KR101528565B1 - 소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체 - Google Patents

소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체 Download PDF

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KR101528565B1 KR1020130153682A KR20130153682A KR101528565B1 KR 101528565 B1 KR101528565 B1 KR 101528565B1 KR 1020130153682 A KR1020130153682 A KR 1020130153682A KR 20130153682 A KR20130153682 A KR 20130153682A KR 101528565 B1 KR101528565 B1 KR 101528565B1
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Abstract

본 발명은, 소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체에 관한 것으로, 제1 회전자와, 상기 제1 회전자를 둘러싸는 제1 고정자가 구비되어 있으며, 전압이 인가되면 상기 제1 고정자로부터 생성되는 자기장에 의해 상기 제1 회전자가 회전되는 제1 모터유닛; 상기 제1 회전자와 연결 결합되는 제1 회전축; 상기 제1 회전축의 선단에 결합되며, 상기 제1 회전자가 회전하면 상기 제1 회전축에 연동하여 회전되는 제1 프로펠러; 상기 제1 회전축이 관통되되 상기 제1 모터유닛의 상측에 배치되고, 제2 회전자와, 상기 제2 회전자를 둘러싸는 제2 고정자가 구비되어 있으며, 전압이 인가되면 상기 제2 고정자로부터 생성되는 자기장에 의해 상기 제2 회전자가 회전되는 제2 모터유닛; 중공의 구조를 가져서, 상기 제1 회전축이 상기 중공으로 관통하며 상기 제2 회전자에 연결 결합되는 제2 회전축; 및 상기 제2 회전축의 선단에 결합되며, 상기 제2 회전자가 회전하면 상기 제2 회전축에 연동하여 회전하는 제2 프로펠러를 포함한다.

Description

소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체{Rotating power device for small flying object and small flying object comprising the same}
본 발명은 소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 모터와 복수 개의 프로펠러를 연결하여 구조가 단순하면서도 콤팩트한 크기로 제작할 수 있으면서, 소형 비행물체에 설치할 수 있는 소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체에 관한 것이다.
무선 조종 모형 헬리콥터는 실제 헬리콥터의 구동방식을 축소하여 제작된 정밀기계 장치로 무선조종기(송신기)를 이용하여 비행한다. 무선 조종 모형 헬리콥터는 실제의 헬리콥터나 비행기 등을 조종하는 느낌을 주기 때문에 최근 여가 활동이나 취미로 무선 조종 헬리콥터를 날리는 인구가 증가하고 있다. 이와 같은 무선 조종 모형 헬리콥터는 취미뿐만 아니라 항공촬영 등의 용도로 많이 활용되고 있다.
무선 조종 모형 헬리콥터는 소형 엔진을 동력원으로 사용하는 엔진구동 방식과 배터리를 구동하는 모터구동방식 2가지의 구동방식을 갖는다. 종래에는 소형이면서 고마력을 출력하는 소형 전동모터가 개발되지 못하였으며, 가볍고 고용량을 갖는 배터리 역시 개발되지 못함으로 인해 무선조종 모형 헬리콥터의 동력원은 주로 소형엔진을 사용하였다.
엔진 구동 모형 헬리콥터는 비교적 큰 출력(회전력)을 얻을 수 있음으로 인해 모형 헬리콥터를 날리는데 큰 어려움이 없지만 소형 엔진의 잦은 고장을 유발함을 볼 수 있으며, 이를 방지하기 위해 엔진의 분해 청소 등 유지관리에 세심한 주의를 요하게 된다. 따라서 엔진 헬리콥터는 실제로 날리는 시간에 비해 기기의 정비 및 세팅 등에 많은 시간이 소용되는 단점이 있다.
이에 반해 종래의 전동모터를 구동원으로 하는 헬리콥터는 유지보수 등이 간단하며, 현장에서 배터리 장착 등의 간단한 작업으로 간단히 모형 헬리콥터의 비행을 즐길 수 있게 되나, 모터 구동 헬리콥터는 엔진에 비해 출력이 적으며, 모터를 구동하는 고효율 고방전량을 갖는 배터리 등이 개발되지 못해 실제로 모형 전동 헬리콥터는 모형 엔진 헬리콥터에 비해 그 개발이 늦어지고 있다.
