KR20020090928A - 코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄된 계의 내부에서 코리올리스힘이 발생되도록 하고, 그 코리올리스힘을 이용하여 외력이 없어도 그 폐쇄된 계를 선형 위치이동시킬 수 있는 내부 추진장치에 관한 것이다.

본 발명의 코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치는 내부에 공간이 형성되어 폐쇄된 몸체; 상기 몸체의 중심으로부터 편심된 위치의 몸체 내부 공간에 구비되고, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 가이드; 상기 몸체의 중심이 되는 위치의 가이드에 수직으로 결합된 파워모터; 상기 파워모터 축의 선단에 반경방향으로 결합되어 그 파워모터와 함께 회전하고, 선단이 상기 가이드의 슬롯을 관통된 상태로 배치되어 그 가이드를 일정한 공간으로 구획하는 회전대; 상기 가이드와 회전대에 의하여 구획된 공간에 배치되어 구속되고, 그 회전대에 의하여 일정한 각속도로 회전하는 핵심질량;을 포함하는 것이다.

본 발명은 코리올리스의 힘(Fc)을 액튜에이터의 내부 추진력으로 이용하는 내부 추진장치를 제공함으로써 중력장에서도 폐쇄된 물체의 자유로운 선형이동이 가능할 뿐만 아니라, 다가오는 우주 시대에 걸맞게 무중력 진공에서 폐쇄된 물체의 자유로운 위치 이동이 가능하다.

Description

코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치{INTERNAL PROPULSION APPARATUS OF CLOSED SYSTEM USING A CORIOLIS FORCE}

본 발명은 폐쇄된 계의 내부에서 코리올리스힘이 발생되도록 하고, 그 코리올리스힘을 이용하여 외력이 없어도 그 폐쇄된 계를 선형 위치이동시킬 수 있는 내부 추진장치에 관한 것이다.

여기서 코리올리스힘()이라 함은 회전좌표계에서 관측하여 질량중심(CM)에서 일정한 반경(r)에 위치한 질량(M1, M2)이 일정한 각속도(ω)를 가지면서 동시에 반경(r)의 변화를 가지고 회전할 때 관성좌표계 상에서 그 질량의 총질량중심(TCM)에 작용하는 힘을 말한다.

폐쇄계의 내부 추진장치에 관한 선행기술로서 미국특허 제6,109,123호(명칭 : 회전 관성 모터)가 개시된 바가 있다.

상기 특허 발명의 관성 드라이브 유니트는 장치의 내부에서 회전하는 질량들의 반경방향 가속도에 대한 세로방향 구성요소에 작용하는 반작용을 이용한다. 특히 상기 특허 발명은 회전운동으로 구동되는 질량들의 반경방향 내부 가속도를 선형 경로를 따라 유도하고, 수직방향으로 장치를 움직여 장치의 내부 구성의 회전대로부터 멀리 움직이는 반력을 만들어낸다고 하고 있다.

상기 특허에서는 질량의 벡터 가속도에 대한 표현을 다음과 같이 하고 있다.

여기서, a는 스칼라 반경방향 가속도이고,는 스칼라 각가속도이다.

이 네가지의 각가속도는 보통 각각 반경방향 가속도, 구심 가속도, 코리올리스 가속도, 각가속도라 불린다. 이 가속도의 각각은 반력 F=-ma를 일으키고, 여기서 마이너스 표시는 그 가속도들이 회전계에서 반작용으로 감지된다는 사실을 표현하고 있다. 그리하여 각각 원심력, 구심력, 코리올리스 힘, 각가속력이라 정의할 수 있는 현존하는 관성력이 존재한다고 보고 있다. 상기 선행기술은 a 및 v가 0이고, 그 효과에 대해서는 ω 및 α에 의존한다. 상기 발명은 일차적으로 그 효과에 있어서 원심력 a와 코리올리스 힘 2vω(질량의 반경방향 운동에 기인하는 힘)에 의존한다고 하고 있다.

