KR100818885B1 - Shaft-less Propeller Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일체로 형성된 간단한 구조의 축이 없는 프로펠러 장치에 관한 것으로, 이 장치의 프로펠러의 중심에는 구동이나 중심을 고정하기 위한 그 어떠한 축도 없으며 상기의 프로펠러를 구동시키기 위한 것으로 프로펠러의 외주둘레로 장착되는 회전자와 본 장치의 하우징과 외접하고 있는 고정자를 구비하는 전기모터와 고정자에 인가되는 전기와 흐르는 물을 차단할 수 있는 미케니컬 씰과, 적어도 물이 윤활제로 사용되는 농축중합체로 결합한 레진계통의 베어링과, 인버터 유닛이 고정자에 인가되는 전기를 제어하여 회전자 및 프로펠러의 회전속도를 조절할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 단순화되어 간단구조로 된 축이 없는 프로펠러장치이다.The present invention relates to a propeller device having a simple structure without a shaft, the center of the propeller of the device there is no axis for driving or fixing the center and to drive the propeller is mounted around the outer circumference of the propeller An electric motor having a rotor and a stator circumscribed with the housing of the apparatus, a mechanical seal capable of blocking electricity and flowing water applied to the stator, and a resin system combined with at least water-concentrated polymer used as a lubricant. It is a simplified and simple shaftless propeller device, characterized in that the bearing and the inverter unit is provided to control the electricity applied to the stator to adjust the rotational speed of the rotor and propeller.
축이 없는 프로펠러, 전기모터, 하우징, 회전자, 고정자, Thordon-Bearing, 미케니컬 씰, 인버터 유닛Shaftless propellers, electric motors, housings, rotors, stators, Thordon-Bearing, mechanical seals, inverter units
Description
도 1a는 본 발명의 구성인 축이 없는 프로 펠러 장치의 단면도이다.
도 1b는 축이 없는 프로펠러 장치 도1a의 우측단면도이다.1A is a cross-sectional view of a shaftless propeller device that is a configuration of the present invention.
FIG. 1B is a right sectional view of the propeller apparatus FIG. 1A without a shaft. FIG.
도 2 는 본 발명에 따른 실시 예의 선체 추진장치로서의 구성도이다. 2 is a block diagram of a hull propulsion device according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명에 따른 실시 예의 유체 이송장치로서의 구성도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 실시 예의 베어링부에 대한 도1a의 A-A기준선 우측 부분사시도이다.3 is a configuration diagram as a fluid transfer device of an embodiment according to the present invention.
Figure 4 is a partial perspective view of the right AA reference line of Figure 1a for the bearing portion of the embodiment according to the present invention.
<도면에 있어서의 주요부호에 대한 설명> <Description of Major Symbols in Drawing>
2 ...프로펠러 장치 3 ...프로펠러 구성체 2
5 ...모터 회전자 6 ...회전자 길이방향 베어링 5
7 ...원주방향 베어링 8 ...미케니컬 씰(Mechanical Seal) 7 ... circumferential bearings 8 ... mechanical seal
10...하우징(Hausing) 11...모터 고정자 10 ...
15...인버터유닛(Invert Unit) 20...파이프(Pipe) 15 ... Invert Unit 20 ... Pipe
20...후렌지 31...선체 연결장치 20 ... French 31 ... Hull connector
본 발명은 축이 없는 단순화된 프로펠러장치에 관한 것으로 The present invention relates to a simplified propeller device without a shaft.
일반적으로는 프로펠러 익형 자체에 동력을 전달함에 있어 축을 매개체로 하여 일단에 동력이 설치되고 그 타 단에 프로펠러 익형을 설치하여 유체를 이송하거나 그 반발력으로 선체 등을 추진시키는 장치가 대부분이다.
