KR100308181B1 - 수중추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 수중 추진장치(1)는 물 입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 원통형 보호판(3)과; 상기 보호판(3)내에서 축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브(15)를 갖는 프로펠러(13)와; 상기 프로펠러(13)를 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러(13)의 외주 둘레로 장착되는 회전자(23)와, 상기 보호판(3)과 외접하고 있는 고정자(25)를 구비하는 전기 모터(24)와; 베어링 표면둘레로 그 주변의 물을 순환시킴으로써 베어링 조립체(17)를 윤활 및 냉각시키는 수단(83)(99)를 구비하는 베어링 조립체(17)를 포함한다. 정지형 커버(85)는 상기 베어링 조립체(17) 위에서 상기 축(9)의 물 입구단에 착탈가능하게 고착되어, 상기 베어링 조립체(17)내의 베어링에 용이한 접근을 제공할 수 있도록 한다. 상기 보호판(3)의 내부에서 상기 축(9)에 동심형으로 장착되는 베인부재(11)는 상기 프로펠러(13)의 하류측에 연결되어, 상기 프로펠러(13)가 회전할 때 공동화를 감소시키고 그에 수반에 소음도 감소시킨다. 상기 회전자(23)의 자화가 복수개의 영구자석(125)에 의해 제공되어, 효율을 개선시키고 소음을 감소시킨다. 댐퍼봉(130)과 도전성 쐐기(128)로부터 형성된 다람쥐통 구조체는 회전자의 자석과 일체화되어, 모터의 개시동작을 도울 뿐만 아니라, 그들의 자성을 감소시킬 수도 있는 조파 전류로부터 자석을 절연시키기도 한다.

Description

수중 추진장치

제1도는 본 발명의 추진장치의 사시도.

제2도는 제1도에 도시된 추진장치의 II-II선 단면도.

제3도 및 제4도는 각각 제1도에 도시된 추진장치의 정면도 및 배면도.

제5(a)도는 제1도에 도시된 추진장치의 분해 단면도로서, 상기 추진장치의 축과 프로펠러의 허브 사이에 배치되는 베어링 조립체의 각종 부품을 나타내는 도면.

제5(b)도는 제5(a)도에 원(5B)으로 표시된 부분의 확대도로서, 회전자 입구 링과 고정자 입구 링의 치형 표면으로 인해 고정자와 회전자 사이에 뒤틀린 경로가 형성됨으로써, 외부의 입자가 이 공간으로 유입되는 것을 방지하는 방법을 나타내는 도면.

제6도는 제1도에 도시된 추진장치의 VI-VI 선 단면도.

제7도는 제6도에 원(7)으로 표시된 부분의 확대도로서, 고정자 및 회전자의 양자의 구조를 상세히 나타내는 단면도.

제8도는 프로펠러의 허브와 함께 회전하는 전방 커버 대신, 고정형 착탈식 전방 커버를 갖는, 본 발명의 추진장치의 또다른 실시예에 대한 사시도.

제9도는 제8도에 도시된 추진장치의 IX-IX 선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 추진장치 3 : 보호판

9 : 고정축 13 : 프로펠러 수단

15 : 허브 17 : 베어링 조립체

23 : 회전자 24 : 전기 모터

125 : 영구자석 128 : 쐐기

130 : 댐퍼 바아

본 발명은 수중 추진장치(a submersible propulsor unit)에 관한 것으로, 특히 고-추력, 저-중량, 저-소음 및 관리가 용이한, 일체적 모터를 갖는 개량된 선박용 추진장치에 관한 것이다.

일체적 모터형 추진장치는 종래기술로 공지된 바 있다. 그러한 추진장치는 수상함에 이용될 수 있기도 하지만, 그것의 주-응용분야는 신뢰도, 제어, 저소음에 대한 필요성이 급증하고 있는 잠수함용 보조 구동장치이다. 종래기술에 있어서, 전형적으로 그러한 추진장치는 프로펠러에 연결되는 출력축을 갖는 “깡통식으로 밀폐(canned)” 되거나 습식 권취형의 전기 모터를 포함하고 있다. 상기 프로펠러는 추력을 증가시키기 위하여 전형적으로 보호판과 외접하고 있으며, 상기 모터는 프로펠러의 바로 뒤나 바로 앞에 배치된다. 불행하게도, “깡통식으로 밀폐된” 모터가 프로펠러에 의해 발생되는 수류의 바로 앞이나 바로 뒤에 배치되며 이는 유체의 흐름을 방해하여 이 장치에 의해 발생되는 유효 추력을 감소시키는 경향이 있다. 이 차단에 의해 발생되는 추력 손실을 감소시키기 위해서 고속 및 소경의 모터가 이용되었다. 그러나, 이 축의 속도가 고속이면 프로펠러에서 캐비테이션이 많이 발생하여 바람직하지 않은 많은 소음이 발생될 수도 있다.

“웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션”에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 일체적 모터를 갖는 추진장치를 개발하였다. 그 모터는 미국 특허 제 4, 831, 297호에 개시되어 있다. 이 특수한 추진장치는 그 구조가 제트 엔지과 유사하며, 물 입구와 물 출구를 갖는 원통형 보호판과, 상기 보호판내에서 복수개의 지지 베인이 동심형으로 장착되어 있는 축상에 회전가능하게 장착되는 허브를 갖는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 구동시키기 위한 전기 모터를 일반적으로 포함하고 있다. 상기 전기 모터는 프로펠러 블레이드의 외주 둘레에 장착되는 환형 회전자와, 이 추진장치의 보호판내에 일체로 형성되는 고정자를 구비한다. 이 특수한 종래 기술의 추진장치의 개선된 설계는, 이 장치는 프로펠러가 유체 역학적 형상의 보호판을 통해 가동될 수 있도록 하는 수류가 크게 방해 받지 않으므로, 소음량이 감소됨과 아울러, 소정의 무게 및 크기에 대한 추진장치의 추력 출력도 상당히 증가된다. 이 장치의 조용함은 보호판의 소음차단 특성으로 인해 더욱 개선된다.

