KR101762693B1 - 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기 - Google Patents

유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기에 관한 것으로, 그 목적은 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템이 연결되는 선박추진용 감속기를 유성기어열로 형성하여, 감속기의 구성을 단순화하고, 이를 통해 소형 경량화하여 선체 공간활용도를 향상시킬 수 있는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기를 제공하는 것이다.
본 발명은 동력분기식 선박추진용 감속기에 있어서; 선박 메인엔진의 엔진축에 연결되어 구동되는 선기어; 상기 선기어에 치합되는 복수의 유성기어; 복수의 유성기어가 설치되는 캐리어; 복수의 유성기어에 내치차가 치합되도록 설치되는 링기어; 상기 링기어의 외치차에 치합되도록 설치되고 발전기 축과 연결되는 ＰＴＯ기어; 상기 캐리어에 일측이 연결되고 타측이 제2클러치에 의해 프로펠러 샤프트에 연결되는 캐리어 샤프트; 상기 링기어에 일측이 연결되고 타측이 제1클러치에 의해 프로펠러 샤프트에 연결되는 링기어 샤프트;를 포함한다.

Description

유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기{Marine gearbox by using power-split planetary gear-train}
본 발명은 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기에 관한 것으로, 선박의 메인엔진과 프로펠러 사이에 유성기어열을 구비하는 감속기를 설치하여, 메인엔진의 구동력을 프로펠러 또는, 프로펠러와 발전기로 분기시킬 수 있는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 그 내부에 장착된 엔진에서 발생한 동력을 샤프트에 의하여 프로펠러 등의 추진 장치에 전달함으로써 추진력을 얻는다. 상기 샤프트는 그 일측이 선박의 내부에 장착된 엔진에 연결되며, 타측은 선박의 외부에 위치하는 프로펠러에 연결된다.
또한, 상기 선박의 메인엔진과 프로펠러 사이에는, 메인엔진의 회전출력을 감속시켜 프로펠러의 추진효율을 향상시키거나, ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템을 연결할 목적으로 감속기가 설치된다.
상기 ＰＴＯ는 메인엔진과 프로펠러 사이에 설치된 기어박스에 연결되어 샤프트 제네레이터를 구동시키는 시스템이고, 상기 ＰＴＩ는 기존 설치된 제네레이터에서 발생된 전기로 샤프트 제네레이터를 회전시켜, 그 회전력을 프로펠러로 전달하여 추진력을 얻는 시스템으로, 이와 같은 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템의 개발은 연비절감 효율을 높이기 위하여 선박에 적용되고 있다.
상기 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템의 연결을 위한 종래의 감속기는 도 1 에 도시된 바와 같이, 선박 메인엔진(10`)의 엔진축(11`)과 프로펠러 샤프트(81`)가 헬리컬 기어(20`)에 의해 연결되도록 되어 있으며, 엔진축(11`)에 또다른 헬리컬기어(60`)에 의해 발전기 축(91`)이 연결되어, 메인엔진(10`)의 동력이 프로펠러(80`)와 발전기(90`)로 분기되도록 되어 있다.
또한, 상기 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템은 클러치(70`)에 의해 메인엔진(10`)의 구동력이 단속되어 전달될 수 있다. 도 2 는 하나의 클러치(70`)에 의해 동력분기가 이루어지도록 구성된 것이고, 도 3 은 2개의 클러치에 의해 동력분리가 이루어지도록 구성된 것이며, 도 4 는 3개의 클러치에 의해 동력분기가 이루어지도록 구성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템이 연결되는 종래의 선박추진용 감속기는 발전기 및 프로펠러로의 동력 전달을 위하여, 헬리컬 기어가 다단으로 형성되어 있어, 감속기의 크기가 매우 커지게 되며, 이와 같은 감속기의 크기로 인하여, 선박내 공간활용도가 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 선박추진용 감속기는 대형화 및 고중량을 구비하고 있어, 감속기의 조립에 많은 어려움이 있을 뿐 아니라, 감속기 자체의 조립성이 저하되는 등 여러가지 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템이 연결되는 선박추진용 감속기를 유성기어열로 형성하여, 감속기의 구성을 단순화하고, 이를 통해 소형 경량화하여 선체 공간활용도를 향상시킬 수 있는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 선박추진용 감속기에 유성기어열을 적용하여 다양한 감속비를 얻을 수 있으며, 이를 통해 메인엔진의 동력배분을 최적화할 수 있는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 클러치의 설치에 의해 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템의 단락 또는 연결을 용이하게 하여, 메인엔진의 안정성을 향상시킬 수 있는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기를 제공하는 것이다.
