KR20120088543A

KR20120088543A - 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템

Info

Publication number: KR20120088543A
Application number: KR1020117027223A
Authority: KR
Inventors: 미구엘 우게트 카살리
Original assignee: 미구엘 우게트 카살리
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2012-08-08
Also published as: ES2343301A1; CN102483141B; WO2011064420A2; CN102483141A; WO2011064420A3; EP2520828A2; JP5721110B2; ES2343301B1; JP2013516348A; KR101767887B1; WO2011064420A8; US8568179B2; US20120045950A1

Abstract

본 발명은 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템에 관한 것이며, 이 다방향 추진 시스템은 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머 타입이며 2가지 기본 기능을 실행하는 구동 시스템(100)을 포함하고, 이러한 2가지 기본 기능은, 프로펠러 블레이드를 이동시키도록 2개의 동심 샤프트(15, 16)를 왕복 회전 이동시키는 기능과, 프로펠러 블레이드의 기하학적 축선을 중심으로 일체로 회전시켜서, 스윙 프레임(17, 17')의 스위프 각(sweep angle)의 범위가 추진 시스템이 작동 중인 경우와 중지한 경우 모두 상한치와 하한치 사이에서 점진적으로 변화할 수 있는 기능을 포함한다. 본 발명은 다방향 연결 시스템을 더 포함하는데, 이 다방향 연결 시스템은 프로펠러 블레이드의 추진력의 배향 즉 선박의 이동 방향을 변황시킬 수 있고 각각의 동심 샤프트 상에 장착되는 클러치를 포함하며, 각각의 클러치는 2개의 디스크를 구비한다. 본 발명은 물고기 꼬리형 추진부에 의해 형성되는 잠수 부분을 더 포함한다.

Description

기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템 {MULTIDIRECTIONAL PROPULSION SYSTEM FOR SHIPS, INCLUDING A MECHANICAL HYPOCYCLOID TRANSFORMER}

본 발명은 조선 분야, 보다 상세하게는 보트 특히 모터 선박용 추진 및 조향 시스템에 관한 것이다.

본 출원인의 스페인 특허공개번호 제 2319149 A1 호에는 다방향 추진 시스템이 추진 및 조종 선박에 대한 현재 수단에 비해 유리하다는 명확한 장점이 개시되어 있다. 구체적으로, 스페인 특허공개번호 제 2319149 A1 호에 개시된 발명은 선박의 추진 효율을 증가시고 조종성을 향상시키는 것과 같은 2개의 주요 목적을 추구하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 추진 효율을 증가시키기 위해, 상기 특허에서는 주 진동 축을 이동시키는 커넥팅 로드 크랭크 타입 구동 시스템으로 형성되는 메커니즘을 제공하며, 상기 축은 스윙 프레임(블레이드를 지지하는 구조체) 및 블레이드와 일체이다. 이 축(여전히 물의 표면과 수직임)이 회전하면, 선박을 이동시키는 추진력을 가하는 원인이 되는 블레이드를 끌고 간다.

선박의 조정성을 향상시키는 것에 관해 다방향 연결 메커니즘이 개시되어 있고, 다방향 연결 메커니즘은 슬링(sling) 및 다른 구동 디스크와, 양 디스크를 분리하는 책임이 있는 추가의 메커니즘으로 이루어지며, 이 추가의 메커니즘은 원하는 방향으로 축을 회전시키고 2개의 디스크를 재조립한다. 이러한 방식으로, 블레이드는 0° 내지 360°의 원하는 방향으로 배향될 수 있다.

본 발명은 하기에 설명되는 다수의 필수적인 구성요소를 도입함으로써 선박에 대해 추진력을 발생시키는 방식으로 및 그 추진력의 방향으로 모두 종래 기술을 실질적으로 향상시킨다.

미국특허 제272949호(1883년 8월, M. Freeman에게 허여됨)와 같은 이들 또는 다른 문서들은 항력(effort force)을 발생시키도록 동일한 수직축을 중심으로 진동 또는 왕복 운동에서 교대로 회전하는 "스윙 프레임(swing frame)" 상에 장착된 이중 세트(double set)의 피봇 핀(pivot fins)에 기초한 진동 추진 시스템을 개시한다. 그러나, 이러한 보트는 구조적인 문제에 대해 임의의 기계적 추진 또는 다방향 연결 메커니즘으로 채택할 가능성을 갖지 않는 핸드-추진형 보트 타입이다.

이 추진 시스템에 관해, 본 발명의 구조체, 스윙 프레임 및 블레이드 없이, 미국특허 제6193466호에는 트랜스미션 기어에 의해 이동되는 2개의 공통축 수직 샤프트에 결합되어 연결되는 반대 방향으로 회전하는 블레이드에 기초한 프로펠러 시스템이 개시되어 있다. 이 경우, 축에 의해 실행되는 이동은 최소 및 최대 스위프 각(sweep angle)으로 본 발명의 이동과 같이 교대로 되지 않지만, 그것은 원형(360도)이어서, 블레이드의 스위프 각의 범위를 조율함으로써 속도가 조정될 수 있다. 또한, 상기 미국특허에서 러더 틸러(rudder tiller)에 의해 푸시 배향 메커니즘 또는 제어 메커니즘이 구동된다.

다방향 연결 메커니즘에 관해, 미국특허 제2,573,382호는 기어 리버스 메커니즘(gear reverse mechanism)을 개시하며, 즉 이 메커니즘은 단지 2개의 위치 0(영)도 또는 180도로 그 배향을 변경한다. 이러한 메커니즘은 예컨대 도크(dock)에서 조종할 수 없다는 단점을 갖는다.

