KR20170052902A

KR20170052902A - 자력 기어 시스템 및 이를 포함하는 구동 시스템

Info

Publication number: KR20170052902A
Application number: KR1020150154990A
Authority: KR
Inventors: 하추히로 모치이쭈키; 석송곤; 장문화; 석세명; 석영준
Original assignee: 석세명; 석영준
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-15
Also published as: WO2017078389A1

Abstract

자력 기어 시스템 및 이를 포함하는 구동 시스템이 제공된다. 상기 자력 기어 시스템은 제1 기어 컴포넌트; 및 상기 제1 기어 컴포넌트의 회전에 따라 회전할 수 있는 제2 기어 컴포넌트를 포함하되, 상기 제1 기어 컴포넌트는, 제1 부분과, 상기 제1 부분의 일측에 배치되는 제2 부분과, 상기 제1 부분의 타측에 배치되는 제3 부분을 포함하는 회전체와, 상기 제2 부분과 마주보는 제1 비회전체와, 상기 제1 비회전체에 배치되고, 제1 극성을 갖는 다수의 제1 자석 유닛과, 상기 제2 부분에 배치되고, 상기 제1 극성을 갖는 다수의 제2 자석 유닛과, 상기 제1 부분에 배치된 제1 자력 기어를 포함하되, 상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖고, 상기 제1 자력 기어는, 상기 제2 기어 컴포넌트의 제2 자력 기어와 기어 동작을 수행한다.

Description

자력 기어 시스템 및 이를 포함하는 구동 시스템{Magnetic gear system and driving system comprising the same}

본 발명은 영구자석을 이용한 자력 기어 시스템 및 이를 포함하는 구동 시스템에 관한 것이다.

자력 기어는 자석의 인력을 이용하여, 톱니가 맞물리지 않고 비접촉으로 회전 운동을 전달할 수 있다. 자력 기어는 비접촉으로 회전할 수 있기 때문에, 클린룸(clean room)에서 사용할 수 있고, 윤활유가 불필요하고, 마모 및 파손에 의한 교환도 불필요하다. 따라서, 상당히 오랫동안 유지보수 없이 자력 기어를 사용할 수 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 에너지 고효율화를 도모할 수 있는 자력 기어 시스템 및 이를 포함하는 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 에너지 고효율화를 도모할 수 있는 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자력 기어 시스템의 일 면(aspect)은 제1 기어 컴포넌트; 및 상기 제1 기어 컴포넌트의 회전에 따라 회전할 수 있는 제2 기어 컴포넌트를 포함하되, 상기 제1 기어 컴포넌트는, 제1 부분과, 상기 제1 부분의 일측에 배치되는 제2 부분과, 상기 제1 부분의 타측에 배치되는 제3 부분을 포함하는 회전체와, 상기 제2 부분과 마주보는 제1 비회전체와, 상기 제1 비회전체에 배치되고, 제1 극성을 갖는 다수의 제1 자석 유닛과, 상기 제2 부분에 배치되고, 상기 제1 극성을 갖는 다수의 제2 자석 유닛과, 상기 제1 부분에 배치된 제1 자력 기어를 포함하되, 상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖고, 상기 제1 자력 기어는, 상기 제2 기어 컴포넌트의 제2 자력 기어와 기어 동작을 수행한다.

상기 제1 자력 기어 및 상기 제2 자력 기어는 균형 자력 벡터파를 갖는다.

상기 제1 자석 유닛의 중심축은, 상기 제1 자석 유닛의 자장축과 제1 방향으로 예각을 이루고, 상기 제2 자석 유닛의 중심축은, 상기 제2 자석 유닛의 자장축과 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 예각을 이룬다.

상기 다수의 제1 자석 유닛은 축을 중심으로 제1 열 및 제2 열을 이루어 배치되고, 상기 다수의 제2 자석 유닛은 상기 축을 중심으로 제3 열 및 제4 열을 이루어 배치되고, 상기 제1 열의 적어도 일부와 상기 제3 열의 적어도 일부가 마주보고, 상기 제2 열의 적어도 일부와 상기 제4 열의 적어도 일부가 마주본다.

상기 제1 열에 배치된 제1 자석 유닛과, 상기 제2 열에 배치된 제2 자석 유닛은 제1 위상차를 갖도록 배치되고, 상기 제3 열에 배치된 제2 자석 유닛과, 상기 제4 열에 배치된 제2 자석 유닛은 상기 제1 위상차과 다른 제2 위상차를 갖도록 배치된다.

상기 축으로부터 상기 제1 열까지의 거리와, 상기 축으로부터 상기 제3 열까지의 거리는 서로 다르다.

상기 제2 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛의 개수와, 상기 제4 열을 이루는 다수의 제2 자석 유닛의 개수는 서로 다르다.

상기 제1 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛의 개수와, 상기 제3 열을 이루는 상기 다수의 제2 자석 유닛의 개수는 서로 같다.

상기 다수의 제1 자석 유닛은 상기 축을 중심으로 제1 열, 제2 열 및 제5 열을 이루어 배치되고, 상기 제1 열, 상기 제2 열, 상기 제5 열 순서로 배치되고, 상기 다수의 제2 자석 유닛은 상기 축을 중심으로 제3 열, 제4 열 및 제6 열을 이루어 배치되고, 상기 제3 열, 상기 제4 열, 상기 제6 열 순서로 배치되고, 상기 제5 열의 적어도 일부와 상기 제6 열의 적어도 일부가 마주보고, 상기 제5 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛의 개수와, 상기 제6 열을 이루는 다수의 제2 자석 유닛의 개수는 서로 다르다.

상기 제3 부분과 마주보는 제2 비회전체와, 상기 제3 부분에 배치되고, 제2 극성을 갖는 다수의 제3 자석 유닛과, 상기 제2 비회전체에 배치되고, 상기 제2 극성을 갖는 다수의 제4 자석 유닛을 포함한다.

상기 제2 부분은 제1 함몰부를 포함하고, 상기 제3 부분은 제2 함몰부를 포함하고, 상기 제1 비회전체는 상기 제1 함몰부를 향하여 돌출된 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제2 비회전체는 상기 제2 함몰부를 향하여 돌출된 제2 돌출부를 포함한다.

상기 회전체는 축과 연결되고, 상기 제1 함몰부는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 상기 축에 가깝고, 상기 제1 영역의 깊이는 상기 제2 영역의 깊이보다 깊고, 상기 축은 상기 제1 비회전체를 관통하고, 상기 제1 돌출부는 제5 영역과 제6 영역을 포함하고, 상기 제5 영역은 상기 제6 영역보다 상기 축에 가깝고, 상기 제5 영역의 높이는 상기 제6 영역의 높이보다 높다.

상기 제1 기어 컴포넌트의 상기 제1 자력 기어와, 상기 제2 기어 컴포넌트의 상기 제2 자력 기어는 직교 방향 또는 평행 방향으로 마주본다.

상기 회전체는 축과 연결되고, 상기 축은 모터와 연결되고, 상기 모터는 전원 공급부의 전원 공급시 동작하고, 상기 회전체가 회전하는 동안, 상기 전원 공급부는 전원의 공급 및 차단을 반복한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자력 기어 시스템의 다른 면은 제1 자력 기어를 포함하는 썬(sun) 기어 컴포넌트; 상기 제1 자력 기어와 평행 방향으로 마주보는 제2 자력 기어를 포함하는 유성(planetary) 기어 컴포넌트; 상기 썬 기어 컴포넌트와 상기 유성 기어 컴포넌트를 둘러싸고, 상기 제2 자력 기어와 평행 방향으로 마주보는 제3 자력 기어를 포함하는 링 기어를 포함하고, 상기 썬 기어 컴포넌트는 제1 부분과, 상기 제1 부분의 일측에 배치되는 제2 부분과, 상기 제1 부분의 타측에 배치되는 제3 부분을 포함하는 제1 회전체와, 상기 제2 부분과 마주보는 제1 비회전체와, 상기 제1 비회전체에 배치되고 다수의 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛과, 상기 제2 부분에 배치되고 다수의 열을 이루는 다수의 제2 자석 유닛과, 상기 제1 부분에 배치된 상기 제1 자력 기어를 포함하되, 상기 다수의 제1 자석 유닛과 상기 다수의 제2 자석 유닛 사이에는 척력이 발생되고, 상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖고, 상기 제1 자력 기어는, 상기 유성 기어 컴포넌트의 상기 제2 자력 기어와 기어 동작을 수행한다.

