KR102479328B1

KR102479328B1 - 추진력 형성장치 및 이를 이용한 무인비행체

Info

Publication number: KR102479328B1
Application number: KR1020200173181A
Authority: KR
Inventors: 김응기
Original assignee: 주식회사 듀얼드론텍
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-12-19
Also published as: KR20220083190A

Abstract

본 발명은 외부공기의 흡입과 압축 및 배기를 하나의 장비에 구현하여 추진력을 형성하는 기술에 대한 것으로, 본 발명에 따르면, 밀폐된 하우징 내부에 회전하는 유동블레이드와 격벽블레이드의 상호 접촉과정에서 공기의 압축을 통한 배기와 흡기를 구현할 수 있도록 하며, 격벽블레이드에 자성을 인가하고, 유동블레이드역시 자성을 구비하도록 하는 자성체로 구현하여, 상호 회전시 인력과 척력에 따른 회전 반응 속도를 강화하여, 추진체로서의 공기 압축 및 배출 효율을 강화할 수 있는 추진장치를 제공할 수 있다.

Description

추진력 형성장치 및 이를 이용한 무인비행체{A propulsion apparatus and Doron using the same}

본 발명은 외부공기의 흡입과 압축 및 배기를 하나의 장비에 구현하여 추진력을 형성하는 기술에 대한 것이다.

드론(Drone)은 상황·목적·국가별로 다양한 용어로 불리는데, 일반적으로 무선전파로 조종할 수 있는 무인항공기(UAV, Unmanned AerialVehicle)를 뜻하는 것으로 사람이 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인기를 총칭한다.

드론은 무인 항공체로서, 군사 분야를 넘어 다양한 민간 분야에 활용되고 있으며, 최근 들어 드론은 사람이 직접 가서 촬영하기 어려운 장소를 촬영하거나 무인 택배 서비스를 실현하는 등 다양한 분야에서 점차 활용 폭이 넓어지고 있다.

이러한 드론은 운용자의 조작 신호를 무선으로 전송받고, 모터에 의해 구동되는 프로펠러로부터 추진력을 얻어 비행하는 구조로 이루어져 있다. 하지만, 이와 같이 모터와 프로펠러를 사용하는 드론은 비행 중 추락 및 충격이 있을 때 모터와 프로펠러 등이 자주 손상되거나 파손되는 등 안전성과 내구성이 떨어지는 문제점이 발생되고 있다.

또한, 방재드론과 같은 과수목의 하부나 장애물이 있는 공간을 비행하는 드론의 경우, 프로펠러로 부터 추진력을 얻는 비행구조는 비행에 어려움이 극대화되게 되는 문제가 발생하게 된다.

한국등록특허 제2155527호 한국공개특허 제2020-0033787호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 프로펠라를 추진 동력으로 이용하는 구조가 아닌 프로펠라가 없는 구조의 추진력을 구현할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.

구체적으로, 본 발명은 하우징 내부에 회전하는 유동블레이드와 격벽블레이드의 상호 접촉과정에서 공기의 압축을 통한 배기와 흡기를 구현할 수 있도록 하며, 격벽블레이드에 자성을 인가하고, 유동블레이드 역시 자성을 구비하도록 하는 자성체로 구현하여, 상호 회전시 인력과 척력에 따른 회전 반응 속도를 강화하여, 추진체로서의 공기 압축 및 배출 효율을 강화할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는, 수용공간부가 마련되며, 밀폐구조 구현이 가능한 펌프하우징(210); 상기 수용공간부에 배치되며, 유동회전축(150)에 마련되는 유동블레이드(160)를 회전시켜 내부의 공기를 유동시켜 흡기와 배기를 구현하는 에어유동모듈(G); 적어도 하나 이상의 격벽블레이드(110)를 구비하며, 격벽회전축(X)을 중심으로 회전가능한 구조의 회전격벽모듈(100); 상기 에어유동모듈(G)의 유동블레이드(160)와 상기 격벽블레이드(110)가 접촉하여 회전동작을 수행하며, 압축공기를 배기 또는 외부 공기를 흡기하는 동작을 구현하며, 상기 회전격벽모듈(100)은 전원공급을 통해 자성을 구비하도록 제어하는, 추진력 형성장치를 제공할 수 있다.

나아가, 상기 회전격벽모듈(100)은, 상기 격벽블레이드(110) 전원 인가에 따라 자성 변화가 구현되는 제1자성체로 구성되며, 상기 유동블레이드(160)는 제2자성체로 구현되어, 상기 격벽블레이드(110)의 자성변화를 통해, 상기 유동블레이드(160)와의 사이에 인력 또는 척력변화를 형성하여 회전을 가속하는, 추진력 형성장치를 제공할 수 있도록 한다.

