KR101723955B1 - 해양선박용 추진장치 - Google Patents

Abstract

컴팩트화되면서 방수구조가 개선된 해양선박용 추진장치를 제공하기 위하여, 본 발명은 선체 내부에 배치되되, 원주상 결합되어 축방향을 따라 방사상 배치된 복수개의 슬롯부가 구비된 고정자 코어과 상기 슬롯부에 권선되는 코일을 포함하는 스테이터; 상기 스테이터의 외면을 외부공간으로부터 구획하여 감싸서 방수 밀폐하도록 구비되되 상기 스테이터의 외측 단면을 커버하는 후면부를 포함하며 타측면 테두리에 베어링 연결부가 형성되는 스테인리스 스틸 재질의 방수프레임; 상기 방수프레임의 외측에 배치되되, 상기 슬롯부의 축방향 외측 단면과 축방향을 따라 대향 배치되되 극성이 교번하여 구비되는 복수개의 영구자석이 부착되며, 외주에 프로펠러가 돌설된 로터프레임; 및 상기 베어링 연결부와 연결되도록 상기 로터프레임의 측면부 단부에 구비되는 베어링을 포함하되, 상기 방수프레임의 후면부는 상기 로터프레임 및 상기 영구자석과 이격되되, 이격되는 간격은 상기 슬롯부와 상기 영구자석 사이에 회전자계가 형성되도록 설정됨을 특징으로 하는 해양선박용 추진장치를 제공한다.

Description

해양선박용 추진장치{MARINE PROPULSION DEVICE}

본 발명은 해양선박용 추진장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컴팩트화되면서 방수구조가 개선된 해양선박용 추진장치에 관한 것이다.

일반적으로 해양선박용 추진장치는 내측 샤프트가 회전하는 전동모터를 이용하여 샤프트 끝단에 프로펠러를 장착하여 회전하면서 추진력을 얻는다.

이러한 전동모터에서는 스테이터의 각 전자석과 회전자계를 형성하는 로터축의 외주면에 영구자석이 교반되어 대향 배치되는 방식으로 구비되는데, 특히 심해에서 작동되기 위한 전동모터는 전원이 공급되는 스테이터 측으로 고압의 물이 유입되지 않는 특수한 방수구조가 적용되어야 하였다.

그러나, 종래의 방수구조는 전동모터를 구성하는 로터 및 스테이터의 외측에 개별적으로 구성되어 전체적으로 장치의 부피가 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 심해에서 고압의 수압이 작용되는 환경에서 사용되는 해양선박용 추진장치의 경우 부품간의 미세한 틈새만 존재하는 경우에도 누수되어 장치의 심각한 고장을 일으키는 원인이 되었으며, 이로 인해 금속재질의 각 부품을 고도로 정밀하게 가공하여야 하므로 경제성이 저하되면서도 불량률이 높은 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-308180호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 컴팩트화되면서 방수구조가 개선된 해양선박용 추진장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 선체 내부에 배치되되, 원주상 결합되어 축방향을 따라 방사상 배치된 복수개의 슬롯부가 구비된 고정자 코어과 상기 슬롯부에 권선되는 코일을 포함하는 스테이터; 상기 스테이터의 외면을 외부공간으로부터 구획하여 감싸서 방수 밀폐하도록 구비되되 상기 스테이터의 외측 단면을 커버하는 후면부를 포함하며 타측면 테두리에 베어링 연결부가 형성되는 스테인리스 스틸 재질의 방수프레임; 상기 방수프레임의 외측에 배치되되, 상기 슬롯부의 축방향 외측 단면과 축방향을 따라 대향 배치되되 극성이 교번하여 구비되는 복수개의 영구자석이 부착되며, 외주에 프로펠러가 돌설된 로터프레임; 및 상기 베어링 연결부와 연결되도록 상기 로터프레임의 측면부 단부에 구비되는 베어링을 포함하되, 상기 방수프레임의 후면부는 상기 로터프레임 및 상기 영구자석과 이격되되, 이격되는 간격은 상기 슬롯부와 상기 영구자석 사이에 회전자계가 형성되도록 설정됨을 특징으로 하는 해양선박용 추진장치를 제공한다.

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상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명의 해양선박용 추진장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 스테이터의 슬롯부 외측 단면과 상기 로터프레임의 영구자석 사이에 비자성체 재질의 방수프레임을 구비하여 효율적인 방수밀폐를 이룩할 수 있으며, 상기 방수프레임의 외주면이 아닌 후면부에 영구자석이 대향 배치되는 구성을 통하여 상기 방수프레임의 제조가 용이하며 경제적인 추진장치를 제공할 수 있다.

둘째, 상기 로터프레임에 부착되는 영구자석이 상기 슬롯부의 외측 단면과 축방향을 따라 상호 대향 배치되므로 전장길이를 대폭적으로 단축하여 모터 추진장치를 현저히 컴팩트화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치를 나타낸 분해단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치에 적용되는 고정자 코어의 사진.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치에 적용되는 스테이터의 구조를 나타낸 사진.
도 5는 도 1의 'A' 부분을 확대한 단면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해양선박용 추진장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치를 나타낸 단면도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치를 나타낸 분해단면도이다.