한국등록특허공보 10-1012211호
본 발명은 복수 개의 모터와 복수 개의 프로펠러를 연결하여 구조가 단순하면서도 콤팩트한 크기로 제작할 수 있으면서, 소형 비행물체에 설치할 수 있는 소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 제1 회전자와, 상기 제1 회전자를 둘러싸는 제1 고정자가 구비되어 있으며, 전압이 인가되면 상기 제1 고정자로부터 생성되는 자기장에 의해 상기 제1 회전자가 회전되는 제1 모터유닛; 상기 제1 회전자와 연결 결합되는 제1 회전축; 상기 제1 회전축의 선단에 결합되며, 상기 제1 회전자가 회전하면 상기 제1 회전축에 연동하여 회전되는 제1 프로펠러; 상기 제1 회전축이 관통되되 상기 제1 모터유닛의 상측에 배치되고, 제2 회전자와, 상기 제2 회전자를 둘러싸는 제2 고정자가 구비되어 있으며, 전압이 인가되면 상기 제2 고정자로부터 생성되는 자기장에 의해 상기 제2 회전자가 회전되는 제2 모터유닛; 중공의 구조를 가져서, 상기 제1 회전축이 상기 중공으로 관통하며 상기 제2 회전자에 연결 결합되는 제2 회전축; 및 상기 제2 회전축의 선단에 결합되며, 상기 제2 회전자가 회전하면 상기 제2 회전축에 연동하여 회전하는 제2 프로펠러를 더 포함하며, 상기 제1 모터유닛의 회전 방향과 상기 제2 모터유닛의 회전 방향은 상호 반대되어, 상기 제1 프로펠러와 상기 제2 프로펠러가 상호 반대 방향으로 회전되는 소형 비행물체용 회전 동력장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 소형 비행물체용 회전 동력장치가 설치된 소형 비행물체를 제공한다.
본 발명에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치 및 이를 설치한 소형 비행물체는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 모터유닛과 프로펠러가 직접 연결되기 때문에 구조가 단순하면서도 크기가 작은 소형 비행물체용 회전 동력장치를 구현해낼 수 있다. 특히, 모터유닛과 프로펠러를 연결하는 회전축이 이중축 구조로 형성되기 때문에 두 개의 모터유닛을 각각 프로펠러와 연결될 수 있고, 각각의 모터유닛과 연결되는 각각의 프로펠러가 상호 반대 방향으로 회전하면서 하나의 동력장치만 설치할 때 보다 더 큰 추진력을 얻을 수 있다.
둘째, 전술한 바와 같이 소형 비행물체용 회전 동력장치의 구조가 단순하면서 크기가 콤팩트해지면, 소형 비행물체용 회전 동력장치가 적용되는 소형 비행물체의 크기도 함께 콤팩트하게 줄일 수 있는 효과가 있다. 특히 소형 비행물체는 어린이 또는 성인용 장난감 외에도 비상재난용으로 활용될 수 있으며, 소형 비행물체용 회전 동력장치의 적용으로 크기가 더욱 콤팩트해지면 사람의 손이 닿지 않은 곳까지 비상재난용으로의 활용 범위를 더욱 넓힐 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치가 도시된 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치가 소형 비행물체에 적용된 예가 도시된 사시도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치에 대해 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)는, 제1 모터유닛(110), 제1 회전축(130), 제1 프로펠러(150), 제2 모터유닛(120), 제2 회전축(140) 및 제2 프로펠러(160)를 포함한다.
상기 제1 모터유닛(110)은 전압이 인가되면 자기장에 의해 회전력을 제공하는 역할을 하는 것이다. 상기 제1 모터유닛(110)은 일반적으로 브러시리스 직류모터 즉, BLDC 모터가 적용된다. 그러나 이에 한정될 필요 없이 상기 제1 모터유닛은 다양한 종류의 소형 모터가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제1 모터유닛(110)으로 BLDC 모터가 적용된 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 제1 모터유닛(110)은 제1 회전자(111) 및 제1 고정자(113)를 포함한다. 상기 제1 회전자(111)는 일반적으로 영구자석이 이용된다. 상기 제1 고정자(113)는 상기 제1 회전자(111)를 둘러싸며 구비되고 있으며, 일반적으로는 코일로 이루어진다. 따라서 상기 제1 모터유닛(110)에 전압이 인가되면, 상기 제1 고정자(113)에서 생성되는 자기장에 의해 상기 제1 회전자(111)가 회전을 하게 되는 것이다. 그리고 이렇게 상기 제1 회전자(111)의 회전이 상기 제1 모터유닛(110)이 제공하는 회전 동력이 된다.