또한, 상기 회전격벽모듈(100)에 전원을 인가하여 제어하는 제어모듈(C)을 더 포함하며, 상기 유동블레이드가 상기 격벽블레이드에 접근시에는 인력이 작용하도록 제어하고, 상기 유동블레이드가 상기 격벽블레이드와 접촉한 이후에는 척력이 작용하도록 제어하는, 추진력 형성장치를 제공할 수 있도록 한다.

또한, 도 6에 도시된 개념도에서와 같이, 상기 제어모듈(C)은, 상기 회전격벽모듈(100)과 상기 유동블레이드(160)가 접촉 후 격벽구간에서 유동블레이드(160)이 N2의 자리를 지날 때는 회전격벽모듈(100)의 전원공급을 S극으로 하여 인력을 발생시키고, N2와 N3사이 구간에는 전원이 꺼졌다가 유동블레이드(160)이 N3의 자리를 지날때 회전격벽모듈(100)의 전원공급을 N극으로 전환하여 척력이 작용하게하여 회전을 극대화시키는 제어동작을 구현하는, 추진력 형성장치를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 밀폐된 하우징 내부에 회전하는 유동블레이드와 격벽블레이드의 상호 접촉과정에서 공기의 압축을 통한 배기와 흡기를 구현할 수 있도록 하며, 격벽블레이드에 자성을 인가하고, 유동블레이드 역시 자성을 구비하도록 하는 자성체로 구현하여, 상호 회전시 인력과 척력에 따른 회전 반응 속도를 강화하여, 추진체로서의 공기 압축 및 배출 효율을 강화할 수 있는 효과가 있다.

특히, 하우징모듈의 내부에서 회전하며 내부의 공기를 유동시켜 압축시키거나 외부의 공기를 흡기하는 에어유동모듈은 영구자석으로 구현하고, 회전격벽모듈의 격벽블레이드는 전자석으로 구현하여, 압축동작과 흡기 동작 제어를 통해 강화 구현할 수 있도록 하여 효율적인 공기의 압축과 배기를 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.

나아가, 본 발명의 또 다른 실시예(이를테면, 도 10)에 따르면, 유동모듈(G)의 고속회전에 대응되는 회전격벽모듈을 회전가능한 입체구조로 구현하여, 공기수용공간의 공기의 배출과 흡기하는 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 공기의 흡입과 배출 기능의 구현을 최소화한 구조물로 구성하여 장비의 소형화 및 경량화를 구현할 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 추진체의 구조를 드론과 같은 무인비행체의 추진체로 활용하여 프로펠러가 없는 비행체 구조를 구현하는 경우, 비행효율의 극대화는 물론, 외부 환경이나 장애물에 저항을 일소할 수 있는 비프로펠러구조(Non-Prob) 구조의 추진체를 구비한 비행체를 구성할 수 있게 된다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 추진력 형성장치의 사시개념도이다.
도 2는 도 1 내부의 구조의 주요 구성을 도시한 개념도이다.
도 3은 도 2의 평면개념도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 추진력 형성장치의 작용상태를 설명하기 위한 개념도 및 순서도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 유동블레이드 구조 및 배치 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본발명의 실시예에 따른 추진력 형성장치를 적용하는 무인 비행체의 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 추진력 형성장치(이하, '본 발명이라 한다.)의 사시개념도이고, 도 2는 도 1 내부의 구조의 주요 구성을 도시한 개념도이다. 도 3은 도 2의 평면개념도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 수용공간부가 마련되며, 밀폐구조 구현이 가능한 하우징(210)과, 상기 수용공간부에 배치되며, 유동회전축(150)에 마련되는 유동블레이드(160)를 회전시켜 내부의 공기를 유동시켜 흡기와 배기를 구현하는 에어유동모듈(G), 적어도 하나 이상의 격벽블레이드(110)를 구비하며, 격벽회전축(X)을 중심으로 회전가능한 구조의 회전격벽모듈(100)을 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 회전격벽모듈(100)은 상기 하우징(210)에 상기 격벽블레이드(110)가 내삽을 이루며 회전하는 구조로 구현될 수 있다.