상술한 일체적 모터를 갖는 추진장치가 기술에 있어서 상당한 진보를 이룩하긴 하였지만, 본 출원인은 이 장치의 설계 중 많은 부분이 개선될 여지가 있다는 것을 깨닫게 되었다. 예를 들어, 물로 윤활되는 스러스트 및 레이디얼 베어링은 정기적으로 교체해 주어야 한다. 그러기 위해서는 추진장치를 드라이 도크로 집어 넣어야 한다. 게다가, 베어링 부품을 검사하거나 교체할 필요가 있는 경우에는, 이 베어링의 위치 때문에 추진장치를 거의 완전히 분해해야 한다. 본 출원인은, 프로펠러의 상류에 위치된 지지 베인이 이 추진장치의 작동중 프로펠러를 둘러싸고 있는 물에 캐비테이션을 발생시킬 수 있으며, 이에 수반하여 바람직하지 않은 소음이 발생될 뿐만 아니라 이 장치의 효율도 감소될 수 있다는 것을 깨닫게 되었다. 또한, 본 출원인은 이렇게 특수한 종래 기술의 추진장치에 이용되는 유도식 모터 구조에 있어서 회전자와 고정자간의 전자기 결합이 효율적으로 이루어질 수 있기만 하다면 회전자의 외경과 고정자의 내경 사이의 간격이 매우 가까울 필요가 있다는 점도 알게 되었다. 그러나, 그렇게 간격이 가까우면, 고정자와 회전자의 사이에 배치되는 얇은 수막에서 항력이 발생될 뿐만 아니라; 회전자를 통해 전도되는 조파 전류(harmonic currents)(고정자에 의해 형성되는 자계가 비대칭이기 때문에 어느 정도는 항상 존재하고 있음)의 크기가 증가되어 회전자가 진동하게 됨으로써 원치 않는 추가의 소음도 발생된다. 또한 상기 고정자의 내경과 회전자의 외경 사이의 간격이 가까우면, 추진장치가 기계적 충격을 강하게 받는 경우나, 고정자나 회전자 사이에 해수의 파편이 모이는 경우, 추진장치에 원치 않는 취약지역이 형성될 수도 있다.

따라서, 드라이 도크로 집어넣을 필요가 없고, 검사나 관리 작업을 수행하기가 비교적 간단하고 쉬운 베어링 조립체를 갖는, 잠수함 등의 선박용으로 이용하기위한 개선된 일체적 모터형 추진장치가 필요하다. 또한, 그러나 추진장치가 종래기술의 장치보다 소음을 적게 내고, 기계적 충격이나 해수 파편의 수집에 대한 취약 영역에서 그 장치의 취약성을 감소시키기 위해서 고정자와 회전자 사이의 간격이 그렇게 밀접하게 되지 않아도 되는 설계를 갖는다면 이상적일 것이다.

본 발명은 종래기술과 관련된 상술한 단점이 해소되거나 적어도 개선된 일체적 모터형 추진장치에 관한 것이다. 본 발명의 추진장치는 일반적으로 물 입구 및 물 출구를 갖는 보호판과; 상기 보호판내에서 축에 회전가능하게 장착되는 허브를 갖는 프로펠러와; 상기 프로펠러를 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러의 외주 둘레로 장착되는 회전자와, 상기 보호판과 외접하고 있는 고정자를 구비하는 전기 모터와; 상기 프로펠러의 허브와 상기 축 사이에 배치되며, 본 장치를 둘러싸고 있는 그 주변의 물에 의해 냉각 및 윤활되는 베어링 조립체를 포함한다. 상기 베어링 조립체는 상기 베어링의 표면 사이로 윤활 및 냉각용 수류를 순환시키는데 필요한 임펠러 기구를 포함할 수도 있다. 더욱이, 상기 축은 베어링 조립체에 윤활 및 내각용 물의 일정한 스트림을 제공하기 위하여 프로펠러의 하류에 하나 또는 그 이상의 흐름용 입구를 포함할 수 있다. 이 흐름용 입구는 필터로 덮힐 수도 있다. 하류에 위치된 이 입구의 위치는 그 주변의 물에 동반된 파편이 베어링 조립체내로 유입되는 것을 방지하는데 도움이 된다.

상기 베어링 조립체는 프로펠러 허브와 축의 상류단 사이에 배치되는 스러스트 베어링과, 본 자치의 이들 두 부품 사이의 마찰을 감소시키기 위해서 상기 프로펠러 허브의 내측 원주 주변에 배치되는 레이디얼 베어링 카트리지를 포함할 수도 있다. 본 장치는 관리작업 중 스러스트 베어링과 레이디얼 베어링 카트리지에 접근하기 쉽도록, 스러스트 베어링에 착탈가능하게 장착되는 커버를 더 포함할 수도 있다. 이 착탈식 커버는 프로펠러 허브에 연결되어 본 장치의 작동 중 프로펠러를 따라 회전될 수도 있고, 분리된 부품으로서 축의 물 입구에 해제가능하게 고착되어 회전중인 프로펠러에 대해 정지상태로 남아 있는 수도 있다. 정지 상태의 착탈식 커버는 본 추진장치이 작동중 소음을 더욱 감소시킨다는 잇점을 갖는다. 경우에 따라서는 본 장치의 내충격성을 증가시키기 위하여 고정형 착탈식 커버와 보호판 사이에 스트럿이 추가될 수도 있다.

복수개의 베인 부재는 본 장치의 축과 보호판의 내측 표면 사이에 연결된다. 상기 보호판을 통해 흐르는 물의 스트림에 의해 발생되는 소음의 량을 더욱 감소시키기 위해서, 이 베인 부재는 프로펠러의 허브와 보호판의 물 출구 사이에 배치되어 있는 축의 일부분에 모두 연결된다. 더욱이, 베인 부재가 프로펠러의 블레이드와 협동하여 상기축을 보호판내에서 동심형으로 지지하므로, 추진장치에 의해 발생되는 추력이 증가된다.

