KR20130100521A - 추진장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

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Abstract

추진장치 및 선박이 제공된다. 본 실시예에 따르면, 구동 샤프트; 상기 구동 샤프트에 결합되고, 상기 구동 샤프트에 의해 회전되는 메인 프로펠러; 상기 메인 프로펠러의 하류 측에 배치되도록 구동 샤프트에 삽입되는 서브 프로펠러; 및 상기 구동 샤프트와 서브 프로펠러 사이에 배치되는 기어부를 포함하는 추진장치를 제공한다.

Description

추진장치 및 이를 구비한 선박{PROPULSION APPARATUS AND SHIP HAVING THE SAME}
본 발명은 프로펠러를 가진 추진체의 추진효율을 향상시키고 추진체에 가해지는 진동을 감소시킬 수 있는 추진장치 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
일반적으로 추진장치는 추진체에 설치되어 추진체에 추진력을 제공한다. 추진체에는 선박이나 해양 구조물 등이 있다. 선박이나 해양 구조물에는 선미에 추진장치가 설치될 수 있다.
프로펠러 형식의 추진체의 추진효율은 회전하는 프로펠러가 얼마나 강하게 액체(또는 기체)를 밀어 주느냐에 따라 추진효율이 결정된다. 일반적으로 프로펠러 형식의 추진장치는 동력원, 샤프트 및 프로펠러 등으로 구성되어 있다. 이때, 동일한 동력원인 경우 프로펠러의 형상에 따라 추진효율(추진력)이 결정된다. 그 프로펠러 형상은 많은 기술적 노하우 및 경험에 의해 축적되어 더 이상 형상 변경만으로는 추진효율을 향상시키는데 한계에 이르렀다. 이에 이중(또는 복수) 프로펠러를 적용하여 액체(또는 기체)를 더 강하게 밀어내어 추진력 향상을 이룰 수 있고, 이때 이중(또는 복수) 프로펠러 회전방향을 각각 상반되게 하여 추진효율을 극대화할 수 있다. 이때의 상반회전 되는 각 프로펠러는 각각의 동력원 및 각각의 동력전달축(샤프트)을 구비하게 됨에 따라 구조가 복잡하고 비용이 증가되는 단점이 있다.
또한, 추진장치의 프로펠러가 빠른 속도로 회전되면, 블레이드를 스치는 물의 속도가 빨라지게 됨에 따라 프로펠러의 하류 측에는 압력이 현저히 떨어진다. 압력이 포화 수증기압까지 떨어지게 됨에 따라 많은 양의 기포가 발생될 수 있다. 기포는 프로펠러에서 좀 더 멀어진 후 주위의 높은 압력에 의해 급격히 물에 흡수될 수 있다. 이때, 기포들이 수축하면서 프로펠러의 하류 측에 엄청난 압력 변화를 유발하므로, 프로펠러의 상류 측과 하류 측의 압력차에 의해 프로펠러에 진동이 발생될 수 있다. 프로펠러의 진동은 추진체에 전달되어 추진체의 전체 진동 수준을 높일 수 있다. 그러므로, 추진체의 진동 수준을 낮출 수 있는 추진장치가 요구되고 있다.
일본공개특허공보 특개 제2008-126830호에는 이중 반전 포트 프로펠러를 갖는 선박이 개시되어 있다. 2개의 프로펠러에는 2개의 모터가 연결될 수 있다. 2개의 프로펠러가 반대로 회전됨에 의해 진동 수준을 낮출 수 있다. 그러나, 상기 이중 반전 포트 프로펠러는 2개의 모터를 이용하여 2개의 프로펠러를 반대로 회전시키므로, 구조가 복잡하고 비용이 증가할 수 있다.
본 발명은 1개의 동력원 및 1개의 동력전달축(샤프트)으로 이중의 프로펠러를 구동하고, 각각의 프로펠러는 상반회전 또는 두 프로펠러 상호간의 회전수 차이가 있는 동반회전 프로펠러를 적용하여 추진효율을 향상시키고, 추진체에 전달되는 진동을 감소시킬 수 있는 추진장치와 이를 구비한 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 구동 샤프트; 상기 구동 샤프트에 결합되고, 상기 구동 샤프트에 의해 회전되는 메인 프로펠러; 상기 메인 프로펠러의 하류 측에 배치되도록 구동 샤프트에 삽입되는 서브 프로펠러; 및 상기 구동 샤프트와 서브 프로펠러 사이에 배치되는 기어부를 포함하는 추진장치를 제공한다.
