KR20020024365A - 물체 표면에서 다방향으로 유동을 발생시킬 수 있는액츄에이터 - Google Patents

물체 표면에서 다방향으로 유동을 발생시킬 수 있는액츄에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체 표면에서 다방향 유동을 발생시키는 액츄에이터에 관한 것으로, 유체를 저장할 수 있도록 오목하게 공동이 형성되는 케이스와, 서로 대면한 자유단부의 교차되는 자유진동에 의해 끝단부 사이의 틈새로 유체를 흡입하거나 배출할 수 있도록 케이스의 일단에 구비되는 적어도 2개 이상의 캔틸레버 구동수단으로 이루어져 캔틸레버 구동수단을 공동 바깥쪽으로 움직여 캔틸레버 구동수단 위쪽에 있던 외부 유체를 공동으로 흡입한 후에 캔틸레버 구동수단을 공동 안쪽으로 움직여 공동에 흡입된 유체를 다시 배출하는 작업을 반복함으로서 캔틸레버 구동수단 위쪽면 근처에서 유동을 발생시키는 것이다.

Description

물체 표면에서 다방향으로 유동을 발생시킬 수 있는 액츄에이터{ACTUATOR FOR GENERATING FLOW FROM A SURFACE OF AN OBJECT IN MULTI-DIRECTION}
본 발명은 물체 표면에서 다방향 유동을 발생시키는 액츄에이터에 관한 것이다.
본 발명은 관로 내 유체를 원하는 방향으로 움직이게 하는 유체펌프, 혹은 물체 표면에 유동박리를 발생하거나 억제하는 박리 제어장치, 물체가 회전할 수 있도록 모멘트를 발생시키는 모멘트 발생장치, 혹은 자동차 뒤쪽에서 발생되는 후류 유동장을 억제하는 자동차의 후류 유동장 억제장치 등에 사용된다.
기존의 표면 유동 제어장치는 주로 한방향으로의 유동을 발생시켜 한방향으로의 유동제어만이 가능하였다. 그러나, 물체 표면 근처의 유동을 자유로이 제어하기 위해서는 다방향으로 유동을 발생시킬 수 있는 액츄에이터를 물체 표면에 설치하는 것이 필요하다.
따라서 본 발명은 이와 같은 취지를 달성하기 위한 것으로, 압전 소자를 내장한 외팔보 형상의 캔틸레버 구동수단이 케이스 안쪽으로 움직이면 공동 벽면과 캔틸레버 구동수단에 의해 막혀있는 공간이 줄어들고 캔틸레버 구동수단이 공동 바깥쪽으로 움직이면 케이스와 캔틸레버 구동수단에 의해 막혀있는 공간이 늘어나는 것을 이용하여, 캔틸레버 구동수단을 공동 바깥쪽으로 움직여 캔틸레버 구동수단 위쪽에 있던 외부 유체를 공동으로 흡입한 후에 캔틸레버 구동수단을 공동 안쪽으로 움직여 공동에 흡입된 유체를 다시 배출하는 작업을 반복함으로서 캔틸레버 구동수단 위쪽면 근처에서 다방향으로 유동을 발생시키는 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 물체 표면에서 여러 방향으로 유동을 발생시키는 액츄에이터에 있어서, 유체를 저장할 수 있도록 오목하게 공동이 형성되는 케이스와, 서로 대면한 자유단부의 교차되는 자유진동에 의해 끝단부 사이의 틈새로 유체를 흡입하거나 배출할 수 있도록 케이스의 일단에 구비되는 적어도 2개 이상의 캔틸레버 구동수단을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔틸레버 구동수단은 판상을 이루어 케이스의 일단에 외팔보 형상으로 지지되어 자유단부가 자유진동할 수 있도록 설치되는 캔틸레버 요동판과, 캔틸레버 요동판을 자유진동시키기 위해 캔틸레버 요동판의 일단면에 면접촉되게 설치되는 압전 변형부와, 압전 변형부에 전원을 인가하여 기계적인 변형을 일으킬 수 있도록 설치되는 전원부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액츄에이터는 케이스 밑면의 형상을 상하방향으로 왜곡시켜 공동의 체적을 키우거나 줄일 수 있는 멤브레인 변형부가 케이스 밑면에 면접촉되게 부가적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단위 액츄에이터를 도시한 전단면 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 A-A' 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 B-B' 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터의 압전소자에 가해주는 전압신호를 나타낸 그래프,