마지막으로, 본 장치의 프로펠러를 구동시키기 위하여 이용되는 교류 모터의 회전자에는 유도 권선 대신 영구 자석을 이용하여 회전자내에 필요한 자계를 형성시킬 수도 있다. 그렇게 영구자석을 이용하면, (유도 권선을 통한 임피던스 손실이 제거되기 때문에) 모터의 전체 효율이 증가될 뿐만 아니라, 회전자의 외경과 고정자의 내경 사이의 간극이 이들 두 부품간의 양호한 자기 결합을 손상시키지 않고도 증가될 수 있다는 더욱 유익한 잇점이 있다. 그렇게 간극의 크기가 증가되면, 회전자상의 유체 항력이 감소되고, 회전자와 고정자의 양자에서부터 나오는 자계의 비대칭 때문에 회전자에서 발생되는 바람직하지 않은 조파 전류의 세기가 감소되며, 이에 수반하여 회전자의 진동이 감소되므로 더욱 순조롭고 조용한 동자이 이루어지게 된다. 또한 이렇게 간극의 크기가 증가되면, 해수 파편의 수집으로 인해 본 장치가 이 위치에서 손상될 확률이 더욱 감소된다.

상기 회전자는 고정자에서 나오는 요동 자계와 동기화를 이루는데 있어서 회전자를 도울 수 있는 다람쥐통 구조를 제공하기 위하여, 영구자석의 외주에 복수개의 도전성 댐퍼 바아를 더 포함할 수도 있다. 이 댐퍼 바아는 자석을 상술한 조파 전류와 같은 감자성 전류(demagnetizing current), 또는 본 장치의 단락 회로에서 발생되는 전류로부터 절연시킨다. 폴 캡(pole cap)은 상기 도전성 댐퍼 바아를 덮고 그것과 자석을 이격시키기 위해서, 각각의 영구자석의 표면에 배치될 수도 있다. 도전성 쐐기는 다람쥐통 구조를 혀성하는 전류 전도 능력을 증가시키기 위하여, 회전자내의 영구자석 사이에 배치될 수도 있다. 마지막으로, 소음을 더욱 감소시키기 위하여 고정자 슬롯을 경사지게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 추가 장치는 상술한 구조를 갖기 때문에 종래 기술의 추진장치보다 중량이 가볍고 출력이 높으며 소음발생이 더 적다.

본 발며은 첨부도면과 관련된 이하의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

제1, 2, 3, 4도를 참조하면, 여러 도면에 걸쳐서 동일한 부호는 동일한 부분을 나타내는 것으로서, 본 발명의 추진장치(1)는 일반적으로 물 입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 원통형상의 보호판(보호판 조립체)(3)을 포함한다. 상기 보호판의 내부는 대체로 코트(Kort) 노즐과 유사한 형사을 갖는다. 고정축(비회전축)(9)에는 상기 보호판(3)의 내부의 회전 축선을 따라서 복수개의 베인 부재(11)가 장착되어 있다. 상기 베인 부재(11)는 고정축(9)을 보호판(3)내에서 지지함과 아울러, 그들의 경사진 배향(제4도에 가장 잘 도시됨)으로 인해 프로펠러 수단(13)에 의해 발생된 추력을 증가시키는 기능도 수행한다. 상기 프로펠러 수단(13)은 보호판(3)의 내부에 배치된다. 상기 프로펠러 수단(13)은 베어링 조립체(17)에 의해서 상기 고정축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브를 그것의 중앙에 구비한다. 상기 프로펠러 수단(13)은 복수개의 경사진 블레이드(19)를 구비한다. 상기 블레이드(19)의 내측 단부는 상기 허브(15)의 둘레에 동일한 간격으로 장착되며, 외측 단부는 보호판(3)의 중앙부에 일체로 형성되어 있는 전기 모터(교류 모터)(24)의 회전자(23)에 연결된다. 상기 전기 모터(24)는 회전자(23) 둘레에 그것과 밀접하게 이격되어 배치되는 고정자(25)를 더 포함한다. 본 추진장치(1)의 고정자(25)를 전원(28)에 접속시키기 위하여 터미널 포스트 조립체(27)가 추진장치(1)의 상부에 제공된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이것은 가변 주파수의 사이클로-컨버터이다.

제2도 및 제5(a)도를 참조하면, 상기 추진장치(1)의 베어링 조립체(17)는 상기 프로펠러 수단(13)과 고정축(9)간의 원주방향 및 축방향의 마찰을 최소화시키기 위하여 레이디얼 베어링(레이디얼 베어링 카트리지)(30)과 스러스트 베어링(스러스트 베어링 조립체)(45)을 갖는다. 제5(a)도를 구체적으로 살펴보면, 상기 레이디얼 베어링(30)은 관형 부싱(tubular bushing)(32)을 갖는다. 모넬(Monel)로 형성되는 것이 바람직한 상기 관형 부싱(32)은 한쌍의 볼트 러그(34)에 의해 허브(15)의 내경에 장착된다. 상기 볼트 러그(34)의 각각은 나사 보어(35)를 구비한다. 이 나사 보어(35)는 상기 허브(15)의 예리한 상류부(36)에 존재하는 볼트(장착 볼트)(37)와 정렬된다. 이 볼트(37)가 제2도에 도시된 위치에 고착되었을 때, 상기 관형 부싱(32)은 당연히 허브(15)를 따라서 고정축(9)에 대하여 회전된다. 상기 관형 부싱(32)의 내경에는 한쌍의 고무제 베어링 슬리브(38a, 38b)가 배치된다. 이 슬리브는 관형 부싱(32)의 내면을 따라 존재하는 환형 리세스(40)내에 배치되어, 상기 베어링 슬리브(38a, 38b)와 관형 부싱(32) 사이이 축방향 운동을 방지시킨다. 상기 고무제 베어링 슬리브(38a, 38b)의 각각의 내경에는 이 베어링 슬리브(38a, 38b)와 고정축(9) 사이로 항상 흐르고 있는 해수에 동반되는 외부의 물질을 배출하기 위하여 복수개의 나선 홈(42)이 제공된다. 상기 스러스트 베어링(45)은 추진장치(1)의 작동중 프로펠러 수단(13)에 의해 발생되는 축방향 하중을 수용할 수 있도록 설계된 주 스러스트 베어링(47)과, 전기 모터(24)가 작동하지 않을 때 “물레방아식으로 도는(windmilling)” 프로펠러 수단(13)의 상당히 가벼운 하중을 견딜 수 있도록 설계된 보조 스러스트 베어링(75)을 구비한다.