상기 유성 기어 컴포넌트는 제4 부분과, 상기 제4 부분의 일측에 배치되는 제5 부분과, 상기 제4 부분의 타측에 배치되는 제6 부분을 포함하는 제2 회전체와, 상기 제5 부분과 마주보는 제2 비회전체와, 상기 제2 비회전체에 배치되고, 다수의 열을 이루는 다수의 제3 자석 유닛과, 상기 제5 부분에 배치되고 다수의 열을 이루는 다수의 제4 자석 유닛과, 상기 제4 부분에 배치된 상기 제2 자력 기어를 포함하고, 상기 다수의 제3 자석 유닛과 상기 다수의 제4 자석 유닛 사이에는 척력이 발생되고, 상기 제3 자석 유닛 및 제4 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖는다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구동 시스템의 다른 면은 제1 자력 기어 시스템; 및 상기 제1 자력 기어 시스템의 출력을 기초로 동작하는 제2 자력 기어 시스템을 포함하고, 상기 제1 자력 기어 시스템 또는 상기 제2 자력 기어 시스템은 전술한 자력 기어 시스템 중 하나일 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 예시적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 자력 기어 시스템에서 사용되는 제1 기어 컴포넌트를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3는 도 2의 회전체의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 도 2의 제1 비회전체를 설명하는 도면으로, 회전체의 제2 부분과 마주보는 면을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 비회전체에 설치된 다수의 제1 자석 유닛의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 7은 도 4의 제1 비회전체에 설치된 제1 자석 유닛의 자장을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 도 2의 회전체의 제2 부분을 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 도 8의 회전체에 설치된 다수의 제2 자석 유닛의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10 및 도 11은 도 2의 B-B를 따라 절단한 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 자력 기어에 사용되는 자석 유닛의 자장을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13 및 도 14는 제1 자력 컴포넌트의 자력 기어와, 제2 자력 컴포넌트의 자력 기어 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 자기장 토네이도 및 자기장 싸이클론을 설명하기 위한 도면이다. 도 16은 제1 자력 컴포넌트의 구동 방법(자기장 서핑)을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력 기어 시스템에서 사용되는 기어 컴포넌트를 설명하는 도면이다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 예시적인 사시도들이다.
도 24 내지 도 28은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자력 기어 시스템에서 사용될 수 있는, 기어 컴포넌트의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 도 29의 D - D를 따라서 절단한 단면도이다.
도 31는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 32는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 구동 시스템을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 예시적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자력 기어 시스템은 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)를 포함할 수 있다.

도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)는 예를 들어, 평행 방향으로 배치될 수 있다. 여기서, 평행 타입은 제1 기어 컴포넌트(100)의 축과 제2 기어 컴포넌트(101)의 축이 평행한 경우를 의미한다. 도시된 것과 달리, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)는 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 3개 이상의 기어 컴포넌트가 서로 연관되어, 회전운동을 전달할 수 있다.

제1 기어 컴포넌트(100)가 제1 회전방향(R1)으로 회전함에 따라, 제2 기어 컴포넌트(101)가 제1 회전방향(R1)과 다른 제2 회전방향(R2)으로 회전할 수 있다.

한편, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)는 실질적으로 동일한 구성일 수 있다. 이하에서 도 2 내지 도 16을 참고하여, 제1 기어 컴포넌트(100)를 설명하도록 한다.

도 2는 도 1의 자력 기어 시스템에서 사용되는 제1 기어 컴포넌트를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3는 도 2의 회전체의 형상을 설명하기 위한 도면이다.

우선 도 2을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 기어 컴포넌트(100)는 축(110), 회전체(120), 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171), 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275), 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225), 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a), 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a), 자력 기어(321) 등을 포함한다.

축(110)은 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171), 회전체(120)를 관통하도록 형성될 수 있다. 회전체(120)는 축(110)과 연결되어 있어서, 축(110)의 회전에 따라서, 같이 회전할 수 있다. 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)는 축(110)의 회전과 무관하게 회전하지 않는다. 도면과 달리, 축(110)은 회전체(120)만 관통하고, 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)는 관통하지 않을 수 있다.

또한, 회전체(120)의 양측에(즉, 좌, 우에) 제1 비회전체(170)와 제2 비회전체(171)가 배치될 수 있다. 도 2에서는 예시적으로, 하나의 회전체(120)와 2개의 비회전체(170, 171)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

회전체(120)는 도 3에 도시된 것과 같이, 제1 부분(121) 내지 제3 부분(123)을 포함한다. 제2 부분(122)은 제1 부분(121)의 일측에 배치되고, 제3 부분(123)은 제1 부분(121)의 타측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(121)은 중간면이고, 제2 부분(122)는 좌측면이고, 제3 부분(123)은 우측면일 수 있다.

한편, 제2 부분(122)에는 제1 함몰부(1120)이 형성되고, 제3 부분(123)에는 제2 함몰부(1121)가 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 제1 함몰부(1120)는 제2 부분(122)의 전체면에 형성될 수도 있고, 제2 부분(122)의 일부면에 형성될 수도 있다. 제2 함몰부(1121)는 제3 부분(123)의 전체면에 형성될 수도 있고, 제3 부분(123)의 일부면에 형성될 수도 있다.

또한, 제1 함몰부(1120)는 축(110)에 가까울수록 깊어지는 형상일 수 있다. 제1 함몰부(1120)는 경사진 형태일 수 있다. 제1 함몰부(1120)의 표면(S2)과 제2 부분(122)의 가상면(P2)은 예각(θ)을 이룰 수 있다. 여기서, 제2 부분(122)의 가상면(P2)은 회전체(120)의 중심면(P1)과 평행할 수 있다. 달리 설명하면, 제1 함몰부(1120)는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 제1 영역은 제2 영역보다 축(110)에 가깝고, 제1 영역의 깊이는 제2 영역의 깊이보다 깊을 수 있다. 도시된 것과 달리, 제1 함몰부(1120)는 계단형상일 수도 있다.

제2 함몰부(1121)도 축(110)에 가까울수록 깊어지는 형상일 수 있다. 제2 함몰부(1121)는 경사진 형태일 수 있다. 또는, 제2 함몰부(1121)는 제3 영역과 제4 영역을 포함하고, 제3 영역은 제4 영역보다 축(110)에 가깝고, 제3 영역의 깊이는 제4 영역의 깊이보다 깊을 수 있다. 도시된 것과 달리, 제2 함몰부(1121)는 계단형상일 수도 있다.

한편, 제1 부분(121)은 도시된 것과 같이 원통(cylinder) 형상일 수 있고, 도시된 것과는 달리 다각형 프리즘(polygonal prism) 형상일 수도 있다.

다시 도 2을 참조하면, 제1 비회전체(170)는 제2 부분(122)과 마주보도록 배치된다. 제1 비회전체(170)는 원뿔대(truncated cone) 형상일 수 있다. 제1 비회전체(170)에는 제1 함몰부(1120)(또는 제2 부분(122))을 향하여 돌출된 제1 돌출부(1170)를 포함한다. 제1 돌출부(1170)는 제1 비회전체(170)의 전체면에 형성될 수도 있고, 일부면에 형성될 수도 있다. 제1 돌출부(1170)는 축(110)에 가까울수록 올라가는 형상일 수 있다. 제1 돌출부(1170)는 제5 영역과 제6 영역을 포함하고, 제5 영역은 제6 영역보다 축(110)에 가깝고, 제5 영역의 높이는 제6 영역의 높이보다 높을 수 있다. 도시된 것과 달리, 제1 돌출부(1170)는 계단형상일 수도 있다.

제2 비회전체(171)는 제3 부분(123)과 마주보도록 배치된다. 제2 비회전체(171)는 원뿔대 형상일 수 있다. 제2 비회전체(171)에는 제2 함몰부(1121)(또는 제3 부분(123))을 향하여 돌출된 제2 돌출부(1171)를 포함한다. 제2 돌출부(1171)는 제2 비회전체(171)의 전체면에 형성될 수도 있고, 일부면에 형성될 수도 있다. 제2 돌출부(1171)는 축(110)에 가까울수록 올라가는 형상일 수 있다. 제2 돌출부(1171)는 제7 영역과 제8 영역을 포함하고, 제7 영역은 제8 영역보다 축(110)에 가깝고, 제7 영역의 높이는 제8 영역의 높이보다 높을 수 있다. 도시된 것과 달리, 제2 돌출부(1171)는 계단형상일 수도 있다.

또는 도시된 것과 달리, 제1 비회전체(170) 또는 제2 비회전체(171)는 잘린 다각형 피라미드(truncated polygonal pyramid) 형상일 수도 있다.

또한, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)은 제1 비회전체(170)(즉, 제1 돌출부(1170)) 상에 배치된다. 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)은 축(110)을 중심으로 다수의 열(예를 들어, 3개의 열)을 이룰 수 있다. 제1 자석 유닛(271, 272, 275)은 제1 극성(예를 들어, N극)을 갖는다.

다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)는 회전체(120)(즉, 제2 부분(122) 또는 제1 함몰부(1120)) 상에 배치된다. 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)은 축(110)을 중심으로 다수의 열(예를 들어, 3개의 열)을 이룰 수 있다. 제2 자석 유닛(221, 222, 225)은 제1 극성(예를 들어, N극)을 갖는다.

다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)는 회전체(120)(즉, 제3 부분(123) 또는 제2 함몰부(1121)) 상에 배치된다. 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)은 축(110)을 중심으로 다수의 열(예를 들어, 3개의 열)을 이룰 수 있다. 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)은 제2 극성(예를 들어, S극)을 갖는다.

다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)은 제2 비회전체(171)(즉, 제2 돌출부(1171)) 상에 배치된다. 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)은 축(110)을 중심으로 다수의 열(예를 들어, 3개의 열)을 이룰 수 있다. 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)은 제2 극성(예를 들어, S극)을 갖는다.

다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225) 사이에 척력이 발생되고, 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)과 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a) 사이에 척력이 발생된다.

다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275), 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)의 예시적 배치에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술한다. 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225), 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)의 예시적 배치에 대해서는 도 8 및 도 9을 참조하여 후술한다.

