KR20180016223A - 제트 드라이브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제트 드라이브에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제트 드라이브는, 물이 유입되는 유입부와, 상기 유입부와 동심을 이루고 상기 유입부로부터 유입된 물이 토출하며 수중 부유체에 추진력을 제공하는 토출부가 형성된 덕트; 상기 덕트에 수용되며, 코일이 권취된 스테이터; 상기 덕트의 내측에 회전가능하게 마련되어, 상기 스테이터와의 전자기 작용에 회전하는 로터; 및 상기 로터에 결합되는 복수의 날개를 가지며, 상기 로터의 회전에 의해 상기 덕트의 유입부로 유입되는 물을 가압하여 토출부로 토출시키는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제트 드라이브{JET DRIVE}

본 발명은 제트 드라이브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수중 부유체를 전기 모터를 이용한 워터 젯 방식으로 운행하기 위한 제트 드라이브에 관한 것이다.

종래의 수중 부유체의 제트 드라이브는 수면 아래에서 물을 빨아올려 분사한다.

그런데, 종래의 수중 부유체의 제트 드라이브는 엔진과 같은 동력원과 임펠러의 연결을 샤프트를 통하므로, 부유체 내에 있는 엔진 파트와 부유체 바깥에 있는 임펠러의 사이에 방수를 위한 여러 부속들을 필요로 한다.

그리고, 오일 시일이나 방수 베어링에 사용되는 윤활유는 시간이 경과하며 사용함에 따라 미세하게 수중에 흘러나옴으로 인해, 보충해줘야 하는 유지보수 비용이 발생하고, 흘러나오는 윤활유로 인해 해상 오염의 원인이 되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 수중 부유체의 제트 드라이브는 입수부가 바닥을 향하고 있기 때문에 임펠러를 반대로 회전하여도 후진이 불가능하다. 이에, 후진을 위한 노즐에 흐름을 반대로 바꾸는 버킷이 부착되어 있으며, 이 버킷이 동작하여 후진을 하게 된다. 따라서, 후진을 위한 별도의 부속장치들이 필요하게 되어, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.

국내등록실용신안공보 제20-0381820호(고안의 명칭: 선박용 워터제트 추진장치, 공고일: 2005.04.15.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 후진이 가능할 뿐만 아니라 추진 효율을 향상시킬 수 있고, 제조 원가와 소모품에 대한 유지보수 비용을 절감할 수 있는 제트 드라이브를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 물이 유입되는 유입부와, 상기 유입부와 동심을 이루고 상기 유입부로부터 유입된 물이 토출하며 수중 부유체에 추진력을 제공하는 토출부가 형성된 덕트; 상기 덕트에 수용되며, 코일이 권취된 스테이터; 상기 덕트의 내측에 회전가능하게 마련되어, 상기 스테이터와의 전자기 작용에 회전하는 로터; 및 상기 로터에 결합되는 복수의 날개를 가지며, 상기 로터의 회전에 의해 상기 덕트의 유입부로 유입되는 물을 가압하여 토출부로 토출시키는 임펠러를 포함하는, 제트 드라이브에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 수중 부유체의 본체에 지지되며 상기 로터의 전방에 마련되어, 상기 로터의 회전에 의해 발생하는 추력을 상기 본체에 전달하는 부시; 및 상기 부시와 상기 로터 사이에 마련되어, 상기 로터의 일단부를 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함할 수 있다.

상기 임펠러의 복수의 날개는 체결수단에 의해 상기 로터에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 부시에 마련되어, 상기 임펠러로 유입되는 물의 흐름을 정류하여 안내하는 복수의 전류고정 날개를 포함할 수 있다.

상기 스테이터와 상기 로터를 포함하며 동력을 발생하는 동력 발생 유니트가 복수로 마련되고, 상기 복수의 동력 발생 유니트는 일렬로 배치되고, 인접하는 한 쌍의 상기 동력 발생 유니트 사이에는 상기 복수의 전류고정 날개가 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 입수 방향과 토출 방향이 일직선 상에 있어 후진이 가능할 뿐만 아니라 추진 효율을 향상시킬 수 있고, 동력의 전달이 BLDC 모터의 로터와 스테이터 사이의 전자력으로 이루어지므로 샤프트와 오일실이나 방수 베어링 등 부속이 필요하지 않아, 그에 따른 제조 원가와 소모품에 대한 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브의 사시도,
도 2는 도 1의 배면 사시도,
도 3은 도 1의 요부 종단면도,
도 4는 도 1의 요부 분해 사시도,
도 5는 도 4의 전류고정날개가 제거된 상태의 사시도,
도 6a 및 도 6b는 일 실시예로서 덕트의 측면 및 정면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부 도면을 참조하며, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브(10)는 덕트(11)와, 스테이터(31)와, 로터(41)와, 임펠러(51)를 포함한다.

덕트(11)는 반경방향으로 일정 두께를 가지며, 양측이 개구된 속이 빈 원형 단면의 링 형상을 가진다. 여기서, 덕트(11)는 원형의 단면형상은 이외에 사각형의 단면형상을 가질 수 있다.

