KR101215619B1 - 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

선박용 추진장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박용 추진장치는 중공부를 구비하고, 주축의 축 방향으로 정렬되어 선체에 고정되는 덕트; 중공부에 배치되고, 주축과 함께 회전하도록 주축의 단부에 결합되는 제 1 프로펠러; 제 1 프로펠러에 대해 주축의 축 방향으로 이격 배치되고 덕트의 내측부에 주축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 림과, 림의 내주면에 방사상으로 이격 배치된 복수의 날개를 포함하는 제 2 프로펠러; 및 림과 덕트에 각각 설치되는 로터와 스테이터를 포함하되, 제 2 프로펠러를 제 1 프로펠러와 상호 반대 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박{Propulsion apparatus for ship and ship including the same}
본 발명은 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
이중 반전 프로펠러는 전방 프로펠러로부터 유출되는 회전 에너지를 전방 프로펠러와 반대 방향으로 회전하는 후방 프로펠러로 회수하여 추진력으로 바꿈으로써, 높은 프로펠러 효율을 얻는 추진장치(이하, '이중 반전식 추진장치'라 함)이다.
종래의 이중 반전식 추진장치는 동축상에 배치된 주축과 중공축에 각각 후방 프로펠러 및 전방 프로펠러가 부착되고, 주축과 중공축이 유성기어장치에 의해 상호 반대방향으로 회전하도록 구성된다.
이와 같은 이중 반전식 추진장치를 효과적으로 사용하기 위해서는 거대한 유성기어장치가 사용되어야 하는데, 복잡한 형상으로 이루어진 선체의 선미부에서 거대한 유성기어장치를 설치할 공간을 확보하는 것은 매우 어려운 일이다.
한편, 유성기어장치의 설치공간을 확보하기 위해 유성기어장치를 전진 배치시킬 수 있다. 이 경우, 유성기어장치가 전진한 만큼, 중공축의 길이도 증가하게 된다. 그러나, 중공축의 길이가 증가하면, 중공축과 주축 사이에 마찰을 감소시키기 위해 윤활이 필요한 영역이 증가하는 문제가 있으며, 축계 내부에 베어링을 설치하여 수행하는 정렬 작업이 매우 어렵게 된다.
또한, 종래 기술에 따르면 주축과 중공축이 상호 반대 방향으로 회전하기 때문에 주축과 중공축 사이의 윤활막의 중앙부에서 전단이 발생하게 되어 윤활을 효과적으로 할 수 없다는 문제가 있다.
결국, 종래의 이중 반전식 추진장치는 중공축을 사용하기 때문에 앞서 설명한 문제들이 발생하게 된다.
본 발명의 실시예들은 중공축을 사용하지 않고 한 쌍의 프로펠러를 상호 반전시키도록 구성된 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 주축을 통해 선체 내부에 배치된 동력부로부터 동력을 전달받아 추력을 발생시키는 선박용 추진장치에 있어서, 중공부를 구비하고, 상기 주축의 축 방향으로 정렬되어 상기 선체에 고정되는 덕트; 상기 중공부에 배치되고, 상기 주축과 함께 회전하도록 상기 주축의 단부에 결합되는 제 1 프로펠러; 상기 제 1 프로펠러에 대해 상기 주축의 축 방향으로 이격 배치되고 상기 덕트의 내측부에 상기 주축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 림과, 상기 림의 내주면에 방사상으로 이격 배치된 복수의 날개를 포함하는 제 2 프로펠러; 및 상기 림 및 상기 덕트에 각각 설치되는 로터와 스테이터를 포함하되, 상기 제 2 프로펠러를 상기 제 1 프로펠러와 상호 반대 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치가 제공된다.
상기 로터는 상기 림의 외주면에 설치되고, 상기 스테이터는 상기 로터와 대향하는 상기 덕트의 내측면에 설치될 수 있다.
상기 로터는 상기 림의 외주면 상에 N극과 S극이 교번적으로 배열되도록 상호 이격되어 배치된 복수의 마그네트를 포함하고, 상기 스테이터는 상기 각 마그네트에 대향하도록 상기 덕트의 내측면에 상호 이격되어 배치된 복수의 코일부를 포함할 수 있다.
상기 덕트의 내측면에는, 상기 림이 회전할 때 회전하는 상기 림을 가이드하는 림 가이드부가 형성될 수 있다.