상기 주 스러스트 베어링(47)에는 고무제 환형 링(53)을 지지하는 경사진 환형 패드(51)로 형성된 환형 러너(runner)(49)가 제공된다. 상기 경사진 환형 패드(51)는 모넬로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 경사진 황형 패드(51)와 고무제 환형 링(53)은 환형 패드(51)내에 존재하는 나사 보어(55)와, 허브(15)의 예리한 상류부(36)내에 장착되는 볼트(장착 볼트)(57)에 의하여, 허브(15)의 상기 상류부(36)에 고착된다. 상기 주 스러스트 베어링(47)은 베어링 링(60)도 구비한다. 상기 베어링 링(60)은 고정축(9)에 정지형으로 장착되므로 추진장치(1)의 작동중에는 환형 런너(49)의 고무제 환형 링(53)과 마찰 결합된다. 복수개의 반경방향 홈(61)은 상기 베어링 링(60) 둘레로 제공되어, 환형 러너(49)의 고무제 환형 링(53)과 베어링 링(60) 사이에 윤활용 해수막을 형성시킨다. 이 반경방향 홈(61)은 환형 런너(49)와 베어링 링(60) 사이로 해수를 항상 순환시키는 목적으로 이용되므로, 마찰에 의해 발생되는 열을 일소시킴으로써 마모를 감소시킨다. 상기 베어링 링(60)은 복수개의 링크 핀 지지부(62a, 62b)에 연결되고, 이 링크 핀 지지부(62a, 62b)는 지지 패드(64)에 고착된다. 상기지지 패드(64)는 키이(66)에 의해 고정축(9)에 단단히 장착되므로 지지 패드(64)가 고정축(9)에 대해 회전하는 것이 방지된다. 범퍼 판재(67)는 보유 스터드(69)에 의해 상기 지지 패드(64)의 베어링 링(60) 반대쪽에 장착된다. 이 범퍼 판재(67)는 지지 패드(64)의 오목면과 결합하는 볼록면을 갖는 바, 이 면은 이 두 부품이 서로에 대해 중심에서 약간 벗어났을 때 범퍼 판재(67)가 그것에 반응하여 지지 패드(64)에 대해 약간 “동요(흔들림)(wobble)” 된다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 범퍼 판재(67)는 주 스러스트 베어링(47) 구조체와 기계적으로 일체화되어 있기는 하지만 보조 스러스트 베어링(75)의 일부를 형성한다. 고정 너트(72)는 고정 너트 와셔(74)와 결합하여, 지지 패드(64)를 고정축(9)에 축방향으로 단단히 고착시키는 역할을 수행한다.

상기 보조 스러스트 베어링(75)은 대체로 주 스러스트 베어링(47)의 상류에 위치되며, 고무제 환형 링(79)으로부터 형성된 런너(77)를 구비한다. 상술한 베어링 링(60)과 유사하게, 이 고무제 환형 링(79)은, 이 고무제 환형 링(79)과 이것에 직면해 있는 환형 지지 패드(81) 사이에 얇은 해수막을 형성시키기 위한 홈(80)을 구비한다. 상기 환형 지지 패드(81)는 상기와 유사하게 모넬로부터 형성되는 것이 바람직하다. 베어링 조립체(17) 전체를 통한 해수의 순환을 촉진시키기 위하여, 상기 환형 지지 패드(81)는 복수개의 반경방향 물 순환 수단(임펠러 보어)(83)도 더 구비하고 있다. 상기 물 순환 수단(83)의 내측 단부는 상기 환형 지지 패드(81)의 중앙에 배치된 중앙 개구(84)와 연통된다. 상기 환형 지지 패드(81)는, 추진장치(1)의 작동중, 베어링 조립체(17)내에서 각종 베어링 표면을 통해 해수를 강제로 순환시키는 임펠러로서의 기능을 한다.

상기 고정축(9)의 상류단에는 만곡혀의 착탈식 커버(85)가 제공되어, 여과되지 않은 해수가 베어링 조립체(17)를 관통하여 흐르는 것을 방지한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 착탈식 커버는 보조 스러스트 베어링(75)의 런너(77)의 환형 지지 패드(81)에 부착되어 있으므로, 전기 모터(24)가 작동할 때 고정축(9)에 대해 회전된다. 상기 착탈식 커버(85)는 이 목적을 달성하기 위하여 장착 볼트(89)를 수용하기 위한 복수개의 리세스가 형성된 보어(87)를 구비하는 바, 상기 장착 볼트는 상기 환형 지지 패드(81)의 상류측에 존재하는 나사 보어내로 나사조임된다. 복수개의 누출 보어(91)는 상기 착탈식 커버(85)의 전방에 존재하여, 해수가 착탈식 커버(85)를 관통해서 충분히 흐를 수 있도록 하므로, 베어링 조립체(17) 내에 존재하는 베어링 표면 사이의 해수 흐름을 방해할 수도 있는 압력차가 발생되는 것을 방지한다. 상기 누출 보어(91)의 각각은 해수에 동반되는 외부의 물질이 착탈식 커버(85)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터(92)를 구비하는 것이 바람직하다.