덕트(11)는 외주를 형성하는 아우터 덕트(13)와, 내주를 형성하는 인너 덕트(15)를 포함한다.

인너 덕트(15)는 물이 유입되는 유입부(17)와, 유입부(17)와 동심을 이루고 유입부(17)로부터 유입된 물이 토출하며 수중 부유체에 추진력을 제공하는 토출부(19)를 포함한다.

아우터 덕트(13)의 측면은 도 6a에 도시된 바와 같이 유선형의 형상 또는 일단부가 절개된 형상을 가질 수 있고, 도 6b에 도시된 바와 같이 아우터 덕트(13)의 정면은 원형 또는 사각형의 단면 형상을 가질 수 있다.

아우터 덕트(13)의 내부에는 BLDC 모터의 코일(33)이 권취된 스테이터(31)가 수용되어 있다.

스테이터(31)는 아우터 덕트(13)와 일체로 형성되어 있다. 한편, 스테이터(31)는 코일(33)이 감겨있어 고출력으로 장시간 동작할 시 발열이 발생하지만, 스테이터(31)의 외측은 이우터 덕트(13)와 일체로 형성되므로, 수중에서는 자연히 물로 인한 열을 식히는 효과를 얻을 수 있게 된다.

여기서, 도시되어 있지 않지만, 스테이터(31)는 아우터 덕트(13)와 방열 패드로 연결될 수 있다. 이에, 스테이터(31)로부터 발생하는 열은 방열 패드를 거쳐 아우터 덕트(13)를 통해 수중에서 자연히 냉각된다.

인너 덕트(15)의 내측에는 회전체로서 로터(41)가 회전가능하게 배치되어 있다. 로터(41)는 링 형상을 가지며, 인너 덕트(15)의 내측을 향하는 로터(41)의 외주에는 복수의 영구자석(43)이 로터(41)의 둘레를 따라 간격을 두고 배치되어 있다.

이로써, 스테이터(31)에 전원이 인가되면, 로터(41)에 마련된 영구자석(43)과 스테이터(31)의 코일(33) 사이에는 전자기력이 발생하여, 로터(41)는 스테이터(31)에 대해 양방향으로 회전할 수 있게 된다.

이에, 로터(41)는 스테이터(31)의 동작에 따라 반대 방향으로도 회전할 수 있게 되어, 임펠러(51)가 반대로 회전할 경우 후진이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브(10)는 후진 동작을 하기 위한 추가적인 부속 장치가 필요 없게 되어, 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.

임펠러(51)는 덕트(11)의 유입부(17)에 위치하는 로터(41)의 일단부에 마련되어, 임펠러(51)의 회전에 의해 유입부(17)로 유입되는 물을 가압하여 토출부(19)를 통해 배출시킨다.

임펠러(51)는 중심에 임펠러 축(53)이 마련되고, 임펠러 축(53)의 둘레를 따라 복수의 날개(55)가 간격을 두고 마련되어 있다. 임펠러(51)의 각 날개(55)는 로터(41)의 일단부에 결합된다.

한편, 임펠러(51)의 복수의 날개(55)는 볼트, 핀, 리벳 등과 같은 체결수단(미도시)에 의해 로터(41)에 착탈가능하게 마련될 수 있다.

이와 같이, 임펠러(51)의 날개(55)가 로터(41)에 착탈가능하게 마련됨으로써, 임펠러(51)의 날개(55)가 파손된 경우 로터(41) 전체를 교체할 필요없이 영구자석(43)이 삽입되어 있는 로터(41)는 재사용하고, 임펠러(51)의 날개(55) 부분만 교체할 수 있게 되어, 유지 보수비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 임펠러(51)의 후방에는 노즐(미도시)이 마련될 수 있다. 임펠러(51)의 후방에 노즐을 마련함으로써, 임펠러(51)에 의해 분사되는 물을 더욱 압축하여 고압으로 분사하여 추진 장치(10)의 효율을 높일 수 있게 된다.

로터(41)의 전방에는 로터(41)의 회전에 의해 발생하는 추력을 수중 부유체의 본체에 전달하기 위한 링 형상의 부시(61)가 마련되어 있다. 부시(61)는 추력을 전달할 뿐만 아니라 로터(41)의 센터를 정렬하는 역할도 한다. 부시(61)는 아우터 덕트(13)의 내주에 기밀을 유지하며 수용된다.

부시(61)와 로터(41) 사이에는 베어링(63)으로서 판 베어링(스러스트 베어링)이 마련되어 있다. 이러한 판 베어링은 내부식성을 갖는 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 로터(41)의 일단부는 판 베어링에 회전가능하게 지지된다.

또한, 부시(61)에는 전류고정 날개(71)가 형성되어 있다. 전류고정 날개(71)는 임펠러(51)의 회전방향을 따라 효율을 최적화하기 위해 일정 각도로 틀어져 있다. 전류고정 날개(71)는 수중 부유체에 의하여 발생하는 불균일한 물의 흐름을 정류하여 임펠러(51)로 유입되도록 안내한다.

