KR101967249B1

KR101967249B1 - 드론

Info

Publication number: KR101967249B1
Application number: KR1020190003761A
Authority: KR
Inventors: 김종성; 최영준
Original assignee: 김종성; 최영준
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-04-09
Also published as: WO2020145677A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 드론은, 자이로 로터 유닛(20)에 플라이휠(26)과 베인(28)을 포함하여 구성하고,
상기 플라이휠(26)을 회전시킴으로 비행체의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 양력을 발생시켜 마그누스 효과를 구현하고, 이로써 양력을 보강하며,
플라이휠(26)과 베인(28)이 함께 회전시켜 자이로 효과를 구현하고, 이로써 수평 자세를 복원시켜 안정된 비행을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 배터리 전력이 설정된 수준의 이하로 판단될 때 플라이휠을 회전시켜 자이로스코프 효과와 마그누스 효과를 강제로 구현하여 드론이 급작스럽게 추락하는 것을 방지할 수 있다.

Description

드론 {Drone}

본 발명은 양력을 증가시키고 비행 자세를 복원하고 안정화하는 드론 또는 비행기에 관한 것이다.

일반적으로 드론은 비행기처럼 프로펠러 회전축의 수평 방향으로 배치할 수 있고, 헬리콥터처럼 프로펠러 회전축이 수직 방향으로 배치될 수 있으며, 이로써 활주로를 수직 이착륙할 수 있다.

드론은 전동 모터와 배터리를 포함하여 구성할 수 있고, 전동 모터는 배터리 전력으로 프로펠러를 작동시킬 수 있으며, 드론은 배터리 전력이 여유가 있을 때 안정적으로 비행할 수 있다.

그러나 드론은 배터리 전력을 빠르게 소비할 수 있고 이로써 드론 비행시간이 매우 짧을 수 있으며, 비행 속도가 급격하게 느려질 수 있다.

또한, 드론은 배터리 전력이 급격하게 낮아짐으로써 프로펠러에 의한 추력 또는 양력을 충분하게 구현하지 못하여 갑작스럽게 추락할 수 있다.

드론이 비행하다가 갑작스럽게 자유 낙하하여 추락하면 드론 자체가 위험한 물건이 될 수 있고, 예를 들어 사람이 다치거나, 물건이 파손되는 등의 피해를 발생시킬 수 있다.

KR 10-0747082 B1

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 드론의 한쪽에 원반 형태의 플라이휠을 설치하고, 플라이휠의 회전으로 마그누스 효과(Magnus effect)를 구현하여 드론이 상승하는 방향으로 힘을 받도록 하여 양력을 보강할 수 있도록 하고, 고장 또는 배터리 소진 등의 비상 상황일 때 추락 속도를 현저하게 낮출 수 있도록 하는 드론을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 마그누스 효과로 양력을 보강하여 드론의 비행시간을 증가시킬 수 있도록 하는 드론을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되고 좌우 방향 또는 후방으로 넓게 형성된 고정익(2); 및 상기 고정익(2)에서 상기 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되거나 상기 수직 중심선(a)에 배치된 자이로 로터 유닛(20);을 포함하고,

상기 자이로 로터 유닛(20)은, 상기 고정익(2)에 설치된 브래킷(22); 상기 브래킷(22)에서 상기 수직 중심선(a)과 회전 축선(c)이 직각을 이루도록 설치된 샤프트 액슬(24); 상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 회전에 따라 비행체의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 양력을 구현하고, 수평 자세로 복원하는 플라이휠(26); 및 상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 주변 기류에 영향을 받아 회전하여 상기 플라이휠(26)을 회전시키는 베인(28);을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 상기 플라이휠(26)이 복수로 제공되고, 어느 하나의 플라이휠(26)과 다른 플라이휠(26)의 사이에 베인(28)이 배치된 것;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 상기 베인(28)이 바깥쪽 모서리 일부가 경사지게 형성되어 상기 베인(28)이 회전하여 회전체 형상이 구현될 때 콘 형상을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 어느 하나의 플라이휠(26)이 다른 하나의 플라이휠(26)보다 지름이 더 크거나 원주 표면적(w)이 넓게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 상기 플라이휠(26)에 극성이 일정하게 원형 배열로 정렬되어 배치된 제1 마그네틱(52); 상기 고정익(2)에 설치되어 전동 모터에 의해 회전자가 회전 작동하는 마그네틱 드라이버(50); 및 상기 마그네틱 드라이버(50)의 회전자에 극성이 일정하게 원형 배열로 정렬되어 배치되고, 상기 마그네틱 드라이버(50)가 작동하면 상기 플라이휠(26)이 회전하도록 상기 제1 마그네틱(52)에 자력을 작용하는 제2 마그네틱(54);을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 상기 본체(1)에서 상기 수직 중심선(a) 상에 배치된 드론 제어부(10);를 포함하고,