도 6a 내지 도 6l은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터 윗면의 유체를 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이게 하는 액츄에이터의 작동원리를 순차적으로 도시한 작동도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 물체의 한쪽 면에 설치한 개략 단면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 유체를 수송하는 관로의 양쪽 면에 설치한 개략 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 관로의 모든 면에 설치한 개략 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 비행 날개 표면에 설치한 개략도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 삼각 날개에 설치한 개략도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 자동차 후방면에 설치한 개략사시도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터들을 4 방향으로 설치한 개략 평면도,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사각 케이스에 4개의 캔틸레버 구동수단이 구비된 액츄에이터를 도시한 개략 평면도,
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 육각 케이스에 6개의 캔틸레버 구동수단이 구비된 액츄에이터를 도시한 개략 평면도,
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버 구동수단의 요동판 형상의 일예를 도시한 사시도,
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 변형될 수 있는 캔틸레버 구동수단의 요동판의 다양한 형상을 도시한 측면도,
도 18은 본 발명에 따른 실시예에 따라 변형될 수 있는 캔틸레버 구동수단의 요동판 끝의 단면형상을 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 케이스 11; 밑면
12 ; 측면 13 ; 공동
14 ; 수직벽 20 ; 캔틸레버 구동수단
21 ; 자유단부 22 ; 요동판
23 ; 압전 변형부 24 ; 전원부
25 ; 상부전극 26 ; 하부전극
27 ; 압전소자 30 ; 틈새
50 ; 멤브레인 변형부 51 ; 압전소자
52 ; 상부전극 53 ; 하부전극
54 ; 멤브레인 전원부 100 ; 액츄에이터
101 ; 물체 102 ; 판
110, 120 ; 관 130 ; 비행 날개
140 ; 삼각형 날개 150 ; 자동차
151 ; 바디 표면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단위 액츄에이터를 도시한 사시도이며,도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 A-A' 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 B-B' 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터는 공동(13)이 형성된 케이스(10)와 한쌍의 캔틸레버 구동수단(20)으로 구성된 것으로, 케이스(10)는밑면(11)과 측면(12)들에 의해 막혀 있으며, 케이스(10)의 상부는 개방된 상태를 이룬다.
캔틸레버 구동수단(20)은 개방된 케이스(10) 상부에 구비되어 케이스(10) 내부에 공동이 형성된다.
캔틸레버 구동수단(20)는 요동판(21)과 압전 변형부(23) 및 전원부(24)로 이루어지며, 요동판(21)은 판상을 이루어 케이스의 일단에 캔틸레버 형상으로 지지되어 자유단부(22)가 자유진동할 수 있도록 설치된다. 압전 변형부(23)는 캔틸레버 형상의 요동판(22)을 자유진동시키기 위해 캔틸레버 요동판(22)의 일단면에 면접촉되게 설치된다. 압전 변형부(23)는 가해지는 전계에 따라 압축 또는 팽창하여 기계적인 변형을 일으키는 평판형상의 압전소자(27 : PZT, Piezoelectric polymer 등)와, 압전소자(24)의 양측면에 전계를 인가할 수 있도록 설치되는 상부전극(25) 및 하부전극(26)을 구비한다. 전원부(24)는 압전 변형부(23)에 전원을 인가하여 기계적인 변형을 일으킬 수 있도록 상부전극(25) 및 하부전극(26)에 전기적으로 연결된다. 즉, 압전소자(27)의 길이가 늘어나도록 전압을 상부전극(25)와 하부전극(26)에 가해주면 요동판(22)은 위쪽으로 들리게 된다. 반대로 압전소자(27)의 길이가 줄어들도록 전압을 가해주면 요동판(22)은 아래쪽으로 처지게 된다.
이와 같이 구성된 캔틸레버 구동수단(20)은 어느 하나의 요동판(22)이 공동(13) 안쪽으로 움직이면 공동(13) 안쪽의 유체가 요동판(22) 끝의 변위차에 의해 만들어지는 틈새(30)를 통해 바깥쪽으로 배출되며, 요동판(22)이 공동(13) 바깥쪽으로 움직이면 요동판(22) 바깥쪽의 유체가 요동판(22) 끝의 변위 차에 의해 만들어지는 틈새(30)를 통하여 공동 안쪽으로 유입되는 방식으로 2개 이상의 요동판(22)의 변위차를 바꿈으로써 흡입과 배출방향을 바꿀 수 있다. 한편, 전술한 틈새(30)는 서로 대면하는 한쌍의 캔틸레버 구동수단(20) 더 정확하게는 요동판(22)의 끝단부 사이에 형성되는 간격을 말하는 것이다.