상기 림과 상기 림 가이드부 사이에 쓰러스트 베어링이 개재될 수 있다.
상기 제 1 프로펠러는 상기 제 2 프로펠러의 전방 또는 후방에 배치될 수 있다.
상기 제 1 프로펠러를 관통하여 노출된 상기 주축의 단부에 프로펠러 캡이 결합될 수 있다.
상기 주축과 상기 선체 사이를 실링처리하도록 상기 제 1 프로펠러와 상기 선체 사이에 실링부가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체 및 상기 선박용 추진장치를 포함하는 선박이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전자기력을 발생시키는 회전 구동부를 사용하여 제 2 프로펠러를 제 1 프로펠러와 반대방향으로 회전시킴으로써, 종래 중공축을 사용할 때 발생하던 중공축과 주축 간의 윤활 문제를 해결할 수 있다.
또한, 전자기력을 발생시키는 회전 구동부를 사용함으로써, 종래와 같이 유성기어를 사용하지 않고 제 2 프로펠러를 제 1 프로펠러와 반대 방향으로 회전시키고, 제 2 프로펠러의 회전수 제어가 가능하다.
또한, 제 1 프로펠러와 제 2 프로펠러가 각각 다른 구동원에 의해 작동함으로써, 선박의 운항 중 하나의 구동원에 문제가 발생하여도 나머지 하나의 구동원을 작동시켜 선박을 추진하는 것을 가능하게 한다.
또한, 제 1 프로펠러와 제 2 프로펠러는 상호 다른 형태의 구동원을 작동함으로써, 구동원이 상호 영향을 미치지 않고 독자적으로 작동할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 절개 사시도이고,
도 3은 도 1의 A-A단면도이고,
도 4는 도 1의 B-B 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일하거나 대응하는 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 절개 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(10)는 주축(101)을 통해 선체(미도시) 내부에 배치된 동력부(미도시)로부터 동력을 전달받아 선박(미도시)을 추진시키기 위한 추력을 발생시킨다. 이와 같은 선박용 추진장치(10)는 덕트(110)와, 제 1 프로펠러(120)와, 제 2 프로펠러(130)와, 회전 구동부(140)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에 따른 덕트(110)는 중공부(111)를 구비하고, 전체적인 외형은 종래 추진장치에 적용되는 일반적인 덕트(110)의 외형을 가질 수 있다.
덕트(110)는 주축(101)의 축 방향으로 정렬된다. 이때, 덕트(110)가 주축(101)의 축방향으로 정렬된다는 것은, 주축(101)이 덕트(110)의 중공부(111)의 중심을 지나도록 덕트(110)가 배치된다는 것을 의미한다.
참고로, 주축(101)은 동력부(미도시)로부터 동력을 제공받아 후술하는 제 1 프로펠러(120)를 회전시킨다. 주축(101)의 일단은 동력부와 연결되고, 주축(101)의 타단은 제 1 프로펠러(120)와 결합한다. 여기서, 동력부는 디젤 엔진, 터빈 또는 모터 등을 포함할 수 있다.
덕트(110)의 중공부(111)에 제 1 프로펠러(120)가 배치될 수 있다. 제 1 프로펠러(120)는 주축(101)의 단부에 결합되고, 주축(101)과 함께 회전한다. 즉, 제 1 프로펠러(120)는 축과 직접 결합하는 방식으로 회전한다.
제 1 프로펠러(120)는 주축(101)의 단부에 결합되는 허브(121)와 허브(121)의 외주면에 방사상으로 상호 이격되어 결합된 복수의 날개(122)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제 1 프로펠러(120)에 대해 주축(101)의 축 방향으로 제 2 프로펠러(130)가 이격 배치된다. 제 2 프로펠러(130)는 주축(101)과 직접 연결되지 않고, 후술하는 회전 구동부(140)에 의해 제 1 프로펠러(120)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전한다. 제 1 프로펠러(120)와 제 2 프로펠러(130)가 상호 반대 방향으로 회전하는 메커니즘에 대한 설명은 후술한다.
본 실시예에 따르면, 제 2 프로펠러(130)는 림(131)과, 날개(132)를 포함한다. 림(131)은 제 1 프로펠러(120)에 대해 주축(101)의 축 방향으로 이격 배치된다. 림(131)은 덕트(110)의 내측부에 주축(101)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 이때, 덕트(110)의 내측면에는 회전하는 림(131)을 가이드하는 림 가이드부(114)가 형성될 수 있다. 림 가이드부(114)는 림(131)과 대응하여 링 형상으로 이루어질 수 있다.
