KR20120111209A - 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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박형길
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이동현
이진석
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Abstract

선박용 추진장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 상호 반대 방향으로 회전하는 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 포함하고, 선체를 추진시키기 위한 추력을 제공하는 선박용 추진장치로서, 후방 프로펠러를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 동력부; 동력부에서 제공하는 동력을 후방 프로펠러로 전달하는 주축; 주축이 통과하도록 주축의 길이방향으로 연장되고, 전방 프로펠러가 결합되는 중공축; 중공축의 외주면에 결합되는 로터와, 선체에 지지되는 스테이터를 포함하고, 중공축을 주축과 반대 방향으로 회전시키는 구동모터; 및 구동모터에 전기를 공급하는 전기 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박{Propulsion apparatus for ship and Ship including the same}
본 발명은 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
이중 반전 프로펠러는 전방 프로펠러로부터 유출되는 회전 에너지를 전방 프로펠러와 반대 방향으로 회전하는 후방 프로펠러로 회수하여 추진력으로 바꿈으로써, 높은 프로펠러 효율을 얻는 추진장치(이하, '이중 반전식 추진장치'라 함)이다.
종래의 이중 반전식 추진장치는 동축상에 배치된 주축과 중공축에 각각 후방 프로펠러 및 전방 프로펠러가 부착되고, 주축과 중공축이 유성기어장치에 의해 상호 반대방향으로 회전하도록 구성된다.
이와 같은 이중 반전식 추진장치를 효과적으로 사용하기 위해서는 거대한 유성기어장치가 사용되어야 하는데, 복잡한 형상으로 이루어진 선체의 선미부에서 거대한 유성기어장치를 설치할 공간을 확보하는 것은 매우 어려운 일이다.
또한, 유성기어장치가 고장나는 경우, 장치 자체가 작동이 중단되어 프로펠러들이 회전하지 못해 추력을 발생하지 못하는 문제가 있다.
한편, 유성기어장치의 설치공간을 확보하기 위해 유성기어장치를 전진 배치시킬 수 있다. 이 경우, 유성기어장치가 전진한 만큼, 중공축의 길이도 증가하게 된다. 그러나, 중공축의 길이가 증가하면, 중공축과 주축 사이에 마찰을 감소시키기 위해 윤활이 필요한 영역이 증가하는 문제가 있으며, 축계 내부에 베어링을 설치하여 수행하는 정렬 작업이 매우 어렵게 된다.
본 발명의 실시예들은 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러 중 어느 하나가 작동하지 못하더라도 나머지 하나가 작동 가능하며, 중공축의 길이를 줄이도록 구성된 선박용 추진장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상호 반대 방향으로 회전하는 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 포함하고, 선체를 추진시키기 위한 추력을 제공하는 선박용 추진장치로서, 상기 후방 프로펠러를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 동력부; 상기 동력부에서 제공하는 동력을 상기 후방 프로펠러로 전달하는 주축; 상기 주축이 통과하도록 상기 주축의 길이방향으로 연장되고, 상기 전방 프로펠러가 결합되는 중공축; 상기 중공축의 외주면에 결합되는 로터와, 상기 선체에 지지되는 스테이터를 포함하고, 상기 중공축을 상기 주축과 반대 방향으로 회전시키는 구동모터; 및 상기 구동모터에 전기를 공급하는 전기 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치가 제공된다.
상기 선박용 추진장치는 상기 전기 공급부로부터 상기 구동모터로 공급되는 전류의 주파수를 컨트롤하여 상기 구동모터의 회전수를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동모터는 상기 선체의 선미 보스부의 내측에 배치될 수 있다.
상기 주축과 상기 중공축 사이에 윤활재 또는 베어링이 개재될 수 있다.
상기 후방 프로펠러를 관통하여 후방으로 노출된 상기 주축의 단부에 프로펠러 캡이 결합될 수 있다.
상기 구동모터는 초전도 모터일 수 있다.
상기 구동모터의 상기 로터는, 초전도 코일; 및 상기 초전도 코일을 냉각시키기 위한 냉각재를 수용하는 냉각챔버를 포함할 수 있다.
상기 선박용 추진장치는 상기 냉각챔버로 냉각재를 공급하는 냉각재 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각재 공급부는, 상기 주축이 회전 가능하게 통과하는 제 1 하우징과, 상기 선체에 고정 설치되되, 상기 제 1 하우징에 회전 가능하게 결합되어 상기 제 1 하우징과 함께 냉각재를 수용하는 냉각재 수용부를 한정하는 제 2 하우징을 포함하는 하우징; 및 상기 냉각재 수용부와 상기 냉각챔버를 상호 연결하되 상기 제 1 하우징에 결합되는 연결라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체; 및 상기 선체에 설치되는 상기 선박용 추진장치를 포함하는 선박이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 중공축에 동력을 제공하는 구동모터로 전기를 공급하는 전기 공급부가 주축에 동력을 제공하는 동력부와 별개로 존재함으로써, 전기 공급부 또는 동력부 중 어느 하나가 고장난 경우 나머지 하나를 사용하여 추력을 발생시킬 수 있다.
