KR20040090014A - 동력 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트와 교차되게 설치된 회전로터가 샤프트의 회전에 의해 공전함과 동시에 자전할 수 있도록 구성하여, 상기 샤프트와 회전로터의 회전력에 의해 발생된 우력을 추진동력으로 사용함으로써, 샤프트의 정,역회전에 따라 추진방향을 간편하면서도 갑작스럽게 조절할 수 있고, 마찰손실을 줄여 추진동력을 극대화할 수 있는 동력 추진장치에 관한 것으로,

이러한 동력 추진장치는, 회전동력원과 연결되어 회전하는 샤프트(2)와 교차되게 복수 개의 회전로터(5)가 방사상으로 설치된다. 따라서, 상기 샤프트(2)를 회전시키게 되면 회전로터(5)가 공전과 자전을 동시에 수행하게 되고 이 때 발생된 우력을 추진력으로 사용하게 된다.

Description

동력 추진장치{A propulsion apparatus of dynamic force}

본 발명은 동력 추진장치에 관한 것으로, 특히 샤프트와 교차되게 설치된 회전로터가 샤프트의 회전에 의해 공전함과 동시에 자전할 수 있도록 구성하여, 상기 샤프트와 회전로터의 회전에 의해 발생된 우력을 추진동력으로 사용하는 동력 추진장치에 관한 것이다.

종래의 동력 추진장치는 뉴턴의 작용과 반작용의 법칙에 의거한 장치로서, 예컨대, 프로펠러, 자동차, 노, 돗, 제트장치, 로케트장치 등이 있다.

이러한 종래 동력 추진장치는 추진방향과 반대방향으로 어떠한 힘이 작용하고 상기 작용된 힘에 의해 추진력이 발생하게 되므로, 큰 추진력이 요구되는 자동차와 제트장치 및 로케트장치에는 많은 연료가 소요되어 에너지의 낭비가 심할 뿐만 아니라 추진방향을 갑자기 변화시키기가 난이한 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래 동력 추진장치의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 샤프트와 교차되게 설치된 회전로터가 샤프트의 회전에 의해 공전함과 동시에 자전할 수 있도록 구성하여, 상기 샤프트와 회전로터의 회전력에 의해 발생된 우력을 추진동력으로 사용함으로써, 샤프트의 정,역회전에 따라 추진방향을 간편하면서도 갑작스럽게 조절할 수 있고, 마찰손실을 줄여 추진동력을 극대화할 수 있는 동력 추진장치를 제공함에 있다.

이러한 동력 추진장치는, 회전동력원과 연결되어 회전하는 샤프트와 교차되게 복수 개의 회전로터가 방사상으로 설치된다. 따라서, 상기 샤프트를 회전시키게 되면 회전로터가 공전과 자전을 동시에 수행하게 되고 이 때 발생된 우력을 추진력으로 사용하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 동력 추진장치의 제 1실시예 사시도

도 2는 도 1의 동력 추진장치의 회전로터가 배열된 상태를 보인 평면도

도 3은 도 1의 동력 추진장치의 회전로터가 하부판체와 접촉한 상태로 회전하는 것을 보인 개략 사시도

도 4는 도 1의 동력추진장치의 샤프트와 회전로터의 역학관계를 나타내는 대략도

도 5는 도 1의 동력 추진장치에 의해 작용된 힘의 방향을 도시한 개념도

도 6은 본 발명에 따른 동력추진장치의 제 2 실시예 사시도

도 7은 도 6의 동력 추진장치의 정면도

도 8은 도 6의 동력 추진장치의 우력이 하방향으로 발생되는 것을 보인 개념도

도 9는 도 6의 동력 추진장치의 우력이 상방향으로 발생되는 것을 보인 개념도

도 10은 본 발명에 따른 동력 추진장치의 제 3실시예 정면도

도 11은 도 9의 동력 추진장치의 모터가 배열된 상태를 보인 평면도

도 12는 도 9의 동력 추진장치의 모터 내부를 보인 단면도

도 13는 도 9의 동력 추진장치를 이용한 자동차의 개념도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 동력 추진장치 2 : 샤프트

3 : 제 1판체 4 : 제 2판체

5,8,10a : 회전로터 6 : 제 1전자석

7 : 제 2전자석 9 : 하우징

10 : 모터

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 동력 추진장치의 각 실시예 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 동력 추진장치의 제 1실시예 사시도이고, 도 2는 도 1의 동력 추진장치의 회전로터가 배열된 상태를 보인 평면도이다. 도 3은 도 1의 동력 추진장치의 회전로터가 하부판체와 접촉한 상태로 회전하는 것을 보인 개략 사시도이고, 도 4는 도 1의 동력추진장치의 샤프트와 회전로터의 역학관계를 나타내는 대략도이며, 도 5는 도 1의 동력 추진장치에 의해 작용된 힘의 방향을 도시한 개념도이다.

