KR20010024471A - 선박용 가변 피치 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선박용 모듈식 가변 피치 프로펠러 시스템(10)은 피동 샤프트(20)에 장착되는 프로펠러 유닛(16)과, 이 프로펠러 유닛을 작동시키는 정지 상태의 환형 유압 실린더(32)를 구비하는 동력 유닛(14)을 포함하며, 원격 유압 제어 수단(18)이 동력 유닛에 유체 결합되어 있다. 유압 실린더의 환형 피스톤(34)은 롤러 스러스트 베어링(44)에 의해 링 형상의 작동기 요크(40)에 결합된다. 작동기 요크(40)는 프로펠러 유닛(16)의 링 형상의 랙 부재(70)를 축방향으로 변위시키며, 이에 의해 작동기 요크의 회전이 허용된다. 링 형상의 랙 부재(70)는 복수 개의 랙 섹션(72)을 수용하며, 이들 랙 섹션에 의해 랙 부재는 각각의 날개 부재(64)의 스템 부분(68)에 장착된 피니언(66)과 결합한다. 피스톤(34)은 실린더의 분리되어 있는 밀봉 표면으로부터 물이 들어오는 거을 차단하도록 밀봉 환경에서 작동한다. 일 형상에서, 프로펠러 유닛은 환형 피스톤의 밀봉 환경을 방해함이 없이 교체 가능하다. 제어 유닛은 나선형 피스톤 봉(94)과 결합하는 회전 가능하게 장착된 통 부재(96)에 의해 작동되는 유압 제어 실린더(90)를 포함한다. 선택적으로, 제어 실린더는 편향 스프링(128)과 조절 가능한 브레이크(136)를 구비한 제어 레버(120)에 의해 작동된다.

Description

선박용 가변 피치 프로펠러{VARIABLE PITCH MARINE PROPELLER}

항공기용의 가변 피치 프로펠러는 널리 공지되어 있는데, 이들 프로펠러는 예를 들어 머피(Murphy) 등의 명의의 미국 특허 제2,425,261호와, 비어만(Biermann) 명의의 미국 특허 제2,554,611호, 그리고 본 발명의 발명자 명의의 미국 특허 제4,362,467호에 개시된 유압 액츄에이터를 포함한다. 본원에 참조되고 있는 미국 특허 제4,362,467호에는, 엔진의 프로펠러 샤프트 플랜지에 장착되는 장착 플랜지와, 각각의 반경 방향 축선 상에 복수 개의 날개를 선회 가능하게 지지하는 허브, 그리고 이러한 장착 플랜지와 허브 사이의 정지 상태의 환형 유압 실린더와 피스톤이 개시되어 있으며, 이러한 피스톤은 요크와 가로 핀에 의해 종방향 랙 부재에 연결되고, 이 랙 부재는 날개의 각각의 피니언과 맞물려 피니언을 대략 90°의 넓은 각도에 걸쳐 회전시킨다.

통상의 선박용 프로펠러 설비는 환형 허브 부분을 구비한 원피스(one-piece) 프로펠러가 장착되는 후방으로 연장하는 프로펠러 샤프트를 포함하며, 이 프로펠러 샤프트는 허브를 관통하여 연장하여 유지 너트와 나사 결합된다. 허브는 스플라인형 결합에 의해 또는 하나 이상의 키(key) 또는 전단 핀에 의해, 프로펠러 샤프트에 대해 회전하지 않도록 고정되어 있다.

상기 특허 제4,362,467호의 항공기용 프로펠러 장치는 정지 상태의 환형 유압 실린더를 포함한 소정의 장점을 갖추고 있긴 하지만, 여러 가지 이유로 선박용으로 사용되기에는 부적당하다. 예를 들어,

1. 프로펠러 샤프트가 요크 핀과 랙 부재의 배치 및 이동을 방해한다.

2. 편향 스프링 기구가 내장된 허브의 후방부로 인해 허브를 프로펠러 샤프트에 고정하기 위해 너트로 접근하는 것이 방해받는다.

3. 허브의 날개가 수중의 장애물에 의해 손상이 되는 경우에, 수리 및/또는 교체를 위해 그것을 분리해내기가 어렵다.

4. 허브가 밀봉되어 있지 않고 피스톤 시일이 습한 환경에서 작동되어야 하기 때문에 물에 의해 장치가 손상되기가 쉽다.

따라서, 폭넓은 각도 범위를 제공하기에 효과적이며, 기존의 고정 피치 설비와 호환성이 있고, 수리, 보수 및 교체가 용이하며, 또한 물에 의해 손상되지 않는 선박용 가변 피치 프로펠러가 요구된다.

본 발명은 프로펠러 추진 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 모터가 선체 내·외에 설치되는 유람선, 요트 및 낚싯배와 같은 선박용의 가변 피치 프로펠러 장치에 관한 것이다.

도 1은 기존의 선외(船外) 엔진에 설치되는 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러 시스템의 사시도.

도 2는 도 1의 프로펠러 시스템의 프로펠러 유닛 부분의 축방향 단면도.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 도 1의 프로펠러 시스템의 부분적인 측단면도.

도 4는 도 1의 프로펠러 시스템의 제어 유닛의 측단면도.

도 5는 도 4의 제어 유닛 부분의 변형 구조를 보여주는 부분적인 사시도.

도 6은 도 2의 프로펠러 유닛의 변형 구조를 보여주는 도 2와 같은 단면도.

도 7은 도 1의 프로펠러 시스템의 다른 변형 구조를 보여주는 측단면도.