상기 기어부는, 상기 구동 샤프트의 외주면에 형성된 외접기어; 상기 서브 프로펠러의 허브의 내주면에 형성된 내접기어; 및 상기 외접기어와 내접기어에 맞물리도록 상기 외접기어와 내접기어 사이에 배치되어 배치되어 상기 서브 프로펠러가 메인 프로펠러와 정방향 또는 역방향으로 회전이 가능하게 하는 다수의 위성기어를 포함할 수 있다.
상기 다수의 위성기어는 외접기어와 내접기어 사이에서 공전과 자전이 가능하도록 설치될 수 있다.
상기 외접기어, 내접기어 및 다수의 위성기어는 평기어일 수 있다.
상기 외접기어, 내접기어 및 다수의 위성기어는 헬리컬 기어일 수 있다.
상기 서브 프로펠러는 위성기어의 자전 및 공전에 따라 메인 프로펠러와 동일 방향 또는 반대 방향으로 회전될 수 있다.
상기 서브 프로펠러는 2개 이상의 서브 블레이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 추진장치가 설치된 선박을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 일반적인 (메인)추진기에 별도의 동력원 및 동력전달축(샤프트) 추가 없이 기어를 이용하여 회전하는 서브 프로펠러를 추가로 설치함으로써 수류(또는 기류)의 흐름을 더욱 효과적으로 밀어내어 추진체의 추진효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 동력 전달축(샤프트)을 통하여 추진체에 전달되는 메인 프로펠러의 회전진동을 서브 프로펠러에 전달 및 흡수함에 따라 추진체로 전달되는 진동을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치가 적용된 선박의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 추진장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 추진장치를 구성하는 기어부의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 추진장치를 구성하는 기어부의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 추진장치에서 외접기어, 내접기어 및 위성기어의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 추진장치에서 외접기어와 내접기어의 기어비에 따른 정속 상반회전, 메인 및 서브 프로펠러 상호간 회전저항이 없을 때에, 위성기어가 공전하지 않고 자전만 하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 1의 추진장치에서 위성기어의 상반공전에 따른 비정속 상반회전, 메인 프로펠러 회전방향에 역류하는 힘이 서브 프로펠러에 크게 작용할 때에, 위성기어가 공전과 자전하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 1의 추진장치에서 위성기어의 동반회전에 따른 비정속 동반회전, 메인 및 서브 프로펠러 상호간 회전방향은 동일하나 회전압력(회전저항) 차이가 있을 때에, 위성기어가 공전 및 자전하는 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 도 1의 추진장치에서 위성기어 역할이 없는 동반 등속회전, 서브 프로펠러에 작용하는 회전 저항이 없을 때에 위성기어가 자전하지 않고 공전만 하는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치는 선박, 해양 구조물, 풍력발전기 등 다양한 추진체에 적용이 가능하다. 아래에서는 추진장치가 선박에 적용된 경우를 일 예로 하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치가 적용된 선박의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 추진장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선체의 선미에는 추진장치(100)가 설치될 수 있다. 추진장치(100)는 디젤 엔진이나 가스 터빈 등의 구동부(미도시)에 연결될 수 있다.
추진장치(100)는 구동 샤프트(110), 메인 프로펠러(120), 서브 프로펠러(130) 및 기어부(140)를 포함할 수 있다.
구동 샤프트(110)는 구동부(미도시)에 연결될 수 있다. 이때, 구동 샤프트(110)는 구동부에 직접적으로 연결되거나 기어박스에 의해 연결될 수 있다.
메인 프로펠러(120)는 구동 샤프트(110)에 연결될 수 있다. 구동 샤프트(110)는 구동부의 동력에 의해 회전되고, 메인 프로펠러(120)는 구동 샤프트(110)의 회전력에 의해 회전된다. 메인 프로펠러(120)는 구동 샤프트(110)에 결합되는 메인 허브(121)와, 상기 메인 허브(121)의 둘레에 방사상으로 형성되는 2개 이상의 메인 블레이드(123)를 포함할 수 있다.
서브 프로펠러(130)는 구동 샤프트(110)에 삽입된다. 서브 프로펠러(130)는 수류와 기어부에 의해 회전되므로, 실질적으로 구동원 없이 무동력으로 회전될 수 있다.
서브 프로펠러(130)는 메인 프로펠러(120)의 상류 또는 하류 측에 배치될 수 있다. 서브 프로펠러(130)는 구동 샤프트(110)의 회전력에 의해 회전되지 않는다. 서브 프로펠러(130)는 구동 샤프트(110)에 삽입되는 서브 허브(131)와, 상기 서브 허브(131)의 둘레에 방사상으로 형성되는 2개 이상의 서브 블레이드(133)를 포함할 수 있다.
기어부(140)는 구동 샤프트(110)와 서브 프로펠러(130)의 서브 허브(131) 사이에 배치될 수 있다. 기어부(140)는 외접기어(141), 내접기어(143) 및 다수의 위성기어(145)를 포함할 수 있다.
외접기어(141)는 구동 샤프트(110)의 외주면에 형성될 수 있다. 내접기어(143)는 서브 프로펠러(130)의 서브 허브(131)의 내주면에 형성될 수 있다. 다수의 위성기어(145)는 외접기어(141)와 내접기어(143) 사이에 배치되어 상기 외접기어(141)와 내접기어(143)에 맞물리도록 설치될 수 있다. 위성기어(145)는 적어도 3개 이상 설치될 수 있다. 도 2에서는 4개의 위성기어(145)가 설치된 경우를 도시하였으나, 위성기어(145)는 추진 장치의 크기, 추진 용량 등을 감안하여 적절한 개수가 선택될 수 있다. 또한, 외접기어(141), 내접기어(143) 및 다수의 위성기어(145)는 적절한 기어비로 조절될 수 있다.
다수의 위성기어(145)는 외접기어(141)와 내접기어(143) 사이에서 회전축과 같은 구성에 의해 고정 내지 구속되지 않는다. 위성기어(145)들은 구동 샤프트(110)의 회전축을 중심으로 자전과 공전을 자유롭게 할 수 있다. 다수의 위성기어(145)는 서브 프로펠러(130)에 작용하는 수류의 선회 압력에 따라 자전 또는 공전될 수 있다. 또한, 서브 프로펠러(130)는 위성기어(145)의 자전 및 공전과 수류의 압력에 따라 메인 프로펠러(120)와 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전될 수 있다. 즉, 서브 프로펠러(130)는 구동 샤프트(110)의 회전력과 메인 프로펠러(120) 및 서브 프로펠러(130)에 작용하는 수류의 선회 압력과의 상대적인 차이에 의해 메인 프로펠러(120)와는 독립적으로 회전될 수 있다. 이에 관해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
도 1에서 메인 프로펠러와 서브 프로펠러 사이의 구간은 수류 조정구간이고, 메인 및 서브 프로펠러에서 수류가 형성된 구간을 추진력 발생구간이라고 정의한다.
도 3은 추진장치를 구성하는 기어부의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 외접기어(141)에는 구동 샤프트(110)의 중심축과 평행하도록 톱니가 형성될 수 있다. 내접기어(143)에는 구동 샤프트(110)의 중심축과 평행하도록 톱니가 형성될 수 있다. 위성기어(145)에는 구동 샤프트(110)의 중심축과 평행하도록 톱니가 형성될 수 있다. 이러한 외접기어(141), 내접기어(143) 및 다수의 위성기어(145)는 평기어를 이룬다.
도 4는 추진장치를 구성하는 기어부의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 외접기어(141)에는 구동 샤프트(110)의 중심축과 경사진 형태의 톱니가 형성될 수 있다. 내접기어(143)에는 구동 샤프트(110)의 중심축과 경사진 형태의 톱니가 형성될 수 있다. 위성기어(145)에는 구동 샤프트(110)의 중심축과 경사진 형태의 톱니가 형성될 수 있다. 이러한 외접기어(141), 내접기어(143) 및 다수의 위성기어(145)는 헬리컬 기어를 이룬다.
