KR102389117B1 - 전기 추진 선박의 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 추진 시스템을 동력원으로 하는 차도선, 레저선 등의 전기 추진 선박에 적용하여, 감속기에 작용하는 레디알 하중과 스러스트 하중을 분산하여 부하할 수 있게 함으로써 안정된 작동성과 함께 소형화, 경량화를 달성할 수 있도록 한 전기 추진 선박의 감속기에 관한 것이다.
본 발명은, 케이싱(300)의 입력축(1)은 인풋커플링(200)으로 추진 모터(100)에 연결하고, 출력축(2)은 아웃커플링(600)으로 프로펠러에 연결하여 추진 모터(100)의 동력을 감속기어를 통해 프로펠러로 출력하는 전기 추진 선박의 감속기에 있어서, 상기 케이싱(300)은 좌우로 서포터(700)를 서해 선체바닥면으로 부터 이격시켜 설치할 수 있게 하며, 상기 입력축(1)과 출력축(2)에는 프로펠러의 나선회전구동과 추력으로 발생되는 레디알 하중과 스러스트 하중을 부하하는 하중지지부(6)(7),(3)(4)를 각각 설치하여 구성하고, 상기 출력축(2)에는 프로펠러가 연결되는 방향으로 레디알베어링파트로 하중지지부(3)를 설치하고, 그 반대측에는 복합베어링파트로 하중지지부(4)를 설치하며, 상기 입력축(1)에는 추진 모터(100)가 연결되는 방향으로 레디알베어링파트로 하중지지부(6)를 설치하고, 그 반대측에는 복합베어링파트로 하중지지부(7)를 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

전기 추진 선박의 감속기{THE PROPELLER REDUCTION GEAR FOR ELECTRIC PROPILSION SHIP}

본 발명은 전기 추진 선박의 감속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 추진 시스템을 동력원으로 하는 차도선, 레저선, 여객선 등의 전기 추진 선박에 적용하여, 감속기에 작용하는 레디알 하중과 스러스트 하중을 분산하여 부하할 수 있게 함으로써 안정된 작동성과 함께 소형화, 경량화를 달성할 수 있도록 한 전기 추진 선박의 감속기에 관한 것이다.

선박의 추진 기관 변천은 노선과 범선으로부터 시작되어 디젤엔진이나 가스터빈 등의 내연기관(internal combustion engine)에 직접 또는 감속기어(reduction gear)를 통해 프로펠러를 구동하는 기계식 추진의 동력선으로 발전되어 왔다.

선박의 동력원으로 가장 널리 사용되는 디젤엔진 등과 같은 화석연료 추진 방식은 화석연료의 연소 과정에서 발생되는 배출가스와 기름 유출 등으로 인해 심각한 환경오염을 유발하고 있다. 이에 UN기후변화협약에서는 온실가스배출 규제를 발효하고, 국제해사기구(IMC, International Maritime Organization)에서는 선박에 의한 해양 환경 파괴 요인에 대한 안전규정을 제정하는 등, 선박의 제조와 운항 등과 관련하여 환경오염문제 등은 심각한 이슈로 대두되고 있다.

이에 따라 환경오염을 최소화할 수 있는 선박의 전기 추진 시스템은 환경 규제와 추진 시스템의 효율 향상을 모두 확보할 수 있는 기술로 주목받고 있으며, 전기 에너지를 동력원으로 사용하는 전기 추진 선박의 연구, 개발에 세계 각국의 경쟁과 노력이 더욱 치열하게 전개되고 있다.

전기 추진 선박이란 엔진에 프로펠러가 직접 연결되어 구동되는 기존의 추진 방식과 달리 전기를 생산하는 발전엔진이나 연료전지를 구비한 전기 추진 시스템에 의한 전기에너지로 프로펠러를 구동하는 추진 방식이다. 이 전기 추진 방식은 기존 시스템에 비해 기계적 배치가 유연하고 효율적인 선박의 설계가 가능하며, 진동 및 소음이 적고 배출가스가 없어 친환경적인 시스템으로 환영받고 있으며, 특히 소음이 적어 자동차와 여객을 함께 실어나르는 차도선, 여객선, 레저선 등의 소형 선박에 매우 적합하다고 할 수 있다.

이하에는 전기 추진 선박에 관련된 여러 종래 기술들에 대해 참고문헌을 통해 간단히 살펴본다.

참고문헌1에; 유성기어열로 감속기의 구성을 단순화하고, 소형 경량화하여 선체 공간활용도를 향상시킬 수 있도록 한 유성기어열을 이용한 동력분기식 선박추진용 감속기가 개시되어 있다.

참고문헌2에; 입출력 수단을 포함하는 사용자 인터페이스부, 배터리 잔량을 실시간으로 측정하는 모니터링부, 현재 위치를 실시간으로 파악하는 위치파악부 및 배터리 잔량 및 파악된 현재 위치를 이용하여 모터 및 배터리를 제어하는 제어부 등으로 이루어지는 전기 추진 선박의 관리장치가 개시되어 있다.

참고문헌3 내지 참고문헌5에; 선박에 탑재된 액화가스 저장탱크의 가스연료를 소비하여 전기를 생산하는 발전엔진과 연료전지를 구비한 전기추진 시스템과 이를 포함하는 선박이 개시되어 있다.

참고문헌6에; 회전 터빈부에 물을 공급하는 펌프와, 상기 회전 터빈부에 의해 구동되는 터빈 발전수단과, 상기 터빈 발전수단에서 발전한 후 배출되는 물을 선박의 후방으로 배출시켜 추진력을 얻는 워터제트 파이프와, 상기 터빈 발전수단에서 발전된 전력에 의해 작동되는 추진모터 등으로 이루어지는 하이브리드 다단 발전장치를 이용한 하이브리드 선박 추진시스템이 개시되어 있다.