상기 제1 회전축(130)은 상기 제1 모터유닛(110)과 연결된다. 보다 구체적으로 상기 제1 회전축(130)은 상기 제1 모터유닛(110)의 상기 제1 회전자(111)와 연결되는 것이다. 상기 제1 회전축(130)은 일반적으로 원기둥의 형태로 형성되며, 상기 제1 회전자(111)로부터 연장 형성될 수도 있고, 별도로 제작된 상기 제1 회전축(130)을 상기 제1 회전자(111)와 연결할 수도 있다. 상기 제1 회전축(130)은 상기 제1 회전자(111)와 연결되어 있으므로, 상기 제1 회전자(111)가 회전하면 상기 제1 회전자(111)에 연동하여 상기 제1 회전자(111)가 회전하는 방향으로 함께 회전된다.
상기 제1 프로펠러(150)는 상기 제1 회전축(130)의 선단에 결합되는 것이다. 상기 제1 프로펠러(150)는 상기 제1 회전자(111)가 회전하면 상기 제1 회전축(130)에 의해 상기 제1 회전자(111)에 연동하여 상기 제1 회전자(111)가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 회전된다. 상기 제1 프로펠러(150)가 회전됨으로써, 후술될 바와 같이 상기 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)가 설치된 소형 비행물체(1)가 사용자가 원하는 방향으로 자유롭게 비행할 수 있는 것이다.
상기 제2 모터유닛(120)은 상기 제1 모터유닛(110)과 마찬가지로 전압이 인가되면 자기장에 의해 회전력을 제공하는 것이다. 상기 제2 모터유닛(120)은 상기 제1 모터유닛(110)의 상측에 배치된다. 보다 정확하게는 상기 제1 회전축(130)을 관통하여 상기 제1 모터유닛(110)의 상측에 배치되는 것이다. 즉, 상기 제1 모터유닛(110)과 상기 제2 모터유닛(120)은 수직 방향을 따라 상하로 배치된다. 본 실시예에서 상기 제2 모터유닛(120) 역시 BLDC 모터로 적용되는 것을 예로 들어 설명한다. 상기 제2 모터유닛(120)은 상기 제1 모터유닛(110)과 마찬가지로 제2 회전자(121) 및 제2 고정자(123)를 포함한다. 상기 제2 회전자(121)는 영구자석이 이용되고, 상기 제2 고정자(123)는 상기 제2 회전자(121)를 둘러싸며 구비되며 코일로 이루어진다. 상기 제2 모터유닛(120)에 전압이 인가되면 상기 제2 고정자(123)에서 생성되는 자기장에 의해 상기 제2 회전자(121)가 회전하면서 회전력을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같이 상기 제2 모터유닛(120)에 상기 제1 회전축(130)이 관통 삽입될 수 있도록, 상기 제2 모터유닛(120)의 상기 제2 회전자(121)에는 중공(121a)이 형성된다. 상기 중공(121a)은 상기 제2 회전자(121)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 제1 회전축(130)의 지름의 크기 보다 더 크게 형성된다. 상기 제1 모터유닛(110)의 상측에 배치되어 구비되는 상기 제2 모터유닛(120)은 상기 제1 모터유닛(110)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된다. 예를 들어, 상기 제1 모터유닛(110)이 시계방향으로 회전된다면, 상기 제2 모터유닛(120)은 반시계 방향으로 회전되는 것이다. 그러므로 상기 제1 회전축(130)에 의해 상기 제2 모터유닛(120)의 회전 방향이 간섭받지 않기 위해서는 상기 제2 회전자(121)의 상기 중공(121a)의 크기가 상기 제1 회전축(130)의 지름의 크기보다 더 크게 형성되는 것이 좋다.
전술한 바와 같이 상기 제2 회전축(140)에는 상기 제1 회전축(130)이 관통하며, 상기 제2 모터유닛(120)에 연결된다. 상기 제2 회전축(140)에 상기 제1 회전축(130)이 관통할 수 있도록 상기 제2 회전축(140)에는 길이 방향을 따라 중공(141)이 관통 형성된다. 상기 제2 회전축(140)에 형성된 상기 중공(141)의 크기는 상기 제1 회전축(130)의 지름 크기보다 오차 범위에서 더 크게 형성된다. 그런데 전술한 바와 같이, 상기 제2 모터유닛(120)이 상기 제1 모터유닛(110)과 반대 방향으로 회전된다. 따라서 상기 제2 모터유닛(120)이 상기 제1 모터유닛(110)과 반대 방향으로 회전되기 위해서는 상기 중공(141)의 크기는 상기 제1 회전축(130)의 지름 크기보다 오차 범위에서 더 크게 형성한다.