상기 드론 제어부(10)는, 배터리의 잔량 검출 값이 기준값 이하이면 배터리의 전기 에너지를 다른 전자기기보다 우선하여 상기 마그네틱 드라이버(50)에 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 가로 길이(폭)가 상기 샤프트 액슬(24) 길이와 같거나 5% 내외의 범위로 형성되고, 상기 고정익(2)에서 상기 자이로 로터 유닛(20)이 설치된 부분의 뒤쪽에 배치되는 연장 고정익(4);을 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

위와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 순항 비행을 하는 동안에 마그누스 효과를 구현하면 양력을 보강할 수 있고 이로써 비행시간을 늘릴 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 플라이휠을 회전시킴으로써 자이로 효과를 구현하여 비행체의 자세를 복원할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 배터리 전력이 설정된 수준의 이하로 판단될 때 플라이휠을 회전시켜 마그누스 효과를 강제로 구현할 수 있고, 이로써 드론이 제어되지 않은 상태에서 급작스럽게 추락하는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 낙하산처럼 드론은 느린 속도로 하강시켜 안전하게 착지하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 배터리 수준과 무관하게 비행할 때 플라이휠을 회전시켜 안정적인 비행을 도모할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 자이로 로터 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 다른 예의 자이로 로터 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 자이로 로터 유닛의 설치 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6부터 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명하면서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 자세한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

다른 한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에 관해서 설명한다. 첨부도면 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 드론은, 본체(1), 고정익(2) 및 자이로 로터 유닛(20)을 포함하여 구성할 수 있다.

상기 본체(1)는 비행체의 형상에 따라 다양하게 제공될 수 있고, 본체(1)에 드론을 제어하기 위한 전자 장비가 탑재될 수 있다. 전자 장비는 예를 들면 배터리, 전동 모터, 카메라 모듈, 통신 모듈 등이다.

상기 고정익(2)은 상기 본체(1)에서 상기 본체(1)의 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되고 좌우 방향 또는 후방으로 넓게 형성될 수 있다. 즉, 고정익(2)의 형상은 본체(1)의 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되는 형상이라면 어떠한 형상으로도 제공될 수 있고, 이는 도 2 및 도 6부터 도 10까지 다양한 예를 나타내었다.

상기 고정익(2)은 단면 형상이 에어포일 형상의 곡면 형상으로 형성될 수 있고, 두께가 일정한 판재 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정익(2)은 고정익 면적에 대하여 자이로 유닛의 면적 비율이 중요한 설계 요소일 수 있다. 여기서 자이로 유닛의 면적은 플라이휠(26)의 원주 표면적과 베인(28)의 표면적을 합한 면적일 수 있다. 상기 고정익(2)은 고정익 면적에 대하여 자이로 유닛의 면적이 클수록 자이로 효과가 증대될 수 있다.

또한, 상기 고정익(2)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 상반각(d)을 가질 수 있다. 상반각(d)은 드론의 자세가 기울어졌을 때, 내려간 쪽의 고정익에 닿는 공기량이 증가하여 양력이 증가하고, 올라간 쪽의 고정익에 닿는 공기량이 감소하여 양력이 감소할 수 있다. 즉, 고정익(2)에 상반각(d)을 형성함으로써 드론의 비행 자세를 쉽고 신속하게 안정된 자세로 복원시킬 수 있다.

상기 자이로 로터 유닛(20)은, 상기 고정익(2)에서 상기 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되거나 상기 수직 중심선(a)에 배치될 수 있다.

위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 자이로 로터 유닛(20)에 의하여 마그누스 효과를 구현하여 양력을 보강할 수 있고, 자이로 효과에 의하여 자세를 복원할 수 있다.

이하, 자이로 로터 유닛(20)에 대하여 도 3부터 도 5까지 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 자이로 로터 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 다른 예의 자이로 로터 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 자이로 로터 유닛의 설치 구성을 설명하기 위한 도면이다.

