KR100673560B1

KR100673560B1 - 반전구동기구

Info

Publication number: KR100673560B1
Application number: KR1020050030083A
Authority: KR
Inventors: 정창록; 변영환
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2007-01-24
Also published as: KR20060107722A

Abstract

본 발명은, 두 축의 반전 회전(counter rotating)을 위한 반전구동기구에 관한 것으로서, 적어도 하나의 패널에 설치되는 단순하고 간단한 기어들의 조합을 이용하여 동심축을 이루는 두 축을 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있는 콤팩트한 구조의 반전구동기구를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 반전구동기구는, 동심축선을 갖는 주축과 종동축을 서로 반대방향으로 회전시키기 위해 마련되어지되, 상기 주축에 일체로 형성된 주동기어와, 상기 종동축에 일체로 형성된 종동기어와, 상기 주축을 회전가능하게 지지하는 적어도 하나의 패널과, 패널의 앞, 뒷면에 회전가능하게 설치되며, 상기 주동기어의 정방향 회전을 받아 상기 종동기어를 역방향으로 회전시키는 복수의 중간기어들을 포함한다.

반전구동기구, 주축, 중간기어, 패널, 종동축, 종동기어, 동심축선, 추진장치

Description

반전구동기구 및 이를 포함하는 추진장치{COUNTER ROTATING DRIVE MECHANISM AND PROPULSION APPARATUS HAVING THE SAME MECHANISM}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반전구동기구를 개략적으로 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 반전구동기구의 분해사시도.

도 3은 도 1의 A 방향으로 도시된 반전구동기구의 정면도로서, 주동기어와 그 주동기어에 기어 맞물림되는 중간기어들을 도시한 도면.

도 4는 도 1의 I-I를 따라 도시된 도면으로서, 서로 맞은편에 위치한 중간기어들끼리 서로 기어 맞물림되는 상태를 도시한 도면.

도 5는 도 1의 B 방향으로 도시된 반전구동기구의 배면도로서, 종동기어와 그 종동기어에 기어 맞물림되는 중간기어들을 도시한 도면.

도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 반전구동기구가 추진장치에 응용된 일예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반전구동기구의 사시도.

도 8은 도 7에 도시된 반전구동기구의 분해사시도.

도 9는 도 7의 C 방향으로 도시된 반전구동기구의 정면도로서, 주동기어와 그 주동기어에 기어 맞물림되는 중간기어들을 도시한 도면.

도 10은 도 7의 D방향으로 도시된 반전구동기구의 배면도로서, 종동기어와 그 종동기어에 기어 맞물림되는 중간기어들을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

11a, 21a: 주축 11b, 21b: 종동축

12a, 22a: 주동기어 13, 14, 23: 패널

15, 16, 17, 18, 25, 26, 27: 중간기어

본 발명은 두 축의 반전 회전(counter rotating)을 위한 반전구동기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서로 동심축을 이루는 두개의 축을 단순하고 간단한 기어 조합을 통해 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있는 구조의 반전구동기구 및 이를 포함하는 추진장치에 관한 것이다.

반전구동기구는 구동원에 의해 주축이 회전할 때 그 주축과 동심축을 이루는 종동축이 주축과 반대방향으로 회전되는 것을 가능하게 하는 메카니즘으로서, 근래에 쿨링 팬, 환풍기, 송풍기, 선박, 또는 항공기 제조업 등의 분야에서 그 사용이 시도되고 있다.

일예로, CRP(Counter/Contra Rotating Propeller)로 칭해지는 선박추진장치 는 회전방향이 반대인 두개의 프로펠러를 동심축선 상에 구비한다. 위와 같은 선박추진장치는 전방 프로펠러와 후방 프로펠러의 유체역학적인 상호 작용을 통해 프로펠러를 거쳐 바다에 버려지는 물의 회전운동 에너지를 회수함으로써 선박의 추진효율을 높여줄 수 있다.

기존의 CRP 선박추진장치는 두개의 축이 서로 회전가능하게 끼워져서 하나의 이중축을 형성하되, 두개의 모터가 이중축을 서로 반대방향으로 회전시킴으로써 이에 연결된 두개의 프로펠러를 반대방향으로 회전시키도록 되어 있다. 그러나, 위와 같은 CRP 선박추진장치는, 그 구성이 복잡할 뿐 아니라, 두개의 모터의 설치에 따른 비용손실 및 설치용적의 증가가 문제시 되어왔다.

이에 대해, 종래에는 베벨기어의 응용을 통해 두개의 축을 상반 회전시키는 장치가 제안된 바 있는데, 이러한 장치는 미국특허 제 5890938호 등에 개시되어 있다. 개시된 장치는 서로에 대해 회전가능하게 끼워지는 두 축에 베벨치형을 형성하고 그 베벨치형에 기어 맞물림되는 베벨기어가 두 축을 상반 회전시키는 구조로 이루어진다. 그러나, 위와 같은 종래의 장치는 그 구조가 복잡하고, 중요 구성요소를 이루는 각 부품의 제조비용이 크며, 상반 회전되는 두 축의 설계에 많은 제한이 따르는 문제점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 적어도 하나의 패널에 설치되는 단순하고 간단한 기어들의 조합을 이용하여 동심축을 이루는 두 축을 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있는 콤팩트한 구조의 반전구동기구를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 콤팩트하고 간단한 구조의 반전구동기구로 두 축을 반대방향으로 회전시켜 그 축들에 설치되는 한 쌍의 프로펠러를 통해 선박, 항공기를 비롯하여, 송풍기 및 환풍기 등의 추진 효율을 향상시킬 수 있는 추진장치를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 반전구동기구는, 동심축선을 갖는 주축 및 종동축을 서로 반대방향으로 회전시키기 위한 것으로서, 상기 주축에 일체로 형성된 주동기어와, 상기 종동축에 일체로 형성된 종동기어와, 상기 주축을 회전가능하게 지지하는 적어도 하나의 패널과, 패널의 앞, 뒷면에 회전가능하게 설치되고 상기 주동기어의 정방향 회전을 받아 상기 종동기어를 역방향으로 회전시키는 복수의 중간기어들을 포함한다.

여기에서, 상기 복수의 중간기어들은, 패널의 앞면에서 상기 주동기어 또는 다른 중간기어와 기어 맞물림되는 전방 중간기어와, 상기 전방 중간기어에 일체로 연결되며 패널의 뒷면에서 상기 종동기어 또는 다른 중간기어와 기어 맞물림되는 후방 중간기어를 포함하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 상기 복수의 중간기어들은, 제 1 패널의 앞면에서 상기 주동기어와 기어 맞물림되는 제 1 전방 중간기어와, 상기 제 1 전방 중간기어에 일체로 연결되며 상기 제 1 패널의 뒷면에 배치되는 제 1 후방 중간기어와, 제 2 패널의 앞면에서 상기 제 1 후방 중간기어와 기어 맞물림되는 제 2 전방 중간기어와, 상기 제 2 전방 중간기어에 일체로 연결되며 상기 제 2 패널의 뒷면에서 상기 종동기어에 기어 맞물림되는 제 2 후방 중간기어로 구성된다.

대안적으로, 상기 복수의 중간기어들은, 하나의 패널로 이루어져 상기 패널의 앞면에서 상기 주동기어와 기어 맞물림되는 전방 중간기어와, 상기 전방 중간기어에 일체로 연결되며, 패널의 뒷면에 배치되는 후방 중간기어와, 상기 패널의 뒷면에서 상기 후방 중간기어 및 상기 종동기어에 기어 맞물림되는 반전 중간기어를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복수의 중간기어들은 패널의 앞, 뒷면 각각에서 복수개로 설치되는 것이 바람직한데, 이는 중간기어들이 다른 중간기어, 주동기어, 또는 종동기어와 보다 신뢰성 있는 기어 맞물림될 수 있도록 도와준다.

또한, 본 발명은 전술한 반전구동기구를 갖는 추진장치를 제공하되, 상기 추진장치는, 상기 주축의 입력단에 연결되어 상기 주축을 일방향으로 회전시키는 구동수단과, 상기 주축 및 종동축 각각의 출력단에 설치되어 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 프로펠러를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반전구동기구(10)는 서로 동심축을 이루는 주축(11a)과 종동축(11b)을 포함한다. 주축(11a)과 종동축 (11b)은 동심축선을 가지면서 서로에 대해 회전가능하게 끼워지며, 이를 위해, 종동축(11b)은 주축(11a)에 회전가능하게 끼워지는 중공형 구조로 형성된다.

또한, 주축(11a)에는 주동기어(12a)가 일체로 형성되고 상기 종동축(11b)에는 종동기어(12b)가 일체로 형성된다. 상기 주동기어(12a)와 종동기어(12b)는 이하 설명되는 중간기어(15, 16, 17, 18)들에 기어 맞물림으로써 주축(11a)에 가해지는 회전동력을 종동축(11b)까지 전달할 수 있다. 게다가, 상기 주축(11a)은 종동축(11b)의 중공(11ab)을 통해 종동축(11b)의 끝단을 지나 연장하며, 그 연장되는 부분이 종동축(11b)과 마찬가지로 동력의 출력단부로 이용된다.

