KR20200084580A - 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형선박의 전기추진 선외기의 미드섹션부에 설치되어 BLDC 모터의 동력을 전달해주는 구동축, 구동축의 종단에 결합되는 구동피니언 기어와, 구동축에 직각으로 배치되어 기어 결합되는 베벨기어와, 일단이 베벨기어에 결합되고 타단이 프로펠러와 연결되는 프로펠러축;을 포함하는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어에 관한 것으로서, 구동피니언 기어와 상기 베벨기어가 각각 직선형상의 베벨로 형성되어 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기추진 선외기에 직선형 베벨기어를 적용하여 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지하여 기어의 마찰에 의한 손실을 방지할 수 있는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어에 관한 것이다.
최근 신재생 에너지와 관련된 세계적인 동향을 검토해 보면, 선박 건조 및 운영 측면에서 고유가로 인한 선박의 경제적 부담을 대폭 저감하면서 WTO(World Trade Organization)에서의 면세유 중단 요구에 능동적으로 대처할 수 있는 방안을 모색 중이다. 특히 선박 운행 시 소비되는 유류 등의 환경오염 물질 배출을 근본적으로 해결하는데 있어서 서구 선진국을 위시로 각국에서 범국가적으로 친환경 재생에너지 분야에 관심을 쏟고 있는 추세에 있다.
그리고 2006년 6월에 개정 시행되고 있는 해양 오염방지법에서는 선박에서 배출되고 있는 환경오염의 심각성을 인식하여 선박에서 배출되는 대기오염물질도 육상의 교통수단과 마찬가지로 규제를 하고 있다. 이러한 측면에서, 항구에서 주류를 이루고 있는 소형선박들이 엔진선외기 대신에 전기선외기를 이용할 경우 엔진 배기가스에 의한 매연 및 이산화탄소(CO2) 배출량이 현격히 줄어들어 대기오염 방지에 큰 효과가 있을 것으로 기대되고 있다.
국내의 선외기 보급률은 소형선박의 90% 이상을 차지할 만큼 수요기반이 높지만 대부분 수입에 의존하고 있으며, 사용기간이 대부분 5년 이상으로 노후화되어 오염물질 배출이 많고 연료효율이 낮아 교체 수요가 증가하고 있다. 이러한 노후 엔진의 문제점을 개선하기 위해서는 대기 오염물질의 발생을 줄이고, 수요증가에 대한 수입품을 대체하기 위한 연료효율이 높은 친환경 전기선외기의 국산화 개발이 필요한 상황이다.
선외기란 주로 소형 선박 등의 추진장치 등에 사용되며 선체외부의 선미에 독립적으로 장착되는 구동기관을 의미하며, 크게 엔진구동 선외기(Outboard engine)와 전기추진 선외기(Outboard motor)로 분류된다.
전기선외기의 전체적인 외형을 도 1에 나타난 바와 같이, 크게 파워헤드(상부), 미드섹션(중앙부) 및 로워유닛부(하부)로 분류될 수 있다. 상부에는 BLDC(Brushless direct current) 모터와 컨트롤러가 탑재되어 있다. 중앙부는 BLDC 모터에서 나오는 동력을 전달해주는 구동축이 설치되어져 있으며 선박에 장착할 수 있도록 거치대가 후면부에 설치되어 있다. 중앙부의 하우징은 상부 하우징과 다르게 해수면의 접촉에 의한 부식이 일어나기 때문에 경량금속이면서 내식성을 가지는 알루미늄 합금으로 대부분 만들어진다. 하부는 모터에서 발생되는 회전력을 추진력으로 바꾸는 추진장치를 포함하고 있다. 전기선외기의 경우 특히 하부 유닛에 전진과 후진을 조정하기 위한 장치에 해당하는 헬리컬 베벨감속기어 장치와 프로펠러축이 함께 설치되어 있다.
하지만, 베벨감속기어가 헬리컬 형상으로 형성되는 경우, 베벨기어와 키가 맞물리지 않고 대각선으로 각이 진 키홈을 따라 회전하여 엇물리게 된다. 그 결과, 반시계방향으로 회전할 경우 문제가 없지만 시계방향으로 회전할 경우 소음과 엇물림 현상이 발생하게 되고, 이로 인하여, 소음 및 진동이 증가하는 현상이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 전기추진 선외기에 직선형 베벨기어를 적용하여 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지하여 기어의 마찰에 의한 손실을 방지할 수 있는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 소형선박의 전기추진 선외기의 미드섹션부에 설치되어 BLDC 모터의 동력을 전달해주는 구동축, 구동축의 종단에 결합되는 구동피니언 기어와, 구동축에 직각으로 배치되어 기어 결합되는 베벨기어와, 일단이 베벨기어에 결합되고 타단이 프로펠러와 연결되는 프로펠러축;을 포함하는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어는 구동피니언 기어와 상기 베벨기어가 각각 직선형상의 베벨로 형성되어 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 베벨기어는 구동피니언기어를 중심으로 한 쌍으로 구비될 수 있다.
