WO2023027414A1

WO2023027414A1 - 수직이착륙형 플라잉카

Info

Publication number: WO2023027414A1
Application number: PCT/KR2022/012320
Authority: WO
Inventors: 신용식
Original assignee: 신용식
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2023-03-02
Also published as: KR102530021B1; KR20230030479A

Abstract

본 발명은 주행 및 비행 겸용의 수직이착륙형 플라잉카들의 다양한 구조에 대한 것으로서, 4륜 전기자동차를 베이스로 각 바퀴의 독립구동을 위한 모터를 배치함에 있어서 각 모터의 전후 양단에 주행용과 비행용으로서의 각각의 조건과 구조에 부합되는 클러치와 변속기의 세트가 결합되되, 차체 내측일 경우에는 주행용, 차체 외측일 경우에는 비행용이 결합되어 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 동축 직선상의 일체형으로 각각 동일하게 형성되는 4개소의 독립된 주행 및 비행 겸용의 동력계가 각 플라잉카의 유형에 따라 각각 설치되고 각 동력계의 클러치를 단속함으로써 동일한 하나의 모터를 주행용 또는 비행용으로 선택적으로 사용될 수 있도록 하는 구조가 확보되도록 하며, 상기 각 동력계의 주행용 출력부로 부터는 각 바퀴로의 주행용 구동계가 각각의 설치 조건에 따라 구비되고, 비행용 출력부로부터는 수직 기립형 로터, 수평 회전 전개식 동축반전형 이중 로터, 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터, 수평 회전 전개식 단일 로터의 4가지 형태의 비행용 구동계 구조가 각각 구비되는 것에 대한 것이다.

Description

수직이착륙형 플라잉카

본 발명은 하나의 차체로 주행과 비행이 선택적으로 모두 가능한 수직이착륙(VTOL)형 플라잉카의 동력 및 구동 전달 계통 구성 구조에 관한 것이다.

주행과 비행이 모두 하나의 차체로 선택적으로 가능한 플라잉카는 예전부터 수많은 시도가 있어 왔으나 모두 활주로를 필요로 하는 등의 실용성 부족 등과 관련된 이유로 활발한 양산 보급이 되지 못하고 있다.

근래 들어서도 전기차 및 전기비행기 관련 부품, 즉 다양한 종류의 고출력 고성능 모터 개발 및 배터리의 성능 개선과 드론, 무인기 등의 기술 발전이 지속적으로 상당 부분 이루어지고 있는 상황에서 대도시내 교통정체 등에 따른 이동 수단의 추가 확보 필요 등에 따라 벨, 에어버스, 보잉, 우버, 테슬라 등의 업체에서 플라잉 카라고 그 개념을 발표하며 일부 시제품을 개발하고 본격 보급을 준비하고 있지만 도로 주행은 되지 않는 수직이착륙형의 비행체가 거의 대부분이다.

또한 주행이 가능한 PAL-V 등 소수의 수직이착륙형 플라잉 카의 경우에도 STOL형 또는 STOVL형을 포함하여 모두 최소한의 활주로가 필요한 경우가 대부분이고, 극히 일부인 완전 수직이착륙(VTOL)형의 플라잉 카 컨셉 또한 그 추력 성능과 비행 기능 등이 미흡할 수 밖에 없거나 자동차로서의 사용성이 떨어지는 구조이며, 주행용 차량에 별도의 비행용 동력 및 구동장치가 탈부착되는 형태의 컨셉 또한 번거로움과 실용성, 안전성 등이 떨어지는 이유로 모두 활발한 개발 시도가 이루어지지 못하고 있는 것이 현실이다.

한편 본 발명의 배경 기술에 관련되는 기술 용어 중 파워 트레인(power train)과 드라이브 트레인(drive train)은 현재 동일한 개념으로 혼용되고 있는 실정인 바, 본 발명의 기술적 사상과 구성의 묘사를 보다 적합하고 명확하게 하기 위해 본 발명에서는 관련한 주요 부품중 모터, 클러치, 변속기 등의 동력 관련 주요 부품으로 이루어지는 것은 통상적인 파워 트레인(power train)에 연관되는 것으로 동력계라 칭하고, 동력계 이후부터 구동 전달축 등을 거쳐 주행용 바퀴 또는 비행용 로터까지의 구동전달 장치에 속하는 부분은 드라이브 트레인(drive train)으로서 구동계라 구분하여 칭하여 주행용 구동계와 비행용 구동계로 구분하기로 하며, 동력계와 구동계 및 기타 부분을 모두 포함하는 전체는 비행용으로 쓰일 때는 기체라 칭할 수 있고 주행용으로 쓰일 때는 차체로 구분하여 칭할 수 있으나 주사용 용도는 주행용에 가까울 것이므로 편의를 위해 모두 차체로 칭하여 정의하고 사용하고자 한다.

배경기술에서 기술한 바와 같은 문제들을 극복하고 플라잉카로서의 실용성을 확보하기 위해서는 무엇보다 이륙방법으로서 수직이착륙형의 구조 확보가 요구된다 할 것이며 여기에 주행과 비행에 모두 적합한 효율적인 동력 및 구동장치의 구조와 배치, 균형 및 대칭성을 갖는 중량 분포 등에 더하여 핵심적인 사용 동력과 비행용 로터의 종류, 크기, 성능 등과 관련된 비행체로서의 출력 대 중량비, 로터 블레이드의 디스크 회전판 하중, 발생 추력 등의 적정성 확보 등도 필수적이라 할 것이고 안전성과 유지 정비의 용이성에 더하여 사용성 등을 위한 일반적인의 차량 형태의 구현 등도 확보되거나 해결되어야 할 과제들이다

본 발명은 상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 수단으로서 주행 및 비행 겸용의 수직이착륙형 플라잉카를 전기모터를 동력원으로 하는 4륜 전기자동차의 구조로 하되, 구동용 모터의 설치는 각 차륜당 하나씩 설치하면서 기존의 경우와 상이하게 각 차륜 축 중앙부 상부의 좌우 또는 차륜 축에서 일정거리가 이격된 차체 전후방 범퍼 직후방의 좌우에 설치되도록 하고 각 모터 중심선도 플라잉카의 구조 유형에 따라 각각 차륜 축에 직각 또는 평행으로 설치되도록 하며, 각 모터의 전후 양단에는 주행용과 비행용으로서의 각각의 조건과 구조에 부합되는 클러치와 변속기의 세트가 결합되되 차체 내측일 경우에는 주행용, 차체 외측일 경우에는 비행용이 결합되어 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 동축 직선상의 일체형으로 형성되는 독립된 주행 및 비행 겸용의 동력계가 설치되는 구조를 통하여 4륜 전기자동차의 차륜당 1개소, 차체 전체적으로는 총 4개소의 동일한 동력계가 설치되도록 하며 각 동력계의 동일한 하나의 모터를 주행용 또는 비행용으로서 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 구조가 확보되도록 하는 것이다.

상기 동력계로부터 주행용의 바퀴나 비행용의 로터까지의 구동력 전달 장치, 즉 주행용의 구동계와 비행용의 구동계도 분리 형성될 수 밖에 없는 구조이지만 모두 합리적이며 효율적인 구조로 통상의 자동차 차체 구조 및 형태 내에서 상호 간섭없이 함께 구비될 수 있도록 하되, 특히 비행용 구동계는 활주가 필요없는 수직이착륙형의 구조이면서 블레이드의 디스크 원판하중 등이 적정하게 확보되도록 구성하며 구조 또한 개폐식 등의 구조로 차체 전후방의 내부 공간에 내장될 수 있도록 함으로써 비행용의 장치가 외부에 별도로 부착되지 않는 일반적인 자동차 형태가 구현되게 하는 등의 구조가 확보되도록 하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 4륜 전기자동차에 상기와 같은 구조의 수직이착륙형 플라잉카를 구체적으로 확보하기 하기 위하여 몇가지 유형의 상기 동력계와 구동계의 조합을 갖춘 플라잉카 구조를 제시하는 바, 그 내용이 다소 많으므로 내용의 중복과 지면의 과다 소요를 피하기 위하여 각 구조별 상세한 내용은 실시 예와 청구항 등의 항목에서 기술하기로 하고 본 항목에서는 이를 최대한 요약한 내용을 기술하기로 한다.

첫 번째로 차체 내의 각 차륜 축 상부에 그 중심선이 차륜 축에 직각이며 차체 중심선에는 좌우로 서로 나란하게 배치되는 전술한 바와 같은 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 동축 직선상의 일체형으로 구성되는 차체당 총 4개소의 동일한 주행 및 비행 겸용의 동력계와 각 동력계의 차체 내측부측 변속기에 연결되는 주행용의 구동계, 그리고 주행시에는 차체 전후방 내부에 수납되어 있다가 비행시에는 차체 전후방의 좌우 측면에 기립되어 각 동력계의 차체 외측부측 변속기로부터 구동력을 받아 구동하는 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 구조로서, 이는 청구항 1항과 관련된 내용이다.

두 번째로는 차체 내에 첫 번째와 동일한 구조의 주행 및 비행 겸용의 동력계와 주행용의 구동계에, 주행시에는 차체 전후방 내부에 수납되어 있다가 비행시에는 차체 전후방의 좌우 측에 수평으로 펼쳐져 각 동력계의 차체 외측부측 비행용 변속기로부터 구동력을 받아 구동하는 수평 회전 전개식 동축반전형 이중 로터가 구비되는 플라잉카의 구조로서 이는 청구항 2항과 관련된 내용이다.

세 번째로는 차체 내에 첫 번째와 동일한 구조의 주행 및 비행 겸용의 동력계와 주행용의 구동계에, 비행용의 구동계로서 주행시에는 차체 전후방의 내부 공간에 상중하로 수납되어 있는 상태에서, 비행시에는 차체에 고정된 상태에서 각 동력계의 차체 외측부측 변속기로부터 구동력을 받아 구동하는 동축반전형 상하 이중 덕티드 팬형 로터인 하층 비행용 구동부와, 차체 전후방에 일체로 펼쳐져 자체 모터로 구동되는 박형의 덕티드 팬형 로터인 중층 비행용 구동부와, 차체 전후방의 좌우 측면에 각각 수평으로 펼쳐져 자체 모터로 구동되는 박형의 덕티드 팬형 로터인 상층 비행용 구동부로 이루어지는 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비되는 플라잉카의 구조로서 이는 청구항 3항과 관련된 내용이다.

네 번째로는 차체 내에 첫 번째의 구조와 달리 그 중심선이 차륜 축에 평행하되 차륜 축에서 일정거리가 이격된 차체 전후방 범퍼 직후방의 좌우에 전술한 바와 같은 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기순의 동축 직선상 일체형으로 각각 설치되는 차체당 총 4개소의 동일한 주행 및 비행 겸용의 동력계와 각 동력계의 차체 내측부측 변속기에 연결되는 주행용의 구동계, 그리고 비행용 구동계로서 주행시에는 차체 내에 수납되어 있다가 비행시에는 차체 전후방의 좌우 측에 펼쳐져 각 동력계의 차체 외측부측 변속기로부터 구동력을 받아 구동하는 수평 회전 전개식 단일 로터가 구비되는 플라잉카를 구성하는 것으로, 이는 청구항 4항과 관련된 내용이다.