상기 자이로 로터 유닛(20)은, 브래킷(22), 샤프트 액슬(24), 플라이휠(26) 및 베인(28)을 포함하여 구성할 수 있다.

상기 브래킷(22)은 상기 고정익(2)에 설치될 수 있다. 상기 브래킷(22)은 비행체의 형태에 따라 고정익(2)의 상측에 설치되거나 본체(1)의 전방에 일체로 구성될 수 있다.

상기 브래킷(22)이 고정익(2)의 상측에 설치된다면, 도 5에 나타낸 바와 같이 비행체의 진행 방향을 향하여 전방 상측을 향하도록 경사지게 설치될 수 있다. 브래킷(22)이 전방으로 기울어진 각도는 수평 기준선으로부터 대략 45도부터 50도 각도를 이룰 수 있고, 이로써 자연 풍력이 브래킷(22)과 간섭을 최대한 피하면서 자연 풍력의 기류가 플라이휠(26)과 베인(28)에 상호 작용할 수 있다.

한편, 전방 상측을 향하도록 설치된 자이로 로터 유닛(20)의 베인(28)은 특정 각도에서 고정될 수 있으며, 이를 통해, 베인(28) 및 고정익(2)이 복엽 형태(미도시)를 이룰 수 있다.

상기 샤프트 액슬(24)은 상기 브래킷(22)에서 상기 본체(1)의 수평 기준선(b)과 회전 축선(c)이 평행하도록 설치될 수 있다. 다시 설명하면, 상기 샤프트 액슬(24)은 상기 수직 중심선(a)과 상기 회전 축선(c)이 직각을 이루도록 설치될 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4는 브래킷(22)이 샤프트 액슬(24)의 종단에 위치하는 것으로 도시되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 브래킷(22)을 베인(28)-제1 브래킷(22)-플라이휠(26)-제2 브래킷(22)-베인(28) 순서(미도시)로 구성할 수 있다.

상기 샤프트 액슬(24)의 배치 방향을 한정함으로써 플라이휠(26)의 회전에 따라 양력이 보강될 때 양력이 본체(1)가 자세를 유지하면서 상승하는 방향으로 작용할 수 있다.

또한, 상기 샤프트 액슬(24)의 배치 방향을 한정함으로써 플라이휠(26)의 회전에 따라 자이로 효과가 구현될 때 자이로 효과에 의하여 복원력이 발생하고 그 복원력이 본체(1) 자세를 복원하는 방향으로 작용할 수 있다.

상기 플라이휠(26)은 디스크 형태로 제공될 수 있고, 상기 샤프트 액슬(24)에 설치될 수 있으며, 질량에 운동 에너지를 가함으로써 회전 관성을 가질 수 있다.

또한, 상기 플라이휠(26)과 베인(28)의 회전은 비행체의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 양력을 구현할 수 있고, 상기 플라이휠(26)의 고속 회전에 따라 자이로 효과의 증강을 기대할 수 있다.

상기 베인(28)은 상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 주변 기류에 영향을 받아 회전하여 상기 플라이휠(26)을 회전시킬 수 있다.

상기 베인(28)이 고속으로 회전하면 마그누스 효과를 구현하고, 이로써 양력을 발생할 수 있다.

한편으로, 상기 베인(28)은 사용자의 의지에 따라 단면 형상이 수평 자세를 유지하도록 고정할 수 있고, 또는 상기 베인(28)이 자유롭게 회전할 수 있도록 부하를 없앨 수 있다.

이는 자이로 로터 유닛(20)이 적용된 비행체와 복엽 비행체의 두 기능을 겸비하는 상호 전환식 복엽기가 될 수 있어, 후술하는 자이로 로터 유닛(20)이 고정익 내에 수납되는 것처럼 구성되어 비행체가 고공 안정권에 진입한 후에 비행속도를 높이기 위하여 종래의 복엽기와 같은 비행을 구현할 수 있다.

상기 베인(28)의 회전 제어는 상기 샤프트 액슬(24)을 단속함으로써 구현할 수 있고, 좀 더 상세하게는 샤프트 액슬(24)의 회전을 억제하거나 억제를 해제하도록 제동장치를 설치할 수 있다. 상기 제동장치는 마찰, 밀착 압력 등, 알려진 기술을 이용하는 것으로 상세한 설명은 생략한다.