자력 기어(321)은 제1 부분(121)에 설치된다. 자력 기어(321)는 도시된 것과 같이, 제1 부분(121) 상에 설치될 수도 있다. 자력 기어(321)는 자석 유닛을 1개 사용할 수도 있고, 다수개 사용할 수도 있다. 다수의 자석 유닛은 하나의 열을 이룰 수도 있고, 다수의 열을 이룰 수도 있다. 한편, 자력 기어(321)는 도시된 것과 달리, 제1 부분(121)에 홈이 형성되어 있고, 그 홈 내에 자력 기어(321)가 배치될 수도 있다. 제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)는, 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어와 연관되어 기어 동작을 수행한다. 즉, 제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)가 회전함에 따라, 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어도 같이 회전하게 된다. 자력 기어(321)의 예시적 구성에 대해서는 도 10 내지 도 14를 참조하여 후술한다.

제1 비회전체(170) 또는 제2 비회전체(171)는 고정되어 있어, 이동하지 않을 수도 있다. 즉, 제1 비회전체(170)와 제2 부분(122) 사이의 간격과, 제2 비회전체(171)와 제3 부분(123) 사이의 간격은 일정할 수 있다.

또는, 설계에 따라서, 제1 비회전체(170) 또는 제2 비회전체(171)는 축(110)의 연장 방향을 따라서 이동 가능하다(도면부호 D1, D2 참조). 제1 비회전체(170) 또는 제2 비회전체(171)의 이동은 예를 들어, 전기, 유압, 압축 공기 등을 이용한 액추에이터(actuator)를 통해서 이동시킬 수도 있고, 기어 등을 이용한 기계적인 방식을 이용하여 이동시킬 수도 있다. 제1 비회전체(170) 또는 제2 비회전체(171)를 이동시킬 수 있으면 어떤 방식이든 가능하다.

구체적으로, 제1 비회전체(170)와 제2 부분(122) 사이의 간격을 조절함으로써, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225) 사이에서 생기는 척력의 크기를 조절할 수 있다. 마찬가지로, 제2 비회전체(171)와 제3 부분(123) 사이의 간격을 조절함으로써, 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)과 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a) 사이에서 생기는 척력의 크기를 조절할 수 있다.

제1 비회전체(170)와 제2 부분(122) 사이의 간격과, 제2 비회전체(171)와 제3 부분(123) 사이의 간격은 서로 동일하도록 제어될 수 있고, 서로 다르게 제어될 수도 있다. 제1 비회전체(170)와 제2 부분(122) 사이의 간격과, 제2 비회전체(171)와 제3 부분(123) 사이의 간격의 조합을 통해서, 회전체(120)의 속도를 필요한 크기로 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 제1 기어 컴포넌트에서, 제1 자석 유닛(271, 272, 275), 제2 자석 유닛(221, 222, 225)은 제1 극성(예를 들어, N극)을 갖고, 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a), 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)은 제2 극성(예를 들어, S극)을 갖는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제2 부분(122)과 제1 비회전체(170) 사이(즉, 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과 제2 자석 유닛(221, 222, 225) 사이)에 척력이 생성되고, 제3 부분(123)과 제2 비회전체(171) 사이(즉, 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)과 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a) 사이)에 척력이 발생될 수만 있으면, 극성에 한정되지 않는다.

별도로 도시하지 않았으나, 자력 쉴드(magnetic shield)가 제1 기어 컴포넌트의 내부 및/또는 외부에 설치되어, 제1 기어 컴포넌트 내부에서 발생된 자력이 외부에 영향을 미치지 않도록 쉴딩(shielding)하는 역할을 한다.

한편, 축(110)은 회전하는 다른 축(또는 다른 기어 컴포넌트)과 연결되어서, 다른 축의 회전에 따라서 같이 회전할 수도 있다.

또는. 축(110)에는 전원 공급부가 전기적으로 연결될 수도 있다. 또한, 전원 공급부를 제어하는 제어부가 연결된다. 전원 공급부는 전원을 예를 들어, 모터에 공급하고, 모터의 회전에 따라 축(110)이 회전하고, 축(110)이 회전함에 따라 회전체(120)는 회전한다. 전원 공급부는 배터리(battery)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 배터리를 사용함으로써, 제1 기어 컴포넌트는 이동/설치가 용이하고, 장소에 관계없이 쉽게 사용할 수 있다. 또한, 후술하는 것과 같이, 배터리의 사용이 많지 않기 때문에, 적은 용량의 배터리로도 오랜 기간동안 사용할 수 있다.

한편, 회전체(120)를 회전시키는 동안, 회전체(120)를 회전시키기 위한 전원의 공급/차단이 반복될 수 있다.

구체적으로, 전원 공급부는 모터에 전원을 공급하고, 모터에 의해서 제1 기어 컴포넌트(100)의 축(110) 및 회전체(120)가 회전될 수 있다.

예를 들어, 회전체(120)가 기설정된 회전속도 또는 기설정된 시간, 예를 들어, 1000~3000회 회전할 기간동안, 전원이 제공된다. 회전체(120)가 기설정된 회전속도로 회전하게 되면(기설정된 시간동안 회전시킨 후에), 회전체(120)에 전원을 기설정된 기간동안 공급하지 않을 수 있다. 전원을 공급하지 않는 "기설정된 구간"은 고정된 시간일 수도 있고, 회전체(120)의 회전속도에 따라서 변경되는 시간일 수도 있다. 별도의 전원을 공급하지 않는 기간동안, 회전체(120)는 자기장 서핑(magnetic field surfing) 동작을 이용하여, 계속적으로 회전할 수 있다. 즉, 자기장 서핑을 통해서, 회전체(120)는 (자기장 서핑을 사용하지 않는 회전체에 비해서) 오랫동안 회전할 수 있게 된다. 전원을 공급하지 않는 기간을 늘릴 수 있다.

자기장 서핑은, 바다의 파도를 이용하는 윈드 서핑과 유사한 개념으로, 자석의 자력 분포파를 벡터로 볼 때, 고정 자력 벡터파를 회전 자력 벡터파로 서핑하는 것이다. 예를 들어, 제1 비회전체(170)에 설치된 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과, 회전체(120)에 설치된 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225) 사이에 발생하는 자장의 상대적 위상차를 이용하여, 자기장 서핑을 할 수 있다. 마찬가지로, 제2 비회전체(171)에 설치된 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)과, 회전체(120)에 설치된 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a) 사이에 발생하는 자장의 상대적 위상차를 이용하여, 자기장 서핑을 할 수 있다.

또한, 회전체(120)가 기설정된 속도보다 느리게 회전하게 되거나, 기설정된 시간 후에는, 다시 전원 공급부는 모터에 전원을 공급할 수 있다. 이에 따라서, 다시 회전체(120)는 다시 기설정된 속도로 회전하게 된다. 이와 같이, 회전체(120)가 회전하는 동안, 전원 공급부는 전원의 공급/차단을 반복할 수 있다. 예를 들어, 특정한 주기에 따라서 전원의 공급/차단을 반복할 수도 있다. 또는, 비주기적으로 예를 들어, 회전체(120)의 속도를 기준으로, 전원의 공급/차단을 반복할 수도 있다. 예를 들어, 속도 센서 등을 이용하여 회전체(120)의 회전 정도를 체크하여, 체크된 결과에 따라 전원의 공급/차단을 반복할 수 있다.

한편, 회전체(120)의 서핑 동작이 원할하지 않을 경우(또는 원하는 정도의 서핑 동작이 이루어지지 않을 경우)에는, 회전체(120)와 비회전체(170, 171)의 간격을 조정하여 다시 시도해 볼 수 있다. 이러한 간격은 회전체(120)의 서핑 동작에 중요한 영향을 미치는 요소이다. 회전체(120)과 비회전체(170, 171)의 간격이 좁아질수록 척력이 강해진다. 회전체(120)과 비회전체(170, 171)의 간격이 특정값이 되면, 작은 전원으로도 빠른 속도를 낼 수도 있다.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 제1 비회전체(170)을 설명한다.

도 4은 도 2의 제1 비회전체를 설명하는 도면으로, 회전체의 제2 부분과 마주보는 면을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 4의 비회전체에 설치된 다수의 제1 자석 유닛의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6a, 도 6b 및 도 7은 도 4의 제1 비회전체에 설치된 제1 자석 유닛의 자장을 설명하기 위한 개념도이다.

우선 도 4를 참조하면, 제1 비회전체(170) 상에는 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치된다. 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)은 축(110)을 중심으로 다수의 열(L1, L2, L3)을 이룰 수 있다. 따라서, 예를 들어, 축(110)에서 제1 열(L1)까지의 거리는, 축(110)에서 제2 열(L2)까지의 거리보다 가깝다. 도 4에서는 3개의 열(L1, L2, L3)을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)는 복수의 열을 이루면 되고, 예를 들어, 4개 열 이상일 수도 있다.

각 열(L1, L2, L3)에는 서로 이격된 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치된다. 구체적으로, 제1 열(L1)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(271)의 개수와, 제2 열(L2)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(272)의 개수는 동일할 수 있다. 예를 들어, 각 열(L1, L2, L3)에는 14개의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치될 수 있다. 14개의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 11개 내지 24개의 제1 자석 유닛이 배치될 수도 있다.

한편, 각 열(L1, L2, L3)에 동일한 개수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 설계에 따라서, 다른 개수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 열(L1)은 축(110)과 바로 접하는 열이기 때문에, 공간상의 제약이 있다면, 제1 자석 유닛(271)의 개수가 더 적을 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 각 열(L1, L2, L3)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275) 사이의 간격(W1, W2, W3)은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 열(L2)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(272) 사이의 간격(W2)은, 제1 열(L1)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(271) 사이의 간격(W1)보다 넓을 수 있다.