도 1 내지 도 4b에서 보는 바와 같이, 상기 해양선박용 추진장치는 스테이터(20), 방수프레임(30), 그리고 로터프레임(40)을 포함한다.

여기서, 상기 스테이터(20)는 해양선박 등의 선체(10) 내부에 배치되되, 고정자 코어(21)와 코일(22)을 포함한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치에 적용되는 고정자 코어의 사진이다.

상세히, 도 3을 참조하면, 상기 고정자 코어(21)는 연자성체 재질의 박편을 원주상으로 권취한 후 방사상으로 돌출된 슬롯부(21a)를 형성하기 위해 절단하여 형성한다. 이때, 상기 고정자 코어(21)는 연자성 분말을 소결 성형하여 제작하는 과정은 공개특허공보 제10-2010-0037289호 (발명의 명칭: 연자성 분말로 제조된 고정자 코어를 구비한 차량용 모터 어셈블리) 등에 의해 개시된 바 있다.

상기 고정자 코어(21)는 연자성체 재질의 박편이 원주상 권취 결합되어 절단 가공되어 축방향을 따라 방사상 돌출 배치된 복수개의 슬롯부(21a)가 구비된다. 이때, 상기 슬롯부(21a)는 도시된 바와 같이 내측이 상호 연결되어 외측이 돌출된 형태로 형성될 수 있으나, 이에 국한하지 않고 각 슬롯부가 상호 분할되어 방사상 배치되도록 구비될 수도 있다. 이때 상기 축방향을 따라 돌출된 슬롯부(21a)의 외측 단면은 평면으로 형성된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 해양선박용 추진장치에 적용되는 스테이터의 구조를 나타낸 사진이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 코일(22)은 축방향으로 돌설된 각 슬롯부(21a)를 축방향 축을 기준으로 도 3의 'B' 방향을 따라 회전되면서 복수회 권선되며, 상기 코일(22)은 전선(25)을 통해 3상 전원과 연결되어 각 슬롯부(21a)의 외측 단면으로부터 회전자계를 형성한다.

이와 같이 코일(22)이 권취된 상기 각 슬롯부(21a)의 외면에는 각각 코어브라켓(23)이 결합되어 지지될 수 있으며, 상기 슬롯부(21a)의 노출된 외면에는 요크가 구비될 수도 있다.

한편, 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 방수프레임(30)은 선체 내부에 배치되는 상기 스테이터(20)를 외부공간과 구획하여 방수 밀폐하도록 커버하되 회전자계의 형성을 방해하지 않는 비자성체 재질의 얇은 박편으로 형성된다. 여기서, 상기 방수프레임(30)은 후면부가 밀폐된 원통형으로 형성되되, 바람직하게는 스테인레스 스틸 재질로서 프레스 가공되어 형성될 수 있다.

상세히, 상기 방수프레임(30)은 상기 스테이터(20)의 외주면을 감싸는 측면부(32)와 상기 스테이터(30)의 외측 단면을 커버하도록 상기 측면부(32)의 후방측 개구를 밀폐하는 후면부(31)를 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 측면부(32)의 내측 단부는 선체(10) 내지 선체와 일체로 연결되는 부재에 방수 밀폐되도록 연결된다.

이를 통해, 상기 스테이터(20)가 배치된 선체(10)의 내부 공간은 상기 방수프레임(30)에 의해 수중으로 잠기는 외부공간과 구획되어 방수 밀폐되므로, 전원이 공급되는 코일(22) 등의 전장부품이 원활히 작동될 수 있도록 보호된다.

더욱이, 이와 같이 상기 방수프레임(30)에 의해 코일(22) 등의 전장부품이 간단하고 컴팩트한 구조로서 외부와 완전히 구획되어 밀폐되므로, 잠수함 등과 같이 심해에서 작동되는 해양선박에 가해지는 고압의 수압 환경에서도 상기 전장부품이 안정적으로 방수될 수 있다.

한편, 상기 로터프레임(40)은 상기 방수프레임(30)의 외면을 감싸도록 배치된다. 여기서, 상기 로터프레임(40)의 내면에는 전술된 슬롯부(21a)의 갯수에 대응하여 원주방향을 따라 방사상으로 배치된 복수개의 영구자석(45)이 부착된다. 이때, 상기 각 영구자석(45)은 상기 슬롯부(21a)의 축방향 외측 단면과 대응하여 축방향을 따라 대향 배치되되, 이웃하는 영구자석(45) 간에는 대향배치된 면의 극성이 상호 교번하도록 구비된다.

그리고, 상기 방수프레임(30)의 후면부 외면은 상기 로터프레임(40) 및 상기 영구자석(45)과 미세한 간격을 두고 균일하게 이격되어 배치됨으로써, 상기 로터프레임(40) 및 상기 영구자석(45)의 원활한 회전을 보장할 수 있다. 여기서, 상기 이격되는 간격은 전원 인가시 상기 로터프레임(40)이 회전될 때 상기 영구자석(45)이 방수프레임(30)에 접촉되지 않음과 동시에 상기 슬롯부(21a)와 영구자석(45) 사이에 추진력을 확보하기에 충분한 회전자계가 형성되도록 조절되어 설정됨이 바람직하다.

