KR200381806Y1 - 완구용 날개짓 비행체 - Google Patents

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KR200381806Y1
KR200381806Y1 KR20050002234U KR20050002234U KR200381806Y1 KR 200381806 Y1 KR200381806 Y1 KR 200381806Y1 KR 20050002234 U KR20050002234 U KR 20050002234U KR 20050002234 U KR20050002234 U KR 20050002234U KR 200381806 Y1 KR200381806 Y1 KR 200381806Y1
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황희철
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윤광준
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주식회사마이크로에어로봇
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Abstract

본 고안은 완구용 날개짓 비행체에 관한 것으로서, 소형모터, 기어박스, 전원부, 수평날개 및 꼬리날개를 지지하고, 사용자가 용이하게 그립할 수 있는 동체; 전원 인가시 지속적인 회전운동을 제공하는 소형모터; 동체의 전방부에 구비되며, 소형모터의 회전운동을 공급받아 다수개의 감속기어의 조합을 통해 회전운동을 소정 감속비율로 감속시키고, 다수개의 감속기어 중 마지막 감속기어에 회동 가능하게 결합되어 있는 크랭크 암 및 크랭크 암에 회동 가능하도록 결합되어 있는 커넥팅로드를 통해, 감속된 회전운동을 상하 직선운동으로 변환시키는 기어박스; 재충전 가능한 수퍼 커패시터 및 수퍼 커패시터의 전원을 온오프 하는 스위치를 통해 소형모터로 전원을 공급하는 전원부; 다수개의 날개살 및 얇은 막으로 도포되어 있으며, 동체의 상측에 대칭되게 결합되어 있고, 그리고 상기 다수개의 날개살은 상기 기어박스의 커넥팅로드와 연결부를 통해 회동 가능하게 결합되어 있는 좌우 날개지지대에 결합되는 좌우 대칭형 수평날개; 및 다수개의 꼬리 날개살 및 얇은 막으로 도포되어 있으며, 상기 동체의 후미에 유연하게 변형 가능한 꼬리 날개지지대를 통해 결합되어 있는 꼬리날개; 를 포함한다.

Description

완구용 날개짓 비행체{A TOY ORNITHOPTER}
본 고안은 완구용 날개짓 비행체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소형모터와 이에 결합되어 회전운동을 상하 운동으로 변환시키는 기어박스와, 상기 기어박스에 결합되어 상하 방향으로 플래핑(Flapping)되는 날개와, 상기 소형모터를 구동시키며 수초 이내에 재충전 가능한 수퍼 커패시터, 및 비행 전에 그 비행 방향을 설정할 수 있는 꼬리날개를 구비함으로써, 실내 또는 실외에서 비행 가능한 완구용 날개짓 비행체에 관한 것이다.
일반적으로 종래 완구형태의 날개짓 비행체는, 오니솝터(Ornithopter) 또는 오니콥터(Ornicopter)라 지칭되며, 상기 지칭되는 명칭의 사전적 의미에서 알 수 있듯이 비행체의 날개가 고정되어 별도의 프로펠러 및 모터를 포함하는 동력수단을 통해 비행하는 방식이 아닌, 상기 날개의 상하 반복적인 움직임(운동)을 통해 부양 및 추진되는 비행체이다.
이러한 종래의 날개짓 비행체는 기본적으로 동체, 회전운동을 상하 운동으로 변환시키는 기어박스와 이에 결합된 다수개의 날개, 및 상기 회전운동을 공급하기 위한 모터 및 상기 모터를 구동시키기 위한 배터리, 또는 고무줄을 포함하고 있다.
여기서 상기 종래의 날개짓 비행체가 모터를 이용할 경우, 상기 모터를 구동시키기 위한 건전지 및 충전지를 포함하는 배터리를 구비해야 하는 바, 상기 날개짓 비행체의 무게가 무거워지고, 그 결과 빠른 속도로, 즉 빠른 날개짓(Flapping)으로 비행해야 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래의 날개짓 비행체가 고무줄을 동력원으로 할 경우, 비행 전에 수십초간 상기 고무줄을 감아야 하며, 고무줄을 감는 도중 이를 놓치게 되면 처음부터 다시 감아야 하는 사용상의 번거로운 문제점과, 비행 초기에 감겨진 고무줄의 강한 탄성력으로 인해 날개짓(Flapping) 속도가 빠른 바, 실내에서의 비행이 용이하지 않은 문제점도 있다.
