KR101839430B1 - 구동 디바이스 - Google Patents

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Abstract

대형 벨트 풀리(1) 또는 체인 풀리, 대형 벨트 풀리(1)에 연결되는 윈치 드럼을 포함한 윈치(8)를 위한 구동 디바이스가 개시된다. 대형 벨트 풀리(1)는 모터(7)와 같은 적어도 1 이상의 원동기에 회전가능하게 연결된다. 상기 디바이스는 적어도 2 이상의 회전가능한 보조 샤프트(4, 4')를 갖고, 이는 각각 상기 벨트 풀리(1)의 회전축에 평행하다. 보조 샤프트들(4, 4')은 적어도 1 이상의 벨트/체인을 통해 대형 벨트 풀리(1)와 회전 연결된다. 모터는 보조 샤프트들 중 하나와 회전 연결된다. 또한, 부유식 선박 프로펠러, 수력 터빈, 및 파력 발전시설에 대한 동일한 원리들에 따른 구동 디바이스들이 설명된다.

Description

구동 디바이스{A DRIVE DEVICE}
본 발명은 일반적으로 구동 디바이스에 관한 것이며, 이는 예를 들어 선박 추진 구동기(ship propulsion drive)로서 윈치(winch), 스러스터(thruster), 또는 조력 발전시설에 사용될 수 있다. 구동기는 간소화된 소형(compact) 구성을 갖도록 구성되고, 구동 샤프트(drive shaft)에 걸친 토크(torque)가 균형적일 것을 보장하며, 경량이고, 실질적으로 감소된 수의 구성요소들을 가지며, 최소 유지보수(maintenace)를 필요로 한다. 특히, 본 발명은 다음 청구항들 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 및 제 4 항의 전문에 따른 구동 디바이스를 제공한다.
당업자에게, 윈치들은 짐을 들어올리고 내려놓기 위한 요건이 높은 토크를 수반하는 모든 경우에 폭넓은 범위의 적용예들을 갖는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 석유 플랫폼(oil platform), 부유식 플랫폼(floating platform), 범선, 엘리베이터, 보트의 앵커링(anchoring), 시추 작업, 화물 선적 및 양하, E.O.T 크레인, 건축 구조 등이 있다.
또한, 디젤 전기 추진 구동기가 부유식 선박을 추진시키는데 사용되며, 모터로부터 프로펠러로 높은 파워가 전달되어야 한다고 알려져 있다.
또한, 조력 발전시설은 물의 운동을 전력으로 전환하도록 설계된다고 알려져 있다. 이는 높은 파워가 전달되어야 한다.
본 발명은 주로 윈치용 구동기에 대하여 설명될 것이지만, 부유식 선박용 디젤 엔진 추진 구동기 및 조력 발전시설 등에서의 전기 발생용 구동기와 같은 적용에서도 동등하게 유효하다.
앞서 언급된 바와 같이, 다양한 적용예들을 갖는 다른 형태의 윈치들이 이미 알려져 있다. WO 2008/104060은 수직축 터빈을 세우고 무너뜨리는 것을 용이하게 하는 윈치를 개시한다. WO 2010/004314는 근해(off shore) 환경에서 제 1 몸체를 제 2 몸체에 연결하는 윈치의 적용예를 개시한다. WO 2009/028927은 상당한 깊이에서의 근해 유기, 회수, 해양학 및 준설을 위한 케이블들에 의해 매우 무거운 짐을 끌어당기도록 의도된 케이블 또는 그 밖의 유사한 것에 대한 트랙션 윈치를 개시한다. WO 2008/153295는 피난 기구의 리프팅 디바이스로서 윈치의 적용을 개시한다.
앞서 설명된 모든 종래 문서들에서는, 윈치를 구동하는 유닛보다는 윈치에 초점을 맞췄었다. 또한, 윈치를 위한 구동 유닛들이 알려져 있다. WO 2010/004314에서, 윈치 라인의 올바른 스풀링(spooling)을 유지하는 축방향 구동 수단(axial drive means)이 개시되었다. 하지만, 여기에서 초점은 그 구동 유닛보다는 윈치의 구성에 맞춰진다. 이와 유사하게, WO 2009/062232는 앵커 드럼 윈치로서 해양 선박에서의 적용예를 갖는 드럼 윈치를 개시한다. 여기에서, 초점은 윈치 드럼이 구동 샤프트와 독립적으로 회전할 수 있는 측면에 맞춰진다. 이 종래 기술은 구동 샤프트에 연결된 구동 유닛을 개시하지만, 윈치의 구동 유닛의 구성적 특징들에는 초점을 맞추지 않는다. 오히려, 구동 유닛은 여하한의 적절한 형태에 맞춰질 수 있고, 구동 유닛의 정확한 본질은 발명에 있어 중요하지 않은 것으로 언급된다.