위와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 순항 비행을 하는 동안에 자이로 로터 유닛(20)을 회전시켜 마그누스 효과를 구현하고, 이로써 양력을 보강할 수 있고 이로써 비행시간을 늘릴 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 외부 기류에 의하여 베인을 회전시킬 수 있고, 이로써 플라이휠이 회전함으로써 자이로 효과를 구현하여 비행체의 자세를 복원할 수 있다.

한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 플라이휠(26)이 복수로 제공될 수 있고, 이로써 마그누스 효과와 자이로 효과를 더욱 확실하게 구현하여 양력 보강의 효과 및 자세 복원 효과를 증대시킬 수 있다.

어느 하나의 플라이휠(26)과 다른 플라이휠(26)의 사이에 베인(28)이 배치될 수 있고, 이로써 베인(28)이 복수로 제공되어 마그누스 효과와 자이로 효과를 더욱 확실하게 구현하여 자세 복원 효과를 증대시킬 수 있다.

베인(28)과 플라이휠(26)은 적절한 크기로 제공될 필요가 있고, 종횡 비율이 중요한 설계 요소일 수 있다. 플라이휠(26)의 원주 표면적은 베인(28)의 면적에 대하여 1.4배 이상일 수 있고, 이러하면 플라이휠(26)이 정회전 방향으로 적정한 회전 속도로 회전 운동할 수 있다.

반면에 플라이휠(26)의 원주 표면적은 베인(28)의 면적에 대하여 1.4배 미만으로 제공되면, 플라이휠(26)이 역회전할 가능성이 있고 이러하면 드론이 양력을 역으로 받아 추락할 수 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이, 플라이휠(26)의 원주 표면적은 베인(28)의 면적에 대하여 1.4배 이상이 되도록 설계되는 것이 중요하다.

상기 베인(28)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 바깥쪽 모서리 일부가 경사지게 형성되어 상기 베인(28)이 회전하여 회전체 형상이 구현될 때 콘 형상을 이루도록 할 수 있다.

이로써 드론에 자이로 로터 유닛(20)을 본체(1)의 수직 중심선(a)에 배치하고 특히 본체(1) 또는 고정익(2)보다 높게 설치할 때, 베인(28)이 본체(1) 또는 고정익(2)과 간섭을 최소화하여 베인(28)의 회전에 의한 비정상적인 기류 흐름을 방지하며 비행체의 안정적인 비행 자세 유지에 이바지할 수 있다.

또한, 상기 베인(28)은 타원 형상, 마름모 형상, 장방형 등 좌우 대칭 형상으로 제공될 수 있고, 기류의 영향에 민감하게 반응할 수 있도록 한쪽에 버킷 형태로 오목하게 형성시킬 수 있으며 버킷 형상은 회전 대칭으로 형성되어 한쪽으로 회전 운동할 수 있다.

그러나 상기 베인(28)은 버킷 형상에 한정하는 것은 아니며, 평판 형상으로 형성이 가능하고 이러하면 초기 회전시동장치가 필요할 수 있다. 평판 형상의 베인(28)은 상술한 복엽기로의 전환에 필요할 수 있다.

다른 한편으로, 어느 하나의 플라이휠(26)이 다른 하나의 플라이휠(26)보다 지름이 더 크게 형성되거나 원주 표면적(w)이 넓게 형성될 수 있다.

마그누스 효과는 물체가 회전하면서 이동할 때, 이동 방향에 대하여 수직 방향으로 힘이 작용하는 것인데, 기류와 상호작용하는 면적이 넓을수록 압력 차이가 크게 발생할 수 있고, 압력 차이가 클수록 양력이 향상할 수 있다.

또 다른 한편으로, 자이로 로터 유닛(20)은 동력에 의하여 작동될 수 있고, 이는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론에서 자이로 로터 유닛(20)의 설치 구성을 설명하기 위한 도면이다.

상기 플라이휠(26)에 제1 마그네틱(52)이 배치될 수 있다. 제1 마그네틱(52)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 플라이휠(26)의 표면에 가깝게 원형 배열로 정렬될 수 있고, 극성이 일정하게 정렬되어 배치될 수 있다. 극성은 N극과 S극을 한 방향을 갖도록 정렬한 것이다.

