풍력 등 다른 신재생에너지를 사용하여 회전력을 부여할 수도 있다.
도 2는 도 1의 기어(10)를 분해하여 개략적으로 나타낸다. 도 2의 기어(10)의 분해 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 기어(10)의 구조를 다른 형태로 할 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기어(10)는 한 쌍의 제1 패널들(101, 103)을 포함한다. 한 쌍의 제1 패널들(101, 103) 사이에는 지지링(50)이 위치하여 한 쌍의 제1 패널들(101, 103)이 상호 이격되도록 지지한다. 도 2에는 도시하지 않았지만, 제1 로드(14)(도 1에 도시)는 지지링(50)을 관통하여 지지링(50)을 고정시킨다. 7개의 자석들(12)은 각각 자석 고정용 홈들(1011a, 1031a)에 x축 방향을 따라 앞뒤로 끼워져서 고정된다. 자석들(12)의 자력이 강하기 때문에 이러한 방법으로 자석들(12)을 견고하게 고정시킬 수 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 통하여 실험용 비접촉식 기어 장치(100)의 작동 모드를 설명한다.
도 3은 도 1의 실험용 비접촉식 기어 장치(100)의 제1 작동 모드를 개략적으로 나타낸다. 즉, 도 3은 기어들(10, 20)을 y축 방향으로 상호 이격시켜서 비접촉식으로 작동시키는 상태를 나타낸다.
도 3의 제1 작동 모드에서는 자석들(12)은 네오디뮴(Nd)을 포함한다. 네오디뮴(Nd)을 포함하는 자석은 강한 자성을 나타낸다. 자석들(12)의 자력은 3000 가우스(Gauss) 내지 8000 가우스일 수 있다. 이 경우, 자석들(12)의 자력이 너무 강하기 때문에 기어들(10, 12)을 상호 중첩시켜 배치하는 경우, 자석들(12) 간의 강한 자성으로 인해 설치 자체가 어렵다. 따라서 기어들(10, 20)을 y축 방향, 즉 수평 방향으로 상호 이격시킨다. 이 경우, 기어들(10, 20)의 최소 이격 거리(d)는 2mm 내지 10mm일 수 있다. 최소 이격 거리(d)는 다수의 기어들(10, 20)의 이격 거리 중에서 상호 가장 인접한 톱니부들 사이의 거리를 의미한다. 최소 이격 거리(d)가 너무 작은 경우, 톱니부들간의 거리가 너무 작아서 자력에 의해 톱니부들이 붙을 수 있다. 또한, 최소 이격 거리(d)가 너무 큰 경우, 기어들(10, 20)의 자력이 서로 미치지 않아 상호 회전이 어려울 수 있다. 따라서 최소 이격 거리(d)를 전술한 범위로 유지한다. 한편, 자석들(12)의 자력이 너무 강한 경우, 자석들(12)간의 인력으로 인해 톱니부들간에 비접촉 상태를 유지하기 어렵다. 또한, 자석들(12)의 자력이 너무 약한 경우, 기어들(10, 20)을 이격시킨 상태에서 구동이 어려울 수 있다. 따라서 자석들(12)의 자력을 전술한 범위로 유지한다.
한편, 톱니부(1011)는 한 쌍의 측부들(1011b), 상부(1011c), 및 한 쌍의 모따기부들(1011d)을 포함한다. 톱니부(1011)의 형상은 상호 인접하여 회전하는 다른 톱니부와 접촉하지 않는 형상을 가진다. 한 쌍의 측부들(1011b)은 중심부(1013)로부터 멀어질수록 점차 가까워진다. 한 쌍의 모따기부들(1011d)은 한 쌍의 측부들(1011b)과 상부(1011c)를 상호 연결한다. 상부(1011c)는 중심부(1013)로부터 가장 멀리 위치한다. 톱니부(1011)의 가장자리가 모따기 형상으로 형성되므로, 기어(10)가 회전시 인접하는 기어(20)의 톱니부와의 접촉을 방지할 수 있다.
기어(10)가 회전하는 경우, 즉 한 쌍의 제1 패널들(101, 103)이 제2 로드(14)를 축으로 화살표 방향으로 회전하는 경우, 여기에 고정된 자석(12)과 한 쌍의 제2 패널들(121, 123)에 고정된 자석(12)간의 인력에 의해 기어(20), 즉 한 쌍의 제2 패널들(121, 123)이 제2 로드(24)를 축으로 화살표 방향으로 회전한다. 따라서 비접촉식으로 회전하는 실험용 비접촉 기어 장치(100)(도 1에 도시)를 구현할 수 있다.
도 4는 도 1의 실험용 비접촉식 기어 장치(100)의 제2 작동 모드를 개략적으로 나타낸다. 즉, 도 4는 기어들(10, 20)을 오프셋으로 배열, 즉 상호 겹치도록 하되 비접촉식으로 작동시키는 상태를 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제2 작동 모드에서는 제1 작동 모드와 달리 자석(22)의 자력이 상대적으로 약하다. 따라서 기어들(10, 20)을 z축 방향으로 상호 중첩되게 오프셋 배열하더라도 양자간의 비접촉 상태가 유지되면서 기어들(10, 20)이 각각 화살표 방향으로 회전한다.
