KR20170110922A - 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 적층 센터 프레임 구조와 큰 프로펠러를 통해 크기가 작지만 고효율의 회전익 무인 항공기에 대한 것으로 보다 구체적으로는 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하여 구성되는 회전날개 유닛; 상기 회전날개 유닛이 센터 프레임 간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층된 적층 센터 프레임을 포함하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 대한 것으로 본원 발명에 따르면 크기가 큰 프로펠러를 장착하면서도 본체 크기를 줄일 수 있는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지고 있는 멀티콥터의 크기와 무게를 줄여서 장시간 비행이 가능하고 방송 촬영시 효과적인 광각의 촬영이 가능하며, 진동 및 소음을 최소화하여 보다 선명하고 깨끗한 방송 촬영이 가능한 큰 장점이 있다.

Description

다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터{Multicopter having multi-layered rotating wing unit}

본원 발명은 적층 센터 프레임 구조와 큰 프로펠러를 통해 크기가 작지만 고효율의 회전익 무인 항공기에 대한 것이다.

보다 구체적으로는 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하여 구성되는 회전날개 유닛: 상기 회전날개 유닛이 센터 프레임 간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층된 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 대한 것이다.

최근 사람이 작업하기 힘든 환경에서 무인 비행체 또는 멀티콥터(multicopter)인 드론(drone)의 필요성이 증가하고 있다. 현재의 멀티콥터 시장은 90% 이상이 군사용이지만, 향후 민간용 무인기 시장이 크게 성장할 것으로 예상되고, 이러한 민간용 무인기는 해안 정찰과, 불법 어로감시, 산불 감시와 교통 상황 모니터, 황사, 태풍 등 기상 감시, 구급, 구조, 택배 등 분야에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

대표적인 드론의 용도인 방송분야에서는 기존 유인항공기 및 헬리콥터에 비해 저렴한 비용과 빠른 기동력으로 비행 공간의 제약이 없고 근접 촬영이 가능한 멀티콥터의 장점을 활용하여 카메라를 고정함에 있어서 필수적인 다양한 짐벌(gimbal)의 발전과 더불어 자이로 성능이 최적화 되어 안정적인 영상을 획득할 수 있으며 다양한 카메라의 활용이 진행되고 있다.

이러한 멀티콥터의 크기를 줄이면 이동, 보관의 편리함뿐만 아니라 무게를 줄일 수 있기 때문에 비행시간의 연장이 가능하다. 특히 카메라를 설치하여 장시간 촬영이 진행되는 방송분야에서는 소형, 경량의 장시간 비행이 가능한 멀티콥터의 필요성이 증가하고 있다. 이뿐만 아니라 소형 및 경량의 멀티콥터의 경우 하늘방향으로의 촬영 화각을 크게 늘릴 수 있기 때문에 촬영용 멀티콥터에 더욱 효과적이다.

그러나 현재까지 사용되는 대부분의 멀티콥터는 자체의 무게보다 더욱 무거운 카메라 등을 장착하고도 장시간 비행을 위해서는 프로펠러 자체의 크기가 커져야 하고, 커진 프로펠러의 크기에 따른 프로펠러 간의 충돌을 방지하기 위하여 프로펠러 간의 충분한 크기가 확보되어야 하기 때문에 프로펠러가 고정되는 다수의 분기부의 길이가 증가할 수밖에 없는 상황으로 촬영 중 기체가 기울었을 경우 또는 광각의 촬영 시 프로펠러 또는 기체의 프레임 또는 분기부가 촬영 화각 내에 보이는 문제점이 있는 경우가 대부분이고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 멀티콥터의 프레임이 카메라의 화각에서 나오지 않도록 휘어진 형태의 프레임을 사용하는 방법이 일반적인 상황이나 이는 이러한 문제의 근본적인 해결책이 되지 못하고 있다.

한편, 멀티콥터의 크기를 키우지 않고 프로펠러의 힘을 증가시키기 위하여 2중 날개 구조를 가지는 멀티콥터의 개발이 시도되었으나 이는 방송 촬영시 추가적으로 요구되는 진동과 소음을 감소시키지 못하고 오히려 심한 진동과 소음을 유발하는 단점을 가지고 있는 실정이다.