그러나, 상기 특허에 있어서, 중요한 문제점은 상기 식에서 관성계와 비관성계의 총합으로 나타나는라고 보고 있기 때문에 처음부터 뉴톤법칙을 벗어나서 장치가 동작되는 것처럼 기술하고 있으며, 상기 특허에서 정의한 코리올리스 힘과 각가속력이 비관성력인데도 불구하고 그 코리올리스 힘과 각가속력을 마치 외력과 같은 생기는 관성력이라 보고 있기 때문에 상기 특허에서 바라는 대로의 운동을 기대할 수 없다고 하는데 있다.

또한, 원심력과 구심력은 관성력의 일종으로서 회전계에 있어서는 서로 상쇄되어 버리기 때문에 원심력에 의해 차량이 제자리에서 진동만 일어날 뿐 선형이동을 할 수 없는데도 불구하고, 상기 발명이 원심력에 의하여 구동되는 것처럼 잘못 파악하고 있고, 위와 같이 겉보기 힘을 구동력으로 사용할 수 있다고 하는 것은 잘못된 견해이다.

한편, 내부 추진 메카니즘을 갖고 있는 선행기술로서 미국특허 제6,289,263으로 등록된 것이 있다. 이 발명은 움직이는 로봇에 관한 것으로 특히, 외부 골격이 구형(球型)인 모빌 로봇이다.

이 발명은 어려운 지형을 굴러서 넘어 갈 수 있는 구형 동작 로봇이다. 이것은 위치와 방향을 조절할 수 있는 장치가 되어 있다. 구르는 구(Rolling sphere)의 구조는 바퀴(Wheel)가 달린 로봇과는 기술적으로 다르고, 거친 표면을 통과할 수 있는 이동 로봇(mobile robot)의 필요성에 의하여 개발된 것이다.

이 발명은 외부 골격이 구형이고 추진력을 내부 기계적 장치(internal mechanism)에 의하고 있다. 구의 크기는 그 필요성에 따라 크게도 작게도 할 수 있다. 특히, 구형 로봇의 직경(diameter)이 커지면, 거친 표면을 통과할 수 있는 힘도 커지고 적재량도 따라서 커질 수 있다. 이 발명에서 설명되고 청구된 구동메커니즘(drivemechanism)은 구형 동체내에서 질량(mass)을 회전(spin)하여 계속적으로 운동량 (mobility)을 공급하고, 구형체의 중심 (the center of sphere) 에 모멘트(moment)를 만들어주어 그 구형체가 가속 또는 감속(accelerate or decelerate)하게 하고, 일정한 속도로 움직이거나, 필요에 따라서는 그 지점에서 조절(servo)할 수 있게 해 주는 것이다. 그 구형체의 운동은 감지와 궤환(sensing and feedback)에 의해서 조절(control)이 된다.

이 구형 로봇은 고도의 안정성이 있고 신속한 기동력이 있으며 거친 표면도 잘 통과한다. 내부 전력(internal power source)으로 궤환 감지(sensors for feedback)에 의해서 움직임 제어(motion control)을 위한 마이크로프로세서(microprocessor)나 하드웨어(hardware)로 로봇은 자율성을 갖게 되며, 따라서 이동로봇(mobile robot)으로서의 기능을 하게 된다.

이 구형 로봇은, 구형체는 두 방향으로 구르기(roll)때문에, 바퀴로봇(wheeled robot)에 비하여 뛰어난 이동성(mobility)을 갖고 있다. 더구나, 구형체의 반경은 구형체의 외부 크기이기 때문에 비교적으로 더욱 커진다.

그러나, 위에서 설명한 구형 모빌 로봇(SMR)에서는 mg(중력)가 항상 작용하고 있으므로 중력에 의한 롤링이 있고 반드시 마찰력을 수단으로 질량중심(CM)의 위치가 롤링하면서 오직 중력중심의 편이로 이동한다. 이 구형 모빌 로봇(SMR) 장치는 닫힌운동과 열린운동 개념없이 설계 되어 마찰이 없는 무중력 진공 우주 공간에서는 위치이동이 불가능하다.