특히, 본 발명에서 상기 에어유동모듈(G)의 유동블레이드(160)는 자성을 구비하도록 구현할 수 있도록 하며, 상기 격벽블레이드(110)은 전자석으로 구현될 수 있도록 한다. 이를 통해, 상기 유동블레이드(160)와 상기 격벽블레이드(110)가 접촉하여 회전동작을 수행하며, 압축공기를 배기 또는 외부 공기를 흡기하는 동작이 구현하며, 전자석으로 구현되는 격벽블레이드(110)를 구비하는 상기 회전격벽모듈(100)에 대하여는 전원공급을 통해 자성을 구비하도록 제어하여 회전동작의 효율을 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 하우징(210)은 도 1에 도시된 것과 같이, 내부의 공기수용공간을 밀폐형 구조로 구현할 수 있도록 원통형 구조로 구현될 수 있으며, 상부와 하부에는 밀폐덮개(212, 214)를 결합하는 구조로 구현할 수 있다. 상기 에어하우징의 형상은 외부와 밀폐형 구조를 구현할 수 있으면 족하며, 도시된 구조에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 하우징(210)의 일측에는 후술하는 회전격벽모듈(100)이 수용되며, 내부에서 회전동작이 가능한 영역이 형성되는 돌출하우징부(215)가 구현되는 구조로 구현될 수 있다. 상기 돌출하우징부(215)는 상기 하우징(210)과 일체로 이루어져, 밀폐 구조의 구현이 가능하도록 함이 바람직하다.

상기 하우징(210)의 내부에는, 도 2에 도시된 것과 같이, 유동회전축(150)을 중심으로 회전하는 유동블레이드(160)로 구성되는 에어유동모듈(G)이 배치되며, 상기 에어유동모듈(G)는 하우징(210)의 내벽과는 접촉하지 않으며 고속회전을 수행한다.

상기 에어유동모듈(G)은, 전자석이나 영구자석으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 영구자석으로 구현되는 구조를 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 유동회전축(150)의 측면에 형성되는 적어도 하나 이상의 유동블레이드(160)가 마련되는 구조로 구현될 수 있다. 도 2의 구조에서는, 유동회전축(150)의 양측에 단면이 원 또는 타원인 기둥타입의 구조물이 형성되는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 10이나 도 11에 게시된 다양한 변형예와 같이, 에어하우징(210)의 내부의 공기를 일방향으로 이동시켜 배출이 가능한 구조의 구조물로 구현할 수 있다.

이러한 일예로, 도 2의 구조에서와 같이, 상기 에어유동모듈(G)의 일측에 배치되는 유동블레이드(160)가 에어하우징(210)의 수용공간부(S) 내의 공기를 일방향(y1, y2)으로 밀어내는 경우, 도 3에 도시된 것과 같이, 전자석으로 구현되는 회전격벽모듈(100)의 격벽블레이드(110)에 의해 밀폐된 구조의 수용공간의 공기는, 상기 에어하우징(210)의 내부로 일부가 내삽된 구조로 진입한 구조로 배치되는 인접하는 다른 제2격벽블레이드(120)로 인해 압축되게 되며, 압축된 공기는 배기구(220)를 통해 강하게 배출되게 된다.

이후에, 격벽블레이드(110)와 인접하는 제2격벽블레이드(120)와 유동블레이드(160)가 접촉하게 되며, 전자석으로 구현되는 격벽블레이드를 구비하는 상기 회전격벽모듈(100)은 격벽회전축(X)을 중심으로 자체 회전하게 되며, 제2격벽블레이드(120)은 제3격벽블레이드(130)의 위치로 이동하며, 격벽블레이드(110)가 에어하우징 내부로 진입한 구조로 배치하게 된다. 이후 유동블레이드(160)가 계속 회전을 진행하게 되면서, 압축공기의 배출로 인해 압력이 낮아진 수용공간부로 흡기구(230)에서는 외부 공기를 흡기하게 된다. 이와 같은 동작이 계속적으로 순환하며, 공기의 흡기와 배기가 이루어지게 된다.

상기 흡기구230)과 배기구(220)의 위치는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 위치하는 방향이 상호 반대편에 형성될 수 있도록 하며, 후술하는 드론의 추진체로 장착되는 경우, 상부에서 흡기된 공기를 압축하여 하부로 바로 배출할 수 있는 구조로 적용될 수 있도록 한다.

즉, 본 발명에서는, 상기 에어유동모듈(G)의 유동블레이드(160)와 상기 격벽블레이드(110)가 접촉하여 회전동작을 수행하며, 압축공기를 배기 또는 외부 공기를 흡기하는 동작이 구현되는 구조로 동작하게 된다.