헬리컬 기어의 톱니는 경사지면서 곡면을 가지므로, 톱니의 맞물림이 부드러워지고 원활진다. 따라서, 평기어에 비해 진동이나 소음이 감소되고 톱니의 맞물림 길이가 길어져 상대적으로 큰 힘을 전달할 수 있다.
상기한 추진장치는 위성기어(145)가 어느 방향으로 회전하느냐, 얼마의 회전수로 공전 또는 자전을 하느냐에 따라서 서브 프로펠러(130)의 회전방향 및 회전수가 결정되고 그에 따라 추진 효율이 결정된다. 또한, 추진장치는 메인 프로펠러 및 서브 프로펠러 간의 상류와 하류의 압력차에 따라 위성기어의 공전 및 자전이 변화될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 5는 추진장치에서 외접기어, 내접기어 및 위성기어의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 추진장치는 외접기어(141), 내접기어(143) 및 위성기어(145)의 직경에 따라 기어비가 결정될 수 있다. 아래의 [표 1]은 추진장치의 직경과 원호 길이에 관한 일 예이다.
피치원 지름(cm) 외주면 원호 길이(cm)
외접기어(141)(D1) 1000 3141.6
위성기어(145)(D2) 500 1570.8
내접기어(143)(D3) 2000 6283.2
구동 샤프트(110)의 회전 중심과 위성기어(145)의 회전 중심(D4) 1500 4712.4
도 6은 추진장치에서 외접기어와 내접기어의 기어비에 따른 정속 상반회전, 메인 및 서브 프로펠러 상호간 회전저항이 없을 때에, 위성기어가 공전하지 않고 자전만 하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 추진장치의 초기 구동시에는 메인 프로펠러(120)가 정상 속도보다 저속으로 회전되고, 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류 측의 회전 압력차가 상대적으로 감소될 수 있다. 구동 샤프트(110)가 회전되면, 위성기어(145)가 구동 샤프트(110)와 반대방향으로 자전하게 될 수 있다. 이때, 서브 프로펠러(130)는 수류의 압력과 위성기어(145)의 작용에 의해 반시계방향으로 회전될 수 있다. 이에 관한 일 예를 설명하기로 한다.
구동 샤프트(110)가 시계방향으로 10회전되는 경우, 외접기어(141)의 회전 거리, 위성기어(145)의 자전 회전수 및 회전방향, 내접기어(143)의 회전수 및 회전방향은 다음과 같다.
(1) 외접기어(141)의 회전 거리: π×1000×10=3.1416cm
(2) 위성기어(145)의 자전 회전수: 3.1416/(π×500)=20 회전
(3) 위성기어(145)의 자전 방향: 반시계 방향
(4) 내접기어(143)의 회전수: 3.1416/(π×2000)=5 회전
(5) 내접기어(143)의 회전방향: 반시계방향
이처럼, 위성기어(145)는 외접기어(141)와 반대방향으로 자전하고, 내접기어(143)는 외접기어(141)와 반대방향으로 회전된다. 이때, 위성기어(145)는 구동 샤프트(110)를 중심으로 공전되지 않고 위성기어(145)의 회전중심을 기준으로 자전만 된다. 따라서, 메인 프로펠러(120)가 시계방향으로 10회 회전될 때에, 서브 프로펠러(130)는 반시계방향으로 5회 회전될 수 있다. 즉, 상반회전되는 서브 프로펠러(130)로 인하여 액체(또는 기체)를 더욱 강하게 밀어내어 추진효율을 향상시킬 수 있다.