국제특허공개 제WO2005/047100호는 보트의 방향을 변경하는 방식을 나타내고 있지만, 이 경우 변경되는 것은 무한 체인 상에 장착되는 각 블레이드의 영각(attack angle)이기 때문에, 본 발명과는 상이하며 본 발명의 선박의 추진 유형에 적용할 수 없는 시스템을 사용하는 것을 나타낸다.

미국특허 제975972호는 2개의 동심 샤프트를 사용하지만 완전 회전(무(無) 왕복진동)하는 한 세트의 3개의 프로펠러(하나는 중앙, 2개는 측부)를 제안하며, 단일 추진 라인에 적용불가능한 다방향을 갖는 여기에 청구되는 본 발명과는 상이한 구동 시스템(이것은 하이포사이클로이드가 아님)을 제안한다.

미국특허 제4,568,290호는 2개의 왕복, 비동심 추진 샤프트의 사용을 제안한다. 수평면 상으로 360도의 회전을 취할 수 없기 때문에 다방향이 아니다.

따라서, 본 출원인이 조사한 어떠한 문헌에도 지금까지 공지된 개선예에서 발견된 문제점들을 함께 해결하고 현존하는 시스템 보다 상당히 높은 것으로 증명된 효율을 갖는, 추진과 동시에 회전하는 장치를 갖는 모터 선박용 시스템이 개시되어 있지 않았다.

본 발명은 각각의 추진 라인에 대해, 당해 기술에 현존하는 다른 것들과 유사하게 물에 일부분이 잠기는 것을 제공하는데, 이것은 서로 반대 방향(상반된 경로)으로 회전 및 왕복하는 2개의 동심 샤프트로 이루어진다. 이들 샤프트는, 아암에 결합되는 스윙 프레임 바디로 각각 형성되며 선박을 이동시키는 추진력을 발생시키는 원인이 되는 것일 블레이드가 장착되는 2개의 스윙 프레임에 대해 2개의 임계치(상한치와 하한치) 사이의 스위프 각을 갖는 물고기 꼬리형의 왕복 운동을 전달한다. 샤프트로부터 대응하는 스윙 프레임으로의 이러한 왕복의 전달은 추진 라인에 탄성을 제공하여 진동을 방지하기 위해 각 샤프트와 그 대응하는 스윙 프레임 바디 사이에 개재된(sandwiched) 탄성 수단을 통해 실행된다.

선박을 이동시키는데 필요한 추진력을 발생시키기 위해, 하이포사이클로이드(hypocycloid) 타입의 기계적 트랜스포머(mechanical transformer)의 구동 시스템을 통해 동심 샤프트에 그 운동을 전달하는 선박용 추진 모터가 제공된다.

이러한 구동 시스템의 작동을 이해하기 위해, 하이포사이클로이드라는 것은, 다른 준선 원주(directrix circumference) 내부에서 미끄럼없이 구르는 모선 원주(generatrix circumference) 상에 위치되는 지점의 궤적을 그리는 곡선을 말하며, 롤링 원주(rolling circumference)의 직경이 준선 원주의 절반인 경우, 발생된 하이포사이클로이드는 준선 원주의 직경과 동일한 길이의 직선임을 기억해야 한다.

따라서, 본 발명의 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머는 생성되는 이들 직선이 2개의 커넥팅 로드의 볼트에 의해 이동되는 경로에 대응하도록 구성되며, 이 커넥팅 로드는 2개의 구동 디스크에 부착되며, 2개의 동심 샤프트를 이동시키고, 차례로 프로펠러 블레이드를 이동시킨다.

단일 회전-왕복운동(roto-oscillating) 샤프트 대신에 반대 방향의 경로를 가지며 회전 및 왕복운동(회전-왕복운동)하는 2개의 동심 샤프트를 사용하는 것은, 단일 샤프트에 의해 달성하기 불가능한, 작동 중에 블레이드에 의해 발생되는 측면 성분을 소멸시키는 필요성으로 정당화된다.

외부 샤프트는 항상 관형이며 내부는 관형 또는 중실형(solid)이다. 그 작동 위치는 잔잔한 수면에 수직이며, 선박이 2개의 추진 라인을 갖고 있다면, 선미(stern)를 향한 어떤 경사가 선박의 대칭 종방향 평면상에 또는 그에 평행한 2개의 평면 상에 허용될 수 있으며, 이러한 경사의 각도의 정점(vertex)으로서 대응하는 내부 샤프트의 하단부가 취해진다.

구동 시스템으로서 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 사용함으로써, 2개의 임계치(가장 큰 가능한 스위프 각에 대한 상한치와 가장 작은 가능한 스위프 각(sweep angle)에 대한 하한치) 사이에서 스윙 프레임의 스위프 각의 값을 점진적으로 변화시킬 수 있다. 양쪽 임계치 사이의 이러한 점진적인 변화는 추진 라인이 작동하는 활성인 경우와 작동하지 않는 비활성인 경우 모두에서 실행될 수 있다.

추진 라인이 작동 중인 경우, 스윙 프레임의 스위프 각에 인가되는 변화는 발생된 추진에 대해 상이한 응답을 초래하며 이는 보다 적은 범위의 스위프(하한치)에서 큰 범위의 스위프(상한치)로 점진적으로 갈 수 있다는 점이 강조되어야 한다.

스윙 프레임의 스위프 각의 범위에서의 이러한 변화는 하이포사이클로이드 트랜스포머(구동 시스템)가 자신의 기하학적 축선 둘레에서 전체로서 회전될 수 있기 때문에 가능하며, 이것은 커넥팅 로드의 볼트에 의해 그려지는 왕복(하이포사이클로이드) 직선 경로의 배향을 변경시키는 것을 가능하게 하며, 이러한 작동은 상술한 스윙 프레임의 스위프 각을 변화시키는 것이다.

