KR20120111239A - 일체형 워터젯 전기 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 워터젯 전기 추진장치에 관한 것으로, 모터가 내장된 모터하우징과, 상기 모터하우징에 접속되고 반경방향으로 다수의 유체흡입구가 형성되며 내부에는 임펠러를 구비하고 단부는 좁아진 형태로 노즐을 구성하는 임펠러하우징과, 상기 모터로부터 동력을 전달받아 회전하며 상기 임펠러가 고정된 모터샤프트와, 상기 임펠러하우징에 내장되고 상기 임펠러를 통해 흡입된 수중의 물을 압력조절하면서 직선형태로 배출하는 레귤레이터를 포함하는 일체형 워터젯 전기 추진장치에 있어서; 상기 모터하우징의 임펠러하우징이 접속되는 반대단에 배터리하우징이 접속되되, 상기 배터리하우징에는 다수의 환형고정구와 이 환형고정구들을 결속하는 직선형고정구가 얽혀 구성된 보호프레임이 내장되고, 상기 보호프레임에는 전원공급원인 배터리팩과 제어유닛인 컨트롤박스가 내장되며; 상기 배터리하우징에는 내부커버와 외부커버가 서로 간격을 두고 이중 밀봉구조를 갖도록 조립되어 추진장치의 선단부를 구성하며; 상기 외부커버의 선단부 테두리에는 상기 배터리팩과 연결되고 인출가능한 플러그-소켓 접속구조를 갖는 충전구가 더 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 워터젯 전기 추진장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 모터와 임펠러와 배터리가 모두 하나의 하우징 안에 일체로 구성됨으로써 소형화가 가능하고, 단품제작이 용이하여 다양한 수상 장비들의 추진체로 활용될 수 있으며, 구조가 간단하고, 전기적 안정성이 높은 효과를 얻을 수 있다.

Description

일체형 워터젯 전기 추진장치{ONE BODY TYPE WATER JET ELECTRIC PROPULSION DEVICE}

본 발명은 일체형 워터젯 전기 추진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동력원과 추진체는 물론 하우징까지 모두 일체화시켜 회동력 손실을 줄이고, 이를 통해 추진효율을 극대화시킬 수 있으면서 구조가 간단하여 소형화가 가능하고 전기적 안정성을 극대화시킨 일체형 워터젯 전기 추진장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수중 추진장치는 주로 선박, 보트 혹은 잠수함이 물속에서 이동하는데 기동성을 갖도록 하기 위해 사용하는 장치이다.

이와 같이, 선박 혹은 잠수함 등에 장착되어 수상 혹은 수중에서 이용되고 있는 추진장치들은 수중 추진장치의 추진 형식, 선체의 재료 및 사용목적 등에 따라 구분할 수 있다.

보통, 수중 추진장치의 추진 형식에 따른 분류의 경우 다양한 형태가 사용되고 있지만, 프로펠러(Propeller)를 이용한 수중 추진장치를 일반적으로 많이 사용한다.

프로펠러를 이용한 수중 추진장치는 선박과 잠수함 뿐만 아니라 운전자를 위한 수중 스쿠터(Marine Scooter)에도 적용된다.

즉, 프로펠러를 이용한 수중 추진장치는 산업용, 군사용 및 스포츠 분야와 같이 매우 폭넓게 사용된다.

이때, 상기 프로펠러는 엔진 혹은 구동원으로부터 공급되는 구동력에 의해 소정 속도로 회전하며, 회전하는 프로펠러는 유체를 이동시키고, 이에 따라 선체를 수중에서 추진하게 된다.

다른 예로, 워터젯 추진방식을 들 수 있는데, 이는 선저에 개구된 흡입구로 물을 인입하고 인입된 물을 임펠러로 가압하여 선회류로 바꾸며, 디퓨저를 통해 이 선회류를 직선류로 정류한 다음 선미를 통해 워터젯 형태로 분사함으로써 추진력을 얻는 방식이다.

이러한 워터젯 추진방식을 갖는 수중 추진장치로는 등록특허 제0512390호, 등록특허 제0847947호, 등록특허 제0847946호, 등록특허 제0611243호, 등록특허 제0751846호, 공개특허 제2007-0073603호, 등록특허 제0932190호 등을 통해 확인할 수 있다.