본 발명은 수중의 장애물에 의해 가장 손상되기 쉬운 부품의 조립, 수리 및 교체를 용이하게 하는 정지 상태의 환형 액츄에이터와, 모듈식 가변 피치 프로펠러 시스템을 제공함으로써 전술한 요구를 만족시킨다. 이러한 프로펠러 시스템은 위치 설정 표면과, 토오크 전달 표면, 그리고 유지 장치와 결합하는 유지 표면을 구비하는 피동 샤프트를 포함하는 선박용 구동 장치에 적합하며, 상기 피동 샤프트는 구동 장치 하우징과 같은 기부 구조물로부터 연장한다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 모듈식 가변 피치 프로펠러 시스템은 동력 유닛과 프로펠러 유닛을 구비하며, 상기 동력 유닛은 샤프트에 결합되어 함께 회전하는 스핀들과, 이 스핀들에 대해 회전 가능하게 지지될 수 있는 환형 유압 실린더로서 상기 기부 구조물에 기계적으로 결합되어 실린더의 회전을 방지하는 회전 방지 수단 및 유체 포트를 구비하는 그 환형 유압 실린더와, 이 환형 유압 실린더와 밀봉 관계로 활주 가능하게 결합되어 축방향 이동으로 상기 포트에 대해 유체 흐름을 연결시키는 피스톤과, 상기 스핀들에 대해 축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 피스톤 요크와, 스핀들과 환형 유압 실린더 사이에 축방향 힘을 전달하는 제1 스러스트 베어링, 그리고 피스톤과 피스톤 요크 사이에 축방향 힘을 전달하는 제2 스러스트 베어링을 포함하며, 상기 프로펠러 유닛은 상기 피동 샤프트의 토오크 전달 표면에 결합하여 이 샤프트와 함께 회전하는 허브와, 이 허브에 대해 이동 가능하게 지지되고 반경 방향으로 돌출하는 복수 개의 날개 부재, 허브에 대해 축방향으로 이동 가능한 프로펠러 요크, 그리고 이 프로펠러 요크의 축방향 이동에 응답하여 허브에 대해 날개 부재를 이동시키는 이동 수단을 구비한다. 상기 피스톤 요크는 포트 내로의 유체의 흐름에 응답하여 스핀들에 대해 축방향으로 이동하고, 상기 환형 유압 실린더와 피스톤이 기부 구조물에 결합되어 회전하지 않도록 되어 있는 동안 상기 스핀들과 피스톤 요크는 상기 샤프트에 의해 회전될 수 있다.

동력 유닛은 유지 장치 반대쪽에서 프로펠러 유닛 가까이에 배치될 수 있어, 축방향 힘은 피스톤 요크에 의해 위치 설정 표면으로부터 동력 유닛을 통해 프로펠러 요크로 전달되며 또한 이동 수단과 허브를 통해 유지 장치로 전달된다. 프로펠러 요크가 축방향으로 이동하면, 날개 부재가 포트 내로의 유체 흐름에 응답하여 허브에 대해 제1 위치로부터 제2 위치를 향해 이동된다. 바람직하게는, 상기 제1 스러스트 베어링과 제2 스러스트 베어링은 마찰 방지 베어링으로서 니들 스러스트 베어링일 수도 있다.

프로펠러 시스템은 감소된 유체 압력에 응답하여 유체가 포트 밖으로 흐르도록 허용되는 경우 실린더에 대해 피스톤이 후진하도록 포트 내로의 유체 흐름에 대항하여 피스톤을 편향시키는 편향 수단을 추가로 포함할 수 있으며, 이에 따라 날개 부재가 제1 위치를 향해 이동한다. 이러한 편향 수단은 피스톤 요크를 향해 허브에 대해 축방향으로 프로펠러 요크를 추진하는 스프링을 포함할 수 있다.

프로펠러 샤프트는 물에 잠긴 채로 작동 가능하며, 이러한 프로펠러 시스템은 피스톤과 스러스트 베어링으로부터 물이 들어오는 것을 차단하는 동력 유닛 시일 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 동력 유닛 시일 수단은 스핀들과 실린더 사이의 제1 회전 시일과, 스핀들과 피스톤 요크 사이의 제2 회전 시일, 그리고 실린더와 피스톤 요크 사이의 축방향 제3 시일을 포함할 수 있다. 선택적으로, 동력 유닛 시일 수단은 스핀들과 실린더 사이의 제1 회전 시일과, 실린더와 허브 사이의 제2 회전 시일을 포함한다.

상기 회전 방지 수단은 도관이 연장되는 유압 관연결구가 결합되도록 형성된 유체 포트와, 상기 도관과 기부 구조물 사이의 기계적 연결부를 포함한다. 상기 스핀들은 유지 장치에 의해 위치 설정 표면과 허브 사이에 클램프 고정되는 것이 바람직하다.

프로펠러 시스템은 스핀들에 대해 실린더를 동심 상태로 지지하는 반경 방향 베어링 수단을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이 반경 방향 베어링 수단은 실린더 내에 고정적으로 배치되어 있으면서 상기 스핀들에 대해 구름 운동 가능하게 결합되어 있는 니들 베어링 조립체를 포함할 수 있다.

상기 이동 수단은 반경 방향으로 연장하는 각각의 허브 축선에 회전 가능하게 장착되는 각각의 날개 부재를 포함하며, 이들 날개 부재에는 피니언이 고정적으로 연결되어 있고, 상기 프로펠러 요크는 상기 피니언 중 대응하는 것과 결합하는 축방향으로 연장하는 랙 부재를 포함한다. 프로펠러 시스템은 허브의 대향하는 측면으로부터 돌출하는 2개의 날개 부재 또는 허브에 대해 등간격으로 돌출하는 3개의 날개 부재를 포함할 수 있다.