그리고, 상기 종래의 날개짓 비행체는 실외의 넓은 장소에서만 비행이 가능한 공간상의 제약적인 문제점도 있다.
본 고안의 목적은, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 가볍고 저렴한 소형모터와, 이에 결합되어 회전운동(원운동)을 상하운동(직선운동)으로 변환시키는 기어박스와, 상기 기어박스에 결합되어 소정 주기를 갖고 상하 방향으로 플래핑(Flapping) 하는 좌우 대칭형 수평날개와, 상기 소형모터를 구동시키며 수초 이내에 재충전 가능하며 그 크기 및 무게가 가벼운 수퍼 커패시터, 및 비행 전에 그 비행 방향을 미리 설정할 수 있는 꼬리날개를 구비함으로써, 실외뿐만이 아닌 실내에서도 비행 가능하며, 그 크기가 작고 무게가 가벼운 완구용 날개짓 비행체를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 완구용 날개짓 비행체에 관한 것으로서, 소형모터, 기어박스, 전원부, 수평날개 및 꼬리날개를 지지하고, 사용자가 용이하게 그립(Grip)할 수 있는 동체; 전원 인가시 지속적인 회전운동(원운동)을 제공하는 소형모터; 상기 동체의 전방부에 구비되며, 상기 소형모터의 회전운동을 공급받아 다수개의 감속기어의 조합을 통해 상기 회전운동을 소정 감속비율로 감속시키고, 상기 다수개의 감속기어 중 마지막 감속기어에 회동 가능하게 결합되어 있는 크랭크 암 및 상기 크랭크 암에 회동 가능하도록 결합되어 있는 커넥팅로드를 통해, 상기 감속된 회전운동을 상하 직선운동으로 변환시키는 기어박스; 재충전 가능한 수퍼 커패시터 및 상기 수퍼 커패시터의 전원을 온오프 하는 스위치를 통해 상기 소형모터로 전원을 공급하는 전원부; 다수개의 날개살 및 얇은 막으로 도포되어 있으며, 상기 동체의 상측에 대칭되게 결합되어 있고, 그리고 상기 다수개의 날개살은 상기 기어박스의 커넥팅로드와 연결부를 통해 회동 가능하게 결합되어 있는 좌우 날개지지대에 결합되는 좌우 대칭형 수평날개; 및 다수개의 꼬리 날개살 및 얇은 막으로 도포되어 있으며, 상기 동체의 후미에 유연하게 변형 가능한 꼬리 날개지지대를 통해 결합되어 있는 꼬리날개; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 기어박스를 통한 소정 감속비율은, 80±20 : 1 인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 소형모터는, 그 중심축에 해당하는 회동로드에 피니언 기어 또는 웜 기어를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 수퍼 커패시터는, 그 전기적 용량이 2F(Farad) 내지 10F(Farad)인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 날개살 및 꼬리 날개살은, 카본로드, 대나무, 알루미늄 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나의 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 얇은 막은, 비닐, 금속, 또는 종이 중 어느 하나의 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 꼬리날개는, 그 형성된 면적이 상기 수평날개의 형성면적의 30퍼센트 내외인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 꼬리 날개지지대는, 유연한 철사, 볼 링크(Ball Link), 또는 관절(Joint) 방식 중 어느 하나를 통해 상기 동체의 후미에 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 전원부는, 상기 수퍼 커패시터를 충전하기 위해 건전지 또는 충전지의 2극(양극, 음극) 단자와 접촉할 수 있는 2개의 도전성 단자 및 상기 도전성 단자에 연결되어 충전에 관련된 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 다수개의 감속기어는, 다수개의 공(Hole)을 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 수평날개는, 그 형상이 전체적으로 반원 형상인 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게 상기 꼬리날개는, 그 형상이 전체적으로 부채꼴 형상인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세하게 설명한다.
본 고안을 상세하게 설명하기에 앞서, 하기의 참조되는 각 도면의 구성요소들에 그 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 갖도록 하였음에 유의해야 할 것이다.
또한 본 고안에 관련된 공지 기능 및 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 관하여 도 1a 내지 도 1d 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 사시도이며, 도 1b 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 평면도이고, 도 1c 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 정면도이며, 도 1d 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 측면도이다.
도 1a 에 도시된 바와 같이 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체(100)(이하, "비행체"라 한다)는 동체(110), 소형모터(120), 기어박스(130), 전원부(140), 수평날개(150) 및 꼬리날개(160)를 포함한다.