윈치에 대해 효율적인 구동 유닛들을 구성하려는 추구는 여러 종래 특허들/특허 공개공보들을 나타내었다. US 4565352는 윈치 드럼을 구동하는 모터 및 내부에 배치된 유성 기어를 갖는 윈치 구동기를 개시한다. 모터는 드럼의 한쪽 전방 단부에서 프레임에 고정되고, 모터의 구동 샤프트는 유성 기어의 피동 입력부(driven input)에 구동적으로 연결된다. WO 2006/117607은 허브(hub)로부터 구동기 조립체까지 회전 운동을 전달하는 윈치를 위한 구동 수단을 개시한다. 윈치는 허브, 허브를 중심으로 케이블을 분배하는 가이딩 시스템(guiding system), 및 가이딩 시스템에 연결된 구동기 조립체를 갖는다. 이 조립체는 케이블들을 두 방향으로 분배하며, 이에 대한 스위치를 갖는다. 구동 수단은 구동기 조립체에 연결된 제 1 스프로킷(sprocket) 및 제 2 스프로킷, 및 제 1 스프로킷과 제 2 스프로킷을 연결시키는 체인을 포함한다. WO 2009/142573은 본질적으로 회전가능하게 장착된 로프 드럼을 갖는 구동 유닛, 및 전달 수단 및 크랭크를 통해 동일하게 구동하는 샤프트을 개시하며, 후자는 적어도 2 이상의 상이한 기어링 수단(gearing means)을 이용하는 구동 샤프트를 갖는다.
앞선 문서들에서 개시된 구동 유닛들은 소형화 달성, 구성요소들의 개수 감소, 경량, 및 구동 샤프트에 걸친 토크가 균형적일 것의 보장에 초점을 맞추지 않는다. 이는 윈치 구동기들에 대해 사실일 뿐만 아니라, 모터로부터 프로펠러까지 높은 파워를 전달하기 위한 요건이 존재하는 부유식 선박을 추진시키는 구동기들에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 이는 조력 발전시설에서 전기를 발생시키는 구동기들에 대해서도 사실이며, 이때 구동기는 발전기의 기어를 고속으로 하는(gearing up) 역할을 수행한다. 이러한 구동기들에서도, 높은 파워의 전달을 위한 요건이 존재한다.
풍차를 위한 구동 유닛이 동일한 출원인 및 발명자에 의한 현재는 공개되지 않은 특허 출원 PCT/EP2010/050987에서 설명된다. 이 선출원은 풍차 구동기로서의 사용에만 관한 것이지만, 선출원의 기본 개념들 중 일부는 본 발명에서 풍차 구동기와는 다른 목적으로 사용된다.
이에 따라, 소형이고, 구동 샤프트에 걸친 토크가 균형적일 것을 보장하며, 경량이고, 실질적으로 감소된 수의 구성요소들을 갖는 윈치/부유식 선박 프로펠러/조력 발전기에 대한 구동 디바이스를 구성하려는 요구가 예전부터 존재하였다. 본 발명에 따른 구동 디바이스는 이 오랜 요구 및 이와 연계된 다른 요구들을 충족시키며, 이하에서 개시되는 바와 같은 구동 디바이스의 구성은 본 발명에 따를 것이다.
본 발명은 특별히 구성된 윈치를 위한 구동 디바이스를 제공함으로써, 지금까지 종래 기술에 의해 알려지지 않은 앞선 요구를 충족시키기 위한 것이며, 이는 그 특별히 구성된 구조로 인해 경량의 소형 구동 디바이스를 구성하며, 윈치를 원활하고 효율적으로 작동시키는데 있어서 중요한 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 소형 및 경량 외에도 구동 샤프트에 걸친 토크가 균형적일 것을 보장하고 동시에 더 적은 수의 구성요소들로 인해 막대한 유지보수를 필요로 하지 않는 윈치를 위한 구동 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특별히 구성된 부유식 선박 프로펠러를 위한 구동 디바이스를 제공하는 것이며, 이는 그 특별히 구성된 구조로 인해 경량의 소형 구동 디바이스를 구성하며, 프로펠러를 원활하고 효율적으로 작동시키는데 있어서 중요한 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 소형 및 경량 외에도 구동 샤프트에 걸친 토크가 균형적일 것을 보장하고 동시에 더 적은 수의 구성요소들로 인해 막대한 유지보수를 필요로 하지 않는 부유식 선박 프로펠러를 위한 구동 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특별히 구성된 조력 발전시설을 위한 구동 디바이스를 제공하는 것이며, 이는 그 특별히 구성된 구조로 인해 경량의 소형 구동 디바이스를 구성하며, 발전기를 원활하고 효율적으로 작동시키고 그 기어를 고속으로 하는데(gear up) 있어서 중요한 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 소형 및 경량 외에도 구동 샤프트에 걸친 토크가 균형적일 것을 보장하고 동시에 더 적은 수의 구성요소들로 인해 막대한 유지보수를 필요로 하지 않는 조력 발전시설을 위한 구동 디바이스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 종래 기술에서 지금까지 개시되지 않은 몇몇 유리한 특징들을 개시한다.