프로펠러 시스템은 유체 포트에 유체 연결되어 있는 제어 장치를 추가로 포함하며, 이 제어 장치는 제어 포트를 구비한 유압 제어 실린더와, 이 제어 실린더 내에서 밀봉식으로 축방향으로 이동 가능한 제어 피스톤과, 제어 포트를 환형 유압 실린더의 유체 포트에 유체 연결하는 도관 수단과, 제어 피스톤의 조절 가능한 위치 설정을 위한 위치 설정 수단, 그리고 동력 유닛을 작동시키는 데에 사용되는 유압에 대항하여 제어 피스톤을 유지하는 유지 수단을 구비한다. 제어 피스톤을 배치하는 상기 배치 수단에는 제어 레버가 결합되어 있고, 상기 유지 수단은 제어 피스톤과 제어 실린더 사이에 결합되는 마찰 브레이크와, 편향 제어 수단을 포함한다. 선택적으로, 제어 피스톤을 배치하는 상기 배치 수단은 이것에 결합되는 나선형 제어 봉과, 제어 실린더에 대해 회전 가능하게 장착되어 제어 봉과 나사 결합됨으로써 축방향 이동하는 제어 손잡이와, 제어 봉으로부터 연장하여 제어 피스톤의 상대 위치를 지시하도록 노출되어 있는 지시 부재를 포함하며, 상기 유지 수단은 제어 봉의 축방향 하중에 응답하여 상기 너트를 회전하지 않도록 마찰 고정시킬만큼 충분히 큰 제어 봉과 제어 손잡이 사이의 결합 작용 각도를 포함한다.

본 발명의 전술한 특징, 태양과 장점 및 기타의 것들은 아래의 설명과, 청구범위, 그리고 첨부 도면을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.

본 발명은 선박 환경에 특히 효과적인 가변 피치 프로펠러 시스템에 관한 것이다. 도면 중 도 1 내지 도 4를 참조하면, 샤프트 구동 장치(12)용 프로펠러 시스템(10)은 동력 유닛(14)과, 프로펠러 유닛(16), 그리고 후술하는 바와 같이 동력 유닛에 유체 연결되는 제어 유닛(18)을 포함한다. 샤프트 구동 장치(12)는 통상의 기존의 설비를 나타내는 것으로, 선체 부재 또는 선외 구동 장치 하우징일 수 있는 기부 구조물(22)로부터 후방으로 연장하는 프로펠러 샤프트(20)를 구비한다. 이 프로펠러 샤프트(20)에는 통상의 프로펠러(도시 생략)가 배치되는 테이퍼진 부분(25)과, 원통형 부분(26), 토오크를 통상의 프로펠러에 전달하는 스플라인형 부분(27)과, 유지 너트가 결합되는 나사 부분(28)을 구비한 결합면(24)이 형성되어 있으며, 상기 유지 너트에 의해 통상의 프로펠러가 테이퍼진 부분(25)에 대하여 클램프 고정된다. 프로펠러 시스템(10)의 동력 유닛(14)은 결합면의 테이퍼진 부분(25)과 원통형 부분(26) 상에 배치함으로써, 선택적으로는 상이한 형상의 복수 개의 프로펠러 샤프트(20)를 갖는 단일 구조의 스핀들(30)의 사용을 촉진하는 어댑터 슬리브(31)를 사용함으로써, 프로펠러 샤프트(20)에 결합되는 스핀들(30)을 포함한다. 환형 유압 실린더(32)가 스핀들(30)에 대하여 동심으로 지지되는데, 이 환형 유압 실린더(32)는 이것과 밀봉 관계로 축방향으로 활주 가능한 피스톤(34)을 구비하며, 또한 실린더로부터 고정적으로 연장하는 포트 부재(36)를 구비한다. 포트 부재(36)의 내부에는 나선형 유체 포트(37)가 형성되어, 후술하는 바와 같은 적당한 작동 유체를 수용하며, 그 유체 포트(37)는 피스톤(34)을 축방향으로 변위시키도록 포트 통로(38)에 의해 실린더(32)에 유체 연결된다. 포트 부재(36)는 환형 유압 실린더(32)와 일체형으로 형성되거나, 또는 도면에 도시된 바와 같이, 포트 통로(38)를 밀봉하는 O-링(39)이 체결될 수도 있다.

또한, 동력 유닛(14)은 후술하는 바와 같이 프로펠러 유닛(16)을 작동시키는 피스톤 요크(40)를 포함하며, 또한 환형 유압 실린더(32)와 피스톤(34)의 회전이 억제되어 있는 동안 스핀들(30)과 피스톤 요크(40)는 프로펠러 샤프트(20)와 함께 회전할 수 있게 하면서 축방향으로 힘을 전달하는 마찰 방지 베어링을 포함한다. 제1 니들 베어링 또는 롤러 스러스트 베어링(42)이 스핀들(30)과 유압 실린더(32) 사이에 배치되고, 피스톤(34)과 피스톤 요크(40) 사이에는 제2 롤러 스러스트 베어링(44)이 배치되어 축방향 힘을 피스톤 요크(40)에 전달하며, 또한 환형 유압 실린더(32) 내부에 레이디얼 니들 베어링(46)이 배치되어 프로펠러 샤프트(20)의 원통형 부분(26)과 결합함으로써 환형 유압 실린더(32)의 프로펠러 샤프트(20)와의 동심 상태를 유지한다.

피스톤(34)에는 종래의 방법에 의해 유압 실린더의 대응하는 마무리면과 밀봉식으로 접촉하는 외측 링 시일(48)과 내측 링 시일(49)이 각각 제공된다. 본 발명에 따르면, 동력 유닛은 이들 링 시일(48, 49)이 접촉하는 표면으로부터 물과 이물질이 들어오는 것을 차단하는 시일을 추가로 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같은 한가지 예시적인 구조에서는, 제1 회전 시일(50)이 환형 유압 실린더(32)에 의해 지지되어 스핀들(30)의 전방부와 밀봉식으로 접촉하며, 제2 회전 시일(51)이 피스톤 요크(40)의 내면에 의해 지지되어 스핀들(30)의 후방부와 밀봉식으로 접촉하고, 축방향 제3 시일(52)이 환형 유압 실린더(32)에 의해 지지되어 피스톤 요크(40)의 외면과 밀봉식으로 접촉한다.