이로써, 제트 드라이브(10)의 토출부(19)로 유동하는 물의 회전운동에너지를 최소화하여 제트 드라이브(10)의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 본 실시예에서는 전류고정 날개(71)가 4개이지만 이에 한정되지 않고, 전류고정 날개(71)의 수량은 한 쌍 이상 마련될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브(10)는 하나의 스테이터(31)와 하나의 로터(41)가 하나의 동력 발생 유니트를 이루며 동력을 발생하는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않고, 출력을 높이기 위해 스테이터(31)와 로터(41)로 이루어진 2개 이상의 동력 발생 유니트를 일렬로 연결하여 사용할 수도 있다.

이와 같이, 다수의 동력 발생 유니트가 일렬로 연결된 경우, 각각의 회전 방향은 반대가 되어, 회전으로 인한 반작용 힘을 상쇄시킬 수 있다.

또한, 다수의 동력 발생 유니트가 일렬로 연결될 경우, 각 동력 발생 유니트 사이에는 전류고정 날개(71)가 배치될 수 있다. 이로써, 처음 임펠러(51)에 의해 가속화된 유체는 임펠러(51) 회전에 의해 회전하면서 분사가 된다. 따라서, 각 동력 발생 유니트의 임펠러(51) 사이에 있는 전류고정 날개(71)를 통과하면서 회전하는 유체는 정류가 되고, 연결된 다음의 임펠러(51)에 의해 더욱 가속하게 된다.

여기서, 제트 드라이브(10)의 출력을 높이기 위해, 전술한 바와 같이 다수의 동력 발생 유니트를 일렬로 연결하지 않고, 수중 부유체에 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 장치(10)를 여러 개 부착할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브(10)는 덕트(11)의 유입부(17)에 그릴(미도시)이 마련될 수 있다. 이러한 그릴을 마련함으로써, 덕트(11)의 유입부(17)로 물만 통과시키고, 부유물의 유입을 방지할 수 있게 된다.

한편, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브(10)는 수중 부유체의 바닥에 고정하거나, 또는 수중 부유체처럼 수중 부유체 후위의 트랜섬에 지지대(미도시)를 통해 매달아 사용할 수 있다.

수중 부유체인 요트와 같이 평상시에는 바람의 힘을 이용해 주행을 하다가 필요시에만 제트 드라이브(10)를 사용하는 경우, 비행기의 랜딩기어처럼 평상시에는 선체 내부에 있다가 필요시 선체 바닥으로 나올 수 있도록 하여, 평상시 선체의 저항을 최소화하며 사용할 수 있다.

수중 부유체의 바닥에 부착하거나 지지대를 통해 트랜섬에 매다는 경우 등, 본 발명의 일 실시예에 따른 제트 드라이브(10)를 일정 각도 회전이 가능하도록 하여, 분사하는 방향을 조정함으로써, 수중 부유체의 주행 방향을 조정할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 제트 드라이브 11 : 덕트
13 : 아우터 덕트 15 : 인너 덕트
17 : 유입부 19 : 토출부
31 : 스테이터 33 : 코일
41 : 로터 43 : 영구자석
51 : 임펠러 55 : 날개
61 : 부시 63 : 베어링
71 : 전류고정 날개

Claims (5)

1. 물이 유입되는 유입부와, 상기 유입부와 동심을 이루고 상기 유입부로부터 유입된 물이 토출하며 수중 부유체에 추진력을 제공하는 토출부가 형성된 덕트;
   상기 덕트에 수용되며, 코일이 권취된 스테이터;
   상기 덕트의 내측에 회전가능하게 마련되어, 상기 스테이터와의 전자기 작용에 회전하는 로터; 및
   상기 로터에 결합되는 복수의 날개를 가지며, 상기 로터의 회전에 의해 상기 덕트의 유입부로 유입되는 물을 가압하여 토출부로 토출시키는 임펠러를 포함하는, 제트 드라이브.
2. 제1항에 있어서,
   수중 부유체의 본체에 지지되며 상기 로터의 전방에 마련되어, 상기 로터의 회전에 의해 발생하는 추력을 상기 본체에 전달하는 부시; 및
   상기 부시와 상기 로터 사이에 마련되어, 상기 로터의 일단부를 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하는, 제트 드라이브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러의 복수의 날개는 체결수단에 의해 상기 로터에 착탈가능하게 마련되는, 제트 드라이브.
4. 제2항에 있어서,
   상기 부시에 마련되어, 상기 임펠러로 유입되는 물의 흐름을 정류하여 안내하는 복수의 전류고정 날개를 더 포함하는, 제트 드라이브.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스테이터와 상기 로터를 포함하며 동력을 발생하는 동력 발생 유니트가 복수로 마련되고,
   상기 복수의 동력 발생 유니트는 일렬로 배치되고, 인접하는 한 쌍의 상기 동력 발생 유니트 사이에는 상기 복수의 전류고정 날개가 배치되는, 제트 드라이브.

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