참고문헌7에; 전원 분배를 위한 스위치보드, 전력 변환을 위한 인버터 및 모터가 하나의 케이스에 모듈화되어 기존 선박의 엔진을 제거한 후, 간편하게 장착할 수 있고 듀얼로 장착하더라도 모터 회전축의 거리를 가깝게 할 수 있어 최소한의 공간에 설치할 수 있는 모듈화된 선박용 전기 추진 장치가 개시되어 있다.

그 밖에 참고문헌8에; 복수의 모터에 피동하는 구동부와, 선체 외부에서 프로펠러가 장착되며 피동기어에서 연장된 축이 진입한 기어 하우징과, 기어 하우징 내부에서 피동기어로부터 동력을 입력받아 프로펠러에 동력을 전달하는 유성기어세트 등으로 이루어지는 선박용 다중 구동 가변추진장치가 개시되어 있다.

참고문헌9에; 선체의 출발지 및 목적지의 위치정보를 입력하는 운항경로 설정단계, 목적지까지 운항하는데 필요한 잔류구간 운항전력을 판단하는 필요전력 분석단계, 상기 단계 등을 실행하는 작업부 및 시설부에 공급되는 전력을 제어하는 단계로 이루어진 전기추진 선박의 전력제어방법이 개시되어 있다.

참고문헌10에; 메인엔진에 연결되어 동력을 감속시키는 감속기어부; 상기 감속기어부에 연결되어 회전 방향을 변경시키는 회전역전부, 상기 회전역전부의 후단에 연결되는 반전 프로펠러 및 상기 감속기어부에 연결되는 고정피치 프로펠러 등으로 구성되는 선박의 추진장치가 개시되어 있다.

상기에서 살펴본 전기 추진 선박은 화물이나 여객을 실어 나르는 상선과 해군·해경이 운용하는 함정, 그리고 어선이나 특수 작업선 등으로 그 종류가 매우 다양하고, 전기추진 기술의 적용 방법 역시 선박의 종류에 따라 다르지만, 선체가 수면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전으로 추진력을 얻는다는 공통점이 있다.

전기 추진 선박의 추진 모터는 전기 에너지를 기계적 추진력으로 변환하는 것으로, 유도기, 동기기, 영구자석 동기기(PMSM: Permanent Magnet Syndronous Motor)가 널리 사용되고 있으며, 이중 PMSM은 출력밀도와 효율이 높아 전기 추진시스템에서 각광 받고 있다.

선박을 추진시키는 프로펠러는 선박의 종류, 크기 등에 따라 다양한 적용되는데 샤프트로 추진 모터에 연결되어 회전력을 전달받는다. 이때 추진 모터에 의해 발생되는 회전RPM은 프로펠러에 대응하지 못하므로 엔진과 프로펠러 사이에는 감속 구조가 구비되어야 한다.

이러한 전기 추진 선박에서 필요한 감속구조를 제공하는 감속기는 전력변환 기술에 못지 않게 추진 모터로부터 프로펠러를 연결하여 동력을 전달하는 중요 요소로서 전기 추진 선박의 효율적인 시스템 설계를 위한 핵심 장치 중 하나이다. 그럼에도 전기 추진 선박에서, 추진 모터와 프로펠러를 연결하여 추진 모터에 의한 전기에너지를 프로펠러에 효과적으로 전달하기 위한 감속구조나 프로펠러의 감속기에 대해서는 아직 연구와 개발이 미진한 상태이다.

(참고문헌1) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0140356호, 2012.12.31. (참고문헌2) 대한민국 등록특허공보 제10-1864570호, 2018.06.04. (참고문헌3) 대한민국 등록특허공보 제10-2117632호, 2020.06.02. (참고문헌4) 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0082000호, 2020.07.08. (참고문헌5) 대한민국 등록특허공보 제10-2125457호, 2020.06.23. (참고문헌6) 대한민국 등록특허공보 제10-2099724호, 2020.04.10. (참고문헌7) 대한민국 등록특허공보 제10-2205453호, 2021.01.20. (참고문헌8) 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0098657호, 2021.08.11. (참고문헌9) 대한민국 등록특허공보 제10-2234558호, 2021.03.31. (참고문헌10) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0095663호, 2014.08.04.

『친환경 선박 잡학지식』, 지성사, 2020.07.22. 임영섭. 「전기추진 선박의 전력변환 기술 적용 및 발전 방향」, 전력전자학회지=The journal of the Korean Institute of Power Electronics v.25 no.2 , 2020년, pp.43 - 52 김소연 (해군사관학교 전기전자공학과 ); 김명호(한국전기연구원). 「쌍동형 배수량 2.5톤 급 어선의 전기 추진 시스템 운항성능 추정 프로세스 연구」, 한국해양공학회한국해양공학회지한국해양공학회지 제27권 제5호, 정용국(서울대학교), 이동건(목포해양대학교), 정우철(인하공업전문대학), 류철호(인하공업전문대학), 오대균(목포해양대학교), 신종계(서울대학교).

전기 추진 선박은 전기를 생산하는 발전엔진 또는 연료전지 등에 연결되어 구동하는 추진 모터에 프로펠러(추진기, Propeller)가 장착되어 운항하게 된다. 프로펠러는 프로펠러 날개의 나선면이 물을 밀어내는 나선회전력과 그 반동으로 생긴 추력으로 선박이 전진하는 것으로, 단일 프로펠러인 고정피치 프로펠러(FPP:Fixed Pitch Propeller), 가변 피치 프로펠러(CPP:Controllable Pitch Propeller)와 복합 프로펠러(compound propeller)인 상반회전 프로펠러(CRP), 텐덤 프로펠러(Tendem propeller) 등이 있다.