청구항을 포함한 명세서 전체에서, "윈치", "드럼", "샤프트", "대형 벨트 풀리(large belt pulley)", "소형 벨트 풀리", "벨트/체인", "부유식 선박", "프로펠러", "조력 발전시설", "조류 프로펠러(tidal current propeller)", "수력 터빈 휠(water turbine wheel)"이라는 단어들은 각 용어들의 가장 넓은 의미로 해석되어야 하며, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 다른 용어들에 의해 알려진 분야에서의 모든 유사한 아이템들을 포함한다. 본 명세서에 언급될 수도 있는 제약/제한은 단지 본 발명을 예시하고 이해하기 위한 것이다. 또한, 당업자라면 본 발명에 따른 구동 디바이스가 본 발명의 배경기술에서 예시들로 언급된 바와 같은 모든 형태의 윈치들을 구동하는데 적용가능하며, 본 발명은 이러한 예시들에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 대형 벨트 풀리 또는 체인 풀리, 대형 벨트 풀리에 연결되는 윈치 드럼을 포함한 윈치를 위한 구동 디바이스가 제공된다. 대형 벨트 풀리는 모터와 같은 적어도 1 이상의 원동기에 회전가능하게 연결된다. 본 발명에 따르면, 적어도 2 이상의 회전가능한 보조 샤프트(secondary shaft)가 각각 상기 벨트 풀리의 회전축에 평행하다. 보조 샤프트들은 적어도 1 이상의 벨트/체인을 통해 대형 벨트 풀리와 회전 연결된다. 적어도 1 이상의 모터는 상기 보조 샤프트들 중 적어도 1 이상과 회전 연결된다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 대형 벨트 풀리 또는 체인 풀리, 대형 벨트 풀리에 연결되는 샤프트 상에 제거가능하게 장착된 적어도 1 이상의 부유식 선박 프로펠러를 포함한 부유식 선박 프로펠러를 위한 구동 디바이스가 제공된다. 대형 벨트 풀리는 전기 모터 또는 연소 엔진과 같은 적어도 1 이상의 원동기에 회전가능하게 연결된다. 본 발명에 따르면, 적어도 2 이상의 회전가능한 보조 샤프트가 각각 상기 벨트 풀리의 회전축에 평행하다. 보조 샤프트들은 적어도 1 이상의 벨트/체인을 통해 대형 벨트 풀리와 회전 연결된다. 적어도 1 이상의 엔진은 상기 보조 샤프트들 중 적어도 1 이상과 회전 연결된다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 대형 벨트 풀리 또는 체인 풀리, 적어도 1 이상의 조류 프로펠러 또는 수력 터빈 휠을 포함한 수력 터빈을 위한 구동 디바이스가 제공된다. 대형 벨트 풀리는 적어도 1 이상의 발전기에 회전가능하게 연결된다. 본 발명에 따르면, 적어도 2 이상의 회전가능한 보조 샤프트가 각각 상기 벨트 풀리의 회전축에 평행하다. 보조 샤프트들은 적어도 1 이상의 벨트/체인을 통해 대형 벨트 풀리와 회전 연결된다. 적어도 1 이상의 발전기는 상기 보조 샤프트들 중 적어도 1 이상과 회전 연결된다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 대형 벨트 풀리 또는 체인 풀리, 파력 발전시설의 두 상대 이동부들 사이의 운동을 구동 디바이스로 전달하기 위해 상기 대형 벨트 풀리에 연결되는 길이방향 인장 부재(longitudinal tension member)를 포함한 파력 발전시설을 위한 구동 디바이스가 제공되고, 상기 대형 벨트 풀리는 적어도 1 이상의 발전기에 회전가능하게 연결된다. 본 발명에 따르면, 적어도 2 이상의 회전가능한 보조 샤프트가 각각 상기 벨트 풀리의 회전축에 평행하다. 보조 샤프트들은 적어도 1 이상의 벨트/체인을 통해 대형 벨트 풀리와 회전 연결된다. 적어도 1 이상의 발전기는 상기 보조 샤프트들 중 적어도 1 이상과 회전 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각각의 상기 보조 샤프트 및 상기 대형 벨트 풀리에 걸쳐 연장된 단일 벨트 또는 체인이 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 소형 벨트 풀리 또는 체인 풀리가 각각의 상기 보조 샤프트에 제거가능하게 피팅(fit)되고, 각각의 소형 벨트 풀리 및 상기 모터/엔진/발전기의 샤프트에 걸쳐 벨트 또는 체인이 제공된다.
바람직하게는, 상기 보조 샤프트들을 따라 상기 각각의 소형 벨트 풀리들보다 크기가 작은 적어도 2 이상의 초소형 풀리(further smaller pulley)가 제공된다.
더 바람직하게는, 상기 초소형 풀리들 및 상기 대형 벨트 풀리에 걸쳐 연장된 단일 벨트 또는 체인이 제공된다.
따라서, 앞선 실시예들은 매우 소형이고 경량이며 더 적은 수의 구성요소들로 인해 간소화되어 결과로서 최소 유지보수를 필요로 하는 구동 유닛의 구성을 나타낸다. 또한, 이 구성은 구동 샤프트에 걸친 토크가 완벽히 균형적일 것과 높은 회전 속력의 낮은 회전 속력으로의 전환을 보장한다. 그 결과, 더 큰 속력 감소가 달성되어 높은 토크를 얻는다. 또한, 이 구성은 낮은 회전 속력의 높은 회전 속력으로의 전환을 보장한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 보조 샤프트들은 상기 대형 벨트 풀리 주위에서 동일한 상대 각거리에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 모든 상기 풀리들에는 작동 조건 시 적절한 그리핑(gripping)을 보장하기 위해 각각의 원주면들을 따라 세레이션(serration)들이 제공된다.
바람직하게는, 각각의 벨트/체인에 작동 조건 시 적절한 그리핑을 보장하는 톱니(teeth)/홈들이 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기 윈치의 드럼, 상기 부유식 선박 프로펠러, 상기 조류 프로펠러, 모든 상기 풀리들, 주 샤프트, 보조 샤프트들 및 상기 모터/엔진/발전기의 샤프트가 모두 동축에 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 디바이스는 어느 한 방향으로 윈치 드럼/부유식 선박 프로펠러/발전기의 회전을 야기하도록 구성된다.
더 바람직하게는, 구동 디바이스는 상기 모터/엔진/조류 프로펠러의 샤프트를 따라 위치된 제동 장치(brake mechanism)에 작동적으로 연결되고, 원하는 경우 수동이나 자동으로 작동되도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복수의 상기 소형 벨트 풀리들, 각각의 상기 소형 벨트 풀리들보다 직경이 작은 상기 초소형 풀리들이 각각의 보조 샤프트들에 제거가능하게 피팅되고, 상기 보조 샤프트 각각은 상기 대형 벨트 풀리 및 개별적인 모터/엔진/발전기에 회전 연결된다.
본 발명의 제 1 실시형태의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 원동기는 디젤 엔진이다.
본 발명의 제 2 실시형태의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 부유식 선박 프로펠러는 적어도 3 이상의 블레이드(blade)를 갖는다.
본 발명의 제 3 실시형태의 바람직한 실시예에 따르면, 조류 프로펠러는 적어도 2 이상의 블레이드를 갖고, 상기 프로펠러의 샤프트는 상기 주 샤프트를 따라 연결되는 저속 샤프트이다.
바람직하게는, 상기 발전기의 샤프트는 고속 샤프트이다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 복수의 구동 디바이스들을 포함한 부유식 선박 프로펠러를 위한 통합 구동 시스템이 제공되고, 상기 구동 디바이스는 각각 서로 인접한 각각의 소형 벨트 풀리들을 통해 서로 회전 연결된다.
앞서 본 발명의 주요 특징들을 설명하였지만, 다음 도면들을 참조하여 더 상세하고 제한적이지 않은 일부 예시적인 실시예들의 설명이 주어질 것이다:
도 1은 모터 단부가 멀어지는 방향을 향하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윈치 구동기의 사시도;
도 2는 윈치 드럼 단부가 멀어지는 방향을 향하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윈치 구동기의 또 다른 사시도;
도 3은 윈치 단부에서 봤을 때의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윈치 구동기의 측면도;
도 4는 모터 단부에서 봤을 때의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윈치 구동기의 측면도;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윈치 구동기의 평면도;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2 개의 작동적으로 연결된 부유식 선박 프로펠러 구동기들의 사시도;
도 7은 다른 각도에서 봤을 때의 도 6에 나타낸 2 개의 작동적으로 연결된 부유식 선박 프로펠러 구동기들의 또 다른 사시도;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 통합한 조력 발전시설의 사시도;
도 9는 도 8에 따른 조력 발전시설을 위한 구동 디바이스의 상세한 사시도;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 통합한 파력 발전시설의 사시도; 및
도 11은 도 10에 따른 파력 발전시설을 위한 구동 디바이스의 상세한 사시도이다.
첨부된 도 1은 윈치를 구동하는 본 발명에 따른 구동 디바이스의 바람직한 실시예를 나타낸다. 이는 윈치 드럼 단부에서 봤을 때의 구동 디바이스를 나타낸다. 첨부된 도 2는 모터 단부로부터 동일한 디바이스를 나타낸다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 첨부된 도 1 내지 도 5에 예시된 윈치 구동기는 단지 예시 및 설명을 위한 것이며, 이러한 디바이스는 부유식 선박 프로펠러(도 6 내지 도 9)를 구동하고 조력 발전시설(도 10)에서 발전기를 작동시키며 본질적으로 동일한 원리로 작동하는 적용에서도 동등하게 유효하다는 것을 분명히 한다.
구동 디바이스는 회전가능한 주 샤프트(10) 상에 장착된 대형 벨트 풀리(1) 또는 체인 풀리를 포함한다. 대형 벨트 풀리(1)는 샤프트(10)를 따라 윈치 드럼(8)에 연결된다. 윈치 드럼은 바람직하게는 베어링 하우징(9) 상에 지지된다. 또한, 대형 벨트 풀리(1)는 원동기인 발전기/모터(7)에 회전가능하게 연결되며, 이는 (첨부된 도 3 및 도 4에 나타낸) 2 개의 회전가능한 보조 샤프트(4, 4')와 회전 연결된다. 이 샤프트들 각각은 주 샤프트(10)와 평행하게 배치된다. 또한, 보조 샤프트들(4, 4')은 대형 벨트 풀리(1)와도 회전 연결된다. 이제, 작동적으로 연결된 벨트들/체인들(5, 6, 6')의 시스템에 의해 이 모든 회전 연결들이 달성된다. 이는 구동 유닛의 구성이 매우 소형이고, 경량이며, 더 적은 수의 구성요소들로 인해 간소화되고, 그 결과 최소 유지보수를 필요로 할 것을 가능하게 한다. 또한, 이는 구동 샤프트에 걸친 토크가 완벽히 균형적일 것을 보장한다. 벨트/체인의 간단한 구성을 통해 회전 운동하는 다양한 구성요소들 사이의 매우 간소화된 연결성으로 인해, 지금까지 알려지지 않았던 증가된 수의 구성요소들에 대한 요건이 제거된다. 또한, 이 구성은 높은 회전 속력의 낮은 회전 속력으로의 전환 및 더 큰 속력 감소의 달성을 보장한다. 그 결과, 높은 토크를 얻는 것도 보장된다. 이제, 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하고, 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 아래에서 벨트/체인의 간단한 구성을 통해 구동 디바이스가 동작하는 방식이 설명된다.
각각의 상기 보조 샤프트(4, 4') 및 대형 벨트 풀리(1)에 걸쳐 단일의 대형 벨트 또는 체인(5)이 연장된다. 보조 샤프트들은 대형 벨트 풀리(1) 및 주 샤프트(10)에 평행하게 구동 디바이스를 따라 장착된다. 이제, 각각의 상기 보조 샤프트(4, 4') 상에 소형 벨트 풀리 또는 체인 풀리(2, 2')가 제거가능하게 장착된다. 벨트들 또는 체인들(6, 6')이 각각의 소형 벨트 풀리(2, 2') 및 모터의 샤프트(도시되지 않음)에 걸쳐 각각 배치된다. 더 바람직하게는, 보조 샤프트들(4, 4')을 따라 각각의 소형 벨트 풀리들(2, 2')보다 크기가 작은 적어도 2 이상의 초소형 풀리(3, 3')가 제공된다. 그 경우, 단일의 대형 벨트 또는 체인(5)은 초소형 풀리(3, 3') 및 대형 벨트 풀리(1)에 걸쳐 연장된다. 더 바람직하게는, 보조 샤프트들(4, 4')은 대형 벨트 풀리(1) 주위에서 동일한 상대 각거리에 배치된다.
앞선 구성은 특히 첨부된 도 3, 도 4, 및 도 5로부터 매우 분명할 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 윈치 드럼은 바람직하게는 베어링 하우징(9) 상에 지지된다. 당업자라면, 첨부된 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5로부터, 다른 구성요소들도 장착하기 위한 구동 유닛 내의 유사한 베어링 하우징들이 존재한다는 것을 이해할 것이다. 또한, 도면들로부터 윈치 드럼, 풀리, 주 샤프트, 보조 샤프트들 및 모터 샤프트는 모두 동축에 있도록 배치된다는 것을 분명히 알 것이다.
이제 도면들을 참조하여, 일단 모터가 작동하기 시작하면 벨트들(6, 6')을 통해 소형 벨트 풀리들(2, 2')로 운동이 전달된다. 이 운동은 이후 보조 샤프트들(4, 4')로 전달된 후, 초소형 풀리(3, 3')로 전달되고, 그 결과 벨트(5)를 통해 대형 벨트 풀리(1)로 전달된다. 그 경우, 대형 벨트 풀리(1)는 짐을 내려놓거나 들어올리도록 윈치 드럼(8)을 구동한다. 당업자라면, 필요(requirement)에 따라 전기에 의해 작동하는 모터(7) 대신에 원동기는 디젤 엔진일 수도 있고, 어느 한 방향으로 회전하여 그 방향으로 윈치 드럼이 회전하게 하도록 구성될 수 있다는 것을 분명히 이해할 것이다. 또한, 청구항을 포함한 본 명세서 전체에서 사용되는 바와 같은 모터라는 용어는 엔진들도 포괄하는 것으로 해석되어야 하며, 전기 모터에 제한되지 않는다.
다양한 풀리들에는 작동 조건 시 적절한 그리핑을 보장하기 위해 각각의 원주면들을 따라 세레이션(도시되지 않음)이 제공된다. 또한, 각각의 벨트/체인에 작동 조건 시 적절한 그리핑을 보장하는 톱니/홈들(도시되지 않음)이 제공된다. 바람직하게는, 벨트들은 특수한 섬유 강화 고무(fibre reinforced rubber)로 구성된다. 비상용으로, 구동 디바이스는 정전에 대비한 보호 및 미동 운동(inching operation)을 위한 제동 장치에 작동적으로 연결될 수 있다. 제동 장치는 바람직하게는 모터 샤프트 또는 윈치 드럼 샤프트를 따라 위치된다. 풀리들에는 벨트 풀리들을 통해 복수의 개구부들이 형성되도록 스포크(spoke)들이 제공될 수 있다. 이는 통풍 및 유지보수를 위한 용이한 접근을 가능하게 한다.
벨트 풀리들은 2010년 2월 2일 출원된 노르웨이의 공개되지 않은 특허 출원 20100194에 설명된 방법들에 따라 구성될 수 있다.
당업자라면, 복수의 소형 벨트 풀리들(2, 2') 및 초소형 풀리들(3, 3')은 각각의 보조 샤프트들(4, 4')에 제거가능하게 피팅될 수 있으며, 각각의 보조 샤프트는 대형 벨트 풀리(1) 및 개별적인 모터들(7)에 회전 연결된다는 것을 이해하여야 한다.
앞선 설명으로부터, 본 발명에 따른 윈치를 위한 구동 디바이스는 매우 간소화된 구성을 갖고, 경량이며, 소형이고, 낮은 유지보수를 필요로 하며, 구동 샤프트에 걸친 토크가 균형적일 것을 보장함을 분명히 알 것이다. 이는 주로 벨트들/체인들의 시스템에 의해 달성되고, 오로지 이에 의해서 다양한 구성요소들의 회전이 달성된다. 간단한 구성의 벨트들/체인들을 통해 회전 운동하는 다양한 구성요소들 간의 매우 간소화된 연결성들로 인해, 지금까지 알려지지 않았던 증가된 수의 구성요소들에 대한 요건이 제거된다.
이제, 도 6 및 도 7을 참조하여 부유식 선박 프로펠러들을 작동시키는 본 발명에 따른 구동 디바이스의 적용예가 설명될 것이다. 동일한 참조 번호들은 동일한 특징부들을 나타내고, 디바이스는 본질적으로 윈치 구동기와 동일한 방식으로 작동하고, 이는 동일한 원리로 통제된다. 또한, 앞서 설명된 윈치 드럼(8) 이외에 윈치 구동기의 각 특징이 부유식 선박 프로펠러를 위한 구동 디바이스에 적용가능하며, 동일한 방식으로 기능한다. 하지만, 당업자라면 이때 원동기(7)가 바람직하게는 원하는 마력의 디젤 엔진이라는 것을 이해할 것이며, 부유식 선박의 크기 및 무게에 따라 디젤 엔진에 커플링되는 발전기에 연결된 전기 모터일 수도 있다.
첨부된 도 6 및 도 7은 작동 조건에서 작동적으로 연결된 이러한 2 개의 구동기를 나타낸다. 이러한 도면들로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 각각의 소형 벨트 풀리들(2, 2')을 따라 연결된 이러한 복수의 디바이스들이 존재할 수 있다. 각각의 프로펠러(12)는 수평 샤프트(11) 상에 제거가능하게 장착된다. 수평 샤프트(11)는 주 샤프트(10)에 회전가능하게 연결된다. 엔진(7)이 작동하기 시작하는 경우, 운동은 벨트(6, 6')를 통해 소형 벨트 풀리들(2, 2')로 전달된다. 이 운동은 이후 보조 샤프트들(4, 4')로 전달된 후, 초소형 풀리(3, 3')로 전달되고, 그 결과 벨트(5)를 통해 대형 벨트 풀리(1)로 전달된다. 그 경우, 대형 벨트 풀리(1)는 수평 샤프트(11) 및 이에 따른 프로펠러(12)를 구동한다. 당업자라면, 원동기(7), 일반적으로 디젤 엔진 또는 디젤 엔진에 연결되는 발전기에 연결된 전기 모터는 어느 한 방향으로 회전하도록 구성되고, 이는 그 방향으로 프로펠러(12)가 회전하도록 한다.
바람직하게는, 부유식 선박 프로펠러(12), 모든 풀리들(1, 2, 2', 3, 3'), 주 샤프트(10), 보조 샤프트들(4, 4') 및 엔진의 샤프트(도시되지 않음)는 모두 동축에 있도록 배치된다. 구동 디바이스는 엔진(7)의 샤프트를 따라 위치된 제동 장치(도시되지 않음)에 작동적으로 연결되고, 엔진(7) 정지의 경우 자동으로 작동되도록 구성된다. 제동 장치는 원하는 경우 수동으로도 적용될 수 있다. 복수의 소형 벨트 풀리들(2, 2') 및 초소형 풀리들(3, 3')이 각각의 보조 샤프트들(4, 4')에 제거가능하게 피팅되고, 상기 보조 샤프트 각각은 대형 벨트 풀리 및 개별적인 엔진들(7)에 회전 연결된다.
이제, 첨부된 도 8 및 도 9를 참조하여 조력 발전시설에서의 발전기를 작동시키는 본 발명에 따른 구동 디바이스의 적용예가 설명될 것이다. 동일한 참조 번호들은 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 앞서 설명된 것과 동일한 특징부들을 나타내고, 동일한 기능들을 가지며, 상기 디바이스는 본질적으로 동일한 원리로 통제된다. 하지만, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이 운동은 반대 방향으로부터 시작하며, 최초 원동기(initial prime mover)는 조류 프로펠러(15)이다. 또한, 첨부된 도 9로부터 구동기는 발전기의 기어를 고속으로 하는 역할을 수행한다는 것을 분명히 알아야 한다. 엔진실(14) 내에 하우징되고 프로펠러(15)가 부착되는 휠 요소(16)는 저속 샤프트(13)를 통해 주 샤프트(10)에 연결된다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 조력 발전시설은 바람직하게는 조류에서 부유하는 빔(beam: 20)을 포함하고, 앵커 라인들(21)에 의해 해저에 앵커링된다. 빔(20)으로부터 연장된 아암(arm: 22)이, 프로펠러(15)가 부착되는 엔진실(14)을 지탱한다.
이제, 조수에 의해 휠(16) 및 저속 샤프트(13)가 회전하는 경우, 주 샤프트(10)가 회전하고 이는 대형 벨트 풀리(1)를 회전하게 한다. 그 결과, 대형 벨트/체인(5)을 통해 초소형 벨트 풀리들(3, 3')이 회전한다. 그 후, 풀리들(3, 3')의 이 운동은 보조 샤프트들(4, 4')로 전달되고, 이 샤프트들을 통해 소형 벨트 풀리들(2, 2')로 전달된다. 소형 벨트 풀리들(2, 2')의 운동은 소형 벨트들(6, 6')을 통해 발전기(7')의 고속 샤프트(도시되지 않음)로 전달되어, 발전기(7')를 회전하게 하고 전기를 발생시킨다. 또한, 터미널 블록(terminal block: 7")이 발전기(7') 상에 배치되고, 이는 통상적인 방식으로 기능한다.
따라서, 구동기는 첨부된 도 9에 나타낸 구성으로 발전기의 기어를 고속으로 하는 역할을 수행한다. 이러한 도면에 나타낸 바와 같이, 조류 프로펠러(15)는 적어도 2 이상의 블레이드를 갖는다.
바람직하게는, 조류 프로펠러(15), 모든 풀리들(1, 2, 2', 3, 3'), 주 샤프트(10), 보조 샤프트들(4, 4') 및 발전기의 샤프트는 모두 동축에 있도록 배치된다. 상기 디바이스는 어느 한 방향으로 발전기(7')의 회전을 야기하도록 구성된다. 또한, 구동 디바이스는 조류 프로펠러의 샤프트를 따라 위치된 제동 장치에 작동적으로 연결되고, 조류 프로펠러 정지의 경우 자동으로 작동되도록 구성된다. 제동 장치는 원하는 경우 수동으로도 적용될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 상기 소형 벨트 풀리들(2, 2') 및 각각의 상기 소형 벨트 풀리들보다 직경이 작은 상기 초소형 풀리들(3, 3')이 각각의 보조 샤프트들(4, 4')에 제거가능하게 피팅되고, 상기 보조 샤프트 각각은 상기 대형 벨트 풀리(1) 및 개별적인 발전기들(7')에 회전 연결된다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 구동기는 파력 발전시설에 사용된다. 파력 발전시설은 서로에 대해 이동가능한 두 부분을 포함한다. 제 1 부분(25)은 하단부에 수평 플레이트(27)를 갖는 기둥(26)을 포함한다. 상기 플레이트(27)는 기둥(25)이 파도에 따라 이동하는 것을 방지한다. 제 2 부분(28)은 부체(floating body: 29) 및 타워(30)를 포함한다. 타워(30)로부터, 2 개의 로드(rod: 31 및 32)가 기둥(26)으로 아래를 향해 연장된다. 부체는 파도에 따라 이동하고, 이에 따라 기둥(26)에 대해서도 이동하도록 구성된다. 본 발명에 따른 구동 디바이스는 파력 발전시설에 통합되어, 제 1 부분(25)과 제 2 부분(28) 간의 상대 운동을 회전 운동으로 바꾼다.
도 11은 파력 발전시설을 상세하게 나타낸다. 구동 디바이스는 기둥(26)의 상부에 고정되어 부착된다. 로드들(31, 32) 중 하나의 하단부에 긴 벨트 또는 체인(33)이 부착된다. 긴 벨트(33)는 풀리(34) 주위에 연장되고, 이는 이어서 구동 디바이스의 대형 벨트 풀리(1)에 회전가능하게 커플링된다. 하단부에서, 긴 벨트(33)는 하부 풀리(35)(도 10 참조) 주위에 연장되고, 이는 기둥(26)에 고정되어 부착된다. 그 결과, 로드들(31, 32)의 수직 운동이 긴 벨트(33)로 전달된 후, 본 발명의 구동 디바이스로 전달될 것이다.
구동 디바이스는 조합된 모터 및 발전기에 연결될 수 있다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 이 간소화된 구성이 달성하는 다른 비-제한적인 장점들은 다음과 같이 요약될 수 있다:
a) 벨트들의 용량에 있어서 적어도 2배의 이용이 달성된다. 이는 보조 샤프트들의 개수에 의존한다.
b) 충격 하중(shock load)의 감소.
c) 복잡한 윤활 및 냉각 시스템들이 필요하지 않다.
d) 벨트들이 경량이고 연성 재료로 구성되므로, 이들이 배치되는 풀리들이 덜 마모되는 경향이 있다.
e) 벨트들/체인들의 간소화된 구성으로 인해, 라이트 모터(light motor)들이 높은 회전 속력의 낮은 회전 속력으로의 전환을 위해 적용될 수 있다. 또한, 이는 더 큰 속력 감소 및 그 결과 높은 토크의 발생을 보장한다.
f) 벨트들/체인들의 간소화된 구성으로 인해, 경량의 디바이스가 낮은 회전 속력의 높은 회전 속력으로의 전환을 위해 달성된다.
g) 간소화된 경량 구성을 이용하여 높은 파워의 전달이 달성된다.
h) 통풍에 기초한 냉각 및 용이한 유지보수.
i) 유압식 기계(hydraulics)에 비해 높은 효율성.
j) 더 적은 무게.
k) 더 낮은 비용.
l) 더 적은 마모로 양 방향으로 구동기를 작동시킬 가능성이 더 크다.