서브 프로펠러(130)가 메인 프로펠러(120)의 하류 측에서 나선형의 수류를 상대적으로 선형(linear)으로 형성되도록 하므로, 메인 프로펠러(120)에서의 추진 효율이 증가될 수 있다. 또한, 서브 프로펠러(130)가 메인 프로펠러(120)의 하류 측에서 난류 발생을 억제하므로, 메인 프로펠러(120)에 진동이 전달되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 7은 추진장치에서 위성기어의 상반공전에 따른 비정속 상반회전, 메인 프로펠러 회전방향에 역류하는 힘이 서브 프로펠러에 크게 작용할 때에, 위성기어가 공전과 자전하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 메인 프로펠러(120)가 회전됨에 따라 메인 프로펠러(120)의 하류 측에는 강력한 수류가 발생될 수 있다. 즉, 기포가 긴급하게 수축함에 의해 강력한 수류가 비정상적으로 발생될 수 있다. 이때, 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류 측의 압력차가 현저히 큰 차이를 보일 수 있다. 이러한 압력차는 서브 프로펠러(130)에 작용할 수 있다. 구동 샤프트(110)가 회전되면, 위성기어(145)가 구동 샤프트(110)와 반대방향으로 자전 및 공전하게 된다. 이때, 서브 프로펠러(130)는 수류의 강력한 압력과 위성기어(145)의 작용에 의해 반시계방향으로 메인 프로펠러(120)보다 빠르게 회전될 수 있다. 이에 관한 일 예를 설명하기로 한다.
구동 샤프트(110)가 시계방향으로 10회 회전되는 경우, 외접기어(141)의 회전 거리, 위성 기어의 자전 및 공전 회전수 및 회전방향, 내접기어(143)의 회전수 및 회전방향은 다음과 같다.
(1) 외접기어(141)의 회전 거리: π×1000×10=3.1416cm
(2) 위성기어(145)의 공전 회전수: 3.1416/(π×1500)=6.6667 회전
(3) 위성기어(145)의 공전 방향: 반시계방향(구동 샤프트(110)와 반대 방향)
(4) 위성기어(145)의 자전 회전수: 3.1416/(π×500)=20 회전
(5) 위성기어(145)의 자전 방향: 반시계 방향
(6) 내접기어(143)의 회전수: 3.1416/(π×2000)=11.6667 회전
(7) 내접기어(143)의 회전방향: 반시계방향
이처럼, 내접기어(143)의 회전수는 위성기어(145)의 공전 및 자전 대비 내접 기어의 비(ratio)이다. 위성기어(145)가 공전하지 않고 자전만 되는 경우, 위성기어(145)의 자전이 20회 일 때에 내접기어(143)는 5회 회전된다. 이때, 내접기어(143)의 회전수는 위성기어(145)의 반시계방향 공전 회전수(6.6667 회전)와, 위성기어(145)의 반시계방향 자전시 내접기어(143)의 회전수(5회전)의 합이 된다. 즉, 내접기어(143)의 회전수 및 회전방향은 6.6667+5=11.6667회, 반시계방향이다. 즉, 상반회전되는 서브 프로펠러(130)로 인해 액체(또는 기체)를 더욱 강하게 밀어 내어 추진효율을 향상시킬 수 있다.
위성기어(145)는 외접기어(141)와 반대방향으로 자전 및 공전하고, 내접기어(143)는 외접기어(141)와 반대방향으로 회전된다. 따라서, 메인 프로펠러(120)가 시계방향으로 10회 회전될 때에, 서브 프로펠러(130)는 반시계방향으로 11.6667회 회전될 수 있다. 이러한 경우는 극히 드물게 발생될 것이다.
도 8은 추진장치에서 위성기어의 동반회전에 따른 비정속 동반회전, 메인 및 서브 프로펠러 상호간 회전방향은 동일하나 회전압력(회전저항) 차이가 있을 때에, 위성기어가 공전 및 자전하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 추진장치가 일정 시간 이상 구동되면, 메인 프로펠러(120)는 정상 속도로 회전되고, 서브 프로펠러(130)에는 메인 프로펠러(120)와 같은 방향으로 나선형의 수류가 작용할 수 있다. 이때, 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류 측의 압력차는 정상적으로 형성될 수 있다.
구동 사프트(110)가 회전되면, 위성기어(145)가 구동 사프트(110)와 반대방향으로 자전하고 구동 샤프트(110)와 동일한 방향으로 공전할 수 있다. 이때, 서브 프로펠러(130)는 수류의 유동 방향과 위성기어(145)의 작용에 의해 시계방향으로 회전될 수 있다. 이에 관한 일 예를 설명하기로 한다.