나선형 포트(37)에는 공급 관연결구(54)가 제공되며, 이 관연결구에 의해 제어 유닛(18)이 적당한 도관(56)[도 3에 개략적으로 도시된]을 통해 동력 유닛(14)에 유체 연결된다. 포트 부재(36)[단독으로 또는 관연결구(54)와 함께]는 환형 유압 실린더(32)가 스핀들(30)과 함께 회전하지 않도록 그 유압 실린더를 구속하는 기계적인 연결 지점을 제공한다. 예를 들어, 관연결구(54)를 기부 부재 또는 기부 구조물(22)의 대향하는 벽 사이에서 연장시키거나, 또는 관연결구(54)에 가장 가까운 기부 구조물(22)에 도관(56)을 고정시킴으로써 실린더의 회전을 방지할 수 있다. 포트 부재(36)는 또한, 포트 통로(38)와 유체 연통하는 방출 밸브(58)를 지지하도록 형성되어 있으며, 이에 따라 공기가 제어 유닛(18)으로부터 방출될 수 있다.

프로펠러 유닛(16)은 허브(60)와, 이 허브(60)를 프로펠러 샤프트(20)의 스플라인형 부분(27)에 결합시키는 스플라인형 플랜지 부재(62)를 포함하며, 이 플랜지 부재(62)는 복수 개의 플랜지 파스너(63)에 의해 허브(60)에 고정된다. 반경 방향으로 연장하는 복수 개의 날개 부재(64)가 허브에 의해 회전 가능하게 지지되는데, 각 날개 부재(64)는 그 스템 부분(68) 상에 피니언(66)을 구비한다. 또한, 프로펠러 유닛(16)은 링 형상의 랙 부재(70)를 포함하며, 이 랙 부재에는 피니언(66) 중 대응하는 것과 결합하는 복수 개의 반경 방향 랙 섹션(72)이 형성되어 있고, 또한 랙 부재(70)는 허브(60) 내부에서 연장하는 플랜지 부재(62)의 일부에 축방향으로 활주 가능하게 지지되어 있다. 복수 개의 정지 파스너(73)가 프로펠러 샤프트(20)에 대하여 평행하게 랙 부재(70)로부터 휘어짐이 없이 돌출하여, 각각 플랜지 부재(62)를 관통하여 돌출한다. 랙 부재(70)에는 피스톤 요크(40)의 환형 돌출부(76)가 결합하는 상보형의 환형 홈(74)이 형성되어 있으며, 이러한 환형 홈(74)과 돌출부(76)는 허브(60)와 플랜지 부재(62)에 대해 피스톤 요크(40)와 랙 부재(70)를 동심으로 유지하는 것을 돕는 작용을 한다. 각각의 날개 부재(64)는 각각의 베어링 부재(78)에 의해 허브(60)에 지지되며, 이들 베어링 부재(78)는 대응하는 스템 부분(68)과 회전 가능하게 결합하고 또한 이들 베어링 부재와 스템 부분 사이에 그리스(grease)와 같은 적당한 윤활제를 밀봉식으로 유지하는 간격을 두고 배치된 내측의 한 쌍의 O-링(80)을 구비한다. 날개 부재(64)는 각각의 핀 부재(82)를 사용하여 스템 부분에 핀 연결되는 피니언(66)에 의해 베어링 부재(78)에 축방향으로 고정된다. 베어링 부재(78)의 내측 부분은 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같은 허브(60)의 카운터보어형 부분에 의해 유지되는 확장형 플랜지 부분(79)으로서 형성되며, 이에 따라 날개 부재(64)를 허브(60)로부터 외측으로 이동하지 않도록 고정시킨다. 날개 부재(64)[및 베어링 부재(78)]의 내향 이동은 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 스템 부분(68)의 말단과 접촉하는 각각의 플랜지 부재(62)의 평평한 부분에 의해 차단된다. 랙 섹션(72)에 의한 피니언(66)의 맞물림을 유지하기 위한 허브(60)에 대한 랙 부재(70)의 회전 정렬은 베어링 부재(78)의 플랜지 부분(79)이 각각의 랙 섹션(72) 반대쪽에서 랙 부재(70)와 접촉함으로써 유지된다. 선택적으로, 이러한 회전 정렬은 플랜지 부재(62)와 정지 파스너(73)의 활주 결합에 의해 유지될 수 있다.

허브(60)를 관통하는 플랜지 부재(62)의 연장부는 동력 유닛(14)의 스핀들(30)과 축방향으로 접촉하며, 스핀들(30)과 플랜지 부재(62)는 프로펠러 샤프트(20)의 테이퍼진 부분(25)과 유지 너트(29) 사이에 클램프 고정된다. 프로펠러 유닛(16)은 동력 유닛(14)의 작동을 저해함이 없이 프로펠러 샤프트(20)로부터 분리 가능하다[유지 너트(29)의 제거 후에]. 유리하게는, 시일(50, 51, 52)에 의한 유압 실린더(32)와 피스톤(34) 조립체의 밀봉이 프로펠러 유닛(16)의 분리 및 재장착 중에도 손상되지 않고 유지된다.