베어링 조립체(17) 전체가 착탈식 커버(85), 고정 너트(72) 및 고정 너트 와셔(74), 키이(66)와 볼트(57, 37)에 의해 적소에 고착된다는 점으로 인하여, 주 및 보조 스러?? 베어링(47, 75)의 양자와 레이디얼 베어링(30)에 대한 용이한 전방향 접근이 가능하다. 이렇게 전방향 접근이 용이하기 때문에, 부품의 수리 및 교체와 같은 관리 작업이 추진장치(1) 전체를 선박으로부터 떼어내거나 또는 그 선박을 드라이 도크로 집어 넣지도 않은 채 수행될 수 있다. 베어링 조립체(17)의 각종 부품은 그것이 얼마나 잘 설계되었는가에 상관없이 추진장치(1)의 수명지속 중 수리 및 교체가 가장 많이 필요한 것 중 하나이기 때문에, 상기 사항은 중요한 장점이다.

상기 고정축(9)의 하류단에는 상술한 베인 부재(11) 각각의 내측 단부와 연결되는 베인 허브(95)가 제공된다. 장착 볼트(97)에 의해서 상기 베인 허브(95)를 고정축(9)이 하류단에 고착시킨다. 상기 베인 허브(95)는 그 주변의 해수에 동반되는 외부의 물질이 베인 허브(95)의 중공형 내부(104)로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 여과 수단(여과재)(102)으로 덮여 있는 복수개의 물 순환 수단(흐름 포트 또는 물 흡입구)(99)을 구비한다. 제2도 및 제5(a)도의 양자에 명백히 나타나 있는 바와 같이, 상기 베인 허브(95)의 중공형 내부(104)는 고정축(9)에 존재하는 중앙 보어(106)와 연통한다.

해수가 베어링 조립체(17) 전체를 관통하여 순환되는 방식은 제2도를 참조하면 가장 잘 이해될 것이다. 흐름 화살표로 표시되어 있는 바와 같이, 그 주변의 해수는 상기 하류의 물 순환 수단(99) 및 여과 수단(102)을 관통한 다음 베인 허브(95)의 중공형 내부(104)와 고정축(9)의 중앙 보어(106)를 통해 흐른다. 상기 중앙 보어(106)를 관통한 물은 환형 지지 패드(81)의 중앙 개구(84)와 복수개의 물 순환 수단(83)을 통해 흐른다. 상기 물 순환 수단(83)을 관통하여 흐르는 해수에 부여되는 원심력으로 인해서 그 물이 압축된 상태로 물 순환 수단(83)의 외측 단부를 빠져나온 다음, 주 스러스트 베어링(47)의 지지 패드(64)의 외주를 따라 역방향으로 흐르고, 그곳에서부터는 주 스러스트 베어링(47)의 환형 런너(49)에 존재하는 중앙 개구를 통해 베어링 링(60)의 홈 사이로 흐른다. 그곳에서 나온 해수는 고무제 베어링 슬리브(38a, 38b)와 고정축(9)의 외측표면 사이로 흐르다가, 반경방향 개구(107)를 통해 배출된다. 상술한 착탈식 커버(85)에 존재하는 누출 보어(91)를 통해 약간의 해수 흐름이 발생할 수 있기는 하지만, 이 누출 보어(91)는 베인 허브(95)에 존재하는 물 순환 수단(99)보다 훨씬 작은 단면적을 갖도록 설계된다. 그러한 단면적을 갖도록 치수가 설계되었기 때문에, 베어링 조립체(17)의 각종 베어링 표면을 윤활 및 냉각시키기 위해 이용되는 대부분의 물이 하류의 말단으로부터 본 추진장치(1)내로 흡입될 수 있으며, 물 순환 수단(99)내에 여과 수단(102)이 존재하기 때문에 해수내에 동반되는 외부 물질이 고정축(9)의 중앙 보어(106)내로 유입되는 것이 방지된다.

제6도 및 제7도에는 상기 추진장치(1)의 프로펠러 수단(13)을 가동시키는데 이용되는 전기 모터(24)의 세부가 도시되어 있다. 초기에 지적한 바와 같이, 전기 모터(24)는 일반적으로 프로펠러 수단(13)의 블레이드(19)의 주변을 둘러싸도록 장착되는 회전자(23)로 구성되는 교류 모터로서, 상기 회전자 둘레에는 보호판(3)내에서 “깡통식으로 밀폐되는” 고정자(25)가 밀접하게 배치된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전기 모터(24)는 영구자석인 것이 바람직하다. 유도식 교류 모터도 이용될 수 있기는 하지만, 다음의 2가지 이유 때문에 영구자석식 교류 모터가 바람직하다. 첫째로, 영구자석식 모터는 유도식 모터보다 효율이 약 10% 정도 양호하다. 둘째로, 이렇게 높은 효율은 회전자(23)의 외주와 고정자(25)의 내주 사이의 다소 큰 간극 때문에 실현될 수 있다. 동작 가능한 추진장치(1)에 있어서는, 이 대형간극이 0.635cm(0.25인치) 이하의 표준 간극과 달리 1.31cm 또는 0.50인치 만큼 넓을 수도 있다. 대형 간극을 이용하면(소형 간극을 이용할 때보다) 회전자(23)와 고정자(25) 사이에 난류형 해수막이 존재하기 때문에 발생되는 이들 두 요소 사이의 마찰 손실이 감소되고, 추진장치의 이 특수 위치에서 발생되는 소음량도 더욱 감소된다는 잇점이 있다. 또 다른 잇점으로서는, (고정자 권선에서 발생되는 자기장의 바람직하지 않은 비대칭에 의해 생성되는) 소량의 조파 전류가 발생된다는 것과, 그 결과 회전자(23) 상에서 그러한 전류의 상호 작용에 의해서 보다 낮은 진동(보다 높은 진동과 반대 개념임)이 발생된다는 것이 있다. 또한, 회전자(23)가 고정자(25)내에서 회전할 때, 회전자(23)이 중심을 벗어난 요동에 의해 발생되는 진동도 감소된다. 마지막으로, 전기 모터(24)에 영구자석을 이용함으로써 제공되는 이 대형 간극을 이용하면, 고정자(25)내에서의 회전자(23)의 회전이 이 간극내에 외부 물질이 도입됨으로써 방해되거나 중단되는 현상이 보다 적게 발생될 것이며, 또한 외부 충격에 대한 추진장치(1) 전체의 내성이 보다 커질 것이다. 그러면 추진장치(1)는 회전자(23)가 충격을 받아 고정자(25)에 대해 그 중심에서 벗어나게 되는, 충격으로 인한 손상에 대한 내성이 보다 강화될 것이다. 이들 모두는, 특히 잠수함의 응용분야에서 중요한 잇점이다.