또한, 본 실시예에 따른 반전구동기구(10)는 주축(11a)을 회전가능하게 지지하는 제 1 및 제 2 패널(13, 14)을 구비한다. 제 1 및 제 2 패널(13, 14)은 대략 원형으로 형성되며, 베어링(132, 142)이 설치된 자체 중심부에서 상기한 주축(11a)을 회전가능하게 지지한다. 또한, 제 1 및 제 2 패널(13, 14)의 앞, 뒷면 각각에는 복수의 중간기어(15, 16, 17, 18)들이 설치되며, 이 중간기어(15, 16, 17, 18)들에 의해, 주축(11a)의 회전력이 종동축(11b)에 전달된다.

보다 구체적으로, 제 1 패널(13)의 앞면에는 3개의 제 1 전방 중간기어(15)가 기어축(156)에 일체로 형성된 채 회전가능하게 지지되며, 그 제 1 전방 중간기어(15)들은 중앙의 주동기어(12a)에 기어 맞물림된다. 또한, 제 1 전방 중간기어(15)들은 주동기어(12a)와의 보다 신뢰성 있는 기어 맞물림을 위해 제 1 패널(13) 상에서 정삼각형의 배열로 배치된다. 그리고, 제 1 패널(13)의 뒷면에는 3개의 제 1 후방 중간기어(16)들이 마련된다. 제 1 후방 중간기어(16)들 각각은 전술한 3개 의 기어축(156) 각각에 일체로 연결되어 상기 제 1 전방 중간기어(15)들과 일체로 회전된다.

한편, 제 2 패널(14)의 앞면에는 제 1 후방 중간기어(16)들과 기어 맞물림되는 3개의 제 2 전방 중간기어들(17)이 마련된다. 제 2 전방 중간기어(17)들 각각은 제 2 패널(14)에 회전가능하게 설치된 기어축(178)들에 일체로 연결된 채 상기 제 2 패널(14) 상에서 회전가능하게 지지된다. 그리고, 제 2 패널(14)의 뒷면에는 3개의 제 2 후방 중간기어(18)들이 마련되며, 제 2 후방 중간기어(18)들 각각은 제 2 패널(14) 상의 기어축(178)들 각각에 일체로 연결되어 전술한 제 2 전방 중간기어(17)들과 일체로 회전한다. 그리고, 제 2 후방 중간기어(18)들은 종동기어(12b)에 기어 맞물림되어 그 종동기어(12b)와 일체를 이루는 종동축(11b)을 회전시킨다. 따라서, 주축(11a)의 회전동력이 종동축(11b)까지 연속적으로 전달될 수 있으며, 그 동력 전달과정에서, 중간기어(15, 16, 17, 18)들은 종동축(11b)의 회전을 주축(11a) 회전방향의 반대방향으로 반전시켜줄 수 있다.

이러한 반전구동기구의 작용을 도 3 내지 도 5를 참조로 하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 주축(11a) 및 주동기어(12a)가 시계방향으로 회전하면, 주동기어(12a)에 기어 맞물림되는 제 1 패널(13) 앞면의 제 1 전방 중간기어(15)들은 반시계방향으로 회전한다.

이에 연속하여, 제 1 패널(13) 뒷면의 제 1 후방 중간기어(16)들은 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 전방 중간기어(15)들과 함께 반시계방향으로 회전하며, 제 2 패널(14) 앞면의 제 2 전방 중간기어(17)들에 기어 맞물림되어, 그 제 2 전방 중간기어(17)들을 시계방향으로 회전시킨다.

이에 연속하여, 제 2 전방 중간기어(17)들과 일체로 연결된 제 2 후방 중간기어들(18)은 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 패널(14)의 뒷면에서 시계방향으로 회전하여 이와 기어 맞물림되는 종동기어(12b)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 결국, 상기 종동기어(12b)와 일체를 이루는 종동축(11b)은 주축(11a)의 회전방향과 반대방향인 반시계 방향으로 회전된다.

위와 같이, 본 실시예에 따른 반전구동기구(10)는 주동기어(12a), 중간기어(15, 16, 17, 18), 종동기어(12b)의 간단한 기어 조합을 통해 주축(11a)과 종동축(11b)의 반대방향 회전을 구현할 수 있으며, 또한, 중간기어(15, 16, 17, 18)들이 패널(13, 14) 상에서 회전 가능하게 지지되는 구조를 이루므로, 그 중간기어(15, 16, 17, 18)의 축들, 즉 기어축(156, 178)들의 길이 축소가 가능하다. 이러한 기어축(156, 178)의 길이 감소는 콤팩트한 구조의 반전구동기구(10)의 구현을 가능하게 하고 또한 기어축(156, 178)에 가해지는 비틀림 모멘트 또는 굽힘 모멘트를 저감하여 내구성 있는 반전구동기구(10)의 구현을 가능케 한다. 더 나아가, 상기한 반전구동기구(10)는 평기어(spur gear)와 같이 기어축이 나란한 싸고 간단한 기어구조의 이용을 가능케 하여 기존의 베벨기어와 같은 값 비싼 기어의 사용을 불필요하게 한다.

도 6은 전술한 반전구동기구(10)가 추진장치(1)에 응용된 일예를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 추진장치(1)는 주축의 입력단에 모터와 같은 구동수단(2)이 설치되는 한편 주축(11a)과 종동축(11b)의 출력단에는 한 쌍의 프로펠러(3, 4)이 각각 설치된다. 위와 같은 추진장치(1)는 구동수단(10)이 주축(11a)을 일방향으로 회전시킬 때 패널(13, 14) 상에 마련된 중간기어들이 주축(11a)과 종동축(11b) 상의 팬(3, 4)를 서로 반대방향으로 회전시킴으로써, 각종 기체 및 액체를 포함하는 유체의 추진효율 향상에 기여한다. 바람직하게, 상기 추진장치(1)가 송풍기 및 환풍기에 적용될 경우, 상기 프로펠러(3, 4)는 팬(FAN)으로 용이하게 대치될 수 있다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반전구동기구를 설명하기 위한 도면들이다.

본 실시예에 따른 반전구동기구(20)는 앞선 실시예와 마찬가지로 서로 동심축선을 이루는 주축(21a)과 종동축(21b)을 구비하며, 그 주축(21a)과 종동축(21b)을 서로 반대방향으로 회전키기 위한 주동기어(22a), 종동기어(22b), 그리고 중간기어(25, 26, 27)들을 또한 포함한다. 그러나, 본 실시예의 반전구동기구(20)는 앞선 실시예와 달리 중간기어(25, 26. 27)들을 회전가능하게 지지하는 패널(23)을 하나만 구비한다.

상기한 패널(23)의 앞면에는 주축(21a) 상의 주동기어(22a)에 기어 맞물림되는 3개의 전방 중간기어(25)들이 회전가능하게 마련된다. 그리고, 패널(23)의 뒷면에는 전방 중간기어(25)들의 기어축(256)에 일체로 연결된 3개의 후방 중간기어(26)가 마련된다. 특히, 본 실시예의 반전구동기구(20)는 상기 패널(23)의 뒷면에 회전 가능하게 설치된 채 후방 중간기어(26)와 종동기어(22b)에 동시에 기어 맞물림되는 3개의 반전 중간기어(27)를 포함한다.

따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 주축(21a)과 주동기어(22a)가 시계방향으로 회전하면, 패널(23) 앞면의 전방 중간기어(25)는 주동기어(22a)에 기어 맞물림되어 반시계방향으로 회전한다. 그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 패널(23) 뒷면의 후방 중간기어(26)는 전방 중간기어(25)와 기어축(256)에 의해 일체로 연결되어 반시계방향 회전을 계속하며, 상기 패널(23) 뒷면에서 상기 후방 중간기어(26)와 기어 맞물림되는 반전 중간기어(27)는 시계방향으로 회전한다. 마지막으로, 상기 반전 중간기어(27)가 종동기어(22b)와 기어 맞물림되므로, 종동기어(22b) 및 이에 일체로 마련된 종동축(21b)은 반시계방향으로 회전한다.

결과적으로, 주축(21a)이 시계방향으로 회전하면, 주동기어(22a), 중간기어(25, 26, 27), 그리고 종동기어(22b)의 연속의 연속적인 기어 맞물림에 의해 종동축(21b)은 주축(21a)의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 된다.

본 명세서에서 구체적인 설명이 이루어지지 않았지만, 서로 기어 맞물림되는 기어들의 기어비를 변경함으로써, 주축과 종동축의 방향은 물론이고 주축과 종동축 사이의 회전속도를 다르게 할 수도 있다.