구동 시스템의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예에서 보다 구체적으로 설명한다.

이러한 추진 시스템은 0°내지 360°사이의 임의의 수평의 방향과 배향으로 블레이드에 의해 발생되는 추진력을 재배향할 수 있게 하여 보트가 예컨대 부두의 도크에 측면으로 이동할 수 있게 하는 다방향 연결 시스템을 포함한다.

이러한 추진 시스템은 동심 프로펠러 샤프트 각각에 하나씩, 2개의 클러치를 포함하여, 구동 시스템에 상기 샤프트를 연결해제 및 연결할 수 있게 하고, 이것은 구동 시스템이 연결해제되는 것이 필요함에 따라 블레이드의 배향의 변화를 주는 것이 필요하다(다방향성의 기본 원리). 각각의 클러치는 구동 디스크 및 슬라이딩 디스크인 2개의 디스크로 이루어진다.

각각의 구동 디스크는 커넥팅 로드를 통해 구동 시스템에 연결되며, 대응하는 축을 통해 스윙 프레임에 왕복운동을 전달하는 책임을 맡는다. 슬라이딩 디스크는 이전 디스크로부터 분리되도록 대응하는 축을 따라 오로지 슬라이딩될 수 있다.

대응하는 동심 샤프트에 동심 로드의 왕복 운동을 전달하는 기능을 실행하기 위해 각각의 클러치의 2개의 디스크를 함께 결합하는 것은 간단한 기계적, 전자기계적 연결 또는 임의의 균등한 시스템일 수 있다.

2개의 축으로부터 슬라이딩 디스크를 동시에 연결-해제하기 위해, 선박의 유형에 따라 전자기계식, 유압식 등일 수 있는 보조 메커니즘이 사용될 수 있다.

일단 연결해제 되면 동조화 방식(sync manner)으로 실행되기 위한 블레이드의 재배향 변화 동안의 동심 샤프트의 회전에 대해, 양 축을 동기화하기 위한 장치가 사용된다.

보조 메커니즘의 작동과 동기화 장치의 작동은 반대이다: 하나가 단절되면 다른 하나가 자동으로 작동하게 되고, 다른 하나가 단절되면 그 반대가 된다. 즉, 보조 메커니즘이 동심 샤프트로부터 구동 시스템을 단절시키면, 동기화 메커니즘은 2개의 축을 연결시켜서 그 회전이 일체로 실행된다.

또한, 일단 단절되고 동기화되면, 프로펠러 블레이드에 대해 새로운 배향에 도달할 때 까지, 자신을 중심으로 2개의 축을 회전시킬 수 있도록 내부 샤프트의 상단에 회전 메커니즘이 연결된다.

이들 단절되고 동기화되는 축들은 블레이드의 추진을 위해 선택되는 새로운 방향에 도달할 때 까지 회전 메커니즘의 작동에 의해 회전되며, 이 때 이러한 작동을 반대로 함으로써 보조 메커니즘은 대응하는 드라이브에 슬라이딩 디스크를 재연결할 것이며, 한편 동기화 장치에 의해 형성된 2개의 축의 일시적인 연결을 동시에 그리고 자동으로 제거한다. 회전 메커니즘은 선박의 종류와 크기에 따라 법적으로 정해진 것이 없는 다양한 형태를 취할 수 있다.

이러한 새로운 선박용 추진 및 회전 시스템은 다음과 같은 많은 장점을 갖는다.

1. 선박의 작동중의 360도의 실제 다방향성: 임의의 수평 방향 및 배향에서 이용가능한 선박의 지향, 변경, 조종을 위한 작동 (항정선, 기어 전방, 역, 도킹 등)

2. 반대 회전 및 동기화된 회전(상반된 경로)되는 이중 샤프트로 인해, 진동을 방지하여 추진 작업 동안 블레이드에 의해 발생되는 측방향 힘을 보상

3. 블레이드의 스위프 속도를 증가 또는 감소시키고, 고정된 구동 시스템의 회전수를 유지하는 동안 내내, 선박의 작동중에 블레이드의 스위프 각의 범위를 변화시킬 가능성

4. 선체를 통과하는 동심 샤프트의 통로가 해수위 위로 구현되므로, 종래의 프로펠러가 사용되는 경우 수평축에 통상적인 전통적 혼(horn)과 이들의 대응하는 가스킷의 사용을 제거함

이들은 모두 당해 기술에 현존하는 모든 것에 비해 성능과 효율 면에서 상당히 중요한 개선을 가져왔고, 이것은 보다 낮은 비용과 상당히 양호한 결과를 의미한다.

본 발명의 특징을 보다 잘 이해하도록 돕고 설명을 완벽히 하기 위해, 일련의 도면이 첨부되며, 이 도면에 예시적이며 비제한적으로 다음이 도시된다.

도 1은 본 발명의 전체적인 체계이며,
도 2는 기계적 하이퍼사이클로이드 트랜스포머 및 연관된 구동 디스크의 개략적인 평면도이고,
도 3은 상한값(A)과 하한값(B) 사이에서 블레이드의 스위프 각(베타)의 변형예의 개략적인 평면도이며,
도 4는 도 2의 단면 AB의 상세도이고,
도 5는 도 2의 단면 CD의 상세도이며,
도 6은 완전한 추진 라인의 개략적인 평면도이고,
도 7은 (A)는 연결 상태, (B)는 연결해제 상태인 다방향 연결의 상세도이며,
도 8은 (A)는 동기화 축의 연결 상태, (B)는 연결해제 상태인 다방향 연결의 개략적인 사시도이다.