일본 공개특허공보 특개20003-212191A 한국 등록특허공보 제10-1366310호 한국 공개특허공보 제10-20115-00755787호 한국 등록특허공보 제10-1559898호

본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 크기와 무게를 줄여 경량의 장시간 비행이 가능한 멀티콥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원 발명에서는 크기가 큰 프로펠러를 장착하면서도 본체 크기를 줄일 수 있는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 제공하고자 한다.

또한, 본원 발명에서는 전체적인 멀티콥터의 크기를 줄여서 방송 촬영시 효과적인 광각의 촬영이 가능한 멀티콥터를 제공하고자 한다.

또한, 본원 발명에서는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지면서도 멀티콥터의 진동 및 소음을 최소화하여 보다 선명하고 깨끗한 방송 촬영이 가능한 멀티콥터를 제공하고자 한다.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하여 구성되는 회전날개 유닛: 상기 회전날개 유닛이 센터 프레임 간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층된 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 제공한다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 회전날개 유닛을 다층 구조로 적층시 센터 프레임과 센터 프레임 사이에 진동을 감소시킬 수 있는 진동감쇠부를 더 포함할 수 있다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터는 분기부의 말단에 상부 또는 하부에 구비될 수 있다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 센터 프레임과 연결되는 분기부의 수는 4의 배수일 수 있다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 다층 구조로 적층된 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 센터 프레임을 중심축을 기준으로 상부 또는 하부에서 보았을 때 회전하는 영역이 서로 중첩되도록 구성될 수 있다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 다층 구조로 적층된 센터 프레임을 구성하는 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 회전하는 방향이 서로 반대일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명은 크기가 큰 프로펠러를 장착하면서도 본체 크기를 줄일 수 있는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지고 있어 멀티콥터의 크기와 무게를 줄여서 장시간 비행이 가능하다.

또한, 본원 발명에서는 전체적인 멀티콥터의 크기를 줄여서 방송 촬영시 효과적인 광각의 촬영이 가능하고, 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지면서도 멀티콥터의 진동 및 소음을 최소화하여 보다 선명하고 깨끗한 방송 촬영이 가능한 큰 장점이 있다.

도 1a는 종래 기술의 멀터콥터 모습을 나타낸 사진이다.
도 1b는 종래 기술의 멀티콥터에 있어서 프로펠러의 배치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 1c는 종래 기술의 멀티콥터를 이용한 촬영시 화각 내의 기체 모습을 나타낸 사진이다.
도 2는 종래 기술의 이중 날개의 프로펠러를 가지는 멀티콥터의 사진을 나타낸 것이다.
도 3a는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 나타낸 개념도이다.
도 3b는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터의 프로펠러의 배치를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 회전날개 유닛을 3D 모델링으로 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 회전날개 유닛과 진동감쇠부를 3D 모델링으로 나타낸 것이다.
도 6a는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 3D 모델링으로 나타낸 것이다.
도 6b는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 3D 모델링으로 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터의 시제품 사진이다.

이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 "멀티콥터(multicopter)"는 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인항공기(UAV : unmanned aerial vehicle / uninhabited aerial vehicle)를 총칭하는 의미이고, 이는 통상적으로 프로펠러의 양력을 이용하여 기기를 공중에 띄워주는 공중부양 몸체와 상기 공중부양 몸체의 일부에 항법장치가 구성되며 부가적으로 카메라 등의 물품을 고정하는 고정수단을 구비하고 있으며드론(drone)와 동일한 의미를 가진다.

이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1a는 종래 기술의 멀터콥터 모습을 나타낸 사진이고, 도 1b는 이러한 종래 기술의 멀티콥터에 있어서 프로펠러의 배치를 개념적으로 나타낸 것이며, 도 1c는 종래 기술의 멀티콥터를 이용한 촬영시 화각 내의 기체 모습을 나타낸 사진으로, 기존에는 프로펠러와 프로펠러가 한 층으로 구성되어 동일 평면상에 놓이는 일자 구조로 제작되어 왔고 따라서 프로펠러와 프로펠러가 서로 닿지 않도록 프로펠러의 간격을 넓히거나 프로펠러의 크기를 작게 하였다. 더욱 큰 프로펠러를 사용하고자 하는 경우에는 이러한 간격유지 때문에 기체의 크기가 커질 수밖에 없는 단점을 가지고 있다.