상기 동체(110)는 그 밀도가 작고 충격을 흡수할 수 있는 재료로 형성되어 있으며, 상기 소형모터(120), 기어박스(130), 전원부(140), 수평날개(150) 및 꼬리날개(160)를 지지하는 기능을 수행하고, 그리고 사용자가 용이하게 그립(Grip)할 수 있는 손잡이 기능을 수행한다.
본 실시예에서 상기 동체(110)의 재료는 우드락, 스티로폼, EEP와 같이 그 밀도가 작고, 효율적으로 충격을 흡수할 수 있는 재료로 설정하겠으나, 본 고안이 상기 재료의 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 소형모터(120)는 서보모터를 포함하는 일반적인 모터와는 달리, 이동단말기(휴대폰)의 진동모터로 알려진 실린더 타입의 모터로서, 그 소비 전력이 적고, 전원 인가시 지속적인 회전운동(원운동)을 제공하는 기능을 수행한다.
상기 소형모터(120)는 코어가 없는 코어리스(Coreless) 모터이기 때문에 그 효율이 뛰어나며, 그 무게(중량)가 2g 미만으로 작고 가벼운 것을 특징으로 하고 있다.
본 실시예에서 상기 소형모터(120)는 일반적으로, 휴대전화에 이용되고 있는 지름 6mm의 소형모터로 설정하겠으나, 본 고안이 상기 소형모터(120)의 지름의 크기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 기어박스(130)는 감속비 조절을 위한 다수개의 감속기어 및 이에 관련된 부속품을 포함하여 상기 동체(110)의 전방부에 구비되고, 상기 소형모터(120)와 결합되어 이를 통해 전달되는 회전운동을 상하 직선운동으로 변환시키는 기능을 수행한다.
여기서 상기 기어박스(130)는 고속으로 회전하는 소형모터(120)의 회전운동을 상기 감속기어의 조합을 통해 그 회전비(Rotation Ratio) 또는 감속비를 조절한다.
이에 대한 보다 상세한 설명은 하기의 바람직한 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
본 실시예에서 상기 소형모터(120)의 회전비가 기어박스(130)를 통해 감속되는 감속비를 80±20 : 1 로 설정하겠으나, 본 고안이 상기 감속비에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전원부(140)는 상기 소형모터(120)에 전원을 공급하는 기능 및 스위치(142)를 통해 전원의 온/오프(ON/OFF) 기능을 수행한다.
여기서 상기 전원부(140)는 전원 공급을 위해 수퍼 커패시터(Super Capacitor)(141)를 이용한다.
상기 수퍼 커패시터(141)는 1980년대 일본의 학회 저널에서 처음으로 발표된 아이디어로서, 종래 커패시터(Capacitor)의 성능 중 특히 전기적 용량의 성능을 중점적으로 강화시켜 건전지 및 충전지와 같은 전원부를 대체 하기 위한 목적으로 사용되고 있다.
이러한 수퍼 커패시터(141)는 그 크기가 매우 작고 가벼우며, 짧은 시간 내에 고속 재충전이 가능하고, 충전 가능한 전기적 용량이 크다는 장점을 갖고 있다.
상기 수퍼 커패시터의 전기적 용량 및 그 중량(무게)은 본 고안의 일실시예에 따른 비행체(100)의 비행 시간에 영향을 미친다.
즉, 전기적 용량이 커질 수록 비행 시간이 길어지게 되며, 상기 비행체(100)의 비행 시간이 수십초 범위로 유지되도록 상기 전기적 용량을 조절하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 상기 수퍼 커패시터(141)는 4g(gram) 내외의 중량을 갖고, 그 전기적 용량은 2F(Farad) 내지 10F(Farad)로 설정하겠으나, 본 고안의 일실시예에 따른 비행체의 비행 시간은 경우에 따라 조절되거나 변동될 수 있는 바, 본 고안이 상기 중량 및 전기적 용량에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예에서 상기 수퍼 커패시터(141)는 다수개로 병렬연결 함으로써 그 전기적 용량을 크게 할 수 있음이 자명하다.
그리고 본 실시예에서 상기 전원부(140)는 상기 수퍼 커패시터(141)의 충전을 위해 건전지와 같은 외부 전원의 2극(양극, 음극) 단자와 접촉될 수 있는 2개의 도전성 단자와, 상기 도전성 단자에 연결된 충전관련 회로 및 동작 상태를 지시하는 LED를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수평날개(150)는 상기 동체(110)의 상측에 대칭되게 결합되며, 다수개의 날개살(152)을 포함하고 있다.
여기서 상기 동체(110)를 마주하는 날개살(152)의 일측 선단은, 상기 기어박스(120)에 연결되어 있는 커넥팅로드(Connecting Rod)(132)와 연결된 날개지지대(134)에 결합되어 있다.
이때 상기 기어박스(130)로부터 공급되는 상하 직선 운동력이 상기 날개살(152)에 전달됨에 따라 상기 수평날개(150)는 상하 방향으로 지속적인 날개짓(Flapping)을 하게 된다.
한편, 상기 다수개의 날개살(152) 사이에는, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 비닐, 금속 또는 종이 재질의 가볍고 ??은 막(Thin Film)이 도포되어 있다.
참고적으로 상기 수평날개(150)의 익하중(Wing Loading)은 약 0.006g/cm2 내지 0.012g/cm2 정도이며, 이를 통한 상기 비행체(100)는 약 3m/s의 속도로 비행 가능하다.
본 실시예에서 상기 날개살(152)의 재질은 카본로드, 대나무, 알루미늄합금, 또는 티타늄합금으로 설정하겠으나, 본 고안이 상기 날개살(152)의 재질에 한정되는 것은 아니다.
그리고 본 실시예에서 상기 수평날개(150)의 초기 상하 왕복횟수, 즉 Bit Rate는 6Hz 내지 8Hz로, 수평 비행시 Bit Rate는 4Hz 내지 8Hz로 설정하겠으나, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 관련하여 설계상 몇 가지 주요 요소들에 대해서는 바람직한 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
그리고, 상기 꼬리날개(160)는 상기 동체(110)의 후미에 연결되어, 상기 비행체(100)가 비행할 경우, 가로 방향의 안정성을 제공함과 아울러, 그 형성되는 방향(형성각)에 따라 상기 비행체(100)의 비행 방향을 설정하는 기능을 수행한다.
더욱 상세하게 상기 꼬리날개(160)는, 도 1a 에 도시된 바와 같이, 동체(110)의 후미에 연결된 유연한 철사 재질의 꼬리날개지지대(112)를 통해 결합되어 있으며, 상기 꼬리날개지지대(112)의 구부림을 통해 동체(110)와 꼬리날개(160)가 형성되는 방향 및 각도를 용이하게 조절할 수 있게 된다.
또한 상기 꼬리날개(160)는 전술한 수평날개(150)와 마찬가지로, 도 1b 에 도시된 바와 같이 다수개의 꼬리 날개살(162)을 구비하고 있으며, 꼬리 날개살(162)의 재료는 전술한 수평날개(150)의 구성 재료와 동일하다.
그리고 상기 꼬리날개(160)의 형성 면적은, 공력 중심점으로부터의 거리에 따라 변동되지만, 일반적으로 상기 날개(150)가 형성하고 있는 총 면적 대비 30퍼센트(%) 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 상기 꼬리날개(160)는 동체(110)의 후미에 연결된 유연한 철사 재질의 꼬리날개지지대(112)를 통해 결합되어 있는 것으로 설정하였으나, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 일반적으로 이용되는 볼 링크(Ball Link) 또는 관절(Joint) 방식의 억지 끼움을 통해 결합되는 것으로도 설정이 가능하다.
상술한 구성을 갖는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체(100)의 전체적인 형상은, 도 1b 내지 도 1d 에 도시된 바와 같이, 반원형상의 수평날개(150)와 부채꼴 형상의 꼬리날개(160), 그리고 새와 같은 형상의 동체(110)로 형성되어 있다.
그러나, 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체는, 상기 수평날개, 꼬리날개 및 동체의 형상에 한정되는 것은 아니며, 상기 비행체의 형상은 하기의 상세한 설명에 의거하여 다양하게 변형될 수 있음을 밝힌다.
지금까지 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 전반적인 구성에 대해 설명하였고, 이하, 도 2 내지 도 6 을 참조하여 본 고안의 일실시예에 따른 비행체(100)의 기어박스(130)에 적용 가능한 다양한 구조와 이에 따라 달리 형성될 수 있는 비행체(100)의 형상 및 구성 요소 간의 결합관계를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 1 구조를 나타낸 예시도이다.
먼저, 본 고안의 일실시예에 따른 비행체(100)의 기어박스(130)에 적용될 수 있는 제 1 구조는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 1차 감속기어(131a), 2차 감속기어(131b) 및 3차 감속기어(131c)로 결합되어 있는 다수개의 감속기어들의 조합으로, 소형모터 지지대(133b)를 통해 지지되어 있는 상기 소형모터(120)의 회전비를 조절하게 된다.
여기서 상기 3차 감속기어(131c)와 회동 가능하게 결합되어 있는 크랭크 암(133c) 및 커넥팅로드(132)는 상기 3차 감속기어(131c)의 회전력을 상하 직선운동으로 변환시켜, 상기 커넥팅로드(132)와 연결되어 있는 날개지지대(134)를 상하 방향으로 직선 운동시킨다.
이때, 상기 날개지지대(134, 134a, 134b)는 그 중앙부에 회동 가능하게 결합되어 있는 연결부(133a)를 통해 오른쪽 날개지지대(134a) 및 왼쪽 날개지지대(134b)로 대칭되게 구성되어 있으며, 상기 각각의 날개지지대(134a, 134b)는 전술한 좌우 날개살(152)에 결합되어 상기 날개지지대의 운동 방향과 동일하게 움직이게 된다.
상술한 구성을 갖는 기어박스(130)가 장착된 본 고안의 비행체(100)의 상하 날개짓(Flapping) 진폭은, 동체(110)와 수평날개(150)가 수직하게 형성되어 있을 때를 초기상태로 하여, 상측방향으로 20°내지 40°, 하측방향으로 10°내지 20°의 범위로 형성된다.
이러한 수평날개(150)의 진폭은 상기 커넥팅로드(132) 및 크랭크 암(133c)이 형성하는 회전 범위에 영향을 받음은 자명하다 할 것이다.
본 실시예에서 감속기어(131a, 131b, 131c)는 무게(중량)를 줄이기 위한 다수개의 공(Hole)이 형성되어 있는 것으로 설정하겠으나, 본 고안이 상기 형성된 공(Hole)의 개수에 한정되는 것은 아니다.
그리고 본 실시예에서 상기 다수개의 감속기어(131a, 131b, 131c), 회전 원운동을 상하 직선운동으로 변환하는 크랭크 암(133c) 및 커넥팅로드(132) 등을 포함하여 이루어진 기어박스(130)의 동작은 당해 분야의 통상적인 지식을 갖춘 자라면 첨부된 도면을 통해 용이하게 유추 및 이해할 수 있다고 판단되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 도 3a 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 2 구조를 나타낸 예시도이며, 도 3b 는 기어박스의 제 2 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 평면도이고, 도 3c 는 기어박스의 제 2 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 정면도이며, 도 3d 는 기어박스의 제 2 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 측면도이다.
상기 도 3a 에 도시된 바와 같은 기어박스(130)는 전술한 제 1 구조의 기어박스와 마찬가지로 소형모터(120)의 회전 운동을 상하 직선운동으로 변환하는 기능을 수행한다.
더욱 구체적으로 상기 기어박스(130)는 상기 소형모터(120)의 중심축에 해당하는 회동로드에 결합되어 있는 피니언기어(122a)와 맞물린 1차 감속기어(131a)를 통해 소정 비율로 감속된 회전력을 상기 1차 감속기어(131a)에 연결되어 있는 크랭크 암(133c) 및 이에 회동 가능하도록 결합되어 있는 커넥팅로드(132)와 연결되어 있다.
상기 커넥팅로드(132)의 타측 선단은 오른쪽 날개지지대(134a) 및 왼쪽 날개지지대(134b)를 회동 가능하도록 연결해주는 연결부(133a)를 통해 결합되어 있다.
여기서 상기 연결부(133a)와 연결되는 상기 왼쪽 날개지지대(134b)의 일측 선단에는, 상기 커넥팅로드(132)가 상하 운동하면서 소정 범위내에서 회전 슬라이딩 운동이 가능하도록 하는 타원형의 슬라이드 공(134b')이 형성되어 있다.
상기 타원형의 슬라이드 공(134b')의 형성된 길이는 상기 크랭크 암(133c)의 회전 반경을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다 할 것이다.
본 실시예에서 상기 제 1 구조에 따른 기어박스의 감속기어들과 마찬가지로, 그 중량(무게)을 줄이기 위한 다수개의 공(Hole)이 상기 1차 감속기어(131a)에 형성되어 있는 것으로 설정하겠으나, 본 고안이 상기 형성된 공의 개수에 한정되는 것은 아니다.
참고적으로 상술한 제 2 구조의 기어박스(130)를 장착한 비행체(100)는 도 3b 내지 도 3d 에 도시된 바와 같은 형상을 갖을 수 있다.
다음으로, 도 4a 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 3 구조를 나타낸 예시도이며, 도 4b 는 기어박스의 제 3 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 평면도이고, 도 4c 는 기어박스의 제 3 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 정면도이며, 도 4d 는 기어박스의 제 3 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 측면도이다.
도 4a 에 도시된 바와 같이, 기어박스(130)의 내부에는 다수개의 감속기어가 결합되어 있으며, 마지막 감속기어에 연결된 크랭크 암(133c)의 타측과 연결되어 있는 1차 커넥팅로드(132a)가 2차 커넥팅로드(132b)에 연결되어 있고, 상기 2차 커넥팅로드(132b)는 'ㄱ'자형 동체(110)의 수직한 지지대에 형성되어 있는 2차 커넥팅로드 지지대(111')를 통해 상하 직선운동시 일탈되지 않도록 구성되어 있다.
여기서 상기 1차 커넥팅로드(132a)와 2차 커넥팅로드(132b)는 상기 'ㄱ'자형 동체(110)의 수직한 지지대를 관통한 상태에서 회동 가능하게 결합되어 있다.
이때 상기 'ㄱ'자형 동체(110)의 수직한 지지대의 하부에는 상기 1차 커넥팅로드(132a) 및 2차 커넥팅로드(132b)가 수직하게 움직일 수 있도록 하기 위한 동체 슬라이딩 공(111)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같은 기어박스(130)를 통해 전달된 상하 직선운동은, 소정 각으로 절곡되어, 그 중앙부가 회동 가능 하도록 상기 동체(110)의 정면부 선단에 회동 가능하도록 결합되어 있는 오른쪽 날개지지대(134a) 및 왼쪽 날개지지대(134b)를 상하 방향으로 날개짓(Flapping) 운동을 하게 한다.
도 4a 에 도시된 바와 같이 날개지지대(134a, 134b)는 전체적으로 'X'자형으로 형성되어 있으며, 본 고안의 일실시예에 따른 기어박스(130)의 제 3 구조가 적용된 비행체(100)의 전체적인 형상은 도 4b 내지 4d 에 도시된 바와 같다.
이러한 'X'자형의 수평날개는 전술한 제 2 구조의 기어박스에서 발생 가능한 엇각 날개치기(Flapping) 현상을 방지할 수 있는 특징이 있다.
다음으로, 도 5 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 4 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5 에 도시된 바와 같은 기어박스(130)의 제 4 구조는 비행체(100)의 부피를 최소화할 수 있는 구조로서, 소형모터(120)의 회동로드에 결합되어 있는 스크루(Screw) 타입의 웜기어(122b)가 1차 감속기어(131a)와 수직하게 접속되어 있고, 이를 통한 회전 운동이 2차 감속기어(131b)를 거쳐 오른쪽 날개지지대(134a) 및 왼쪽 날개지지대(134b)를 상하 직선 운동 가능하게 만든다.
여기서 상기 소형모터(120)에 전원을 공급하는 수퍼 커패시터(141)는, 도 5 에 도시된 바와 같이 상기 소형모터(120)의 후미에 밀착되어 결합되어 있다.
마지막으로, 도 6 은 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 5 구조를 나타낸 예시도이다.
도 6 에 도시된 바와 같은 기어박스(130)의 제 5 구조는 전술한 제 3 구조의 또 다른 형태이다.
전술한 제 3 구조는 도 4a 에 도시된 바와 같이, 기어박스를 통해 전달된 상하 직선운동이, 소정 각으로 절곡되어 그 중앙부가 회동 가능 하도록 상기 'ㄱ'자형으로 형성된 동체의 정면부 선단에 결합되어 있는 오른쪽 날개지지대 및 왼쪽 날개지지대를 상하 방향으로 날개짓(Flapping)을 하게 하는 반면, 제 5 구조는 3차 감속기어(131c)의 일측에 회동 가능 하도록 결합되어 있는 제 1 크랭크 암(133c) 및 이에 회동 가능하게 결합되어 있는 제 1 커넥팅로드(132a)와, 상기 3차 감속기어(131c)의 타측에 회동 가능 하도록 결합되어 있는 미도시된 제 2 크랭크 암(133c') 및 이에 회동 가능하게 결합되어 있는 미도시된 제 2 커넥팅로드(132b)가 형성되어 있으며, 상기 커넥팅로드(132a, 132b)는 각각 앞쪽 우측 날개지지대(134a) 및 앞쪽 좌측 날개지지대(134a')와 뒤쪽 우측 날개지지대(134b) 및 뒤쪽 좌측 날개지지대(134b')에 회동 가능하게 결합되어 있다.