또한, 위에서 설명한 선행기술들은 회전계이면서도 코리올리스의 힘을 고려하고 있지 않으므로 전후 좌우로 구르면서 이동하는 장치로 설계되어 있고, 선형이동에 문제가 있다.

본 발명은 중력장에서도 위치이동이 가능하고 무중력 진공에서 마찰과 중력의 영향을 받지 않고도 위치이동이 가능한 내부 추진장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 코리올리스 힘을 이용하여 물체를 선형이동시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 방향제어수단을 이용하여 물체의 이동방향을 자유롭게 변경할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐쇄된 계를 사용하여 폐쇄된 계의 외부로 물질의 출입이 없도록 함으로써 환경공해를 원천적으로 방지하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 닫힌 운동의 개념을 설명하기 위한 개념도로서 도1a는 열린 운동을 나타내고, 도1b는 닫힌운동을 나타낸다.

도2는 본 발명에 따라 코리올리스힘이 나타나는 것을 설명하기 위한 시간에 따른 힘의 작용도.

도3은 본 발명의 코리올리스힘을 이용한 반구형 내부 추진장치의 벡터도.

도4는 도1의 반구형 내부 추진장치의 이중결합도.

도5는 본 발명에 따른 가이드 제어식 단일형 내부 추진장치의 사시도.

도6은 본 발명에 따른 내부 양쪽 가이드식 단일형 내부 추진장치의 단면도.

도7은 본 발명에 따른 내부 양쪽 가이드식 2중 결합 내부 추진장치의 단면도.

도8은 본 발명의 내부 추진장치를 제어하기 위한 블럭도.

도9는 본 발명에 따른 내부 추진장치의 수평 다중결합, 수직다중결합, 수직수평 다중결합의 예를 나타낸 개념도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

21,22 : 코리올리스 힘

26,27 : 순간질량중심

32 : 회전중심

36,63,64,65,66,67,68,69,70,84,86,90,91,92,93 : 핵심질량

39a,86,105,106 : 회전대

62,80,100 : 방향제어모터

71,81,94,95 : 파워모터

본 발명의 코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치는 내부에 공간이 형성되어 폐쇄된 몸체; 상기 몸체의 중심으로부터 편심된 위치의 몸체 내부 공간에 구비되고, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 가이드; 상기 몸체의 중심이 되는 위치의 가이드에 수직으로 결합된 파워모터; 상기 파워모터 축의 선단에 반경방향으로 결합되어 그 파워모터와 함께 회전하고, 선단이 상기 가이드의 슬롯을 관통된 상태로 배치되어 그 가이드를 일정한 공간으로 구획하는 회전대; 상기 가이드와 회전대에 의하여 구획된 공간에 배치되어 구속되고, 그 회전대에 의하여 일정한각속도로 회전하는 핵심질량;을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명의 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치는 내부에 공간이 형성되어 폐쇄된 몸체; 상기 몸체의 중앙 내부 공간에 구비된 원통상의 가이드;

상기 가이드의 중앙에 수직으로 결합된 파워모터; 상기 가이드의 내부에 배치되고, 상기 가이드의 중심으로부터 편심된 위치에 구비되어 상기 가이드와의 사이에 공간을 구획하며, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 내측가이드; 상기 내측가이드와 가이드 사이에 배치되어 상기 내측가이드와의 사이에 공간을 구획하며, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 외측가이드; 상기 파워모터 축의 선단에 반경방향으로 결합되어 그 파워모터와 함께 회전하고, 선단이 상기 가이드의 슬롯을 관통된 상태로 배치되어 그 가이드를 일정한 공간으로 구획하는 회전대; 상기 가이드들과 회전대에 의하여 구획된 공간에 배치되어 구속되고, 그 회전대에 의하여 일정한 각속도로 회전하는 핵심질량;을 포함하는 것이다.