또한, 제1 열(L1)과 제2 열(L2) 사이의 제1 거리(P1)와, 제2 열(L2)과 제3 열(L3) 사이의 제2 거리(P2)는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 설계에 따라서, 제1 거리(P1)와 제2 거리(P2)는 서로 다를 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 것과 같이, 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271)의 중심축(CL), 제2 열(L2)의 제1 자석 유닛(272)의 중심축(CL), 제3 열(L3)의 제1 자석 유닛(275)의 중심축(CL)은 서로 나란할 수 있다. 다르게 표현하면, 각 열(L1, L2, L3)의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)은 동일한 위상에 배치될 수 있다. 또는, 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271)의 중심축(CL), 제2 열(L2)의 제1 자석 유닛(272)의 중심축(CL), 제3 열(L3)의 제1 자석 유닛(275)의 중심축(CL)은 0인 위상차를 갖는다. 또는, 각 열(L1, L2, L3)의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 배치는 열(L4, L5, L6)의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 배치와 다르게, 제1 위상차를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 위상차는 0일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 각 열(L1, L2, L3)에 배치된 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 사이즈는 서로 다를 수 있다. 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271)의 사이즈보다, 제2 열(L2)의 제1 자석 유닛(272)의 사이즈가 클 수 있다. 제2 열(L2)의 제1 자석 유닛(272)의 사이즈보다, 제3 열(L3)의 제1 자석 유닛(275)의 사이즈가 클 수 있다. 또한, 각 열(예를 들어, L1) 내에 배치된 제1 자석 유닛(271)의 사이즈는 서로 같을 수 있다.

또한, 축(110)을 중심으로 밖을 향하는 2개의 직선(a1, a2)을 그었을 때, 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271), 제2 열(L2)의 제2 자석 유닛(272), 제3 열(L3)의 제1 자석 유닛(275)은 2개의 직선(a1, a2)에 모두 접할 수 있다. 여기서, 2개의 직선(a1, a2)에 접한다는 의미는, 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 측벽과, 2개의 직선(a1, a2)이 오버랩된다는 의미이다. 한편, 설계에 따라서는, 직선(a1, a2)은 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 측벽 전체와 오버랩되지 않고 측벽의 일부와만 오버랩될 수도 있다(도 18 참조).

한편, 각 열(L1, L2, L3)의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 중심축(CL)은 자장축(magnetic axis)(MC1, MC2, MC5)과 위상차가 있다. 도시된 것과 같이, 중심축(CL)과 자장축(MC1, MC2, MC5)는 서로 나란하지 않을 수 있다.

예를 들어, 도시된 것과 같이, 대응되는 중심축(CL)과 자장축(MC1, MC2, MC5) 사이에는 각각 θ11, θ12, θ13의 각도차가 있을 수 있다. θ11, θ12, θ13은 중심축(CL)을 중심으로, 제1 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 예각일 수 있다. 한편, 대응되는 중심축(CL)과 자장축(MC1, MC2, MC5)사이의 각도차(θ11, θ12, θ13)가 완전히 동일할 수 있다. 또는, 각도차(θ11, θ12, θ13)가 서로 다를 수 있다. 또는, θ11, θ12는 서로 동일하고, θ13는 θ11, θ12와 다를 수도 있다. 이러한 각도차는 설계에 따라 변경될 수 있다.

여기서 도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하면, 도 6a는 제1 자석 유닛(예를 들어, 271)의 평면도이다. 예를 들어, 제1 자석 유닛(271)의 N극을 도시한 것이다. 도 6b는 제1 자석 유닛(271)에 자력벡터파를 도시한 것이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 같이, 제1 자석 유닛(271)은 불균형한 임의 자장을 가지고 있어서, 제1 자석 유닛(271)의 자력 벡터파(MV1~MV5, MV11~MV15)는 불균형적이다. 예를 들어, 제1 자석 유닛(271)의 N극에서 MV1 자력벡터파가 가장 크고, MV1 자력 벡터파는 한쪽(도면에서 왼쪽)으로 치우쳐 있을 수 있다. 제1 자석 유닛(271)의 S극에서 MV11 자력벡터파가 가장 크고, MV11 자력 벡터파는 다른 쪽(도면에서 오른쪽)으로 치우쳐 있을 수 있다.

자장축(MC1)은 도 6a에 도시된 것과 같이, 가장 큰 자력 벡터파(MV1)들을 연결한 연속된 흐름일 수 있다.

도 7에 도시된 것과 같이, 제1 자석 유닛(271)은 N극과 S극이 균등하지 않은 자력선 자장을 가질 수 있다. 예를 들어, N극과 S극의 각도는 0도에서 45도 이내일 수 있고, 자력의 힘은 3000가우스에서 5000가우스일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이어서, 도 8 및 도 9을 이용하여, 회전체(120)를 설명한다.

도 8은 도 2의 회전체의 제2 부분을 설명하기 위한 도면이다. 도 9은 도 8의 회전체에 설치된 다수의 제2 자석 유닛의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.

도 8 및 도 9을 참조하면, 회전체(120)의 제2 부분(122)에는 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치된다. 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)은 축(110)을 중심으로 다수의 열(L4, L5, L6)을 이룰 수 있다. 따라서, 예를 들어, 축(110)에서 제4 열(L4)까지의 거리는, 축(110)에서 제5 열(L5)까지의 거리보다 가깝다. 도 8에서는 3개의 열(L4, L5, L6)을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)은 복수의 열을 이루면 되고, 예를 들어, 4개 열 이상일 수도 있다.

회전체(120)의 제4 열(L4)은 제1 비회전체(170)의 제1 열(L1)을 바라보며 회전하고, 회전체(120)의 제5 열(L5)은 제1 비회전체(170)의 제2 열(L2)을 바라보며 회전하게 된다. 회전체(120)의 제6 열(L6)은 제1 비회전체(170)의 제3 열(L3)을 바라보면 회전한다.

각 열(L4, L5, L6)에는 서로 이격된 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치된다. 구체적으로, 제4 열(L4)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(221)의 개수와, 제5 열(L5)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(222)의 개수는 동일할 수 있다. 제4 열(L4)에는 13개의 제2 자석 유닛(221)이 배치되고, 제5 열(L5)에는 13개의 제2 자석 유닛(222)이 배치된다. 제4 열(L4) 및 제5 열(L5)에는, 예를 들어, 11개에서 24개의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치될 수 있다.

한편, 각 열(L4, L5, L6)에 동일한 개수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 설계에 따라서, 다른 개수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제4 열(L4)은 축(110)과 바로 접하는 열이기 때문에, 공간상의 제약이 있다면, 제2 자석 유닛(221)의 개수가 더 적을 수도 있다.

전술한 것과 같이, 제4 열(L4), 제5 열(L5), 제6 열(L6)은 각각 제1 열(L1), 제2 열(L2), 제3 열(L3)을 마주보고 회전한다. 그런데, 제1 열(L1)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(271)의 개수와, 제4 열(L4)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(221)의 개수는 서로 다르다. 마찬가지로, 제2 열(L2)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(272)의 개수와, 제5 열(L5)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(222)의 개수는 서로 다를 수 있다.

또한, 제4 열(L4)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(221) 사이의 간격(W4)은, 제5 열(L5)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(222) 사이의 간격(W5)보다 좁다. 마찬가지로, 제5 열(L5)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(222) 사이의 간격(W5)은, 제6 열(L6)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(225) 사이의 간격(W6)보다 좁다.

또한, 제4 열(L4)과 제5 열(L5) 사이의 제3 거리(P3)와, 제5 열(L5)과 제6 열(L6) 사이의 제4 거리(P4)는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 설계에 따라서, 제1 거리(P3)와 제2 거리(P4)는 서로 다를 수 있다.

제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)의 사이즈보다 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)의 사이즈가 클 수 있다. 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)의 사이즈보다 제6 열(L6)의 제2 자석 유닛(225)의 사이즈가 클 수 있다.

도 9에 도시된 것과 같이, 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)의 중심축(CL3)과, 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)의 중심축(CL4)은 서로 나란하지 않다(즉, 위상차가 있다). 구체적으로, 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)은 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)보다 위상차를 두고 뒤쪽에 배치될 수 있다. 제6 열(L6)의 제2 자석 유닛(225)은 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)보다 위상차를 두고 뒤쪽에 배치될 수 있다. 또는, 열(L4, L5, L6)의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 배치는 각 열(L1, L2, L3)의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 배치와 다르게, 제2 위상차를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 위상차는 0이 아닌 값일 수 있다. 예를 들어, 축을 중심으로 밖을 향하고 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)에 접하는 직선(a3)은, 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221), 제6 열(L6)의 제2 자석 유닛(225)과 접하지 않을 수 있다. 설계에 따라서는, 직선(a3)은 제2 자석 유닛(222)의 측벽 전체와 오버랩되지 않고 측벽의 일부와만 오버랩될 수도 있다(도 20 참조).

각 열(L4, L5, L6)의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 중심축(CL3, CL4, CL6)은 대응되는 자장축(MC3, MC4, MC6)과 나란하지 않다(즉, 위상차가 있다). 예를 들어, 대응되는 중심축(CL3, CL4, CL6)과 자장축(MC3, MC4, MC6) 사이에는 θ21, θ22, θ23 의 각도차이가 있을 수 있다. θ21, θ22, θ23은 중심축(CL3, CL4, CL6)을 중심으로, 제2 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 예각일 수 있다. 한편, 대응되는 중심축(CL3, CL4, CL6)과 자장축(MC3, MC4, MC6)사이의 각도차(θ21, θ22, θ23)가 완전히 동일할 수 있다. 또는, 각도차(θ21, θ22, θ23)가 서로 다를 수 있다. 또는, θ21, θ22는 서로 동일하고, θ23는 θ21, θ22와 다를 수도 있다. 이러한 각도차는 설계에 따라 변경될 수 있다.