이러한 프로펠러는 샤프트를 통해 추진 모터에 연결되어 회전력을 전달받아 회전구동하게 된다. 이미 언급한 바와 같이 추진 모터의 회전RPM은 프로펠러에 대응되지 못하므로 추진 모터와 프로펠러 사이에는 감속구조를 구비하여야 하고 이 감속구조를 위해 추진 모터와 프로펠러 사이에 프로펠러 감속기 등이 설치된다.

전기 추진 선박에서 추진 모터와 프로펠러를 감속 연결하기 위한 연구와 노력이 이루어지고 있으나 전기 추진 선박의 추진 모터와 프로펠러 간의 접속 구조와 접속구조로부터 감속을 달성하는 프로펠러 감속기 등에 대한 선행기술은 찾아보기 어렵다.

추진 모터와 프로펠러를 연결하기 위한 감속 구조는 동력전달효율이 우수하여야할 뿐만 아니라 구조가 복잡해서도 안된다.

기존의 내연기관 추진용 감속기는 다단으로 헬리컬기어를 형성해야 하는 등의 문제로 감속기의 조립에 많은 어려움이 있고 이로인해 부피가 대형화되고 고중량화되 등의 여러 문제점이 있다.

선박은 운항하는 속도 등에 따라 최적의 형태로 선형을 갖추게 되지만 선박이 받는 저항은 크게 선체의 표면과 물이 닿아서 발생하는 마찰처항과 선박이 물을 가르면서 발생하는 파도에 의해 생기는 조파저항 등으로 나눌 수 있다.

선체의 마찰저항과 조파저항들은 프로펠러의 구동에 의한 추력 발생시에 프로펠러의 나선회전작동으로 인한 레디알 하중과 상기 나선회전작동으로 발생되는 추력으로부터 스러스트 히중을 일으킨다. 이들 레디알 하중과 스러스트 하중은 오버토크 및 충격하중과 함께 감속기 파손의 가장 주된 이유가 되므로 이들의 하중을 흡수하고 동력전달을 효율적으로 수행하기 위한 감속구조를 필요로 한다.

앞서 언급한 바와 같이 기존 내연기관을 사용되는 감속기는 레디알 하중과 추력에 의한 스러스트 하중을 흡수하기 위해 대형화와 고중량화가 불가피하였다. 이를 간략히 살펴보면, 프로펠러 추력이 베어링 구조를 경유하여 구동기가 배치된 선체와, 선체 내 엔진까지 도입되면서 프로펠러의 고속 회전화가 진동 및 소음 문제를 발생시키게 된다. 이를 해소하기 위해 기존 내연기관 감속기는 그 구조가 복잡하고 대형화, 고중량화가 필연적으로 요구되었다.

이에 본 발명에서는 프로펠러의 회전에 따른 레디알 하중과 추력에 의한 스러스트 하중을 효과적으로 분산 흡수하여 저소음으로 안정된 작동성을 발휘할 수 있게 하고 전기 추진 선박에 부합하도록 소형화, 경량화를 달성할 수 있는 전기 추진 선박의 감속기를 제공하고자 한다.

본 발명은 프로펠러와 커플링 등에 의해 연결되는 감속기에 프로펠러의 추력을 전달받는 출력축(종동축)과 상기 출력축으로 동력을 전달하는 입력축(주동축)에 스러스트 하중과 레디알 하중을 분산 흡수하여 접속될 수 있도록 하고 스러스트 베어링과 레디알 베어링의 대칭적 배치 구조 등으로 이들의 베어링 작동이 효과적으로 활성화될 수 있게 하고자 한다.

본 발명에서는 적은 소음과 쾌적한 환경에 요구되는 필요로 하는 차도선 등에 전기 추진 선박을 적용할 수 있도록 전기 추진 선박에 부합하는 저소음의 소형화된 감속기를 제공하고자 한다.

상기 과제해결을 위한 본 발명은;

[청구항1] 내지 [청구항3]에 기재된 발명에 따르면; 케이싱의 입력축은 인풋커플링으로 추진 모터에 연결하고, 출력축은 아웃커플링으로 프로펠러에 연결하여 추진 모터의 동력을 감속기어를 통해 프로펠러로 출력하는 전기 추진 선박의 감속기에 있어서, 상기 입력축과 출력축에는 프로펠러의 나선회전구동과 추력으로 발생되는 레디알 하중과 스러스트 하중을 부하할 수 있도록 상기 출력축에는 프로펠러가 연결되는 방향으로 레디알베어링파트로 하중지지부를 설치하고, 그 반대측에는 복합베어링파트로 하중지지부를 설치하며, 상기 입력축에는 추진 모터가 연결되는 방향으로 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부를 설치하고, 그 반대측에는 복합베어링파트로 이루어지는 하중지지부를 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 프로펠러의 나선회전작동과 나선회전작동에 따른 추력, 선체의 마찰저항과 조파저항 등으로 인한 레디알 하중과 스러스트 하중을 효과적으로 분산 흡수하여 전기 추진 선박의 감속기로서 안정된 작동성과 사용 수명을 보장할 수 있으며,

또한 이들 레디알 하중과 스러스트 하중의 충격의 분산 흡수로 진동을 최소화하여 저소음화를 달성할 수 있고 비교적 단순한 구조의 채용으로 소형화, 경량화를 달성할 수 있으며,