고정익(2)에 마그네틱 드라이버(50)가 설치될 수 있고, 마그네틱 드라이버(50)는 전동 모터에 의해 회전자가 회전 작동할 수 있다. 전동 모터는 본체(1)에 탑재된 배터리로부터 전기 에너지를 받을 수 있고, 드론 제어부(10)의 제어에 따라 작동될 수 있다.

상기 마그네틱 드라이버(50)의 회전자에 도 5에 나타낸 바와 같이 제2 마그네틱(54)이 원형 배열로 배치될 수 있다. 제2 마그네틱(54)은 극성이 일정하게 정렬될 수 있고, 극성은 N극과 S극을 한 방향을 갖도록 정렬한 것이다.

이로써, 상기 마그네틱 드라이버(50)가 작동하면 제2 마그네틱(54)이 회전하고, 제2 마그네틱(54)은 상기 플라이휠(26)의 제1 마그네틱(52)에 자력 영향을 끼치며, 자력에 의하여 상기 플라이휠(26)이 회전될 수 있다.

즉, 상기 플라이휠(26)은 사용자의 제어 의지에 따라 강제로 회전시킬 수 있고, 드론 제어부(10)의 제어에 따라 강제로 회전할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 마그누스 효과가 필요한 시점에 플라이휠(26)을 강제로 회전시켜 양력을 보강할 수 있다.

또한, 플라이휠(26) 또는 베인(28)을 회전시키기 위한 별도의 구동 모터를 본체(1)의 바깥에 설치하지 않음으로써, 비행체의 추진에 공기 저항 발생 요인을 추가하지 않아 비행체의 추진력이 약화하는 것을 방지할 수 있다.

또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 상기 본체(1)에서 상기 수직 중심선(a) 상에 드론 제어부(10)를 포함하여 구성할 수 있고, 무게 중심이 좌우 어느 한쪽으로 치우치지 않고 균형을 이룰 수 있으며 안정된 비행에 이바지할 수 있다.

드론 제어부(10)에는, 제어부, 배터리, 전동 모터, 카메라 장비, 통신 장비 등이 갖춰질 수 있고, 본체(1)의 바깥에 프로펠러가 설치될 수 있다. 카메라 장비는 영상을 촬영할 수 있고, 통신 장비는 드론 운영자의 원격 제어기와 통신할 수 있으며 이로써 드론 운영자가 드론을 원격 제어할 수 있다.

한편으로, 상기 드론 제어부(10)는, 배터리의 잔량 검출 값이 기준값 이하이면 배터리의 전기 에너지를 다른 전자기기보다 우선하여 상기 마그네틱 드라이버(50)에 제공할 수 있다.

드론 제어부(10)는 배터리의 상태를 계속 모니터링하여 배터리 잔량을 검출할 수 있고, 검출 값이 기준값에 도달하거나 기준값 이하인지를 판단할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 드론은 배터리 전력이 설정된 수준의 이하로 판단될 때, 플라이휠(26)을 강제로 고속 회전시켜 자이로 효과와 마그누스 효과를 강제로 구현할 수 있고, 이로써 드론이 제어되지 않은 상태에서 급작스럽게 추락하는 것을 방지할 수 있다.

좀 더 상세하게는, 배터리 잔량이 낮은 경우에 드론은 계속 비행이 어려울 수 있고, 드론이 목표 착륙 지점에 도착하지 못할 수 있으며, 심지어 드론은 정상적으로 제어할 수 없는 비상 상황에 마주할 수 있다. 이러한 비상 상황이 발생하면 드론 제어부(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 마그네틱 드라이버(50)를 작동시켜 양력을 보강하고 이로써 드론을 정상적으로 제어하지 못할 상황일 때 드론이 급격하게 추락하는 것을 지연시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 드론의 추락 속도를 늦추도록 함으로써 드론 추락으로 발생할 수 있는 인명 피해 또는 재산 피해를 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 드론은, 다양한 형태로 실시할 수 있고, 이는 도 2 및 도 6부터 도 10을 참조하여 설명한다. 도 6부터 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 드론을 글라이더형으로 실시한 예이고, 도 2에 나타낸 드론은 꼬리 부분에 조향익(3)을 가질 수 있다. 자이로 로터 유닛(20)은 수직 중심선(a)을 기준으로 양쪽에 대칭되는 위치에 배치될 수 있다.