따라서 3차 감속기어(131c)가 회전함에 따라 상기 앞쪽 날개지지대(134a, 134a') 및 뒤쪽 날개지지대(134b, 134b')가 엇갈림 형태로, 즉 비행체(100)의 정면에서 보았을 때 'X'자형 형태로 상하 반복적인 날개짓(Flapping)을 하게 한다.
도 2 내지 도 6 을 참조하여 상술한 바와 같은 비행체(100)의 전체적 동작은 다음과 같다.
먼저, 전원부(140)의 수퍼 커패시터의 전원이 소형모터(120)로 공급된다.
이때 전원부(140)의 스위치(142)를 통해 전원 공급 여부를 온/오프(ON/OFF) 할 수 있다.
다음으로, 상기 소형모터(120)는 회동로드에 결합되어 있는 피니언 기어 또는 웜 기어와 접속되어 있는 기어박스(130)로 회전력을 공급하게 되고, 상기 회전력을 공급받은 기어박스(130)는 다수개의 감속기어를 통해 적절한 회전비로 변환한 후, 감속기어에 회동 가능하도록 결합되어 있는 크랭크 암 및 커넥팅로드를 통해 회전운동을 직선운동으로 변환시킨다.
이후, 상기 커넥팅로드에 연결되어 있는 날개지지대를 상하 직선운동, 즉 날개짓(Flapping) 운동시키며, 상기 비행체는 수퍼 커패시터의 충전된 전원이 완전히 소진될 때까지 지속적으로 비행하게 된다.
상술한 바와 같은 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체(100)는 기어박스(130)의 형태에 따라, 수평날개 및 동체의 형태와 그 크기 및 무게(중량)가 변동될 수 있으며, 이하, 도 7 을 참조하여 상기 비행체의 총 무게(중량), 익하중(Wing Loading) 및 날개짓 횟수(Flapping Frequency)에 따른 설계상의 상관관계를 설명하면 다음과 같다.
도 7 은 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 총 무게, 익하중 및 날개짓 횟수의 상관관계를 도시한 예시표이다.
본 고안과 같이 수퍼 커패시터를 이용하여 상하 날개짓(Flapping) 운동을 통해 비행하는 상기 비행체(100)의 설계상 고려해야할 주요 요소로서, 상기 비행체(100)의 총 무게(Body Mass), 익하중(Wing Loading) 및 날개짓 횟수(Flapping Frequency)가 있다.
예를 들어, 상기 비행체(100)의 총 무게(중량)가 10g이라 가정하고, 수평날개의 총 면적을 1,000cm2으로 하여 그 익하중(Wing Loading)을 0.01g/cm2로 제작하면, 상기 도 7 에 도시된 바와 같이 수평날개의 날개짓 횟수는 초당 6회, 즉 6Hz가 된다.
여기서 상기 수평날개를 좀 더 크게 설정하여 그 익하중을 0.007g/cm2로 하게 되면, 날개짓 횟수가 초당 5회, 즉 5Hz에서도 비행이 가능함을 알 수 있다.
참고적으로 상기 도 7 에 도시된 실선형태의 사각박스는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 비행 가능한 영역을 나타내고 있다.
이상에서 설명한 본 고안은, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 일실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 고안에 따르면, 가볍고 저렴한 소형모터와, 이에 결합되어 회전운동을 상하 직선운동으로 변환시키는 기어박스와, 상기 기어박스에 결합되어 소정 주기를 갖고 상하 방향으로 플래핑(Flapping) 하는 좌우 대칭형 수평날개와, 상기 소형모터를 구동시키며 수초 이내에 재충전 가능하며 그 크기 및 무게가 가벼운 수퍼 커패시터, 및 비행 전에 그 비행 방향을 미리 설정할 수 있는 꼬리날개를 구비함으로써, 실외뿐만이 아닌 실내에서도 비행 가능하며, 그 크기 및 무게가 가벼운 완구용 날개짓 비행체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 사시도.