한편, 자유진동하는 요동판(22)의 측면과 케이스(10)의 내측면 사이에도 일정한 틈새가 형성되는 바, 액츄에이터의 유동 발생 능력을 향상시키기 위해서는 주로 요동판(22)의 끝단부 사이에 형성되는 틈새(30)로 유체가 흡입되거나 배출되어야 하며, 요동판(22)의 좌, 우측 틈새로 유체가 흡입되거나 배출되는 것은 최소화해야 한다. 이를 위해 케이스(10)의 길이방향으로 형성된 양측면(12)에 요동판(22)의 위치보다 더 높은 장벽을 이루도록 수직벽(14)을 설치하여 요동판(22)이 공동 위쪽에 있을 때에도 요동판(22)의 좌우 틈 사이로 유체의 흡입 또는 배출이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 케이스(10) 밑면(11)에 부가적으로 케이스(10)의 밑면(11)의 형상을 상하방향으로 왜곡시킬 수 있도록 공동(13)의 체적을 키우거나 줄일 수 있는 멤브레인 변형부(50)가 면접촉되게 설치된다. 상기 케이스(10) 밑면(11)에 설치되는 멤브레인 변형부(50)도 가해지는 전계에 따라 압축 또는 팽창하여 기계적인 변형을 일으키는 평판형상의 압전소자(51 : PZT, Piezoelectric polymer 등)와, 압전소자(51)의 양측면에 전계를 인가할 수 있도록 설치되는 상부전극(52) 및 하부전극(53)을 구비하며, 멤브레인 변형부(50)에 전원을 인가하기 위한 전원부(54)가 상부전극(52) 및 하부전극(53)에 전기적으로 연결된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터의 압전소자에 가해주는 전압신호를 나타낸 그래프이며, 도 6a 내지 도 6l은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터 윗면의 유체를 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이게 하는 액츄에이터의 작동원리를 순차적으로 도시한 작동도이다.
도 5에서, 실선은 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)에 전원을 인가하기 위한 제 1 전원부(24-1)에서 가해주는 전압신호이며, 일점쇄선은 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)에 전원을 인가하기 위한 제 2 전원부(24-2)에서 가해주는 전압신호이며, 이점쇄선은 케이스(10) 밑면에 설치된 멤브레인 변형부(50)에 전원을 인가하기 위한 멤브레인 전원부(54)에서 가해주는 전압신호를 나타낸 것이다. 여기서, 캔틸레버 구동수단(20)들의 작동주기와 케이스(10) 밑면(11)에 설치된 멤브레인 변형부(50)의 작동주기는 동일하며, 각 캔틸레버 구동수단(20)의 위상차에 따라 유체의 유동방향은 바뀐다.
도 6의 a)부터 d)까지는 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2) 위에 있는 유체를 공동으로 흡입하는 과정을 나타낸 것이다. 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)을 먼저 위로 들어올리기 시작한 후 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)을 들어올리면 주로 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2) 위쪽에 있던 유체가 공동으로 흡입이 된다. 즉, 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)이 공동 바깥쪽으로 움직임에 따라 캔틸레버 구동수단(20) 끝단부의 사이의 틈새(30)에 변위차가 발생되면서 공동의 부피는 늘어나게 되므로 주로 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2) 위쪽에 있던 유체가 공동으로 흡입되는 것이다. 잠시 후, 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)에도 전압이 인가됨에 따라 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)도 함께 들어올려지면서 공동의 부피는 더욱 늘어나게 되므로 흡입이 계속된다.(도 6b, 도 6c 참조) 이와 동시에 케이스(10) 밑면(11)에 구비된 멤브레인 변형부(50)에 전원을 인가하여 밑면(11)을 아래쪽으로 움직이게 하면 공동(13)의 부피가 더욱 더 늘어나게 되므로 더욱 많은 양의 유체를 케이스(10) 내부로 흡입할 수 있게 된다.(도 6d 참조)
도 6의 e)부터 i)까지는 공동(13) 안쪽에 흡입되었던 유체를 다시 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1) 위쪽으로 배출하는 과정이다. 흡입과정에서 먼저 올라갔던 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)이 배출과정에서 공동(13) 안쪽으로 내려가기 시작하고 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)이 따라서 내려가면 공동(13) 내부의 부피가 줄어들게 되므로 안쪽에 흡입되었던 유체는 틈새(30)를 통해 주로 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1) 위쪽으로 배출된다. 도시된 바와 같이, 틈새(30)의 변위차에 의해 흡입과정에서의 발생되는 틈새(30)와 배출과정에서 발생되는 틈새(30)는 반대 방향으로 형성되므로 배출은 반대방향으로 이루어진다.