이와 유사한 종래의 기술분야는 공개 특허 1992-0021891 "베어링조립체 및 그가 설치되는 수중 추진장치" ; 환형 베어링 하우징과 하우징내 피봇 장착되며, 유막을 형성하도록 베어링 표면을 갖는 원형배영 베어링 패드와, 부하 균등화 수단을 포함하는 피봇 패드 베어링 조립체로 구성되는 프로펠러 수중 추진장치와,In general, in the transmission of power to the propeller airfoil itself, the power is installed at one end via the shaft as a medium, and the propeller airfoil is installed at the other end to transfer the fluid or propel the hull by the repulsive force.
Similar prior art fields are described in published patent 1992-0021891 "Bearing assembly and submersible propulsion device in which it is installed"; A propeller underwater propulsion device comprising an annular bearing housing and a pivot pad bearing assembly pivotally mounted in the housing and having a bearing surface to form an oil film and a load equalizing means;
또한 공개 특허1993-0021496~7 "일체로 형성된 모터를 갖는 선박용 추진장치"와 등록번호 특 10-0308181"수중추진장치"는 보호판과 보호판내에서 축에 회전할 수 있게 장착되는 허브를 갖는 프로펠러 수단과 그 외주둘레로 장착되는 회전자가 장착하는 모터와 베어링 조립체를 포함하는 프로펠러 수중추진장치가 있으나 In addition, Patent Publications 1993-0021496-7 "Ship propulsion apparatus having an integrally formed motor" and Patent No. 10-0308181 "Underwater propulsion apparatus" are propeller means having a protective plate and a hub mounted to rotate on the shaft in the protective plate. And a propeller subsea propulsion system comprising a motor and a bearing assembly mounted on a rotor mounted around the periphery thereof.
이 장치들의 프로펠러 구성에 있어 그중심에는 구동 및 지지를 위한 베어링 조립체, 허브, 베인부재 등 기계적인 구성요소로 이루어져 조립체가 공간을 많이 점유하고 복잡하게 구성되며, 이로 인하여 통과하는 유체의 중심에 있어 저항요소로 작용하므로 동력의 소비가 늘어 날수 있으며,
프로펠러를 지지하기 위한 축과 베어링 구성체는 약 수십개에 해당하는 세부구성품을 되어 있어 그 구성이 복잡하고 구성품이 많은 만큼 고장 유발개소의 증가와 각종 마찰력 존재로 동일규모를 기준으로 했을 시 많은 소요동력이 필요하므로 고비용 발생과 보다 잦은 고장으로 원활한 운전을 저해할 수 있다The propeller of these devices consists of mechanical components such as bearing assemblies, hubs, and vane members for driving and supporting, and the assembly occupies a lot of space and is complicated. As it acts as a resistance element, power consumption may increase.
The shaft and bearing components for supporting the propeller are made up of dozens of detailed components, which are complicated and have many components. Therefore, when the same scale is used due to the increase in the point of failure and the presence of various frictional forces, a lot of power is required. High cost and more frequent failures can hinder smooth operation
수중에 있는 기계적인 조립체이므로 유막을 형성하도록 베어링이 포함되므로 그 구성이 복잡하고 유막의 보호와 수중에서의 밀봉이 곤란할 수도 있다. 심지어는 경우에 따라 환경오염도 유발될 우려가 있다. Since it is a mechanical assembly in water, bearings are included to form an oil film, so its configuration is complicated and the protection of the oil film and sealing in water may be difficult. Even in some cases, environmental pollution may occur.