본 발명의 보다 용이한 이해를 달성하기 위해, 선박용 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 갖는 다방향 추진 시스템에 포함되는 모든 구성요소들을 그 작용과 함께 보다 상세히 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 전체 조립체인 추진 라인에 대한 전체적인 체계를 도시한다. 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(mechanical hypocycloid transformer) 타입의 구동 시스템(100), 선박의 추진력을 배향하기 위한 시스템 또는 다방향 연결 시스템(200), 및 추진 라인의 잠수 부분(300)이 도시된다.

추진 라인의 잠수 부분(300)은 어떤 변형예들을 가질 수도 있지만 종래 기술에 존재하는 것과 유사하다. 이러한 추진 라인의 잠수 부분(300)은, 2개의 회전(roto)-왕복운동하는 동심 샤프트(15, 16), 스윙 프레임의 메인 아암(19)에 결합되는 바디(18)로 각각 형성되며, 선택적으로 이들 메인 아암(19) 사이에 수 개의 중간 아암(19')이 도입되는 2개의 스윙 프레임(17, 17'), 블레이드의 축선(22), 각 블레이드 상의 2개 이상의 멈춤쇠(20) 및 블레이드(21)를 포함한다. 2개의 회전 왕복운동하는 동심 샤프트(15, 16)는 대응하는 스윙 프레임(17, 17')에 왕복 운동을 전달하여 물고리 꼬리 이동을 생성시킬 것이며, 모두 추진 라인에 탄성을 제공하여 진동을 방지하기 위하여, 각각의 스윙 프레임의 바디(18)와 그 대응하는 축선으로의 고정부 사이에 개재되는 탄성 수단(36)을 통해 이러한 왕복 운동 전달 및 이동을 생성시킬 것이다.

당해 기술 분야의 다른 특허에 비해 청구하는 본 발명이 갖는 차이점 중 하나는, 본 발명의 경우, 2개의 동심 샤프트(15, 16)가 공통 기하학적 축선을 중심으로 결코 완전하게 회전하지 않는다는 것이다. 이들 동심 샤프트(15, 16)는 상기한 기하학적 축선을 중심으로 턴(turn)의 일부분(스위프 각)을 반대 방향(상반된 경로)으로 회전시키고 자신의 원래 위치로 복귀하여 왕복 운동을 완성한다. 이러한 스위프 각(도 3의 β)의 크기는 추진 라인이 작동하고 있는 경우일지라도 구동 시스템(100)의 회전수를 변화시킬 필요없이 이 모두를 2개의 임계치(도 3A의 상한치와 도 3B의 하한치, 스위프 각(β)은 0°) 사이에서 점진적으로 변화될 수 있다.

물론, 동심 샤프트(15, 16)의 스위프 각(β)에서의 이러한 변화는 스윙 프레임(17, 17'), 이들의 대응하는 블레이드(21)를 통해 수용되고, 이것은 선박이 전방으로 이동하는 응답의 유형에 영향을 미친다.

기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(구동 시스템(100))이 그 전체가 기하학적 축선을 중심으로 회전될 수 있다는 사실로 인해, 볼트(5)의 하이포사이클로이드 이동의 배향을 변경시킬 수 있어서(도 3의 직선(H)), 0°의 하한치(도 3B)에서 상한치(도 3A)까지 스위프 각(β)의 값과 직접 연관된 하이포사이클로이드 각(α)의 크기를 변화시킬 수 있다.

(명확한 도시를 위해 2개의 구동 디스크 중 단지 하나 및 그와 대응하는 커넥팅 로드를 나타내는) 도 2는 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(100)와 커넥팅 로드(4)를 통한 구동 디스크(13)에 대한 연관성을 개략적인 평면도를 도시하며, 도 4 및 도 5에 구체화된 2개의 단면도가 표시되며 이는 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 상세히 설명해 줄 것이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(100)의 바디는 2개의 연결된 절반부(10)로 이루어진다.

기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머 타입의 구동 시스템(100)은 구동 샤프트(1)로부터 구동 체인(2)을 통해, 잘 정의된 길이와 경로를 갖는 2개의 곧은 하이포사이클로이드 이동으로 회전을 변형시키도록 설계되었으며, 특히 추진 라인의 2개의 동심 샤프트(15, 16)의 2가지 회전-왕복운동 이동을 달성하도록 적합화된 메커니즘이다.

이러한 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머 타입의 구동 시스템(100)은, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(1)를 포함하는데, 이 구동 샤프트(1)는 선박 프로펠러 모터의 회전을 수용하고, 선택적인 유형(벨트, 기어, 체인 등)의 구동 체인(2)에 결합되어 메인 샤프트(7)를 통해 2개의 위성 기어(3)에 회전을 전달하여, 위성 기어(3)가 각각의 크라운 휠(crown wheel; 6) 내부에서 구르게(rolling) 되어 양쪽 샤프트(15, 16)에 적용가능한 상기한 직선 이동을 발생시킨다.

이들 위성 기어(3)는 볼트 디스크(8)를 중심으로 일체로 회전한다.

볼트 디스크(8)는 볼트(5)를 각각 설치하였다. 서로로부터 180°에 장착된 볼트(5)와 추진 라인의 동일한 측 상에 작동하는 커넥팅 로드(4)에 의해, 동심 샤프트(15, 16)의 회전(왕복이동)의 크기가 반대 방향(상반된 경로)으로 정확히 동일하게 달성된다.

볼트 디스크(8)는 대응하는 위성 기어(3)에 커넥팅 로드의 회전 볼트(5)를 기계적으로 연결시키는 기능을 한다.