본 발명에 의한 수직이착륙형 플라잉카는 일반적인 전기자동차의 모터 배치와는 다르게 모터를 포함하는 동력계의 배치가 그 중심선이 차륜 축에 직각으로 배치된다던지 차률 축에 나란하되 일정거리가 이격되어 배치된다던지 하는 구조를 통하여 비행용의 로터가 차체 내에 여러가지로 있을 수 있는 문제들이 없이 효율적으로 수납되도록 구성되며, 각 동력계의 모터 양단의 차체 내측부측 또는 외측부측에 따라 그 조건과 특성에 맞게 각각 일체로 결합되는 주행용 또는 비행용 클러치들의 단속과 변속기들의 연결에 의하여 하나의 모터로 주행용 또는 비행용으로의 동력 전환 사용이 가능함으로써 상당한 수준인 별도의 고출력 모터와 인버터(또는 콘트롤러)의 비용을 절감할 수 있어 플라잉카 가격이 크게 증가하는 것을 방지하는 매우 큰 장점과 함께 차체의 중량 증가 억제 및 단순화, 각 부품과 중량의 전후좌우 대칭화 등의 효과를 확보할 수 있다.

또한 비행용 구동계의 차량 전후방 차체 공간 내부에의 내장으로 비행용 장치가 차체 외부에 부가되지 않는 일반적인 자동차 형태가 확보되도록 함으로써 일반적인 주행용 자동차로서의 형태와 사용 및 유지 용이성 등의 확보가 가능한 잇점이 있음과 동시에 주행과 비행간의 갈아타기 등의 트랜지션에 따른 사용자 불편을 제거하는 등의 큰 장점도 있으며, 쿼드로터형 드론과 동일한 매우 통상적인 구조의 4 로터 비행 시스템과 함께 차체 중량의 합리적인 배분 및 4개 로터 중심에의 무게 중심 확보 등이 이루어져 각 로터의 개별 구동과 이에 따른 다양한 비행 구현 등을 위한 용이한 제어가 가능함으로써 고등 조종교육 및 높은 수준의 라이센스 등이 불필요하고 자동 자율비행의 적용도 용이해지는 등의 효과와 더불어 운송 써비스에도 최적으로 적용될 수 있는 차체를 제공할 수 있으며, 전기자동차로서는 각 모터의 개별 제어에 의한 1~4륜의 독립 구동의 잇점 확보와 함께 수직이착륙 비행을 위해 필요한 기왕의 고출력 모터 장착에 따라 주행에서는 하이퍼 차량급에 달하는 매우 고성능을 제공할 수 있는 장점 등이 있다.

[도 1-1] 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 차체 내부의 상부(a) 및 하부 부분(b) 사시도이다.

[도 1-2] 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 차체 내부의 상부도이다.

[도 1-3] 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 기립된 로터에 대한 부분 사시도이다.

[도 1-4] 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 로터가 기립된 상태의 차체 내관 및 외관에 대한 사시도이다.

[도 2-1] 본 발명의 청구항 2항에 따른 수평회전 전개식 동축반전형 이중 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 측면도(a)와 후면도(b)이다

[도 2-2] 본 발명의 청구항 2항에 따른 수평회전 전개식 동축반전형 이중 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 평면도이다.

[도 3-1] 본 발명의 청구항 3항에 따른 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 측면도(a)와 후면도(b)이다.

[도 3-2] 본 발명의 청구항 3항에 따른 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 평면도이다.

[도 4-1] 본 발명의 청구항 4항에 따른 수평회전 전개식 단일 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 측면도(a)와 후면도(b)이다.

[도 4-2] 본 발명의 청구항 4항에 따른 수평회전 전개식 단일 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 평면도이다

이하, 본 발명에 따른 수직이착륙형 플라잉카에 관하여 각 청구항별로 그 발명의 구성과 기능, 작동 등 실시예의 내용을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명의 핵심적이고 필수적인 요지에 관계되지 않는 보편적이고 일반적이거나 부수적인 부품 등에 대한 구조의 구성이나 공지의 기능 및 작동 등에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

먼저 청구항 1항과 관련된 구조에 대하여 설명하면 다음과 같다.

관련 도면은 [도 1-1] , [도 1-2] , [도 1-3] , [도 1-4] 으로서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[도 1-1] : 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 차체 내부의 상부(a) 및 하부 부분(b) 사시도로서, 차체 전방부는 로터가 수납된 상태, 후방부는 로터가 기립되고 블레이드가 펼쳐진 상태이다.

[도 1-2] : 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 차체 내부의 상부도로서 로터가 좌우로 확장되어 펼쳐진 상태이다.

[도 1-3] : 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 기립된 로터에 대한 부분 사시도이다.

[도 1-4] : 본 발명의 청구항 1항에 따른 수직 기립형 로터가 구비되는 플라잉카의 로터가 기립된 상태의 차체 내관 및 외관에 대한 사시도로서, (a)는 비행용 수평 구동전달부가 확장되지 않은 상태, (b)는 비행용 수평 구동전달부가 확장된 상태이다.

본 청구항 1항 관련 발명의 수직이착륙형 플라잉카는 4륜의 전기자동차에 베이스를 두고 [도 1-1] 등의 도면에서와 같은 구조로 각 동력계 및 구동계가 차체에 구비되는 바,

차체(1)의 각 차륜 축(3) 중심선 중간 부위 상부에는 그 중심축이 차륜 축(3)에 직각되게 차체(1) 중심선을 좌우로 각 1개씩의 모터(4)가 서로 인접하여 나란히 대칭되도록 차체의 프레임에 고정 설치되고, 모터(4)의 전후 양단중 차체(1) 내측 측에는 주행용으로 사용되는 클러치(5)와 주행용으로서의 소정의 감속 비율을 가진 변속기(6)가, 차체(1) 외측 측에는 비행용으로 사용되는 클러치(7)와 비행용으로서의 소정의 감속 비율을 가진 변속기(8)가 각각 순차적으로 맞대어 결합되는 구조로 되어 동축 직선상의 일체형으로 형성되어 변속기, 클러치, 공용 모터, 클러치, 변속기의 순으로 결합된 구조를 취하면서 하나의 파워트레인(Power train)인 동력계를 구성하며, 이러한 동력계가 전륜 측에 2개소, 후륜 측에 2개소로서 총 4개소의 동일한 동력계가 차체(1) 내부에 구성되도록 된다.

이는 전기자동차 구동용 모터 및 변속기의 배치가 차륜 축 옆에 같은 높이 정도로 평행하게 배치되거나 차륜축에 직결되는 구조가 거의 대부분인 것과는 전혀 상이한 것으로, 적용 모터(4)의 중심축이 차량의 길이 방향 중심선의 좌우에 나란히 배치되도록 됨과 동시에 전륜 또는 후륜의 차륜 축(3) 위에는 직각으로 놓이도록 되면서 일정 수준 이상의 크기를 가지는 모터(4) 등의 합체로 구성되며 길이까지 긴 동력계가 승용차 규격의 한정된 차체 공간과 함께 모터 제어장치인 콘트롤러(또는 인버터), 냉각장치, 냉난방장치 등은 물론 전륜 바퀴의 조향 공간 및 승객 레그 룸(leg room)등의 휠 베이스와 관련된 탑승 공간 확보, 기타 차체(1)의 샤시 관련 타 부품과의 간섭도 없어야 하는 조건 등에서 각 동력계의 주행용과 비행용으로의 겸용 사용과 후술하는 주행 및 비행의 각 구동계의 효율적인 연결 및 비행용 로터(9)의 차체(1)내 수납 공간 및 합리적 위치, 이상적인 하중 분포 및 각 부분의 대칭성 등의 제반 필요 사항 확보에 전혀 문제가 없도록 차량 내부에 배치되게 되는 구조인 것이다.

한편 상기와 같이 기존 전기차와 상이한 본 발명의 모터를 포함한 동력계의 배치는 무게 중심을 높이는 단점이 있지만 상기 동력계의 무게보다 훨씬 무거운 배터리가 차체의 바닥 부분에 설치되게 되므로 무게 중심 상향의 단점은 미미하다 할 수 있다. 한편 비행용 구동계의 설치로 소화물 적재 공간 즉, 트렁크 공간이 잠식되는 단점이 있지만 2인승 쿠페형의 플라잉카에서는 승객 탑승공간 뒷부분의 유후 공간을 활용하고 5인승 세단형의 경우에는 뒷자석의 3인 탑승 공간을 부분 활용하여 대체 가능할 것이다.

상기와 같이 구성된 각 동력계는 모터(4)의 양단에 결합된 각 클러치(5,7)의 단속에 의하여 모터(4)의 구동이 주행용 또는 비행용으로 선택적으로 사용될 수 있게 되는 바, 주행용으로 모터(4)를 사용할 때에는 차량 외측 측에 결합된 비행용 클러치(7)는 끊어진 상태에서 차량 내측 측의 주행용 클러치(5)는 연결되어 모터(4)의 구동이 주행용의 구동계로만 연결되어 사용되며, 비행용으로 모터(4)를 사용할 때에는 주행용의 경우와 반대로 되는 구조인 것이며 4개의 주행용 구동계와 비행용 구동계를 각각 독립적으로 작동시킬 수 있는 구조가 확보되게 되는 것이다.

참고로 각 모터(4)의 구동과 클러치(5,7)의 단속을 제어하는 기능을 갖게 되는 콘트롤러(또는 인버터)는 4개의 각 동력계의 주변 공간에 설치되어 각 동력계를 개별적으로 제어하게 되는 개별 모듈 4개 및 각 모듈을 통합 제어하는 기능의 통합 모듈로 구성되게 되며, 이러한 제어와 관련한 사안은 본 발명의 요지인 각종 기계 장치의 구성과는 거리가 있는 주요 구조 핵심 청구 사안은 아니므로 별도의 구체적 설명은 생략하기로 한다. 그리고 전력을 공급하는 배터리는 차체(1)의 승객실 바닥 등에 주로 배치되는 통상의 전기자동차와 같은 형태로 배치된다.