본 발명은 동력분기식 선박추진용 감속기에 있어서; 선박 메인엔진의 엔진축에 연결되어 구동되는 선기어; 상기 선기어에 치합되는 복수의 유성기어; 복수의 유성기어가 설치되는 캐리어; 복수의 유성기어에 내치차가 치합되도록 설치되는 링기어; 상기 링기어의 외치차에 치합되도록 설치되고 발전기 축과 연결되는 ＰＴＯ기어; 상기 캐리어에 일측이 연결되고 타측이 제2클러치에 의해 프로펠러 샤프트에 연결되는 캐리어 샤프트; 상기 링기어에 일측이 연결되고 타측이 제1클러치에 의해 프로펠러 샤프트에 연결되는 링기어 샤프트;를 포함한다.
이와 같이 본 발명은 선박추진용 감속기에 동력전달밀도가 높은 유성기어열을 적용하여 감속기의 구조를 단순화하고, 이를 통해 소형화 및 경량화가 가능하여, 선체 기관내의 공간활용도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 유성기어를 통해 감속비를 광범위하게 조절할 수 있어, 다양한 엔진에 적용이 가능하며, ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템에 대한 메인엔진의 동력배분을 최적화하고, 메인엔진의 안정성을 꾀할 수 있다.
도 1 은 종래의 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템이 연결된 선박 추진장치의 구성을 보인 예시도
도 2 내지 도 4 는 종래의 ＰＴＯ 또는 ＰＴＩ 시스템에 클러치가 연결된 선박 추진장치의 구성을 보인 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 전체 구성을 보인 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 기어의 결합관계를 보인 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 전체 구성을 보인 예시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 기어의 결합관계를 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 선박 메인엔진의 구동력이 유성기어열을 구비한 감속기에 의해 프로펠러 또는 프로펠러와 발전기로 전달되도록 되어 있다.
즉, 본 발명은 동력분기식 선박추진용 감속기에 있어서; 선박 메인엔진(10)의 엔진축(11)에 연결되어 구동되는 선기어(20)와, 상기 선기어(20)에 치합되는 복수의 유성기어(30)와, 복수의 유성기어(30)가 설치되는 캐리어(40)와, 복수의 유성기어(30)에 내치차(51)가 치합되는 링기어(50)와, 상기 링기어(50)의 외치차(52)에 치합되고 발전기(90)와 연결되는 ＰＴＯ기어(60)와, 상기 캐리어(40)에 일측이 연결되고 타측이 제2클러치(72)에 의해 프로펠러 샤프트(81)에 연결되는 캐리어 샤프트(41)와, 상기 링기어(50)에 일측이 연결되고 타측이 제1클러치(71)에 의해 프로펠러 샤프트(81)에 연결되는 링기어 샤프트(53)를 포함하도록 되어 있다.
상기 선기어(20)는 감속기의 입력축 즉, 엔진축(11)에 연결설치되어, 메인엔진의 구동력을 전달받는다.
상기 유성기어(30)는 링기어(50)와 선기어(20) 사이에 위치하도록 복수개가 설치되어 있으며, 일측이 선기어(20)에 치합되고, 또다른 일측이 링기어의 내치차(51)에 치합되어, 선기어(20)의 회전력을 링기어(50)에 전달한다.
상기 캐리어(40)는 복수 유성기어 중심을 서로 연결하는 것으로, 캐리어(40)의 일측 중앙으로 선기어(20)가 삽입되어 유성기어(30)에 치합되고, 캐리어(40)의 타측 중앙에 캐리어 샤프트(41)가 연결설치된다.
또한, 상기 캐리어(40)는 일측에 제2브레이크(76)가 연결설치되어 있으며, 제2브레이크(76)의 작동에 의해 고정된 상태를 구비하게 된다.
상기 링기어(50)는 선기어(20)의 회전력을 복수의 유성기어(30)에 의해 전달받아 프로펠러(80) 및 ＰＴＯ기어(60)에 전달하는 것으로, 내측에 복수의 유성기어(30)와 치합되는 내치차(51)를 구비하고, 외부면에 ＰＴＯ기어(60)와 치합되는 외치차(52)를 구비한다. 즉, 상기 링기어(50)는 내치차(51)와 외치차(52)를 모두 구비한다.
또한, 상기 링기어(50)는 일측에 제1브레이크(75)가 연결설치되어 있으며, 제1브레이크(75)의 작동에 의해 고정된 상태를 구비하게 된다. 이때, 상기 제1브레이크(75)는 링기어 외측에 형성된 외치차(52)에 간섭되지 않도록 링기어(50) 일측에 위치하도록 설치되어 있다.
즉, 상기 링기어(50) 및 캐리어(40)는 제1브레이크(75) 및 제2브레이트(76)의 작동에 의해 고정된 상태를 구비하여, 엔진축(11)에 따른 선기어(20)의 구동시 피동되는 기어 및 회전방향을 변경하게 된다.