또한, 중공축을 회전시키기 위한 구동모터가 선미 보스부의 내측에 배치됨으로써, 중공축의 길이가 짧아지고, 중공축과 주축 사이의 윤활 영역이 감소하고, 중공축과 주축 사이에 베어링을 설치하여 수행하는 정렬 작업이 용이해진다.
또한, 전기 공급부는 설치 공간에 따라 발전기 또는 축전지 등의 크기 및 개수를 조절하여 배치할 수 있어 공간 활용성이 높아진다.
또한, 선미 보스부에 구동모터를 배치하는 경우, 선체의 다른 부분에 구동모터를 배치하기 위한 별도의 공간을 확보할 필요가 없어 공간 활용성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 설치된 선박의 측면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 추진장치의 일부 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일하거나 대응하는 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 설치된 선박의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 참고로, 도 1 및 도 2에서 우측은 전방을 좌측은 후방을 나타낸다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는 선박(1)을 추진시키기 위한 추력을 제공하는 것으로, 전방 프로펠러(101) 및 후방 프로펠러(102)가 상호 반대 방향으로 회전하도록 작동한다. 이와 같은 선박용 추진장치(100)는 동력부(110)와, 주축(120)과, 중공축(130)과, 구동모터(140)와, 전기 공급부(150)를 포함하여 구성된다.
동력부(110)는 후술하는 주축(120)을 회전시키기 위한 것으로, 디젤 엔진, 터빈 또는 모터 등을 포함할 수 있다. 동력부(110)는 선체(10) 내에 배치될 수 있다.
주축(120)은 동력부(110)에서 제공하는 동력을 후방 프로펠러(102)로 전달한다. 주축(120)의 전단은 동력부(110)와 연결되고, 주축(120)의 후단에는 후방 프로펠러(102)가 결합된다. 이때, 후방 프로펠러(102)는 도 2에서 알 수 있는 같이 주축(120)에 결합된 허브(102a)와, 허브(102a)의 외주면에 방사상으로 배치된 복수의 날개(102b)를 포함하여 구성될 수 있다.
주축(120)은 다수의 베어링(미도시)에 의해 선체(10)에 회전 가능하게 지지된다. 주축(120)은 전방에서 후방으로 연장되고 일부가 선체(10)의 외부로 노출된다.
본 실시예에 따르면, 주축(120)은 중공축(130)을 통과한다. 이때, 중공축(130)은 주축(120)에 대해 회전 가능하게 지지된다. 이때, 중공축(130)과 주축(120) 사이에 윤활재(미도시) 또는 베어링(미도시)이 개재될 수 있고, 이에 따라 주축(120)은 중공축(130)에 대해 원활하게 회전할 수 있다.
중공축(130)은 주축(120)의 길이방향으로 연장 형성된다. 중공축(130)의 일부는 선체(10) 외부로 노출된다. 선체(10) 외부로 노출된 중공축(130)의 단부에 전방 프로펠러(101)가 결합된다. 이때, 전방 프로펠러(101)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 중공축(130)의 외주면에 결합되는 허브(101a)와, 허브(101a)의 외주면에 방사상으로 배치된 복수의 날개(101b)를 포함하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 전방 프로펠러(101)는 도시되지 않았으나 허브 없이 중공축(130)의 외주면에 방사상으로 배치된 복수의 날개를 포함하여 구성될 수 있다.
중공축(130)은 구동모터(140)에 의해 주축(120)과 반대 방향으로 회전할 수 있다. 구동모터(140)는 로터(141)와 스테이터(143)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에 따른 구동모터(140)는 로터(141)가 중공축(130)의 외주면에 결합되고, 스테이터(143)가 선체(10)에 지지된다. 이때, 스테이터(143)는 선체(10)와 결합되어 지지되는 모터 하우징(145)의 내측면에 설치된다.
이와 같이 구성된 구동모터(140)는 선체(10)에 지지되어 위치 고정되는 스테이터(143)에 전기가 공급되면 로터(141)와 스테이터(143) 상호 간에 전자기력이 작용하여 로터(141)와 결합된 중공축(130)을 회전시킨다.