현재까지 사용되는 대부분의 멀티콥터는 자체의 무게보다 더욱 무거운 카메라 등을 장착하고도 장시간 비행을 위해서는 프로펠러 자체의 크기가 커져야 하고, 커진 프로펠러의 크기에 따른 프로펠러 간의 충돌을 방지하기 위하여 프로펠러 간의 충분한 크기가 확보되어야 하기 때문에 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이 프로펠러가 고정되는 다수의 분기부의 길이가 증가할 수밖에 없는 상황이다. 이러한 경우 멀티콥터를 이용하여 촬영 시 기체가 기울었을 경우 또는 광각의 촬영 시 도 1c에 나타낸 바와 같이 프로펠러 또는 기체의 프레임 또는 분기부가 촬영 화각 내에 보이는 문제점이 있는 경우가 대부분이고, 촬영용 멀티콥터로 활용시 정면을 촬영할 수 없다는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 멀티콥터의 프레임이 카메라의 화각에서 나오지 않도록 휘어진 형태의 프레임을 사용하는 방법이 일반적인 상황이나 이는 이러한 문제의 근본적인 해결책이 되지 못하고 있다. 또한, 멀티콥터의 크기가 커지면 장치의 이동이 어려울 뿐만 아니라 도심지 비행시 장애물과 충돌 가능성이 커지고 이로 인한 사고의 위험이 높아진다. 즉, 멀티콥터의 장점 중 하나가 유인비행체에 비하여 기동성과 신속성이 큰 것인데, 멀티콥터의 크기 또는 부피가 커지면 이러한 장점을 더 이상 활용할 수 없는 문제가 발생된다.

한편, 멀티콥터의 크기를 키우지 않고 프로펠러의 힘을 증가시키기 위하여 도 2와 같이 2중 날개 구조를 가지는 멀티콥터의 개발이 시도되었으나 이는 방송 촬영시 추가적으로 요구되는 진동과 소음을 감소시키지 못하고 오히려 심한 진동과 소음을 유발하는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라 쿼드 형태의 분기구조로 바람의 영향을 많이 받으므로 국내 기후에 적합하지 못한 단점을 가지고 있는 실정이다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본원 발명에서는 다층 구조의 회전날개 유닛 구조를 통하여 큰 프로펠러를 사용하더라도 전체적인 크기가 작은 고효율의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 제공하고자 한다.

도 3a는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 나타낸 개념도이고, 도 3b는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터의 중첩된 프로펠러의 배치를 나타낸 개념도이다. 상기 다층 구조로 적층된 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 센터 프레임의 중심축을 기준으로 상부 또는 하부에서 보았을 때 회전하는 영역이 서로 중첩되도록 구성되도록 동일 평면상에 배치되는 프로펠러를 다층 구조로 배치함으로써 층간의 프로펠러는 서로 중첩되게 배치가 가능하고, 다층으로 설치하더라도 층간의 프로펠러 사이에는 간섭이 없기 때문에 개별 층에는 비록 적은 수의 프로펠러를 배치하더라도 전체적으로는 다수의 프로펠러를 배치할 수 있으며, 각 층에 배치되는 프로펠러의 수도 줄일 수 있기 때문에 보다 큰 프로펠러의 설치가 가능하여 큰 프로펠러로 인해 페이로드가 높아지고, 비행안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 프로펠러의 힘을 늘리면서도 전체적인 크기를 줄일 수 있기 때문에 촬영 화각도 증가하고 건물 등 대상과 근접한 상태에서 촬영이 가능하며, 사진 또는 동영상 촬영시 헤드 방향의 프레임이 화면에 걸리는 현상을 줄일 수 있게 된다.