한편, 흡입과정에서 아래쪽으로 움직였던 케이스(10) 밑면이 배출과정에서는 위쪽으로 움직이기 시작하므로 공동(13)의 부피가 더욱 줄어들게 되어 많은 양의 유체가 케이스(10) 바깥쪽으로 배출된다.(도 6i 참조)
도 6j는 배출과정이 완료된 상태를 나타내고 있으며, 도 6k, 도 6l은 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)이 먼저 위쪽로 올라가고 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)이 따라서 올라가면서 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2) 위쪽에 있던 유체를 흡입하는 과정이다. 도 6k에서 도 6l로 이루어지는 흡입과정은 도 6a에서 도 6d로 연결되면서 공동(13) 안쪽으로의 유체 흡입이 계속 진행된다. 이러한 과정들을 계속 반복하면 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2) 위쪽의 유체를 오른쪽 외팔보 위쪽으로 움직이게 된다.
이와 같은 원리로 액츄에이터 윗면의 유체를 오른쪽에서 왼쪽으로 움직이게 하고 싶다면, 다만 오른쪽의 유체를 흡입해서 왼쪽으로 배출하면 되므로 흡입과정에서 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)이 먼저 위쪽으로 올라가고 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)는 그 뒤를 따라 올라가며, 배출과정에서는 왼쪽 캔틸레버 구동수단(20-2)이 먼저 내려가고 오른쪽 캔틸레버 구동수단(20-1)이 그 뒤를 따라 내려가도록 제 1 전원부(24-1) 및 제 2 전원부(24-2)에서 인가되는 전압파형 만을 바꿔주면 된다. 즉, 본 발명에 따른 액츄에이터는 캔틸레버 구동수단(20)의 작동순서만 바꾸면 간단히 유동 방향을 바꿀 수 있는 특징이 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 캔틸레버 구동수단(20)이 자유진동 함으로써 유체를 움직이게 할 수 있으므로 캔틸레버 구동수단(20)을 빠른 속도로 움직여 액츄에이터의 유동 발생 능력을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액츄에이터는 캔틸레버 구동수단(20) 위쪽 표면에서 유동을 발생시키므로, 물체 표면에 액츄에이터들을 설치하면 물체의 추진력을 얻을 수도 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 따른 액츄에이터를 물체 표면의 4 방향으로 설치하여 4 방향으로의 추진력을 얻을 수 있다. 또한, 각각의 액츄에이터를 제어함으로써 물체에 모멘트를 가해 물체가 회전할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 관내에 액츄에이터를 설치하면 관 내 유체를 움직이게 할 수 있으므로 유체 펌프로 활용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터(100)들을 물체(101) 한쪽 면에 설치하여 물체(101)의 추진력을 얻는 예를 나타낸 개략 단면도로서, 물체(101) 표면의 유체를 움직이게 하면 반작용으로 얻어지는 추진력으로 물체는 유체 추진방향의 반대방향으로 움직일 수 있다. 즉, 캔틸레버 구동수단(20)을 작동시켜 캔틸레버 구동수단(20) 위쪽의 유체를 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이게 하면 캔틸레버 구동수단(20)이 설치된 물체(101)는 오른쪽으로 추진력을 얻게 된다. 한편, 물체(101) 표면에 액츄에이터(100)만 설치할 경우에는 액츄에이터(100)에 의해 물체(101) 표면방향의 유동뿐만 아니라 표면에 수직인 방향의 유동도 형성되므로, 물체(101) 표면 위쪽에 판(102)을 설치하면 물체(101) 표면에 설치된 액츄에이터(100)에 의해 유동은 표면방향으로만 형성되므로 액츄에이터(100)의 펌핑능력(또는 추진력)이 증가하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터(100)들을 사각관(110)의 안쪽의 윗면(111)과 아랫면(112)에 설치하여 관 내 유체를 양방향으로 움직일 수 있도록 하는 펌프를 만든 예이다. 액츄에이터(100)의 펌핑 방향에 따라 유체는 왼쪽이나 오른쪽으로 움직일 수 있다.