이로부터 적은 소음과 작은 설치 공간으로 쾌적한 환경에 요구되는 필요로 하는 차도선, 레저선 등의 다양한 전기 추진 선박에 널리 적용할 수 있는 등, 전기 추진 선박의 프로펠러 감속기로서 많은 이익과 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 전체 구성도 중 정면도
도 2는 본 발명이 적용된 전체 구성도 중 측면도
도 3은 본 발명의 적용된 전체 구성도 중 측면도
도 4는 본 발명의 일실시예가 적용된 감속기의 전체 구성도
도 5는 본 발명 중 입력축의 구성을 보인 요부 발췌도
도 6은 본 발명 중 출력축의 구성을 보인 요부 발췌도
도 7, 도 8은 본 발명 중 출력축의 하중지지부의 구성을 보인 요부 발췌도
도 9, 도 10은 본 발명 중 입력축의 하중지지부의 구성을 보인 요부 발췌도

전기 추진 선박은 전력을 제공하는 발전엔진 또는 연료전지로부터 전기엔너지를 전달받아 구동하는 추진 모터와, 추진 모터로부터 동력을 전달받아 추력을 발생시켜 선박을 움직이는 프로펠러와, 추진 모터와 프로펠러를 연결하고 동력을 전달하는 감속기로 이루어진다. 본 발명은 상기 전기 추진 선박에서 추진 모터와 프로펠러를 연결하고 동력을 전달하는 감속기를 저소음화 및 소형화, 경량화를 달성하도록 구성한 것에 특징이 있다.

본 발명에 의한 전기 추진 선박용 감속기는, 이단으로 분리되는 케이싱과, 케이싱 내부에 장착되어 발전엔진이나 연료전지 등에서 전기에너지를 공급받아 구동하는 추진 모터로부터 동력을 전달받는 입력축(주동축, 이하 입력축이라 한다.)과, 상기 입력축으로부터 동력을 전달받아 프로펠러로 전달하는 출력축(종동축, 이하 출력축이라 한다.)과, 상기 입력축과 출력축에 장착되어 동력을 전달하고 전달받는 주동기어와 종동기어로 이루어진 감속기어와, 상기 감속기어가 장착된 입력축과 출력축을 회전지지하면서 프로펠러의 추력으로 발생되는 레디알 하중과 스러스트 하중을 분산 흡수하는 하중지지부 등으로 이루어진다.

케이싱은 입력축과 출력축 및 이들에 장착되는 감속기어의 배치와 결합, 그리고 프로펠러의 연결을 최적화할 수 있도록 상하로 분할되어 플랜지 결합된다.

하부 케이싱은 선체로부터 이격시켜 설치할 수 있도록 서포터가 장착된다. 상기 서포터는 프로펠러와 연결되는 출력축이 프로펠러의 회전축과 동축선상에서 연결될 수 있도록 기울기를 제공한다.

케이싱 내부에서 감속기어를 회전지지하여 동력전달이 수행되는 입력축과 출력축은 서로 교호로 배치되는 하중지지부에의해 회전지지되며, 이들 하중지지부는 레디알 하중의 회전지지를 위한 레디알베어링파트와, 축방향과 경방향 하중을 지지하는 복합베어링파트가 설치되어 구성된다.

입력축과 출력축을 회전 지지하는 하중지지부는 레디알베어링파트와 복합베어링파트로 입력축과 출력축에 서로 대칭되게 배치되어 (입력축과 출력축에 레디알베어링파트와 복합베어링파트가 서로 교호로 배치되어) 프로펠러의 회전방향의 레디알 하중과 축방향의 스러스트 하중을 부하하여 프로펠러의 추력 발생에 따른 진동과 소음발생을 최소화함으로써 저소음화와 소형화, 경량화를 달성한다.

입력축과 출력축, 감속기어가 내장되는 케이싱 내부에는 이들 감속기어의 원활한 치차 결합과 회전력 전달 및 냉각을 위해 윤활유, 동작유로 역할하는 오일이 충진, 순환된다.

이하 본 발명의 구체적인 실시내용을 첨부 도면과 함께 상세히 살펴본다. 본 발명의 목적, 특장점, 특징 등은 첨부 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 상세한 설명에서 도면의 구성요소들에 부여된 부호는 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명이 적용된 전체 구성도 중 정면도 및 측면도, 평면도이고, 도 4 내지 도 10은 본 발명의 일실시예가 적용된 감속기의 전체 구성도 및 요부 발췌도이다.

본 발명은 전기 추진 선박에 설치되는 감속기로서, 발전엔진 또는 연료전지로부터 전기엔너지를 전달받아 구동하는 추진 모터(100)와 인풋커플링(200)으로 연결되어 추진 모터(100)로부터 동력을 전달받아 감속 후 프로펠러에 전달하여 추력을 발생시킴으로써 선박을 추진시킨다.

본 발명에 따른 전기 추진 선박용 감속기는 추진 모터(100)로부터 커플링(200)으로 연결되는 케이싱(300) 등으로 이루어진다.

케이싱(300)은 상하로 2분할되어 구성되며, 케이싱(300) 상부에 입력축(1)을 설치하고, 케이싱(300) 하부에 출력축(2)을 설치하여 플랜지 등으로 결합한다.

상기 케이싱(300)에는 내부 감속을 수행하는 감속기어, 즉 주동기어(11), 종동기어(21)를 윤활하고, 냉각시키는 오일을 순환시키는 순환펌프(400)와 오일쿨러(500)를 설치한다. 상기 순환펌프(400)와 오일쿨러(500)에 대해서는 후술에서 더 살펴볼 것이다.

상기와 같이 입력축(1)과 출력축(2)이 설치되는 케이싱(300)은, 입력축(1)에 추진 모터(100)가 인풋커플링(200)으로 연결되고, 출력축(2)에 아웃풋커플링(600)으로 프로펠러가 연결된다.

상기 케이싱(300)은 좌우로 서포터(700)에 의해 선체바닥면으로 부터 이격되어 설치된다. 상기 서포터(700)는 감속기의 케이싱(300)을 선체바닥면으로부터 떨어뜨려 설치함으로써 감속기가 선체에 전달하는 소음, 진동 등을 최소화할 수 있게 한다. 또 상기 케이싱(300)을 선체바닥면으로부터 이격시킴으로써 선체 후미 저면에 설치되는 프로펠러를 후렉시블 커플링 등으로 동축선상으로 용이하게 연결, 설치할 수 있게 한다.