또한, 전술한 실시예들의 설명에서, 중간기어 및 패널의 수를 한정하여 설명하였지만, 이는 최적의 실시예를 구현하기 위한 하나의 예시일 뿐 본 발명을 한정하지 않는다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반전구동기구는 서로 동심축을 이루는 두개의 축을 간단하고 콤팩트한 기어 조합을 통해 서로 반대방향으로 회전시킬 수 있으므로 각종 추진장치 등에 매우 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 반전구동기구는 평기어 같이 기어의 축선이 나란한 간단한 구조의 기어들만으로 두 축의 상반회전의 구현이 가능하므로 반전구동기구의 제조 및 설치에 따른 비용부담을 크게 줄여줄 수 있다.

또한, 본 발명의 반전구동기구는 중간기어들이 패널 상에 지지된 짧은 축에 형성되는 구조를 이루므로 축에 가해지는 굽힘 모멘트 또는 비틀림 모멘트를 줄여줄 수 있으며, 이는 반전구동기구의 전체적인 내구성 향상에 기여한다.

Claims

선박 추진장치(1)의 회전방향이 두개의 프로펠러(3,4)를 동심축선 상에 구비되어 주축(11a)과 종동축(11b)이 서로 회전 가능하게 끼워져 하나의 이동축을 형성하고, 하나의 모터가 이동축을 서로 반대방향으로 회전시키기 위한 반전구동기구(10)에 있어서,

상기 주축(11a)에 일체로 형성된 주동기어(12a)와;

상기 종동축(11b)에 일체로 형성된 종동기어(12b)와;

상기 주축(11a)을 회전가능하게 지지하는 적어도 하나의 제1,2 패널(13,14)과;

제1,2 패널(13,14)의 앞, 뒷면에 회전가능하게 설치되며, 상기 주동기어(12b)의 정방향 회전을 받아 상기 종동기어(12b)를 역방향으로 회전시키는 복수의 중간기어(15,16,17,18)들을;

포함하는 것을 특징으로 하는 반전구동기구.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 중간기어(15,16,17,18)들은,

제1,2 패널(13,14)의 앞면에서 상기 주동기어(12a)와 기어 맞물림되는 전방 중간기어(15,17)와,

상기 전방 중간기어(15,17)에 일체로 연결되며 제1,2 패널(13,14)의 뒷면에서 상기 종동기어(12b)와 기어 맞물림되는 후방 중간기어(16,18)를,

포함하는 것을 특징으로 하는 반전구동기구.
청구항 2에 있어서, 상기 복수의 중간기어(15,16,17,18)들은,

제 1 패널(13)의 앞면에서 상기 주동기어(12a와 기어 맞물림되는 제 1 전방 중간기어(15)와,

상기 제 1 전방 중간기어(15)에 일체로 연결되며 상기 제 1 패널(13)의 뒷면에 배치되는 제 1 후방 중간기어(16)와,

제 2 패널(14)의 앞면에서 상기 제 1 후방 중간기어(16)와 기어 맞물림되는 제 2 전방 중간기어(17)와,

상기 제 2 전방 중간기어(17)에 일체로 연결되며 상기 제 2 패널(14)의 뒷면에서 상기 종동기어(12b)에 기어 맞물림되는 제 2 후방 중간기어(18)를,

포함하는 것을 특징으로 하는 반전구동기구.
하나의 패널(23)로 이루어져 상기 패널(23)의 앞면에서 상기 주동기어(22a)와 기어 맞물림되는 전방 중간기어(25)와,

상기 전방 중간기어(25)에 일체로 연결되며, 패널(23)의 뒷면에 배치되는 후방 중간기어(26)와,

상기 패널(23)의 뒷면에서 상기 후방 중간기어(26) 및 상기 종동기어(22b)에 기어 맞물림되는 반전 중간기어(27)를 구성하는 복수의 중간기어(25,26,27)들을,

포함하는 것을 특징으로 하는 반전구동기구.
청구항 4에 있어서, 상기 복수의 중간기어(25,26,27)들은 패널(23)의 앞, 뒷면 각각에서 복수개로 설치된 것을 특징으로 하는 반전구동기구.
청구항 1에 있어서, 상기 주축(11a)의 입력단에 연결되어 상기 주축(11a)을 일방향으로 회전시키는 구동수단(2)과;

상기 주축(11a) 및 종동축(11b) 각각의 출력단에 설치되어 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 프로펠러(3,4); 포함하는 것을 특징으로 하는 반전구동기구.