도면 9는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터(100)들을 사각관(120)의 안쪽 사면에 설치하여 양방향으로 유동을 발생시킬 수 있는 유체펌프를 만든 예이다.
본 발명에 따른 액츄에이터(100)는 물체 표면의 유동을 제어하는데 사용할수 있다. 도 10은 본 발명에 따른 액츄에이터(100)들을 비행 날개(130) 표면에 설치한 예이다. 여기서, 각각의 액츄에이터(100)의 유동 방향을 제어함으로써 날개 표면에서 유동박리가 발생하게 하거나 유동박리를 억제하게 할 수 있다. 도 11은 본 발명에 따른 액츄에이터(100)들을 삼각형 날개(140 : delta wing) 표면에 설치한 예이다. 삼각형 날개(140)에서 생기는 강한 와류를 제어함으로써 날개가 받는 힘들을 변화시켜 날개에 모멘트 등을 발생하게 할 수 있다. 본 발명에 따르면, 삼각형 날개를 포함한 다각형 날개에서도 회전 모멘트 등을 발생시키는 것이 가능하다.
도 12는 자동차(150) 뒤쪽에서 발생하는 후류 유동장을 제어하기 위하여 자동차의 바디 표면(151)에 본 발명에 따른 액츄에이터(100)들을 설치한 예이다.
한편, 한 개의 공동(13)에 2개의 캔틸레버 구동수단(20)을 갖는 액츄에이터(100)는 유체를 2방향으로 움직일 수 있도록 하므로 도면 13과 같이 2개의 캔틸레버 구동수단(20)을 갖는 액츄에이터(100)를 서로 수직으로 설치하면 4방향으로 유동을 만들 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명에 따른 액츄에이터(100)의 변형된 실시예로서, 한 개의 공동에 4개의 캔틸레버 구동수단을 갖는 액츄에이터(100)의 구조를 도시한 것이다.
또한, 도 15는 한 개의 공동에 6개의 캔틸레버 구동수단(20)을 갖는 액츄에이터(100)의 구조를 도시한 것이다. 이들은 양방향뿐만 아니라 다방향으로 유체를 제어할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버 구동수단의 요동판 형상의 일예를 도시한 사시도이며, 도 17은 본 발명의 실시예에 따라 변형될 수 있는 캔틸레버 구동수단의 요동판의 다양한 형상을 도시한 단면도를 예시한 것이다.
도시된 바와 같이, 요동판(22)의 형상에 따라 유체의 흡입 및 배출 특성에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 요동판(22)의 단면을 "ㄷ"자 모양으로 형성한 것은 액츄에이터 작동시 캔틸레버 구동수단의 좌, 우측 틈새로 유체가 흡입되거나 배출되는 것을 최소화하는데 기여한다. 한편, 요동판(22)의 일단에 형성된 홈(22a)은 요동판(22)이 홈 부분에서 쉽게 휘어지도록 한다.
도 18은 본 발명에 따른 실시예에 따라 변형될 수 있는 캔틸레버 구동수단의 요동판 끝의 단면형상을 도시한 단면도를 예시한 것으로, 요동판(22) 끝의 단면형상에 따라 유체의 흡입 및 배출 특성에 영향을 받으므로 본 발명에 따른 액츄에이터가 사용되는 응용분야에 따라 적절한 단면형상을 취할 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액츄에이터는 압전 소자를 내장한 캔틸레버 구동수단이 케이스 안쪽으로 움직이면 공동 벽면과 캔틸레버 구동수단에 의해 막혀있는 공간이 줄어들고 캔틸레버 구동수단이 공동 바깥쪽으로 움직이면 케이스와 캔틸레버 구동수단에 의해 막혀있는 공간이 늘어나는 것을 이용하여, 캔틸레버구동수단을 공동 바깥쪽으로 움직여 캔틸레버 구동수단 위쪽에 있던 외부 유체를 공동으로 흡입한 후에 캔틸레버 구동수단을 공동 안쪽으로 움직여 공동에 흡입된 유체를 다시 배출하는 작업을 반복함으로서 캔틸레버 구동수단 위쪽면 근처에서 유동을 발생시킬 수 있다.