이와 같이 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하여 구성되는 회전날개 유닛; 상기 회전날개 유닛이 센터 프레임간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층됨에 따라 전체적인 크기를 줄임으로써 이동, 보관의 편리함과 줄어든 무게에 따른 비행시간의 연장이 가능하고, 프레임의 길이 자체가 줄어들어 촬영시 화각 내에 멀티콥터 기체가 보이는 문제점을 해결할 뿐만 아니라 보다 넓은 광각의 촬영이 가능할 수 있다.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 연결되는 다수의 분기부 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하여 구성되는 회전날개 유닛; 프로펠러가 다층으로 구성되도록 다수의 상기 회전날개 유닛이 센터 프레임간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층된 적층 센터 프레임을 포함하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 제공한다.

도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 회전날개 유닛을 3D 모델링으로 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 본원 발명의 일 구현예에 따른 회전날개 유닛은 센터 프레임(10), 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부(20) 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러(30)와 이를 회전시키는 모터(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 회전날개 유닛의 프로펠러 날개의 수는 2엽, 3엽, 4엽 등이 가능하고, 프로펠러의 지름과 피치(pitch)는 원하는 추진력에 따라 조절할 수 있다. 즉, 프로펠러의 지름이 크면 공기에 접촉하는 면적이 커져 1회 회전시 더 많은 공기를 밀어낼 수 있어 빠른 속도로 회전시킬 필요가 없을 뿐만 아니라 모터에 걸리는 부하 또한 커지기 때문에 빠른 속도로 돌릴 수가 없지만 상대적으로 날아오르는 힘이 커서 무거운 물건의 운반이 가능하므로 일반적으로 대형의 쿼드콥터에는 큰 지름의 프로펠러에 저속 모터를 사용하고, 소형 쿼드콥터에는 작은 지름의 프로펠러에 고속 모터를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 프로펠러의 피치가 작으면 나사산이 조밀해 진 것과 같으므로 회전시 더 큰 토크를 낼 수 있으므로 진행 거리는 줄어드는 대신 공기와의 마찰이 작아져 모터의 부담을 줄일 수 있고 안정적으로 비행을 할 수 있는 장점이 있다. 따라서 프로펠러의 지름과 피치는 사용하려는 목적에 따라 적절한 조합을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 프로펠러의 회전방향은 시계방향(clockwise direction)과 반시계방향(counterclockwise direction)이 가능하다. 물론 프로펠러에 연결되는 모터의 회전방향 또한 시계방향(clockwise direction)과 반시계방향(counterclockwise direction)이 가능한데 프로펠러의 회전방향과 모터 회전방향의 조합에 의하여 멀티콥터의 하방으로 공기를 밀어 낼 수 있는 조합이기만 하면 된다. 특히, 이러한 프로펠러의 회전방향과 모터의 회전방향에 대한 고려는 본원 발명에서와 같이 회전날개 유닛이 센터 프레임 간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층될 때 매우 중요한 고려 사항 중 하나이다.

한편, 본원 발명의 일 구현예에 따른 회전날개 유닛에 있어서, 상기 센터 프레임과 연결되는 분기부의 개수는 4, 8, 12 등 4의 배수일 수 있다. 본원 발명에 있어서는 회전날개 유닛은 다층 구조로 적층할 수 있으므로 보다 바람직한 분기부의 개수는 4이다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 적층 센터 프레임은 센터 프레임과 센터 프레임 사이에 진동을 감소시킬 수 있는 진동 감쇠부를 더 포함할 수 있다.

도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 회전날개 유닛과 진동감쇠부를 3D 모델링으로 나타낸 것으로 회전날개 유닛의 센터 프레임과 다른 회전날개 유닛의 센터 프레임 간의 결합에 의하여 다층 구조로 적층시 적층 결합되는 센터 프레임들의 사이에 진동감쇠부(50)가 구비될 수 있다. 진동감쇠부는 도 5에 나타낸 바와 같이 상부와 하부 사이에 경사진 브릿지(bridge) 형태로 되는 다수의 판 스프링 일 수 있고, 진동 흡수력이 뛰어난 공지의 코일 스프링, 고무나 또는 스폰지 형태의 탄성체, 댐퍼 또는 쇽압쇼버일 수 있다.