구동모터(140)는 전기 공급부(150)로부터 전기를 공급받아 작동한다. 전기 공급부(150)는 발전기 또는 축전지 등을 포함할 수 있다. 전기 공급부는 선체(10) 내부에 배치될 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 구동모터(140)로 전기를 공급하는 전기 공급부(150)가 주축(120)에 동력을 제공하는 동력부(110)와 별개로 존재함으로써, 전기 공급부(150) 또는 동력부(110) 중 어느 하나가 고장난 경우 나머지 하나를 사용하여 추력을 발생시킬 수 있다.
또한, 전기 공급부(150)는 설치 공간에 따라 발전기 또는 축전지 등의 크기 및 개수를 조절하여 배치할 수 있어 공간 활용성이 높아진다. 예를 들어, 전기 공급부(150)의 설치 공간이 협소한 경우, 작은 용량의 발전기 또는 축전지를 해당 공간에 여러개 배치할 수 있다. 또는 전기 공급부(15)의 설치 공간이 충분한 경우, 큰 용량의 발전기 또는 축전지를 해당 공간에 하나 배치할 수 있다.
본 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는 구동모터(140)의 회전수를 제어하는 제어부(160)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 공급부가 교류 전류를 공급하는 경우, 제어부(160)는 전기 공급부에서 구동모터(140)로 공급되는 교류 전류의 주파수를 컨트롤하는 방식으로 구동모터(140)의 회전수를 제어한다.
구동모터(140)는 주축(120) 상에 배치될 수 있다. 이때, 구동모터(140)는 동력부(110)와 후방 프로펠러(102) 사이에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 구동모터(140)는 선체(10)의 선미 보스부(boss part)(13)의 내측에 배치될 수 있다. 선미 보스부(13)는 주축(120)이 외부로 돌출되는 부분으로서 주물로 제작될 수 있다. 선미 보스부(13)에는 구동모터(140)가 수용되는 수용부(13a)가 형성될 수 있다.
이와 같이 중공축(130)을 회전시키기 위한 구동모터(140)가 선미 보스부(13)의 내측에 배치되면, 중공축(130)의 길이가 짧아진다. 이에 따라, 중공축(130)과 주축(120) 사이의 윤활 영역이 감소하고, 중공축(130)과 주축(120) 사이에 베어링을 설치하여 수행하는 정렬 작업이 용이해진다.
또한, 선미 보스부(13)에 구동모터(140)를 배치하는 경우, 선체(10)의 다른 부분에 구동모터(140)를 배치하기 위한 별도의 공간을 확보할 필요가 없어 공간 활용성이 향상된다.
본 실시예에 따르면, 후방 프로펠러(102)를 관통하여 후방으로 노출된 주축(120)의 후단부에 프로펠러 캡(170)이 결합될 수 있다. 이에 따라 주축(120)과 결합된 후방 프로펠러(102)가 주축(120)으로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다. 프로펠러 캡(170)은 볼트 등과 같은 체결부재에 의해 주축(120)의 후단과 결합되거나 용접에 의해 주축(120)과 결합될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)의 작동을 설명한다. 동력부(110)로부터 제공된 동력은 주축(120)을 통해 후방 프로펠러(102)로 전달된다. 이 경우, 후방 프로펠러(102)는 주축(120)과 함께 회전한다. 이때, 중공축(130)은 구동모터(140)에 의해 주축(120)과 반대 방향으로 회전하고, 중공축(130)과 결합된 전방 프로펠러(101)는 후방 프로펠러(102)의 반대 방향으로 회전한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 추진장치(200)의 일부 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(200)는 구동모터(240)로 초전도 모터를 사용하는 것 등에서 앞선 실시예의 선박용 추진장치(100)와 차이가 있다. 이하, 도 3을 참조하여 본 실시예를 설명함에 있어 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 구성요소에 대해서는 앞선 실시예의 설명으로 대신한다.
본 실시예에 따르면, 구동모터(240)는 초전도 모터이다. 이와 같은 구동모터(240)는 로터(241)와 스테이터(243)를 포함한다. 이때, 로터(241)는 초전도 코일(241a)과 초전도 코일(241a)을 냉각시키기 위한 냉각재를 수용하는 냉각챔버(241b)를 포함하여 구성될 수 있다. 나아가 로터(241)는 초전도 코일(241a)와 냉각챔버(241b)를 둘러싸는 단열재(241c)를 더 포함할 수 있다.
로터(241)는 중공축(130)에 결합되어 중공축(130)과 함께 회전한다. 이때, 스테이터(243)는 선체(10)와 결합되어 지지되는 모터 하우징(245)의 내측면에 설치된다.