한편, 회전체(120)의 제3 부분(123)(자석 배치)은, 회전체(120)의 제2 부분(122)(자석 배치)과 실질적으로 동일하다. 제2 비회전체(171)(자석 배치)는, 제1 비회전체(170)(자석 배치)와 실질적으로 동일하다. 회전체(120)의 제3 부분(123)과 제2 비회전체(171) 사이의 배치관계도, 회전체(120)의 제2 부분(122)과 제1 비회전체(170) 사이의 배치관계와 실질적으로 동일하다.

정리하면, 제2 비회전체(171)와, 회전체(120)의 제3 부분(123)은 서로 마주보도록 배치된다. 제2 비회전체(171) 상에 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)이 다수의 열(예를 들어, 3개의 열)을 이루어 배치될 수 있다. 회전체(120)의 제3 부분(123) 상에, 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)이 다수의 열(예를 들어, 3개의 열)을 이루어 배치될 수 있다.

또한, 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a), 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)은 불균형 자력 벡터파를 가질 수 있다. 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)의 중심축과 자장축은 서로 나란하지 않고(위상차가 있고), 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)의 중심축과 자장축도 서로 나란하지 않다(위상차가 있다).

한편, 설계에 따라서는, 회전체(120) 상의 자석 유닛(221, 222, 225, 221a, 222a, 225a) 배치와, 비회전체(170, 171) 상의 자석 유닛(271, 272, 275, 271a, 272a, 275a)의 배치가 반대일 수 있다. 즉, 회전체(120) 상의 자석 유닛(221, 222, 225, 221a, 222a, 225a)은 서로 위상차 없이(예를 들어, 도 4과 유사하게) 배치되고, 비회전체(170, 171) 상의 자석 유닛(271, 272, 275, 271a, 272a, 275a)은 서로 위상차가 존재하도록(예를 들어, 도 8과 유사하게) 배치될 수 있다.

이어서, 도 10 및 도 11을 참조하여, 자력 기어(321)를 설명한다. 도 10 및 도 11은 자력 기어의 예시적 구성을 도시한 것이다. 도 10 및 도 11은 도 2의 B-B를 따라 절단한 단면도이다. 도 12a 및 도 12b는 자력 기어에 사용되는 자석 유닛의 자장을 설명하기 위한 개념도이다. 도 13 및 도 14는 제1 자력 컴포넌트의 자력 기어와, 제2 자력 컴포넌트의 자력 기어 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 자력 기어(321)는 소수개(예를 들어, 1개 또는 2개)의 자석 유닛(3210)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 자석 유닛(3210)이 제1 부분(121)을 둘러싸도록 형성될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 자력 기어(321)는 다수개의 자석 유닛(3210a, 3210b)을 포함할 수 있다. 도시된 것과 같이, 제1 극성(예를 들어, N극)의 자석 유닛(3210a)과 제2 극성(예를 들어, S극)의 자석 유닛(3210b)이 반복되어 배치될 수 있다. 다만, 필요에 따라서, 제1 극성의 자석 유닛(3210a)이 2개 이상 배치된 후, 제2 극성의 자석 유닛(3210b)이 배치될 수 있다. 반대로, 제2 극성의 자석 유닛(3210b)이 2개 이상 배치된 후, 제1 극성의 자석 유닛(3210a)이 배치될 수 있다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 제1 자석 유닛(271, 272, 275) 내지 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)는 불균형 자력 벡터파를 갖는 반면, 자력 기어(321)에 사용되는 자석 유닛(3210, 3210a, 3210b)은 균형 자력 벡터파를 가질 수 있다. 즉, 자석 유닛(3210, 3210a, 3210b)의 표면에서 나오는 모든 자력 벡터파(MV21)의 크기가 일정할 수 있다. 달리 설명하면, 자석 유닛(3210, 3210a, 3210b)은 자장축(가장 큰 자력 벡터파들의 연결선, 예를 들어, 제1 자석 유닛(271)의 MC1)을 갖지 않을 수 있다.

자석 유닛(3210, 3210a, 3210b)의 크기 및 형상은 자력 세기, 제1 부분(121)의 사이즈(지름) 등에 따라서 달라질 수 있다.

한편, 도 13 및 도 14에 도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)의 형상과, 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어의 형상이 서로 상보적일 수 있다. 도 13 및 도 14에서는 설명의 편의상, 케이스(case)는 도시하지 않는다.

도 13에 도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)가 하나의 제1 극성의 자석 유닛(3210)을 이용하면, 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어도 하나의 제2 극성의 자석 유닛(3310)을 이용할 수 있다.

도 14에 도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)가 제1 극성(예를 들어, N극)의 자석 유닛(3210a)과 제2 극성(예를 들어, S극)의 자석 유닛(3210b)가 반복되어 배치된다면, 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어도 제1 극성(예를 들어, N극)의 자석 유닛(3310a)과 제2 극성(예를 들어, S극)의 자석 유닛(3310b)이 반복되어 배치될 수 있다.

제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)가 회전(R1)함에 따라, 제1 극성의 자석 유닛(3210a)과 제2 극성의 자석 유닛(3310b) 사이의 인력과, 제2 극성의 자석 유닛(3210b)과 제1 극성의 자석 유닛(3310a) 사이의 인력에 의해서, 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어가 회전(R2)하게 된다.

이와 같이, 자력 기어는 자석 유닛(3210, 3310, 3210a, 3210b, 3310a, 3310b)의 인력을 이용하여, 톱니가 맞물리지 않고 비접촉으로 회전 운동을 전달할 수 있다. 자력 기어는 비접촉으로 회전할 수 있기 때문에, 클린룸(clean room)에서 사용할 수 있고, 윤활유가 불필요하고, 마모 및 파손에 의한 교환도 불필요하다. 따라서, 상당히 오랫동안 유지보수 없이 자력 기어를 사용할 수 있다.

여기서, 도 15 및 도 16을 참조하여, 제1 기어 컴포넌트(100)의 동작을 설명한다. 도 15는 자기장 토네이도 및 자기장 싸이클론을 설명하기 위한 도면이다. 도 16은 제1 자력 컴포넌트의 구동 방법(자기장 서핑)을 설명하기 위한 도면이다.

이어서, 도 1, 도 4, 도 8, 도 15를 참조하면, 제1 비회전체(170)와 회전체(120)의 제2 부분(122)이 서로 마주보고 있으나, 축(110)으로부터 제1 열(L1)(즉, 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271))까지의 거리(P11)와, 축(110)으로부터 제4 열(L4)(즉, 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221))까지의 거리(P12)는 서로 다를 수 있다.

마찬가지로, 축(110)으로부터 제2 열(L2)까지의 거리와, 축(110)으로부터 제5 열(L5)까지의 거리는 서로 다를 수 있다. 축(110)으로부터 제3 열(L3)까지의 거리와, 축(110)으로부터 제6 열(L6)까지의 거리는 서로 다를 수 있다.

특히, 제1 자석 유닛(271)과 제2 자석 유닛(221)이 S극인 경우, 거리(P12)는 거리(P11)보다 짧을 수 있다.

유사하게, 축(110)으로부터 제4 자석 유닛(271a)까지의 거리(P11a)와, 축(110)으로부터 제3 자석 유닛(221a)까지의 거리(P12a)는 서로 다를 수 있다. 또한, 축(110)으로부터 제4 자석 유닛(272a)까지의 거리와, 축(110)으로부터 제3 자석 유닛(222a)까지의 거리는 서로 다를 수 있다. 축(110)으로부터 제4 자석 유닛(275a)까지의 거리와, 축(110)으로부터 제3 자석 유닛(225a)까지의 거리는 서로 다를 수 있다.

여기서, 제4 자석 유닛(271a)과 제3 자석 유닛(221a)이 N극인 경우, 축(110)으로부터 제4 자석 유닛(271a)까지의 거리(P11a)가 축(110)으로부터 제3 자석 유닛(221a)까지의 거리(P12a)보다 길 수 있다.

도 15를 참조하면, 이와 같이 거리(P11, P12, P11a, P12a)를 조절함으로서, 전력 생성 장치 내부에서 자기장의 큰 흐름을 만들 수 있다.

다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)과 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)의 엇갈린 배치(즉, 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)의 일부와 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)의 일부가 마주봄)에 의해서, 자기장의 흐름이 외측(바깥 둘레)에서 중심부로 회전하면서 집중된다(도면부호 M2 참조)(이를 본 명세서에서 자기장 토네이도라고 함).

또한, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 엇갈린 배치(즉, 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 일부와 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 일부가 마주봄)에 의해서, 자기장의 흐름이 중심부에서 회전하면서 외측(바깥측의 외주부)으로 확산된다(도면부호 M1 참조)(이를 본 명세서에서 자기장 싸이클론이라고 함).

즉, 회전체(120), 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)에서의 이와 같은 자석 유닛들의 배치는, "외측(바깥 둘레) → 회전 중앙 → 상승 중앙부 → (회전 확산에 의해) 외측(바깥측의 외주부)" 방향으로 "로테이션 사이클"을 형성(유도)할 수 있다. 이것은 뫼비우스 사이클론 현상으로, 자기장 유도형성을 낳는다.