특히, 이를 위해, 상기 회전격벽모듈(100)은 격벽회전축(150)이 에어하우징의 외주면 선상에 배치되는 구조로 배치되며, 하나 이상 마련되는 격벽블레이드(110)는 자체적으로 펌퍼하우징의 수용공간을 밀폐하는 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 하우징(210)은 회전격벽모듈(100)이 수용되며, 내부에서 회전동작이 가능한 영역이 형성되는 돌출하우징부(215)가 구현되는 구조로 형성될 수 있도록 한다. 이를 통해 상기 돌출하우징부(215)는 상기 에어하우징(210)과 일체로 이루어져, 밀폐 구조의 구현할 수 있도록 함은 상술한 바와 같다.

즉, 도 2 및 도 3의 구조와 같이, 상기 회전격벽모듈(100)은 유동블레이드(160)와 1회 접촉시 이동각도가 90도가 될 수 있도록 4개의 블레이드 구조물이 구현되는 구조로 구현될 수 있다.

이 경우, 상기 격벽블레이드(110)의 내표면은, 유동블레이드(160)과 접촉시 밀착성을 높이기 위해 상기 격벽블레이드(110)의 외표면과, 상기 유동블레이드(160)의 외표면의 곡률은 상호 대응되는 형상으로 구현할 수 있도록 함이 바람직하다.

즉, 유동블레이드(160)의 외표면의 곡률면과 격벽블레이드(110)의 외표면(113)의 곡률면은 양의 곡률과 음의 곡률을 상호 구비하도록 하여, 밀착성을 높일 수 있도록 하는 구조로 구현할 수 있다.

또한, 상기 회전격벽모듈(100)은 유동블레이드(160)와 1회 접촉시 이동각도가 90도가 될 수 있도록 4개의 블레이드 구조물이 구현되는 구조로 구현되도록 하는 것은, 압축공기를 형성하고 배출시키는 구조를 구현함과 동시에, 에어하우징의 내부의 수용공간에 밀폐력을 구현할 수 있도록 하기 위함이다.

물론, 도시되지는 않았지만, 밀폐력을 높이기 위해, 격벽블레이드의 말단부에 탄성 실링부재나 코팅부재처리를 수행할 수도 있다.

이러한 격벽블레이드의 구조는 4개로 제한되는 것은 아니며, 1회 접촉시 회전하며 밀폐를 이룰 수 있는 구조로 구현하기 위해, 1회 회전시 180도 회전을 수행하는 2개의 격벽블레이드로 구현하는 구조, 또는 1회 회전시 120도 회전을 수행하도록 하는 3의 격벽블레이드의 구조 등 다양한 개수로 구현할 수 있다.

또한, 상기 격벽블레이드 구조물과 맞물려 회전을 수행하는 본 발명의 유동블레이드(160)의 구조도 2개로 제한되는 것은 아니며, 상기 격벽블레이드의 개수에 상응하는 개수로 마련되어, 상기 격벽블레이드와 1회 접촉시 회전하며 밀폐를 이룰 수 있는 구조로 구현하기 위해, 1회 회전시 180도 회전을 수행하는 2개의 유동블레이드(도 10)로 구현하는 구조, 또는 1회 회전시 120도 회전을 구현하는 3개의 유동블레이드 구조, 4개의 유동블레이드로 구현하는 구조(도 11참조) 등으로 다양하게 변형할 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 배기구(220)와 흡기구(230)의 위치는 회전격벽모듈(100)을 중심으로 상호 반대 반향에 배치되는 구성으로 배치될 수 있도록 할 수 있다.

이는 흡기와 배기를 형성하는 구조가 본 발명에서는, 회전격벽모듈(100)을 중심으로 일측에서 압축이 일어나고, 압축공기가 배출되고 난 이후, 회전격벽모듈(100)이 회전하며 타측에서 흡기가 일어날 수 있는 구조를 취하기 때문이다. 다만, 그 배치 위치는 도 4에 도시된 것과 같은 구조로 구현되는 것도 가능하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 배기구(220)와 흡기구(230)의 위치는 회전격벽모듈(100)을 중심으로 상호 반대 영역에 배치되면 되는바, 에어하우징의 상부와 하부, 양측면부 등 다양한 위치에 배치할 수 있다.

이하에서는, 도 1 내지 도 3에서 상술한 본 발명의 구조에서 유동블레이드(160)를 구비하는 에어유동모듈(G)와 격벽블레이드(110~140)를 구비하는 회전격벽모듈(100)의 상호 회전력을 향상할 수 있는 실시예를 설명하기로 한다.