한편, 최근 해양 레저문화의 발달에 힘입어 수면과 수중을 자유롭게 움직일 수 있는 수중 스쿠터의 보급이 활발하게 이루어지고 있는데, 이러한 수중 스쿠터에는 보통 프로펠러형 추진장치가 장착된다.

이는 워터젯 추진방식의 경우 구조가 복잡하고 부피가 크며 고속 추진을 요구하는 선체에 주로 적용되기 때문에 수중 스쿠터와 같은 소형 레포츠용 장비에는 구조상, 부피상, 비용상 여러가지 측면에서 적용하기 곤란하기 때문이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 불편한 점들을 더욱 개선하여 보다 안전하고 우수한 추진효율을 갖는 수중 스쿠터용 추진장치를 제공하기 위해 창출된 것으로, 워터젯을 발생시키는 임펠러와 구동부인 모터를 일체화시키는 형태에서 더 나아가 전원공급원인 배터리까지를 모두 하나의 하우징 형태로 완전히 일체화시켜 소형화가 가능하고, 별도의 단품으로 활용되어 레저장비, 선박의 선외기 등과 같은 기기의 추진체로 활용할 수 있도록 함으로써 그 활용폭을 극대화시킨 일체형 워터젯 전기 추진장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 모터가 내장된 모터하우징과, 상기 모터하우징에 접속되고 반경방향으로 다수의 유체흡입구가 형성되며 내부에는 임펠러를 구비하고 단부는 좁아진 형태로 노즐을 구성하는 임펠러하우징과, 상기 모터로부터 동력을 전달받아 회전하며 상기 임펠러가 고정된 모터샤프트와, 상기 임펠러하우징에 내장되고 상기 임펠러를 통해 흡입된 수중의 물을 압력조절하면서 직선형태로 배출하는 레귤레이터를 포함하는 일체형 워터젯 전기 추진장치에 있어서; 상기 모터하우징의 임펠러하우징이 접속되는 반대단에 배터리하우징이 접속되되, 상기 배터리하우징에는 다수의 환형고정구와 이 환형고정구들을 결속하는 직선형고정구가 얽혀 구성된 보호프레임이 내장되고, 상기 보호프레임에는 전원공급원인 배터리팩과 제어유닛인 컨트롤박스가 내장되며; 상기 배터리하우징에는 내부커버와 외부커버가 서로 간격을 두고 이중 밀봉구조를 갖도록 조립되어 추진장치의 선단부를 구성하며; 상기 외부커버의 선단부 테두리에는 상기 배터리팩과 연결되고 인출가능한 플러그-소켓 접속구조를 갖는 충전구가 더 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 워터젯 전기 추진장치를 제공한다.

이때, 상기 모터는 PMAC 교류 모터이고, 모터하우징 내부에 고정되는 고정자, 상기 고정자의 양측에서 완전히 밀폐하면서 누설전류가 전도되지 못하도록 비전도성 재료로 형성된 제1,2고정자브라켓, 상기 고정자와 마주보고 설치되며 모터샤프트가 일체로 고정된 회전자로 구성되고, 모터하우징 내부에는 누수감지센서가 더 구비된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 배터리하우징과 모터하우징의 외주면은 충격과 수압에 견디면서 완충기능을 갖도록 주름진 파형관 형태로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 모터와 임펠러와 배터리가 모두 하나의 하우징 안에 일체로 구성됨으로써 소형화가 가능하고, 단품제작이 용이하여 다양한 수상 장비들의 추진체로 활용될 수 있으며, 구조가 간단하고, 전기적 안정성이 높은 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 워터젯 전기 추진장치를 보인 일부 절개 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 워터젯 전기 추진장치의 요부 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 워터젯 전기 추진장치의 외관 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 일체형 워터젯 전기 추진장치를 수중 스쿠터에 장착한 사용예를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 일체형 워터젯 전기 추진장치의 모터부 구성을 상세하게 보인 확대 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 워터젯 전기 추진장치는 외부커버(100)와 내부커버(200)가 이중으로 커버링되는 형태를 갖는다.