제7도에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 상기 고정자(25)는 복수개의 균일하게 이격된 고정자 코어 권선(110)을 구비하다. 이들 고정자 코어 권선(110)의 각각은 결국 터미널 포스트 조립체(27)의 리드선(111)에 접속된다. 더욱이, 각각의 고정자 코어 권선(110)은 이 고정자 코어 권선(110)에 의해 생성되는 자기장을 전도시키기 위하여, 적층형 자성체로 이루어진 강(steel)제 링으로부터 형성된 고정자 코어(112)(제6도 또는 제7도에는 도시되지 않고 제2도 및 제5(a)도에 도시됨)내에 존재하는 슬롯내에 수용된다. 복수개의 조립 바아(building bar)(114)는 상기 고정자 코어(112)를 형성하는 적층 링을 함께 유지시키기 위해서, 고정자 코어(112)의 외경을 따라 용접된다. 고정자(25)의 모든 요소는 외측벽(120)과 내측벽(118)으로부터 형성된 수밀용 고정자 하우징(116)의 내측에 수용된다.

상기 전기 모터(24)의 회전자(23)는 탄소강으로부터 형성된 자석 하우징 링(127)의 내측에 장착되는 복수개의 사다리꼴 영구자석(125)으로 형성된다. 각각의 영구자석(125)은 NbBFe 합금으로부터 형성하는 것이 바람직한 데, 왜냐하면 그것의 자계 용량과 이 물질의 B-H 특성 곡선이 탁월하기 때문이다. 각각의 영구자석(125)은 지르코늄 코퍼제 쐐기(회전자 쐐기)(128)에 의해서 자석 하우징 링(127) 내에 유지된다. 상기 쐐기(128)는 볼트(129)에 의해서 자석 하우징 링(127)에 고착되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서는 약 20개의 그러한 사다리꼴 형상의 영구자석(125)이 회전자(23)내에 배치된다. 고형 구리 봉으로 형성된 4개의 댐퍼 바아(130)는 각 영구자석(125)의 상단에 제공된다. 이 댐퍼 바아(130)는 각 영구자석(125)의 상단에 고착된 폴 캡 수단(pole cap means)(133)내에 존재하는 리세스 내에 배치된다. 상기 댐퍼 바아(130) 및 쐐기(128)의 설치 목적은, 고정자 코어 권선(110)에 의해 바람직하지 못한 자계의 비대칭이 발생된 결과 생기는 회전자(23)의 상측 표면으로 조파적으로 유도되는 전류로부터 영구자석(125)을 보호하는 것이다. 특히, 그러한 조파 전류는 고-도전성 댐퍼 바아(130)와 쐐기(128) 내에 집중될 것이며, 그곳에서 그것들이 소모될 것이다. 상기 댐퍼 바아(130)와 쐐기(128)가 회전자(23)내에 존재하지 않는다면, 그러한 조파 유도 전류가 영구자석(125)의 몸체를 직접 관통하게 될 것이므로, 결국 그것의 자성이 감소될 것이다. 더욱이, 댐퍼 바아(130)와 쐐기(128)의 조합체는 다람쥐통의 구조를 형성하므로, 회전자(23)의 작동 개시가 촉진된다.

제5(a)도, 제5(b)도 및 제7도를 참조하면, 회전자(23)가 고정자(25)와 유사하게 수밀형 회전자 하우징(134)내에 “깡통식으로 밀폐”되어 있다. 상기 회전자 하우징(134)은 내측벽(136), 외측벽(138), 전면벽(140) 및 후면벽(142)을 구비한다(모두 제5(a)도에 도시됨). 특히 제5(b)도를 참조하면, 회전자 입구 링(144)은 회전자 하우징(134)의 후면벽(142)과 연결되고 치형 후면벽(146)을 포함한다. 상기 치형 후면벽(146)은 회전자 입구 링(144)과 반대쪽에 배치되는 고정자 입구 링(150)의 치형 전면벽(148)과 상보적인 형상을 갖는다. 상기 회전자 및 고정자 입구 링(144, 150)의 치형 후면벽(146)과 치형 전면벽(148)의 상보적인 치형 구조로 인해 그 주변의 해수에 대한 뒤틀린 통로가 형성되므로, 그 해수내에 동반된 외부 입자가 회전자(23)의 외주와 고정자(25)의 내주 사이의 간극으로 유입되는 것이 방지된다. 더욱이, 상기 회전자(23)의 외주에는 복수개의 나선형 홈(151)이 형성되어, 회전자(23)와 고정자(25) 사이의 상기 간극으로부터 나온 외부 물질을 순환시켜서 내보낸다. 상기 나선형 홈(151)에 의해 형성된 흐름경로는 제2도의 상부에 흐름 화살표로 나타나 있다.

보호판(3)이 세부를 알아보기 위하여 제2도 및 제5(a)도를 다시 참조하면, 이 보호판(3)은 깔때기 형상의 입구 유선부(154)를 구비한다. 이 입구 유선부(154)는 장착 볼트(156)에 의해서 고정자 하우징(116)의 상류측에 고착된다. 베인 장착 링(158)은 장착 볼트(160)에 의해서 고정자 하우징(116)의 하류측에 고착된다. 상기 출구 링(162)은 볼트(164)에 의해서 상기 베인 장착 링(158)의 하류측에 고착된다. 깔대기 형상의 입구 유선부(154)와 절두원추형상의 베인 장착 링(158)은 고정자 하우징(116)과 결합하여 형성되며, 프로펠러 수단(13)의 추력을 유익하게 최대화시키는 코트 노즐 윤곽은 보호판(3)의 내부에 장착되는 것을 알 수 있을 것이다.