본 발명은 상기 파워모터의 축을 상하로 구분하고, 그 상하의 축을 기어결합하여 밀폐계를 복층으로 하고, 그 상하의 축 회전방향을 반대로 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 예시한 도면을 참고로 설명을 하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 닫힌 운동의 개념을 설명하기 위한 개념도로서 도1a는 열린 운동을 나타내고, 도1b는 닫힌운동을 나타낸다.

도2는 본 발명에 따라 코리올리스힘이 나타나는 것을 설명하기 위한 시간에 따른 힘의 작용도이고, 도3은 본 발명의 코리올리스힘을 이용한 반구형 내부 추진장치의 벡터도이고, 도4는 도1의 반구형 내부 추진장치의 이중결합도이다.

도5는 본 발명에 따른 가이드 제어식 단일형 내부 추진장치의 사시도이고, 도6은 본 발명에 따른 내부 양쪽 가이드식 단일형 내부 추진장치의 단면도이고, 도7은 본 발명에 따른 내부 양쪽 가이드식 2중 결합 내부 추진장치의 단면도이다.

도8은 본 발명의 내부 추진장치를 제어하기 위한 블럭도이고, 도9는 본 발명에 따른 내부 추진장치의 수평 다중결합, 수직다중결합, 수직수평 다중결합의 예를 나타낸 개념도이다.

먼저, 본 발명에 따른 코리올리스힘의 특성을 이해하기 위하여 열린 운동과 닫힌 운동에 대한 개념의 정의가 필요하다.

도1에서 도시한 바와 같이, 물체의 이동방법에는 열린 운동과 닫힌 운동의 두 가지가 있다고 볼 수 있다. 여기서, 물체가 외력(F)에 의해서 힘을 받고, 관성에 의해서 물체가 계속 이동되는 운동을 열린 운동(도1a에서와 같이 운동량 P가 지속적으로 나타남)이라고 한다면, 물체에 정방향 및 역방향으로 외력()을 시차를 두고 같은 시간(e)동안 가한 결과 발생된 운동을 닫힌 운동(도1b에서와 같이 운동량이 일시적으로 나타났다가 사라짐)이라 할 수 있는 것이다.

따라서, 열린 운동을 일으키는 힘은 관성력이라 할 수 있는 것이고, 닫힌 운동을 일으키는 힘은 일정시간 시차를 두고 서로 반대방향으로 나타났다가 상쇄되어 버리는 힘을 제외하고, 결과적으로 남아 있는 운동량에 의해서 나타나는 비관성력이라 할 수가 있는 것이다.

도2에 있어서,이 등속도로 회전운동을 하는 도중에의 회전질량중심(RCM)을 중심으로을 일정하게 하고, 반경 r을로 하면서로 토오크를 회전방향으로 가하면에

= -------------------------------------------①

의 반작용력가 나타난다. 이 때 나타나는는 코리올리스힘이다. 그 순간는 순간적으로 정지속도가 있게 되어가 순간질량중심이 되면서 RCM(에서 r이 늘어나고, 순간에너지를= Constant로 가하는 동안(초) MCM에가 나타나

가 나타나고,초후에 곧 반작용으로에도 ICM이 생겨

가 생긴다. 시간축을에서으로 옮기면가 되어

가 된다.

이 때 원심력과 구심력은 생기나 같은 시간에 생겨 상쇄되고,= Constant일 때-----------------------------------------------------②

의 관계가 존재한다.

상기 수식②를시간 동안 적분하면,일 때

----------------------------------------③

가 되고, 수식③은 이른바 닫힌운동 즉 펄스(Pulse)운동이 된다.

수식②를 다시시간 동안 적분하면

일 때

즉,

이 되고, C=질량거리량이 생겨 시스템의 전 질량중심(TCM)의 이동량은

이 되고, 이와 같이, 여러 단계의 ICM이 생길 때 닫힌(Pulse)운동이 있어 ICM이 있은 후시간마다 비관성 이산운동이 있게 된다.

의 좀 더 정확한 값은

이다.