자기장 토네이도, 자기장 싸이클론과 같은 큰 자기장의 흐름은, 회전체(120)의 안정적인 회전을 도와주게 된다. 연속 자기장 뫼비우스 회전 루틴을 형성해 회전 효과를 낳는다.

여기서, 회전체(120)가 제1 함몰부(1120), 제2 함몰부(1121)를 포함하고, 제1 함몰부(1120)에 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치되고, 제2 함몰부(1121)에 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)이 배치되면, 이러한 자기장 토네이도, 자기장 싸이클론이 더 커질 수 있다. 왜냐하면, 제1 함몰부(1120), 제2 함몰부(1121)가 있기 때문에, 제1 함몰부(1120)와 제2 함몰부(1121) 사이의 간격(A)가 짧아진다. 따라서, 자기장 토네이도에서 자기장 싸이클론으로 변해가는 과정을, 자기장의 누수를 최소화하면서 진행시킬 수 있기 때문이다.

또한, 회전체(120)가 제1 함몰부(1120), 제2 함몰부(1121)를 포함하고, 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)는 각각 제1 돌출부(1170), 제2 돌출부(1171)를 포함하고 있다. 이와 같이 함으로써, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 간격, 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)과 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)의 간격을 안정적으로 조절하고, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)과 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225) 사이의 척력, 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)과 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a) 사이의 척력을 극대화할 수 있다. 또한, 제1 함몰부(1120)가 제1 돌출부(1170)를 마주보고, 제2 함몰부(1121)가 제2 돌출부(1171)를 마주보기 때문에, 최소화된 공간에서 회전체(120), 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)를 구현할 수 있다.

여기서, 도 1, 도 4, 도 8 및 도 16을 참조하면, 먼저, 전원 공급부는 제1 기간동안 전원을 공급한다. 제1 기간은 회전체(120)/제1 비회전체(170)/제2 비회전체(171)의 크기, 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 크기/자력, 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 크기/자력, 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)의 크기/자력 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)의 크기/자력, 자력 기어(321)의 크기/자력 등에 의해서 결정될 수 있다.

제1 기간은 예를 들어, 회전체(120)가 충분히 회전하여 회전체(120)가 관성을 가질 수 있는 기간일 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부는 회전체(120)가 1000~3000회전 회전할 기간만 전원을 제공할 수 있다.

이어서, 전원 공급부는 제1 기간 이후의 제2 기간동안 전원을 공급하지 않는다. 전원을 공급하지 않아도, 회전체(120)는 자기장 서핑(magnetic field surfing) 동작을 이용하여, 계속적으로 회전할 수 있다.

제2 기간 이후에, 다시 전원 공급부가 전원을 공급할 수 있다. 이와 같이, 전원 공급부가 전원을 공급/차단하는 동작을 주기적으로 반복할 수 있다.

한편, 회전체(120)의 서핑 동작이 원할하지 않을 경우(또는 원하는 정도의 서핑 동작이 이루어지지 않을 경우)에는, 제1 비회전체(170)와 회전체(120) 사이의 간격, 제2 비회전체(171)와 회전체(120) 사이의 간격을 조정하여 다시 시도해 볼 수 있다.

이와 같이 제1 기어 컴포넌트(100)의 회전체(120)가 회전하는 동안에, 제1 기어 컴포넌트(100)의 자력 기어(321)와 제2 기어 컴포넌트(101)의 자력 기어는 기어 동작을 수행한다.

한편, 자기장 서핑 동작을 도 16을 이용하여 더 구체적으로 설명하면, 시간 t1에서, 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271)과 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)이 서로 교차하면서(또는 서로 오버랩되면서) 제1 척력(RP1)이 발생하기 시작한다.

제1 척력(RP1)은 제1 자석 유닛(271)과 제2 자석 유닛(221)의 교차 면적(오버랩 면적)이 넓을수록 커지기 때문에, 회전체(120)가 회전하면서, 제1 척력(RP1)은 더 커진다.

시간 t2에서, 제2 열(L2)의 제1 자석 유닛(272)과 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)이 서로 교차하면서(또는 서로 오버랩되면서) 제2 척력(RP2)이 발생하기 시작한다. 이는, 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)은 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)보다 위상차를 두고 뒤쪽에 배치되어 있기 때문이다.

전체척력(RPt)은 시간 t1 및 시간 t2를 지나면서 점점 강해질 수 있다. 즉, 시간 t1 및 시간 t2를 지나면서 회전체(120)는 더 강하게 회전될 수 있다.

시간 t3에서, 제3 열(L3)의 제1 자석 유닛(275)과 제6 열(L6)의 제2 자석 유닛(225)이 서로 교차하면서(또는 서로 오버랩되면서) 제3 척력(RP3)이 발생하기 시작한다.

정리하면, 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)이 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271)과 오버랩되기 시작하는 시점과, 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)이 제2 열(L2)의 제1 자석 유닛(272)과 오버랩되기 시작하는 시점이 서로 다르다. 따라서, 전술한 것과 같이, 회전체(120)의 회전 자력 벡터파로, 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)의 고정 자력 벡터파를 서핑하는 것이다. 또한, θ11, θ12, θ13은 중심축(CL)을 중심으로 반시계 방향으로 예각이고, θ21, θ22, θ23은 중심축(CL3, CL4, CL6)을 중심으로 시계 방향으로 예각일 수 있다. 이러한 구성으로 인해서, 회전체(120)가 회전할 때, 회전체(120)의 회전 자력 벡터파와 제1 비회전체(170), 제2 비회전체(171)의 고정 자력 벡터파는, 연속 회전으로 서로 연결된다.

이와 같이 안정적으로, 전원 공급부의 적은 전원을 기초로, 회전체(120)는 제1 비회전체(170)와 제2 비회전체(171) 사이에서 회전할 수 있다.

도 17 내지 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력 기어 시스템에서 사용되는 기어 컴포넌트를 설명하는 도면이다. 설명의 편의상 도 1 내지 도 16을 이용하여 설명한 것과 다른 점을 위주로 설명한다.

도 17은 제1 비회전체를 설명하는 도면으로, 회전체의 제2 부분과 마주보는 면일 수 있다. 도 18는 도 17의 비회전체에 설치된 다수의 제1 자석 유닛의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 19은 회전체를 설명하는 도면으로, 제1 비회전체와 마주보는 면일 수 있다. 도 20은 도 19의 비회전체에 설치된 다수의 제2 자석 유닛의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.

우선 도 17을 참조하면, 각 열(L1, L2, L3)에는 서로 이격된 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치된다. 구체적으로, 제1 열(L1)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(271)의 개수와, 제2 열(L2)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(272)의 개수와, 제3 열(L3)에 배치된 다수의 제1 자석 유닛(275)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 각 열(L1, L2, L3)에는 18개의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치될 수 있다.

도 19을 참조하면, 각 열(L4, L5, L6)에는 서로 이격된 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치된다. 각 열(L4, L5, L6)에 배치된 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 개수는 서로 다르다.

전술한 것과 같이, 제1 열(L1)의 적어도 일부와 제4 열(L4)의 적어도 일부가 마주보고, 제2 열(L2)의 적어도 일부와 제5 열(L5)의 적어도 일부가 마주보고, 제3 열(L3)의 적어도 일부와 제6 열(L6)의 적어도 일부가 마주볼 수 있다.

이러한 경우, 회전체(120)의 다수의 열(L4, L5, L6) 중 어느 한 열(예를 들어, L4)에 배치되는 제2 자석 유닛(221)의 개수는, 마주보는 열(예를 들어, L1)에 배치되는 제1 자석 유닛(271)의 개수와 서로 동일할 수 있다.

또한, 회전체(120)의 다수의 열(L4, L5, L6) 중 나머지 열(예를 들어, L5, L6)에 배치되는 제2 자석 유닛(222, 225)의 개수는, 마주보는 열(예를 들어, L2, L3)에 배치되는 제1 자석 유닛(272, 275)의 개수와 다를 수 있다. 특히, 나머지 열(예를 들어, L5, L6) 중 어느 한 열(예를 들어, L5)에 배치되는 제2 자석 유닛(222)의 개수는, 마주보는 열(예를 들어, L2)에 배치되는 제1 자석 유닛(272)보다 작을 수 있다. 반면, 나머지 열(예를 들어, L5, L6) 중 어느 한 열(예를 들어, L6)에 배치되는 제2 자석 유닛(225)의 개수는, 마주보는 열(예를 들어, L3)에 배치되는 제1 자석 유닛(275)보다 많을 수 있다.

예를 들어, 제1 비회전체(170)의 각 열(L1, L2, L3)에는, 각각 18개의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치된다. 회전체(120)의 제4 열(L4)에 배치된 제2 자석 유닛(221)의 개수는 18개, 제5 열(L5)에 배치된 제2 자석 유닛(222)의 개수는 16개, 제6 열(L6)에 배치된 제2 자석 유닛(225)의 개수는 20개일 수 있다. 여기서, 구체적인 개수는 예시적인 것에 불과하다.