도 6은 드론을 본체(1)가 없거나 본체(1)의 크기를 최소화하여 보드 윙(Board wing) 형식으로 실시한 예이다. 자이로 로터 유닛(20)은 수직 중심선(a)을 기준으로 양쪽에 대칭되는 위치에 배치될 수 있다. 드론 제어부(10)는 수직 중심선(a) 상에 배치될 수 있다.

도 7은 드론을 삼각 날개(Delta wing) 형식으로 실시한 예이다. 자이로 로터 유닛(20)은 수직 중심선(a)을 기준으로 양쪽에 대칭되는 위치에 배치될 수 있다. 드론 제어부(10)는 수직 중심선(a) 상에 배치될 수 있다.

도 8은 드론을 쉘 윙(Shell wing) 형식으로 실시한 예이다. 자이로 로터 유닛(20)은 수직 중심선(a) 위에 배치될 수 있다. 드론 제어부(10)는 수직 중심선(a) 상에 배치될 수 있다.

도 9a는 드론을 에이프런 윙(Apron wing) 형식으로 실시한 예이다. 자이로 로터 유닛(20)은 수직 중심선(a) 위에 배치될 수 있다. 드론 제어부(10)는 수직 중심선(a) 상에 배치될 수 있다. 또한, 도 9a에 나타낸 드론은 틸트 로터(30)를 더 갖출 수 있다. 틸트 로터(30)는 드론을 수직 방향으로 이착륙할 수 있도록 작동될 수 있다. 또한, 틸트 로터(30)는 자이로 로터 유닛(20)의 자이로 효과에 의해 위험한 틸트 로터 작동을 안전하게 구현할 수 있다.

도 9b는 드론을 써클 윙(Circle wing) 형식으로 실시한 예이고, 상기 도 9a를 변형한 것으로써, 본체(1) 또는 고정익(2)이 원형 형상으로 제공될 수 있다.

도 9c는 드론을 하트 윙(Heart wing) 형식으로 실시한 예이고, 상기 도 9a를 변형한 것으로써, 본체(1) 또는 고정익(2)이 하트 형상으로 제공될 수 있다.

도 10은 드론을 헬륨 풍선 형식으로 실시한 예이다. 또한, 수직 중심선(a)을 기준으로 헬륨 풍선(40)이 대칭된 위치에 배치될 수 있고, 드론 제어부(10)와 자이로 로터 유닛(20)은 수직 중심선(a) 위에 배치될 수 있으며, 본체(1)의 후방에는 조향익(3)이 갖춰질 수 있고, 헬륨 풍선(40)의 하부에는 풍력 발전기(42)가 설치될 수 있다.

도 10에 나타낸 드론의 조향익(3)은 풍향계로서, 또는 드론의 진행 방향을 전환할 때 이용될 수 있고, 헬륨 풍선(40)은 고고도에서 떠 있을 수 있게 하며, 풍력 발전기(42)는 풍력에 의하여 전기를 생산할 수 있다.

상기 본 발명의 실시예에서 헬륨 풍선에 헬륨을 사용하는 예시가 나타나 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며 대기 중의 기체보다 비중이 작은 기체가 사용될 수 있다.

도 10에 나타낸 드론은 풍력 발전기(42)로 전기를 생산함으로써 드론에서 소모되는 전기를 계속 재충전할 수 있으며, 이로써 드론이 고고도에 오래 떠 있으면서 소정의 목적 또는 소정의 기능을 수행할 수 있다.

소정의 목적 또는 소정의 기능은 예를 들면, 기후 관측, 경비, 산불 감시, 물류, 농약 살포, 구조 활동, 정찰, 오지에 통신 중계, 인터넷 신호 중계 등을 실시하는 데에 이용할 수 있다.

도 10에 나타낸 드론은, 동력으로 이륙하여 고공 진입한 후에 동력을 끄고 태양광과 풍력에너지만으로 운항하면서 전기 에너지를 발전하여 축적할 수 있고, 드론에 온/오프 센서 시스템을 갖출 수 있으며, 야간이나 바람이 없을 때 착륙하지 않고 앞서 설명된 축적된 에너지를 이용하여 고공비행을 계속할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 드론은 고고도(High Altitude) 풍력발전 비행기 형태로 진화될 수 있다.