또한, 프로펠러의 회전속도를 변화시키거나 익형의 각도조절에 의한 통과 유량의 변경하는 방법 등으로 추진력 또는 이송되는 유체의 량을 조절할 수 없는 구조로 되어 있다. In addition, the propulsion force or the amount of fluid to be conveyed can not be adjusted by changing the rotational speed of the propeller or changing the passage flow rate by adjusting the angle of the airfoil.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 기계적인 구성요소를 줄여 불필요한 점유공간과 유체저항을 줄여 고효율, 저비용 장치구성이 가능하도록 구성품을 단순화하여 간단구조의 장치를 구성하는 프로펠러 중심에는 축이 없는 프로펠러 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in the center of the propeller constituting a simple structure of the device by simplifying the components to enable high efficiency and low cost device configuration by reducing mechanical components and reducing unnecessary occupation space and fluid resistance The purpose is to provide a shaftless propeller device.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예인 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치는 도1a 및 도1b에 도시된 봐와 같이 하우징(10)내에서 회전가능하게 장착되는 프로펠러 구성체(3)와 상기 프로펠러구성체(3)를 구동시키기 위한 것으로;In order to achieve the object as described above, a simplified shaftless propeller device, which is an embodiment of the present invention, includes a
상기 프로펠러(3)는 그 회전중심에 구동이나 지지를 위한 축이 없으며 그 바깥 둘레주위에 회전자(5)가 동일한 회전체로 이루어지고, 하우징(10)에 고정된 고정자(11)를 구비하는 전기모터와;The
유체의 밀봉이 가능한 적어도 한 조 이상의 미케니컬 씰(8)과; At least one set of mechanical seals 8 capable of sealing the fluid;
상기 회전자(5)와 하우징(10)사이에 배치되어, 프로펠러(3)의 원주방향과 길이방향에 대하여 적어도 물로 윤활이 가능한 베어링 구성체(6,7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 축이 없는 단순화된 프로펠러장치(2)에 관한 것으로 A shaftless arrangement is provided between the
도1a 및 도1b에 도시된 녹색으로 빗금친 부분은 동일체로 회전하는 구성요소를 표시한 것이며, The green hatched portions shown in Figures 1a and 1b represent components that rotate in the same body,
상기 회전자(5)는 그 어떤 외부 전원공급장치( 본 도면에서 미도시 )로 부터 공급되는 전기가 주파수 변경 등 특성변화가 가능한 인버터 유닛(15)을 거쳐 하우징(10)에 장착된 고정자(11)에 인가되는 전기에 의해 자기적으로 결합하여 모터특성을 갖추어 회전가능하고, 프로펠러(3)와 구조적으로 고정되어 동일한 회전체로 회전이 가능하며, 아울러 고정자(11)에 인가되는 전기에 의해 유도되는 전기를 완전하게 절연되는 절연체를 포함한다.
인버터 유닛(15)는 현재 일반화된 모터의 회전수를 조절할 수 있는 장치로 일명 약자로 VVVF장치(가변전압,가변주파수방식)로 칭하기도하는 데, 감속기 등 다른 기계적인 회전수 변환장치와 모터의 극수를 조정하여 회전수를 조정하는 것보다 모터에 공급되는 전원의 전압과 주파수를 변환하여 조절하므르써 넓은 범위에서 광범위한 회전수를 조절할 수 있는 장치를 착설하여 부하를 조절하므로서 해당되는 출력의 회전수를 손쉽게 변환하여 부하에 상응하는 효과적인 장치운용을 할 수 있도록 간단구조로 된 "축이 없는 프로펠러장치"의 구성효과를 극대화할 수 있는 장치를 구성하였다.The
상기 프로펠러 구성체(3)는 적어도 2개 익형 이상으로 이루어지고, 모터의 회전자(5)와 고정되어 그 회전중심과 동적으로 안정적인 회전 구조체로 구성되고, 회전하는 프로펠러 구성체(3)에 의해 전면 후면의 유체를 통과시킬 수 있으며, 가역적으로 통과하는 유체에 의해 프로펠러 구성체(3)의 회전할 수 있도록 구성된다.The propeller assembly (3) consists of at least two airfoils, and is fixed to the rotor (5) of the motor and composed of a rotating center and a dynamically stable rotating structure, the front and rear by the rotating propeller assembly (3) It is possible to pass the fluid of, and configured to be able to rotate the propeller assembly (3) by the reversibly passing fluid.