유압 실린더(32) 내로의 압력 유체의 흐름에 응답하여 이루어지는 피스톤 요크(40)의 축방향 이동은 상응하는 랙 부재(70)의 축방향 이동을 야기하며, 허브(60)에 대한 날개 부재(64)의 비례 회전을 야기하는데, 이러한 회전은 랙 부재(70)의 반경 방향 랙 섹션(72)과 피니언(66)의 맞물림에 기인한다. 프로펠러 유닛(16)에는 또한 복수 개의 압축 스프링(84)이 제공되어, 포트 통로(38)의 유압이 감소되는 경우 이 포트 통로(38)를 향해 랙 부재(70)와, 피스톤 요크(40), 그리고 피스톤(34)이 복귀하는 동안 날개 부재(64)를 반대로 회전시킨다. 압축 스프링(84)의 양 단부는 플랜지 부재(62)와 랙 부재(70)에 형성되어 있는 각각의 플랜지 공동(85)과 요크 공동(86)에 배치된다. 정지 파스너(73)가 날개 부재(64)의 최대 정회전 각방위(forward angular orientation) 또는 피치를 설정하며 허브(60) 외측으로의 랙 부재(70)의 축방향 이동을 제한하여, 프로펠러 유닛(60)을 프로펠러 샤프트(20)로부터 분리하는 경우 프로펠러 유닛을 손상 없이 유지한다. 바람직한 실시에 있어서, 날개 부재(64) 선단에서의 최대 정회전 피치는 대략 54°이다. [표준 고정 피치 140 HP 프로펠러는 대략 44°의 선단 각도를 구비한다] 축방향 이동의 양 말단에서는 최대 25°의 역회전 피치가 달성된다. 압축 스프링(84)은 피스톤(34)의 이동에 대항하는 대략 총 300 파운드의 편향을 제공한다. 또한(또는 선택적으로), 날개 부재(64)는 물(또는 공기)과 같은 유동성 매체의 전진에 응답하여 피스톤(34)에 대해 반작용 회전 토오크를 제공하도록 형성된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 프로펠러 유닛(16)에는 관상의 전후방 덮개(87, 88)가 제공되며, 이들 덮개는 유체가 기부 부재 또는 기부 구조물(22)로부터 날개 부재(64)를 통과하여 보다 더 원활하게 흐르도록 한다. 각각의 덮개(87, 88)는 날개 부재(64)의 베어링 부재(78)가 통과하도록 노치형으로 적절하게 형성되며, 복수 개의 덮개 파스너(89)에 의해 허브(60)에 체결되어 있다. 또한, 허브(60)는 제조가 용이하도록 그리고 프로펠러 유닛(16)의 조립이 용이하도록 분할형으로 형성되어 있다. 도 1과 도 2에 도시된 예시적인 구조의 프로펠러 유닛은 프로펠러 샤프트(20)의 양 측면으로부터 반경 방향으로 연장하는 한 쌍의 날개 부재(64)를 구비하며, 이들 날개 부재(64)는 피치 변경을 위해 전술한 바와 같이 반경 방향으로 배향된 베어링(78) 내부에서 제어 가능하게 회전할 수 있다. 보다 더 후술하는 바와 같이, 프로펠러 유닛(16)에는 3개 이상의 날개 부재가 제공될 수 있다.

도 4에 도시된 예시적인 구조의 제어 유닛(18)은 상기 미국 특허 제4,362,467호에 개시된 바와 같은 제어 장치와 대체로 일치한다. 이 제어 유닛(18)은 유압 제어 실린더(90)를 포함하며, 이 제어 실린더는 그 내부의 제어 피스톤(92)과, 실린더로부터 연장하는 나선형 피스톤 봉(94)을 구비한다. 회전 가능하게 지지된 통 부재(96)가 피스톤 봉과 나사 결합되어 제어 실린더(90) 내에서 피스톤(92)을 축방향으로 위치 설정한다. 피스톤 봉(94)은 그 내부에 형성된 종방향 홈(98)과, 이 홈(98)에 활주 가능하게 결합하여 피스톤 봉(94)의 회전을 방지하는 키 핀(key pin;100)을 구비한다. 제어 실린더(90)는 피스톤 봉(94) 반대쪽에 헤드 부분(91)을 구비하며, 관연결구(54)와 방출 밸브(58)의 대응부가 실린더(90)와 유체 연통하는 헤드 부분(91) 상에 장착되고, 도관(56)이 관연결구(54)에 연결된다.

통 부재(96)는 외측으로 연장하는 플랜지부(102)를 구비하며, 이 플랜지부의 한쪽면은 제어 실린더(90)의 앵커 슬리브(104)와 회전 가능하게 맞닿고 다른쪽면은 종래의 유지 링(108)에 의해 앵커 슬리브(104) 내에 유지되어 있는 롤러 스러스트 베어링(106)과 회전 가능하게 맞닿는다. 앵커 슬리브(104)는 제어판(105)과 같은 정지 부재를 관통하여 장착되도록 되어 있다. 핸들 칼라(110)가 통 부재(96)에 고정적으로 장착되며, 이 핸들 칼라는 통 부재(96)의 수동 회전이 용이하도록 통 부재로부터 휘어짐이 없이 연장하는 L자형의 크랭크 부재(112)를 구비한다. 스러스트 베어링(106)은 관연결구(54)를 향한 제어 피스톤(92)의 강제적인 전진 동안 통 부재를 축방향으로 지지하며, 반대 방향으로의 이동은 압축 스프링(84)이 제어 피스톤(92)의 후진 중에 제어 실린더(90) 내로 유체가 흐르도록 프로펠러 유닛(16)의 날개 부재(64), 요크(40, 70), 그리고 피스톤(34)을 구동시키도록 자용하므로 대체로 정반대는 아니다. 피스톤 봉(94)은 피스톤(92)의 상대 위치를 지시하기 위해 통 부재(96)로부터 돌출하여 시스템(10)의 프로펠러 피치 세팅의 가시적인 표시를 제공하는 스템 말단(114)을 구비한다. 스템 말단(114)은 정회전(높은 피치와 낮은 피치), 중립, 그리고 역회전과 같은 특정 피치 범위를 지정하는 착색 스트리핑을 구비할 수 있다.