상기 고고도는 성층권일 수 있고, 높이는 대략 14km부터 18.5km 범위일 수 있으며 18km 이상의 높이는 지상 관제사의 지시와 정해진 항로 없이 운용자의 계획에 따라 비행할 수 있는 높이일 수 있다. 성층권은 공기밀도와 온도가 매우 낮아 일반 항공기가 비행하기 어렵지만 구름이 없어 태양광을 동력원으로 활용하여 장기 체공하기에 유리할 수 있다.

도 11에 나타낸 드론을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 상반각형 연장 고정익(4)을 포함하여 구성할 수 있다. 상기 연장 고정익(4)은 가로 길이(폭)가 샤프트 액슬(24) 길이와 같거나 5% 내외의 범위 내에서 유사할 수 있으며 소정의 면적을 가질 수 있다. 상기 연장 고정익(4)은 자이로 로터 유닛(20)이 고정된 고정익(2)의 바로 뒤쪽(비행체 이동 방향의 반대 방향)으로 길게 연장하는 형태로 형성할 수 있다. 상기 연장 고정익(4)은 드론 또는 비행체가 더욱 안정적인 비행 효과를 구현하는 데에 이바지할 수 있다.

또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 자이로 로터 유닛(20)을 고정익(2)에 수납되도록 설계 변경할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 고정익(2)에 수납공간을 형성하고, 자이로 로터 유닛(20)이 수납공간으로부터 출몰할 수 있다. 자이로 로터 유닛(20)은 LM가이드 등의 장치를 이용하여 선형으로 출몰하거나, 흰지 장치를 이용하여 접히거나 펼쳐지는 형태로 작동할 수 있다.

자이로 로터 유닛(20)을 출몰시키는 동력은 리니어 모터, 실린더 등의 알려진 액추에이터에 의하여 작동될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 순항하는 동안에 자이로 로터 유닛(20)을 본체(1) 또는 고정익(2)의 외부로 돌출되지 않고 감춰진 상태에서 운항할 수 있고, 이로써 공기 저항을 줄임으로써 드론의 비행 속도를 높일 수 있다.

이후, 드론이 소망하는 고공 안정권에 진입하면, 자이로 로터 유닛(20)을 본체(1) 또는 고정익(2)의 내부로 수납되도록 하여 공기 저항을 줄임으로써 드론의 비행 속도를 높일 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 수직 중심선(a)을 기준으로 양쪽에 자이로 로터 유닛(20)을 갖추면, 샤프트 액슬(24)의 회전을 억제하면서 비행체 비행 방향을 전환 할 수 있다.

예를 들면, 어느 한쪽의 샤프트 액슬(24)의 회전 운동을 제동하고, 다른 한쪽의 샤프트 액슬(24)을 자유롭게 회전시키도록 하면, 샤프트 액슬(24)의 회전이 제동된 쪽에 저항이 발생하므로 드론의 비행 방향이 전환될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 종전에 비행체에 갖춰진 조향익(3)이 없더라도 또는, 조향익(3)을 사용하지 않더라도 드론의 비행 방향을 전환할 수 있다.

또 다른 한편으로, 종래에 태양광을 이용하여 충전하며 비행하도록 하는 비행체는 폭이 좁고 기다란 형태로 큰 종횡 비율(Aspect ratio)과 초경량, 견고한 날개 제작이 기술적 문제일 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 고정익(2)을 에어포일이 아닌 평판 형태의 긴 날개로 제공할 수 있고, 그 긴 날개에 자이로 로터 유닛(20)을 설치함으로써, 드론의 구성을 단순화할 수 있고, 가볍고 튼튼하게 제작할 수 있어 유리한 이점이 있다.

또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 고정익(2)의 표면에 태양전지판을 설치하여 태양광 에너지만으로 고공비행을 할 수 있고, 이로써 고공에서 강력한 풍력에너지를 계속 취할 수 있고, 고고도 풍력발전 비행체 또는 인공위성을 대체할 수 있는 공중 무선기지국으로 이용될 수 있다.

또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론은, 드론 제어부(10)에 사람이 탑승할 수 있는 좌석이 마련될 수 있고, 이러하면 드론을 탑승자가 직접 제어할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 PAV(Personal Air Vehicle)에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 드론은 바다 위를 1ｍ 정도 떠서 고속으로 이동할 수 있는 선박인 위그선에 적용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 해당 업계 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 드론은, 드론이 제어되지 않은 상태로 급격하게 추락하는 것을 방지하거나 드론의 비행 자세를 복원하도록 하는 데에 이용할 수 있다.