이와 같은 액츄에이터는 관로 내 유체를 원하는 방향으로 움직이게 하는 유체펌프, 혹은 물체 표면에 유동박리를 발생하거나 억제하는 박리제어장치, 물체가 회전할 수 있도록 모멘트를 발생시키는 모멘트 발생장치, 혹은 자동차 뒤쪽에서 발생되는 후류 유동장을 억제하는 자동차의 후류 유동장 억제장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 물체 표면에서 여러 방향으로 유동을 발생시키는 액츄에이터에 있어서,
    유체를 저장할 수 있도록 오목하게 공동이 형성되는 케이스와,
    서로 대면한 자유단부의 교차되는 자유진동에 의해 끝단부 사이의 틈새로 유체를 흡입하거나 배출할 수 있도록 상기 케이스의 일단에 구비되는 적어도 2개 이상의 캔틸레버 구동수단을 포함하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  2. 제 1항의 표면 유동 발생 액츄에이터가 관 내부 표면에 설치되어 관 내 유체를 양방향으로 펌핑시키는 표면 유동 발생 유체펌프.
  3. 제 1항의 표면 유동 발생 액츄에이터가 물체의 표면에 구비되어 상기 물체에 추진력을 발생시키는 물체의 추진력 발생장치.
  4. 제 1 항의 표면 유동 발생 액츄에이터가 비행 날개 표면에 설치되어 상기 비행 날개 표면에서 유동박리를 발생시키거나 억제시키는 비행 날개 표면의 유동박리 발생 및 억제장치.
  5. 제 1 항의 표면 유동 발생 액츄에이터가 다각형 날개(160 : delta wing) 표면에 설치되어 상기 다각형 날개에서 생기는 강한 와류를 제어함으로써 회전 모멘트를 발생시키는 다각형 날개의 회전 모멘트 발생장치.
  6. 제 1 항의 표면 유동 발생 액츄에이터가 자동차의 바디 표면에 설치되어 후류 유동장이 조절되는 후류 유동장 조절장치.
  7. 제 1 항의 표면 유동 발생 액츄에이터를 평면상에 수직 및 수평 방향으로 서로 교차되게 배열하여 4방향으로 표면 유동 방향을 얻을 수 있는 표면유동 발생 액츄에이터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 구동수단은 판상을 이루어 케이스의 일단에 외팔보 형상으로 지지되어 자유단부가 자유진동할 수 있도록 설치되는 캔틸레버 요동판과,
    상기 캔틸레버 요동판을 자유진동시키기 위해 캔틸레버 요동판의 일단면에 면접촉되게 설치되는 압전 변형부와,
    상기 압전 변형부에 전원을 인가하여 기계적인 변형을 일으킬 수 있도록 설치되는 전원부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 밑면의 형상을 상하방향으로 왜곡시켜 공동의 체적을 키우거나 줄일 수 있는 멤브레인 변형부가 상기 케이스 밑면에 면접촉되게 부가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 요동판의 좌, 우측 틈새로 유체가 흡입되거나 배출되는 것을 억제하기 위해 상기 케이스의 양측면에 요동판의 위치보다 더 높은 장벽을 이루도록 수직벽이 설치되는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 구동수단은 하나의 직사각 형상을 이루는 공동에 서로 대면하는 한쌍의 캔틸레버 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 구동수단은 사각 형상을 이루는 공동에 서로 대면하는 4 개의 캔틸레버 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 구동수단은 6각 형상을 이루는 공동에 서로 대면하는 6 개의 캔틸레버 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 압전 변형부는 가해지는 전계에 따라 압축 또는 팽창하여 기계적인 변형을 일으키는 평판형상의 압전소자( PZT, Piezoelectric polymer 등)와,
    상기 압전소자의 양측면에 전계를 인가할 수 있도록 설치되는 상부전극 및 하부전극과,
    상기 변형부에 전원을 인가하기 위해 상기 상부전극 및 하부전극에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 전원부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 멤브레인 변형부는 가해지는 전계에 따라 압축 또는 팽창하여 기계적인 변형을 일으키는 평판형상의 압전소자( PZT, Piezoelectric polymer 등)와,
    상기 압전소자의 양측면에 전계를 인가할 수 있도록 설치되는 상부전극 및 하부전극과,
    상기 멤브레인 변형부에 전원을 인가하기 위해 상기 상부전극 및 하부전극에 전기적으로 연결되는 멤브레인 전원부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
  16. 제 3 항에 있어서,
    상기 물체의 표면방향으로 유동이 집중될 있도록 상기 물체 표면 위쪽에 판을 설치하는 것을 특징으로 하는 표면 유동 발생 액츄에이터.
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