KR20170058050A - 주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치 - Google Patents

주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 허브리스 휠; 상기 허브리스 휠의 내측에 위치하며, 상기 휠의 반경 방향 안측으로 형성되는 연장부를 갖는 림; 상기 연장부에 회전축의 방향이 상기 연장부에 수직방향으로 장착되어 상기 허브리스 휠을 구동하며, 적어도 좌우의 2개의 상기 허브리스 휠에 각각 장착되는 제1모터; 회전축의 방향이 상기 허브리스 휠의 반경 방향이 되도록 상기 연장부의 상부에 장착되는 제2모터; 상기 제2모터와 연결되어 구동되며 상기 허브리스 휠의 내면의 반경보다 작은 블레이드를 갖는 로터; 상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 제어부;를 포함함으로써, 지상에서 주행 시에 좌우의 2개의 허브리스 휠에 장착된 제1모터를 제어하여 좌우 허브리스 휠의 회전수가 차이가 있도록 제어하는 방법에 의하여 이동체의 정확한 스티어링이 가능하며, 또한 허브리스 휠의 구동력을 각각 정확히 제어할 수 있다.

Description

주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치{Propulsion equipment for flying and driving of vehicle}
본 발명은 주행 및 비행용으로 사용되는 구동용 휠의 개선에 관한 내용으로, 구동용 휠에 프로펠러를 부착하여 비행성능을 추가한 다목적 동력장치 기술에 관한 것이다.
근래 관심이 증가되고 있는 무인항공기(unmanned aerial vehilce, UAV) 또는 드론(Drone)은 조종사를 탑승하지 않고 지정된 임무를 수행할 수 있도록 제작한 비행체이다. 하지만 동력원으로 프로펠러의 회전 에너지만 통해 발생하는 추력을 사용하기 때문에 비행만이 가능한 실정이다. 따라서 이 동력원의 경우에 지상주행 능력을 가지지 못하고 있기 때문에 지상주행에 대해 약점을 지니게 된다. 무인 지상차량(unmanned ground vehilce, UGV)의 경우에도 동력원으로 구동 휠(Wheel)만을 장착해서 사용하고, 이 구동 휠(Wheel)에서 발생하는 회전 에너지를 운동에너지로만 변환해서 사용하고 있기 때문에 비행능력을 가지지 못해 비행능력에 약점을 지니게 된다. 따라서 무인항공기(UAV)와 무인 지상차량(UGV) 각각에 대한 약점을 개선할 필요성 및 개선 가능성이 존재한다.
이러한 무인항공기와 무인 지상차량을 결합하기 위한 기술개발이 이루어지고 있다. 그 중에 2013년도에 공개된 국제특허공개공보 WO 2013/182708 A1호는 "자동차 또는 완구용 자동차를 위한 추진 시스템"으로서, 자동차용 바퀴 내에 프로펠러를 설치하는 구조가 도 1 내지 도 3에 개시되어 있다.
위 발명은 종래의 무인항공기(UAV) 및 무인 지상차량(UGV)에서의 기술들과는 다르게 지상주행용으로 바퀴를 회전하는 장치 및 비행용 동력장치로서 프로펠러를 모두 장착한 추진 장치를 지니고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 추진 시스템(1)은 휠 축(5)의 주위로 회전 가능한 허브리스 휠(2)를 구비한다. 추진 시스템(1)은 또, 로터 축(4)의 주위로 회전 가능한 로터(3)을 가진다. 로터(3)는 로터 축(4)의 양측에 배치된 제1 및 제2 각 블레이드(6, 7)를 구비한다. 로터 축(4)은 휠의 림(8) 내에 위치해, 휠 축(5)에 수직으로 위치한다. 휠 축(5) 및 로터 축(4)는 휠의 중심점에서, 서로 교차한다. 휠(2)은 주위부에 설치된 고무 타이어(10)을 가진다.
도 2에는 추진 시스템(1)을 작동하기 위해 서사용되는 구동 기구의 상세 내용이 도시된다. 허브리스 휠(2)은 림(8)상에 설치되어 구동 기어(31)에 의해서 구동되는 내치 기어(9)를 구비한다. 모터(41)는 작은 구동 전달 기어에 의해 구동 기어(31)를 구동한다. 복수의 가이드 기어(33)가 림(8) 상에 설치되어 허브리스 휠(2)을 회전시키는 동안, 허브리스 휠(2)의 내치 기어(9)가 정확한 위치에 유지되도록 한다. 모터(41)는 임의의 적절한 타입의 모터일 수 있으며, 바람직한 실시 형태에서는, 전기모터가 사용된다.