한편, 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140) 사이에는 베어링(b)이 더 구비될 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 제1 회전축(130)의 외면과 상기 제2 회전축(140)의 내면 사이에 상기 베어링(b)이 배치되는 것이다. 전술하였듯이, 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140)은 서로 반대 방향으로 회전되기 때문에 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140)이 서로 반대 방향으로 회전되면서 마찰이 발생될 수 있고, 이 마찰로 인해 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140)이 파손될 우려가 있다. 이때, 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140) 사이에 상기 베어링(b)이 구비됨으로써, 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140)이 회전되면서 발생될 수 있는 마찰과 파손을 방지할 수 있다.
그리고 상기 제2 회전축(140)의 길이는 상기 제1 회전축(130)의 길이보다 짧게 형성한다. 후술되겠지만, 상기 제2 회전축(140)의 선단에는 제2 프로펠러(160)가 결합되며, 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)는 동일한 방향을 향해 배치된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 모터유닛(110)과 상기 제2 모터유닛(120)을 기준으로 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)가 동일한 방향을 향하도록 배치되는 것이다. 따라서 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)가 회전될 때, 상호 간섭이 발생되지 않기 위해서는 상기 제2 회전축(140)의 길이를 상기 제1 회전축(130)의 길이보다 짧게 형성한다.
상기 제1 회전축(130)이 관통된 상기 제2 회전축(140)은 상기 제2 모터유닛(120)에 연결된다. 보다 구체적으로는 상기 제2 회전축(140)이 상기 제2 모터유닛(120)의 상기 제2 회전자(121)에 연결되는 것이다. 따라서 상기 제2 회전축(140)은 상기 제2 회전자(121)에 연동되어 상기 제2 회전자(121)가 회전되는 방향으로 회전하는 것이다.
상기 제2 프로펠러(160)는 상기 제2 회전축(140)의 선단에 결합된다. 상기 제2 회전축(140)이 상기 제2 모터유닛(120)과 연결된 측 단부와 반대되는 단부에 상기 제2 프로펠러(160)가 결합되는 것이다. 상기 제2 프로펠러(160)는 상기 제2 회전자(121)가 회전을 하면, 상기 제2 회전축(140)에 의해 상기 제2 회전자(121)의 회전에 연동하여 상기 제2 회전자(121)가 회전하는 방향으로 회전된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)는, 상기 제1 모터유닛(110)과 상기 제2 모터유닛(120)에 전압이 인가되면 각각 상기 제1 고정자(113)와 상기 제2 고정자(123)에서 자기장이 생성되고, 이 자기장에 의해서 상기 제1 회전자(111)와 상기 제2 회전자(121)가 동시에 회전하게 된다. 이때, 상기 제1 회전자(111)와 상기 제2 회전자(121)의 회전 방향은 상호 반대 방향이며, 상기 제1 회전자(111)의 회전 방향과 상기 제2 회전자(121)의 회전 방향은 사용자의 필요에 의해 변경될 수 있다.
상기 제1 회전자(111)와 상기 제2 회전자(121)의 회전에 의해 상기 제1 모터유닛(110)과 상기 제2 모터유닛(120)이 회전력을 제공하면 상기 제1 회전축(130)과 상기 제2 회전축(140)에 각각 결합된 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)가 각각 회전을 하게 된다. 앞서, 상기 제1 회전자(111)와 상기 제2 회전자(121)가 상호 반대방향으로 회전된다고 전술한 바와 같이, 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)도 상호 반대 방향으로 회전을 하게 된다.
이렇게 상기 제1 모터유닛(110)과 상기 제2 모터유닛(120)에 의해 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)가 회전을 하면, 상기 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)가 구비된 소형 비행물체가 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)에 의해 공중에서 비행을 할 수 있게 되는 것이다.