본 발명의 동력 추진장치(1)의 제 1실시예는 상기 도면에서와 같이 회전동력원(P)과 연결되어 회전하는 샤프트(2), 상기 샤프트(2)와 교차되게 고정되는 제 1판체(3), 상기 제 1판체(3)와 이격되고 평행하게 상기 샤프트(2)에 고정되는 제 2판체(4), 및 상기 제 1,2판체(3)(4)의 어느 일측면에 선택적으로 접촉하여 회전할 수 있도록 상기 제 1,2판체(3)(4) 사이의 샤프트(2)에 고정되는 적어도 하나이상의 회전로터(5)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 동력 추진장치(1)는, 상기 샤프트(2)가 회전하고 상기 샤프트(2)에 회전가능하게 설치된 회전로터(5)가 제 1,2판체(3)(4)의 어느 일측면에 접촉된 상태로 회전할 때, 상기 회전로터(5)에 의해 발생된 우력방향으로 추진력이 발생된다.

상기 샤프트(2)는 회전동력원(P)에 설치되고, 이 회전동력원(P)의 구동력에 의해 회전하면서 회전로터(5)를 공전시키게 된다.

상기 제 1,2판체(3)(4)는 상기 회전로터(5)가 구름접촉되어 회전할 수 있도록 판상의 몸체를 가지며, 서로 이격된 상태로 평행하게 상기 샤프트(2)에 고착된다.

상기 회전로터(5)는 상기 샤프트(2)의 방향과 교차되게 상기 샤프트(2)에 방사상으로 배열된 복수 개의 지지축(2a)에 베어링(미도시)으로 회전가능하게 설치되어, 샤프트(2)의 지지축(2a)이 선회할 때 공전함과 동시에 상기 제 1,2판체(3)(4)의 측면과 선택적으로 구름접촉하여 자전하게 된다.

상기 회전로터(5)는 짝수의 수량으로 방사상으로 배치되는 것이 좋으며, 바람직하게는 어떠한 수의 배수, 즉 2의 배수이면 4개, 4의 배수이면 8개가 사용되는 것이 좋다.

이와 같이 구성되는 동력 추진장치(1)의 제 1실시예는 도 3 내지 도 4에서 보는 바와 같이 샤프트(2)가 화살표와 같이 반시계방향으로 회전함과 동시에 회전로터(5)가 제 1판체(3)의 하부에 위치한 제 2판체(4)와 접촉한 상태로 회전하게 되면, 상기 회전로터(5)는 샤프트(2)에 의해 공전함과 동시에 화살표 방향으로 자전을 하게 된다.

이 때, 회전로터(5)의 각속도, 샤프트(2)에 대한 회전로터(5)의 각운동량, 회전로터(5)의 운동에너지 및 회전로터(5) 중심에서의 벡터와 우력은 강체의 동력학의 공식에 따라 다음과 같다.

회전로터(5)의 각속도는 ω=ω₁i-ω₂j가 된다.--------①

여기서, ω₂를 결정하기 위해서 c에서 속도를 0이라고 하면,

ν_c=ω×r_c=0

(ω₁i-ω₂j) ×(Li-rj)=0

(Lω₂-rω₁)k=0, ω₂=rω₁/L

여기서 구한 ω₂값을 식①에 대입하면, ω=ω₁i-(rω₁/L)j가 된다.

그리고, 중심 O에 대한 각운동량은,

이 원판의 부분이라고 가정하면 원판이 고정점 O를 중심으로 회전하고 있다고 생각해도 된다. x, y, z축은 판의 관성주축이므로,

H_x=I_xω_x=(½mr²)ω₁

H_y=I_yω_y=(mL²+¼mr²)(-rω₁/L)

H_z=I_zω_z=(mL²+¼mr²)0=0

H_o=½mr²ω₁i-m(L²+¼r²)(rω₁/L)j이다.