로터(3)는 이 실시 형태에서는 별개의 모터(42)에 의해서 구동된다. 이것에 의해, 바람직하게는, 구동 및 비행 동작의 각 모드의 독립한 제어 가능해진다. 그렇지만, 추진 시스템(1)은, 휠(2) 및 로터(3)을 동시에 구동하기 위한 적절한 기어 장치를 구비한 단일의 모터에 의해서 구동되어도 괜찮다. 도 3에는 구동 기어(31)을 구동하는 스퍼 기어(spur gear)에, 휠 구동 모터(41)을 결합하는 축(44)가 도시된다. 림(8)은 반경 방향 안측으로 형성되는 연장부를 포함하는 지지 수단(43)을 구비한다. 상기 지지 수단(43)은 이동체의 섀시(71)와 결합하고, 로터(3) 및 구동 기어(31)가 그 위에 설치된다 . 림(8)은 폴리카보네이트 및/또는 나일론 66 등의, 가요성 플라스틱 재료로부터 제작되어 따라서, 가요성 플라스틱 재료가 유리하게는 완충기로서의 기능을 가지어, 휠(2)로의 충격을 흡수해, 로터(3)를 보호한다.
도 3에는 섀시(71)을 구비한 이동체가 도시되어 있다. 이동체는 후륜 추진 휠(81, 82)을 가지고 있으며, 스티어링을 위하여 제1 및 제2 각 연결 아암(91, 92)를 작동시키는 서보(90)을 구비한 스티어링 기구를 가진다. 서보 세이버 스프링(servo savor spring)의 필요성을 회피할 수 있도록 각 연결 아암은 탄성재료로 제작되고, 굽힐 수 있도록 만곡된다. 이동체의 이 실시 형태에서는, 각 후륜 휠 (81, 82)은 축(44)를 통해 구동되며 각 휠의 각 로터(3)를 통해 추력를 제공한다. 한편, 각 전륜 휠(83, 84)는 필요할 때에 스티어링 및 추력을 단순하게 발생하며, 지표를 따른 어떠한 구동력도 작용하지는 않는다.
선행기술1: WO 2013/182708 A1
그러나, 종래 기술은 도1, 도2에 도시된 바와 같이 림(8)상에 설치되어 구동 기어(31)에 의해서 구동되는 내치 기어(9)가 복수의 가이드 기어(33)에 의하여 지지됨으로써 가이드 기어(33)의 회전에 따른 동력손실이 발생한다.
또한 종래 기술은 도 3에 도시된 바와 같이 스티어링을 탄성력이 있는 연결암으로 조절함으로써 스티어링 방향의 정확도가 떨어진다.
이러한 종래 기술의 구조는 완구와 같이 제품에서는 큰 문제가 아니나, 이동체의 정확한 조정이 필요한 경우에는 많은 문제점이 될 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 동력 손실이 적으며, 정확한 스티어링이 가능한 무인 항공 지상 이동체(Unmanned aerial and ground vehilce, UAGV)의 다목적 동력장치 구조를 개발하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치는 허브리스 휠; 상기 허브리스 휠의 내측에 위치하며, 상기 휠의 반경 방향 안측으로 형성되는 연장부를 갖는 림; 상기 연장부에 회전축의 방향이 상기 연장부에 수직방향으로 장착되어 상기 허브리스 휠을 구동하며, 적어도 좌우의 2개의 상기 허브리스 휠에 각각 장착되는 제1모터; 회전축의 방향이 상기 허브리스 휠의 반경 방향이 되도록 연장부의 상부에 장착되는 제2모터; 상기 제2모터와 연결되어 구동되며 상기 허브리스 휠의 내면의 반경보다 작은 블레이드를 갖는 로터; 상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 허브리스 휠의 내면에 형성된 내측 기어; 상기 제1모터의 회전축에 연결되어 상기 내측 기어를 구동시키는 구동기어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 림에 상기 내측 기어를 지지하도록 설치되는 복수의 베어링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 복수의 허브리스 휠; 상기 허브리스 휠의 내측에 위치하며, 상기 휠의 반경 방향 안측으로 형성되는 연장부를 갖는 림; 상기 연장부에 회전축의 방향이 상기 연장부에 수직방향으로 장착되어 상기 허브리스 휠을 구동하며, 적어도 좌우의 2개의 상기 허브리스 휠에 각각 장착되는 제1모터; 회전축의 방향이 상기 허브리스 휠의 반경 방향이 되도록 상기 연장부의 상부에 장착되는 제2모터; 상기 제2모터와 연결되어 구동되며 상기 허브리스 휠의 내면의 반경보다 작은 블레이드를 갖는 로터; 상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 제어부;를 포함함으로써, 지상에서 주행 시에 좌우의 2개의 허브리스 휠에 장착된 제1모터를 제어하여 좌우 허브리스 휠의 회전수가 차이가 있도록 제어하는 방법에 의하여 이동체의 정확한 스티어링이 가능하며, 또한 허브리스 휠의 구동력을 각각 정확히 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 허브리스 휠의 내면에 형성된 내측 기어; 상기 제1모터의 회전축에 연결되어 상기 내측 기어를 구동시키는 구동기어;를 포함하므로써, 제1모터의 회전을 동력 손실없이 허브리스 휠에 정확히 전달하는 것이 가능하다..