또한 도 5를 참조하면, 변형예의 구조의 제어 유닛(18')은 자유단에 손잡이부(121)를 구비한 제어 레버(120)에 결합되는 제어 실린더(90)와 피스톤(92)[도시 생략]의 대응부를 포함한다. 제어 실린더(90)는 하우징(122)에 선회 가능하게 연결되는 헤드 부분의 대응부(91')를 구비하며, 제어 레버(120) 또한 하우징에 선회 가능하게 연결되어 있다. 피스톤 봉의 대응부(94') 또한 제어 레버(120)에 선회 가능하게 연결되므로, 손잡이부(121)는 실린더(90) 내에서의 피스톤(92)의 이동을 위한 상당한 기계적인 장점을 제공한다. 하우징(122)은 제어판(105)과 같은 적당한 구조물에 장착되도록 파스너 개구(124)를 구비하며, 관연결구(54)의 대응부가 하우징(122)으로부터 도관(56)이 적당히 돌출하는 방위로 헤드 부분(91')에 장착된다. 마찬가지로, 방출 밸브(58)의 대응부가 관연결구(54) 반대쪽에서 하우징(122)의 간극 슬롯(126)을 통과하여 돌출한다.

제어 레버(120)는 도관(56)을 통해 동력 유닛(14) 내로의 유체 공급 압력에 상응하여 일 방향으로 이동하도록 복수 개의 신장 스프링(128)에 의해 편향되며, 각각의 스프링(128)의 양 단부는 각각의 앵커 바(anchor bar;130)와 레버 암(132)에 걸어진다. 앵커 바(130)는 하우징(122) 내에서 방출 밸브(58) 가까이에 가로로 장착되어 있다. 레버 암은 앵커 바(130)에 평행한 관계로 제어 레버(120)의 양 측면으로부터 돌출하여, 한 쌍의 나사 너트(134)에 의해 레버에 체결된다. 또한, 하우징(122)에 대한 제어 레버(120)의 선회 연결부에는 제어 레버(120)를 그 선정된 위치에 구부러질 수 있는 상태로 유지하는 마찰 브레이크(136)가 제공된다. 이 마찰 브레이크(136)에는 하우징(122)으로부터 돌출하여 제어 레버(120)의 이동에 대한 소정의 마찰 저항력을 야기하는 조절 손잡이(138)가 제공된다. 따라서, 스프링(128)은 프로펠러 유닛(16)의 그 압축 스프링(84)에 의한 편향이 대략 균형을 잡도록 하는 힘을 제공하며, 브레이크(136)는 제어 레버(120)가 수동으로 이동된 위치에 제어 레버를 유지하는 데에 필요한 저항보다 약간 큰 저항을 제공하도록 조절되므로, 소정의 피치 세팅이 달성되면 시스템(10)의 조작자가 손잡이부(121)를 물리적으로 잡고 있을 필요가 없다. 제어 레버(120)가 하우징(122)의 긴 레버 슬롯(140)을 통과하여 돌출하며, 제어 레버(120)의 노출부는 피치 세팅의 편리한 가시적인 표시를 제공한다. 또한, 하우징(122)에는 특정 피치 세팅을 표시하기 위해 슬롯(140)을 따라 적당한 표시(142)가 제공될 수 있다.

도 6을 참조하면, 변형예의 구조의 프로펠러 유닛(16')은 날개 부재(64), 피니언 및 베어링(78)의 3개의 등간격으로 배치된 대응부들을 포함한다. 허브(60')의 대응부는 도 1 내지 도 3의 구조와 관련하여 전술한 바와 같이 제조 및 조립이 용이하도록 베어링(78)에서 결합되는 3개의 세그먼트로서 형성된다. 플랜지 부재(62')의 대응부는 3개의 동일한 간격으로 배치된 평평한 영역을 구비하며, 이들 영역은 피니언(66)용의 간극을 제공하고, 도 2 및 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이 날개 부재(64)의 내향 이동을 차단한다.

또한 도 7을 참조하면, 다른 변형예의 구조의 시스템(10)은 허브의 대응부(60')에 지지되어 있는 제2 회전 시일의 대응부(51')를 포함하며, 이 시일(51')은 환형 유압 실린더(32')의 대응부로부터 돌출하는 실린더 연장부(33)와 밀봉식으로 접촉한다. 실린더 연장부는 바람직하게, 감소된 직경부에서 밀봉 접촉이 이루어지도록 하여, 이에 따라 시일(51')에 의해 마찰 항력이 대응하여 감소되도록 하며, 그렇지 않았을 때보다 보다 콤팩트한 시일이 사용될 수 있도록 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 플랜지 부재(62")는 예를 들어, 바람직하게는 방수 연결을 형성하는 나사 결합에 의해 스핀들의 대응부(30')에 고정적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 동력 유닛(14)과 프로펠러 유닛(16)이 이와 같이 연결되어, 단일 유닛 형태로 프로펠러 샤프트(20)에 설치되며 단일 유닛 형태로 분리되므로, 피스톤(34)의 밀봉 환경이 유지된다.

따라서, 본 발명의 프로펠러 시스템(10)에 의하면 수명이 짧고 누출이 발생하기가 쉬운 회전 오일 시일이 배제된다. 정지 상태의 유압 실린더(32)에서 작동하는 O-링(48, 49)은 행정이 최소이고 회전하지 않으며 피스톤(34)에 이웃하여 니들 스러스트 베어링(44)을 구비하고 하중 용량이 높으며 윤활제를 거의 필요로 하지 않으므로, 회전하는 프로펠러 날개 부재(64)가 정지 상태의 유압 실린더에 의해 위치 설정되는 것을 허용한다. 날개 부재(64)는 특히 돛단배용으로 바람직한 특징부를 구비하도록 형성될 수 있다. 기본 낚시의 경우에도 프로펠러 날개의 피치를 낮춤으로써 별도의 구동 모터를 필요로 하지 않고서도 보트 속도를 충분히 느리게 할 수 있다.