이때, 상기 외부커버(100)는 추진장치의 선단에 설치되고, 상기 외부커버(100)의 내부에 내부커버(200)가 다시 한번 설치되어 서로 플랜지 결합되게 구성됨으로써 외부의 충격으로 인해 외부커버(100)가 파손되더라도 내부커버(200)가 한번 더 수밀기능을 담당하도록 함으로써 핵심 부품들인 컨트롤박스(330), 배터리팩(340) 등으로 물이 침투되지 못하도록 이중 수밀 구조를 갖추어 안전성을 높이도록 구성된다.

여기에서, 추진장치의 선단부 커버 구조를 이중 수밀 구조로 갖추는 이유는 수밀성을 높이기 위한 것이며, 본 발명에 따른 추진장치는 수중장비 또는 수상장비 모두에 탑재되어 사용될 수 있다.

아울러, 상기 외부커버(100)와 내부커버(200) 사이의 공간에는 수중 활동에 필요한 다양한 종류의 센서를 장착할 수도 있다.

특히, 상기 외부커버(100)와 내부커버(200) 사이의 공간 상에는 누수감지센서(미도시)가 반드시 설치되어야 하는데, 이는 외부커버(100)의 파손 상태를 즉시 감지하여 내부커버(200)가 파손되기 전에 운전자에게 이를 통지하여 잠수를 중단하고 수면 위로 부상할 수 있도록 유도하기 위함이다.

그리고, 상기 내부커버(200)에는 배터리하우징(300)이 기밀을 유지한 채 접속된다.

상기 배터리하우징(300)은 전원을 공급하기 위한 동력원인 배터리팩(340)을 내부에 수납한다.

이때, 상기 배터리팩(340)은 수밀성 뿐만 아니라 외부 충격에 대해서도 충분히 견딜 수 있어야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 상기 배터리팩(340)을 보호할 수 있도록 도 2와 같이 다수의 환형고정구(310)가 일정간격으로 배열되고, 이들을 길이방향으로 연결하여 결속하는 직선형고정구(320)를 배치한 뼈대, 즉 보호프레임(F)이 구비된다.

그리하여, 상기 보호프레임(F) 내부에 배터리팩(340)이 수납되며, 동시에 제어를 위한 컨트롤박스(330)도 함께 고정된다.

따라서, 상기 컨트롤박스(330)와 배터리팩(340)은 뼈대 형태의 보호프레임(F)에 의해 안전하게 보호된다.

그리고, 상기 보호프레임(F)은 배터리하우징(300) 내주면에 고정된 고정브라켓(B, 도 1 참조)에 직선형고정구(320)가 결속되는 형태로 장착된다.

또한, 상기 외부커버(100)의 선단부 테두리에는 충전구(C, 도 3 참조)가 마련되고, 상기 충전구(C)는 상기 배터리팩(340)과 연결되는데, 통상 인출가능한 플러그-소켓 접속구조를 갖추어 외부전원으로부터 전기를 충전할 수 있도록 구성된다.

뿐만 아니라, 상기 배터리하우징(300)의 외주면은 파형(원형 요철이 다수 반복된 형태)을 갖도록 이루어져 외부의 충격 및 수압에 충분히 견딜 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 배터리하우징(300)에는 모터하우징(400)이 접속된다.

그리고, 상기 모터하우징(400)에는 모터(Motor)(430)가 내장되고, 또한 모터하우징(400)에는 임펠러(520)가 내장된 임펠러하우징(500)이 접속된다.

이때, 상기 임펠러하우징(500)은 길이 일부가 테이퍼지게 형성되며, 또한 수중의 물을 흡입할 수 있도록 물의 통로를 이루는 다수의 유체흡입구(510)가 반경방향으로 일정간격을 두고 형성된다.

뿐만 아니라, 상기 임펠러하우징(500)의 단부는 길게 연장되어 상기 유체흡입구(510)로 흡입된 물을 토출(분사)시킬 수 있도록 노즐(540)이 형성된다.

또한, 상기 모터하우징(400)은 상기 모터(430)가 외부 유체와 접촉되지 않도록 긴밀히 씰링되는 구조로 이루어진다.

여기에서, 상기 모터(430)는 기존과 달리 PMAC(Permanment Magnet Alternative Current) 모터로서 교류 모터이며, 고정자(410)와 회전자(420)가 서로 마주보는 멧돌형으로 구비된다.