1: 본체 2: 고정익
3: 조향익 4: 연장 고정익
10: 드론 제어부
20: 자이로 로터 유닛 22: 브래킷
24: 샤프트 액슬 26: 플라이휠
28: 베인 30: 틸트 로터
40: 헬륨 풍선 42: 풍력 발전기
50: 마그네틱 드라이버 52, 54: 제1, 2 마그네틱

Claims

수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되고 좌우 방향 또는 후방으로 넓게 형성된 고정익(2); 및
상기 고정익(2)에서 상기 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되거나 상기 수직 중심선(a)에 배치된 자이로 로터 유닛(20);을 포함하고,
상기 자이로 로터 유닛(20)은,
상기 고정익(2)에 설치된 브래킷(22);
상기 브래킷(22)에서 상기 수직 중심선(a)과 회전 축선(c)이 직각을 이루도록 설치된 샤프트 액슬(24);
상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 회전에 따라 비행체의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 양력을 구현하고, 수평 자세로 복원하는 플라이휠(26); 및
상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 주변 기류에 영향을 받아 회전하여 상기 플라이휠(26)을 회전시키는 베인(28);
을 포함하되,
상기 플라이휠(26)이 복수로 제공되고, 어느 하나의 플라이휠(26)과 다른 플라이휠(26)의 사이에 베인(28)이 배치된 것;을 포함하는 드론.
삭제
제1항에 있어서,
상기 베인(28)은, 바깥쪽 모서리 일부가 경사지게 형성되어 상기 베인(28)이 회전하여 회전체 형상이 구현될 때 콘 형상을 이루도록 하는 것;을 포함하는 드론.
제1항에 있어서,
어느 하나의 플라이휠(26)이 다른 하나의 플라이휠(26)보다 지름이 크게 형성되는 것;을 포함하는 드론.
제1항에 있어서,
어느 하나의 플라이휠(26)이 다른 하나의 플라이휠(26)보다 원주 표면적(w)이 넓게 형성되는 것;을 포함하는 드론.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중에 어느 한 항에 있어서,
상기 플라이휠(26)에 극성이 일정하게 원형 배열로 정렬되어 배치된 제1 마그네틱(52);
상기 고정익(2)에 설치되어 전동 모터에 의해 회전자가 회전 작동하는 마그네틱 드라이버(50); 및
상기 마그네틱 드라이버(50)의 회전자에 극성이 일정하게 원형 배열로 정렬되어 배치되고, 상기 마그네틱 드라이버(50)가 작동하면 상기 플라이휠(26)이 회전하도록 상기 제1 마그네틱(52)에 자력을 작용하는 제2 마그네틱(54);
을 포함하는 드론.
제6항에 있어서,
본체(1)에서 상기 수직 중심선(a) 상에 배치된 드론 제어부(10);를 포함하고,
상기 드론 제어부(10)는,
배터리의 잔량 검출 값이 기준값 이하이면 배터리의 전기 에너지를 다른 전자기기보다 우선하여 상기 마그네틱 드라이버(50)에 제공하는 것;
을 포함하는 드론.
제1항에 있어서,
가로 길이(폭)가 상기 샤프트 액슬(24) 길이와 같거나 5% 내외의 범위로 형성되고, 상기 고정익(2)에서 상기 자이로 로터 유닛(20)이 설치된 부분의 뒤쪽에 배치되는 연장 고정익(4);
을 포함하는 드론.
수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되고 좌우 방향 또는 후방으로 넓게 형성된 고정익(2); 및
상기 고정익(2)에서 상기 수직 중심선(a)을 기준으로 좌우 대칭되거나 상기 수직 중심선(a)에 배치된 자이로 로터 유닛(20);을 포함하고,
상기 자이로 로터 유닛(20)은,
상기 고정익(2)에 설치된 브래킷(22);
상기 브래킷(22)에서 상기 수직 중심선(a)과 회전 축선(c)이 직각을 이루도록 설치된 샤프트 액슬(24);
상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 회전에 따라 비행체의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 양력을 구현하고, 수평 자세로 복원하는 플라이휠(26); 및
상기 샤프트 액슬(24)에 설치되고 주변 기류에 영향을 받아 회전하여 상기 플라이휠(26)을 회전시키는 베인(28);
을 포함하되,
상기 플라이휠(26)의 양측면에 베인(28)이 각각 배치되는 드론.