그러므로 모든 질량이 회전운동시 RCM으로부터= Constant일 때 r이 늘어나면 에너지 공급이 필요하고, 줄어들 경우(늘어날 경우의 반대 방향발생) 역에너지 공급 또는 에너지 회수로 말미암아 임펄스의 코리올리스힘가 나타나고, 회전질량과 RCM에 번갈아 발생하여 닫힌운동인 펄스운동이 나타난다.

위에서 설명한 바와 같이, 질량중심(CM)에서 일정한 각속도(ω)를 가지면서 동시에 반경(r)의 변화를 가지고 회전하는 질량(M1, M2)을 폐쇄계의 내부에 집어넣으면, 그 폐쇄계의 총 질량중심 TCM이 이동하여 그 폐쇄계를 실질적으로 일방향으로 선형이동시킬 수가 있는 것이다.

도3은 본 발명의 내부 추진장치를 모델화한 것인데, 도3에 있어서, 핵심질량(36)의 순간중심(26, 27)이 궤적을 그리는 순간중심궤적(Centrode)(25) 상에 코리올리스 힘 Fc(21,22,23,24)가 나타나는 경우로 본 발명의 관계 모델은 순간중심(26, 27)과 콜리올리스 힘 Fc 의 관계를 나타낸다.

계의 핵심질량 M(35)의 임의의 점에 일정하게 회전(ω=Const)하는 회전대(39)이 있고, 핵심질량M(35)과 핵심질량m(36)점이 일정하게 멀어지면 그 핵심질량m(36)점에 순간질량중심ICM(26, 27)이 생기고, 회전질량중심(RCM)(32)과 그 핵심질량m(36)을 잇는 순간중심축(39)(33) 선상에 수직으로 순간질량중심(ICM)(26, 27)에 코리올리스 힘 Fc(21,22,23,24)가 발생되고 순간질량중심(ICM)(26, 27)은 순간중심궤적(Centrode)(25)을 만들면서 이동한다. 순간 핵심질량중심(ICM)(26, 27)에 코리올리스 힘 Fc가 있으므로 반작용에 의하여 회전질량중심(RCM)(32)은 순간질량중심(ICM)(38)을 기준으로 순간적인 호를 그리는 궤적을 만들며 이동하고, 그 결과 질량중심(MCM)(30)은 순간중심축(33)을 축으로 회전하여 총핵심질량중심(TCM)(30)도 위치이동(30에서 31로 이동)이 있게 된다.

이경우는 회전질량중심(RCM)(32)과 순간질량중심(ICM)(26, 27)의 작용에 의하여 생기는 코리올리스 힘Fc가 관성 좌표계에서 먼저 반응하고 회전좌표계에서 뒤에 반응하는 결과가 된다. 즉 좌표계 사이의 작용 반작용의 시간적 위상지연이 생겨 수식 ②와 같이 적용 될 수 있다.

r이 변하고 ω가 일정 할 경우, 회전중심(RCM)(32)에 이산적인 가속을 한다면 식①과 같이

가 된다. 여기서 Fc는 관성 핵심질량 I 에 의해서 일시적으로 나타나는 결과이다..

한편, 도5에 있어서, 상기 핵심질량m(36)은 회전질량중심(32)를 기준으로 할 때, r을 신장시킴과 동시에 각속도를 일정하게 한 상태에서 시계방향으로 회전되는 것이고, 이 경우 전체 폐쇄된 계는 -X방향으로 이동을 하는 것이다.

이어서, 그 핵심질량m(36)은 우측으로 완전히 이동된 다음 다시 r이 축소됨과 동시에 각속도를 일정하게 한 상태에서 반시계방향으로 회전하는 것이고, 이 경우에도 전체 폐쇄된 계는 -X방향으로 이동을 하는 것이다.

즉, 핵심질량(m)과 핵심질량(M)을 잇는 선분 r이 가장 작은 위치에서 -방향으로 전체 폐쇄된 계가 이동을 하는 것이다.

도4는 반구형 내부추진 시스템의 2중 결합시의 실시예를 보여주는 것이다. 이 경우 도3의 반구형 내부 추진시스템을 2개 설치한 효과가 나타나므로 코리올리스힘이 2배로 되어 이동거리도 배가될 수가 있다.