상기 하우징(10)은 원통형으로 반 폐쇄형 구조로 회전자(5) 부분만이 유체가 접할 수 있도록 열려 있으며, 하우징(10)의 외측면 부분은 본 발명의 실시 예인 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치(2)를 타구조체와 연결 및 결합할 수 있도록 그 어떤 장치를 도면 2와 도면3과 같이 장착이 가능하며, 그 안쪽부분에는 베어링 구성체(6, 7) 및 방수할 수 있는 미케니컬씰(8)을 장착된다.The
상기 미케니컬 실( mechanical- seal ; 8)은 이미 각종 회전기의 유체의 밀봉에 사용되는 것으로 본 발명에는 하우징(10)과 회전자(5)와 환형으로 연결 장착되어 이것을 기준으로 회전하는 프로펠러(3) 측 부분의 물이나 기타 유체가 하우징(10)내측중 고정자(11)가 장착된 내측 부분 쪽으로 통과하지 못하도록 도 1a 에 도시된 A-A 중심선을 기준으로 좌 우측에 적어도 1조 이상이 설치되어 방수 및 밀봉하게 되며, 하우징(10)에 장착된 미케니컬 씰( mechanical- seal ; 8)의 부분 구성체(8-1)은 회전하지 않고 고정되며 회전자(5)에 장착된 미케니컬 씰( mechanical- seal ; 8)의 부분 구성체(8-2)은 회전자(5)와 동일하게 회전하도록 이루어진다.
도 4 에 있어서,The mechanical seal (mechanical-seal; 8) is already used for sealing fluids of various rotors. In the present invention, the
In FIG. 4,
상기 베어링 구성체(6,7)는 기계적인 베어링이 아니라 적어도 물이 윤활제로 사용 가능한 농축폴리머로 결합된 레진계통의 솔던베어링으로, Thordon Bearing회사에 생산되어 기 사용되고 있는 베어링재질로 구성이 가능하고; 또한 적어도 물이 윤활제로 사용 가능한 올코트 회사의 제품인 올코트베어링 외에도 베어링재질로 구성할 수 있는 프라스틱한 베어링 구성체가 구비되며, 상기 베어링 구성체(6)는 회전자(5)의 측면과 하우징(10) 사이에 환형으로 장착되며, 도 1a 에 도시된 A-A 중심선을 기준으로 좌 우측에 적어도 1조 이상이 설치되어 회전자(5) 길이방향에 대하여 적어도 물에 의한 윤활을 담당하며 회전자(5)와 프로펠러 구성체(3)가 동적으로 안정되게 하며, The
상기 베어링 구성체(7)는 회전자(5)의 원통 안쪽 측면과 하우징(10) 사이에 환형으로 장착되며, 도 1a 에 도시된 A-A 중심선을 기준으로 좌 우측에 적어도 1조 이상이 설치되어 회전자(5) 원주방향에 대하여 적어도 물에 의한 윤활을 담당하며 회전자(5)와 프로펠러 구성체(3)가 동적으로 안정되게 회전하도록 한다.The
도 2에 있어서,In Figure 2,
본 발명에 따른 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치(2)의 하우징(10)의 외측면에 선체(30)와 결합할 수 있게 설치되는 적어도 1개 이상의 결합수단(31)이 장착되어 선체를 추진하는 구조 예이다. 이때에는 수중에서 움직임이 원활하도록 유체역학적으로 저항이 적게 받도록 장착되는 적당하게는 슈라우드 구성체(미도시)를 하우징(10)에 설치하면 더욱 효과적으로 선체를 추진시킬 수 있다.On the outer side of the
도 3에 있어서 In FIG. 3
본 발명에 따른 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치(2)의 하우징(10)의 적어도 일 측면에 유체의 이송이 가능한 파이프(20)와 결합되는 플랜지(21) 고정 연결 수단을 구비하여 프로펠러(3) 구동에 따른 유체의 이송이 가능한 구성을 도시한 것으로 수중에 설치하여 수중에서도 물의 이송이 가능하며 또한 육상에서도 관로가 설치되어 물의 이송 및 가압이 가능하다. At least one side of the
이때 기존방식으로는 프로펠러와 별도의 구동의 동력원인 엔진이나 모터가 축 등에 의해 별도 설치되므로 설치공간이 많이 차지하게 되어 이에 따른 많은 비용과 비효율적인 운전 구조를 지니게 되지만 본 발명에 따른 단순 구조로 된 축이 없는 프로펠러장치(2)는 이러한 문제점을 보완할 수 있다.In this case, the propeller and the engine or motor, which are the power sources of separate driving, are separately installed by the shaft, thus occupying a lot of installation space, and thus having a lot of cost and inefficient driving structure. The shaftless propeller device 2 can compensate for this problem.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 단순화 되어 간단구조로 된 "축이 없는 프로펠러 장치"는