모터(4)와 클러치(5,7), 변속기(6,8) 각 부분의 개별적인 결합은 일반적인 경우와 같이 각 구동축 등의 구동 부위는 상호 스플라인 결합 구조 등으로 연결됨과 함께 각 부분의 하우징 양단부 등에 형성되는 결합부에 볼트, 너트 등으로 상호 맞대기 식으로 결합되어 변속기, 클러치, 모터(4), 클러치, 변속기 순으로 결합된 하나의 일체형 동력계가 형성되게 되며, 이는 필요시 각 부분의 분리 정비가 용이함과 함께 각 부분의 개별적인 교체 및 수정이 가능한 장점도 확보되는 구조이며 특히 최선의 동력계 조합을 찾기 위한 개발 테스트 과정에서 각 부분의 개별적인 변경 수정 대체 결합 등이 비교적 짧은 시간에 용이하게 가능하여 상당한 장점을 가지는 구조인 것이고 양산 과정에서 제품 다양화 등을 도모하기에도 매우 용이한 구조가 확보되는 것이다. 또한 사용중에 일측의 클러치가 끊기면 그쪽의 구동은 전혀 일어나지 않게 되며 변속기가 모터에 먼저 연결되는 일반적인 구조와 달리 변속기에서의 불필요한 동력손실도 없게 된다

한편 다른 방법으로서 본 일체형 동력계의 모터와 클러치, 변속기의 결합은 본 발명에서와 같은 각 부분의 맞대기 결합 형태가 아닌 모터 하우징내 내장의 일체형으로 제작 구성될 수도 있다. 즉 모터의 전후 양단부 하우징이 확장된 형태의 공간 내부에 주행용 또는 비행용의 클러치가 각각 내장되는 내장형으로 구성되고 이어서 주행 또는 비행용으로서의 소정의 변속 비율을 가진 각각의 변속기가 유성기어 감속기 등의 형태로 모터의 연장된 단일 하우징내에 내장되어 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 하나의 하우징내에 일체형으로 구성되는 구조의 동력계 또는 클러치, 모터, 클러치 순의 단일 하우징 내장과 외장 변속기의 결합 형태의 동력계가 적용될 수도 있다. 하지만 이러한 단일 하우징의 일체형 구조는 전술한 바와 같은 개별적인 결합 구조에 비해 수정 변경 등이 힘이 많이 드는 점이 있을 수 있다.

본 수직이착륙형 플라잉카에 적용되는 모터는 플라잉 카의 성능은 물론, 동력계의 효율적이고 합리적인 구성에 매우 큰 영향을 미치게 되며 모터의 종류도 전원방식, 자속방식, 회전부 부위 등을 포함하여 기능, 성능,등등에 따라 수많은 종류가 있는 바, 본 청구항 1항에서의 적용 모터는 동력계의 구조 및 사용 여건상 중심축이 회전하는 통상의 인너 런너(Inner runner) 방식에, 자속 방식으로는 방사상 자속( 경방향 자속 ~ Radial Flux)의 모터를 대상으로 하였으나 특정 모터의 종류에 본 발명의 적용이 한정되는 것은 아니다.

참고로 본 발명의 구조 안출 및 그 실시 예에 적용된 각 모터(4)의 최대 출력은 플라잉카 대상인 승용차의 총중량 및 로터의 조건 등과 고출력이 필요한 수직이착륙 비행의 특성상 개당 최대출력이 200~300kw 정도이며 직경은 대략 280mm 전후에 길이는 330mm 전후인 일반적인 개발 판매 제품을 대상으로 실제적인 제반 비행 및 주행 조건과 현황 기술은 물론 즉각적인 실제 실시를 모두 고려하여 스케일이 적용된 동력계 구조 등이 안출되고 그 실시 예를 기술하였으나 사용 모터의 종류에 따라 치수 변화, 특히 길이의 변화는 큰 변화가 있을 수 있다. 예를 들어 축방향 자속(Axial Flux) 방식의 모터를 적용할 경우에는 동일한 최대 출력과 회전수 등의 수준에서 모터의 직경은 약간 증가하는 대신 길이가 많이 단축될 수 있고 중량도 작아지는 경우가 많으며 모터 길이 감소에 따라 클러치와 변속기가 모터 양단에 각각 결합된 동력계의 전체 길이도 상당히 짧아질 수 있다. 이러한 축방향 자속의 모터도 제작사별로 몇가지 방식과 구조가 있으며 후술하는 본 청구항의 실시예와 다른 형태의 플라잉카의 구조에 적합하여 적용되는 축방향 자속 모터도 모두 본 청구항에서와 같이 실제 개발되었거나 개발완료 단계의 제품을 대상으로 모두 스케일을 적용하여 실시예의 도면이 작성되고 동력계 등의 구조가 안출되었다.

클러치(5,7)는 전자식 클러치, 유압식, 기계식 일반형 클러치 등, 다양한 구조 및 방식이 있으나 동력의 전달 및 차단이 가능한 장치라면 모두 본 발명의 개념에 포함될 수 있고, 다만 본 발명의 한 실시 예에서는 유압 실린더나 솔레노이드, 페달 등의 부가장치가 필요하지 않는 구조임과 함께 본 발명의 구조 및 특성상 전기 입력의 단속만으로 코일을 자화시켜 아마츄어를 움직임으로써 클러치 작동을 할 수 있으며 비교적 얇은 두께를 가지는 구조인 일반적인 전자식 클러치를 대상으로 하였으며, 비행용과 주행용에 따라 전달 가능 최대토크가 상이해야 하는 경우가 있을 수 있고 그에 따라 그 사양이 각각 다를 수 있다.

변속기(7,8)는 일정 회전의 모터 회전수를 주행용의 바퀴 또는 비행용의 로터 구동에 적합한 각각의 회전수 영역에 맞게 적정 변속 비율로 감속시키는 일반적인 기능을 가지며, 변속 비율도 주행용의 감속 비율과 비행용의 감속 비율이 각각 상이할 수 있으므로 동일한 사용 모터의 양단에 주행용 또는 비행용의 변속기로서 각각 구분해서 다르게 사용하게 된다. 한편 본 발명의 개념에서는 모터구동 회전수의 감속이나 토크 증대 등의 일반적 기능 외에 주행용 구동계 또는 비행용 구동계의 구조, 형태와 차량 구조 등을 감안하여 각 동력계의 모터와 각각의 구동계를 합리적이고 효율적으로 연결하는 기능도 중요하게 겸하며, 본 발명의 특성상 구동모터를 기준으로 주행용의 변속기는 차체 내측 측에, 비행용의 변속기는 차체 외측 측에 위치하면서 모터와 결합된 클러치에 연결되게 된다.

상기와 같은 부품들로 구성되는 각 동력계의 차체(1) 내측 방향에 설치된 주행용의 변속기(6)의 하부에는 차체(1) 외측방향인 차륜 축(3)방향으로 출력부가 형성되어 각각 차체(1) 길이방향 중심선을 좌우로 ㄱ 자 또는 역 ㄱ 자 형태로 전, 후륜 4개의 차륜(2)까지 연결되는 각각의 주행용 구동계가 구성되는 바, 출력 측의 구동을 차륜 측(3)으로 최종 전달되도록 하기 위해 변속기(6) 출력 측에서의 구동축은 구동을 직각 방향으로 전환시키는 수평의 차륜측 방향 베벨기어 치합(10)이 내장된 기어박스까지 연결되고, 기어박스내 베벨기어 조합(10)의 차륜 측(3)으로의 출력 측에는 차륜(2) 회전용의 CV조인트(constant velocity joint)를 가진 차륜 축(3)이 설치되어 휠 허브를 통해 차륜(2)에 연결되는 구조의 주행용 드라이브 트레인 즉 주행용 구동계가 4개소 설치된다.

한편 차체(1)의 각종 프레임, 콘트롤 암, 스트러트(쇽업쇼바), 스웨이 바, 조향 기구, 허브, 넉클, 브레이크 장치 등은 일반적인 구성과 동일하고 본 발명의 핵심 요지는 아니므로 그 표시와 설명을 생략하기로 한다.

상기 각 동력계의 차체(1) 전후의 외측 방향에 설치된 비행용 변속기(8)의 하부에는 동일하게 차체(1) 전후방 외측 방향으로 출력부가 형성되어 각각 차체(1) 전, 후방의 좌, 우 말단 부위까지 수평으로 ㄱ자 또는 역 ㄱ자 형태로 구동 전달이 이루어지고 그 말단부에서는 수직 구동전달로 구성되는 비행용 수평구동전달부(11)가 설치되는 바, 비행용 변속기(8) 출력 측으로부터의 구동축은 전방에 형성되는 차체(1) 측면 방향으로의 수평의 베벨기어 치합(10)의 입력측 베벨기어에 연결되고, 차체(1) 측면, 즉 직각 방향으로의 출력측 베벨기어에 연결되는 구동 전달축은 차체(1) 전후방의 좌우 코너에 위치하게 되는 말단부의 수직의 베벨기어 치합(10)에 연결되어 비행용의 수평 구동전달부(11)를 구성하며 각각의 구동축과 기어 조합에는 그 하우징들이 당연히 함께 구성되어 설치되게 되고 차체(1) 전후방의 각 범퍼 직후방에 위치하게 되므로 범퍼와 연결되는 차체(1) 프레임 등에 의해 지지되게 된다.

한편 [도 1-2] 등에서와 같이 비행용 수평구동전달부(11)의 내부 구동축과 외부 하우징 부분은 수 겹의 스플라인 형성 구동축과 수 겹의 하우징으로 된 텔레스코픽 구조로 구비되어 하우징 외부에 설치되는 액튜에이터(20)에 의해 그 길이가 신수축될 수 있는 구조로 구비된다.

이어서 상기 각 비행용 수평구동전달부(11)의 말단에 결합되는 수직의 베벨기어 치합(10)의 하우징 상부에는 차체(1) 전후방부의 좌우 측중 일측은 직결로 짧은 구동전달축만 설치되고, 타측은 후술하는 수직 기립식 로터(9)의 접철시에 필요한 수납 공간 확보용으로서 수직 기립식 로터(9)의 단면 크기 만큼의 높이를 가지는 구동전달축과 그 하우징이 설치되며, 이어서 각각의 상부에는 하부로부터의 구동축에 연결되는 베벨기어가 설치되고 이 베벨기어에는 좌우 사이드 기어형의 베벨기어 2개가 차량 전후 방향으로 치합되며, 이들을 둘러싸는 형태의 하우징에는 차체(1) 내측부 측으로 90도 각의 원호로 면이 형성되면서 그 면의 중앙을 따라서는 후술의 회동용 베벨기어(13)의 구동축이 회동할 수 있는 홈이 형성되는 하우징이 일체로 구성되는 비행용 수직 구동전달부(12)가 설치된다.

여기서 상기 사이드 기어형의 베벨기어는 하부 베벨기어에 치합되어 서로 반대 방향으로 회전하면서 다시 회동용 베벨기어를 회전시키게 되며 회동용 베벨기어에 비해 직경이 크며 큰 구동 토크를 안전하고 내구성있게 전달하기 위해 하우징 내에 좌우 양측으로 설치된다

이어서 상기 각 비행용 수직 구동전달부(12) 하우징에는 하우징의 좌우 및 상부를 둘러싸되 그 내측부에는 상기 사이드 기어에 치합되어 회전하는 회동용의 베벨기어(13)과 그 축이 설치되는 ㄷ자형의 힌지용 브라켓이 상기 수직 구동전달부(12) 하우징의 좌우 측면을 감싸는 형태로 힌지 구조에 의해 결합되면서 차체(1) 내측으로의 수평과 상부 수직으로의 90도 회동과 함께 회동용 베벨기어(13)을 통한 구동전달이 가능하도록 되는 힌지 회동형 구동전달부(14)가 설치된다.