상기 ＰＴＯ기어(60)는 링기어의 외치차(52)에 일측이 치합되고, 발전기 축(91)에 연결되며, 메인엔진(10)의 구동력을 전달받아 발전기(90)를 가동시킨다.
상기 캐리어 샤프트(41)는 일측이 캐리어(40)의 중심에 연결되고 타측이 제2클러치(72)에 의해 프로펠러 샤프트(81)에 연결되어, 제2클러치(72)의 작동에 의해 캐리어(40)의 회전력을 프로펠러(80)에 단속 및 전달한다.
상기 링기어 샤프트(53)는 일측이 링기어(50)에 연결되고 타측이 제1클러치(71)에 의해 프로펠러 샤프트(81)에 연결되어, 제1클러치(71)의 작동에 의해 링기어(50)의 회전력을 프로펠러(80)에 단속 및 전달한다.
이때, 상기 캐리어 샤프트(41)는 링기어 샤프트(53) 내측에 위치하도록 설치되어 있다.
상기 프로펠러 샤프트(81)는 프로펠러(80)에 연결되는 메인샤프트(82)와, 상기 메인샤프트(82)에 일측이 연결되고 타측이 제2클러치(72)에 의해 캐리어 샤프트(41)와 연결되는 내측샤프트(83)와, 상기 내측샤프트(83)에 일측이 연결되고 타측이 제1클러치(71)에 의해 링기어 샤프트(53)와 연결되는 외측샤프트(84)를 포함한다.
또한, 상기 프로펠러 샤프트(81)는 반드시 메인샤프트(82), 내측샤프트(83) 및 외측샤프트(84)로 구분되는 것은 아니며, 제1,2클러치(71,72)에 의해 프로펠러(80)로 링기어 회전력 및 캐리어 회전력이 전달되는 구성을 구비하면 된다.
또한, 상기 메인엔진(10)에 의한 프로펠러(80) 및 발전기(90)로의 동력분기비율은 선기어(20), 유성기어(30) 및 링기어(50)의 기어비에 따라 조정되며, 이와 같은 기어비의 조정은 다양하게 이루어질 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
- 선박 전진(NO PTO)
제1브레이크(75)에 의해 링기어(50)가 고정되고, 제2클러치(72)의 물림에 의해 캐리어 샤프트(41)와 프로펠러 샤프트의 내측샤프트(83)가 연결된 상태에서 메인엔진(10)에 의해 엔진축(11)이 정방향 구동되면,
엔진축(11)의 구동력이 선기어(20)에 전달되어 선기어(20)가 정방향 회전되고, 상기 선기어(20)의 정방향 회전력은 복수의 유성기어(30)에 전달되어 유성기어(30)를 역방향 회전시키게 된다.
이때, 링기어(50)가 고정되어 있으므로, 복수의 유성기어(30)는 링기어의 내치차(51)를 따라 움직이게 되며, 이로 인해 캐리어(40)가 정방향으로 회전하게 된다.
즉, 상기 선기어(20)와 캐리어(40)는 엔진축(11)을 중심으로 정방향 자전하게 되고, 유성기어(30)는 역방향 회전하면서 엔진축(11)을 중심으로 공전하게 된다.
이와 같이 자전되는 캐리어(40)의 정방향 회전력은 캐리어 샤프트(41)에 전달되고, 제2클러치(72)의 물림에 의해 캐리어 샤프트(41)의 구동력이 프로펠러 샤프트의 내측샤프트(83)에 전달되어 프로펠러(80)와 연결된 메인샤프트(82)를 정방향 회전시키게 되므로, 프로펠러(80)가 정방향으로 회전되어 선박이 전진하게 된다.
이때, 상기 외측샤프트(84)와 링기어(50) 사이에 위치하는 제1클러치(71)의 작동에 의해 외측샤프트(84)와 링기어(50)는 서로 동력전달이 끊어진 상태를 구비하게 되므로, 링거어의 외치차(52)에 결합된 ＰＴＯ기어(60)는 회전되지 않게 된다.
- 선박 전진(PTO power-split)
제2클러치(72)의 물림에 의해 캐리어 샤프트(41)와 프로펠러 샤프트의 내측샤프트(83)가 연결된 상태에서 엔진축(11)이 정방향 구동되면, 엔진축(11)의 회전력이 선기어(20)에 전달되고, 상기 선기어(20)의 정방향 회전력은 복수의 유성기어(30)를 통해 링기어(50)에 전달되어 링기어(50)가 역방향으로 회전하게 되며, 링기어의 외치차(52)에 치합된 ＰＴＯ기어(60)가 정방향 회전되어 발전기(90)를 구동시키게 된다
또한, 캐리어(40)에 전달된 선기어(20)의 정방향 회전력은 캐리어 샤프트(41)를 통해 내측샤프트(83)에 전달되어, 프로펠러(80)와 연결된 메인샤프트(82)를 정방향으로 회전시키게 되므로, 프로펠러(80)가 정방향 회전되어 선박이 전진하게 된다.