도 6a는 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 3D 모델링으로 나타낸 것으로 도 6에 따르면 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부 및 상기 분기부의 말단 상부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하는 회전날개 유닛에 대한 것인 도 4에 나타낸 것과 동일한 형상의 회전날개 유닛 2개를 하나는 모터가 분기부의 상부에 위치하고 다른 하나는 모터가 분기부의 하부에 위치되도록 서로 마주보는 형태로 센터 프레임 간의 적층이 이루어지고 이들 회전날개 유닛의 사이에는 진동감쇠부가 구비된 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터를 나타낸 것이다. 도 6과 같은 적층 구조의 결합에 의하여 전체 부피를 줄이며 중첩된 회전날개가 서로 간섭받지 않으며 교차되는 모습을 확인할 수 있다. 이때 적층되는 회전날개 유닛의 프로펠러 회전방향과 모터의 회전방향이 완전히 동일한 2개의 회전날개 유닛을 적층하는 경우에는 서로 반대 방향으로 공기를 밀어내게 되므로 한 층의 모터 회전방향을 모터와 연결되는 전원 연결잭을 전원부(미도시)에 반대 극성으로 연결함으로써 모터의 회전방향을 변경하거나 한 층의 회전날개 유닛의 프로펠러를 반대 방향으로 결합함으로써 원하는 추진력을 얻을 수 있게 된다.

물론 본원 발명의 일 구현예에 따르면, 적층은 2개의 회전날개 유닛은 모터가 모두 분기부의 상부 또는 하부에 위치되는 형태로 결합될 수도 있다고, 적층은 2단 구조, 3단 구조 및 4단 구조 이상으로 센터 프레임 간의 적층 결합을 통하여 용도에 따라 다양한 적층 구조의 확장도 가능하다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터는 분기부의 말단에 상부 또는 하부에 구비될 수 있다. 예를 들면 도 4와 도 5에 나타낸 바와 같이 프로펠러와 이를 회전시키는 모터는 분기부의 말단에 상부에 구비되거나, 도 6a에 나타낸 다층 구조로 적층된 회전날개 유닛의 상부의 회전날개 유닛과 같이 프로펠러와 이를 회전시키는 모터는 분기부의 말단에 하부에 구비될 수 있다. 즉, 프로펠러와 이를 회전시키는 모터의 위치는 분기부의 말단에 적층되는 적층구조의 효과적인 공간의 배치를 위하여 적절히 조합할 수 있으므로 본원 발명에 따른 다층 구조의 적층 방식을 활용한 멀티콥터는 작고 가벼운 멀티콥터가 필요한 경우 도 4와 같이 개별 프레임으로 활용되며 무거운 물건의 장착이 필요한 경우 도 6과 같이 또는 도 6의 2층 구조를 센터 프레임 간의 재적층 통해 2단 이상의 센터 프레임을 연결하여 전체 페이로드를 높이는 효과를 가져 오기 때문에 하나의 멀티콥터를 활용하여 다양한 활용이 가능하게 된다.

이러한 다층 구조의 적층에 있어서 앞서 설명한 바와 같이, 프로펠러의 회전방향은 시계방향(clockwise direction)과 반시계방향(counterclockwise direction)이 가능하다. 물론 프로펠러에 연결되는 모터의 회전방향 또한 시계방향(clockwise direction)과 반시계방향(counterclockwise direction)이 가능한데 프로펠러의 회전방향과 모터 회전방향의 조합에 의하여 멀티콥터의 하방으로 공기를 밀어 낼 수 있는 조합이기만 하면 된다. 특히, 이러한 프로펠러의 회전방향과 모터의 회전방향에 대한 고려는 본원 발명에서와 같이 회전날개 유닛이 센터 프레임 간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층될 때 매우 중요한 고려 사항 중 하나이다.