직선(하이포사이클로이드) 이동으로 설명되었듯이, 볼트(5)는, 드라이빙 디스크(13)에 왕복 운동을 전달하고 이것을 대응하는 동심 샤프트(15, 16)에 전달하는 커넥팅 로드(4)를 이동시킨다.

커넥팅 로드(4)는 데드 스팟(dead spot)을 통과하는 경우 발생되는 급작스러운 항력(efforts)을 추진 라인의 작동 중에 흡수하기에 충분한 탄성을 가지도록 구성된다.

도 2를 다시 참조하면, 볼트(5) 각각의 경로 길이, 종국적으로 커넥팅 로드(4)의 경로 길이가 준선(directrix) 크라운 휠(6)의 피치 직경의 길이와 동일함이 도시된다. 이것은 상기한 바와 같이 롤링 원주의 직경(위성 기어(3)의 피치 직경)이 준선 원주(directrix circumference)의 직경(준선 크라운 휠(6)의 피치 직경)의 절반인 경우, 발생되는 하이포사이클로이드가 준선 원주(6)의 피치 직경과 동일한 길이를 갖는 직선이기 때문이다.

따라서, 커넥팅 로드(4)는 각각의 드라이빙 디스크(13) 상에 왕복 회전 운동을 발생시킨다. 2개의 동심 샤프트(15, 16) 각각은 커넥팅 로드(4)로부터 수용되는 이동을 전달하는 2개의 드라이빙 디스크(13) 중 하나와 연결되어 있어서, 작용시 블레이드(21)의 측면 항력들이 서로 상쇄되도록 요구되었던 것과 같이, 양 동심 샤프트(15, 16)는 반대 방향(상반된 경로)으로 동기화되어 회전 및 진동한다.

메인 샤프트(7) 및 위성 기어(3) 모두는 적절한 작동을 허용하는 각각의 베어링(9, 11)을 갖는다.

하이포사이클로이드 유형의 구동 시스템(100)에 대한 설명 후에, 이러한 메커니즘의 가장 중요한 목적은, 이것이 메인 샤프트(7)의 회전 운동을 하이포사이클로이드 경로를 통해 2개의 직선 운동으로 변형시키고, 2개의 커넥팅 로드(4)를 통해 각각의 동심 샤프트(15, 16)로 이것이 전달되어, 이들이 완전히 동기화 되지만 반대 방향(상반된 경로)으로 회전-왕복운동한다는 사실임에 유의하여야 한다.

임의의 다른 방법 대신에 하이포사이클로이드를 이용한다는 사실에 의해 달성되는 추가의 기술적인 효과는 선박이 운항 중일 때 프로펠러 블레이드의 스위프 각(β)의 범위를 변경시킬 수 있다는 것이다(도 3A 및 도 3B).

기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(100)와 다방향 연결 시스템(200) 사이의 기계적 연결은 특수한 서포트(14)를 통해 실현되는데, 이것은 2가지 기본 사항을 허용한다:

1. 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(100)와 나머지의 추진 라인 사이에 중실(solid)의 기계적 연결을 유지시킨다.

2. 자신의 기하학적 축선을 중심으로 전체 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머(100)의 회전을 허용한다.

이러한 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머의 회전으로, 스윙 프레임(17, 17')의 스위프 각(β)의 크기는 (하이포사이클로이드 각(α)을 변화시키는) 볼트(5)의 직선 경로의 배향을 변화시킴으로써 (상술한 바와 같이) 변경될 수 있다. 이것은 추진 라인이 작동 중인 경우와 중지한 경우 모두 스위프 각(β)의 변화가 가능할 수 있게 해 준다.

도 7에 도시된 선박의 추진의 배향을 변경시키는 다방향 연결 시스템(200)에 관해, 이러한 다방향 연결 시스템(200)은 아래의 구성요소를 포함한다.

● 구동 시스템(100)으로부터 양 동심 샤프트(15, 16)를 연결해제시킬 수 있는 동심 샤프트(15, 16) 각각에 하나씩 설치되는 2개의 클러치: 각각의 클러치는 2개의 디스크, 즉 드라이빙 디스크(13) 및 슬라이딩 디스크(12)로 이루어진다. 양측의 드라이빙 디스크(13)는 외부 샤프트(15) 상에서 자유롭게 회전될 수 있으며 대응하는 커넥팅 로드(4)를 통해 구동 시스템(100)에 연결된다. 슬라이딩 디스크(12)는 그 드라이빙 디스크(13)와 분리(해제)되어 대응하는 축 상에서 오로지 슬라이딩될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 2개의 디스크(12, 13)는 그 접촉면 상에 암수 인서트(male-female insert; 23)를 구비하는데, 이러한 암수 인서트(23)는 디스크(12, 13)가 함께하는 경우 대응하는 동심 샤프트(15, 16)로의 커넥팅 로드(4)의 왕복 운동의 전달에 의해 동심 샤프트(15, 16)가 왕복 운동할 수 있게 한다.