다시 상기 각 힌지 회동형 구동전달부(14) 상부에는 상기 회동용 베벨기어(13)의 축과 결합되는 로터 구동축(15)이 그 하우징(16)과 함께 설치되고, 일정 길이의 로터 구동축(15) 상부 끝단에 설치되는 로터 허브(17)에는 90도 회동형의 힌지가 4개소 형성되며 이 힌지에는 회전원심력과 자중, 그리고 수평유지용 멈춤 돌기(18-1)와 자석(18-2)에 의해 각각 수평과 수직으로의 유지 및 접철이 되는 4엽의 블레이드(18)가 결합됨으로써 하나의 수직 기립식 로터(9)를 구성하게 된다.

여기서 힌지 회동형 구동전달부(14) 좌우 측면의 브라켓에는 로터 접철용 서보(19)에 치합되는 드리븐 기어가 결합되고 여기에 고정 부위인 비행용 수직 구동전달부(12)에 그 본체가 결합되는 로터 접철용 서보(19)의 최종 기어가 결합되어 서보(19)가 작동되면 힌지 회동형 구동전달부(14)가 움직이게 됨으로써 수직 기립식 로터(9)가 수평과 수직으로 접찰되게 된다

즉, 힌지 회동형 구동전달부(14)와 일체로 된 각 수직 기립식 로터(9)가 회동 힌지에서 로터 접철용 서보(19)에 의해 수평으로 접히거나 수직으로 기립되게 되며, 전 후방에 좌우 한 개씩인 각 로터(9)가 수평으로 접혔을 때는 차체(1) 내에 상하로 포개지는 구조를 취하며 수직으로 기립될 때는 상부에 포개어져 있던 로터(9)가 먼저 기립되고 이어서 하부의 로터(9)가 기립되게 되며 다시 수평으로 접을 때에는 기립 때와 반대 순서로 접혀서 차체 내에 수납되게 된다.

상기와 같은 각 부의 구성에 의해 전체적으로 총 4개소의 수직기립식 로터(9)의 비행용 구동계가 구비되게 된다.

이상에서 청구항 1항과 관련한 본 발명 실시예의 구체적 내용 등에 대하여 설명하였는 바, 이에 따른 플라잉카의 작동 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 비행용으로 사용될 때에는 각 로터(9) 상부의 차체 바디 판넬 분할 부분들이 열린 후 전후방의 좌우 각 로터중 상부에 포개져 있는 로터(9)를 서보(19) 등으로 먼저 기립시키고 주행용 클러치(5)는 끊어져 있는 상태에서 비행용 클러치(7)를 연결시킨 후 모터(4)를 작동시키면 비행용 구동계를 통하여 모터(4) 구동이 로터(9) 구동축(15)으로 전달되고 로터 블레이드(18)가 회전하면서 원심력에 의해 4엽의 블레이드(18)가 모두 수평으로 펼쳐져 아이들링 회전 상태로 되고 이어서 하부에 수납되어 있던 로터(9)가 수직으로 기립되고 먼저 기립된 상부 로터(9)와 같은 과정을 거쳐 로터가 회전됨으로써 4개의 로터 블레이드(18)가 모두 수평으로 펴져 아이들링 회전하는 상태가 되며 각 모터(4)의 회전수를 증가시켜 수직 이륙을 위한 로터 최대 추력을 발생시켜 이륙하게 된다.

참고로 이륙시 로터 접철용 서보(19)에 의해 좌우 각 로터(9)가 수평상태에서 상하로 포개져 있다가 기립되었을 때는 먼저 기립된 상부 로터(9)의 끝단이 비행용 수직구동전달부(12)의 높이 차이(전후방 대각선으로는 같은 높이)에 따라 하부 로터(9) 기립시의 끝단 높이보다 높게 되며, 이에 따라 수평으로 형성되는 블레이드 디스크 면도 같은 높이 차이가 나서 서로 부딪히지 않게 되고, 각 로터(9)는 하나의 로터당 4엽의 블레이드(18)가 구비되어 회전하게 되므로 추력 발생에도 유리한 구조라 하겠으며, 로터 블레이드(18)는 회전 상태에서는 로터 허브(17)에의 블레이드(18)측 힌지 결합구 외측면에 형성되는 수평유지용 멈춤 돌기(18-1)가 로터 허브(17)에 걸려 회전력이 증가하더라도 블레이드(18)가 수평을 유지하게 되며, 회전이 정지되면 블레이드(18)가 자중에 의해 수평 회전상태에서 수직으로 접혀지게 되고 블레이드(18)측 힌지 결합구 내측 부위와 로터 허브 단부에 매립 고정된 자석(18-2)에 의해 접혀진 상태를 유지하게 되며 이륙시에는 회전 블레이드(18)에 걸리는 원심력에 의해 블레이드(18)측 힌지 결합구 부위 자석이 허브의 자석에서 떨어지고 회전수 증가에 따라 수평회전상태가 된다.

비행중에는 기본적으로 통상의 쿼드콥터형 드론과 같은 방식으로 단순히 각 모터(4)의 개별적 제어에 의한 로터(19) 회전수 조절만으로 수직 이착륙, 전진, 후진, 좌회전, 우회전, 상승, 하강 호버링 등의 다양한 비행이 가능하게 되고 자율 비행 제어도 비교적 용이하며, 통상의 헬리콥터처럼 스와시 플레이트나 테일 로터 등이 없어 이로 인한 제어 문제나 기계적 결함도 발생할 일이 없는 구조의 단순함에 따른 잇점이 있다.

수직 착륙후에는 이륙과 반대로 좌우 로터(19)중 낮은 쪽 로터의 모터(4) 동력을 동력계의 비행용 클러치(7)를 먼저 끊음으로써 블레이드(18) 회전이 정지되고 자중에 의해 수직으로 접혀진 블레이드(18)의 로터(9)를 서보(19) 등에 의해 차체 내부에 원래 수납되어 있던 공간으로 접철시키고 이어 높은 쪽 로터(9)의 회전을 정지시켜 블레이드(18)가 접힌 후 먼저 수납된 하부 로터위에 포개지도록 수납되게 된다.

비행용 수평구동전달부(11)가 비신축형으로 사용될 경우에는 블레이드(18) 회전면이 평면상으로는 부분적으로 중첩되기는 하지만 좌우 로터(9)가 서로 높이 차이(대각선으로는 같은 높이)가 있어 블레이드(18)가 부딪히지는 않으며 추력 발휘 측면에서 블레이드 회전면이 차체(1) 일부 부분 위에 위치하게 되기는 하나 차체(1)의 바디 측면에 발생할 수 있는 코안다 효과(Coanda effect)로 추력이 많이 감소하지는 않을 것이며, 블레이드 회전면이 차체(1) 외측으로 많이 나가지 않아 공간을 적게 점유하는 점과 단순히 로터(9) 기립만으로 로터 회전 준비가 끝나 동작이 단순한 점 등의 잇점이 있다.

한편 비행용 구동계에서 수평구동전달부(11)의 신축형 부분이 사용될 경우의 작동 과정을 별도로 설명하면 다음과 같다. 먼저 수평구동전달부(11) 하우징에 설치된 액튜에이터(20)에 의해 수평구동전달부(11)가 수평으로 신장되면서 좌우측 각 말단 부분이 차체(1) 측면으로 나와 정지된 다음, 수평 상태인 로터 상부의 차체 바디 판넬 분할 부분들이 열리고 서보(19) 등에 의해 좌우 각 로터(9)가 동시에 수직으로 기립하게 되고, 이어서 로터 회전이 되면서 원심력으로 블레이드(18)가 모두 수평으로 펴지고 나면 열렸던 바디 판넬들은 닫히고 수직 이륙준비가 끝나게 되며, 착륙시에는 로터(9) 회전이 멈추어 수평이던 블레이드(18)가 자중에 의해 수직으로 다시 접히고 나면 바디 판넬들이 열리고 로터(9)는 수평으로 접혀지게 되며 늘어나 있던 수평구동전달부(11)의 신축형 부분이 원상태로 줄어들면서 접힌 로터(9)와 함께 차체의 원래 위치에 수납이 되고 이어서 바디 판넬들이 닫혀 주행을 할 수 있는 상태가 되며, 신축 기능의 사용은 상황에 따라 할 수도 안할 수도 있으나 적재하중이 클 경우에는 사용하는 것이 바람직하다 하겠다.

주행을 위해서는 4개소의 각 동력계에서 비행용의 클러치(7)는 모두 끊어지고 주행용의 클러치(5)만 연결이 된 상태에서 모터(4)를 작동시키면 주행용 구동계의 구동전달을 통하여 말단인 차륜(2)를 굴려 주행하게 되며, 각 모터(4)의 개별 제어 즉, 1륜에서 4륜까지의 개별적인 독립 구동 및 속도 제어가 가능하므로 상황에 따라 각각의 개별 및 전체 동시 구동 등이 모두 가능한 4륜 독립 구동을 구현하게 된다.

다음에는 청구항 2항과 관련하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적 내용을 설명하기로 한다.

관련 도면은 [도 2-1] , [도 2-2] 로서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[도 2-1] : 본 발명의 청구항 2항에 따른 수평회전 전개식 동축반전형 이중 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 측면도(a)와 후면도(b)이며, 측면도(a)의 전방 부분은 로터가 차체 내부에 수납된 상태를, 후방부분은 로터가 차체 외부에 전개된 상태를 나타내고, 후면도(b)의 좌측부는 로터가 외부에 전개된 상태를, 우측부는 로터가 차체 내부에 수납된 상태를 나타낸다.

[도 2-2] : 본 발명의 청구항 2항에 따른 수평회전 전개식 동축반전형 이중 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 평면도이며, 전방 부분은 로터가 차체 내부에 수납된 상태를, 후방 부분은 로터가 차체 외부에 전개된 상태를 나타낸다.

본 청구항 2항과 관련한 수직이착륙형 플라잉카의 구조는 주행 및 비행 겸용 동력계의 기본적인 구성 및 결합 순서 등은 청구항 1항과 완전히 동일하며 모터(4)의 출력도 유사하지만 단지 길이만 짧을 뿐인 모터(4)를 사용한 동일한 동력계의 상태에서 비행용 구동계의 또 다른 구조의 구성에 대한 것이다.

즉, 청구항 1항의 실시 예에서 적용 예시한 모터(4)는 그 길이가 330mm 전후로서 비교적 긴 매우 통상적인 종류의 방사상 자속(Radial Flux) 모터이나, 본 청구항에서 적용 예시하는 모터(4)는 최대출력이 비슷하면서도 모터의 직경은 약간 큰 대신 길이는 200mm 전후로서 통상적인 모터보다 상당히 짧은 축방향 자속(Axial Flux)의 모터를 적용하여 1항과 동일한 결합 형태의 동력계와 주행용 구동계를 구성하되 비행용 구동계만 1항과 완전히 상이한 형태를 구비하는 것에 대한 것이다.

축방향 자속의 모터를 이용하여 모터 출력 등의 확보, 결합 구조 등을 포함하여 본 발명의 주요사항인 주행 및 비행 겸용의 동력계를 동일하게 구성하는 데는 전혀 지장이 없고 단지 각 동력계의 길이만 짧아지며 이를 이용한 청구항 1항과 동일한 구조의 주행용 구동계를 구성 및 구동하는 데에도 전혀 지장이 없다.