상기 케이싱(300)에는 추진 모터(100)와 인풋커플링(200)와 연결되는 입력축(1)을 설치한다. 입력축(1)은 케이싱(300) 양측에 하중지지부(6)(8)로 회전지지시켜 설치하고, 주동기어(11)를 장착한다.

상기 케이싱(300)에는 상기 입력축(1)의 주동기어(11)와 치차결합되는 종동기어(21)를 장착한 출력축(2)을 설치한다. 상기 출력축(2)은 케이싱(300) 양측에 하중지지부(3)(4)로 회전지지시켜 설치한다.

상기 입력축(1)의 주동기어(11)와 출력축(2)의 종동기어(21)는 헬리컬기어로 구성한다. 헬리컬기어는 큰 힘을 전달할 수 있는 데 반해 소음이 적으며, 또 헬리컬기어[출력기어]의 나선방향을 프로펠러와 나선회전방향과 동일하게 설정하면 경방향 하중과 축방향 하중을 줄일 수 있으므로 프로펠러의 스러스트 하중이 많이 작용하는 감속기에 적합하다. 출력축(2)의 종동기어(21)는 입력축(1)의 주동기어(11)에 비해 회전비를 크게 함은 당연하다.

상기 입력축(1)의 주동기어(11)와 출력축(2)의 종동기어(21)에는 오일이 공급되어 이들의 윤활작용을 돕고, 마찰열을 냉각시키는 냉각작용 등을 수행하면서 케이싱(300) 하부로 모이게 되면 순환펌프(400)가 케이싱(300)과 오일쿨러(500)를 연결하는 순환파이프(401)(402)를 통해 오일쿨러(500)로 이동시키고, 오일쿨러(500)에서 냉각시킨 오일은 공급파이프(501)를 통해 케이싱(300) 내부로 공급되어 순환된다.

상기 입력축(1)과 출력축(2)에는 프로펠러의 나선회전구동 등에 따른 레디알 하중과 스러스트 하중을 흡수하고 충격을 완화시키기 위한 하중지지부(3)(4)(6)(7)를 설치하여 케이싱(300)에 창작한다.

상기 입력축(1)과 출력축(2)의 각 하중지지부(3)(4)(6)(7)는 입력축(1)과 출력축(2)에 레디알베어링파트과 복합베어링파트가 서로 교호로 설치되어 프로펠러의 추력 등에 의한 레디알하중과 스러스트하중을 부하한다.

상기 하중지지부(3)(4)(6)(7)에 상세히 살펴본다.

케이싱(300) 내 종동기어(21)가 장착된 출력축(2)에는 프로펠러가 연결되는 출력축(2)방향으로 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(3)를 설치하고, 그 반대측에는 복합베어링파트로 이루어지는 하중지지부(4)를 설치하여 케이싱(300)에 결합한다.

상기 프로펠러의 연결, 설치를 위해 아웃풋커플링(600)이 연결, 설치되는 출력축(2) 방향에 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(3)를 설치한다. 프로펠러가 연결, 설치되는 방향의 출력축(2)에 설치되는 하중지지부(3)는 프로펠러의 나선회전력에의한 경방향으로 발생되는 레디알하중을 부하하는 레디알베어링파트로 구성한다.

상기 출력축(2)의 프로펠러 방향 하중지지부(3)는 케이싱(300)에 결합되는 출력축(2)에 레디알베어링(31)를 설치하고 베어링하우징(32)을 결합하여 출력축(2)의 레디알하중을 부하하도록 레디알베어링파트를 구성한다. 상기 레디알베어링(31)은 부하능력이 커서 경방향 하중을 부하할 수 있는 원통롤러베어링으로 설치한다.

좀 더 바람직하기로는 상기 프로펠러로 연결되는 출력축(2) 방향의 하중지지부(3)는 프로펠러의 나선회전과 추력에 의해 합성하중[레디알하중과 함께 축방향하중(Axial Load)]이 작용하므로 자동조심 롤러베어링(복렬 테이퍼롤러 베어링)으로 설치하여 이들 합성하중으로 축심이 일치하지 않는 경우 등에도 바로 잡아줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 베어링하우징(32)은 내측에 케이싱(300) 내부와 연통되는 윤활룸(33)을 형성하여 케이싱(300) 내 오일이 공급되어 출력축(2)에 윤활작용을 할 수 있게 하고, 윤활룸(33) 양측에는 누유를 방지할 수 있도록 씨일을 결합하여 구성한다.

한편 상기 프로펠러가 연결되는 출력축(2) 반대측 출력축(2) 방향의 하중지지부(4)에는 복합베어링파트를 설치한다.

상기 하중지지부(4)는 베어링하우징(41) 내부에 스러스트베어링(42)과 레디알베어링(44)을 차례로 결합하여 복합베어링파트를 설치한다.

베어링하우징(41) 내부에 상기 하중지지부(3) 방향으로 스러스트베어링(42)을 결합하고 스페이서(43)로 레디알베어링(44)을 이격시켜 결합하여 엔드플레이트(45)로 고정시킨다.

상기 스러스트베어링(42)은 프로펠러의 추력이 직접적으로 또 가장 강하게 작용하므로 양 방향의 축방향 하중을 부하할 수 있는 복식스러스트볼베어링으로 설치한다. 또 이 외측으로는 원통 롤러베어링 등으로 레디알베어링(44)을 설치하여 추력에 의한 스러스트하중과 함께 출력축(2)에 작용하는 경방향 하중을 분산시켜 부하할 수 있게 한다.