자석(22)의 자력은 1000 가우스 이상 3000 가우스 미만이다. 예를 들면, 자석(22)은 페라이트를 함유할 수 있다. 자석들(22)의 자력이 너무 약한 경우, 기어들(10, 12)에 회전력을 부여하기 어렵다. 또한, 자석들(22)의 자력이 너무 강한 경우, 제2 작동 모드 상태로 작동시키기 어려울 수 있다. 따라서 자석들(22)의 자력을 전술한 범위로 유지한다. 한편, 기어들(10, 12)이 오프셋 배열되므로, 자석들(22)간의 거리가 가까워지면서 상호간에 척력이 작용한다. 그 결과, 한 쌍의 제1 패널들(101, 103)이 제1 로드(14)를 축으로 화살표 방향으로 회전하는 경우, 여기에 고정된 자석(12)과 한 쌍의 제2 패널들(121, 123)에 고정된 자석(12)간의 척력에 의해 기어(20), 즉 한 쌍의 제2 패널들(121, 123)이 제2 로드(24)를 축으로 화살표 방향으로 회전한다. 따라서 비접촉식으로 회전하는 실험용 비접촉 기어 장치(100)(도 1에 도시)를 구현할 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
도 5는 본 발명의 실험예에 따라 설계한 기어의 사진이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 우드기어(www.woodgears.ca) 프로그램을 사용하여 기어를 설계하였다. 기어의 톱니부의 수는 7개였고, 톱니부간의 간격은 24mm이었다.
설계된 기어 도면을 인쇄해 포맥스(fomex)에 붙인 후 이를 절단해 패널들을 제작하였다. 포맥스의 크기는 210mm x 297mm x 3mm이었다. 그리고 절단한 패널들의 중심에 로드를 끼우기 위해 개구부를 형성하였다. 제작한 패널들에 자석을 끼워 기어를 제작하고 이를 로드에 끼웠다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제작한 실험용 비접촉 기어 장치의 사진이다. 도 6에는 아직 베어링을 장착하지 않은 상태를 나타낸다.
베어링을 로드에 끼운 후 스탠드 위에 집게로 베어링을 고정하여 도 1의 실험용 비접촉 기어 장치를 제작하였다. 이 경우 추의 무게는 200g이었다. 추의 낙하 거리는 120cm로 하였다.
실험예 1
네오디뮴(Nd) 자석을 사용하여 실험을 실시하였다. 기어들간의 거리는 10mm로 하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
도 7은 본 발명의 실험예 1에 따라 완성한 실험용 비접촉 기어 장치의 사진을 나타낸다. 여기서, 도 7은 제1 작동 모드의 실험용 비접촉 기어 장치를 나타낸다.
실험예 2
페라이트 자석을 사용하여 실험하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
도 8은 본 발명의 실험예 2에 따라 완성한 실험용 비접촉 기어 장치의 사진을 나타낸다. 여기서, 도 8은 제2 작동 모드의 실험용 비접촉 기어 장치를 나타낸다.
실험예 3
알니코(AlNiCo) 자석을 사용하여 실험하였다. 전술한 제2 작동 모드로 실험을 실시하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험 결과
추가 바닥에 낙하한 시간과 이 시간부터 기어가 회전을 멈출 때까지의 시간을 측정하였다. 이 과정을 각 실험예마다 4회씩 반복하였다. 그 실험 결과를 아래의 표 1에 나타낸다.
실험예 회수 추의 낙하시간 기어회전시간
실험예 1 1회 6.93초 14.56초
2회 6.70초 14.70초
3회 6.73호 15.47초
4회 7.00초 14.30초
평균 6.84초 14.75초
실험예 2 1회 7.13초 8.84초
2회 7.84초 8.71초
3회 8.32초 9.33초
4회 7.00초 8.48초
평균 7.57초 8.84초
실험예 3 1회 측정불가 측정불가
2회 측정불가 측정불가
3회 측정불가 측정불가
4회 측정불가 측정불가
평균 측정불가 측정불가
도 9는 실험예 1에 따른 실험용 비접촉 기어 장치에서의 실험 상태를 나타낸다. 실험예 1에서 기어들이 고속으로 회전하였다.
실험예 1에서는 네오디뮴(Nd) 자석의 강한 자력으로 인해 기어들이 상호 접촉하지 않은 상태에서도 상당히 고속으로 회전하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 실험예 1은 실험예 2에 비해 기어의 회전 시간이 거의 2배에 가깝게 유지되었다. 즉, 네오디뮴(Nd) 자석은 강한 자력 이외에도 완전한 기어의 비접촉 회전으로 인하여 마찰력이 전혀 작용하지 않았으므로 긴 회전 시간을 확보할 수 있었다. 또한, 네오디뮴(Nd) 자석이 페라이트 자석이나 알니코(AlNiCo) 자석보다 밀도면에서 더 높기 때문에 질량이 기어의 외측으로 분포된다. 질량이 외측에 분포할수록 기어의 관성이 커져서 회전 시간을 장시간 유지할 수 있었다.실험예 2의 경우, 실험예 1보다는 기어의 회전 시간이 적었다. 실험예 1과의 비교를 통해 기어의 회전 시간이 자석의 밀도와 자력에 비례한다는 것을 알 수 있었다.