즉 주행용의 구동계는 각 동력계의 주행용 변속기(6)의 차륜 축(3) 방향으로 형성되는 각 출력부들로부터 각각 ㄱ자 또는 역 ㄱ자 형태로 바퀴(2)까지 구동전달이 이루어지는 구조가 구비되며 청구항 1항에서의 구동전달 구조와 동일하다.

본 항에서의 비행용 구동계는 청구항 1항의 수평구동전달부(11)의 말단부까지는 동일한 구조로 구성되며 이후부터의 비행용 구동계를 구성하는 구조가 다른 바, 말단부 이후부터는 수평힌지형 구동전달부(21), 상하 동축반전(co-axial contra rotating)형 이중 구동 구조(22)등을 가지는 로터 암부(23), 블레이드부(24)의 순서로 연결되는 구조의 수평 회전 전개식 동축반전형 이중 로터가 구비되어 청구항 1항의 비행용 구동계 구조와는 완전히 상이한 구조로 구성된다.

먼저 수평 힌지형 구동전달부(21)는 하부의 수평구동전달부(11) 하우징과 결합되어 고정 상태로 됨과 함께 내부에 수평구동전달부(11)의 말단부 수직구동축과 결합된 후 이를 다시 수평으로 구동을 전환하는 수직-수평의 베벨기어 치합(10)과 그 축이 구비되는 내측 하우징과 이를 감싸며 수평 회전이 가능한 외측 하우징의 이중 실린더형 수평회전 힌지(25) 구조로 구비되며, 수평회전을 위해 내측 하우징의 중간에는 내부의 수평 베벨기어와 맞물리면서 외측 하우징과 일체인 수직 베벨기어에 결합된 수평 구동축이 수평회전하며 지나갈 수 있는 반원보다 약간 큰 길이의 홈이 형성되며, 외측 하우징의 외부에는 수평힌지용 회전용 서보(26)이 설치되어 외측 하우징의 겉면에 형성된 기어를 회전시킴으로써 수평구동축과 일체인 외측 하우징이 내부하우징을 감싼 채 수평회전 될 수 있는 구조를 구비하게 된다.

로터 암부(23)는 수평 힌지형 구동전달부(21)의 수평구동축과 외측 하우징에 결합되는 차체 폭보다 약간 짧은 길이의 구동전달축과 그 하우징으로 구성되는 수평의 로터 암(27)으로 구비되되, 암의 시점부에는 암 자체의 수직 회전용의 수직힌지(28) 구조와 그 서보(29)가 구비되고 말단부에는 상하 이중의 베벨기어 조합과 하우징, 그리고 상하 구동축에 결합된 허브 플레이트(30) 등으로 구비되어 상하 이중으로 구동을 전달하는 상하 동축반전형 이중구동 구조(22)가 결합된다.

서보(26)에 의한 수평회전 힌지(25) 외측 하우징의 수평 회전시 일체로 된 로터 암부(23)이 같이 수평 회전하여 차체(1) 측면에 전개된 후 모터(4) 가동 등으로 수직이륙 등을 위한 추력을 발생시키게 되며, 로터 암부(23) 시점부의 수직회전 힌지(28)의 서보(29) 작동시에는 로터 암부(23)이 수직회전하게 되어 로터의 전방 방향 틸팅 동작이 이루어지게 되며 전진 비행을 위한 추력 발생 상태가 된다.

전술한 바와 같은 수평 힌지형 구동전달부의 수평 힌지(25)와 로터 암부의 수직 힌지(28) 구조는 본 발명의 하나의 실시예로서 예시한 것으로 한정되는 것은 아니며 다른 구조에 의한 힌지 구조도 가능할 수 있다

로터 암부(23)의 수납 및 외부 전개와 관련하여 주행시에는 상기 [도 2-2] 에서와 같이 차체(1) 전후방의 내부 수평구동전달부(11) 상부에 차륜 축(3)에 대비 약 10도 전후의 비스듬한 상태로 서로 나란히 수납되고, 비행시에는 수평 힌지형 구동전달부(21)에서의 서보(26) 구동에 의하여 차체 전후방의 좌우측 외부 공간으로 수평회전하되 외측 수납로터는 170도 전후, 내측 수납 로터는 190도 전후 각각 수평 회전되어 차체 측면에 모두 직각으로 전개되고, 비행 종료시에는 반대 과정으로 다시 차체 내의 수납 위치에 복귀되게 되며 필요시에는 로터 암부(23)의 수평회전 전개 각도를 줄여 차체 측면에 직각이 되지 않게 로터 암부를 전개할 수도 있다. 여기서 로터 암부(23)의 차체 수납시의 각도가 차륜 축(3)에 대비 10도 전후의 각이 확보되지 않으면 전륜의 조향과 간섭 충돌을 발생시키게 되거나 동력계와 부딪히거나 하게 되며, 차체 전후의 오버 행(Over Hang)이 늘어나서 차체 전체길이 증가를 유발하게 되거나 또는 로터 암끼리 충돌을 일으켜 수납이 아예 안되거나 하므로 수납 각도 유지는 매우 중요한 요소이다.

블레이드부(24)는 로터 암부(23) 말단의 상하 동축반전형 이중 구동 구조(22)의 상하 각 구동축에 결합되는 직경 30cm 전후의 허브 플레이트(30)에 120도 간격으로 결합되는 길이 1m 전후의 3개의 블레이드로 구성되되, 3개중 1개는 고정엽(31)으로, 2개는 힌지 구조의 가동엽(34)으로 설치되면서 상황에 따라 무선으로 접철용 서보(32) 등에 의해 가동엽(34)의 힌지 결합구 외면에 형성되는 웜기어를 회전시켜 가동엽(34)이 120도씩 수평 회전하게 됨으로써 고정엽(31) 좌우로 펼쳐지거나 다시 접혀지게 되는 구조로 된다.

즉 비행을 할 때에는 주행용 상태인 접혀서 차체(1) 내에 수납된 상태에서 로터 암부(23)이 수평회전되어 차체(1) 측면에 직각으로 펼쳐진 후, 고정엽(31) 좌우의 가동엽(34)이 각각 120도씩 서로 반대방향으로 펼쳐져 상하 3엽의 블레이드가 120도씩 이격된 상태가 된 후, 동력계의 모터(4) 회전에 따라 상하 블레이드가 서로 반전 회전하여 추력을 발생시킴으로써 비행을 하게 되고 착륙 후에는 고정엽(31)의 블레이드가 로터 암(27) 위로 최종 정지되도록 동력계의 모터(4)가 제어되고 이어서 가동엽(34)인 2개의 좌우 블레이드가 다시 120도씩 서로 반대 방향으로 회전하여 고정엽(31) 좌우에 일부분이 상하로 겹쳐지면서 접히고 이어서 로터 암부(23)가 회전하여 로터 전체가 차체 내로 다시 수납되고 비행이 최종 종료되어 주행용으로서의 사용 준비가 된다. 여기서 각 블레이드는 피치각이 주어져 있으므로 고정엽(31) 앞뒤로 좌우 가동엽(34)이 부분적으로 상하 겹쳐지더라도 서로 부딪히지 않게 된다.

한편 상하의 블레이드는 접혀져 모아지거나 펼쳐진 상태에서 상하 모두 같은 위치에 있게 되고 회전하면서 서로 반대 방향으로 회전하게 되어 120도 회전마다 상하로 한번씩 겹쳐지지만 이외에는 개별적으로 겹쳐지지 않은 상태에서 회전하게 되므로 정상적인 추력을 발생시키는 데에는 지장이 없으며, 허브 플레이트(30)에의 가동엽 접철용 서보(32) 등의 설치에 따른 무게의 편심발생은 서보(32) 맞은 편의 허브 플레이트(30)상에 편심 상쇄용 무게추가 Count weight(33)로 설치되어 상쇄되게 되며, 가동엽 접철용 서보(32) 등의 블레이드 접철 기구는 차체(1) 본체와의 근거리 무선송수신장치, 서보 모터, 배터리 등으로 구성되어 허브 플레이트(30)에 고정 설치되게 되지만 한편으로는 가동엽(34)가 그 힌지 결합구와 허브 플레이트 상의 고정용 걸이에 설치되는 복귀용 스프링의 수축력에 의해 접혀지고, 회전시에는 블레이드에 작용하는 원심력에 의해 펼쳐지는 구조로 구비될 수도 있다.

비행을 위한 전체 순서 과정을 설명하면 먼저 차체(1) 전후방의 로터 상부 바디 판넬인 전방 본네트(49)와 후방 트렁크 리드(50)가 개방된 후 차체(1) 외측부에 수납되어 있는 로터가 당연히 먼저 수평회전하여 전개되고 이어서 내측부에 수납되어 있는 로터가 전개되고 나면 열렸던 바디 판넬들(49,50)이 닫히고 전개된 각 로터의 블레이드가 펼쳐지며 주행 및 비행 겸용 동력계의 비행용 클러치(7)이 연결되면 모터(4)의 구동으로 각 로터의 상하 이중 블레이드가 상호 반전하여 회전함으로써 비행을 위한 이륙을 하게 되고 착륙후에는 이륙과 반대 과정으로 로터가 모두 수납된 후 주행 및 비행 겸용 동력계의 주행용 클러치(5)가 연결됨으로써 주행 준비 상태가 된다.

전술한 바와 같이 구성된 주행 및 비행 겸용의 동력계와 주행용 구동계 및 비행용 구동계를 구비한 차체는 4개의 비행용 로터가 모두 동축반전형의 상하 이중 로터임에 따라 추력 확보에 상당히 유리하므로 총이륙중량이 무거운 편인 4~5인승의 세단형 전기자동차 차체의 플라잉카에 적합한 구조라 하겠으나 2인승 쿠페형 차체에도 당연히 적용가능하다.

다음에는 청구항 3항과 관련하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적 내용을 설명하기로 한다.

관련 도면은 [도 3-1] , [도 3-2] 로서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[도 3-1] : 본 발명의 청구항 3항에 따른 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 측면도(a)와 후면도(b)이며, 측면도(a)의 전방부분은 모든 로터가 차체 내부에 수납되어 있는 상태를, 후방부분은 중층 및 상층 로터가 차체 외부에 전개된 상태를 나타내고, 후면도(b)는 중층 및 상층 로터가 전개된 상태로서 좌측부는 상층 로터가 수평인 상태, 우측부는 상층 로터가 수직인 상태를 나타낸다.

[도 3-2] : 본 발명의 청구항 3항에 따른 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 평면도이며, 전방부분은 로터가 차체 내부에 수납되어 있는 상태를, 후방부분은 중층 및 상층 로터가 차체 외부에 전개된 상태를 나타낸다.