림(131)과 림 가이드부(114) 사이에 쓰러스트 베어링(미도시)이 개재될 수 있다. 쓰러스트 베어링은 림 가이드부(114)가 림(131)을 회전 가능하게 지지하면서 동시에 주축(101) 방향의 하중을 받는 것을 용이하게 한다.
날개(132)는 복수로 이루어지고, 각 날개(132)는 림(131)의 내주면에 방사상으로 상호 이격 배치된다.
본 실시예에 따르면, 제 1 프로펠러(120)는 도 3에서 볼 때 제 2 프로펠러(130)의 좌측에 위치하는 것으로 도시되어 있으나 이에 국한되지 않고, 제 1 프로펠러(120)는 도 3에서 볼 때 제 2 프로펠러(130)의 우측에 위치할 수 있다.
예를 들어, 주축(101)이 선체의 전방에서 후방으로 연장 배치된 경우, 제 1 프로펠러(120)는 제 2 프로펠러(130)의 전방 또는 후방에 배치될 수 있다.
이와 같이 제 1 프로펠러(120)와 제 2 프로펠러(130)의 위치를 바꾸어 배치할 수 있는 것은 제 1 프로펠러(120)는 주축(101)과 직접 축 결합되나 제 2 프로펠러(130)는 주축(101)과 직접 연결되어 있지 않기 때문이다.
본 실시예에 따르면, 제 2 프로펠러(130)를 제 1 프로펠러(120)와 상호 반대 방향으로 회전시키기 위해 회전 구동부(140)가 사용된다. 회전 구동부(140)는 제 2 프로펠러(130)의 림(131)과 덕트(110)에 각각 설치되는 로터(141)와 스테이터(143)를 포함한다.
로터(141)는 림(131)의 외주면에 설치되고, 스테이터(143)는 로터(141)와 대향하는 덕트(110)의 내측면에 설치될 수 있다. 이때, 덕트(110)에 설치된 스테이터(143)에서 발생된 전자기력이 로터(141)에 작용하면 로터(141)가 설치된 제 2 프로펠러(130)가 회전하게 된다.
이 경우, 로터(141)는 림(131)에 결합되어 림(131)과 함께 회전하고, 스테이터(143)는 로터(141)와 이격되어 덕트(110)의 내측면에 형성된 스테이터 수용부(116)에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 로터(141)는 주축(101)을 중심으로 하는 원주 방향으로 림(131)의 외주면을 따라 상호 이격되어 배치된 복수의 마그네트(141a, 141b)를 포함할 수 있다. 이때, 각 마그네트(141a, 141b)는 림(131)의 외주면 상에 N극과 S극이 교번적으로 배열되도록 배치된다. 여기서, 설명의 편의를 위해 N극을 갖는 마그네트를 도면 번호 141a로 표시하고, S극을 갖는 마그네트를 도면 번호 141b로 표시한다. N극을 갖는 마그네트(141a)와 S극을 갖는 마그네트(141b)는 림(131)의 외주면을 따라 교번적으로 배치된다.
스테이터(143)는 각 마그네트(141a, 141b)에 대향하도록 덕트(110)의 내측면에 상호 이격되어 배치된 복수의 코일부(143a)를 포함할 수 있다. 이때, 코일부(143a)는 전원(미도시)으로부터 전기를 공급받아 자력을 발생시킨다.
이와 같이 구성된 회전 구동부(140)는 각 마그네트(141a, 141b)와 대향하는 코일부(143a)가 각 마그네트(141a, 141b)와 반대 극성을 갖도록 작동함으로써, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 제 2 프로펠러(130)를 주축(101)의 회전 방향(R1)과 반대 방향(R2)으로 회전시킨다. 또한, 회전 구동부(140)는 코일부(143a)로 공급되는 전류의 크기를 조절함으로써, 제 2 프로펠러(130)의 회전수를 용이하게 제어할 수 있다.
이와 같이 구성된 회전 구동부(140)는 BLDC 모터와 동일 또는 유사한 원리로 작동한다.