특히, 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)를 같은 크기의 토크로 서로 다른 방향으로 돌리게 되면, 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)의 회전력이 상쇄된다. 이렇게 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)의 회전력이 상쇄되면, 상기 제1 프로펠러(150)와 상기 제2 프로펠러(160)에는 추진력만 남게 되어 상기 소형 비행물체(1)의 균형을 잡기 위한 추가적인 장치가 필요 없어진다.
소형 비행물체는 추가적으로 장착되는 장치들이 소형 비행물체의 무게와 직결된다. 만약, 소형 비행물체의 무게가 무거워지면 추진력을 얻기 위해서 주 모터가 강해져야 하므로 배터리 용량이 증가할 수밖에 없다. 이는 소형 비행물체의 무게를 다시 키워야 하는 악순환을 불러오는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)를 이용하면 소형 비행물체의 토크를 상쇄하기 위한 장치의 추가가 불필요하므로 소형 비행물체의 크기를 줄이는 효과도 가질 수 있다.
도 2는 소형 비행물체(1)에 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)가 설치예가 도시된 것이다. 도 2에 도시된 소형 비행물체(1)는 본 발명의 출원인이 헬리콥터에서 모티브를 얻어 제작한 것으로, 유니콥터라는 소형 비행물체이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 소형 비행물체(1)는 외부에 프로펠러가 장착되지 않는다. 대신, 상기 소형 비행물체(1)의 내부에 상기 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)가 설치되어 있으며, 상기 소형 비행물체용 회전 동력장치(100)의 상기 제1 프로펠러(150)와, 상기 제2 프로펠러(160)에 의해 상기 소형 비행물체(1)가 비행을 할 수 있는 것이다.
삭제
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 소형 비행물체
100: 소형 비행물체용 회전 동력장치
110: 제1 모터유닛 111: 제1 회전자
113: 제1 고정자 130: 제1 회전축
150: 제1 프로펠러
120: 제2 모터유닛 121: 제2 회전자
123: 제2 고정자 140: 제2 회전축
160: 제2 프로펠러

Claims (7)

  1. 소형 비행물체의 내부에 배치되어 제1 회전자와, 상기 제1 회전자를 둘러싸는 제1 고정자가 구비되어 있으며, 전압이 인가되면 상기 제1 고정자로부터 생성되는 자기장에 의해 상기 제1 회전자가 회전되는 제1 모터유닛;
    상기 소형 비행물체의 내부에 상기 제1 회전자와 직접 연결 결합되어 상기 제1 회전자의 회전에 연동하여 회전하는 제1 회전축;
    상기 소형 비행물체의 내부에서 상기 제1 회전축의 선단에 결합되며, 상기 제1 회전축이 회전하면 상기 제1 회전축에 연동하여 회전되는 제1 프로펠러;
    상기 소형 비행물체의 내부에 배치되되, 제2 회전자에 길이 방향을 따라 중공이 형성되어 상기 중공에 상기 제1 회전축이 관통함으로써 상기 제1 모터유닛의 상측에 배치되고, 상기 제2 회전자를 둘러싸는 제2 고정자가 구비되어 있으며, 전압이 인가되면 상기 제2 고정자로부터 생성되는 자기장에 의해 제2 회전자가 회전되는 제2 모터유닛;
    상기 소형 비행물체의 내부에서 상기 제2 회전자와 직접 연결 결합되어 상기 제2 회전자의 회전에 연동하여 회전하고, 길이 방향을 따라 중공의 구조를 가져서 상기 제1 회전축이 상기 중공을 관통하여 삽입되는 제2 회전축; 및
    상기 소형 비행물체의 내부에서 상기 제1 프로펠러와 상호 간섭하지 않도록 상기 제1 회전축의 길이보다 짧게 형성된 상기 제2 회전축의 선단에 결합되며, 상기 제2 회전축이 회전하면 상기 제2 회전축에 연동하여 회전되는 제2 프로펠러를 포함하며,
    상기 제1 모터유닛의 회전 방향과 상기 제2 모터유닛의 회전 방향은 상호 반대되어, 상기 제1 프로펠러와 상기 제2 프로펠러는 각각의 회전력이 상쇄되도록 상호 반대 방향으로 회전되는 소형 비행물체용 회전 동력장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 모터유닛 및 상기 제2 모터유닛은 브러시리스 직류 모터(BLDC 모터)인 소형 비행물체용 회전 동력장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회전축의 외면과 상기 제2 회전축의 내면 사이에 배치되는 베어링을 더 포함하는 소형 비행물체용 회전 동력장치.
  7. 삭제
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