본 청구항 3항과 관련한 수직이착륙형 플라잉카의 구조는 청구항 1항과 동일한 동력계와 주행용의 구동계에 비행용의 구동계로서 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비되는 구조에 관한 것으로, 동력계의 구성 및 결합 순서 등은 청구항 1항과 동일하나 실 적용 모터는 청구항 2항의 구조에서와 같이 길이가 짧은 축방향 자속 모터가 적용되며, 주행용 구동계 역시 청구항 1항 및 2항에서의 구조와 동일하지만 비행용의 구동계는 청구항 1항의 동력계에 직접 연결되어 구동전달을 받는 동축반전형 상하 이중 팬(39) 구조의 덕티드 팬형(Ducted Fan Type) 로터로 구비되는 하층 비행용 구동부(36)와, 자체의 별도 모터(44)를 구비하며 각각 다른 형태로 차체 외부에 전개되는 박형의 덕티드 팬형 로터들로 구비되는 중층 비행용 구동부(37)와 그 위의 상층 비행용 구동부(38)로 이루어지는 수직 3겹의 덕티드 팬형 로터가 구비된다.

먼저 하층 비행용 구동부(36)는 차체(1)의 전방 및 후방의 범퍼와 차륜 축(3) 사이의 각 내부 공간의 하부중 바퀴의 조향 부위를 제외한 공간을 거의 채우는 정도의 크기를 가지며, 차체(1) 길이방향 중심선을 기준으로 좌우 1개씩 구비되어 2개가 한 쌍으로 덕티드 팬 전체가 차체(1)에 완전히 고정 설치되고 각각 제 1 항 동력계의 비행용 변속기(8)로부터 구동력을 전달받는 상하 동축반전형의 기어 박스(40)와 이에 결합되면서 구동전달을 하는 구동 전달축이 설치된 상하 2중 팬(39) 구조의 덕티드 팬으로 구비되며, 차체(1) 전 후방에 각각 2개 1세트씩, 총 2세트가 설치된다. 이 하층 비행용 구동부(36)는 팬의 크기는 그리 크다고 할 수 없지만 차체(1)의 4개소 각 동력계의 모터(4)로부터 덕티드 팬 한 개당 150kw 전후 정도의 큰 동력을 전달받으므로 이를 추력으로 최대한 전환시키기 위해 이중 팬 구조를 취하는 것이다.

중층 비행용 구동부(37)는 하층 비행용 구동부(36)의 상부에 같은 크기로 설치되면서 차체(1) 전후방의 테두리에 수직회전 힌지(41) 구조로 일측 편이 고정되고 서보(42) 등에 의해 상기 차체 전후방의 외부공간으로 180도 수직 회전되어 수평으로 전개되며 내부에 구비되는 자체 모터(44)에 의해 구동하는 좌우 1개씩의 2개가 1세트로 일체형인 구조의 박형의 덕티드 팬으로 구비되고 이 역시 차체 전후방에 각 1세트씩 총 2세트가 설치되게 된다. 구동은 덕트 1개당 60kw 전후의 자체 모터(44)로 구동되며 하층 비행용 구동부(36)보다는 상당히 작은 추력을 생성하게 된다.

상층 비행용 구동부(38)는 중층 비행용 구동부(37)의 상부에 역시 같은 크기로 좌우 1개씩 분리되어 설치되면서 차체 좌우측의 테두리에 수평회전 힌지(45) 구조로 일측 편이 고정되고 서보(46) 등에 의해 상기 차체(1) 좌우측의 외부공간으로 각각 180도 수평 회전으로 전개되며 내부에 구비되는 자체 모터(44)에 의해 구동하는 좌우 1개씩의 2개가 한쌍인 박형의 덕티드 팬으로 구비되어 전후방에 각 1세트씩 총 2세트인 4개가 설치되게 된다. 구동은 역시 덕트 1개당 60kw 전후의 자체 모터(44)로 구동되며 이 역시 하층 비행용 구동부보다는 상당히 작은 추력을 생성하게 되지만 필요시 로터 암 부분에 구비되는 수직회전 힌지(47)의 서보(48) 작동으로 덕티드 팬을 전방으로 회전시켜 전진 비행 등에 사용할 수도 있다.

본 구조와 유사 형태라고 할 수 있는 대형 덕티드 팬이나 다수의 소형 덕티드 팬의 구비 구조가 있으나 모두 단순히 덕티드 팬 자체의 내부 모터나 공용의 엔진으로 구동하는 구조로서 본 발명의 하층 비행용 구동부의 덕티드 팬과 같은 주행 및 비행 겸용 동력계에 의한 바퀴와의 1:1 겸용 구동 구조는 없으며, 또한 일부의 경우에서 덕티드 팬의 차체내 상하 겹침 설치 형태나 소형 로터의 단순 나열에 의한 복수 설치 형태가 있으나 차체 외부로의 전개 구조나 방식 등도 상이하며 바퀴의 조향 공간이 고려되지 않아 대형이든 소형이든 팬의 설치 자체가 아예 불가능한 고안도 있으며, 주행용 구동 계통의 일반적이고 합리적인 설치도 어려운 경우가 많다.

즉, 본 발명은 기존의 경우와 상이하게 본 발명의 특징인 주행 및 비행 겸용의 동력계와 연계된 독특하면서도 매우 효율적인 구조와 방식의 덕티드 팬형 로터들을 구비하는 것으로서, 차체 내에서 특수한 조건으로 구비된 4개소의 주행 및 비행 겸용의 각 동력계마다 각각 비행용 덕티드 팬(36)이 직결되고 다시 이의 배치와 연관되면서 추가적으로 기존에 없는 차체 앞뒤로 펼쳐지는 구조의 차체 전후방 전개식과 차체 좌우로 전개되되 수평회전 전개되며 전진 비행을 위한 수직회전도 가능한 구조의 차체 좌우 측방 전개식을 포함한 박형의 덕티드 팬형 로터들(37, 38)이 최대의 추력을 발생시키기 위해 복합적이면서도 독특하고 효율적으로 설치되는 형태로서 기존과는 상이한 특징들이 있는 것이다.

상층과 중층 로터(37,38)의 외부 전개를 위한 차체(1) 전후방의 로터 상부 바디 판넬 개방은 일반 승용차의 전방 본네트(49)나 후방의 트렁크 리드(50)의 전동식 개폐 구조 및 방식과 동일하며, 펜더와 범퍼 판넬의 일부분이 일체로 되어 개폐된다는 것이 상이하다. 본네트 등의 판넬 상부 중간 부위에는 차체 내부의 하부 덕티드 팬 크기보다 약간 큰 크기의 그물망이 형성되게 되므로 상층과 중층의 각 로터(37, 38)가 외부에 전개된 후 비행을 위해 본네트 등(49, 50)이 닫히더라도 차체(1) 내부에 고정되어 있는 하층 비행용 구동부 덕티드 팬(36)으로의 공기 흡입은 지장이 없게 된다.

주행시 자동차 형태를 완벽히 유지하는 수직이착륙형 플라잉카의 유형으로서 덕티드 팬형의 로터를 갖출 경우 추력 확보에 한계가 생길 수도 있지만 본 발명의 구조와 같이 다중의 멀티 로터를 효율적으로 구비할 경우 문제가 완화 또는 해결될 수도 있다.

이 항과 관련한 실제 실시 대상 플라잉카는 기본적으로 총이륙중량이 2,300kg 전후인 2인승 쿠페형 차량을 적용 대상으로 하지만 사용 모터의 출력과 추력이 크게 확보될 수 있는 경우에는 당연히 4인승 차체에도 적용이 가능하다.

비행을 위해서는 먼저 차체(1) 전후방의 로터 상부 바디 판넬인 전방 본네트(49)와 후방 트렁크 리드(50)가 개방된 후, 상층 비행용 구동부(38)가 각각 차체 좌우측 외부 공간으로 힌지(45) 및 서보(46)에 의해 수평 회전되어 전개되며 이어서 중층 비행용 구동부(37)가 차체 전후방의 외부 공간으로 힌지(41) 및 서보(42)에 의해 각각 수직 회전되어 전개되고 이후 로터 상부 바디 판넬들(49, 50)이 닫히고 나면 구동준비 즉, 수직이륙을 포함한 비행준비가 끝나게 된다. 비행은 역시 일반적인 쿼드로터형 드론의 경우와 같이 각 로터의 회전수 제어에 의해 이루어지게 되며 특히 상층 로터(38)의 경우는 수직이륙이 된 후, 구비된 수직 힌지(47) 및 서보(48)에 의해 전진 비행을 위한 틸팅 로터의 형태를 취할 수도 있다.

착륙시에는 이륙과 반대 과정으로 진행되어 중층비행용 구동부(37)가 먼저 차체 내부의 하층 비행용 구동부(36) 위로 포개어져 수납되고 이어서 차체 좌우에 전개되어 있던 상층 비행용 구동부(38)가 각각 중층 비행용 구동부(37) 위로 수납되고 나면 바디 판넬들(49, 50)이 닫히고 자동차로서의 주행 준비 상태가 된다. 동력계는 청구항 1항의 동력계와 동일한 구조인 바, 비행용 클러치(7)는 끊어지고 주행용 클러치(5)가 연결됨으로써 자동차로서의 주행이 가능해지게 되며, 주행 성능은 총 4개인 주행 및 비행 겸용의 각 동력계 모터(4) 1개당 출력이 비행을 위해 150kw 전후인 고출력이 사용되므로 주행용 총출력이 600kw 전후가 되어 이를 이용한 주행성능 역시 슈퍼 카를 넘어서는 하이퍼카 급의 성능이 구현될 수 있다.

이 구조의 플라잉카는 일반적인 로터를 사용하는 플라잉카보다는 비교적 간결하고 이착륙을 위한 공간도 적게 소요되는 등의 매우 큰 장점이 있는 반면, 추력 발생 효율은 좋은 편이 아니라 할 수도 있을 것이며 소음도 비교적 크고, 공용이 아닌 별도의 외부 전개 덕티드 팬용의 모터와 고추력 발생용의 고가의 특수형 팬 사용 등으로 차량 가격도 높은 편에 속할 구조라 할 수 있다.

다음으로는 청구항 4항과 관련한 본 발명을 실시하기 위한 구체적 내용을 설명하기로 한다.

관련 도면은 [도 4-1] , [도 4-2] 로서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[도 4-1] : 본 발명의 청구항 4항에 따른 수평회전 전개식 단일 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 측면도(a)와 후면도(b)이며, 측면도(a)의 전방부분은 로터가 차체 내부에 수납된 상태를, 후방부분은 로터가 차체 외부에 전개된 상태를 나타내고, 후면도(b)의 좌측부는 로터가 외부에 전개된 상태를, 우측부는 로터가 차체 내부에 수납된 상태를 나타낸다.

[도 4-2] : 본 발명의 청구항 4항에 따른 수평회전 전개식 단일 로터가 구비되는 플라잉카의 각 동력계 및 구동계 구성에 관한 평면도이며, 전방부분은 로터가 차체 내부에 수납된 상태를, 후방부분은 로터가 차체 외부에 전개된 상태를 나타낸다.