또한 본 발명은 상기 림에 상기 내측 기어를 지지하도록 설치되는 복수의 베어링;을 포함하여, 내치 기어가 복수의 베어링에 의하여 지지됨으로써 휠의 회전시에 마찰력이 줄어들며, 또한 종래에서 이동체가 지상에서 이동시에 내측 기어를 지지하는 가이드 기어의 회전에 의하여 동력손실이 발생하였으나 본 발명은 가이드 기어를 제거함으로써 종래 기술에 비하여 동력 손실이 줄어든다.
도 1은 종래 기술의 일부 사시도
도 2는 종래 기술의 일부 사시도
도 3은 종래 기술의 배면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일부 사시도
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 일부 부품 분해도
이하에서는 도4 내지 5를 참조하여 본 발명에 따른 주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 종래 기술과 동일한 부분은 상세한 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 다목적 동력장치의 허브리스 휠(108)과 로터(103) 부분을 도시한 사시도이며, 도 5는 도4에서 상부림(181)을 제거하고 일부 부품을 분해한 사시도이다.
다목적 동력장치는 로터(103), 또는 회전하는 프로펠러(103)와 프로펠러 중심축을 기준으로 원모양을 그리는 주행용 허브리스 휠(108)로 구성되어 있다.
상기 허브리스 휠(108)의 내면에는 내측 기어(109)가 원모양으로 형성되어 있다.
상기 허브리스 휠(108)의 내측에는 반경 방향 안측으로 형성되는 연장부(156, 157)를 가지는 림(181, 183)이 위치한다.
상기 림의 연장부(156, 157)에 .회전축의 방향이 상기 연장부(156, 157)에 수직방향으로 장착되어 상기 허브리스 휠(108)을 구동하는 제1모터(141)가 장착된다. 상기 제1모터(141)은 이동체(미도시)에 적어도 좌우의 2개의 상기 허브리스 휠(108)에 각각 장착된다.
상기 제1모터(141)는 모터 케이스(143) 내부에 있으며, 모터 케이스(143)에 모터 케이스 고정부(142)가 장착되어 있다. 상기 모터 케이스 고정부(142)는 넓은 평면 형상이다. 상기 모터 케이스 고정부(142)에 형성된 구멍으로 삽입된 나사에 의하여 상기 제1모터(141)가 회전하더라도 흔들리지 않도록 연장부(156, 157)에 견고하게 고정된다.
구동기어(131)는 상기 제1모터(141)의 회전축에 장착되어, 상기 허브리스 휠(108)의 내면에 형성된 상기 내측 기어(109)를 구동시키어 상기 허브리스 휠(108)을 회전한다. 상기 구동기어(131)는 상기 림의 연장부(156, 177)의 내부에 형성된 공간(155)에 배치된다.
상기 내측 기어(109)는 상기 림(181, 183)에 설치된 복수의 베어링(171)에 의하여 지지된다. 상기 베어링(171)은 4개 이상이 적절한 간격으로 설치됨이 바람직하다. 상기 림(181, 183)에는 베어링 설치 공간(163)을 형성하기 위한 베어링 설치부(164)가 대략 반원 형상으로 림(181, 183)의 내측으로 돌출되어 형성된다. 상기 베어링 설치부(164)의 좌우에는 림 고정부(166)가 형성되고, 림 고정부(166)에 형성된 통공(182)에 의하여 상부림(181)과 하부림(183)이 나사(미도시)로 고정되어 상기 림(181, 183)을 형성한다.
상기 베어링 설치부(164)에는 그 중심에 상기 베어링(171)을 고정하기 위한 지지봉(167)이 설치된다.
회전축의 방향이 상기 허브리스 휠(108)의 반경 방향이 되도록 상기 연장부(156, 157)의 상부에 제2모터(152)가 장착된다. 상기 제2모터(152)는 상기 연장부(156, 157)의 상부에 설치된 지지부(154)에 의하여 지지되어 상기 연장부(156, 157)의 상부에 설치될 수도 있다. 상지 지지부(154)에는 이동체의 샤시(미도시)가 연결될 수도 있다. 상기 제2모터(152)에는 그 하부에 제2모터 장착부(153)가 있다. 상기 제2모터 장착부(153)은 넓은 평면 형상이다. 상기 제2모터 장착부(153)에 형성된 구멍으로 나사에 의하여 상기 제2모터(152)가 회전하더라도 흔들리지 않도록 상기 지지부(154)에 견고하게 고정될 수 있다.