본 발명이 그 바람직한 소정의 변형예를 참조하여 상당히 상세하게 설명되었지만, 다른 변형예도 가능하다. 예를 들어, 유압 실린더(32)가 기부 구조물(22)에 휘어짐이 없이 고정되어, 제1 스러스트 베어링(42)이 필요없게 될 수도 있다. 또한, 프로펠러가 반대 방향으로 작동하는 경우에도, 단일 제어 유닛(18)[이중 유압 실린더를 구비한]을 사용하여 선외 또는 선내 엔진에 프로펠러 시스템(10)에 대응하는 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 보다 큰 선박용 프로펠러에는 엔진 구동식 유압 펌프를 사용하며 압력 조절기를 구비하는 제어 유닛(18)이 배치될 수도 있다. 따라서, 이하의 청구범위의 정신 및 범위는 본 명세서에 기재된 바람직한 변형예의 내용으로만 제한되는 것은 아니다.

Claims (19)

1. 위치 설정 표면과, 토오크 전달 표면, 그리고 유지 장치와 결합하는 유지 표면을 구비하며 기부 구조물로부터 연장하는 피동 샤프트용의 모듈식 가변 피치 프로펠러 시스템으로서,

   동력 유닛과 프로펠러 유닛을 구비하고,

   (a) 상기 동력 유닛은 샤프트에 결합되어 함께 회전하는 스핀들과, 이 스핀들에 대해 회전 가능하게 지지될 수 있는 환형 유압 실린더로서 상기 기부 구조물에 기계적으로 결합되어 실린더의 회전을 방지하는 회전 방지 수단 및 유체 포트를 구비하는 그 환형 유압 실린더와, 이 환형 유압 실린더와 밀봉 관계로 활주 가능하게 결합되어 축방향 이동으로 상기 포트에 대해 유체 흐름을 연결시키는 피스톤과, 상기 스핀들에 대해 축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 피스톤 요크와, 스핀들과 환형 유압 실린더 사이에 축방향 힘을 전달하는 제1 스러스트 베어링, 그리고 피스톤과 피스톤 요크 사이에 축방향 힘을 전달하는 제2 스러스트 베어링을 구비하며, 상기 피스톤 요크는 포트 내로의 유체의 흐름에 응답하여 스핀들에 대해 축방향으로 이동하고, 상기 환형 유압 실린더와 피스톤이 기부 구조물에 결합되어 회전하지 않도록 되어 있는 동안 상기 스핀들과 피스톤 요크는 상기 샤프트에 의해 회전될 수 있고,

   (b) 상기 프로펠러 유닛은 상기 피동 샤프트의 토오크 전달 표면에 결합하여 이 샤프트와 함께 회전하는 허브와, 이 허브에 대해 이동 가능하게 지지되고 반경 방향으로 돌출하는 복수 개의 날개 부재, 허브에 대해 축방향으로 이동 가능한 프로펠러 요크, 그리고 이 프로펠러 요크의 축방향 이동에 응답하여 허브에 대해 날개 부재를 이동시키는 이동 수단을 구비하며,

   상기 동력 유닛은 유지 장치 반대쪽에서 프로펠러 유닛 가까이에 배치될 수 있어, 축방향 힘은 피스톤 요크에 의해 위치 설정 표면으로부터 동력 유닛을 통해 프로펠러 요크로 전달되며 또한 이동 수단과 허브를 통해 유지 장치로 전달된다. 프로펠러 요크가 축방향으로 이동하면, 날개 부재가 포트 내로의 유체 흐름에 응답하여 허브에 대해 제1 위치로부터 제2 위치를 향해 이동되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스러스트 베어링과 제2 스러스트 베어링은 마찰 방지 베어링인 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 스러스트 베어링과 제2 스러스트 베어링 중 하나 이상은 니들 스러스트 베어링인 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
4. 제1항에 있어서, 감소된 유체 압력에 응답하여 유체가 포트 밖으로 흐르도록 허용되는 경우 실린더에 대해 피스톤이 후진하도록 포트 내로의 유체 흐름에 대항하여 피스톤을 편향시키는 편향 수단을 추가로 포함할 수 있으며, 이에 따라 날개 부재가 제1 위치를 향해 이동하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 편향 수단은 허브에 대해 피스톤 요크를 향해 축방향으로 프로펠러 요크를 추진하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 샤프트는 물에 잠긴 채로 작동 가능하며, 피스톤과 스러스트 베어링으로부터 물이 들어오는 것을 차단하는 동력 유닛 시일 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 동력 유닛 시일 수단은 스핀들과 실린더 사이의 제1 회전 시일과, 스핀들과 피스톤 요크 사이의 제2 회전 시일, 그리고 실린더와 피스톤 요크 사이의 축방향 제3 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 동력 유닛 시일 수단은 스핀들과 실린더 사이의 제1 회전 시일과, 실린더와 허브 사이의 제2 회전 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 회전 방지 수단은 도관이 연장되는 유압 관연결구가 결합되도록 형성된 유체 포트와, 상기 도관과 기부 구조물 사이의 기계적 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 스핀들은 유지 장치에 의해 위치 설정 표면과 허브 사이에 클램프 고정되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 스핀들에 대해 실린더를 동심 상태로 지지하는 반경 방향 베어링 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 반경 방향 베어링 수단은 실린더 내부에 고정적으로 배치되어 상기 스핀들에 대해 구름 운동 가능하게 결합되는 니들 베어링 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 이동 수단은 반경 방향으로 연장하는 각각의 허브 축선에 회전 가능하게 장착되는 각각의 날개 부재를 포함하며, 이들 날개 부재에는 피니언이 고정적으로 연결되어 있고, 상기 프로펠러 요크는 상기 피니언 중 대응하는 것과 결합하는 축방향으로 연장하는 랙 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 허브의 대향 측면으로부터 돌출하는 2개의 날개 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
15. 제13항에 있어서, 상기 허브에 대해 등간격으로 돌출하는 3개의 날개 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 포트에 유체 연결되는 제어 장치를 추가로 포함하며, 이 제어 장치는 제어 포트를 구비한 유압 제어 실린더와, 이 제어 실린더에 밀봉식으로 축방향으로 이동 가능한 제어 피스톤과, 제어 포트를 환형 유압 실린더의 유체 포트에 유체 연결하는 도관 수단과, 제어 피스톤의 조절 가능한 위치 설정을 위한 위치 설정 수단, 그리고 동력 유닛을 작동시키는 데에 사용되는 유압에 대항하여 제어 피스톤을 유지하는 유지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
17. 제16항에 있어서, 제어 피스톤을 위치 설정하는 상기 위치 설정 수단에는 제어 레버가 결합되고, 상기 유지 수단은 제어 피스톤과 제어 실린더 사이에 결합되는 마찰 브레이크와, 편향 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
18. 제16항에 있어서, 제어 피스톤을 위치 설정하는 상기 위치 설정 수단은 이것에 결합되는 나선형 제어 봉과, 제어 실린더에 대해 회전 가능하게 장착되어 제어 봉과 나사 결합되어 축방향 이동하는 제어 손잡이부와, 제어 봉으로부터 연장하여 제어 피스톤의 상대 위치를 지시하도록 노출되어 있는 지시 부재를 포함하며, 상기 유지 수단은 제어 봉의 축방향 하중에 응답하여 너트를 회전하지 않도록 마찰로서 고정시킬만큼 충분히 큰 제어 봉과 제어 손잡이 사이의 결합 작용 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.
19. 위치 설정 표면과, 토오크 전달 표면, 그리고 유지 장치와 결합하는 유지 표면을 구비하며, 기부 구조물로부터 연장하는 피동 샤프트용의 모듈식 가변 피치 프로펠러 시스템으로서,