도5는 가이드 제어식 단일형 내부 추진시스템을 나타내는 것인데, 도5에 있어서, 몸체(10)는 대략 원통형의 형태를 가지고 있고, 그 내부에는 공간이 형성되어 있으며, 외부와는 물질이 교환될 수 없는 상태로 폐쇄되어 있다.

상기 몸체의 내부에는 원통형의 가이드(72)가 내장되어 있고, 그 가이드(72)의 중심으로부터 편심된 위치에 상측으로 파워모터(71)의 축이 장착되어 있고, 그 축의외측으로는 방사상으로 회전대(39a)이 다수 개 결합되어 있고, 그 회전대(39a)은 가이드(72)를 관통하여 원주방향으로 회전을 할 수 있도록 되어 있다.

상기 가이드(72)의 내측과 회전대(39a)으로 구획된 곳에 각각 핵심질량(63, 64 , 65, 66, 67 ,68, 69, 70)이 내장되어 회전대(39a)의 회전에 따라 가이드(72)의 내측에서 일정한 각속도로 회전하게 된다.

상기 핵심질량(63, 64 , 65, 66, 67 ,68, 69, 70)은 가이드(72)에 구속이 된 상태로 회전대(39a)에 의하여 회전을 하고, 그 회전대(39a)의 회전중심은 가이드(72)의 중심에서 편심된 위치에 있기 때문에 각각의 핵심질량(63, 64 , 65, 66, 67 ,68, 69, 70)은 일회전을 할 때 마다 회전반경이 최대에서 최소로 변화하게 되고, 파워모터(71)가 일정한 각속도로 회전을 하면, 각각의 핵심질량(63, 64 , 65, 66, 67 ,68, 69, 70)에 순간중심이 생겨 그 순간중심에 비관성력인 코리올리스힘이 발생하고, 결과적으로 몸체(10)는 도5의 화살표 방향으로 이동을 하게 된다.

상기 파워모터(71)의 상측에는 파워모터센서(62)가 장착되어 상기 파워모터(71)의 회전수를 감지하여 파워모터(71)의 회전속도를 조절하여 줄 수 있도록 한다.

상기 가이드(72)의 상면에는 방향제어모터(62)가 장착되어 있고, 그 방향제어모터(62)의 축단에는 회전 핵심질량체(41a, 41b)가 장착되어 몸체(10)의 이동방향을 제어하는데 사용되고, 상기 회전 핵심질량체(41a, 41b)가 왼쪽으로 회전하면 반작용에 의하여 몸체(10)는 오른쪽으로 회전하고, 상기 회전 핵심질량체(41a, 41b)가 오른쪽으로 회전하면 몸체(10)는 왼쪽으로 회전한다.

상기 방향제어모터(62)의 일측에는 방향제어센서(61)가 장착되어 상기 방향제어모터(62)의 회전방향을 감지하여 몸체(10)의 이동방향을 제어하는데 사용된다.

상기 핵심핵심질량 (63, 64 , 65, 66, 67 ,68, 69, 70)의 숫자가 많을수록, 그리고 상기 핵심핵심질량 (63, 64 , 65, 66, 67 ,68, 69, 70)의 질량이 클수록 상기 몸체(10)의 이동은 더욱 원활하게 된다.

도6은 본 발명에 따른 내부 양쪽 가이드식 단일형 내부 추진장치의 단면도인데, 상기 도5의 추진장치와는 달리 상기 핵심질량이 편심을 이루면서도 확실히 가이드될 수 있도록 한 것이고, 도면의 작성 편의상 몸체를 제거한 것이다.

도6에 있어서, 상기 가이드(72)의 중앙 하측으로는 파워모터(81)가 장착이 되고, 그 파워모터(81)의 하단에는 파워모터센서(82)가 장착이 되고, 상기 가이드(72)의 내측으로는 핵심질량(84)(85)이 파워모터(81)의 축 중심으로부터 편심이 되도록 원주면을 따라 내측가이드(87)와 외측가이드(86)를 설치한 것이다.