또한, 운동에너지는 관성모멘트 및 ω성분들의 값을 사용하여,

T=½(I_xω_x+I_yω_y ²+I_zω_z ²)=½〔½mr²ω₁ ²+m(L²+¼r²)(-rω₁/L)²〕

T=⅛mr²(6+r²/L²)ω₁ ²가 된다.

마지막으로, G에서의 운동량 벡터와 우력은,

선형운동량 벡터 mv와 각운동량 우력 H_G는 다음과 같이 된다.

벡터는 mv=mrω₁이고,

우력은 H_G=I_xω_xi+I_yω_yj+I_zω_zk=½mr²ω₁i+¼mr²(-rω₁/L)j

H_G=½mr²ω₁(i-j·r/2L)이 된다.

이상의 결과는 동력학 분야의 일부분인 강체의 동력학(vector-동역학(이장무역), 사이텍미디어)에서 이미 입증된 것으로, 우력의 힘(H_G)y이 도 4의 화살표 방향과 같이 하향으로 향하게 되어 그 방향으로 추진력이 발생하게 된다.

이러한 방법으로, 회전로터(5)가 그 상부에 위치한 제 1판체(3)와 접촉된 상태로 회전하게 되면 우력은 반대방향(상방향)으로 될 것임으로 추진력이 상방향으로 발생된다.

다음은 본 발명에 따른 동력 추진장치(1)의 제 2실시예로서, 도 6 내지 도 9과 같이 전자석의 판체 사이에 영구자석으로 이루어진 회전로터(5)를 샤프트(2)에 설치하여 샤프트(2)와 회전로터(5)의 회전에 의해 발생된 우력을 추진력으로 사용하였다.

상기 제 2실시예의 동력 추진장치(1)의 구성은 상기 도면에서와 같이 회전동력원(P)과 연결되어 회전하는 샤프트(2), 판체형상의 몸체를 가지며, 상기 샤프트(2)와 교차되게 고정되는 제 1전자석(6), 판체형상의 몸체를 가지며, 상기 제 1전자석(6)과 이격되고 평행하게 상기 샤프트(2)에 고정되고 전원이 공급될 때 상기 제 1전자석(6)의 극성과 다른 극성을 띠는 제 2전자석(7); 및 상기 제 1,2전자석(6)(7)의 사이에서 이들 제 1,2전자석(6)(7)의 자력에 의해 회전할 수 있도록 영구자석재질으로 이루어지고 상기 샤프트(2)에 회전가능하게 고정되는 적어도 하나이상의 회전로터(8)를 포함한다.

이와 같이 구성된 동력 추진장치(1)는 상기 제 1,2전자석(6)(7)에 전원을 공급하여 제 1,2전자석(6)(7)이 서로 다른 그성을 띤 상태에서 상기 샤프트(2)를 회전시키게 되면, 상기 회전로터(8)가 공전함과 동시에 자기와 다른 극성을 가진 전자석 방향으로 자전하면서 우력을 발생하여 상기 우력방향으로 추진된다.

상기 제 1.2전자석(6)(7)은 판체 형상의 몸체를 가지며, 전원이 인가될 때 자성을 띠게 되고 전원이 단락될 때 자력이 제거되는 통상적인 것으로, 그들 사이에 상기 회전로터(5)를 수용할 수 있도록 서로 이격된 상태로 평행하게 상기 샤프트(2)에 고착된다.

상기 회전로터(8)는 영구자석으로 이루어지고, 상기 샤프트(2)의 각 지지축(2a)에 베어링으로 회전가능하게 설치되어, 지지축(2a)이 선회할 때 상기 제 1,2전자석(6)(7)에 의해 공전과 자전을 수행하게 된다.

이상과 같이 구성되는 제 2실시예의 동력 추진장치(1)는 도면에서 보는 바와 같이 상,하부에 제 1,2전자석(6)(7)이 배치되고, 샤프트(2)의 지지축(2a)에 설치된 회전로터(8)가 상기 제 1,2전자석(6)(7) 사이에 밀착되지 않는 상태로 수용된 상태에서, 상기 제 1,2전자석(6)(7)에 전원을 인가시키면 제 1전자석(6)이 S극이되고 제 2전자석(7)이 N극이되며 회전로터(8)의 외부는 S극이 된다고 가정하자.