실험예 3의 경우 알니코 자석의 자력이 너무 약하여 추에 의해 회전하는 기어의 회전력이 다른 기어에 잘 전달되지 못하여 추의 낙하시간과 기어회전시간의 측정이 불가능하였다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
전술한 실험용 비접촉식 기어 장치를 키트 형태로 만들 수 있다. 실험용 비접촉식 기어 장치를 간단하게 조립할 수 있으므로, 교육용 제품으로 활용할 수 있다.
10, 20. 기어
12, 22. 자석
14, 24. 로드
16, 26. 베어링
30. 줄
40. 추
50. 지지링
101, 103, 121, 123. 패널
1011, 1211. 톱니부
1011a, 1031a. 자석 고정용 홈
1011b. 측부
1011c. 상부
1011d. 모따기부
1013, 1213. 중심부
1013a, 1213a. 개구부
100. 실험용 비접촉 기어 장치
d. 최소 이격 거리

Claims (5)

  1. 상호 이격되고 그 제1 중심에 제1 개구부가 형성된 한 쌍의 제1 패널들,
    상기 한 쌍의 제1 패널들와 비접촉식으로 이웃하고, 그 제2 중심에 제2 개구부가 형성된 한 쌍의 제2 패널들,
    상기 제1 개구부를 통과하여 상기 한 쌍의 제1 패널들과 고정되는 제1 로드,
    상기 제2 개구부를 통과하여 상기 한 쌍의 제2 패널들과 고정되는 제2 로드,
    상기 한 쌍의 제1 패널들을 사이에 두고 상기 제1 로드의 양측에 각각 고정되는 한 쌍의 제1 베어링들, 및
    상기 한 쌍의 제2 패널들을 사이에 두고 상기 제2 로드의 양측에 각각 고정되는 한 쌍의 제2 베어링들
    을 포함하는 실험용 비접촉 기어 장치로서,
    상기 한 쌍의 제1 패널들 및 상기 한 쌍의 제2 패널들은 각각
    상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부가 각각 형성된 중심부, 및
    상기 중심부의 가장자리에 원주 방향으로 돌출되어 형성되고 상호 이격되며, 자석 고정용 홈이 형성된 복수의 톱니부들
    을 포함하며,
    상기 실험용 비접촉 기어 장치는 상기 자석 고정용 홈에 고정되는 자석을 더 포함하는 실험용 비접촉 기어 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 자석은 네오디뮴(Nd)을 포함하고, 상기 자석의 자력은 3000 가우스(Gauss) 내지 8000 가우스이며, 상기 한 쌍의 제1 패널들의 복수의 톱니부들과 상기 한 쌍의 제2 패널들의 복수의 톱니부들은 수평 방향으로 상호 이격되고, 상기 이격 거리들 중 최소 이격 거리는 2mm 내지 10mm이며,
    상기 한 쌍의 제1 패널들이 회전하는 경우, 상기 한 쌍의 제1 패널들에 고정된 상기 자석과 상기 한 쌍의 제2 패널들에 고정된 상기 자석간의 인력에 의해 상기 한 쌍의 제2 패널들이 회전하도록 적용된 실험용 비접촉 기어 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 자석의 자력은 1000 가우스 이상 3000 가우스 미만이고, 상기 한 쌍의 제1 패널들의 복수의 톱니부들과 상기 한 쌍의 제2 패널들의 복수의 톱니부들이 상호 오프셋 배열되며,
    상기 한 쌍의 제1 패널들이 회전하는 경우, 상기 한 쌍의 제1 패널들에 고정된 상기 자석과 상기 한 쌍의 제2 패널들에 고정된 상기 자석간의 척력에 의해 상기 한 쌍의 제2 패널들이 회전하도록 적용된 실험용 비접촉 기어 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 복수의 톱니부들은,
    상기 중심부로부터 멀어질수록 점차 가까워지는 한 쌍의 측부들,
    상기 중심부로부터 가장 멀리 위치한 상부, 및
    상기 한 쌍의 측부들과 상기 상부를 상호 연결하는 한 쌍의 모따기부들
    을 포함하는 실험용 비접촉 기어 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 로드 또는 상기 제2 로드에 감기는 줄, 및
    상기 감기는 줄과 연결된 추
    를 더 포함하고,
    상기 추의 낙하 운동에 따라 상기 줄이 풀리면서 상기 제1 로드에 회전력을 부여하도록 적용된 실험용 비접촉 기어 장치.
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