물론, 상기 스테이터(20)의 구조를 일반적인 스테이터와 상기 스테이터 내부를 관통 배치된 로터축으로 구성할 수도 있다. 이때에는, 상기 로터축의 일단 외주면에 복수개의 제1영구자석을 부착한 후 방수프레임으로 보호하고, 상기 방수프레임 외측에 별도의 프로펠러장치를 마련하고 상기 프로펠러장치의 내주면에 상기 제1영구자석과 자기적 인력에 따라 함께 회전되도록 복수개의 제2영구자석을 부착하는 방식도 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는 상기 영구자석들의 사이에 구비되는 방수프레임의 측면부에 균일한 간격유지가 어려워 불량 발생의 위험이 증가되고, 이를 해결하기 위해 고도의 가공정밀도가 요구되는 특수한 프레스 가공이 요구되어 제품의 경제성이 저하된다.

이러한 문제점을 해결하도록, 본 발명은 상기 로터프레임(40)에 부착되는 영구자석(45)이 상기 슬롯부(21a)의 외측 단면과 축방향을 따라 상호 대향 배치되는 축류(axial flux) 모터와 유사한 배치구조를 제공한다. 이를 통해, 스테이터(20)와 로터프레임(40)을 포함하는 모터의 전장길이를 대폭적으로 단축할 수 있음으로써 장치의 컴팩트화를 이룩함과 동시에, 전술된 방수프레임(30)의 측면이 아닌 후면부에 영구자석(45)이 대향 배치되는 구성을 통하여 상기 방수프레임의 제조가 용이하며 경제적인 추진장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 코일(22)에 3상 전원이 인가되면, 상기 슬롯부(21a)가 극성이 가변되는 전자석으로 기능하여 상기 영구자석(45)과의 사이에 회전자계를 형성함으로써 상기 로터프레임(40)이 회전된다. 이때, 상기 로터프레임(40)의 외주에 돌설된 프로펠러(49)가 회전됨에 따라 해양선박 등의 선체에 대한 추진력이 발생된다.

여기서, 상기 프로펠러(49)에 의해 발생된 추력에 따른 물의 흐름을 개선하도록 상기 로터프레임(40)의 외측부는 라운드진 곡면 형태로 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 코일(22)에 전원이 인가되지 않은 경우에도 상기 슬롯부(21a)와 상기 영구자석(45) 간에 자기적 인력이 작용되는 상태이므로 상기 로터프레임(40)이 분리되지 않고 방수프레임(30)의 외면에 회전가능하게 고정된 상태를 유지할 수 있다. 물론, 상기 로터프레임(40)이 방수프레임(30)으로부터 분리되지 않도록 단차진 단면과 이러한 단차를 구속하는 단턱의 형성과 같은 별도의 구조가 부가될 수도 있다.

한편, 도 5는 도 1의 'A' 부분을 확대한 단면도이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 방수프레임(30)의 측면부(32) 내측단 테두리에 베어링 연결부(34)가 형성되는데, 상기 로터프레임(40)의 측면부 단부에는 상기 베어링 연결부(34)와 연결되는 베어링(47)이 구비된다.

이때, 상기 베어링은 수중용 일반 베어링으로 구비될 수도 있으나, 해수와 같은 수중에 배치되므로 흑연브러쉬 내지 류론(Rulon) 재질의 면베어링으로 구비됨이 바람직하다. 상기 류론은 내열성 및 해수에 대한 내부식성이 우수하므로 면베어링으로 사용시 높은 내구성을 제공할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

10: 선체 20: 스테이터
21: 고정자코어 21a: 슬롯부
22: 코일 30: 방수프레임
40: 로터프레임 45: 영구자석
49: 프로펠러

Claims (5)

1. 선체 내부에 배치되되, 원주상 결합되어 축방향을 따라 방사상 배치된 복수개의 슬롯부가 구비된 고정자 코어과 상기 슬롯부에 권선되는 코일을 포함하는 스테이터;
   상기 스테이터의 외면을 외부공간으로부터 구획하여 감싸서 방수 밀폐하도록 구비되되 상기 스테이터의 외측 단면을 커버하는 후면부를 포함하며 타측면 테두리에 베어링 연결부가 형성되는 스테인리스 스틸 재질의 방수프레임;
   상기 방수프레임의 외측에 배치되되, 상기 슬롯부의 축방향 외측 단면과 축방향을 따라 대향 배치되되 극성이 교번하여 구비되는 복수개의 영구자석이 부착되며, 외주에 프로펠러가 돌설된 로터프레임; 및
   상기 베어링 연결부와 연결되도록 상기 로터프레임의 측면부 단부에 구비되는 베어링을 포함하되,
   상기 방수프레임의 후면부는 상기 로터프레임 및 상기 영구자석과 이격되되, 이격되는 간격은 상기 슬롯부와 상기 영구자석 사이에 회전자계가 형성되도록 설정됨을 특징으로 하는 해양선박용 추진장치.
   
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