한편, 제 2 프로펠러(130)를 제 1 프로펠러(120)와 반대 방향으로 회전시키기 위한 회전 구동부(140)는 도 4에 도시된 형태에 국한되지 않고, 다양한 형태를 가질 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따르면, 제 1 프로펠러(120)의 허브(121)를 관통하여 노출된 주축(101)의 단부에 프로펠러 캡(180)이 결합될 수 있다. 이에 따라 주축(101)과 결합된 제 1 프로펠러(120)가 주축(101)으로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다. 프로펠러 캡(180)은 볼트 등과 같은 체결부재에 의해 주축(101)의 단부와 결합되거나 용접에 의해 주축(101)과 결합될 수 있다.
한편, 주축(101)은 선체(미도시)로부터 외부로 노출되는데, 주축(101)과 선체 사이를 실링처리하도록 제 1 프로펠러(120)의 허브(121)와 선체 사이에 실링부(190)가 설치될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(10)의 작동을 설명한다. 동력부(미도시)로부터 제공된 동력은 주축(101)을 통해 제 1 프로펠러(120)로 전달된다. 이 경우, 제 1 프로펠러(120)는 주축(101)과 함께 회전한다. 여기서, 제 1 프로펠러(120) 및 주축(101)이 도 3의 좌측에서 바라볼 때 시계방향으로 회전한다고 가정하자.
주축(101) 및 제 1 프로펠러(120)가 시계방향으로 회전하면, 로터(141)와 스테이터(143)를 포함하여 구성된 회전 구동부(140)는 제 2 프로펠러(130)를 제 1 프로펠러(120)와 반대 방향 즉, 반시계 방향으로 회전시킨다.
이와 같이 작동하는 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(10)는 제 1 프로펠러(120)와 제 2 프로펠러(130)가 각각 다른 구동원에 의해 작동함으로써, 선박의 운항 중 하나의 구동원에 문제가 발생하여도 나머지 하나의 구동원을 작동시켜 선박을 추진하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제 1 프로펠러(120)와 제 2 프로펠러(130)는 상호 다른 형태의 구동원을 작동함으로써, 구동원이 상호 영향을 미치지 않고 독자적으로 작동할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
101 : 주축
110 : 덕트
111 : 중공부
114 : 림 가이드부
116 : 스테이터 수용부
120 : 제 1 프로펠러
121 : 허브
122 : 날개
130 : 제 2 프로펠러
131 : 림
132 : 날개
140 : 회전 구동부
141 : 로터
143 : 스테이터
180 : 프로펠러 캡
190 : 실링부

Claims (9)

  1. 주축을 통해 선체 내부에 배치된 동력부로부터 동력을 전달받아 추력을 발생시키는 선박용 추진장치에 있어서,
    중공부를 구비하고, 상기 주축의 축 방향으로 정렬되어 상기 선체에 고정되는 덕트;
    상기 중공부에 배치되고, 상기 주축과 함께 회전하도록 상기 주축의 단부에 결합되는 제 1 프로펠러;
    상기 제 1 프로펠러에 대해 상기 주축의 축 방향으로 이격 배치되고 상기 덕트의 내측부에 상기 주축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 림과, 상기 림의 내주면에 방사상으로 이격 배치된 복수의 날개를 포함하는 제 2 프로펠러; 및
    상기 림 및 상기 덕트에 각각 설치되는 로터와 스테이터를 포함하되, 상기 제 2 프로펠러를 상기 제 1 프로펠러와 상호 반대 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 상기 림의 외주면에 설치되고,
    상기 스테이터는 상기 로터와 대향하는 상기 덕트의 내측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로터는 상기 림의 외주면 상에 N극과 S극이 교번적으로 배열되도록 상호 이격되어 배치된 복수의 마그네트를 포함하고,
    상기 스테이터는 상기 각 마그네트에 대향하도록 상기 덕트의 내측면에 상호 이격되어 배치된 복수의 코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 덕트의 내측면에는, 상기 림이 회전할 때 회전하는 상기 림을 가이드하는 림 가이드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 림과 상기 림 가이드부 사이에 쓰러스트 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 프로펠러는 상기 제 2 프로펠러의 전방 또는 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 프로펠러를 관통하여 노출된 상기 주축의 단부에 프로펠러 캡이 결합되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주축과 상기 선체 사이를 실링처리하도록 상기 제 1 프로펠러와 상기 선체 사이에 실링부가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  9. 선체: 및
    상기 선체에 설치되는 상기 제1항 또는 제2항에 따른 선박용 추진장치를 포함하는 선박.
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