도 4는 도 3의 개념도에서 본 발명의 실시예에 따른 회전 동작을 설명하기 위한 개념도 및 순서도를 도시한 것이다. 도 5는 도 4의 작용상태 중, 격벽블레이드(S극의 전원 인가와 극성 변화) 작용을 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은 도 4 및 도 5를 구체적으로 설명하기 위한 상세 개념도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에서는, 에어유동모듈(G)의 유동블레이드(160)와 상기 격벽블레이드(110)가 접촉하여 회전동작을 수행하며, 압축공기를 배기 또는 외부 공기를 흡기하는 동작이 구현하며, 특히, 상기 회전격벽모듈(100)은 상기 유동블레이드(160)에 전원공급을 통해 자성을 구비하도록 제어할 수 있도록 구현한다. 즉, 상기 회전격벽모듈(100)에 자성변화를 줄 수 있도록 전자석 구조로 구현되는 기능을 추가할 수 있으며, 구체적으로 상기 격벽블레이드(110)을 전원의 인가에 따라 자력을 발생시키는 솔레노이드, 초전도자석, 전자석등 (제1자성체 구비 모듈)로 구현할 수 있도록 한다.

동시에, 에어유동모듈(G)의 경우에도 유동블레이드(160) 부분을 솔레노이드, 초전도자석, 전자석 중 어느 하나로 구현하는 (제2자성체 모듈)로 구현할 수 있도록 한다. 이 경우, 제1자성체와 제2자성체는 모두 솔레노이드, 초전도자석, 전자석 모듈로 구현하여 상호 자력을 제어하여, 인력과 척력을 인가하여 회전효율을 높일 수 있도록 할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에서는, 상기 회전격벽모듈(100)는, 상기 격벽블레이드(110)를 전원 인가에 따라 자성 변화가 구현되는 제1자성체는 전자석 모듈로 구성되며, 상기 유동블레이드(160)는 제2자성체로서 영구자석으로 구현되어, 상기 격벽블레이드(110)의 자성변화를 통해, 상기 유동블레이드(160)와의 사이에 인력 또는 척력변화를 형성하여 회전을 가속할 수 있도록 한다.

특히, 상기 유동블레이드(160)의 경우, 유동회전축(150)의 양쪽에 배치되는 각각의 극성을 서로 다르게 형성하는 영구자석(S극;N극)으로 구현할 수 있도록 한다.

동시에, 상기 회전격벽모듈(100)에 전원을 인가하여 제어하는 제어모듈(C)을 더 포함하여, 상기 격벽블레이드(110)의 전자석 부분에 자성을 N극 또는 S극으로 변동시키되, 상기 유동블레이드(160)가 상기 격벽블레이드(110)에 접근시에는 인력이 작용하도록 제어하고, 상기 유동블레이드(160)가 상기 격벽블레이드(110)와 접촉한 이후에는 척력이 작용하도록 제어하여 회전의 효율성을 강화할 수 있다.

도 4 및 도 6에 도시된 것처럼, 상기 유동블레이드(160)가 유동회전축(150)을 기준으로 자체 회전하는 회전구간을 세분하는 경우, 유동회전축(150) 및 유동블레이드(160)이 회전격벽모듈(100)의 배치 위치와 직교하는 위치에 도 4와 같이 수평으로 위치하는 제1위치에서의 유동회전축과 유동블레이드의 중심을 연결하는 가상의 수평선(F1)을 기준으로, 상하의 이동각도(θ1, θ2)가 30도의 지점의 수평선(F2, F3)를 가정할 때, F2~F3까지의 구간을 제1구간, 그리고 제1구간의 반대쪽의 E2~E3구간을 제2구간으로 정의한다.

구체적으로, 도 4 내지 도 6을 참조하여 작용상태의 예를 들어 설명한다.

우선, S극을 가지는 유동블레이드(160) 부분이 제1구간을 지나 회전하는 경우(S1-->S2위치로 이동), 반대쪽의 N극을 가지는 유동블레이드(160)도 이동하여 격벽블레이드(120)에 접근하게 된다(N1-->N2위치로 이동).

이 경우, 전자석으로 구현되는 제2격벽블레이드(120)에 전원을 인가하여 S극으로 자력을 인가하게 되면, 유동블레이드(160:N극)과 전자석(120:S극) 사이에는 강한 인력(끌어당기는 힘)이 작용하게 되어 상호간에 보다 빠른 접근이 가속되며, 이에 따라 강한 압축공기가 형성될 수 있게 된다.