이와 같이 구성된 구동모터(240)는 초전도 모터로서, 로터(241)의 두께를 일반 모터의 두께보다 얇게 제작할 수 있고, 일반 모터에 비해 작은 크기를 가질 수 있다. 이에 따라, 구동모터(240)를 설치하기 위한 공간 확보가 용이하고, 선미 보스부(13)와 같은 좁은 구조에 구동모터(240)를 용이하게 배치할 수 있다.
본 실시예에 따른 선박용 추진장치(200)는 구동모터(240)의 냉각챔버(241b)로 냉각재를 공급하는 냉각재 공급부(270)를 더 포함할 수 있다. 냉각재 공급부(270)는 냉각재를 수용하는 하우징(271)과, 하우징(271)과 냉각챔버(241b)를 연결하는 연결라인(272)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 하우징(271)은 주축(120)이 회전 가능하게 통과하는 제 1 하우징(276)과, 제 1 하우징(276)에 회전 가능하게 결합되는 제 2 하우징(277)을 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은 제 1 하우징(276) 및 제 2 하우징(277)은 냉각재를 수용하는 냉각재 수용부(275)를 한정한다. 이때, 제 2 하우징(276)은 선체(10)(도 1 참조)에 고정 설치되고, 제 1 하우징(276)과 제 2 하우징(277)의 결합부위에는 베어링(279)이 개재되고, 제 1 하우징(276)과 주축(120) 사이에 베어링(미도시)이 개재될 수 있다. 또한, 제 1 하우징(276)과 제 2 하우징(277)의 결합부위는 실링처리될 수 있다.
하우징(271)의 냉각재 수용부(275)와 구동모터(240)의 냉각챔버(241b)는 연결라인(272)에 의해 상호 연결될 수 있다. 이때, 연결라인(272)은 제 1 하우징(276)에 결합된다. 이와 같이 연결라인(272)이 제 1 하우징(276)에 결합된 상태로 냉각재 수용부(275)와 냉각챔버(241b)를 상호 연결함으로써, 냉각챔버(241b), 연결라인(272) 및 제 1 하우징(276)이 함께 회전할 수 있다.
본 실시예에 따른 냉각재 공급부(270)는 냉각재 수용부(275)의 내부 압력을 증가시켜 냉각재 수용부(275)에 저장된 냉각재를 냉각챔버(241b) 측으로 공급할 수 있다.
한편, 냉각재 공급부(270)의 냉각재 수용부(275)에 냉각재를 보충하기 위해 외부에서 냉각재 수용부(275)로 냉각재가 공급될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 선체
13 : 선미 보스부
100 : 선박용 추진장치
101 : 전방 프로펠러
102: 후방 프로펠러
110 : 동력부
120 : 주축
130 : 중공축
140 : 구동모터

Claims (10)

  1. 상호 반대 방향으로 회전하는 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 포함하고, 선체를 추진시키기 위한 추력을 제공하는 선박용 추진장치에 있어서,
    상기 후방 프로펠러를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 동력부;
    상기 동력부에서 제공하는 동력을 상기 후방 프로펠러로 전달하는 주축;
    상기 주축이 통과하도록 상기 주축의 길이방향으로 연장되고, 상기 전방 프로펠러가 결합되는 중공축;
    상기 중공축의 외주면에 결합되는 로터와, 상기 선체에 지지되는 스테이터를 포함하고, 상기 중공축을 상기 주축과 반대 방향으로 회전시키는 구동모터; 및
    상기 구동모터에 전기를 공급하는 전기 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 공급부로부터 상기 구동모터로 공급되는 전류의 주파수를 컨트롤하여 상기 구동모터의 회전수를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동모터는 상기 선체의 선미 보스부의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주축과 상기 중공축 사이에 윤활재 또는 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후방 프로펠러를 관통하여 후방으로 노출된 상기 주축의 단부에 프로펠러 캡이 결합되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동모터는 초전도 모터인 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동모터의 상기 로터는,
    초전도 코일; 및
    상기 초전도 코일을 냉각시키기 위한 냉각재를 수용하는 냉각챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각챔버로 냉각재를 공급하는 냉각재 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각재 공급부는,
    상기 주축이 회전 가능하게 통과하는 제 1 하우징과, 상기 선체에 고정 설치되되, 상기 제 1 하우징에 회전 가능하게 결합되어 상기 제 1 하우징과 함께 냉각재를 수용하는 냉각재 수용부를 한정하는 제 2 하우징을 포함하는 하우징; 및
    상기 냉각재 수용부와 상기 냉각챔버를 상호 연결하되 상기 제 1 하우징에 결합되는 연결라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  10. 선체; 및
    상기 선체에 설치되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 선박용 추진장치를 포함하는 선박.
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