상기 스러스트베어링(42)은 프로펠러가 연결되는 하중지지부(3) 방향으로 내측 스러스트와셔(421), 내측 스러스트베어링볼(422), 리테이너(423), 외측 스러스트베어링볼(424), 외측 스러스트와셔(425)를 차례로 결합하여 구성한다.

상기 스러스트베어링(42)은 스페이서(43)로 레디알베어링(44)을 이격시켜 결합하여 엔드플레이트(45)로 복합베어링파트를 설치하고, 베어링하우징(41) 외측에는 베어링커버(5)를 결합한다.

또 스러스트베어링(42)의 리테이너(423)와 레디알베어링(44) 사이에는 칼라(Collar)(46)를 출력축(2) 외주면에 결합하여 칼라(46)가 스러스트베어링(42)과 레디알베어링(44)을 이격시키면서 상기 스러스트베어링(42)의 외측 스러스트베어링볼(424)과 외측 스러스트와셔(425)를 지지하게 한다.

상기한 복식스러스트볼베어링 구조는 출력축(2)에 작용하는 스러스트 하중을 스러스트베어링(42)이 부하하는 과정에서, 스러스트베어링(42)과 레디알베어링(44)을 이격시키고 있는 칼라(46)가 스페이서(43)와 함께 스러스트하중을 분산시켜 부하함으로써 큰 하중에서도 안정된 작동성을 보장한다.

이를 상세히 살펴본다.

출력축(2)에 작용되는 스러스트 하중과 레디알 하중은 리테이너(423)을 중심으로 프로펠러 방향의 내측 스러스트와셔(421)와 내측 스러스트베어링볼(422) 및 리테이너(423)에 작용하여 부하되고, 리테이너(423)에 접속되어 있는 칼라(46)를 통해 레디알베어링(44)으로 작용하여 부하된다.

이와 동시에 리테이너(423)로 전달되는 하중의 일부는 리테이너(423) 외측의 외측 스러스트베어링볼(424) 및 외측 스러스트와셔(425)에 작용하여 부하되고, 이들에 접속되어있는 스페이서(43)를 통해 레디알베어링(44)으로 작용하여 부하된다.

이와 같이 출력축(2)에 작용되는 스러스트 하중과 레디알 하중은 집중적으로 부하되지 않고 스러스트베어링(42)과 레디알베어링(44)을 이격시키고, 지지하고 있는 칼라(44)와 스페이서(43)를 통해 분산되어 부하됨으로써 하중에 대한 진동흡수율을 높이고, 이로부터 저소음화를 달성할 수 있다.

한편, 상기 출력축(2)으로 추진 모터(100)의 동력을 전달하는 입력축(3)에는 상기 출력축(2)과 교호로 대칭되는 하중지지부(6)(7)를 설치한다.

즉, 케이싱(300) 내 주동기어(11)가 장착된 입력축(1)에, 추진 모터(100)와 인풋커플링(200)으로 연결되는 입력축(1) 방향으로 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(6)를 설치하고 그 반대측 방향에는 [레디알베어링파트로 이루어지는 출력축(2)의 하중지지부(3) 방향] 복합베어링파트로 이루어지는 하중지지부(7)를 설치하여 케이싱(300)에 결합한다.

다시 언급하면, 케이싱(300) 내 주동기어(11)가 장착된 입력축(1)에 상기 출력축(2)과는 반대로, 추진 모터(100)와 연결되는 방향으로 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(6)를 설치하고, 그 반대측에는 복합베어링파트로 이루어지는 하중지지부(7)를 설치하여 케이싱(300)에 결합한다.

이를 상세히 살펴본다.

추진 모터(100)의 연결, 설치를 위해 인풋커플링(200)이 연결, 설치되는 입력축(1) 방향에 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(6)를 설치한다. 즉, 추진 모터(100)와 인풋커플링(200)으로 연결되는 입력축(1) 방향에는 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(6)를 설치한다.

추진 모터(100)로부터 동력이 직접 전달되는 입력축(1)의 하중지지부(6)는 레디알베어링파트로 구성하여 추진 모터(100)의 회전구동에 의한 경방향으로 발생되는 레디알하중을 하중지지부(6)가 부하한다.

상기 입력축(1)의 하중지지부(6)는 추진 모터(100)에 연결되는 입력축(1) 방향으로 레디알베어링(61)를 설치하고 베어링하우징(62)을 결합하여 입력축(1)의 레디알하중을 부하하도록 레디알베어링파트를 구성한다. 상기 레디알베어링(62)은 부하능력이 커서 경방향 하중을 부하할 수 있는 원통롤러베어링으로 설치한다.

상기 베어링하우징(62)은 내측에 케이싱(300) 내부와 연통되는 윤활룸(63)을 형성하여 케이싱(300) 내 오일이 공급되어 입력축(1)에 윤활작용을 할 수 있게 하고, 윤활룸(63) 양측에는 누유를 방지할 수 있도록 씨일을 결합하여 구성한다.

한편, 반대측 입력축(1) 방향[상기 추진 모터(100)와 연결되는 입력축(1)방향과 반대 방향]에는 복합베어링파트로 하중지지부(7)를 설치한다.

상기 하중지지부(7)는 베어링하우징(71) 내부에 스러스트베어링(72)과 레디알베어링(74)을 차례로 결합하여 복합베어링파트를 설치한다.

베어링하우징(71) 내부에 상기 하중지지부(7) 방향으로 스러스트베어링(72)을 결합하고 스페이서(73)로 레디알베어링(74)을 이격시켜 결합하여 엔드플레이트(75)로 고정시켜 복합베어링파트를 구성한다.