한편, 도 7에서, 회전체(120)의 각 열(L4, L5, L6)에 배치된 제2 자석 유닛(221, 222, 225)는 서로 위상차가 있도록 배치되었다. 반면, 도 19에서, 2개의 포인트(PB1, PB2)에서 3개의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 동시에 시작되도록 배치된다. 즉, 3개의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 일 측벽(왼쪽 측벽)이 실질적으로 나란하도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 제4 열(L4)에 배치된 제2 자석 유닛(221)의 크기(또는 폭)과, 이웃하는 제2 자석 유닛(221) 사이의 간격(W4)이 일정하다. 제5 열(L5)에 배치된 제2 자석 유닛(222)의 크기(또는 폭)과, 이웃하는 제2 자석 유닛(222) 사이의 간격(W5)이 일정하다. 제6 열(L6)에 배치된 제2 자석 유닛(225)의 크기(또는 폭)과, 이웃하는 제2 자석 유닛(225) 사이의 간격(W6)이 일정하다. 각 열에 배치되는 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 개수가 서로 다르다. 이러한 조건들이 만족한다면, 이러한 포인트(PB1, PB2)는 회전체(120)의 각 열(L4, L5, L6)에 배치된 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 개수의 최대공약수에 따라서 달라질 수 있다. 구체적으로, 각 열(L4, L5, L6)에 배치된 제2 자석 유닛(221, 222, 225)의 개수들은 서로 동일하지 않고, 2 이상의 최대공약수를 가질 수 있다. 도 19에서는 18, 16, 20의 최대공약수가 2이기 때문에, 2개의 포인트(PB1, PB2)가 생길 수 있다. 예를 들어, 각 열(L4, L5, L6)의 개수가 16, 12, 20 이라면, 최대공약수가 4이기 때문에, 4개의 포인트가 생길 수 있다.

도 18를 참조하면, 축(110)을 중심으로 밖을 향하는 2개의 직선(a1, a2)을 그었을 때, 제1 열(L1)의 제1 자석 유닛(271)의 측벽의 일부, 제2 열(L2)의 제2 자석 유닛(272)의 측벽의 일부, 제3 열(L3)의 제1 자석 유닛(275)의 측벽의 일부가 2개의 직선(a1, a2)에 닿을 수 있다. 예를 들어, 각 제1 자석 유닛(271, 272, 275)의 측벽이 직선(a1, a2)보다 더 경사진 형태이기 때문이다.

마찬가지로, 도 20을 참조하면, 축(110)을 중심으로 밖을 향하는 직선(a13)은 제4 열(L4)의 제2 자석 유닛(221)의 측벽의 일부와 닿을 수 있다. 축(110)을 중심으로 밖을 향하는 직선(a14)은 제5 열(L5)의 제2 자석 유닛(222)의 측벽의 일부와 닿을 수 있다. 축(110)을 중심으로 밖을 향하는 직선(a16)은 제6 열(L6)의 제2 자석 유닛(225)의 측벽의 일부와 닿을 수 있다.

도 21 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 예시적인 사시도들이다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 20을 이용하여 설명한 것과 다른 점을 위주로 설명한다.

도 21에 도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)는 직교 방향으로 배치될 수 있다. 제1 기어 컴포넌트(100)의 제1 회전방향(R1)으로 회전하면, 제2 기어 컴포넌트(101)는 제3 회전방향(R3)으로 회전할 수 있다.

도 22 및 도 23에 도시된 것과 같이, 3개 이상의 기어 컴포넌트(100, 101, 102, 103)가 서로 연관되어, 회전운동을 전달할 수 있다.

도 22에 도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101) 사이에 직교 방향으로 제3 기어 컴포넌트(102)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 기어 컴포넌트(102)가 회전방향(R6)으로 회전하면, 이에 따라 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)가 각각 회전방향(R4, R5)으로 회전할 수 있다. 반대로, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)가 각각 회전방향(R4, R5)으로 회전하면, 제3 기어 컴포넌트(102)가 회전방향(R6)으로 회전할 수 있다.

도 23에 도시된 것과 같이, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제4 기어 컴포넌트(103)가 직교 방향으로 배치되고, 제2 기어 컴포넌트(101)와 제4 기어 컴포넌트(103)가 직교 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제4 기어 컴포넌트(103)가 회전방향(R9)으로 회전하면, 이에 따라 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)가 각각 회전방향(R7, R8)으로 회전할 수 있다. 반대로, 제1 기어 컴포넌트(100)와 제2 기어 컴포넌트(101)가 각각 회전방향(R7, R8)으로 회전하면, 제4 기어 컴포넌트(103)가 회전방향(R9)으로 회전할 수 있다.

한편, 도 21 내지 도 23에 도시된 기어 컴포넌트(100~103) 사이의 연결 관계는 예시적인 것에 불과하고, 도시되지 않은 방법에 의해서도 기어 컴포넌트들의 연결이 가능하다.

도 24 내지 도 28은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자력 기어 시스템에서 사용될 수 있는, 기어 컴포넌트의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 24 내지 도 28에 도시된 기어 컴포넌트는, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275), 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225), 다수의 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a), 다수의 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a), 자력 기어(321) 등의 배치는 도 1 내지 도 23을 이용하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다.

도 24를 참조하면, 회전체(120)의 양측에 제1 비회전체(120)와 제2 비회전체(120)가 배치될 수 있다. 회전체(120)는 제1 부분(121), 제1 부분(121)의 일측에 배치된 제2 부분(122), 제1 부분(121)의 타측에 배치된 제3 부분(123)을 포함한다.

제1 부분(121)은 원통(cylinder) 형상일 수 있고, 제2 부분(122), 제3 부분(123)은 원뿔대(truncated cone) 형상일 수 있다. 또는, 도시된 것과 달리, 제1 부분(121)은 다각형 프리즘(polygonal prism) 형상이고, 제2 부분(122), 제3 부분(123)은 잘린 다각형 피라미드(truncated polygonal pyramid) 형상일 수도 있다.

제1 비회전체(120), 제2 비회전체(120)는 각각 제2 부분(122), 제3 부분(123)과 상보적으로 형성될 수 있다. 즉, 제2 부분(122)이 원뿔대 형상으로 돌출되고, 제2 부분(122)과 마주보는 제1 비회전체(120)는 함몰부를 포함한다. 제3 부분(123)이 원뿔대 형상으로 돌출되고, 제3 부분(123)과 마주보는 제2 비회전체(120)는 함몰부를 포함한다.

도 25를 참조하면, 회전체(120)는 원통 형상이고, 제2 자석 유닛(221, 222, 225)과 제3 자석 유닛(221a, 222a, 225a)이 배치되는 면은 평평하다. 제1 자석 유닛(271, 272, 275), 제4 자석 유닛(271a, 272a, 275a)가 배치되는 제1 비회전체(120), 제2 비회전체(120)의 면도 평평하다.

도 26 내지 도 28을 참조하면, 회전체(120)의 일측에만 비회전체(예를 들어, 170)가 배치될 수도 있다. 이러한 경우에도, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)은 제1 비회전체(170)에 설치되고, 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)은 제2 부분(122)에 설치된다.

도 26에 도시된 것과 같이, 회전체(120)의 제2 부분(122)에 함몰부가 형성되고, 제1 비회전체(120)에는 돌출부가 형성된다. 도 27에 도시된 것과 같이, 회전체(120)의 제2 부분(122)에 돌출부가 형성되고, 제1 비회전체(120)에는 함몰부가 형성된다. 도 28에 도시된 것과 같이, 회전체(120)의 제2 부분(122)(또는, 다수의 제2 자석 유닛(221, 222, 225)이 배치되는 면) 및 제1 비회전체(120)(또는, 다수의 제1 자석 유닛(271, 272, 275)이 배치되는 면)는 평평하다.

도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 30은 도 29의 D - D를 따라서 절단한 단면도이다.

도 29 및 도 30를 참조하면, 자력 기어 시스템은 썬(sun) 기어 컴포넌트(10), 적어도 하나의 유성(planetary) 기어 컴포넌트(21, 22, 23), 링 기어(30)를 포함한다.

여기서, 썬 기어 컴포넌트(10) 또는 유성 기어 컴포넌트(21, 22, 23)는 도 2 내지 도 20, 도 24 내지 도 28을 이용하여 설명한 기어 컴포넌트 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

썬 기어 컴포넌트(10)는 예를 들어, 제1 자력 기어(1010)를 포함한다. 다수의 유성 기어 컴포넌트(21, 22, 23)는 제1 자력 기어(1010)와 평행 방향으로 마주보는 제2 자력 기어(1021, 1022, 1023)를 포함한다. 도면에서는 유성 기어 컴포넌트(21, 22, 23)가 3개인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 설계에 따라서, 1개, 2개, 또는 4개 이상일 수도 있다.

링 기어(30)는 썬 기어 컴포넌트(10)와 다수의 유성 기어 컴포넌트(21, 22, 23)를 둘러싸고, 제2 자력 기어(1021, 1022, 1023)와 평행 방향으로 마주보는 제3 자력 기어(1030)를 포함한다.

링 기어(30)는 출력축(40)과 직접 연결되어, 링 기어(30)의 회전에 따라서 출력축(40)은 회전할 수 있다.

예시적인 동작을 설명하면 다음과 같다.

축(110)이 회전하면 썬 기어 컴포넌트(10)의 회전체(120)가 회전하고, 이에 따라 회전체(120)에 설치되어 있는 제1 자력 기어(1010)도 회전한다. 기어 동작으로 인해서, 제1 자력 기어(1010)의 회전에 따라서, 제2 자력 기어(1021, 1022, 1023)도 회전한다. 또한, 기어 동작으로 인해서, 제2 자력 기어(1021, 1022, 1023)의 회전에 따라서, 링 기어(30)도 회전한다. 링 기어(30)의 회전에 따라 출력축(40)이 회전한다. 이와 같은 방식으로, 자력 기어 시스템은 입력 토크보다 출력 토크를 키울 수 있다.

도 31는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력 기어 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의상, 도 29 및 도 30의 자력 기어 시스템과 다른 점을 위주로 설명한다.