제8도 및 제9도에는 본 발명의 추진장치(1)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 상술한 실시예와는 달리, 이 실시예에 따른 착탈식 커버(167)는 프로펠러 수단(13)의 허브(15)에 대해 정지관계로 유지되므로, 회전식 커버가 발생시키는, 그것을 둘러싸고 있는 물에 있어서의 교란이 최소화된다. 왜냐하면, 회전식 커버를 구비하면 추진장치(1)의 효율이 저하될 뿐만 아니라 바람직하지 않은 소음도 발생될 수 있을 것이기 때문이다. 이 또다른 실시예의 착탈식 커버(167)는 그것의 내부의 중앙에 조임 수단(나사형 리세스)(169)을 구비한다. 이 리세스는 고정축(9)의 상류단에 고정식으로 장착되는 조임 수단(나사형 스터드)(171)내로 나사조임 될 수도 있다. 더욱이, 이 또 다른 실시예는 정지형의 착탈식 커버(167)와 보호판(3)의 내부의 사이에 연결되는 복수개의 스트럿(보강 스트럿)(173)을 구비할 수도 있다. 이 스트럿(173)은 본 추진장치(1)의 내충격성을 증가키므로, 잠수함의 기술분야에 있어서 중요한 고려 사항이 될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 정지형 착탈식 커버(167)와 고정축(9)의 조임 수단(171) 및 스트럿(173)을 제외한 모든 부분의 경우에는, 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 것을 이용한다.

Claims (26)