이때, 상기 고정자(410)는 도 5에 도시된 바와 같이, 좌,우 양측에서 제1,2고정자브라켓(B1,B2)에 의해 커버링 되면서 완전히 밀폐되므로 수밀성은 물론 전기 전도를 방지하여 안전성을 극대화시킨다.

더욱이, 상기 고정자(410)의 권선 또는 고정자(410)의 이상으로 인하여 누설전류가 발생했을 때 이 누설전류가 전도되지 못하도록 하기 위해 상기 제1,2고정브라켓(B1,B2)은 비전도성 재질로 제조된다.

특히, 직류 모터가 아닌 교류 모터를 적용함으로써 전압 변환이 용이하고, 아크 발생을 없애 안전성을 극대화시킬 수 있다.

덧붙여, 상기 모터하우징(400)의 외관은 도시된 바와 같이, 주름살 형태의 파형관이 되게 하여 외부의 수압 또는 충격으로부터 내부에 구비된 모터(430)를 완벽하게 보호할 수 있도록 완충기능을 갖게 구성함이 특히 바람직하다.

더욱 더 바람직하기로는, 상기 모터하우징(400)의 외주면에 다수의 방열핀을 형성하여 방열기능을 갖도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 모터하우징(400)과 임펠러하우징(500)의 내부 중심에는 모터샤프트(440)가 설치되고, 상기 모터샤프트(440)에는 임펠러(520)가 고정된다.

아울러, 상기 모터하우징(400) 내부에는 유체의 유입 여부를 확인할 수 있는 누수감지센서(S)가 설치되어 누수시 즉시 조치할 수 있도록 구성된다.

이 경우, 상기 누수감지센서(S)에 의한 누수여부 감지는 물이 장비 내부로 유입시 운전자가 컨트롤박스(330)를 통해 즉시 확인 가능하며, 필요에 따라 램프를 점멸시키거나 알람을 발생시키는 등의 방식으로 운전자에게 고지하도록 구성할 수 있다.

그리고, 상기 상기 임펠러(520)는 추진 수단으로서, 상기 유체흡입구(510)를 통해 유입된 물을 노즐(540)을 통해 선체 외부로 강하게 토출(분사)시키는 워터젯을 형성함으로써 수중장비 또는 수상장비가 추진될 수 있도록 하여 준다.

이때, 상기 임펠러하우징(500) 내부에는 상기 임펠러(520)를 통해 유입된 유체의 회전에너지를 직선에너지로 변환시키기 위한 레귤레이터(530)가 더 구비된다.

이때, 상기 레귤레이터(530)는 상기 변환 기능 외에 유입된 유체의 압력을 일정하게 유지시키는 기능도 수행하며, 이 경우 모터샤프트(440)의 유동(진동, 흔들림)을 극소화시키기 위해 모터샤프트(440)와 레귤레이터(530) 사이에는 베어링하우징(도면번호 생략)이 구비될 수 있다.

마지막으로, 노즐(540)은 레귤레이터(530)로부터 토출되는 토출구를 작게 하여 토출압이 큰 속도에너지로 전환될 수 있도록 하여 줌이 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 추진장치는 예컨대, 도 4와 같은 형태로 수중 스쿠터(600)에 장착될 수 있다.

만약, 도시된 수중 스쿠터(600)에 장착될 경우에는 수중 스쿠터(600)의 본체하우징(610) 내부로 완전히 삽입되어 일체화되는 구조를 가짐이 바람직하다.

여기에서, 도 4의 예시는 상기 추진장치가 수중 스쿠터(600)에 적용된 예를 설명하는 것에 불과하며, 반드시 수중 스쿠터(600)에만 장착되는 것으로 한정하는 것은 아니고, 다양한 종류의 수중장비 또는 수상장비에 탑재될 수 있음은 물론이다.

추진 과정은, 회전자(420)가 회전하면 그와 일체로 연결된 모터샤프트(440)가 회전하면서 상기 모터샤프트(440)에 설치된 임펠러(520)가 회전하게 된다.