상기 가이드(72)의 상면에는 방향제어모터(80)가 장착되어 있고, 그 방향제어모터(80)의 축단에는 회전 핵심질량체(41a, 41b)가 장착되어 몸체(10)의 이동방향을 제어하는데 사용되는 것이고, 그 방향제어모터(80)의 하단에는 방향제어모터 센서(83)가 장착되어 있다.

도7은 내부 양쪽 가이드식 2중결합 내부추진시스템을 나타내는 것으로서, 도6의 장치가 2중으로 작용하는 구조로 파워 모터(94)와 파워모터(95)는 기어결합(99)에 의하여 각각 반대 방향으로 1:1 회전하게 되어 있고, 파워 모터(94)의 하측과 파워모터(95)의 상측에는 각각 파워모터센서(98)(96)가 설치되어 있다.

여기서도 외측가이드(86) 및 내측가이드(87)가 설치되어 있어 회전대(100, 101)가회전시 핵심질량(90,91,92,93)이 안정적으로 가이드될 수가 있는 것이고, 이중으로 결합을 하여 코리올리스힘이 2배로 나타나는 것이고, 몸체(10)의 방향을 결정하기 위하여 방향제어모터(100)가 상측에 설치되어 있고, 그 방향제어모터(100)의 하측으로는 방향제어모터 센서(97)가 설치되어 있는 것이다.

도8은 본 발명의 제어회로를 나타낸 블럭도이고, 도8에 있어서 제어회로는 방향제어모터센서(220)와, 파워모터센서(221)에서 감지된 신호를 증폭기로 증폭하여 제어부(206)(207)에서 파워모터(222) 및 방향모터(223)를 피드백으로 제어하며 무선송신기(201)(203)에서 송신된 제어신호를 수신기(200)(202)에서 수신하여 제어하고 병행하여 수동(210)으로도 제어할수 있도록 구성된다.

도9는 내부추진시스템의 수평 다중결합,수직 다중결합,수직수평 다중결합의 예를 보인다. 도9에 도시한 결합은 원통형의 2중 상대결합 이며, 상대결합이란 서로 회전방향이 다르고 구조가 상대적으로 짝지어진 형태로 된것을 뜻한다. 따라서 도9a 는 수평 상대결합의 수직 2중결합이고, 도9b는 수평 상대결합의 수평 2중결합이며, 도9c는 수평 상대결합의 수평 수직 2중결합이다.

본 발명은 인공위성, 우주선, 우주정거장, 우주에서의 개인구명선에 쓸 수 있고, 바퀴없는 장난감, 공장에서 바퀴없는 콘베어 및 이동장치로 쓸 수 있고, 정밀 이동이 가능한 항공기, 선박, 잠수함 및 인체내에서 이동하는 캡슐의 추진장치로 쓸 수가 있으며, 자동차, 항공기 및 선박 등의 브레이크 시스템에 적용할 수 있는 등 광범위한 용도를 갖는다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

코리올리스의 힘(Fc)는 센서에만 한정되어 사용되어 왔으나, 본 발명은 코리올리스의 힘(Fc)을 액튜에이터의 내부 추진력으로 이용하는 내부추진시스템을 제공함으로써 중력장에서도 폐쇄된 물체의 자유로운 선형이동이 가능할 뿐만 아니라, 다가오는 우주 시대에 맞게 무중력 진공에서 폐쇄된 물체의 자유로운 위치 이동이 가능하다.

인공위성, 우주선, 우주정거장, 우주에서의 개인 구명선에 쓸 수 있고 바퀴없는 장난감, 공장에서 바퀴없는 콘베어 및 이동장치로 쓸 수 있으며 정밀이동이 가능한 항공기, 인체내에서 이동캡슐의 내부 추진 장치에 적용 할 시 현 산업 발전에도 큰 기대 효과가 있다.