● 2개의 클러치의 슬라이딩 디스크(12)를 동시에 이동시키기 위한 보조 메커니즘(24): 이러한 보조 메커니즘(24)은 드라이빙 디스크(13)로부터 2개의 슬라이딩 디스크(12)를 분리(해제)시키도록 또는 드라이빙 디스크(13)에 슬라이딩 디스크(12)를 결합(연결)시키도록 슬라이딩 디스크(12)를 동시에 이동시킨다. 이 보조 메커니즘(24)은 선종에 따라 다양한 형태(기계식, 전자기계식, 유압식 등)로 촉발될 수 있다. 보조 메커니즘을 형성할 수 있는 다양한 유형의 구조들 가운데, 바람직한 실시예에서, 평행하고 정반대로 대향하며(다방향의 각 측면 상에 하나), 추진 라인의 작동중에 이들 슬라이딩 디스크(12)의 회전-왕복운동을 방해하지 않기에 충분히 느슨하고 양측의 슬라이딩 디스크(12)의 바디 내에 형성된 각각의 환형 슬롯(slot) 내부에 쌍으로 보유되는 4개의 베어링(27)을 통해, 2개의 슬라이딩 디스크(12)를 이동시키도록 동시에 상승 또는 하강될 수 있는 2개의 로드(rod; 37)가 사용된다(도 1 및 도 7에는 명확한 도시를 위해 하나만 도시되어 있다).

● 추진력의 방향이 변경되는 동안, 2개의 동심 샤프트(15, 16)가 구동 시스템(100)과 이미 연결해제되는 경우 동심 샤프트(15, 16)를 함께(동기화하여) 회전시키기 위한 2개의 동심 샤프트(15, 16)의 동기화 장치(25): 2개의 슬라이딩 디스크(12)의 동시적 분리 동안, 상부의 슬라이딩 디스크(12)의 변위(내부 샤프트(16))로 인해, 2개의 동심 샤프트(15, 16)의 동기화 장치(25)가 자동으로 작동하여, 이미 연결해제된 양측의 동심 샤프트(15, 16) 사이를 일시적으로 연결시키고, 이것은 이들의 (동기화된) 반경 방향 관계를 변경시키지 않고 그들 자체를 중심으로 동심 샤프트(15, 16)를 회전시킬 수 있다.

이러한 동기화 장치(25)는, 구동 샤프트(1)의 회전을 중지시킨 후, 마지막 왕복 운동을 실행함으로써 동심 샤프트(15, 16)가 정지하게 될 무작위의 상대 각 위치에 무관하게 그 기능을 실행하도록 설계된다.

이러한 동기화 장치를 취할 수 있는 다양한 유형의 구성 가운데, 바람직한 실시예는:

- 외부 샤프트(15)의 상단부 상에서 슬라이딩가능하지만 회전하지 않으며, 상부 슬라이딩 디스크(12)의 바디 내에 보유되고 그 상부면 상에 구멍을 갖는 크라운(crown)을 보유하는 동기장치 디스크(28)와;

- 8개의 펀치(30)에 의해 내부 샤프트(16) 상에 고정되며, 스프링에 의해 가중되고(weighted), 그리고 서로로부터 각 방향으로 오프셋(offset)되어, 양측(동기화) 사이의 일시적인 연결을 형성하기 위해 동심 샤프트(15, 16)의 연결해제 작동 동안 상부 슬라이딩 디스크(12)를 따라 상승되는 경우 동기장치 디스크(28) 내의 구멍 중 하나 안으로 하나 이상이 끼워맞추어지는 서포트 디스크(29);를 사용한다.

● 일단 연결해제되고 동기화되면, 스윙 프레임(17, 17')의 새로운 배향으로 2개의 동심 샤프트(15, 16)를 함께 회전시킬 수 있도록, 동기화 장치(25)가 연결될 때 동시에 내부 샤프트(16)의 상단부에 연결되는 회전 메커니즘(26): 이들 동기화된 동심 샤프트(15, 16)는 스윙 프레임(17, 17')이 블레이드의 추진을 위해 선택된 새로운 방향에 도달할 때까지 회전 메커니즘(26)을 작동시킴으로써 회전될 수 있고, 이 때, 그 작동을 역전시키는 보조 메커니즘(24)은 대응하는 드라이빙 디스크(13)에 2개의 슬라이딩 디스크(12)를 다시 연결시킬 것이며, 한편 동기화 장치(25)에 의해 이전에 생성된 2개의 동심 샤프트(15, 16)의 일시적인 연결이 동시적으로 그리고 자동적으로 해제된다. 회전 메커니즘(26)은 그 어느 것도 강제적이지 않은 몇 가지 형태를 취할 수 있으며, 선박의 유형이나 크기에 따라 달라질 것이다. 이러한 작동은 대개 수동일 것이다.

회전 메커니즘을 형성할 수 있는 다양한 유형의 구조 가운데, 현재의 바람직한 실시예에서, 아래의 구성요소를 포함할 수 있다:

- 홈이 있고 높이로 고정되는(fixed in height) 하부 헤드를 구비하며, 상단부에 부착된 플라이 휠(38)(도 1)에 의해 기하학적 축선을 중심으로 회전될 수 있는 회전축(32)과;

- 상부의 슬라이딩 디스크(12)를 동반하여 상승되는 경우 회전축(32)의 스플라인(spline) 안으로 삽입되어 2개의 샤프트(16, 32) 사이에 일시적인 연결을 생성시켜서, 최근에 동기화된 2개의 동심 샤프트(15, 16)에 플라이 휠(38)의 회전을 전달할 수 있는 내부 스플라인 링(31).

이 때, 도 7 및 도 8에 기초하여,(다방향) 추진력의 방향과 감지를 변화시키기 위해 스윙 프레임(17, 17')의 배향에서 임의의 변화를 주기 위해 이전의 단계와 같이 구동 샤프트(1)의 회전을 중지시킨 후 발생되는 것이 설명될 것이다.

도 7A는 연결된 추진 라인을 도시한다. 클러치가 폐쇄되어, 구동 시스템(100)으로부터 블레이드(21)로 이동이 전달되어 추진을 발생시킨다.

도 7B는 연결해제된 추진 라인을 도시한다. 이러한 연결해제는 2개의 동기화된 동심 샤프트(15, 16)를 블레이드(21)의 새로운 방향으로 회전시키기 위해 앞서 필요한 단계이다.