그러면, 임펠러(520) 주변의 공기 또는 물이 노즐(540)을 통해 분사되고, 동시에 임펠러(520)의 선단 쪽에 위치한 임펠러하우징(500) 내부는 압력이 낮아지게 된다.

이에 따라, 수중의 물이 유체흡입구(510)를 통해 임펠러하우징(500) 내부로 유입되고, 유입된 물은 다시 임펠러(520)와 레귤레이터(530)를 거쳐 노즐(540)을 통해 분사되면서 선체에 추진력을 제공하게 된다.

이와 같은 과정을 반복하면서 선체는 수중을 자유롭게 주행할 수 있게 된다.

이때, 본 발명에서는 모터샤프트(440)가 하나의 샤프트로 구성되어 있기 때문에 모터에서 발생된 동력을 임펠러(520)로 전달하는데 있어 동력손실이 극소화된다.

뿐만 아니라, 모터샤프트(440)의 흔들림(유동, 진동)도 극소화되게 되는데, 특히 모터샤프트(440)가 관통하거나 설치되는 부분에는 베어링하우징(미도시)이 개재되어 있기 때문에 흔들림 현상을 더욱 더 극소화시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명 추진장치는 배터리하우징(300), 모터하우징(400), 임펠러하우징(500)이 완전히 일체형으로 구성되어 있기 때문에 이 장치 자체로서 하나의 단품이 되고, 이를 필요한 수중장비 또는 수상장비에 탑재시키기만 하면 곧바로 수중에서 추진력을 갖고 신속한 기동성을 확보할 수 있게 된다.

무엇보다도, 하우징들의 외관, 내,외부커버 등의 안전장치, 그리고 누수감지센서와 같은 수단을 통해 사용상 안전성이 더욱 증대된다.

100 : 외부커버　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 200 : 내부커버
300 : 배터리하우징　　　　　　　　　　　　　　　　　 400 : 모터하우징
500 : 임펠러하우징

Claims (3)

1. 모터(430)가 내장된 모터하우징(400)과, 상기 모터하우징(400)에 접속되고 반경방향으로 다수의 유체흡입구(510)가 형성되며 내부에는 임펠러(520)를 구비하고 단부는 좁아진 형태로 노즐(540)을 구성하는 임펠러하우징(500)과, 상기 모터(430)로부터 동력을 전달받아 회전하며 상기 임펠러(520)가 고정된 모터샤프트(440)와, 상기 임펠러하우징(500)에 내장되고 상기 임펠러(520)를 통해 흡입된 수중의 물을 압력조절하면서 직선형태로 배출하는 레귤레이터(530)를 포함하는 일체형 워터젯 전기 추진장치에 있어서;
   상기 모터하우징(400)의 임펠러하우징(500)이 접속되는 반대단에 배터리하우징(300)이 접속되되, 상기 배터리하우징(300)에는 다수의 환형고정구(310)와 이 환형고정구(310)들을 결속하는 직선형고정구(320)가 얽혀 구성된 보호프레임(F)이 내장되고, 상기 보호프레임(F)에는 전원공급원인 배터리팩(340)과 제어유닛인 컨트롤박스(330)가 내장되며;
   상기 배터리하우징(300)에는 내부커버(200)와 외부커버(100)가 서로 간격을 두고 이중 밀봉구조를 갖도록 조립되어 추진장치의 선단부를 구성하며;
   상기 외부커버(100)의 선단부 테두리에는 상기 배터리팩(340)과 연결되고 인출가능한 플러그-소켓 접속구조를 갖는 충전구(C)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 워터젯 전기 추진장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 모터(430)는 PMAC 교류 모터이고, 모터하우징(400) 내부에 고정되는 고정자(410), 상기 고정자(410)의 양측에서 완전히 밀폐하면서 누설전류가 전도되지 못하도록 비전도성 재료로 형성된 제1,2고정자브라켓(B1,B2), 상기 고정자(410)와 마주보고 설치되며 모터샤프트(440)가 일체로 고정된 회전자(420)로 구성되고;
   상기 모터하우징(400) 내부에는 누수감지센서(S)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 일체형 워터젯 전기 추진장치.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 배터리하우징(300)과 모터하우징(400)의 외주면은 충격과 수압에 견디면서 완충기능을 갖도록 주름진 파형관 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 워터젯 전기 추진장치.

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