도 31의 자력 기어 시스템은, 출력 기어 컴포넌트(50)을 더 포함할 수 있다. 즉, 출력 기어 컴포넌트(50)는 예를 들어, 제4 자력 기어를 포함하고, 제1 자력 기어(1010), 제2 자력 기어(1021, 1022, 1023) 내지 제3 자력 기어(1030)와 평행 방향으로 마주볼 수 있다. 또한 출력축(110)은 출력 기어 컴포넌트(50)와 직접 연결된다.

즉, 축(110)이 회전하면, 썬 기어 컴포넌트(10)의 제1 자력 기어(1010), 유성 기어 컴포넌트(21, 22, 23)의 제2 자력 기어(1021, 1022, 1023), 링 기어(30)가 회전하게 되고, 링 기어(30)의 회전에 따라 출력 기어 컴포넌트(50) 및 출력축(40)이 회전하게 된다.

도 32는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 구동 시스템을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 구동 시스템은 전술한 자력 기어 시스템을 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결할 수 있다. 도 32에서는 예를 들어, 자력 기어 시스템(91, 92, 93)이 3개 직렬 연결된 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 자력 기어 시스템(92)는 자력 기어 시스템(91)의 출력을 기초로 동작하고, 자력 기어 시스템(93)는 자력 기어 시스템(92)의 출력을 기초로 동작할 수 있다. 연결 방식은 도시된 것에 한정되지 않고 다양한 방법으로 연결시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110: 축 120: 회전체
170: 제1 비회전체 171: 제2 비회전체
271, 272, 275: 다수의 제1 자석 유닛
221, 222, 225: 다수의 제2 자석 유닛
221a, 222a, 225a: 다수의 제3 자석 유닛
271a, 272a, 275a: 다수의 제4 자석 유닛
321: 자력 기어

Claims

제1 기어 컴포넌트; 및
상기 제1 기어 컴포넌트의 회전에 따라 회전할 수 있는 제2 기어 컴포넌트를 포함하되,
상기 제1 기어 컴포넌트는,
제1 부분과, 상기 제1 부분의 일측에 배치되는 제2 부분과, 상기 제1 부분의 타측에 배치되는 제3 부분을 포함하는 회전체와,
상기 제2 부분과 마주보는 제1 비회전체와,
상기 제1 비회전체에 배치되고, 제1 극성을 갖는 다수의 제1 자석 유닛과,
상기 제2 부분에 배치되고, 상기 제1 극성을 갖는 다수의 제2 자석 유닛과,
상기 제1 부분에 배치된 제1 자력 기어를 포함하되,
상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖고,
상기 제1 자력 기어는, 상기 제2 기어 컴포넌트의 제2 자력 기어와 기어 동작을 수행하는 자력 기어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 자력 기어 및 상기 제2 자력 기어는 균형 자력 벡터파를 갖는 자력 기어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 자석 유닛의 중심축은, 상기 제1 자석 유닛의 자장축과 제1 방향으로 예각을 이루고,
상기 제2 자석 유닛의 중심축은, 상기 제2 자석 유닛의 자장축과 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 예각을 이루는 자력 기어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 다수의 제1 자석 유닛은 축을 중심으로 제1 열 및 제2 열을 이루어 배치되고,
상기 다수의 제2 자석 유닛은 상기 축을 중심으로 제3 열 및 제4 열을 이루어 배치되고,
상기 제1 열의 적어도 일부와 상기 제3 열의 적어도 일부가 마주보고, 상기 제2 열의 적어도 일부와 상기 제4 열의 적어도 일부가 마주보는 자력 기어 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 제1 열에 배치된 제1 자석 유닛과, 상기 제2 열에 배치된 제2 자석 유닛은 제1 위상차를 갖도록 배치되고,
상기 제3 열에 배치된 제2 자석 유닛과, 상기 제4 열에 배치된 제2 자석 유닛은 상기 제1 위상차과 다른 제2 위상차를 갖도록 배치되는 자력 기어 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 축으로부터 상기 제1 열까지의 거리와, 상기 축으로부터 상기 제3 열까지의 거리는 서로 다른 자력 기어 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 제2 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛의 개수와, 상기 제4 열을 이루는 다수의 제2 자석 유닛의 개수는 서로 다른 자력 기어 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제1 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛의 개수와, 상기 제3 열을 이루는 상기 다수의 제2 자석 유닛의 개수는 서로 같은 자력 기어 시스템.
제 8항에 있어서,
상기 다수의 제1 자석 유닛은 상기 축을 중심으로 제1 열, 제2 열 및 제5 열을 이루어 배치되고, 상기 제1 열, 상기 제2 열, 상기 제5 열 순서로 배치되고,
상기 다수의 제2 자석 유닛은 상기 축을 중심으로 제3 열, 제4 열 및 제6 열을 이루어 배치되고, 상기 제3 열, 상기 제4 열, 상기 제6 열 순서로 배치되고,
상기 제5 열의 적어도 일부와 상기 제6 열의 적어도 일부가 마주보고,
상기 제5 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛의 개수와, 상기 제6 열을 이루는 다수의 제2 자석 유닛의 개수는 서로 다른 기어 컴포넌트.
제 1항에 있어서,
상기 제3 부분과 마주보는 제2 비회전체와,
상기 제3 부분에 배치되고, 제2 극성을 갖는 다수의 제3 자석 유닛과,
상기 제2 비회전체에 배치되고, 상기 제2 극성을 갖는 다수의 제4 자석 유닛을 포함하는 자력 기어 시스템.
제 10항에 있어서,
상기 제2 부분은 제1 함몰부를 포함하고,
상기 제3 부분은 제2 함몰부를 포함하고,
상기 제1 비회전체는 상기 제1 함몰부를 향하여 돌출된 제1 돌출부를 포함하고,
상기 제2 비회전체는 상기 제2 함몰부를 향하여 돌출된 제2 돌출부를 포함하는 자력 기어 시스템.
제 11항에 있어서,
상기 회전체는 축과 연결되고,
상기 제1 함몰부는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 상기 축에 가깝고, 상기 제1 영역의 깊이는 상기 제2 영역의 깊이보다 깊고,
상기 축은 상기 제1 비회전체를 관통하고,
상기 제1 돌출부는 제5 영역과 제6 영역을 포함하고, 상기 제5 영역은 상기 제6 영역보다 상기 축에 가깝고, 상기 제5 영역의 높이는 상기 제6 영역의 높이보다 높은 자력 기어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 기어 컴포넌트의 상기 제1 자력 기어와, 상기 제2 기어 컴포넌트의 상기 제2 자력 기어는 직교 방향 또는 평행 방향으로 마주보는 자력 기어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 회전체는 축과 연결되고,
상기 축은 모터와 연결되고,
상기 모터는 전원 공급부의 전원 공급시 동작하고,
상기 회전체가 회전하는 동안, 상기 전원 공급부는 전원의 공급 및 차단을 반복하는 자력 기어 시스템.
제1 자력 기어를 포함하는 썬(sun) 기어 컴포넌트;
상기 제1 자력 기어와 평행 방향으로 마주보는 제2 자력 기어를 포함하는 유성(planetary) 기어 컴포넌트;
상기 썬 기어 컴포넌트와 상기 유성 기어 컴포넌트를 둘러싸고, 상기 제2 자력 기어와 평행 방향으로 마주보는 제3 자력 기어를 포함하는 링 기어를 포함하고,
상기 썬 기어 컴포넌트는
제1 부분과, 상기 제1 부분의 일측에 배치되는 제2 부분과, 상기 제1 부분의 타측에 배치되는 제3 부분을 포함하는 제1 회전체와,
상기 제2 부분과 마주보는 제1 비회전체와,
상기 제1 비회전체에 배치되고 다수의 열을 이루는 다수의 제1 자석 유닛과,
상기 제2 부분에 배치되고 다수의 열을 이루는 다수의 제2 자석 유닛과,
상기 제1 부분에 배치된 상기 제1 자력 기어를 포함하되,
상기 다수의 제1 자석 유닛과 상기 다수의 제2 자석 유닛 사이에는 척력이 발생되고,
상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖고,
상기 제1 자력 기어는, 상기 유성 기어 컴포넌트의 상기 제2 자력 기어와 기어 동작을 수행하는 자력 기어 시스템.
제 15항에 있어서,
상기 유성 기어 컴포넌트는
제4 부분과, 상기 제4 부분의 일측에 배치되는 제5 부분과, 상기 제4 부분의 타측에 배치되는 제6 부분을 포함하는 제2 회전체와,
상기 제5 부분과 마주보는 제2 비회전체와,
상기 제2 비회전체에 배치되고, 다수의 열을 이루는 다수의 제3 자석 유닛과,
상기 제5 부분에 배치되고 다수의 열을 이루는 다수의 제4 자석 유닛과,
상기 제4 부분에 배치된 상기 제2 자력 기어를 포함하고,
상기 다수의 제3 자석 유닛과 상기 다수의 제4 자석 유닛 사이에는 척력이 발생되고,
상기 제3 자석 유닛 및 제4 자석 유닛은 불균형 자력 벡터파를 갖는 자력 기어 시스템.
제1 자력 기어 시스템; 및
상기 제1 자력 기어 시스템의 출력을 기초로 동작하는 제2 자력 기어 시스템을 포함하고,
상기 제1 자력 기어 시스템 또는 상기 제2 자력 기어 시스템은 제 1항 내지 제 16항 중 어느 하나의 자력 기어 시스템인 구동 시스템.