상기 제2모터(152)의 회전축에는 2개의 블레이드(106, 107)를 가진 프로펠라(103)가 장착된다. 상기 블레이드(106, 107)는 상기 허브리스 휠(108)의 내면의 반경보다 작은 크기로 형성되어, 상기 허브리스 휠(108)의 내측에서 회전할 수 있도록 한다. 바람직하게는 상기 프로펠라(103)은 상기 허브리스 휠(108)의 중심에서 회전할 수 있도록 제2모터(152)의 회전축에 장착된다. .
상기 이동체에는 상기 제1모터(141)과 상기 제2모터(152)의 회전을 제어하여 이동체의 동작을 제어하는 제어부를 설치한다.
한편 본 발명에서는 좌우 2개의 바퀴에 각각 제1모터(141)가 설치되어 있는 경우를 예시하였으나, 4개의 바퀴에 제1모터(141)를 각각 설치될 수도 있다.
또한 상기 이동체에는 적절한 위치에 카메라를 설치하고, 촬영된 사진 및 영상을 녹화할 수 있는 저장장치를 포함할 수 있으며, 상기 제어부에 의하여 상기 카메라를 조정할 수 있다.
또한 상기 이동체의 제어부는 외부에서 무선으로 조정이 가능하며 또한 상기 촬영된 사진 또는 영상을 실시간으로 사용자에게 보낼 수 있게 할 수도 있다.
이와 같이 원격 제어 기술은 종래의 무인항공기(UAV)에 널리 적용되고 있는 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
위와 같은 장치에 의하여 본 발명은 지상에서 주행 시에 좌우의 2개의 허브리스 휠에 장착된 제1모터를 제어하여 좌우 허브리스 휠의 회전수가 차이가 있도록 제어하는 방법에 의하여 이동체의 정확한 스티어링이 가능하며, 또한 허브리스 휠의 구동력을 각각 정확히 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 허브리스 휠의 내면에 형성된 내측 기어; 상기 제1모터의 회전축에 연결되어 상기 내측 기어를 구동시키는 구동기어;를 포함하므로써, 제1모터의 회전을 동력 손실없이 허브리스 휠에 정확히 전달하는 것이 가능하다..
또한 본 발명은 상기 림에 상기 내측 기어를 지지하도록 설치되는 복수의 베어링;을 포함하여, 내치 기어가 복수의 베어링에 의하여 지지됨으로써 휠의 회전시에 마찰력이 줄어들며, 또한 종래에서 이동체가 지상에서 이동시에 내측 기어를 지지하는 가이드 기어의 회전에 의하여 동력손실이 발생하였으나 본 발명은 가이드 기어를 제거함으로써 종래 기술에 비하여 동력 손실이 줄어든다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 해당 기술분야의 당업자라면 자명하다 할 것이다.
103:로터, 프로펠라 106:블레이드
107:블레이드 108:허브리스 휠
109:내측 기어 131:구동기어
141:제1모터 142:모터 케이스 고정부
143:모터 케이스 152:제2모터
153:제2모터 장착부 154:지지부
155:공간 156:연장부
157:연장부 163:베어링 설치 공간
164:베어링 설치부 166:림 고정부
167:지지봉 171:베어링
181:상부림 182:하부림
183:통공

Claims (3)

  1. 허브리스 휠;
    상기 허브리스 휠의 내측에 위치하며, 상기 휠의 반경 방향 안측으로 형성되는 연장부를 갖는 림;
    상기 연장부에 회전축의 방향이 상기 연장부에 수직방향으로 장착되어 상기 허브리스 휠을 구동하며, 적어도 좌우의 2개의 상기 허브리스 휠에 각각 장착되는 제1모터;
    회전축의 방향이 상기 허브리스 휠의 반경 방향이 되도록 연장부의 상부에 장착되는 제2모터;
    상기 제2모터와 연결되어 구동되며 상기 허브리스 휠의 내면의 반경보다 작은 블레이드를 갖는 로터;
    상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 제어부;를 포함하는 주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 허브리스 휠의 내면에 형성된 내측 기어;
    상기 제1모터의 회전축에 연결되어 상기 내측 기어를 구동시키는 구동기어;를 포함하는 주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치
  3. 청구항 2에 있어서
    상기 림에 상기 내측 기어를 지지하도록 설치되는 복수의 베어링;을 포함하는 주행과 비행이 가능한 다목적 동력장치
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