상기 스러스트베어링(72)은 출력축(2)에 미치는 스러스트하중이 헬리컬기어로 서로 치차결합되어 있는 종동기어(21)와 주동기어(11)를 통해 입력축(1)의 반대방향으로 작용하게 된다.

즉, 앞서 언급한 프로펠러 추력 등으로 발생되는 스러스트하중은 헬리컬기어로 서로 치차결합되어 있는 종동기어(21)와 주동기어(11)를 통해 입력축(1)으로[보다 상세하게는 추진 모터(100) 반대 방향 입력축(1)으로]에 작용될 수 있다.

또 추진 모터(100)는 회전동력의 경방향에 의한 레디알하중은 물론 미약하나마 축방향의 스러스트하중을 발생시킬 수 있고 이러한 스러스트하중은 전술한 출력축(2)으로부터 전달되는 스러스트하중을 받게 된다.

따라서 상기 하중지지부(7)를 구성하는 복합베어링파트의 스러스트베어링(72)은 양 방향의 레디알하중과 스러스트하중을 모두 부하할 수 있는 복식스러스트볼베어링으로 설치한다. 또 외측으로는 원통 롤러베어링 등으로 레디알베어링(74)을 설치하여 추력에 의한 스러스트하중과 함께 입력축(2)에 끼치는 경방향의레디알하중을 부하할 수 있게 한다.

상기와 같이 상기 하중지지부(7) 방향으로 스러스트베어링(72)을 결합하고 또 레디알베어링(74)을 스페이서(73)로 이격시켜 엔드플레이트(75)로 결합한 복합베어링파트가 설치되는 베어링하우징(71)에는 베어링커버(8)를 결합한다.

상기 스러스트베어링(72)은 앞서 살펴본 바와 같이 출력축(2)과 출력축(2)의 종동기어(21)를 통해 이들에 작용한 추력이 헬리컬기어의 결합에 의해 역방향으로 작용하게 되므로 이러한 스러스트하중과 출력축(2)에 끼치는 경방향 하중을 분산시켜 부하할 수 있게 한다.

상기 스러스트베어링(72)은 프로펠러가 연결되는 하중지지부(7) 방향으로 내측 스러스트와셔(721), 내측 스러스트베어링볼(722), 리테이너(723), 외측 스러스트베어링볼(724), 외측 스러스트와셔(725)를 차례로 결합하여 구성한다.

상기 스러스트베어링(72)은 스페이서(73)로 레디알베어링(74)을 이격시켜 결합하여 엔드플레이트(75)로 복합베어링파트를 설치하고 베어링하우징(71) 외측에는 베어링커버(8)를 결합한다.

또 스러스트베어링(72)의 리테이너(723)와 레디알베어링(74) 사이에는 칼라(Collar)(76)를 입력축(1) 외주면에 결합하여 칼라(76)가 스러스트베어링(72)과 레디알베어링(74)을 이격시키면서 상기 스러스트베어링(72)의 외측 스러스트베어링볼(724)과 외측 스러스트와셔(725)를 지지하게 한다.

상기한 복식스러스트볼베어링 구조는 입력축(1)에 작용하는 스러스트 하중을 스러스트베어링(72)이 부하하는 과정에서, 스러스트베어링(72)과 레디알베어링(74)을 이격시키고 있는 칼라(76)가 스페이서(73)와 함께 스러스트하중을 분산시켜 부하함으로써 큰 하중에서도 안정된 작동성을 보장한다.

이를 상세히 살펴본다.

입력축(1)에 작용되는 스러스트 하중과 레디알 하중은 리테이너(723)을 중심으로 추진 모터(100) 방향의 내측 스러스트와셔(721)와 내측 스러스트베어링볼(722) 및 리테이너(723)에 작용하여 부하되고, 리테이너(723)에 접속되어 있는 칼라(76)를 통해 레디알베어링(74)으로 작용하여 부하된다.

이와 동시에 리테이너(723)로 전달되는 하중의 일부는 리테이너(723) 외측의 외측 스러스트베어링볼(724) 및 외측 스러스트와셔(725)에 작용하여 부하되고, 이들에 접속되어있는 스페이서(73)를 통해 레디알베어링(74)으로 작용하여 부하된다.

이와 같이 입력축(1)에 작용되는 스러스트 하중과 레디알 하중은 집중적으로 부하되지 않고 스러스트베어링(72)과 레디알베어링(74)을 이격시키고, 지지하고 있는 칼라(74)와 스페이서(73)를 통해 분산되어 부하됨으로써 하중에 대한 진동흡수율을 높이고, 이로부터 저소음화를 달성할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 선박을 추진시키기 위한 동력이 추진 모터(100)를 통해 입력되는 입력축(1)과, 입력축(1)으로부터 동력을 전달받아 프로펠러를 회전시켜 추력을 발생시키는 출력축(2)에 하중지지부(3)(4)(6)(7)를 교호로 대칭되는 구조로 설치하여 출력축(2)과 입력축(1)에 작용되는 레디알하중과 스러스트하중을 효과적으로 분산시켜 부하할 수 있다.

즉, 본 발명은 프로펠러로부터 최초의 하중이 작용하는 출력축(2)과 입력축(1)에 레디알하중과 스러스트하중을 지지하는 레디알베어링파트와 스러스트베어링파트로 하중을 분산시켜 부할 수 있는 하중지지부(3)(4)(6)(7)를 구성함으로써 출력축(2)과 입력축(1)에 작용되는 레디알하중과 스러스트하중을 효과적으로 부하할 수 있다.