이때, 상기 외측샤프트(84)와 링기어(50) 사이에 위치하는 제1클러치(71)의 작동에 의해 링기어(50)와 외측샤프트(84)는 서로 동력전달이 끊어진 상태를 구비하게 되므로, 링기어(50)의 회전방향은 외측샤프트(84)의 회전방향에 영향을 받지 않게 된다.
- 선박 후진(PTO power-split)
제2브레이크(76)에 의해 캐리어(40)가 고정되고, 제1클러치(71)의 물림에 의해 링기어 샤프트(53)와 프로펠러 샤프트(81)의 외측샤프트(84)가 연결된 상태에서 엔진축(11)이 정방향 구동되면, 엔진축(11)의 구동력에 의해 선기어(20)가 정방향회전하게 되고, 상기 선기어(20)의 회전력이 복수의 유성기어(30)에 전달된다. 이때, 캐리어(40)가 고정되어 있으므로, 복수의 유성기어(30)는 역방향으로 자전하게 되며, 이와 같은 유성기어(30)의 역방향 자전에 의해 링기어(50) 역시 역방향으로 회전하게 되며, 링거어(50)의 역방향 회전에 의해 ＰＴＯ기어(60)가 정방향 회전되어 발전기(90)가 가동된다.
또한, 링기어(50)에 전달된 선기어(20)의 회전력은 역방향 회전되는 링기어 샤프트(53)를 통해 외측샤프트(84)에 전달되어, 프로펠러(80)와 연결된 메인샤프트(82)를 역방향 회전시키게 되므로, 프로펠러(80)가 역회전되어 선박이 후진하게 된다.
이때, 상기 내측샤프트(83)와 캐리어(50) 사이에 위치하는 제2클러치(72)의 작동에 의해 내측샤프트(83)와 캐리어(50)는 서로 동력전달이 끊어진 상태를 구비하게 되므로, 고정된 캐리어(50)로 인하여 프로펠러 샤프트(81)의 회전에 간섭이 발생되지 않게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
(10) : 메인엔진 (11) : 엔진축
(20) : 선기어 (30) : 유성기어
(40) : 캐리어 (41) : 캐리어 샤프트
(50) : 링기어 (51) : 내치차
(52) : 외치차 (53) : 링기어 샤프트
(60) : ＰＴＯ기어 (71) : 제1클러치
(72) : 제2클러치 (75) : 제1브레이크
(76) : 제2브레이크 (80) : 프로펠러
(81) : 프로펠러 샤프트 (82) : 메인샤프트
(83) : 내측샤프트 (84) : 외측샤프트
(90) : 발전기 (91) : 발전기 축

Claims (3)

  1. 동력분기식 선박추진용 감속기에 있어서;
    선박 메인엔진(10)의 엔진축(11)에 연결되어 구동되는 선기어(20);
    상기 선기어(20)에 치합되는 복수의 유성기어(30);
    복수의 유성기어(30)가 설치되는 캐리어(40);
    복수의 유성기어(30)에 내치차(51)가 치합되도록 설치되는 링기어(50);
    링기어(50)의 외치차(52)에 치합되도록 설치되고 발전기(90)와 연결되는 ＰＴＯ기어(60);
    상기 캐리어(40)에 일측이 연결되고 타측이 제2클러치(72)에 의해 프로펠러 샤프트(81)에 연결되는 캐리어 샤프트(41);
    상기 링기어(50)에 일측이 연결되고 타측이 제1클러치(71)에 의해 프로펠러 샤프트(81)에 연결되는 링기어 샤프트(53);를 포함하되,
    상기 프로펠러 샤프트(81)는 프로펠러(80)에 연결되는 메인샤프트(82)와, 상기 메인샤프트(82)에 일측이 연결되고 타측이 제2클러치(72)에 의해 캐리어 샤프트(41)에 연결되는 내측샤프트(83)와, 상기 내측샤프트(83)에 일측이 연결되고 타측이 제1클러치(71)에 의해 링기어 샤프트(53)에 연결되는 외측샤프트(84)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기.
  2. 삭제
  3. 청구항 1 에 있어서;
    상기 캐리어(40)는 일측에 제2브레이크(76)가 연결설치되고, 상기 링기어(50)는 일측에 제1브레이크(75)가 연결설치되어, 제2브레이크(76)의 작동에 의해 캐리어(40)가 고정되고, 제1브레이크(75)의 작동에 의해 링기어(50)가 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기.
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