공기의 압축에 따라 압축공기가 배기구(220)를 통해 배출되는 동작이 수행되게 되며, 동시에 유동블레이드(160:N극)과 제2격벽블레이드(전자석, 120:S극)의 접촉이 이루어지며, 회전이 더 진행되게 되면, 제2격벽블레이드(120)은 90도로 회전되게 되며, 인접한 격벽블레이드(110)이 그 위치에 대체하게 된다.

이 경우, 제어모듈(C)에서는 대체되는 격벽블레이드(110)에 전원인가를 통해 N극을 가지도록 하게 되면, 영구자석으로 유동블레이드(160:N극)는 척력을 작용받게 되어 멀어지는 힘이 더욱 강하게 받아 신속하게 제1구간 방향으로 이동하게 된다(N2-->N3위치로 이동). 이 경우, 유동블레이드(160:N극)가 제1구간으로 위치하게 되면, 전자석의 전원을 off해도 무방하며, 가속되는 회전력으로 인해 유동블레이드(160: S극)는 계속 회전을 하게 된다.

도 5의 순서도는 도 4에서 상술한 이상의 동작에서, 유동블레이드(160:N극)이 제2 격벽블레이드(120:S극)에 접근하는 경우의 전자석으로 구현되는 제2격벽블레이드(120;S극)의 극성변화를 제어하는 과정을 순서도로 구분하여 좀더 상세히 설명한 것이다. (도 6은 영구자석으로 구현되는 유동블레이드의 회전동작을 구분하여 설명하기 위한 상세 개념도이다.)

도시된 도면인 도 5 및 도 6에서와 같이, (1) 우선, 유동블레이드 S극(160) F2~F3구간 진입, 전원 off (2) 유동블레이드 S극(160) 60도 회전 (3) 유동블레이드 N극(160) 60도 회전, 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100)에 접근 (4) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) S극 전원 ON(인력발생)(5) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) 전원 off 동시에 유동블레이드 N극(160)과 함께 90도 회전 (6) 전자석 N극으로 전환, 유동블레이드 N극(160)과 척력발생 (7) 유동블레이드 N극(160) F2~F3진입, 전원 Off (8) 유동블레이드 N극(160) 60도 회전 (9) 유동블레이드 S극(160) 60도 회전, 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100)에 접근 (10) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) N극 전원 ON(인력발생) (11) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) 전원 Off, 동시에 유동블레이드 S극(160)과 함께 90도 회전 (12)

전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) S극으로 전환, 전원 ON; 유동블레이드 S극(160) 척력작용; 과 같은 순서로 극성제어를 할 수 있도록 한다.

이와 같은 동작은 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 유동블레이드(160:S극)이 제2격벽블레이드(120)에 접근하게 되는 경우에도 동일한 방식으로 작용하도록 제어할 수 있다. 즉, 유동블레이드(160:S극)이 제2격벽블레이드(120)에 접근하게 되면, 제2격벽블레이드(120)를 N극으로 형성하여 인력을 작용시켜 공기압축을 강하게 구현하고, 상호 접촉후 멀어지는 경우에는, 대체하는 격벽블레이드(110)에 S극을 인가하여 신속하에 멀어질 수 있도록 한다. 물론, 이 경우, 유동블레이드(160:S극)가 제1구간으로 위치하게 되면, 전자석의 전원을 off해도 무방하며, 가속되는 회전력으로 인해 유동블레이드(160:S극)는 계속 회전을 하게 된다.

도 8의 순서도와 같이, 이와 같은 동작을 좀 더 상세하게 구분하여 설명하면 다음과 같다. 우선, (1) 유동블레이드 N극(160) F2~F3구간 진입, 전원 off (2) 유동블레이드 N극(160) 60도 회전 (3) 유동블레이드 S극(160) 60도 회전, 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100)에 접근 (4) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) N극 전원 ON(인력발생) (5) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) 전원 off 동시에 유동블레이드 S극(160)과 함께 90도 회전 (6) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) S극으로 전환, 유동블레이드 S극(160)과 척력발생 (7) 유동블레이드 S극(160) F2~F3진입, 전원 Off

유동블레이드 S극(160) 60도 회전 (8) 유동블레이드 N극(160) 60도 회전, 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100)에 접근 (9) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) S극 전원 ON(인력발생) (10) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) 전원 Off, 동시에 유동블레이드 N극(160)과 함께 90도 회전 (11) 전자석으로 구성되는 회전격벽모듈(100) N극으로 전환, 전원 ON, 유동블레이드N극(160) 척력작용; 과 같은 순서로 극성을 제어할 수 있게 된다.