구동 샤프트(110)가 시계방향으로 10회 회전되는 경우, 외접기어(141)의 회전 거리, 위성 기어의 자전 및 공전 회전수 및 회전방향, 내접기어(143)의 회전수 및 회전방향은 다음과 같다.
(1) 외접기어(141)의 회전 거리: π×1000×10=3.1416cm
(2) 위성기어(145)의 공전 회전수: 3.1416/(π×1500)=6.6667 회전
(3) 위성기어(145)의 공전 방향: 시계방향(구동 샤프트(110)와 동일 방향)
(4) 위성기어(145)의 자전 회전수: 3.1416/(π×500)=20 회전
(5) 위성기어(145)의 자전 방향: 반시계 방향
(6) 내접기어(143)의 회전수: 3.1416/(π×2000)=1.6667 회전
(7) 내접기어(143)의 회전방향: 시계방향
이처럼, 내접기어(143)의 회전수는 위성기어(145)의 공전 및 자전 대비 내접 기어의 비(ratio)이다. 위성기어(145)가 공전하지 않고 자전만 되는 경우, 위성기어(145)의 자전이 20회 일 때에 내접기어(143)는 5회 회전된다. 이때, 내접기어(143)의 회전수는 위성기어(145)의 시계방향 공전 회전수(6.6667 회전)와, 위성기어(145)의 반시계방향 자전시 내접기어(143)의 회전수(5회전)의 차이가 된다. 즉, 내접기어(143)의 회전수 및 회전방향은 6.6667-5=1.6667회, 시계방향이다.
위성기어(145)는 외접기어(141)와 반대방향으로 자전하고 동일방향으로 공전하며, 내접기어(143)는 외접기어(141)와 동일방향으로 회전된다. 따라서, 메인 프로펠러(120)가 시계방향으로 10회 회전될 때에, 서브 프로펠러(130)는 시계방향으로 1.6667회 회전될 수 있다. 즉, 메인 프로펠러(120)와 서브 프로펠러(130)의 회전수 차이로 인해 액체(또는 기체)를 더욱 강하게 밀어 내어 추진효율을 향상시킨다.
도 9는 추진장치에서 위성기어 역할이 없는 동반 등속회전, 서브 프로펠러에 작용하는 회전 저항이 없을 때에 위성기어가 공전 및 자전하는 상태를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 메인 프로펠러(120)가 회전됨에 따라 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류 측에는 압력차가 크게 발생될 수 있다. 구동 샤프트(110)가 회전되면, 위성기어(145)가 구동 샤프트(110)와 동일한 방향으로 공전하고 자전은 하지 않게 된다. 이때, 서브 프로펠러(130)는 수류의 강력한 압력과 위성기어(145)의 작용에 의해 메인 프로펠러(120)와 동일한 방향으로 회전될 수 있다. 이에 관한 일 예를 설명하기로 한다.
구동 샤프트(110)가 시계방향으로 10회 회전되는 경우, 외접기어(141)의 회전 거리, 위성 기어의 자전 및 공전 회전수 및 회전방향, 내접기어(143)의 회전수 및 회전방향은 다음과 같다.