도 1b 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 평면도.
도 1c 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 정면도.
도 1d 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 개략적인 측면도.
도 2 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 1 구조를 나타낸 예시도.
도 3a 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 2 구조를 나타낸 예시도.
도 3b 는 기어박스의 제 2 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 평면도.
도 3c 는 기어박스의 제 2 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 정면도.
도 3d 는 기어박스의 제 2 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 측면도.
도 4a 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 3 구조를 나타낸 예시도.
도 4b 는 기어박스의 제 3 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 평면도.
도 4c 는 기어박스의 제 3 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 정면도.
도 4d 는 기어박스의 제 3 구조가 적용된 완구용 날개짓 비행체의 측면도.
도 5 는 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 4 구조를 나타낸 예시도.
도 6 은 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체에 적용될 수 있는 기어박스의 제 5 구조를 나타낸 예시도.
도 7 은 본 고안의 일실시예에 따른 완구용 날개짓 비행체의 총 무게, 익하중 및 날개짓 횟수의 상관관계를 도시한 예시표.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 비행체 110 : 동체
112 : 꼬리날개 지지대 120 : 소형모터
122a : 피니언 기어 122b : 웜 기어
130 : 기어박스 140 : 전원부
141 : 수퍼 커패시터 142 : 스위치
150 : 수평날개 152 : 날개살
160 : 꼬리날개 162 : 꼬리 날개살

Claims (12)

  1. 완구용 날개짓 비행체에 있어서,
    소형모터, 기어박스, 전원부, 수평날개 및 꼬리날개를 지지하고, 사용자가 용이하게 그립(Grip)할 수 있는 동체;
    전원 인가시 지속적인 회전운동(원운동)을 제공하는 소형모터;
    상기 동체의 전방부에 구비되며, 상기 소형모터의 회전운동을 공급받아 다수개의 감속기어의 조합을 통해 상기 회전운동을 소정 감속비율로 감속시키고, 상기 다수개의 감속기어 중 마지막 감속기어에 회동 가능하게 결합되어 있는 크랭크 암 및 상기 크랭크 암에 회동 가능하도록 결합되어 있는 커넥팅로드를 통해, 상기 감속된 회전운동을 상하 직선운동으로 변환시키는 기어박스;
    재충전 가능한 수퍼 커패시터 및 상기 수퍼 커패시터의 전원을 온오프 하는 스위치를 통해 상기 소형모터로 전원을 공급하는 전원부;
    다수개의 날개살 및 얇은 막으로 도포되어 있으며, 상기 동체의 상측에 대칭되게 결합되어 있고, 그리고 상기 다수개의 날개살은 상기 기어박스의 커넥팅로드와 연결부를 통해 회동 가능하게 결합되어 있는 좌우 날개지지대에 결합되는 좌우 대칭형 수평날개; 및
    다수개의 꼬리 날개살 및 얇은 막으로 도포되어 있으며, 상기 동체의 후미에 유연하게 변형 가능한 꼬리 날개지지대를 통해 결합되어 있는 꼬리날개; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체;
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어박스를 통한 소정 감속비율은,
    80±20 : 1 인 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소형모터는,
    그 중심축에 해당하는 회동로드에 피니언 기어 또는 웜 기어를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수퍼 커패시터는,
    그 전기적 용량이 2F(Farad) 내지 10F(Farad)인 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개살 및 꼬리 날개살은,
    카본로드, 대나무, 알루미늄 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나의 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 얇은 막은,
    비닐, 금속, 또는 종이 중 어느 하나의 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 꼬리날개는,
    그 형성된 면적이 상기 수평날개의 형성면적의 30퍼센트 내외인 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 꼬리 날개지지대는,
    유연한 철사, 볼 링크(Ball Link), 또는 관절(Joint) 방식 중 어느 하나를 통해 상기 동체의 후미에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 완구용 날개지 비행체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 수퍼 커패시터를 충전하기 위해 건전지 또는 충전지의 2극(양극, 음극) 단자와 접촉할 수 있는 2개의 도전성 단자 및 상기 도전성 단자에 연결되어 충전에 관련된 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 감속기어는,
    다수개의 공(Hole)을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평날개는,
    그 형상이 전체적으로 반원 형상인 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 꼬리날개는,
    그 형상이 전체적으로 부채꼴 형상인 것을 특징으로 하는 완구용 날개짓 비행체.
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