KR101810085B1 - Controllable Pitch Propeller by Shape Memory Alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박의 추진력을 제공하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러에 관한 것이다.The present invention relates to a propeller capable of pitch control by a shape memory alloy that provides propulsion of a ship.
일반적으로 프로펠러(propeller)는 선박의 추진장치로 사용한다. 프로펠러 중 배의 속도에 따라 피치 앵글(pitch angle)을 조정하여 최적의 효율을 내거나 혹은 역추진으로 제동 역할을 할 수 있는 프로펠러가 있다. 이러한 프로펠러를 가변 피치 프로펠러(CCP : Controllable Pitch Propeller)라고 한다.Propellers are generally used as propulsion devices for ships. There are propellers that can optimize efficiency by adjusting the pitch angle according to the speed of the ship, or it can act as a braking force in the reverse direction. Such a propeller is called a controllable pitch propeller (CCP).
가변 피치 프로펠러(Controllable Pitch Propeller)는 흡수 마력의 효율이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 운행 속도 등에 따라 피치각을 변화시킬 수 있는 프로펠러이다. 가변 피치 프로펠러 베어링 타입에 따라 컬러 베어링 타입(Collar Bearing Type)과 트러니언 베어링 타입(Trunnion Bearing Type)으로 구분할 수 있다. 이중 컬러 베어링 타입은 푸시 풀 로드 타입(PUSH PULL ROD TYPE), 밸브 로드 타입(VALVE ROD TYPE), 이중 유압관 타입(DOUBLE OIL TUBE TYPE) 등으로 구분할 수 있다.The Controllable Pitch Propeller is a propeller that can change the pitch angle according to the running speed and so on so that the efficiency of the absorption horsepower can be maintained at the optimal condition. Depending on the variable pitch propeller bearing type, it can be classified into a color bearing type (collar bearing type) and a trunnion bearing type (trunnion bearing type). Double color bearing type can be divided into PUSH PULL ROD TYPE, VALVE ROD TYPE and DOUBLE OIL TUBE TYPE.
푸시 풀 로드 타입은 가변 피치 프로펠러의 초기 구조로 개발되었으며, 유압 장치와 별도의 위치에 구성된 피스톤에 의해 푸시 풀 로드가 왕복 운동을 하며 피치각이 조절되는 구조로 형성된다. 이와 같은 푸시 풀 로드 타입은 직접 기계 작동식으로, 설계 조건에 따라 프로펠러의 직경이 결정되면, 요구되는 피치 회전력에 따라 피스톤사이즈 등이 정해진다. 푸시 풀 로드 타입은 피스톤이 별도 부위에 위치되므로 크기에 대한 제약이 따를 수 있으며, 푸시 풀 로드의 강성과 구조적 특성 등에 의해 축 길이 또한 제한을 받게 되어 통상 5000~6000kw급 이하에서 사용되고 있다.The push-pull rod type is developed as an initial structure of a variable pitch propeller. The push-pull rod is reciprocated by a piston arranged at a separate position from the hydraulic device and is formed in a structure in which the pitch angle is adjusted. If the diameter of the propeller is determined according to the design conditions, such a push-pull rod type is directly operated by a mechanical operation, and the piston size and the like are determined according to the required pitch rotation force. The push-pull rod type is limited in its size because the piston is located in a separate part, and the shaft length is also limited by the rigidity and structural characteristics of the push-pull rod, and is usually used in the range of 5,000 to 6,000 kW or less.
밸브 로드 타입은 허브 내부에 설치된 서보 밸브가 유압을 이용하여 오일을 파일럿(Pilot)하는 방식이다. 밸브 로드 타입은 메인서보 밸브를 직접 조절할 수 있도록 중공축 내부 등을 통해 유압 분배기까지 충분한 길이의 밸브 로드가 구성되어야 한다. 따라서 축 길이에 영향을 받을 수 있으며, 밸브 로드를 통해 유압이 제어되므로 허브 내부에 국부적인 열이 발생되어 피치각 조절의 정확도에 영향을 미칠 수 있다.In the valve rod type, the servo valve installed inside the hub uses oil pressure to pilot the oil. The valve rod type should have a valve rod of sufficient length from the inside of the hollow shaft to the hydraulic distributor so that the main servo valve can be adjusted directly. Therefore, the shaft length can be influenced and the hydraulic pressure is controlled through the valve rod, so local heat is generated inside the hub, which can affect the accuracy of the pitch angle control.
오일 튜브 타입(이중 유압관 방식)은 서보 밸브가 선박 내부에 있는 유압구동장치(HPU) 내에 배치된 방식으로, 이중 유압관을 중공축 내부에 설치하여 허브 내부에 있는 피스톤과 직접 고정시켜 설치하게 된다. 이중 유압관은 오일 통로가 구분되어 있으므로 구동 시 발생되는 작동 오일의 온도상승을 오일 튜브의 열교관을 통해 냉각하게 된다.The oil tube type (double hydraulic pipe type) is a type in which the servo valve is disposed in a hydraulic drive unit (HPU) inside the ship. The double hydraulic pipe is installed inside the hollow shaft and fixed directly to the piston inside the hub. do. Since the double hydraulic pipe is divided into the oil passages, the temperature rise of the operating oil generated during the operation is cooled through the heat pipe of the oil tube.
기존 가변 피치 프로펠러의 프로펠러 블레이드 피치 제어장치는 엔진에서 프로펠러로 연결되는 추진축, 추진축 중간에 설치되어 유압을 생성하는 오일 디스트리뷰터 박스(OIL DISTRIBUTER BOX), 오일 디스트리뷰터 박스에서 생성된 유압을 이용한 구동력을 발생하는 서보실린더(SERVO CYLINDER), 서보실린더에 연동하여 작동되고 추진축계통의 중심을 관통하도록 설치되는 컨트롤 샤프트(CONTROL SHAFT) 및 컨트롤 샤프트에 연동하여 프로펠러 블레이드의 각도를 변경시키는 컨트롤 블록으로 구성된다.The propeller blade pitch controller of the conventional variable pitch propeller is composed of a propeller shaft connected to the propeller from the engine, an oil distributor box which is installed in the middle of the propeller shaft to generate the hydraulic pressure, a hydraulic propeller driven by the oil pressure generated from the oil distributor box A servo cylinder, a control shaft operated in conjunction with the servo cylinder and installed to penetrate the center of the propeller shaft system, and a control block interlocked with the control shaft to change the angle of the propeller blade.
그런데 기존의 가변 피치 프로펠러의 경우 유압 펌프 매커니즘을 이용하기 때문에 구조가 복잡하고 프로펠러의 축의 크기가 커지고 이로 인해 추력을 발생시키는 유효 면적이 줄어 효율이 감소하는 문제점이 있다.However, in the case of the conventional variable pitch propeller, since the hydraulic pump mechanism is used, the structure is complicated and the size of the shaft of the propeller is increased. As a result, the effective area for generating the thrust is reduced.
일례로서, 대한민국 특허등록 제10-1302987호는 "가변 피치 프로펠러 구동장치"를 개시한다.As an example, Korean Patent Registration No. 10-1302987 discloses a "variable pitch propeller drive system ".
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 특정 온도 이상으로 열을 가하면 길이가 축소되는 형상기억합금의 특성을 이용하여 블레이드의 피치 앵글을 제어하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러를 제공하고자 한다.In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention is to provide a propeller capable of pitch control by a shape memory alloy that controls pitch angles of blades using the characteristics of a shape memory alloy whose length is reduced when heat is applied at a specific temperature or more. ≪ / RTI >
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러는, 블레이드 피치 앵글 제어장치; 상기 블레이드 피치 앵글 제어장치와 연결되는 형상기억합금 와이어; 및 상기 형상기억합금 와이어에 열을 가하여 형상기억합금 와이어의 길이 변화에 따른 상기 블레이드 피치 앵글 제어장치의 연동 작동으로 블레이드 피치 앵글을 제어하는 가열장치; 를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a propeller capable of pitch control by a shape memory alloy, including: a blade pitch angle control device; A shape memory alloy wire connected to the blade pitch angle control device; And a heating device for applying heat to the shape memory alloy wire to control the blade pitch angle by interlocking operation of the blade pitch angle control device according to a change in length of the shape memory alloy wire; . ≪ / RTI >
또한, 상기 가열장치는 형상기억합금 와이어에 연결되는 양극 및 음극을 포함하며, 전류를 통해 상기 형상기억합금 와이어에 열을 가할 수 있다.In addition, the heating device includes a positive electrode and a negative electrode connected to the shape memory alloy wire, and can heat the shape memory alloy wire through an electric current.
또한, 상기 가열장치의 양극과 음극은 상기 형상기억합금 와이어의 특정 구간에 연결될 수 있다.Further, the positive electrode and the negative electrode of the heating device may be connected to a specific section of the shape memory alloy wire.
또한, 상기 형상기억합금 와이어를 복수의 가열구간으로 나누어 각 가열구간마다 상기 가열장치의 양극과 음극을 연결하여 각 가열구간마다 개별적으로 전류를 가하여 개별제어가 가능할 수 있다.In addition, the shape memory alloy wire may be divided into a plurality of heating sections, and the positive and negative electrodes of the heating device may be connected to each heating section for each heating section so that current can be separately applied to each heating section.
또한, 상기 각 가열구간의 경계에는 절연체가 구비될 수 있다.In addition, an insulator may be provided at a boundary between the respective heating sections.
또한, 상기 블레이드 피치 앵글 제어장치는 외면 둘레를 따라 복수의 수용부가 구비되고 상기 복수의 수용부는 내부와 연통되도록 방사형으로 구비되며, 내부 길이방향으로 작동공간이 마련되는 본체; 상기 본체의 수용부에 회전 가능하도록 결합되는 블레이드 링; 및 상기 작동공간에 결합되어 직선 운동을 하면서 상기 블레이드 링을 회전시키는 것으로서, 일측 단부는 탄성부재에 의해 본체와 연결되고 타측 단부는 상기 형상기억합금 와이어의 일측 단부와 연결되는 코어; 를 포함할 수 있다.In addition, the blade pitch angle control apparatus includes a main body having a plurality of receiving portions along an outer periphery thereof, a plurality of receiving portions radially provided to communicate with the inner portion, and a working space in an inner longitudinal direction thereof; A blade ring rotatably coupled to the receiving portion of the main body; And a core coupled to the operating space and rotating the blade ring in a linear motion, the one end of the core being connected to the main body by an elastic member and the other end being connected to one end of the shape memory alloy wire; . ≪ / RTI >
또한, 상기 블레이드 링의 본체를 향하는 일면에는 중심에서 벗어난 위치에 편심축이 구비되며, 상기 코어는 복수의 수용부에 대응하는 부위에 작동부가 구비되고 상기 작동부에는 복수의 수용부를 향하는 면이 복수로 형성되며 상기 면에는 블레이드 링의 편심축이 결합되는 가이드 홈이 구비되며 상기 가이드 홈의 일측 단부는 막히고 타측 단부는 열린 구조일 수 있다.In addition, an eccentric shaft is provided at a position deviated from the center on one side of the blade ring facing the main body. The core includes an operating portion at a portion corresponding to the plurality of accommodating portions, and the operating portion has a plurality of And a guide groove to which the eccentric shaft of the blade ring is coupled is provided on the surface, and one end of the guide groove may be clogged and the other end thereof may have an open structure.
또한, 상기 블레이드 링의 블레이드를 향하는 타면에는 블레이드가 결합될 수 있다.Further, a blade may be coupled to the other surface of the blade ring facing the blade.
또한, 상기 탄성부재는 스프링일 수 있다.Further, the elastic member may be a spring.
본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러에 의하면, 특정 온도 이상으로 열을 가하면 길이가 축소되는 형상기억합금의 특성을 이용하여 블레이드의 피치 앵글을 제어할 수 있다.According to the propeller capable of pitch control by the shape memory alloy according to the embodiment of the present invention, the pitch angle of the blade can be controlled by utilizing the characteristics of the shape memory alloy whose length is reduced when heat is applied at a specific temperature or more.
또한, 형상기억합금 와이어의 경우 작은 단면적으로도 큰 힘을 낼 수 있고 그 구조가 단순하여 축의 크기를 키우지 않고도 효율 손실이 적은 가변 피치 프로펠러를 제공할 수 있다.In addition, the shape memory alloy wire can provide a variable pitch propeller which can generate a large force even with a small cross sectional area and has a simple structure, and thus has a small efficiency loss without increasing the size of the shaft.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전체구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형상기억합금 와이어에 전류를 인가한 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형상기억합금 와이어에 전류 인가 시 블레이드 링의 작동을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형상기억합금 와이어에 전류를 제거한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형상기억합금 와이어에 전류 제거 시 블레이드 링의 작동을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형상기억합금 와이어를 복수의 가열구간으로 나눈 제어시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구동에 사용된 전력의 계산식과 온도변화에 따른 형상기억합금 와이어의 변형률을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 블레이드 피치 앵글 제어장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 블레이드 피치 앵글 제어장치의 분리 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 블레이드 피치 앵글 제어장치의 요부확대도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 블레이드 피치 앵글 제어장치 내부에 코어가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본체의 확대도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코어, 블레이드 링, 블레이드의 확대도이다.1 is an overall configuration diagram according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a view showing a state where a current is applied to a shape memory alloy wire according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a view showing the operation of the blade ring when a current is applied to the shape memory alloy wire according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which current is removed from a shape memory alloy wire according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing the operation of the blade ring during current removal in a shape memory alloy wire according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
6 is a view showing a control system in which a shape memory alloy wire according to a preferred embodiment of the present invention is divided into a plurality of heating sections.
7 is a graph showing a calculation formula of electric power used for driving according to a preferred embodiment of the present invention and a strain rate of a shape memory alloy wire according to a temperature change.
8 is a perspective view of a blade pitch angle control apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is an exploded perspective view of a blade pitch angle control apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is an enlarged view of a main part of a blade pitch angle control apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a view illustrating a state where a core is coupled into a blade pitch angle control apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
12 is an enlarged view of a main body according to a preferred embodiment of the present invention.
13 is an enlarged view of a core, a blade ring, and a blade according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러의 구성을 설명한다.First, the configuration of a propeller capable of pitch control by a shape memory alloy according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러는, 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가할 때 형상기억합금 와이어(20)의 길이가 변하는 특성을 이용하여 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)를 당김으로써 블레이드 피치 앵글을 조절할 수 있다.The propeller capable of controlling the pitch by the shape memory alloy according to the embodiment of the present invention is characterized in that the length of the shape
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러는, 블레이드 피치 앵글 제어장치(10), 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)와 연결되는 형상기억합금 와이어(20) 및 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가하는 가열장치(30)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a propeller capable of pitch control by a shape memory alloy according to an embodiment of the present invention includes a blade pitch
구체적으로 형상기억합금 와이어(20)의 일측 단부는 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)와 연결된다. 형상기억합금 와이어(20)의 타측 단부는 고정대상에 고정되는 고정단이다. 형상기억합금 와이어(20)는 열을 가하면 길이가 변하는 형상기억합금으로 제작된다. 형상기억합금(Shape Memory Alloy)은 일반적으로 니켈-티타늄 합금 또는 구리-아연-알루미늄 합금 등으로 구성된다. 형상기억합금은 85~150℃에 이르면 급격히 축소되며 상온에서는 원래의 형상으로 복원되는 특성이 있다. 형상기억합금의 메모리 효과는 약 7000회 이상이라고 알려져있다.Specifically, one end of the shape
형상기억합금 와이어(20)를 특정온도 이상으로 열을 가하면 길이가 수축되고 열을 제거하면 형상기억합금 와이어(20)의 길이는 원상태로 복원된다.When heat is applied to the shape
형상기억합금 와이어(20)는 가열장치(30)와 연결된다. 가열장치(30)는 양극(31) 및 음극(32)을 포함한다. 형상기억합금 와이어(20)의 특정 구간에 양극(31)과 음극(32)을 연결한다. 형상기억합금 와이어(20)에 연결된 양극(31) 및 음극(32)에 전류를 흐르게 함으로써 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가할 수 있다.The shape memory alloy wire (20) is connected to the heating device (30). The
형상기억합금 와이어(20)의 길이제어는 양극(31)과 음극(32) 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 도 1과 같이 양극(31)과 음극(32) 사이의 거리를 ①과 같이 200mm로 하거나, 양극(31)과 음극(32) 사이의 거리를 ②와 같이 250mm로 하거나, 양극(31)과 음극(32) 사이의 거리를 ③과 같이 300mm로 할 수 있다. 양극(31)과 음극(32) 사이의 거리가 멀수록 형상기억합금 와이어(20)의 길이 변형이 크다.The length control of the shape
도 6에 도시된 바와 같이 형상기억합금 와이어(20)를 복수의 가열구간(300)으로 나누어 개별적으로 제어할 수도 있다. 구체적으로 형상기억합금 와이어(20)를 복수의 가열구간(300)으로 분할한다. 분할된 각 가열구간(300)의 경계에는 절연체(40)를 설치한다. 분할된 각 가열구간(300)마다 양극(31)과 음극(32)을 연결한다. 각 가열구간(300)마다 개별적으로 양극(31)가 음극(32)이 연결되므로 각 가열구간(300)의 길이를 개별적으로 제어할 수 있다.The shape
도 7과 같은 식을 통해 블레이드 피치 앵글 제어장치의 구동 전력을 알 수 있고, 연산 및 온도 변화에 따른 형상기억합금 와이어의 변형률 그래프를 통해 형상기억합금 와이어의 길이와 가해지는 전압을 변화시킴으로써 프로펠러 구동을 제어할 수 있음을 알 수 있다.7, the driving power of the blade pitch angle control device can be known, and by changing the length of the shape memory alloy wire and the applied voltage through the strain graph of the shape memory alloy wire according to the calculation and the temperature change, Can be controlled.
도 8, 9에 도시된 바와 같이 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)는, 코어(23)가 내부에 장착되는 본체(21), 본체(21)의 수용부(211)에 회전 가능하도록 결합되는 블레이드 링(22) 및 본체(21) 내부에 결합되고 형상기억합금 와이어(20)와 연결되는 코어(23)를 포함한다.8 and 9, the blade pitch
도 10, 11, 12에 도시된 바와 같이 본체(21)는 절반으로 분리되는 구조일 수 있다. 본체(21) 외면 둘레를 따라 복수의 수용부(211)가 구비된다. 복수의 수용부(211)는 방사형으로 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 수용부(211)는 블레이드(50) 방향과 대응하도록 상하좌우 4방향으로 형성될 수 있다. 수용부(211)는 본체(21) 내부와 연통된다. 수용부(211)에는 블레이드 링(22)이 결합된다. 수용부(211)는 블레이드 링(22)에 부합하는 형태로 형성된다. 본체(21) 내부 길이방향으로 작동공간(212)이 마련된다.As shown in Figs. 10, 11 and 12, the
블레이드(50)는 블레이드 링(22)에 의해 본체(21)에 연결된다. 블레이드 링(22)은 본체(21)의 수용부(211)에 회전 가능하도록 결합된다. 블레이드 링(22)은 원판 형태로 형성된다. 블레이드 링(22)은 상부 층이 하부 층보다 폭이 좁은 형태의 다단의 층을 이루는 원판 구조일 수 있다. 본체(21)를 향하는 블레이드 링(22)의 저면에는 편심축(221)이 구비된다. 편심축(221)은 본체(21) 내부를 향하도록 돌출 형성된다. 편심축(221)은 블레이드 링(22)의 중심에서 벗어난 위치에 구비된다. 수용부(211)에 블레이드 링(22)을 결합 시 편심축(221)은 코어(23)의 가이드 홈(232)에 위치한다. 편심축(221)은 가이드 홈(232)을 따라 이동한다.The
코어(23)는 본체(21)의 작동공간(212)에 결합된다. 코어(23)는 작동공간(212)에 결합 상태에서 직선 운동을 하면서 블레이드 링(22)을 회전시켜 블레이드(50)의 피치 앵글을 제어한다. 코어(23)의 일측 단부는 탄성부재(24)에 의해 본체(21)에 연결된다. 탄성부재(24)는 스프링일 수 있다. 코어(23)의 타측 단부는 형상기억합금 와이어(20)와 연결된다. The core (23) is coupled to the working space (212) of the main body (21). The core 23 controls the pitch angle of the
코어(23)는 작동부(230)를 포함한다. 작동부(230)는 수용부(211)에 대응하는 코어(23) 부위에 구비된다. 작동부(230)는 복수의 수용부(211)를 향하는 복수의 면(231)으로 구성된다. 작동부(230)의 면(231)은 수용부(211)에 부합하는 개수로 설계되어야 한다. 작동부(230)의 면(231)에는 블레이드 링(22)의 편심축(221)이 결합되는 가이드 홈(232)이 구비된다. 가이드 홈(232)의 일측 단부는 막히고 타측 단부는 열린 구조로 형성된다. 블레이드 링(22)의 편심축(221)은 가이드 홈(232)에 끼워진 상태로 가이드 홈(232)을 따라 이동한다. 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가하면 형상기어합금 와이어(20)의 길이가 축소되면서 코어(23)를 당긴다. 코어(23)의 타측 단부는 형상기어합금 와이어(20)와 연결을 위해 본체(21) 외측으로 노출되어야 한다.The
도 13에 도시된 바와 같이 블레이드(50)를 향하는 블레이드 링(22)의 상면에는 블레이드(50)가 결합된다. 블레이드 링(22)과 블레이드(50)는 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예컨대, 블레이드 링(22)과 블레이드(50)의 결합방식은 홈에 돌기가 끼워지는 결합방식일 수 있다.The
다음은 본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러의 블레이드 피치 앵글 제어과정을 설명한다.Next, a blade pitch angle control process of a propeller capable of pitch control by a shape memory alloy according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2, 3과 같이 양극(31)과 음극(32)에 전류를 인가하여 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가한다. 형상기억합금 와이어(20)의 양극(31)과 음극(32) 사이 구간에 열이 가해짐에 따라 형상기억합금 와이어(20)의 길이가 축소된다.Current is applied to the
형상기억합금 와이어(20)의 길이가 축소됨에 따라 코어(23)는 형상기억합금 와이어(20) 방향으로 당겨진다. 코어(23)가 형상기억합금 와이어(20) 방향으로 당겨지면 블레이드 링(22)이 회전하고 이에 블레이드(50)의 피치 앵글이 변한다.As the length of the shape
구체적으로 코어(23)가 직선 운동을 하면서 가이드 홈(232)에 결합된 블레이드 링(22)의 편심축(221)을 형상기억합금 와이어(20) 방향으로 당긴다. 이에 블레이드 링(22)은 수용부(211) 내부에서 회전한다. 블레이드 링(22)과 연결된 블레이드(50)도 블레이드 링(22)과 함께 회전한다. 블레이드 링(22)의 편심축(221)은 코어(23)의 직선 운동 시 가이드 홈(232)의 열린 쪽 타측 단부 방향으로 이동한다. 이때, 탄성부재(24)는 코어(23)가 형상기억합금 와이어(20) 방향으로 이동한 거리만큼 신장된다.Concretely, while the
도 4, 5와 같이 양극(31)과 음극(32)의 전류를 제거하면 형상기억합금 와이어(20)의 길이는 원상태로 늘어난다. 형상기억합금 와이어(20)의 길이가 원상태로 늘어남과 동시에 탄성부재(24)는 복원력에 의해 원상태로 축소되면서 코어(23)를 본체(21) 방향으로 당긴다. 코어(23)가 본체(21) 방향으로 당겨짐과 동시에 블레이드 링(22)은 회전하고 이에 블레이드(50)의 피치 앵글은 최초 상태가 된다.As shown in FIGS. 4 and 5, when the current flows through the
구체적으로 코어(23)가 직선 운동을 하면서 가이드 홈(232)에 결합된 블레이드 링(22)의 편심축(221)을 본체(21) 방향으로 당김에 따라 블레이드 링(22)은 수용부(211) 내부에서 중심축을 중심으로 회전한다. 이에 블레이드 링(22)과 연결된 블레이드(50)도 블레이드 링(22)과 함께 회전한다. 블레이드 링(22)의 편심축(221)은 코어(23)의 직선 운동 시 가이드 홈(232)의 막힌 쪽 일측 단부 쪽으로 이동하여 최초 위치로 복귀한다.Concretely, as the core 23 linearly moves, the
살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러는, 특정 온도 이상으로 열을 가하면 길이가 축소되는 형상기억합금의 특성을 이용하여 블레이드의 피치 앵글을 제어할 수 있다. 또한, 형상기억합금 와이어의 경우 작은 단면적으로도 큰 힘을 낼 수 있고 그 구조가 단순하여 축의 크기를 키우지 않고도 효율 손실이 적은 가변 피치 프로펠러를 제공할 수 있다.As described above, the propeller capable of pitch control by the shape memory alloy according to the embodiment of the present invention can control the pitch angle of the blade using the characteristics of the shape memory alloy whose length is reduced when heat is applied at a specific temperature or more . In addition, the shape memory alloy wire can provide a variable pitch propeller which can generate a large force even with a small cross sectional area and has a simple structure, and thus has a small efficiency loss without increasing the size of the shaft.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, changes, and substitutions are possible, without departing from the essential characteristics and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10:블레이드 피치 앵글 제어장치
20:형상기억합금 와이어
21:본체
22:블레이드 링
23:코어
24:탄성부재
30:가열장치
31:양극
32:음극
40:절연체
50:블레이드
211:수용부
212:작동공간
221:편심축
230:작동부
231:면
232:가이드 홈
300:가열구간10: blade pitch angle control device
20: Shape memory alloy wire
21:
22: Blade ring
23: Core
24: elastic member
30: Heating device
31: anode
32: cathode
40: Insulator
50: blade
211:
212: working space
221: Eccentric shaft
230:
231: Cotton
232: Guide groove
300: heating section
Claims (9)
상기 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)와 연결되는 형상기억합금 와이어(20); 및
상기 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가하여 형상기억합금 와이어(20)의 길이 변화에 따른 상기 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)의 연동 작동으로 블레이드 피치 앵글을 제어하는 가열장치(30);
를 포함하며,
상기 블레이드 피치 앵글 제어장치(10)는,
외면 둘레를 따라 복수의 수용부(211)가 구비되고 상기 복수의 수용부(211)는 내부와 연통되도록 방사형으로 구비되며, 내부 길이방향으로 작동공간(212)이 마련되는 본체(21);
상기 본체(21)의 수용부(211)에 회전 가능하도록 결합되는 블레이드 링(22); 및
상기 작동공간(212)에 결합되어 직선 운동을 하면서 상기 블레이드 링(22)을 회전시키는 것으로서, 일측 단부는 탄성부재(24)에 의해 본체(21)와 연결되고 타측 단부는 상기 형상기억합금 와이어(20)의 일측 단부와 연결되는 코어(23);
를 포함하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.
A blade pitch angle control device (10);
A shape memory alloy wire 20 connected to the blade pitch angle control device 10; And
A heating device 30 for applying heat to the shape memory alloy wire 20 to control the blade pitch angle by interlocking operation of the blade pitch angle control device 10 according to a change in length of the shape memory alloy wire 20;
/ RTI >
The blade pitch angle control apparatus (10)
A main body 21 having a plurality of receiving portions 211 along the outer circumference and radially provided to communicate with the plurality of receiving portions 211 and having an operating space 212 in an inner longitudinal direction;
A blade ring (22) rotatably coupled to the receiving portion (211) of the main body (21); And
And the other end of the blade ring 22 is connected to the body 21 by an elastic member 24 and the other end of the blade ring 22 is connected to the shape memory alloy wire A core (23) connected to one end of the base (20);
Wherein the pitch control is performed by the shape memory alloy.
상기 가열장치(30)는,
형상기억합금 와이어(20)에 연결되는 양극(31) 및 음극(32)을 포함하며, 전류를 통해 상기 형상기억합금 와이어(20)에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.
The method according to claim 1,
The heating device (30)
Characterized in that the shape memory alloy wire (20) includes an anode (31) and a cathode (32) connected to the shape memory alloy wire (20) Possible propellers.
상기 형상기억합금 와이어(20)를 복수의 가열구간(300)으로 나누어 각 가열구간(300)마다 상기 가열장치(30)의 양극(31)과 음극(32)을 연결하여 각 가열구간(300)마다 개별적으로 전류를 가하여 개별제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.
The method of claim 2,
The shape memory alloy wire 20 is divided into a plurality of heating sections 300 and the positive electrode 31 and the negative electrode 32 of the heating device 30 are connected to each heating section 300 for each heating section 300, And a current is individually applied to each of the plurality of piezoelectric elements so that individual control is possible.
상기 각 가열구간(300)의 경계에는,
절연체(40)가 구비되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.
The method of claim 4,
At the boundary of each heating section 300,
Characterized in that an insulator (40) is provided.
상기 블레이드 링(22)의 본체(21)를 향하는 일면에는 중심에서 벗어난 위치에 편심축(221)이 구비되며,
상기 코어(23)는 복수의 수용부(211)에 대응하는 부위에 작동부(230)가 구비되고 상기 작동부(230)에는 복수의 수용부(211)를 향하는 면(231)이 복수로 형성되며 상기 면(231)에는 블레이드 링(22)의 편심축(221)이 결합되는 가이드 홈(232)이 구비되며 상기 가이드 홈(232)의 일측 단부는 막히고 타측 단부는 열린 구조인 것을 특징으로 하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.
The method according to claim 1,
An eccentric shaft 221 is provided on a surface of the blade ring 22 facing the main body 21 at a position deviated from the center,
The core 23 is provided with an operating portion 230 at a portion corresponding to the plurality of accommodating portions 211 and a plurality of surfaces 231 facing the plurality of accommodating portions 211 are formed in the operating portion 230 And a guide groove 232 in which the eccentric shaft 221 of the blade ring 22 is engaged is provided on the surface 231. One end of the guide groove 232 is closed and the other end is open. Propeller capable of pitch control by shape memory alloy.
상기 블레이드 링(22)의 블레이드(50)를 향하는 타면에는,
블레이드(50)가 결합되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.
The method according to claim 1,
On the other surface of the blade ring 22 facing the blade 50,
Wherein the blade (50) is coupled to the propeller.
상기 탄성부재(24)는,
스프링인 것을 특징으로 하는 형상기억합금에 의한 피치 제어가 가능한 프로펠러.The method according to claim 1,
The elastic member (24)
Wherein the pitch control is performed by the shape memory alloy.
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- 2017-02-07 KR KR1020170016905A patent/KR101810085B1/en active IP Right Grant
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