    동력 유닛과, 프로펠러 유닛, 그리고 제어 장치를 포함하며,

    (a) 상기 동력 유닛은 상기 피동 샤프트에 결합되어 함께 회전하는 스핀들과, 이 스핀들에 대해 회전 가능하게 지지될 수 있는 환형 유압 실린더로서 상기 기부 구조물에 기계적으로 결합되어 실린더의 회전을 방지하는 회전 방지 수단 및 유체 포트를 구비하는 그 환형 유압 실린더와, 이 환형 유압 실린더 내부에 배치되어 스핀들과 구름 운동 가능하게 결합하여 실린더를 스핀들과 동심 상태로 유지하는 베어링 어레이와, 상기 실린더와 밀봉 관계로 활주 가능하게 결합되어 축방향 이동으로 상기 포트에 대해 유체 흐름을 연결시키는 피스톤과, 상기 스핀들에 대해 축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 피스톤 요크와, 스핀들과 환형 유압 실린더 사이에 축방향 힘을 전달하는 제1 스러스트 베어링과, 피스톤과 피스톤 요크 사이에 축방향 힘을 전달하는 제2 스러스트 베어링, 그리고 스핀들과 실린더 사이의 제1 회전 시일과, 스핀들과 피스톤 요크 사이의 제2 회전 시일, 그리고 실린더와 피스톤 요크 사이의 제3 회전 시일을 구비하며 피스톤과 스러스트 베어링으로부터 물이 들어오는 것을 차단하는 파워 유닛 시일 수단을 구비하며, 상기 피스톤 요크는 포트 내로의 유체의 흐름에 응답하여 스핀들에 대해 축방향으로 이동하고, 상기 실린더와 피스톤이 기부 구조물에 결합되어 회전하지 않도록 되어 있는 동안 스핀들과 피스톤 요크는 샤프트에 의해 회전될 수 있고,

    (b) 상기 프로펠러 유닛은 상기 피동 샤프트의 토오크 전달 표면에 결합하여 이 샤프트와 함께 회전하는 허브와, 이 허브로부터 반경 방향으로 돌출하는 복수 개의 날개 부재로서 반경 방향으로 연장하는 각각의 허브 축선 상에 회전 가능하게 장착되고 또한 피니언이 고정적으로 연결되어 있는 그러한 날개 부재와, 허브에 대해 축방향으로 이동 가능한 프로펠러 요크로서 피니언 중 대응하는 것과 결합하는 축방향으로 연장하는 랙 부재를 포함하며 축방향으로 이동함으로써 허브에 대해 날개 부재를 이동시키는 그러한 프로펠러 요크와, 감소된 유체 압력에 응답하여 유체가 포트 밖으로 흐르도록 허용되는 경우 실린더에 대해 피스톤이 후진하도록 포트 내로의 유체 흐름에 대항하여 피스톤을 편향시켜, 이에 따라 날개 부재가 제1 위치를 향해 이동하도록 허브에 대해 피스톤 요크를 향해 축방향으로 프로펠러 유닛을 추진하는 스프링을 구비하며,

    (c) 상기 제어 장치는 제어 포트를 구비한 유압 제어 실린더와, 이 제어 실린더에 밀봉식으로 축방향으로 이동 가능한 제어 피스톤과, 제어 포트를 환형 유압 실린더의 유체 포트에 유체 연결하는 도관 수단과, 제어 피스톤을 조절 가능하게 배치하고 이 제어 피스톤을 동력 유닛을 작동시키는 데에 사용되는 유압에 대항하여 유지하는 기구, 그리고 제어 피스톤의 위치를 표시하는 지시 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 시스템.