또한, 이와 같은 동작을 종합하면, 상술한 상기 제1구간, 제2구간에서는 전자석의 전원을 오프(off)할 수 있어, 전력소모를 줄일 수 있게 되며, 일정부분 인력과 척력에 의한 회전을 통해 회전력을 구현할 수 있게 되는바, 이는 추후 드론등의 비행체에 장착하게 되는 경우, 배터리 소모를 현저하게 줄일 수 있게 되어, 장시간 비행의 가능성을 높이게 할 수 있다.

나아가, 하우징모듈의 내부에서 회전하며 내부의 공기를 유동시켜 압축시키거나 외부의 공기를 흡기하는 에어유동모듈은 영구자석으로 구현하고, 회전격벽모듈의 격벽블레이드는 전자석으로 구현하여, 압축동작과 흡기 동작을 전자석 제어를 통해 강화 구현할 수 있도록 하여 효율적인 공기의 압축과 배기를 구현할 수 있게 된다.

도 9는, 상술한 에어유동모듈(G)의 다양한 변형실시예를 도시한 것이다.

도시된 것과 같이, (a) 단면이 원형 또는 타원형인 기둥형 구조의 유동블레이드(160)를 하나 이상 구비하는 구조, (b) 단면이 다각형을 구비하는 판형 구조의 유동블레이드(170)을 구비하는 구조, (c) 단면이 원이나, 전체적인 외형이 구타입인 유동블레이드구조(180), (d) 단면이 원이나, 전체적인 외형이 타원 또는 입체형상물인 유동블레이드구조(190) (e) 단면이 곡률을 형성하는 곡률구조의 유동블레이드(195) 등 다양하게 변형설계가 가능하다.

도 10은 도 9에서 상술한 에어유동모듈(G)의 다양한 변형실시예와 회전격벽모듈(100)의 배치 구조와 원리를 도시한 단면개념도이다.

도 10에 도시된 것과 같이, 상기 에어유동모듈(G)은, 상기 유동회전축(150)의 측면에 형성되는 적어도 하나 이상의 유동블레이드(160)가 마련되며, 상기 격벽블레이드(110)의 외표면과, 상기 유동블레이드(160)의 외표면의 곡률은 상호 대응되는 형상으로 구현될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는 접촉마찰을 줄이면서 강한 회전이 가능하게 하며, 공기의 압축력을 극대화하게 하는 효과가 있다.

나아가, 도 10의 (a) 및 (b)에 도시한 것과 같이, 상기 격벽블레이드(110)의 말단부에서 격벽회전축(X)까지의 폭(b)가, 상기 유동블레이드(160)의 폭(a)와 대비하여, 실질적으로 동일하거나 더 크게 형성될 수 있도록 함이 바람직하다.

일예로, 상기 격벽블레이드(110)의 폭(b)의 최외각 말단부가 격벽회전축(X)의 중심부까지의 길이와 동일하거나 이에 유사한 거리까지 확장하는 구조로 구현할 수 있다. 이 또한 압축과 배기의 효율을 높일 수 있도록 할 수 있는 작용을 구현하게 된다.

도 11은 도 9 및 도 10에서 상술한 변형 실시예의 다른 예를 도시한 것으로, 회전격벽모듈(100)과 맞물리는 구조의 유동블레이드(160)의 구조를 곡률형 구조로 4개를 마련하고, 유동회전축(150)의 회전에 따라 단위 유동블레이드(161)의 곡률면(161a)와 격벽블레이드(110)의 측면부가 상호 맞물리며 회전하는 구도를 도시한 것이다. 1차적으로 단위 유동블레이드(161)의 곡률면(161a)와 격벽블레이드(110)의 측면부가 상호 맞물리며 회전하게 되면, 이후 제2격벽블레이드(120)과 다음의 단위 유동블레이드(164)가 맞물리며 회전하게 되는 구조로 상호 접촉하여 회전하게 되는 구조로 구현할 수 있다.

이러한 구조는, 상기 단위 유동블레이드(161~164)의 구조에서, 격벽블레이드의 측면과 접촉하는 면을 곡률부로 형성하여, 고속회전을 수행하는 경우라도, 접촉하여 분리되는 접촉면의 마찰을 최소화하면서 연속적으로 회전을 수행할 수 있게 되는바, 보다 효율적인 회전구조를 구현할 수 있게 된다.