또한, 본 발명의 내부 추진시스템은 폐쇄된 계 내에서의 운동을 이용하는 것으로서 외부와 전혀 물질 교환이 없는 것이므로 환경공해를 일으키지 않는다.

Claims (16)

1. 내부에 공간이 형성되어 폐쇄된 몸체;

   상기 몸체의 중심으로부터 편심된 위치의 몸체 내부 공간에 구비되고, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 가이드;

   상기 몸체의 중심이 되는 위치의 가이드에 수직으로 결합된 파워모터;

   상기 파워모터 축의 선단에 반경방향으로 결합되어 그 파워모터와 함께 회전하고, 선단이 상기 가이드의 슬롯을 관통된 상태로 배치되어 그 가이드를 일정한 공간으로 구획하는 회전대;

   상기 가이드와 회전대에 의하여 구획된 공간에 배치되어 구속되고, 그 회전대에 의하여 일정한 각속도로 회전하는 핵심질량;

   을 포함하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
2. 내부에 공간이 형성되어 폐쇄된 몸체;

   상기 몸체의 중앙 내부 공간에 구비된 원통상의 가이드;

   상기 가이드의 중앙에 수직으로 결합된 파워모터;

   상기 가이드의 내부에 배치되고, 상기 가이드의 중심으로부터 편심된 위치에 구비되어 상기 가이드와의 사이에 공간을 구획하며, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 내측가이드;

   상기 내측가이드와 가이드 사이에 배치되어 상기 내측가이드와의 사이에 공간을 구획하며, 원통상의 측면 원주면을 따라 슬릿이 형성된 외측가이드;

   상기 파워모터 축의 선단에 반경방향으로 결합되어 그 파워모터와 함께 회전하고, 선단이 상기 가이드의 슬롯을 관통된 상태로 배치되어 그 가이드를 일정한 공간으로 구획하는 회전대;

   상기 가이드들과 회전대에 의하여 구획된 공간에 배치되어 구속되고, 그 회전대에 의하여 일정한 각속도로 회전하는 핵심질량;

   을 포함하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 파워모터의 축을 상하로 구분하고, 그 상하의 축을 기어결합하여 밀폐계를 복층으로 하고, 그 상하의 축 회전방향을 반대로 한 것을 특징으로 하는 코리올리스 힘을 이용한 물체의 내부 추진장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 가이드의 상측에 설치되어 몸체의 방향을 제어해주는 방향제어수단을 더 포함하는 코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 방향제어수단은 방향조절모터; 상기 방향조절모터의 축 선단에 수직으로 설치되어 회전하는 회전핵심질량체로 구성된 것을 특징으로 하는 코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 방향조절모터의 일측에 설치되어 방향조절모터의 회전방향을 감지하는 센서수단을 더 포함하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
7. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서

   상기 파워모터의 일측에 그 파워모터의 회전수를 감지하는 센서수단을 더 포함하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
8. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 회전대 및 핵심질량이 적어도 1개 이상인 것을 특징으로 하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
9. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 몸체가 중력장에서 이동하는 것을 특징으로 하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 몸체가 액체 속에서 이동하는 것을 특징으로 하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
11. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 몸체가 무중력장에서 이용하는 것을 특징으로 하는 코리올리스힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
12. 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 핵심질량이 고체, 액체, 기체 또는 입자 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 코리올리스 힘을 이용한 폐쇄계의 내부 추진장치.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 폐쇄된 계를 다중결합하는 것을 특징으로 하는 코리올리스 힘을 이용한 물체의 내부 추진장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 다중결합은 수평 상대결합의 수직 2중결합인 것을 특징으로 하는 코리올리스 힘을 이용한 물체의 내부 추진장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 다중결합은 수평 상대결합의 수평 2중결합인 것을 특징으로 하는 코리올리스힘을 이용한 물체의 내부 추진장치.
16. 제13항에 있어서,

    상기 다중결합은 수평 상대결합의 수평 수직 2중결합인 것을 특징으로 하는 코리올리스 힘을 이용한 물체의 내부 추진장치.