도 8B에 상세히 도시되듯이, 이러한 연결 또는 연결해제는 다음과 같이 실행된다: 보조 메커니즘(24)을 작동시킴으로써 2개의 슬라이딩 디스크(12)가 그들의 각각의 드라이빙 디스크(13)와 동시에 분리되며(드라이빙 디스크(13)가 커넥팅 로드(4)의 왕복운동을 수용함), 이와 함께 암수 인서트(23)가 조립되는 것이 중단된다(바람직한 실시예에서, 이러한 유형의 암수 기계적 연결은 각각의 클러치의 2개의 디스크(12, 13)의 연결을 형성하는데 사용되었지만, 이것은 예컨대 전자기 클러치와 같은 임의의 다른 동등의 연결일 수 있다). 이것은 2개의 동심 샤프트(15, 16)를 해제시켜서, 스윙 프레임(17, 17')에 대해 및 그에 따라 추진력에 대해 추가의 방향을 구하기 위해 이들 샤프트가 이들의 공통 기하학적 축을 중심으로 일체로 회전될 수 있다.

그러나, 이러한 회전은 2개의 샤프트 사이에서 각도 지체(angle lag)를 방지하기 위해 동시적인 방식으로 되어야 한다. 이것은 자동으로 작동되는 동기화 장치(25)에 의해 실행된다. 상부 슬라이딩 디스크(12)를 이동시키면, 이것은 동기화 장치(25)를 연결하여, 2개의 동심 샤프트(15, 16)의 일시적인 연결을 형성하게 하고, 이로써 동심 샤프트(15, 16)가 일치하여(동기화되어) 회전할 수 있게 한다.

이러한 회전은 블레이드(21)에 대해 선택된 새로운 작동 위치로 동기화된 동심 샤프트(15, 16)를 회전시키는 회전 메커니즘(26)을 작동시킴으로써 실행된다.

동심 샤프트(15, 16)가 원하는 위치로 일단 회전되면(도 8A), 보조 메커니즘(24)의 작동 방향이 역전되고, 이와 함께 동심 샤프트(15, 16) 사이의 회전 메커니즘(26) 및 동기화 장치(25)의 메커니즘이 자동으로 연결해제되는 한편, 암수 인서트(23)가 다시 연결된다. 이것은 구동 샤프트(1)를 다시 회전시켜서 블레이드(21)가 이러한 새로운 방향으로 추진하게 한다.

참조 부호가 많으므로, 명확성을 위해 하기에 모든 참조 부호의 리스트가 제공된다:
1: 구동 샤프트(선박의 추진 모터로부터 회전을 수용)
2: 구동 체인 드라이브, 기어, 체인-스프라켓 휠 등
3: 위성 기어 (롤링 원주)
4: 커넥팅 로드
5: 커넥팅 로드의 회전 볼트
6: 준선 크라운 휠(준선 원주)
7: 메인 샤프트
8: 볼트 디스크(각 위성 기어와 일체형임)
9: 메인 샤프트 베어링
10: 기계식 하이포사이클로이드 트랜스포머 바디(2개의 절반부가 결합됨)
11: 위성 기어 베어링
12: 슬라이딩 디스크
13: 드라이빙 디스크
14: 기계식 하이포사이클로이드 트랜스포머와 나머지 다방향 추진 시스템 사이의 기계식 연결을 위한 서포트
15: 외축
16: 내축
17: 상부 스윙 프레임
17': 하부 스윙 프레임
18: 스윙 프레임의 바디
19: 스윙 프레임의 아암
19': 중간 아암(선택)
20: 블레이드의 멈춤쇠
21: 블레이드
22: 블레이드의 축들
23: 암수 인서트
24: 2개의 슬라이딩 디스크를 분리시키는 보조 메커니즘
25: 동심 샤프트용 동기화 장치
26: 추진력의 재배향 동안 2개의 샤프트를 함께 회전시키는 회전 메커니즘
27: 보조 메커니즘 베어링
28: 동기장치 디스크
29: 동기장치의 서포트 디스크
30: 동기장치 펀치
31: 회전 메커니즘의 링
32: 회전 메커니즘 축
33: 2개의 동심 샤프트용 선체 보호기
34: 외축용 베어링-서포트
35: 선체 보호기 멈춤쇠
36: 스윙 프레임의 탄성 커넥션
37: 슬라이딩 디스크(12)의 파티션 바아
38: 회전 메커니즘의 플라이 휠
100: 구동 시스템
200: 다방향 연결 시스템(선박 추진용 안내 시스템)
300: 추진 라인의 잠수 부분