본 발명은 단지 이해를 돕기 위해 몇몇 바람직한 실시예들과 몇몇 도면들에 대하여 설명하였으며, 당업자라면 본 발명이 앞서 설명된 것과 첨부된 청구항들에서 주장되는 것의 범위 내에서 모든 적법한 변형예들을 포함한다는 것을 분명히 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 구동 디바이스를 구비하는 파력 발전시설(wave power plant)에 있어서, 상기 구동 디바이스는:
    대형 벨트 풀리(large belt pulley);
    상기 대형 벨트 풀리에 연결되는 풀리 - 상기 대형 벨트 풀리 및 상기 풀리는 동축 회전축들을 갖고, 상기 대형 벨트 풀리는 발전기에 회전 가능하게 연결되며, 각각이 상기 대형 벨트 풀리의 회전축에 평행한 적어도 2 이상의 회전가능한 보조 샤프트(secondary shaft)를 더 포함하고, 상기 보조 샤프트들은 적어도 1 이상의 벨트를 통해 상기 대형 벨트 풀리와 회전 연결됨 - ; 및
    적어도 1 이상의 다른 벨트를 통해 상기 보조 샤프트들 중 적어도 하나와 회전 연결되는 상기 발전기를 포함하며,
    상기 적어도 1 이상의 벨트는 상기 대형 벨트 풀리 및 각각의 보조 샤프트에 걸쳐 단일 벨트로서 연장되며,
    상기 파력 발전시설의 두 상대 이동가능한 부분들 사이의 길이방향 운동을 상기 구동 디바이스로 전달하기 위해 상기 대형 벨트 풀리에 연결되는 상기 풀리 주위에 연장되는 길이방향 인장 부재(longitudinal tension member)를 포함하는 파력 발전시설.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대형 벨트 풀리 및 상기 보조 샤프트들 각각에 걸쳐 연장된 단일 벨트 또는 체인이 제공되는 파력 발전시설.
  3. 제 1 항에 있어서,
    소형 벨트 풀리(small belt pulley) 또는 체인 풀리가 상기 보조 샤프트들 각각에 제거 가능하게 피팅(fit)되는 파력 발전시설.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 샤프트들을 따라, 상기 각각의 소형 벨트 풀리보다 크기가 작은 적어도 2 이상의 초소형 풀리(further smaller pulley)가 제공되는 파력 발전시설.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 초소형 풀리 및 상기 대형 벨트 풀리에 걸쳐 연장되는 적어도 1 이상의 벨트가 제공되는 파력 발전시설.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 샤프트들은 상기 대형 벨트 풀리 주위에서 동일한 상대 각거리에 배치되는 파력 발전시설.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 대형 벨트 풀리 및 상기 소형 벨트 풀리들에는, 작동 조건 시 적절한 그리핑(gripping)을 보장하기 위해 각각의 원주면들을 따라 V-홈과 같은 홈들 또는 세레이션(serration)들이 제공되는 파력 발전시설.
  8. 제 1 항에 있어서,
    작동 조건 시 각각의 벨트 또는 체인에 적절한 그리핑을 보장하는 톱니(teeth) 또는 홈 또는 V-형상이 제공되는 파력 발전시설.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 풀리, 상기 대형 벨트 풀리, 상기 보조 샤프트들, 및 상기 발전기의 샤프트는 모두 동축에 있도록 배치되는 파력 발전시설.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 디바이스는 어느 한 방향으로 상기 발전기의 회전을 야기하도록 구성되는 파력 발전시설.
  11. 제 4 항에 있어서,
    복수의 상기 소형 벨트 풀리들, 및 각각의 상기 소형 벨트 풀리들보다 직경이 작은 상기 초소형 풀리들이 각각의 보조 샤프트들에 제거 가능하게 피팅되고, 상기 보조 샤프트들 각각은 상기 대형 벨트 풀리 및 상기 발전기에 회전 연결되는 파력 발전시설.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전기의 샤프트는 고속 샤프트인 파력 발전시설.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 대형 벨트 풀리는 측면 플레이트들, 및 상기 측면 플레이트들 사이에 끼워지며 일련의 원주 방향으로 배열되는 톱니 부분(toothed segments)을 포함하는 파력 발전시설.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 대형 벨트 풀리, 상기 보조 샤프트들 및 상기 발전기는 공동 프레임(common frame)에 장착되는 파력 발전시설.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1 이상의 벨트는 섬유 강화 고무로 이루어지는 파력 발전시설.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 샤프트들 각각은 상기 대형 벨트 풀리의 축 방향 측면(either axial side)에 배치된 베어링에 장착되는 파력 발전시설.
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