(1) 위성기어(145)의 자전 회전수: 0 회전
(2) 위성기어(145)의 공전 회전수: 10 회전
(3) 위성기어(145)의 회전 방향: 시계방향
(4) 내접기어(143)의 회전수: 10 회전
(5) 내접기어(143)의 회전 방향: 시계방향
이처럼, 위성기어(145)는 자전하지 않고 공전만 된다. 이때, 위성기어(145)는 외접기어(141)와 동일한 속도 동일한 방향으로 공전되므로, 내접기어(143)는 외접기어(141)와 동일한 속도 및 동일한 방향으로 회전된다. 따라서, 메인 프로펠러(120)가 시계방향으로 10회 회전될 때에, 서브 프로펠러(130)는 시계방향으로 10회 회전될 수 있다. 이러한 경우는 극단적인 경우로써 이중 프로펠러로서 의미없는 경우일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치(100)는 상기한 바와 같이 4가지 케이스로 운전될 수 있다. 그런데, 메인 프로펠러(120)의 상류와 하류간의 압력차가 변경될 경우 상기한 운전 케이스는 수시로 변경될 수 있다. 예를 들면, 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류 측의 압력차가 작다가 메인 프로펠러(120)의 하류 측에서 압력이 급격하게 증가하는 경우, 도 6과 같이 운전되던 메인 프로펠러(120)와 서브 프로펠러(140)는 도 7과 같이 운전될 수 있다. 또한, 메인 프로펠러(120)의 하류측에서 압력이 현저히 크게 작용하다가 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류 측의 압력차가 정상적으로 변하는 경우, 도 7과 같이 운전되던 메인 프로펠러(120)와 서브 프로펠러(140)는 도 8과 같이 구동될 수 있다. 이처럼 메인 프로펠러(120)의 상류 측과 하류측의 압력차가 변경되면 서브 프로펠러(140)와 위성기어(145)의 회전방향 및 회전속도가 변경되므로, 상기 메인 프로펠러(120)와 서브 프로펠러(140)의 회전방향 및 회전속도가 도 6 내지 도 9 중 어느 하나의 구동 상태로 수시로 변경될 수 있다. 따라서, 수류의 변화에 따라 탄력적으로 대응하여 추진효율을 향상시키고 진동을 감소시킬 수 있다.
상기와 같이, 위성기어(145)는 메인 프로펠러(120)의 회전력과, 무동력의 서브 프로펠러(130)에 작용하는 회전 저항의 차이를 자동으로 조절할 수 있다. 또한, 위성기어(145)는 구동 샤프트(110)에 걸린 회전동력을 서브 프로펠러(130)에 효율적으로 분배할 수 있으므로, 메인 프로펠러(120)와 서브 프로펠러(130) 사이에 자동적으로 회전수 차이를 발생시켜 추진효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 무동력으로 회전되는 서브 프로펠러(130)가 구비되므로, 하나의 동력원으로 추진 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 메인 및 서브 프로펠러(120,130)의 기어비와 서브 프로펠러(130)의 블레이드 형상 및 수량을 적절하게 조합하여 추진효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 메인 프로펠러(120)에 작용하는 회전 저항과 추진 진동을 서브 프로펠러(130)에 분산할 수 있으므로, 추진체(10)에 작용하는 저항 및 진동을 상쇄시킬 수도 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: 추진체 110: 구동 샤프트
120: 메인 프로펠러 121: 메인 허브
123: 메인 블레이드 130: 서브 프로펠러
131: 서브 허브 133: 서브 블레이드
140: 기어부 141: 외접 기어
143: 내접 기어 145: 위성기어

Claims (7)

  1. 구동 샤프트;
    상기 구동 샤프트에 결합되고, 상기 구동 샤프트에 의해 회전되는 메인 프로펠러;
    상기 메인 프로펠러의 하류 측에 배치되도록 구동 샤프트가 삽입되는 서브 프로펠러; 및
    상기 구동 샤프트와 상기 서브 프로펠러 사이에 배치되어 상기 서브 프로펠러가 메인 프로펠러와 정방향 또는 역방향으로 회전이 가능하게 하는 기어부를 포함하는 추진장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어부는,
    상기 구동 샤프트의 외주면에 형성된 외접기어;
    상기 서브 프로펠러의 허브의 내주면에 형성된 내접기어; 및
    상기 외접기어와 내접기어에 맞물리도록 상기 외접기어와 내접기어 사이에 배치되는 복수개의 위성기어를 포함하는 추진장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 위성기어는 외접기어와 내접기어 사이에서 공전 및 자전 중 하나 이상이 가능하도록 설치되는 추진장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 외접기어, 내접기어 및 다수의 위성기어는 평기어인 것을 특징으로 하는 추진장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 외접기어, 내접기어 및 다수의 위성기어는 헬리컬 기어인 것을 특징으로 하는 추진장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브 프로펠러는 상기 위성기어의 자전 및 공전에 따라 상기 메인 프로펠러와 동일 방향 또는 반대 방향으로 회전되는 추진장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 추진장치가 설치된 선박.
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