Claims

각각의 추진 라인에 대해 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머 유형의 구동 시스템(100), 다방향 연결 시스템(200) 및 잠수 부분(300)을 구비하는 기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템으로서,
상기 잠수 부분(300)은 2개의 동심 샤프트(15, 16)를 포함하는 물고기-꼬리형 추진부로 형성되고, 상기 2개의 동심 샤프트(15, 16) 각각은 상기 선박에 대해 추진력을 생성시키는 기능을 하게 되고 각각의 축(22)과 멈춤쇠(20)를 갖는 회전 블레이드(21)가 설치되는 아암(19)과 바디(18)에 의해 형성되는 스윙 프레임(17, 17')을 연결시키며; 상기 스윙 프레임(17, 17')의 이동은 왕복 운동 유형이고, 상기 다방향 연결 시스템(200)으로 인해, 상기 블레이드(21)의 추진력의 배향, 즉 상기 선박에 적용되는 추진력의 방향과 코스가 변경가능하고; 상기 다방향 연결 시스템(200)은, 각각이 2개의 디스크(12, 13)를 포함하는, 상기 동심 샤프트(15, 16) 각각 상의 클러치를 사용함으로써 0°와 360°사이의 임의의 수평 방향 및 코스로 상기 블레이드(21)의 추진력을 안내하는, 선박용 다방향 추진 시스템에 있어서,
상기 선박의 프로펠러 모터는 상기 구동 체인(2)을 통해 상기 구동 시스템(100)에 연결되는 구동 샤프트(1)를 회전시키고, 상기 구동 체인(2)은 각각의 준선 크라운 휠(6)의 내부에서 구르는 2개의 위성 기어(3)로 그 축(7)을 통해 회전을 전달하며, 상기 2개의 위성 기어(3)는 각각의 볼트 디스크(8)와 일체를 이루고, 각각의 볼트 디스크(8)는 위에 고정되는 볼트(5)를 구비하며, 양측의 볼트(5)는 서로에 대해 180°에 위치하고, 상기 각각의 볼트(5)는 상기 준선 크라운 휠(6)의 피치 직경과 동일한 일정한 길이의 직선의 왕복 경로를 그리며; 상기 볼트(5)는 상기 추진 라인의 동일측 상에 장착되는 2개의 탄성 커넥팅 로드(4)에 연결되며, 상기 커넥팅 로드(4)는 상기 다방향 연결 시스템(200)의 각각의 드라이빙 디스크(13)에 왕복 운동을 전달하고; 상기 드라이빙 디스크(13)는 슬라이딩 디스크(12)를 통해 각각의 동심 샤프트(15, 16)를 이동시키며, 양측의 동심 샤프트(15, 16)가 반대 방향(상반된 경로)으로, 그리고 완전한 회전이 아닌, 동기화된 회전-왕복 운동을 실행시키고; 상기 동심 샤프트(15, 16)가 탄성 커넥션(36)을 통해 상기 스윙 프레임(17, 17')을 이동시키는 것을 특징으로 하는
기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 시스템(100)은 자신의 기하학적 축선을 중심으로 모두가 일체로 회전가능하며, 상기 다방향 추진 시스템이 가동 중이든지 또는 중지되든지, 상기 스윙 프레임(17, 17')의 스위프 각(β)의 범위를 점진적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는,
기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 다방향 연결 시스템(200)은:
상기 디스크(12, 13)가 함께 클러치되는 경우, 상기 커넥팅 로드(4)의 왕복 운동을 대응하는 상기 동심 샤프트(15, 16)에 전달하여 상기 동심 샤프트(15, 16)가 회전-왕복운동할 수 있게 하는 서로의 사이에 연결부를 각각 구비하는 2쌍의 상기 디스크(13, 12)와;
상기 구동 시스템(100)의 상기 2개의 동심 샤프트(15, 16)를 동시에 연결해제하게 하는 보조 메커니즘(24)과;
공통의 기하학적 축선을 중심으로 상기 동심 샤프트(15, 16)가 일체로 회전되게 하기 위하여, 상기 보조 메커니즘(24)의 작동에 의해 상기 구동 시스템(100)으로부터 일단 연결해제되면 양측의 상기 동심 샤프트(15, 16)를 일시적으로 연결시키는 동기화 장치(25)와;
상기 보조 메커니즘(24)의 작동에 의해 상기 구동 시스템(100)과 연결해제되고 상기 동기화 장치(25)의 작동에 의해 서로 동기화되면, 상기 동심 샤프트(15, 16)의 공통 기하학적 축선을 중심으로 일체로 회전하게 하는 회전 메커니즘(26);을 포함하는 것을 특징으로 하는,
기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 보조 메커니즘(24)은 평행하며 정반대로 마주하는(다방향의 각 측 상에 하나씩인) 2개의 로드(37)를 포함하며, 상기 로드(37)는 상기 추진 라인의 작동 동안 2개의 슬라이딩 디스크(12)의 회전-왕복운동을 방해하지 않기에 충분히 느슨하고 상기 2개의 슬라이딩 디스크(12)의 바디 내에 형성된 각각의 환형 슬롯 내부에 쌍으로 보유되는 4개의 베어링(27)을 통해 상기 2개의 슬라이딩 디스크(12)를 이동시키도록 동시에 상승 또는 하강될 수 있는 것을 특징으로 하는,
기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 동기화 장치(25)는,
상기 외부 샤프트(15)의 상단부 상에서 슬라이딩가능하지만 회전하지 않으며, 상부 슬라이딩 디스크(12)의 바디 내에 보유되고 그 상부면 상에 구멍을 갖는 크라운(crown)을 보유하는 동기장치 디스크(28)와;
8개의 펀치(30)에 의해 상기 내부 샤프트(16) 상에 고정되며, 스프링에 의해 가중되고, 그리고 서로로부터 각도 방향으로 오프셋되는 서포트 디스크(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 회전 메커니즘은,
홈이 있고 높이로 고정되는 하부 헤드를 구비하며, 상단부에 부착된 플라이 휠(38)에 의해 기하학적 축선을 중심으로 회전될 수 있는 회전축(32)과,
상부의 슬라이딩 디스크(12)를 동반하여 상승되는 경우 회전축(32)의 스플라인 안으로 삽입되어 2개의 샤프트(16, 32) 사이에 일시적인 연결을 생성시켜서, 최근에 동기화된 상기 2개의 동심 샤프트(15, 16)에 상기 플라이 휠(38)의 회전을 전달할 수 있는 내부 스플라인 링(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
기계적 하이포사이클로이드 트랜스포머를 포함하는 선박용 다방향 추진 시스템.