본 항에서의 수직이착륙형 플라잉카용 주행 및 비행 겸용 동력계는 청구항 1항, 2항, 3항의 동력계와는 달리 4륜 전기자동차의 차체(1) 전후방의 범퍼와 차륜 축(3) 사이의 각 내부 공간 하부에 그 중심축이 차체의 길이방향 중심선에 직각되게 좌우 각 1개씩의 모터(4)가 인접하여 대칭되게 설치되되, 각 모터(4)의 전후 양단중 상기 차체(1) 내측 측에는 주행용으로 사용되는 클러치(5)와 변속기(6)이, 차체 외측 측에는 비행용으로 사용되는 클러치(7) 및 변속기(8)이 각각 순차적으로 맞대어 결합되는 구조로 되어 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 동축 직선상의 일체형으로 각각 동일하게 형성되는 구조로 구비되어 차체(1) 전체로는 차체(1) 전 후방 각각에 좌우 1개씩, 총 4개소의 개별 독립적인 제어가 가능한 주행 및 비행 겸용 동력계가 구비되며, 각 동력계의 주행 및 비행 겸용의 모터(4)는 역시 그 길이가 짧은 축방향 자속 모터 적용을 기본으로 하나 통상의 방사상 자속 모터도 직경이 약간 크지는 대신 길이가 줄면서 출력 등도 적합하다면 적용될 수 있다. 각 동력계의 주행용 출력부인 주행용 변속기(6)는 그 출력부가 차륜 축(3)의 등속 조인트 결합 부위가 되어 동력계 중심축과 직각되게 차륜 축(3) 방향으로 구조가 형성되며, 비행용 출력부인 비행용 변속기(8)는 본 항에서의 비행용 구동계의 형태 및 연결 구조상 일반적인 구조의 변속기가 아닌 유성기어 변속기 형태를 취하며, 타 청구항 구조와 유사하게 각 변속기(6, 8)는 변속 기능과 함께 각각의 구동계로의 구동전달을 하는 역할을 겸한다.

본 청구항에서의 주행용 구동계는 각 동력계의 주행용 변속기(6)의 말단 출력부에 차륜 축(3)의 이너(inner) 등속 조인트 스플라인 축이 결합되므로 이에 따라 출력부이후에서는 차륜 축(3)과 차륜(2) 등으로 구성되는 일자 형태의 주행용 구동계가 구비된다. 주행용 변속기(6)의 클러치(5)측 입력부위로부터 출력부위인 차륜 축(3)의 등속조인트 결합부까지의 변속기 내부 구동전달 방식은 기어 조합으로 될 수도 있지만 체인이나 벨트 및 풀리 등으로 이루어지는 것이 보다 합리적일 것이다.

비행용 구동계는 각 동력계의 비행용 변속기(8)의 차체(1) 측면 측으로 형성되는 각 출력부들로부터 구비되며, 수직구동전달부(12), 수평힌지형 구동전달부(21), 로터 암부(23), 블레이드부(24)의 순서로 연결되는 구조의 수평 회전 전개식 로터가 구비되는 바,

수직구동전달부(12)는 주행 및 비행 겸용 동력계의 유성기어 감속기형 비행용 변속기(8)의 차체(1) 외측부측으로 형성되는 각 출력부에 수평-수직의 베벨기어 치합(10)으로 연결되어 수직으로 구동이 전환되는 구조와 그 하우징으로 구비되며, 이후의 비행용 구동계인 수평 힌지형 구동전달부(21), 로터 암부(23), 블레이드부(24)는 청구항 2항의 비행용 구동계에서와 동일한 구조로 구성되되 다만, 로터 암부(23) 말단부의 로터 구동 구조가 동축반전식의 상하 동축반전형 이중 구동 구조(22)가 아닌 상부 또는 하부 수직으로만의 단일 구동 구조(51)인 것과 그에 따른 상부 또는 하부 단일의 블레이드부(24)로 구비되는 것만 차이가 있다.

이 청구항 4항과 관련한 각 부분의 실시 예와 작동 과정은 청구항 2항의 실시 예에서 설명한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 이 항과 관련한 실시 대상 플라잉카는 4개의 비행용 로터가 상하 이중 로터 구조(22)가 아닌 단일 로터 구조(51)로서 추력 확보에 한계가 있으므로 기본적으로 총이륙중량이 4인승 자동차보다 상당히 가벼운 편인 2인승 쿠페형 전기자동차 차체의 플라잉카에 적합한 구조라 하겠다. 하지만 청구항 2항에서와 같은 상하 동축반전식 이중 구동 구조(22)의 로터도 그 두께를 최대한 줄일 경우에는 본 청구항에서의 주행 및 비행 겸용 동력계와의 결합도 당연히 가능하고 차체(1)의 본네트(49) 부위가 비정상적으로 높아지지 않으면서 통상적인 승용차의 형태가 확보될 수 있으므로 2인승은 물론, 4인승 플라잉카 등에도 적용될 수 있다.

이상 각 청구항 별로 본 발명의 실시 예와 관련한 각 부분의 상세 구성과 작동 등에 대하여 설명하였는 바, 본 발명의 실시 예에 따른 추정 성능 및 산업상 이용가능성 등에 대하여 대표적으로 4인승 Sedan형 플라잉카에 대한 실시예인 청구항 2항의 주행 및 비행 겸용 동력계와 주행용 구동계, 동축반전 이중 로터의 비행용 구동계를 구비한 플라잉카를 기준으로 설명하면 다음과 같다.

청구항 2항의 각 동력계와 구동계 등의 구조를 구비한 4인승 차량의 차체 순중량은 1,900kg 정도로 추정할 수 있으며, 현재 1kwh당 4kg(~250wh/kg) 전후인 배터리 130kwh의 탑재 중량 약 500kg을 더하면 2,400kg 정도가 되고 여기에 4인의 수화물 포함 탑승중량으로서 400kg(FAA 규정~91kg/seat) 을 더하면 2,800kg의 총중량(최대이륙중량~MTOW)이 예상되며 총 4개소인 로터의 1개소당 부하 중량은 최소 700kg이 된다.

비행용으로서 사용할 때 수직이착륙과 본 발명의 로터 구조 등을 고려하면 총출력 대 총중량(Power/Mass)의 비율은 0.4kw/kg전후가 바람직한 수준임에 따라 본 발명의 안출에 적용된 4개소 동력계의 동력 합은 1,200kw, 개소당 300kw로 상정되었는 바, 이는 약 0.43kw/kg 정도로서 eVTOL 시험 개발기인 CityAirbus의 0.36 kw/kg보다 높은 수준이므로 동작이 약간 더 기민할 것이라고 볼 수 있으며 적정한 수준의 출력이 확보되었다고 볼 수 있다.

또한 본 발명의 구조상 적용 가능한 로터의 직경은 2.1m 전후로서 로터당 블레이드 디스크 면적은 약 6.92m²이고 총면적은 27.68m²이며, 디스크 단위면적당 추력발생 최소 예상치를 비슷한 로터 유형의 수직이착륙 틸트 로터기인 V-22 Osprey와 CityAirbus의 중간 수준인 120kg/m²으로 보면 발생 가능한 총추력은 최소 3320kg정도가 가능할 것이므로 수직이착륙이나 비행에 지장이 없을 것으로 예상되며, 양호한 수준의 블레이드 면적과 추력 발생 능력이 확보되었다고 할 수 있을 것이다, 또한 청구항 1항의 수직기립형 로터를 제외한 각 청구항별 발명은 그 구조상 로터가 지면과 상당히 가까워 수직 이착륙시 지면효과(Ground effect)의 발생도 기대할 수 있을 것으로 예상된다

비행속도는 전진 비행을 위해 수평 로터의 수직회전(로터 틸팅) 기능 등이 작동될 경우에는 400km/hr 전후의 속도로 VTOL형 UAM 중에서도 비교적 빠른 편에 속할 것으로 추정되며, 비행 가능 시간은 배터리 에너지밀도의 현 기술 수준상 당장은 비행시간이 25분 전후일 것으로 짧게 추정되지만 전고체 배터리 등, 배터리의 기술 발전이 계속 진전되고 있어 향후 비행시간이 대폭 늘어날 수 있을 것이며, 당분간은 배터리 팩의 교체로 대응될 수 있고 또한 수소연료전지나 발전용의 별도 엔진 등의 적용도 가능할 것이다.

비행중에는 기본적으로 통상의 쿼드콥터형 드론과 같은 방식으로 단순히 각 모터의 개별적 제어에 의한 로터 회전수 조절만으로 수직 이착륙, 전진, 후진, 좌회전, 우회전, 상승, 하강, 호버링 등의 헬기와 같은 다양한 비행이 가능하게 되고 예기치 않은 돌풍 등에 의한 피칭, 롤링, 요잉 등에도 비교적 용이하게 대응 가능할 뿐 아니라 자율 비행을 위한 제어도 난이하지는 않을 것이며, 헬기와 달리 스와시 플레이트나 테일 로터 등이 없어 구조가 단순함에 따른 잇점도 있고 소음도 약간 적으며 공간도 비교적 적게 차지함과 함께 비행 비용도 적게 소요되는 등의 장점들이 있다.

참고로 본 발명의 비행 관련 소음은 구조상 모터가 차체 내부에 내장되어 있어 외부 로터에 장착되어 노출상태에서 작동되는 경우와 달리 소음을 일정 부분 저감시킬 수 있으며 로터 블레이드의 회전에 따른 소음도 통상의 헬기보다 작은 크기와 3~4엽의 블레이드 형태임에 따른 소음 저감 효과도 확보될 수 있을 것으로 추정되며 차후 지속적으로 흡음, 차음 등의 방음이나 액티브 노이즈 캔슬링 등의 소음 축소 관련 각종 대책이 적용된다면 상당한 수준의 소음 감소가 이루어져 도시내 저소음형의 항공 모빌리티의 구현도 가능할 것이다.

한편 비행 안전장치와 관련하여 필요시에는 본 발명 구조상 각 동력계와 구동계가 차량 전후방에 대칭되는 형태로 구성됨에 따라 차체의 무게 중심이라 할 수 있음과 동시에 전후방 로터의 중간 부위로서 블레이드가 회전되는 부위가 아닌 차체의 승객용 캐빈 중앙 상부의 합리적인 위치에 비상용의 사출식 낙하산이 내장될 수 있어 비행 중에 추력을 상실할 위험이 있을 때나 상실했을 때의 낙하산의 안전 개방 및 작동 등에도 유리한 점이 있는 플라잉카 구조가 된다.

도로 주행용으로 사용할 때는 총중량이 2,800kg 전후인 차체의 수직 이착륙이 가능토록 하기 위해 4개소 각 동력계의 모터 한개당 최대 출력이 300kw 전후인 고출력의 모터가 불가피하게 사용됨에 따라 주행용으로 사용가능한 총출력이 1,200kw(약 1,600HP) 전후로서 매우 높은 수준이므로 주행시 제로백 성능은 2초 전후로 예상되며 최고속도도 300km/hr 중후반대로서 슈퍼카를 넘어서는 하이퍼카 급의 고성능 주행이 예상될 수 있으며, 주행가능 거리도 130kwh 전후의 배터리 탑재로 최소 800km 이상이 될 것으로 추정된다.