본원 발명의 일 구현예로 회전방향이 동일한 모터를 사용하는 경우는 모터와 연결되는 전원 연결잭을 전원부(미도시)에 반대 극성으로 연결함으로써 모터의 회전방향의 변경이 가능하고, 동일한 회전방향(시계 또는 반시계 방향)을 가지는 프로펠러의 경우에도 프로펠러를 뒤집어 결합함으로써 모터의 회전방향과의 조합에 의하여 동일한 방향으로 공기를 밀어낼 수 있게 된다. 즉, 다층 구조로 회전날개 유닛을 적층시 전체 부피를 줄이기 위한 동일한 회전날개 유닛을 도 6a과 같이 대향하는 형태로 결합하거나 도 6b와 같이 동일 방향으로 적층 결합시 프로펠러의 회전방향과 모터회전방향의 조합에 의하여 멀티콥터의 하방으로 공기를 밀어낼 수 있는 조합이기만 하면 된다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 적층 센터 프레임은 도 4 내지 도 7에 나타낸 것과 같이 회전날개 유닛이 2개가 적층된 구조일 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 필요에 따라 추가적으로 다양한 2층, 4층, 및 6층 등의 적층을 통해 멀티콥터를 확장 할 수 있다.

본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 적층 센터 프레임을 구성하는 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 적층 센터 프레임을 중심축을 기준으로 상부 또는 하부에서 보았을 때 회전하는 영역이 서로 중첩되도록 구성될 수 있다.

또한, 본원 발명에 있어서 프로펠러 날개의 경사방향은 개별 층의 회전날개 유닛에 있어서는 동일한 것이 바람직하고, 적층되는 각 층의 회전날개 유닛에 있어서는 프로펠러 날개의 경사방향은 동일하거나 반대일 수 있다.

또한, 본원 발명에 있어서 적층되는 회전날개 유닛에 있어서 층별로 프로펠러 날개의 경사방향은 동일하거나 반대일 수 있는데, 이때는 모터의 회전방향과 프로펠러 날개의 경사방향의 조합에 의하여 회전하는 날개에 의한 추진력이 동일하게 멀티콥터의 하부로 공기를 밀어낼 수만 있으면 프로펠러 날개의 경사방향과 모터의 회전방향은 다양한 조합이 가능하다. 보다 바람직하게는 본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터에 있어서, 상기 적층 센터 프레임을 구성하는 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 서로 회전하는 방향이 반대일 수 있다.

도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터의 시제품 사진으로 2 단으로 적층되고 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터가 분기부 말단의 상부에 구비된 형태이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명에 따른 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터는 크기가 큰 프로펠러를 장착하면서도 본체 크기를 줄일 수 있어 멀티콥터의 크기와 무게를 줄여서 장시간 비행이 가능할 뿐만 아니라 방송 촬영시 효과적인 광각의 촬영이 가능하고, 용도에 따라 적층 구조를 활용하여 다양한 활용이 가능하고, 기동성과 신속성이 높아 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지면서도 멀티콥터의 진동 및 소음을 최소화하여 보다 선명하고 깨끗한 방송 촬영이 가능한 큰 장점이 있다.

10: 센터 프레임
20: 분기부
30: 프로펠러
40: 모터
50: 진동감쇠부

Claims (6)

1. 센터 프레임, 상기 센터 프레임과 방사상으로 연결되는 분기부 및 상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터를 포함하여 구성되는 회전날개 유닛;
   상기 회전날개 유닛이 센터 프레임 간의 결합을 통하여 다층 구조로 적층된 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전날개 유닛을 다층 구조로 적층시 센터 프레임과 센터 프레임 사이에 진동을 감소시킬 수 있는 진동감쇠부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분기부에 결합되는 프로펠러와 이를 회전시키는 모터는 분기부의 말단에 상부 또는 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 센터 프레임과 연결되는 분기부의 수는 4의 배수인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 다층 구조로 적층된 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 센터 프레임의 중심축을 기준으로 상부 또는 하부에서 보았을 때 회전하는 영역이 서로 중첩되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 다층 구조로 적층된 센터 프레임을 구성하는 개별 회전날개 유닛의 프로펠러는 타 층의 회전날개 유닛의 프로펠러와 회전하는 방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 회전날개 유닛을 가지는 멀티콥터.

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