이러한 상태는 제 1전자석(6)과 회전로터(8)는 같은 극성을 띠어 척력이 작용하고, 제 2전자석(7)과 회전로터(8)는 다른 극성을 띠어 인력이 작용된 상태이나, 상기 제 1,2 전자석(6)(7)이 샤프트(2)에 고착된 상태이고 이 샤프트(2)가 회전하지 않게 되면 회전로터(8)는 정지된 상태가 된다.

이와 같이 회전로터(8)가 정지된 상태에서 상기 샤프트(2)를 회전시키게 되면, 상기 샤프트(2)에 설치된 회전로터(8)는 이 샤프트(2)를 축으로 하여 선회하게 되는데, 이 때 도 8과 같이 회전로터(8)가 A방향으로 선회가 진행된다면 마치 도플러효과와 같이 그 진행방향의 전방 자력의 조밀도는 강하게 되고 진행방향과 반대방향의 후방 자력의 조밀도는 약하게 된다. 따라서, 회전로터(8)는 상기 자력의 조밀도차에 의해 화살표방향(시계방향)으로 회전이 시작되고, 샤프트(2)의 회전속도가 빨라질수록 자전속도는 증가하게 되고, 이 때 우력은 하방향(B방향)으로 작용하여 동력 추진장치(1)는 하향으로 이동하려는 힘이 발생된다.

도 9는 상기의 경우와 반대로, 즉 회전로터(8)가 C방향으로 선회하면서, 시계방향으로 회전하게 되면 우력은 상방향(D방향)으로 발생된다.

본 발명에 따른 동력 추진장치(1)의 제 3실시예는 도 10 내지 도 12과 같이 정,역회전이 가능한 DC모터를 이용하여 우력을 발생시키는 구조이다.

상기 제 3실시예의 동력 추진장치(1)는 내부에 수납공간을 갖는 하우징(9), 상기 하우징(9) 중앙에 고정되고, 회전동력원(P)과 연결되어 회전하는 샤프트(2), 상기 샤프트(2)를 중심으로 하우징(9)의 수납공간(9a)에 방사상으로 배치되어 전원공급에 의해 그 내부의 회전로터(5)가 회전하는 적어도 하나이상의 정,역회전 모터(10);를 포함하여 구성된다.

이러한 동력 추진장치(1)는 상기 샤프트(2)를 회전시킨 상태에서 상기 모터(10)에 전원을 공급하여 이 모터(10)의 로터(5)를 회전시키게 되면, 상기 모터(10)의 로터(5)는 공전함과 동시에 자전하면서 우력을 발생하여 상기 우력방향으로 추진된다.

상기 하우징(9)은 내부에 상기 모터(10)를 수납할 수 있도록 수납공간(9a)을 갖는데, 모터(10)를 방사상으로 수납할 수 있도록 중공원통형상으로 구성된다.,

상기 제 3실시예의 동력 추진장치(1)는, 샤프트(2)의 길이방향과 교차되게 복수 개의 모터(10)가 방사상으로 하우징(9) 내부에 수납된 형태인데, 샤프트(2)를 회전시킨 상태에서 상기 모터(10)에 전원을 공급하게 되면 모터(10) 내부에 설치된회전로터(10a)(아마추어)가 고속으로 회전하게 되는데, 상기 회전하는 로터(10a)는 상기 제 1,2실시예의 회전로터(5)(8)와 같이 샤프트(2)에 의해 공전하면서 전원공급으로 자전을 동시에 수행하여 어느 일측 방향으로 우력이 발생된다.

상기 제 3실예의 동력 추진장치(1)는 통상의 DC모터의 +,-극을 선택적으로 조절하여 자전방향을 정,역으로 조절하여 추진방향을 선택할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제 3실시예에 따른 동력 추진장치(1)를 이용한 자동차(20)를 나타내는 개념도인데, 이는 샤프트(2)를 회전시키기 위한 구동모터(M)를 배터리에 연결하고, 상기 샤프트(2)의 길이방향과 교차되게 복수 개의 DC모터(10)를 하우징(9) 내부에 방사상으로 설치하고, 상기 DC모터(10)의 전원을 공급할 수 있도록 구성하였다.