회전자(5)가 프로펠러(3)와 동일회전체로 구성되고 모터에 인가되는 전기와 절연을 유지하기 위한 1조 이상의 메카니컬 씰(8)과 축방향 힘과 원주방향의 힘을 하우징의 일단의 한 환상구조물과 레진계통의 적어도 물이 윤활 역활을 할 수 있는 특수한 베어링(6,7)이 구성되어 원활한 회전을 되도록 "축이 없는 프로펠러 장치"를 제공함으로써,
단순화된 간단구조의 프로펠러 장치를 통하여 복잡한 구조에 비하여 제조비용의 절감과 경쟁력 확보가 용이하며, 또한 동일규모(구경)의 타 구성장치와 비교시 베어링구성체 또는 허브가 유체가 유입되는 중간에 위치하여 유체의 흐름에 저항을 형성하고 유수의 통수 단면적을 감소시킴으로써 동력을 증가시켜 고비용을 발생시는 반면 본 출원의 장치는 중간에 방해요소가 없으므로 유수의 흐름과 충분한 통수단면적이 확보되어 고효율의 장치를 구성하게 되며,
운전시에는 인가되는 전기의 주파수를 변경하여 프로펠러(3)의 회전속도를 조정 가능한 인버터 유닛(15)을 구비하므로 선체를 추진함에 있어서는 추진력을 변화 시켜 선체의 추진이 쉽게 가감이 되도록 효율적으로 조절 가능하고,
수중에서 선체에 장착되어 선체를 추진하는 선체 추진장치와 파이프 관로와 연결되어 유체를 이송할 수 있는 펌프장치로서 효과적으로 사용할 수 있으며,
유체 이송의 용도로 펌핑장치로 사용시에는 유체 이송량을 조절할 수 있는 장치로 사용이 가능하므로 파이프 관로 말단부에서 필요하는 유체의 량이 공급되도록 효과적으로 사용하다.As described above, the "axisless propeller device" of the simplified and simplified structure according to the present invention is
The
Simplified simple propeller device reduces manufacturing cost and secures competitiveness compared to complex structures. In addition, the bearing structure or hub is located in the middle of the fluid inflow compared to other devices of the same size (diameter). It generates high cost by increasing power by forming resistance to the flow of fluid and reducing the flow cross-sectional area of the flowing water, while the device of the present application has no obstacle in the middle, so the flow of flowing water and sufficient passage area are secured to construct a highly efficient device. Will be
In operation, the
It can be effectively used as a hull propulsion system that is attached to the hull under water and the pump device that can transfer the fluid connected to the pipe pipeline.
When used as a pumping device for the fluid transfer can be used as a device that can control the flow rate of the fluid is effectively used to supply the required amount of fluid at the end of the pipe line.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
G15R | Request for early opening | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
AMND | Amendment | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
J501 | Disposition of invalidation of trial | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
S901 | Examination by remand of revocation | ||
GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110504 Year of fee payment: 4 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |