KR101824161B1 - 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템 - Google Patents

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Abstract

이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템이 개시된다. 선박용 추진 시스템은, 회전력을 제공하는 구동축에 고정 결합되고, 하나 이상의 제1 블레이드가 외주면에 부착되는 제1 허브; 하나 이상의 제2 블레이드가 외주면에 부착되고, 상기 구동축의 둘레면에 구비된 내측 기어와 동심원 형상으로 외측 기어가 일측에 구비된 제2 허브; 및 상기 내측 기어와 상기 외측 기어 각각에 치합되도록 개재(介在)되는 복수의 유성 기어를 포함하는 유성기어 구조체를 포함한다.

Description

이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템{Marine propulsion system having counter rotating propeller}
본 발명은 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 프로펠러에 의해 발생된 추력을 이용하여 이동된다. 프로펠러는 추력 발생을 위한 회전시 회전 에너지의 손실이 발생될 수 있고, 이러한 회전 에너지의 손실을 감소시키기 위해 이중반전 추진 시스템(CRP, Counter Rotating Propulsion system)이 프로펠러에 적용되고 있다.
이중반전 추진 시스템은 프로펠러가 유체에 제공한 회전 방향의 운동 에너지를 회수하는 개념으로, 서로 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 프로펠러를 서로 마주보도록 배열할 수 있다. 이를 선박 추진시스템에 적용할 경우, 버려지는 회전류의 회전 에너지 회수를 통해 추진 효율을 향상시킬 수 있다.
종래에는 이중반전 추진 시스템의 구현을 위해, 이중축을 이용하고 중실축의 회전을 선체에 고정점을 가지는 유성기어를 이용하여 회전 방향을 반전시켜 외부 중공축을 회전시키거나, 이중축을 이용하고 중실축의 회전을 선체에 고정점을 가지는 베벨 기어를 이용하여 회전 방향을 반전시켜 외부 중공축을 회전시키는 방법 등이 활용되고 있었다. 또한 이러한 구조를 일부 개선한 구성으로서 한국공개특허 제2014-0049733호, 한국공개특허 제2012-0139248호 등도 개시되고 있다.
그러나 유성기어를 이용하는 종래의 이중반전 추진 시스템은 회전력을 전달하는 유성기어가 용이하게 공전(公轉)되는 구조로 구성되어, 구동축의 회전력이 외측 기어에 전달될 때 많은 에너지 손실이 야기되는 문제점이 있었다. 또한 유성 기어의 공전을 방지하기 위해 유성 기어가 선체에 고정 설치되고, 이로 인해 기어 박스가 커지는 문제점도 있었다.
한국특허공개 제2014-0049733호(선박 추진 장치) 한국특허공개 제2012-0139248호(선박의 추진장치 및 이를 갖춘 선박)
본 발명은 구동축의 회전력을 외측 기어로 전달하는 유성기어의 공전을 방해함으로써 구동축의 토크가 외측 기어측으로 최대한 전달되도록 하는 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 유성 기어를 선체에 고정하지 않아 기어 박스의 크기를 소형화할 수 있는 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전력을 제공하는 구동축에 고정 결합되고, 하나 이상의 제1 블레이드가 외주면에 부착되는 제1 허브; 하나 이상의 제2 블레이드가 외주면에 부착되고, 상기 구동축의 둘레면에 구비된 내측 기어와 동심원 형상으로 외측 기어가 일측에 구비된 제2 허브; 및 상기 내측 기어와 상기 외측 기어 각각에 치합되도록 개재(介在)되는 복수의 유성 기어를 포함하는 유성기어 구조체를 포함하는 선박용 추진 시스템이 제공된다.
상기 유성기어 구조체는, 둥근 고리 형상을 가지고, 외측면을 형성하도록 이격 배치된 2개의 캐리어 판; 각각 평행하게 배열되되 상기 2개의 캐리어 판에는 수직하게 배열되고, 양 단부에 각각 형성된 회전축이 인접된 캐리어 판을 관통하도록 끼움 결합되는 복수의 유성 기어; 및 상기 복수의 유성 기어에 각각 평행하게 배열되고, 양 단부가 각각 인접된 캐리어 판에 고정 결합되는 복수의 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 제2 허브는 상기 유성기어 구조체가 내부 공간에 수용되도록 ㄷ자 또는 U자 단면의 둥근 고리 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 허브의 내측면에는 상기 캐리어 판을 관통하여 노출된 회전축이 끼워지고, 상기 내측 기어와 상기 외측 기어의 사이 공간에서 상기 유성기어 구조체가 공전(公轉)될 때 상기 회전축이 진행하기 위한 경로 홈이 형성될 수 있다.
상기 제2 허브는 상기 유성기어 구조체가 내부 공간에 수용되도록 ㄷ자 또는 U자 단면의 둥근 고리 형상을 가지고, 상기 내부 공간은 유체로 채워지며, 상기 유성기어 구조체는, 둥근 고리 형상을 가지고, 외측면을 형성하도록 이격 배치된 2개의 캐리어 판; 각각 평행하게 배열되되 상기 2개의 캐리어 판에는 수직하게 배열되고, 양 단부에 각각 형성된 회전축이 인접된 캐리어 판을 관통하도록 끼움 결합되는 복수의 유성 기어; 및 상기 복수의 유성 기어에 각각 평행하게 배열되고, 양 단부가 각각 인접된 캐리어 판에 고정 결합되는 복수의 저항 부재를 포함할 수도 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구동축의 회전력을 외측 기어로 전달하는 유성기어의 공전을 방해함으로써 구동축의 토크가 외측 기어측으로 최대한 전달되도록 하는 효과가 있다.
또한 유성 기어를 선체에 고정하지 않아 기어 박스의 크기를 소형화할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유성기어 구조체의 외형을 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 A-A 단면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유성기어 구조체의 형상을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유성기어 구조체의 외형을 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1의 A-A 단면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 이중 반전 프로펠러는 회전력을 발생시키는 예를 들어 선체 내에 구비된 구동 모터(도시되지 않음)에 고정된 구동축(110)에 고정 연결되어 구동축(110)의 회전에 상응하여 회전되는 제1 허브(115), 제1 허브(115)의 둘레면에 고정 결합되어 제1 허브(115)의 회전에 상응하여 회전되는 제1 블레이드(120), 구동축(110)의 둘레면에 고정 장착되어 구동축(110)의 회전에 부합되도록 회전되는 내측 기어(125), 내측 기어(125)에 치합되도록 외측에 설치되어 내측 기어(125)의 회전에 상응하여 회전되는 유성 기어(210, 도 2 참조)를 포함하는 유성기어 구조체(130), 내측 기어(125)와 동심원 구조로 형성되고 사이에 개재되는 유성 기어(210)에 치합되어 유성 기어(210)의 회전에 상응하도록 회전되는 외측 기어(135), 외측 기어와 일체화 구성되고 외측 둘레면에 제2 블레이드(145)가 고정 결합된 제2 허브(140)를 포함할 수 있다. 이하 구체적으로 설명되는 바와 같이, 유성 기어(210)는 선체에 고정되지 않기 때문에, 유성기어를 이용하는 종래의 이중반전 추진 시스템에 비해 기어 박스의 크기가 상대적으로 소형화될 수 있는 특징이 있다.
내측 기어(125)와 외측 기어(135)는 독립된 부재로서 구동축(110) 또는 제2 허브(140)에 고정 장착될 수도 있으나, 각각 구동축(110) 또는 제2 허브(140)에 일체화 형성될 수도 있다.
제2 허브(140)는 유성기어 구조체(130)가 내부 공간에 수용되도록 예를 들어 ㄷ자 또는 U자 단면의 둥근 고리 형상을 가질 수 있다.
제2 허브(140)와 구동축(110) 사이의 간극은 실링 부재에 의해 밀폐 처리될 수 있고, 제2 허브(140)가 용이하게 회전될 수 있도록 하기 위해 하나 이상의 베어링 장치(예를 들어, 구름 베어링, 가이드 베어링, 윤활 저널 베어링, 레디얼 베어링 등 중 하나 이상)가 장착될 수도 있다.
도 1에는 구동축(110)이 구동 모터에서 상대적으로 멀리 위치된 제1 허브(115)에 고정 결합된 형태가 도시되었으나, 제1 허브(115)와 제2 허브(140)의 위치는 서로 바뀌는 등 다양하게 변형될 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 내측 기어(125)와 외측 기어(135)는 동심원 구조로 배치되고, 그 사이에 복수의 유성 기어(210)가 포함된 유성기어 구조체(130)가 서로 치합되도록 개재(介在)된다.
선체 내의 구동 모터에 고정된 구동축(110)이 제1 방향으로 회전되면, 구동축(110)에 고정 결합된 제1 허브(115) 및 제1 블레이드(120)가 제1 방향으로 함께 회전된다.
또한 전술한 구조로 인해, 구동축(110)이 회전되면 구동축(110)의 둘레면에 고정된 내측 기어(125)도 구동축(110)의 회전에 부합하도록 제1 방향으로 회전된다.
제1 방향으로 내측 기어(125)가 회전되면, 내측 기어(125)에 치합된 유성 기어(210)가 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 회전되고, 유성 기어(210)에 치합되도록 외측 둘레면에 배치된 외측 기어(135)가 제2 방향으로 회전된다.
외측 기어(135)가 회전되면, 외측 기어(135)와 고정 결합 또는 일체화 구성된 제2 허브(140)가 함께 회전되고, 따라서 제2 허브(140)의 외측 둘레면에 고정 장착된 제2 블레이드(145)도 제2 방향으로 회전된다.
이와 같이, 유성 기어(210)는 내측 기어(125)의 회전력을 외측 기어(135)에 전달하는 기능을 수행하며, 내측 기어(125)와 외측 기어(135)의 사이에 복수개 개재될 수 있다. 여기서, 회전력의 효과적인 전달을 위해 내측 기어(125), 외측 기어(135) 및 유성 기어(210)에 각각 상응하는 나사산이 형성될 수 있음은 당연하다.
그러나 내측 기어(125)의 회전력을 외측 기어(135)에 전달하는 유성 기어(210)가 내측 기어(125)와 외측 기어(135)의 사이 공간을 따라 자유롭게 공전(公轉)되는 경우에는 내측 기어(125)의 회전력이 외측 기어(135)로 충분히 전달되지 못하고 에너지 손실이 발생되는 문제점이 있다. 따라서 유성 기어(210)의 자유로운 공전을 억제하여 내측 기어(125)의 회전력이 외측 기어(135)에 충분히 전달될 수 있도록 하는 공전 억제 수단이 요구된다.
이하 도 2를 참조하여, 내측 기어(125)와 외측 기어(135)의 사이에 개재되는 공전 억제 수단을 포함하는 유성기어 구조체(130)에 대해 설명한다.
유성기어 구조체(130)는 이격 배치되어 유성기어 구조체(130)의 외측면을 형성하는 둥근 고리 형상인 2개의 캐리어 판(carrier plate)(230), 각각 평행하되 2개의 캐리어 판(230)에는 수직하게 배열되고 양 단부에 각각 형성된 회전축이 대응되는 캐리어 판(230)을 관통하도록 끼움 결합되는 복수의 유성 기어(210), 및 각각 평행하되 2개의 캐리어 판(230)에는 수직하게 배열되고 양 단부가 각각 대응되는 캐리어 판(230)에 고정 부착되는 복수의 탄성부재(220)를 포함할 수 있다.
탄성부재(220)는 예를 들어 스프링 등일 수 있으며, 외측면을 형성하는 캐리어 판(230)을 외측 방향으로 밀어내어 제2 허브(140)의 내측 면과 캐리어 판(230)의 외측 면이 접촉되어 마찰력이 발생되도록 한다.
이로 인해, 2개의 캐리어 판(230)에 끼움 결합되는 각 유성 기어(210)가 내측 기어(125)와 외측 기어(135)의 사이 공간에서 자유롭게 공전됨이 방해되고, 따라서 내측 기어(125)의 회전력이 유성 기어(210)에 의해 외측 기어(135) 및 제2 허브(140)측으로 효과적으로 전달될 수 있다.
다만, 제2 허브(140)의 내측 면에는, 내측 기어(125)와 외측 기어(135)의 회전 속도 차이에 의한 이중 반전 추진 시스템의 파손이 방지될 수 있도록 하기 위해, 유성 기어(210)의 회전축이 끼움 결합되고 유성기어 구조체(130)가 내측 기어(125)와 외측 기어(135)의 사이 공간에서 공전될 때 회전축이 이동되기 위한 경로 홈이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유성기어 구조체의 형상을 나타낸 도면이다. 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 사항과 동일한 사항에 대한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 예를 들어 ㄷ자 또는 U자 단면의 둥근 고리 형상을 가지는 제2 허브(140)의 내부 공간은 예를 들어 점도가 높은 오일이나 그리스(grease) 등의 유체(410)로 채워지고, 유체(410)로 채워진 내부 공간에 유성기어 구조체(130)가 장착된다.
도 5에 예시된 바와 같이 유성 기어 구조체(130)에는 복수의 유성 기어(210)에 각각 평행하게 배치되고, 둥근 고리 형상인 2개의 캐리어 판(230)에 양 단부가 각각 고정 부착되는 복수의 저항 부재(510)가 구비될 수 있다. 도시되지는 않았으나 유성 기어 구조체(130)에 저항 부재(510)와 전술한 탄성 부재(220)가 함께 구비될 수도 있다.
유성 기어 구조체(130)의 자유로운 공전을 억제하여 내측 기어(125)의 회전력이 외측 기어(135)에 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 저항 부재(510)는 유성 기어 구조체(130)의 공전 방향에 대해 오목부가 위치되도록 예를 들어 H자, X자 등의 형상으로 형성되어 유체(410)에 대한 저항력을 극대화할 수 있다.
저항 부재(510)는 예를 들어 유체(410)에 대한 강인한 저항력을 발생시키도록 금속 재질로 형성되거나, 유체(410)에 대한 저항력의 발생과 함께 캐리어 판(230)을 외측 방향으로 밀어내어 제2 허브(140)의 내측 면과 캐리어 판(230)의 외측 면이 접촉되어 마찰력이 발생되도록 탄성 재질로 형성될 수도 있다. 물론 이외에도 동일한 목적 달성을 위해 저항 부재(510)를 형성하기 위한 재질이 다양할 수 있음은 당연하다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 구동축 115 : 제1 허브
120 : 제1 블레이드 125 : 내측 기어
130 : 유성기어 구조체 135 : 외측 기어
140 : 제2 허브 145 : 제2 블레이드
210 : 유성 기어 220 : 탄성부재
230 : 캐리어 판 410 : 유체
510 : 저항 부재

Claims (5)

  1. 회전력을 제공하는 구동축에 고정 결합되고, 하나 이상의 제1 블레이드가 외주면에 부착되는 제1 허브;
    하나 이상의 제2 블레이드가 외주면에 부착되고, 상기 구동축의 둘레면에 구비된 내측 기어와 동심원 형상으로 외측 기어가 일측에 구비된 제2 허브; 및
    상기 내측 기어와 상기 외측 기어 각각에 치합되도록 개재(介在)되는 복수의 유성 기어를 포함하는 유성기어 구조체를 포함하되,
    상기 유성기어 구조체는,
    둥근 고리 형상을 가지고, 외측면을 형성하도록 이격 배치된 2개의 캐리어 판;
    각각 평행하게 배열되되, 상기 2개의 캐리어 판에는 수직하게 배열되고, 양 단부에 각각 형성된 회전축이 인접된 캐리어 판을 관통하도록 끼움 결합되는 복수의 유성 기어; 및
    상기 복수의 유성 기어에 각각 평행하게 배열되고, 양 단부가 각각 인접된 캐리어 판에 고정 결합되어 상기 제2 허브의 내측면과 상응하는 캐리어 판의 외측면이 접촉되어 마찰력이 발생되도록 팽창력을 제공하여 상기 유성기어 구조체의 공전을 억제하는 복수의 탄성 부재를 포함하는, 선박용 추진 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 허브는 상기 유성기어 구조체가 내부 공간에 수용되도록 ㄷ자 또는U자 단면의 둥근 고리 형상을 가지는, 선박용 추진 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 허브의 내측면에는 상기 캐리어 판을 관통하여 노출된 회전축이 끼워지고, 상기 내측 기어와 상기 외측 기어의 사이 공간에서 상기 유성기어 구조체가 공전(公轉)될 때 상기 회전축이 진행하기 위한 경로 홈이 형성되는, 선박용 추진 시스템.
  5. 회전력을 제공하는 구동축에 고정 결합되고, 하나 이상의 제1 블레이드가 외주면에 부착되는 제1 허브;
    하나 이상의 제2 블레이드가 외주면에 부착되고, 상기 구동축의 둘레면에 구비된 내측 기어와 동심원 형상으로 외측 기어가 일측에 구비된 제2 허브; 및
    상기 내측 기어와 상기 외측 기어 각각에 치합되도록 개재(介在)되는 복수의 유성 기어를 포함하는 유성기어 구조체를 포함하되,
    상기 제2 허브는 상기 유성기어 구조체가 내부 공간에 수용되도록 ㄷ자 또는U자 단면의 둥근 고리 형상을 가지고, 상기 내부 공간은 유체로 채워지며,
    상기 유성기어 구조체는,
    둥근 고리 형상을 가지고, 외측면을 형성하도록 이격 배치된 2개의 캐리어 판;
    각각 평행하게 배열되되, 상기 2개의 캐리어 판에는 수직하게 배열되고, 양 단부에 각각 형성된 회전축이 인접된 캐리어 판을 관통하도록 끼움 결합되는 복수의 유성 기어; 및
    상기 복수의 유성 기어에 각각 평행하게 배열되고, 양 단부가 각각 인접된 캐리어 판에 고정 결합되는 복수의 저항 부재를 포함하는, 선박용 추진 시스템.
KR1020160080915A 2016-06-28 2016-06-28 이중 반전 프로펠러를 구비한 선박용 추진 시스템 KR101824161B1 (ko)

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