상술한 본 발명의 공기공급장치는, 하우징모듈의 내부에서 회전하며 내부의 공기를 유동시켜 압축시키거나 외부의 공기를 흡기하는 유동모듈을 구비하고, 회전격벽모듈을 기준으로 압축동작과 흡기 동작을 구현할 수 있도록 하여 효율적인 공기의 압축과 배기를 구현할 수 있도록 한다. 이에, 유동모듈(G)의 고속회전에 대응되는 회전격벽모듈을 회전가능한 입체구조로 구현하여, 공기수용공간의 공기의 배출과 흡기하는 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 공기의 흡입과 배출 기능의 구현을 최소화한 구조물로 구성하여 장비의 소형화 및 경량화를 구현할 장치(유체분사장치, 공기분사식 노즐, 드론 장착용 공기공급장치)에 적용될 수 있다.

도 12는 본 발명의 추진력형성장치를 드론에 적용한 것을 예시한 것이다.

도 12를 참조하면, 입체 구조를 가지는 드론의 몸체(K)에는 수용홈(K1~K8)이 마련되며, 수용홈의 상부에는 덮개구조물(M1~M8)이 추가될 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 도 2 내지 도 8의 추진체는 위 수용홈(K1~K8)공간에 각각 매립구조로 장착되며, 상부의 공기를 흡기하고, 하부로는 배기를 구현하여 추진력을 형성할 수 있게 된다.

동시에, 8개 배치되는 추진체 각각의 회전속도를 제어하여 추진력의 변화를 주어 좌, 우, 상하 비행 방향을 효율적으로 제어할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 회전격벽모듈
110, 120, 130, 140: 격벽블레이드
150: 유동회전축
160, 170, 180, 190: 유동블레이드
210: 에어하우징
220: 배기구
230: 흡기구

Claims

수용공간부가 마련되며, 밀폐구조 구현이 가능한 하우징(210); 상기 수용공간부에 배치되며, 유동회전축(150)에 마련되는 자성을 가지도록 구현되는 유동블레이드(160)를 회전시켜 내부의 공기를 유동시켜 흡기와 배기를 구현하는 에어유동모듈(G); 적어도 하나 이상의 격벽블레이드를 구비하며, 격벽회전축(X)을 중심으로 회전가능한 구조로 자성을 가지도록 구현되는 회전격벽모듈(100); 상기 에어유동모듈(G)의 유동블레이드(160)와 상기 격벽블레이드가 접촉하여 회전동작을 수행하며, 압축공기를 배기 또는 외부 공기를 흡기하는 동작이 구현하며,
상기 회전격벽모듈(100)는, 상기 격벽블레이드를 전원 인가에 따라 자성 변화가 구현되는 제1자성체로 구성되며, 상기 유동블레이드(160)는 제2자성체로 구현되어, 상기 격벽블레이드의 자성변화를 통해, 상기 유동블레이드(160)와의 사이에 인력 또는 척력변화를 형성하여 회전을 가속하며,
상기 회전격벽모듈(100)에 전원을 인가하여 제어하는 제어모듈(C)을 더 포함하며, 상기 유동블레이드가 상기 격벽블레이드에 접근시에는 인력이 작용하도록 제어하고, 상기 유동블레이드가 상기 격벽블레이드와 접촉한 이후에는 척력이 작용하도록 제어하며,
상기 제어모듈(C)은, 상기 회전격벽모듈(100)과 상기 유동블레이드(160)가 접촉 후 이동각 제1구간(F2~F3)에서 전원공급을 오프(off)하고, 이외의 구간에서 전원공급을 온(On) 시키는 제어동작을 구현하는,
추진력 형성장치.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유동회전축(150)의 측면에 형성되는 적어도 하나 이상의 유동블레이드(160)의 형상이, 단면이 원형 또는 타원형인 기둥형 구조이거나, 단면이 다각형을 구비하는 판형 구조, 또는, 단면이 원인 구형, 단면이 원이나, 전체적인 외형이 타원인 입체구조, 단면이 곡률을 이루는 비선형구조이며,
추진력 형성장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전격벽모듈(100)은,
4개의 단위 유동블레이드를 구비하되, 상기 단위 유동블레이드은 일면이 곡률을 이루는 구조로 구현되며,
상기 회전격벽모듈(100)의 4개의 격벽블레이드 각각의 일측면과 상기 단위 유동블레이드의 곡률구조를 이루는 측면부가 상응하는 형상으로 구현되어, 상호 맞물리며 회전하는 구조인,
추진력 형성장치.
청구항 1에 따른 추진체용 추진력 형성장치를 몸체의 내부에 다수 매립구조로 장착하는 무인비행체.