특히 레디알하중과 스러스트하중을 지지하는 레디알베어링파트와 스러스트베어링파트로 이루어지는 하중지지부(3)(4)(6)(7)는 출력축(2)과 입력축(1)에 서로 교호로 대칭되게 설치하여 [서로 교호로 배치되게] 출력축(2)과 입력축(1)에 작용하는 레디알하중과 스러스트하중에 효과적으로 대응하고 이들 하중지지부(3)(4)(6)(7)가 하중을 분산하여 부하할 수 있게 구성함으로써 기존과 같은 복잡한 구조와 대형화된 감속기를 전기 추진 선박에 적용할 수 있는 소형화, 경량화와 함께 저소음화를 달성할 수 있다.

본 발명은 소형화, 경량화와 함께 레디알하중과 스러스트하중을 효과적으로 분산시켜 부하하는 감속기를 사용함으로써 차도선, 레저선 등의 전기 추진 선박에 적용하여 이들 전기 추진 선박에 요구되는 저소음화, 경량화를 더욱 효과적으로 달성할 수 있을 뿐 아니라 전기 추진 선박의 기계적 안정성과 품질 향상에 기여할 수 있는 등의 여러 이익과 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 실시내용을 구체적으로 설명하기 위해 첨부한 도면에 사용한 부호에 대해 간략히 설명하면 하기와 같으며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 부여하였다.
부호에 대한 설명을 포함하여 상세한 설명에 사용된 모든 용어들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다.
100:추진 모터 200:인풋커플링(Input Coupling)
300:케이싱 400:순환펌프
500:냉각기 600:아웃풋커플링(Output Coupling)
1:입력축(Input Shaft) 11:주동기어(Input Gear)
2:출력축(Output Shaft) 21:종동기어(Output Gear)
3:하중지지부
31:레디알베어링(Radial Bearing) 32:베어링하우징
4:하중지지부 5:베어링커버
41:베어링하우징 42:스러스트베어링(Thrust Bearing)
421:내측 스러스트와셔 422:내측 스러스트베어링볼
423:리테이너 424:외측 스러스트베어링볼
425:외측스러스트와셔
43:스페이서(Spacer) 44:레디알베어링(Radial Bearing)
45:엔드플레이트 46:칼라(Collar)
6:하중지지부
61:레디알베어링(Radial Bearing) 62:베어링하우징
7:하중지지부 8:베어링커버
71:베어링하우징 72:스러스트베어링(Thrust Bearing)
721:내측 스러스트와셔 722:내측 스러스트베어링볼
723:리테이너 724:외측 스러스트베어링볼
725:외측스러스트와셔
73:스페이서(Spacer) 74:레디알베어링(Radial Bearing)
75:엔드플레이트 76:칼라(Collar)

Claims (7)

1. 입력축(1)은 인풋커플링(200)으로 추진 모터(100)에 연결하고, 출력축(2)은 아웃커플링(600)으로 프로펠러에 연결하여 추진 모터(100)의 동력을 감속기어를 통해 프로펠러로 출력하는 전기 추진 선박의 감속기에 있어서,
   상기 출력축(2)에,
   프로펠러가 연결되는 방향으로 레디알베어링(31)을 설치하고 베어링하우징(32)을 결합하여 프로펠러의 나선회전력에 의한 경방향으로의 레디알하중을 부하하는 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(3)와;
   상기 하중지지부(3)의 반대측에서 베어링하우징(41) 내부에 상기 하중지지부(3) 방향으로 스러스트베어링(42)을 결합하고 스페이서(43)로 레디알베어링(44)을 이격시켜 결합하여 엔드플레이트(45)로 고정시킨 복합베어링파트로 이루어져 프로펠러의 추력에 의한 축방향 하중을 부하하는 하중지지부(4);를 설치하고,
   상기 입력축(1)에는,
   상기 추진 모터(100)가 연결되는 방향으로 레디알베어링(61)를 설치하고 베어링하우징(2)을 결합하여 추진모터(100)의 회전구동에 의해 경방향으로 발생되는 레디알하중을 부하하는 레디알베어링파트로 이루어지는 하중지지부(6)와;
   상기 하중지지부(6)의 반대측에서 베어링하우징(71) 내부에 상기 하중지지부(6) 방향으로 스러스트베어링(72)을 결합하고 스페이서(73)로 레디알베어링(74)을 이격시켜 결합하여 엔드플레이트(75)로 고정시킨 복합베어링파트로 이루어져 추진모터(100)의 회전동력에 의해 경방향으로 발생되는 레디알하중과 상기 출력축(2)에서 전달되는 스러스트하중을 함께 부하하는 복합베어링파트로 이루어지는 하중지지부(7);를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 전기 추진 선박의 감속기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스러스트베어링(42)은;
   상기 하중지지부(3) 방향으로 내측 스러스트와셔(421), 내측 스러스트베어링볼(422), 리테이너(423), 외측 스러스트베어링볼(424), 외측 스러스트와셔(425)를 차례로 결합하여 구성하고,
   상기 리테이너(423)와 레디알베어링(44) 사이에는 칼라(Collar)(46)를 출력축(2) 외주면에 결합하여 칼라(46)가 스러스트베어링(42)과 레디알베어링(44)을 이격시키면서 상기 스러스트베어링(42)의 외측 스러스트베어링볼(424)과 외측 스러스트와셔(425)를 지지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 전기 추진 선박의 감속기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스러스트베어링(72)은;
   상기 하중지지부(6) 방향으로 내측 스러스트와셔(721), 내측 스러스트베어링볼(722), 리테이너(723), 외측 스러스트베어링볼(724), 외측 스러스트와셔(725)를 차례로 결합하여 구성하고,
   상기 리테이너(723)와 레디알베어링(74) 사이에는 칼라(Collar)(76)를 입력축(1) 외주면에 결합하여 칼라(76)가 스러스트베어링(72)과 레디알베어링(74)을 이격시키면서 상기 스러스트베어링(72)의 외측 스러스트베어링볼(724)과 외측 스러스트와셔(725)를 지지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 전기 추진 선박의 감속기.
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