이러한 자동차는 배터리(B)의 전원을 구동모터(M) 및 DC모터(10)에 공급하게 되면, 샤프트(2)가 고속으로 회전하게 되고 이 샤프트(2)에 설치된 DC모터(10)는 선회식으로 공전함과 동시에 그 내부에 배치된 회전로터(10a)가 자전을 하게 되므로, 이들 샤프트(2)와 회전로터(10a)의 회전력에 의해 우력이 자동차(20) 전방으로 발생하게 되면 자동차(20)는 전방으로 주행하고 이들 샤프트(2)와 DC모터(10)의 회전방향을 반대로 하게 되면 자동차(20)는 후진하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 동력 추진장치는 샤프트가 회전하고, 이 샤프트에 의해 공전하는 회전로터가 자전을 동시에 수행하면서 발생되는 우력을 추진 동력으로 사용하게 되므로, 종래 작용과 반자용에 의한 동력 추진방법과는 다른 추진장치이다.

이러한 동력 추진장치는 샤프트와 회전로터의 정,역회전에 따라 추진방향을 간편하면서도 갑작스럽게 조절할 수 있고, 마찰손실을 줄여 추진동력을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 샤프트의 위치를 360도로 조절할 수 있도록 구성하게 되면 추진방향을 사용자의 임의대로 조절이 가능하여 육상에서의 주행은 물론이고 공중 비행할 수 있는 등 전천후 사용이 가능한 장점이 있다.

따라서, 샤프트를 회전시키는 회전동력원을 원자력을 이용한 발전력으로 이용하면 거의 영구적으로 사용할 수 있기 때문에 종래 우주선 추진용으로 사용하기에 적당하다. 종래 우주선은 추진될 때 많은 에너지가 소모되고 이 에너지를 저장하기 위해 거대한 연료통을 장착한 상태로 발사되는데, 본 발명의 추진장치를 이용하며 이러한 종래 문제점을 간단히 해결할 수 있다.

Claims (3)

1. 회전동력원과 연결되어 회전하는 샤프트;

   상기 샤프트와 교차되게 고정되는 제 1판체;

   상기 제 1판체와 이격되고 평행하게 상기 샤프트에 고정되는 제 2판체; 및 상기 제 1,2판체의 어느 일측면에 선택적으로 접촉하여 회전할 수 있도록 상기 제 1,2판체 사이의 샤프트에 고정되는 적어도 하나이상의 회전로터;를 포함하며,

   여기서, 상기 샤프트가 회전하고, 상기 샤프트에 회전가능하게 설치된 회전로터가 제 1,2판체의 어느 일측면에 접촉된 상태로 회전할 때, 상기 회전로터의 자전과 공전에 의해 발생된 우력방향으로 추진력이 발생되는 것을 특징으로 하는 동력 추진장치.
2. 회전동력원과 연결되어 회전하는 샤프트;

   판체형상의 몸체를 가지며, 상기 샤프트와 교차되게 고정되는 제 1전자석;

   판체형상의 몸체를 가지며, 상기 제 1전자석과 이격되고 평행하게 상기 샤프트에 고정되고, 전원이 공급될 때 상기 제 1전자석의 극성과 다른 극성을 띠는 제 2전자석; 및

   상기 제 1,2전자석의 사이에서 이들 제 1,2전자석의 자력에 의해 회전할 수 있도록 영구자석재으로 이루어지고 상기 샤프트에 회전가능하게 고정되는 적어도하나이상의 회전로터;를 포함하며,

   여기서, 상기 제 1,2전자석에 전원을 공급하여 제 1,2전자석이 서로 다른 그성을 띤 상태에서 상기 샤프트를 회전시키게 되면, 상기 회전로터가 공전함과 동시에 자기와 다른 극성을 가진 전자석 방향으로 자전하면서 우력을 발생하여 상기 우력방향으로 추진되는 것을 특징으로 하는 동력 추진장치.
3. 내부에 수납공간을 갖는 하우징;

   상기 하우징 중앙에 고정되고, 회전동력원과 연결되어 회전하는 샤프트;

   상기 샤프트를 중심으로 하우징의 수납공간에 방사상으로 배치되어 전원공급에 의해 그 내부의 회전로터가 회전하는 적어도 하나이상의 정,역회전 모터;를 포함하며,

   여기서, 상기 샤프트를 회전시킨 상태에서 상기 모터에 전원을 공급하여 이 모터의 로터를 회전시키게 되면, 상기 모터의 로터는 공전함과 동시에 자전하면서 우력을 발생하여 상기 우력방향으로 추진되는 것을 특징으로 하는 동력 추진장치.