1. 수중 추진장치(a submersible propulsor unit)에 있어서, 물 입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 보호판(3)과; 상기 보호판내에서 고정축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브(15)를 갖는 프로펠러 수단(13)과, 상기 프로펠러 수단(13)을 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러 수단(13)의 외주 둘레로 장착되는 회전자(23)와, 상기 보호판(3)내에 장착되며 상기 회전자(23)와 이격되어 있지만 자기적으로는 결합하고 있는 고정자(25)를 구비하는 전기 모터(24)와, 상기 프로펠러 수단(13)의 허브(15)와 상기 고정축(9) 사이에 배치되는 베어링 표면을 갖고, 상기 베어링 표면 둘레로 그 주변의 물을 순환시킴으로써 베어링 조립체(17)을 윤활 및 냉각시키는 물 순환 수단(83, 99)을 구비하는 베어링 조립체(17)를 포함하는 수중 추진장치.
2. 상기 베어링 조립체(17)는 베어링 표면 둘레로 그 주변의 물을 순환시키기 위하여 임펠러를 구비하는 수중 추진장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 고정축(9)을 상기 보호판(3)의 회전 축선을 따라 지지하기 위하여, 상기 보호판(3)과 상기 고정축(9) 사이에 연결되는 복수개의 베인 부재(11)를 더 구비하고; 상기 베인 부재(11)는 상기 허브(15)와 상기 보호판(3)의 물 출구 사이에 배치딘 상기 고정축(9)의 일부분에 연결되어, 상기 프로펠러 수단(13)에 의해 발생되는 소음을 감소시키도록 된 수중 추진장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 베어링 조립체(17)는 상기 고정축(9)과 상기 프로펠러 수단(13)의 허브(15)와의 사이에 배치되는 스러스트 베어링(45)과 레이디얼 베어링(30)을 구비하는 수중 추진장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 물 순환 수단은 상기 고정축(9)내에 상기 보호판(3)의 물 출구(7)와 거의 정렬되는 물 흡입구를 구비하여, 부스러기 입자가 상기 물 흡입구내로 유입되는 것을 방지하는 수중 추진장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 회전자(23)는 효율적인 자기 결합에 필요한 상기 회전자(23)와 고정자(25) 사이의 최소 거리를 증가시키기 위하여 영구자석을 구비하고, 그럼으로써 항력손실과 상기 프로펠러 수단(13)에 의해 발생되는 소음이 모두 감소되는 수중 추진장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 고정축(9)은 상기 보호판(3)의 물 입구(5)에 직면하는 단부를 갖고, 상기 프로펠러 수단(13)의 허브(15)는 상기 스러스트 베어링(45)에 연결되어, 상기 프로펠러 수단(13)이 발생시키는 거의 모든 추력을 상기 축 단부로 전달하는 수중 추진장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 회전자(23)는 상기 자석을 조파 전류로부터 보호하기 위하여 댐퍼 바아(130)를 구비하는 수중 추진장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 수중 추진장치의 작동중 상기 스러스트 베어링(45)을 덮고, 유지보수 작업중 상기 스러스트 베어링(45)에 용이한 접근을 제공하기 위한 착탈식 커버(85)를 더 포함하는 수중 추진장치.
10. 수중 추진장치에 있어서, 물 입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 보호판(3)과; 상기 보호판(3)내에서 고정축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브(15)를 갖는 프로펠러 수단(13)과, 상기 프로펠러 수단(13)을 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러 수단(13)의 외주 둘레로 장착되는 회전자(23)와, 상기 보호판(3)내에 장착되며 상기 회전자(23)와 자기 결합하고 있는 고정자(25)를 구비하는 전기 모터(24)와, 상기 고정축(9)을 상기 보호판(3)의 회전 축선을 따라 지지하기 위하여 상기 보호판(3)과 상기 고정축(9) 사이에 연결되고, 상기 허브(15)와 상기 보호판(3)의 물 출구(7)와의 사이에 배치되어 있는 상기 고정축(9)의 일부에 연결되어 상기 프로펠러 수단(13)에 의해 발생되는 소음을 감소시키도록 된 복수개의 베인 부재(11)를 포함하는 수중 추진장치.
11. 수중 추진장치에 있어서, 물입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 보호판(3)과; 상기 보호판(3)내에서 고정축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브(15)를 구비하고, 상기 고정축(9)은 상기 보호판(3)의 물 입구(5)에 직면하는 단부를 갖는 프로펠러 수단(13)과, 상기 프로펠러 수단(13)의 허브(15)와 상기 고정축(9)의 물 입구 사이에 배치되는 스러스트 베어링(45)을 구비하는 베어링 조립체(17)와, 상기 프로펠러 수단(13)을 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러 수단(13)의 외주 둘레로 장착되는 회전자(23)와, 상기 보호판(3)내에 장착되며 상기 회전자(23)와 이격되어 있지만 자기적으로는 결합하고 있는 고정자(25)를 구비하는 전기 모터(24)와, 상기 스러스트 베어링(45)상의 상기 고정축(9)이 물 입구에 장착되며, 상기 프로펠러 수단(13)이 회전할 때 상기 허브(15)에 대해 정지관계로 유지되어, 상기 허브(15)의 회전에 의해 발생되는 소음을 감소시키도록 된 착탈식 커버(167)를 포함하는 수중 추진장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 착탈식 커버(167)는 상기 스러스트 베어링(45)에 용이한 접근을 제공하기 위하여 상기 고정축(9)에 착탈가능하게 장착되는 수중 추진장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 착탈식 커버(167)와 상기 보호판(3) 사이에 상기 수중 추진장치이 내층 격성을 증가시키기 위한 복수개의 스트럿(173)을 더 구비하는 수중 추진장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 착탈식 커버(167)는 이의 윤곽에 표면 불규칙성이 남지 않도록 하기 위해서, 상기 착탈식 커버(167)의 상류단의 중앙에 배치되는 단일 조임 수단(169, 171)에 의해 상기 고정축(9)의 물 입구에 장착되는 수중 추진장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 고정축(9)을 상기 보호판(3)의 회전 축선을 따라 지지하기 위하여, 상기 보호판(3)과 상기 고정축(9) 사이에 연결되는 복수개의 베인 부재(11)를 더 구비하고; 상기 베인 부재(11)는 상기 허브(15)와 상기 보호판(3)의 물 출구(7) 사이에 배치된 상기 고정축(9)의 일부분에 연결되어, 상기 프로펠러 수단(13)에 의해 발생되는 소음을 감소시키고 상기 수중 추진장치의 추력을 증가시키도록 된 수중 추진장치.
16. 제11항에 있어서, 상기 베어링 조립체(17)는 표면 주위로 물을 순환시키기 위한 물 순환 수단(83, 99)을 구비하여, 상기 베어링 조립체(17)를 윤활 및 냉각시키도록 된 수중 추진장치.
17. 제11항에 있어서, 상기 베어링 조립체(17)는 상기 고정축(9)과 상기 프로펠러 수단(13)의 허브(15)와의 사이에 배치되는 레이디얼 베어링(30)을 더 포함하는 수중 추진장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 물 순환 수단은 상기 고정축(9)내에 상기 보호판(3)의 물 출구(7)와 거의 정렬되는 물 흡입구를 구비하여, 부스러기 입자가 상기 물 흡입구내로 유입되는 것을 방지하는 수중 추진장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 물 흡입구와 그 주변의 물 사이에 배치되는 여과 수단(102)을 더 구비하여, 그 주변에 존재하는 부스러기 입자가 상기 물 흡입구내로 유입되는 것을 방지하도록 된 수중 추진장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 레이디얼 베어링(30)은 상기 레이디얼 베어링(30)의 상대적으로 가동되는 표면 사이에 배치되는 부스러기 입자를 분출시키기 위하여 적어도 하나의 나선 홈(42)을 구비하는 수중 추진장치.
21. 수중 추진장치에 있어서, 물입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 보호판(3)과, 상기 보호판(3)내에서 고정축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브(15)를 갖는 프로펠러 수단(13)과, 상기 프로펠러 수단을 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러 수단(13)의 외주 둘레로 장착되는 회전자(23)와, 상기 보호판(3)의 내부와 외접하며 상기 회전자(23)와 이격되어 있지만 자기적으로는 결합하고 있는 고정자(25)를 구비하는 전기 모터(24)를 포함하며; 상기 회전자(23)는 영구자석(125)을 구비하여, 상기 전기 모터(24)의 효율을 증가시키고 상기 회전자(23)와 고정자(25) 사이의 간격을 증가시킴으로써, 상기 회전자(23)에 의해 발생되는 소음과 상기 회전자(23)에 가해지는 마찰 항력을 감소시키도록 된 수중 추진장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 회전자(23)는, 회전자(23)에서 나오는 요동자계와 동기화를 이루는 데 있어서 회전자를 돕고, 영구자석(125)을 감자성 전류로부터 더욱 절연시킬 수 있는 다람쥐통 구조를 제공하기 위하여, 상기 영구자석(125)의 외주에 복수개의 도전성 댐퍼 바아(130)를 더 구비하는 수중 추진장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 회전자(23)는 상기 도전성 댐퍼 바아(130)를 덮고 그것을 상기 영구자석(125)으로부터 이격시키기 위하여, 상기 영구자석(125)의 각각에 배치된 폴 캡 수단(133)을 더 포함하는 수중 추진장치.
24. 제22항에 있어서, 상기 회전자(23)는 상기 다람쥐통 구조체의 전류 전도 능력을 증가시키기 위하여, 상기 영구자석(125) 사이에 배치되는 도전성 쐐기(128)를 더 포함하는 수중 추진장치.
25. 제21항에 있어서, 상기 고정자(25)와 회전자(23)의 서로 이격된 표면 사이로 들어오는 파편을 분출시키기 위하여, 상기 표면에 적어도 하나의 홈(151)이 제공되는 수중 추진장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 홈(151)은 상기 회전자(23)의 외주 표면에 제공되는 수중 추진장치.