또한 본 발명에서 각 동력계의 모터를 주행용으로 사용할 때에는 각 바퀴마다 1개씩의 모터가 구비되는 형태로서 각 모터의 개별 제어를 통하여 상황에 따라 1륜에서 4륜까지의 각각의 개별적인 독립 구동 및 토크 제어 등이 가능하므로 기존의 차동장치 기능보다 나은 능동적인 4륜 독립 구동을 확보하게 되어 커브길, 눈길, 빗길, 기타 모래, 험로 등에서 탁월한 주행 성능을 구현할 수 있으며, 이는 모터 배치 형태는 상이하지만 각 바퀴마다 1개씩의 모터가 배치된 Mercedes-Benz SLS AMG Electric Drive 모델 등의 4륜 독립구동과 같으며, 추가적으로 필요시 제자리 회전 기능인 이른바 'Tank Turn'이나 수평이동 기능인 'Crab Mode' 등을 위한 장치 및 제어 기능도 구비가 가능한 구조이다. 향후 전기자동차는 출력의 대, 소에 관계없이 모두 4륜 독립 구동 및 조향 구조의 형태로 발전해 나갈 것으로 전망된다.

그리고 본 발명의 특성상 주행과 비행 간에 옮겨 타야 하는 불편이 없음과 함께 자동 및 자율비행이 용이한 쿼드 콥터(Quad-copter) 구조이며 동력계의 겸용 사용 구조에 따라 차량 가격도 매우 높지는 않을 것이므로 일반적인 사용 이외에도 UAM(Urban Air Mobilty)로써의 도시 항공 운송 써비스 분야에서도 매우 효율적인 운용 수단으로서의 역활이 가능해 산업적 이용 가능성이 높은 유용한 구조의 발명이라 할 수 있을 것이다.

.

부호의 설명

1 : 차체 2 : 차륜

3 : 차륜 축 4 : 모터

5 : 주행용 클러치 6 : 주행용 변속기

7 : 비행용 클러치 8 : 비행용 변속기

9 : 수직 기립식 로터 10 : 베벨기어 치합

11 : 비행용 수평 구동전달부 12 : 비행용 수직 구동전달부

13 : 회동용 베벨기어 14 : 힌지 회동형 구동전달부

15 : 로터 구동축 16 : 로터 하우징

17 : 로터 허브 18 : 로터 블레이드

18-1 : 수평 유지용 멈춤 돌기 18-2 : 내부 매립 고정 자석

19 : 로터 접철용 서보 20 : 액튜에이터

21 : 수평힌지형 구동전달부 22 : 상하 동축반전형 이중 구동 구조

23 : 로터 암부 24 : 블레이드부

25 : 수평회전 힌지 26 : 수평회전 힌지용 서보

27 : 로터 암 28 : 수직회전 힌지

29 : 수직회전 힌지용 서보 30 : 허브 플레이트

31 : 고정엽 32 : 가동엽 접철용 무선 서보

33 : 카운트 웨이트 34 : 가동엽

35 : 상부 바디 판넬 분할 부분 36 : 하층 비행용 구동부

37 : 중층 비행용 구동부 38 : 상층 비행용 구동부

39 : 상하 2중 팬 40 : 상하 동축반전형 기어 박스

41 : 중층 비행용 구동부용 수직회전 힌지 42 : 중층 비행용 구동부 수직회전 힌지용 서보

43 : 박형 덕티드 팬 44 : 덕티드 팬용 모터

45 : 상층 비행용 구동부용 수평회전 힌지 46 : 상층 비행용 구동부 수평회전 힌지용 서보

47 : 상층 비행용 구동부용 수직회전 힌지 48 : 상층 비행용 구동부 수직회전 힌지용 서보

49 : 본네트 50 : 트렁크 리드

51 : 상부 수직 단일 구동 구조

Claims

4륜 전기자동차에 있어서 전륜과 후륜의 차륜 축 중심선 중간 부위 상부에 그 중심축이 차륜 축에 직각되게 차체 중심선 좌우로 각 1개씩의 모터가 인접하여 나란히 대칭되게 설치되되, 상기 각 모터의 전후 양단중 상기 차체 내측 측에는 주행용으로서 사용되는 클러치와 변속기가, 상기 차체 외측 측에는 비행용으로서의 클러치 및 변속기가 각각 순차적으로 맞대어 결합되는 구조로 되어 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 동축 직선상의 일체형으로 각각 동일하게 형성되는 주행 및 비행 겸용의 동력계가 구비되고,

상기 각 동력계의 주행용 변속기의 하부에 차륜 축 방향으로 형성되는 각 출력부들로부터는 각각 ㄱ자 또는 역 ㄱ자 형태로 차륜까지 구동전달이 이루어지는 주행용의 구동계가 구비되며,

상기 각 동력계의 비행용 변속기의 하부에 차체 외측부측으로 형성되는 각 출력부들로부터는 비행용의 구동계로서,

각각 상기 차체 전, 후방의 좌, 우 측단 부위까지 ㄱ자 또는 역 ㄱ자 형태로의 수평 구동전달 및 최종 말단부에서의 수직 구동전달로 구성되며, 수평구동전달 부위의 내부 구동축과 그 하우징이 액튜에이터에 의해 신수축이 가능한 텔레스코픽 구조로 된 수평구동전달부 ;

상기 각 수평구동전달부의 말단부 상부에 좌, 우 중 일측은 직결되고 타측은 후술의 로터부 단면 크기만큼 높이가 높도록 수직으로 결합되면서 로터 접철용 서보에 의해 수평과 상부 수직으로의 회동과 함께 구동전달도 가능하도록 구성되는 힌지 회동형 수직구동전달부 ;

상기 힌지 회동형 수직구동전달부에 연결되는 구동축, 원추형 하우징, 허브 플레이트, 4엽의 접철식 블레이드 등으로 결합 구성되는 로터부 ;

가 구비되는 수직기립식 로터형의 수직이착륙형 플라잉카.
제 1 항에 있어서, 상기 비행용 구동계중 상기 수평구동전달부 이후의 비행용 구동계로서,

상기 수평구동전달부의 말단부 수직구동축에 결합되어 수평으로 구동이 다시 전환되는 구조가 내부에 구비됨과 함께 서보에 의해 수평 회전할 수 있는 힌지구조 하우징으로 구비되는 수평 힌지형 구동전달부;

상기 수평 힌지형 구동전달부의 수평구동축에 결합되는 구동전달축과 그 하우징으로 구성되는 차체 폭보다 약간 짧은 길이의 암으로 구비되되, 상기 암의 시점부에는 암의 수직회전용 힌지 구조와 서보가 구비되고 암의 말단부에는 상하 이중으로 구동을 전달하는 동축반전형 이중 구동전달 구조가 결합되며, 주행시에는 상기 차체 내부에 차륜 축에 대비 10도 전후의 각도로 수납되고 비행시에는 차체 전후방의 좌우측 외부 공간으로 수평 회전 전개되는 로터 암부;

상기 로터 암부의 말단부 상하 각 구동축에 결합되는 허브 플레이트에 120도 간격으로 설치되되 3개중 1개는 고정엽으로, 2개는 힌지 구조로 설치되면서 무선 서보 등에 의해 상기 고정엽 좌우로 접철 가능한 가동엽으로 구비되는 블레이드부;

가 구비되는 수평 회전 전개식 동축반전형 이중 로터형의 수직이착륙형 플라잉카.
제 1 항에 있어서 상기 비행용의 구동계로서,

상기 차체의 전, 후방의 범퍼와 차륜 축 사이의 각 내부 공간 하부에 차체 길이방향 중심선을 기준으로 좌우 1개씩 구비되어 2개가 한쌍으로 차체에 고정 설치되면서 각각 상기 제 1 항 동력계의 비행용 변속기로부터 구동력을 전달받아 구동하는 동축반전형 상하 2중 팬 구조의 덕티드 팬으로 이루어지는 하층 비행용 구동부;

상기 하층 비행용 구동부의 상부에 좌우 1개씩 구비되어 2개가 한쌍으로 상기 차체 전후방의 테두리에 힌지구조로 일측 편이 고정 설치되면서 각각 서보 등에 의해 상기 차체 전후방의 외부공간으로 전개되어 고정될 수 있으며 내부에 구비되는 모터에 의해 구동하는 박형의 덕티드 팬으로 이루어지는 중층 비행용 구동부;

상기 중층 비행용 구동부의 상부에 좌우 1개씩 구비되어 각각 상기 차체 전후방의 좌우측 테두리에 형성되는 수평회전 힌지 구조에 연결되는 수직회전 힌지 구조의 짧은 연결용 암으로 일측 편이 고정 설치되면서 각각 서보 등에 의해 상기 차체 좌우측의 외부공간으로 수평회전 전개되고 틸팅될 수 있으며 내부에 구비되는 모터에 의해 구동하는 박형의 덕티드 팬으로 이루어지는 상층 비행용 구동부;

가 구비되는 수직 3겹 덕티드 팬형 로터의 수직이착륙형 플라잉카.
4륜 전기자동차에 있어서 차체 전후방의 범퍼와 차륜 축 사이의 각 내부 공간 하부에 그 중심축이 상기 차체의 길이방향 중심선에 직각되게 좌우 각 1개씩의 모터가 대칭되게 설치되되, 상기 각 모터의 전후 양단중 상기 차체 내측 측에는 주행용으로 사용되는 클러치와 변속기가, 상기 차체 외측 측에는 비행용으로 사용되는 클러치 및 변속기가 각각 순차적으로 맞대어 결합되는 구조로 되어 변속기, 클러치, 모터, 클러치, 변속기의 순으로 동축 직선상의 일체형으로 각각 동일하게 형성되는 주행 및 비행 겸용의 동력계가 구비되고,

상기 각 동력계의 주행용 변속기의 상기 차체 차륜 축 부위에 형성되는 각 출력부위로부터는 각각 일자 형태로 차륜까지 구동전달이 이루어지는 주행용의 구동계가 구비되며,

상기 각 동력계의 비행용 변속기의 상기 차체 측면 측으로 형성되는 각 출력부위로부터는 비행용의 구동계로서,

상부 수직으로 구동이 전환되는 구조의 수직구동전달부;

상기 수직구동전달부의 수직구동축에 결합되어 수평으로 구동이 다시 전환되는 구조가 내부에 구비됨과 함께 서보에 의해 수평 회전할 수 있는 힌지구조 하우징으로 구비되는 수평 힌지형 구동전달부;

상기 수평 힌지형 구동전달부의 수평구동축에 결합되는 구동전달축과 그 하우징으로 구성되는 차체 폭보다 약간 짧은 길이의 암으로 구비되되, 상기 암의 시점부에는 암의 수직회전용 힌지 구조와 서보가 구비되고 암의 말단부에는 수평에서 수직으로 구동이 전환되는 구조가 결합되며, 주행시에는 상기 차체 내부에 차륜 축에 대비 10도 전후의 각도로 수납되고 비행시에는 차체 전후방의 좌우측 외부 공간으로 수평 회전 전개되는 로터 암부;

상기 로터 암부의 말단부 수직 구동축에 결합되는 허브 플레이트에 120도 간격으로 설치되는 3개의 블레이드중 1개는 고정엽으로, 2개는 힌지 구조로 설치되면서 무선 서보 등에 의해 상기 고정엽 좌우로 접철 가능한 가동엽으로 구비되는 블레이드부;

가 구비되는 수평 회전 전개식 로터형의 수직이착륙형 플라잉카.