여기서, 한 쌍으로 구비되는 베벨기어는 메인 베벨기어와 밸런싱 베벨기어로 구비될 수 있다.
본 발명에 의한 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어는 전기추진 선외기에 직선형 베벨기어를 적용하여 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지하여 기어의 마찰에 의한 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전기추진 선외기용에 구비되는 손상된 헬리컬 베벨기어의 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용에 구비되는 직선형 베벨기어의 장착 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용에 구비되는 동력전달 장치의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직선형의 구동피니언과 베벨기어의 연결상태를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용에 구비되는 직선형 베벨기어의 장착 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용에 구비되는 동력전달 장치의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직선형의 구동피니언과 베벨기어의 연결상태를 나타내는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용에 구비되는 직선형 베벨기어의 장착 개념도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용에 구비되는 동력전달 장치의 상세도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직선형의 구동피니언과 베벨기어의 연결상태를 나타내는 사진이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어는 구동축(110), 구동피니언 기어(120), 베벨기어(130) 및 프로펠러축(140)을 포함하여 구성된다.
구동축(110)은 소형선박의 전기추진 선외기의 미드섹션부에 설치되어 BLDC 모터(미도시)의 동력을 전달해주는 역할을 한다. 본 발명에서 BLDC 모터는 정회전 또는 역회전이 가능한 것으로서, 이와 같은 모터의 특징에 대한 상세한 설명은 생략한다.
구동축(110)은 SCM440 재질로 형성될 수 있다. 구동축(110)이 SCM440 재질로 형성될 경우, 고속으로 BLDC 모터가 회전할 때에도 강인성, 내열성, 내마모성을 확보할 수 있어 회전력을 보다 안전하고 효율적으로 프로펠러에 전달할 수 있게 된다.
또한, 구동축(110)의 일단에는 테이퍼 롤러 베어링(111)이 구비되고, 타단에는 구동피니언 기어(120)가 결합되고, 구동피니언 기어(120)가 결합된 내측으로 니들 베어링(112)이 결합된다.
구동피니언 기어(120)는 구동축(110)의 타단에 결합되며, 직선형의 베벨기어 형상으로 형성된다.
베벨기어(130)는 구동피니언 기어(120)를 중심으로 한 쌍으로 구비되며, 각각 메인 베벨기어(131)와 밸런싱 베빌기어(132)로 구비될 수 있다. 메인 베벨기어(131)는 프로펠러축(140)과 결합되며, 구동피니언 기어(120)의 구동에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전하면서 전진 및 후진하게 된다. 밸런싱 베벨기어(132)는 구동피니언 기어(120)를 중심으로 메인 베벨기어(131)에 마주보도록 배치되어, 메인 구동피니언 기어(120)와 베벨기어(131)의 기어 맞물림의 안정성을 증대시켜 안정적인 회전을 제공할 수 있으며, 각 기어가 빨리 마모되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 베벨기어(130)는 직선형(straight)으로 형성되어 구동피니어 기어(120)와 기어결합되어 구동피니언 기어(120)의 구동에 따라 구동하게 된다. 각각의 메인 베벨기어(131)와 밸런싱 베빌기어(132)에는 테이퍼 롤러 베어링(111)이 결합된다. 또한, 구동피니언 기어(120)와 베벨기어(130)의 감속비는 (27 ~ 30 ) : (13 ~ 14)로 형성될 수 있으며, 가장 바람직하게는 27 : 13으로 기어 이빨이 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 구동피니언 기어(120) 및 베벨기어(130) 각각이 직선형의 베벨형상으로 형성되기 때문에 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지할 수 있어 기어의 마찰에 의한 손실을 방지하여 소음을 줄임과 동시에 추력을 증대시킴으로써 전기추진 선외기의 효율을 증대시킬 수 있다.
반면, 구동피니언 기어와 베벨기어가 도 1과 같이 헬리컬 형상으로 형성되면, 반시계방향(정회전)으로 회전할 경우 베벨기어의 키홈(Key way) 3개 부분과 키(Key)부분이 노란색으로 표시된 부분처럼 맞물려 정상적으로 회전하게 된다. 하지만 시계방향(역회전)으로 회전할 경우 베벨기어와 키가 맞물리지 않고 대각선으로 각이진 키홈을 따라 회전하여 엇물리게 된다. 그 결과, 반시계방향으로 회전할 경우 문제가 없지만 시계방향으로 회전할 경우 소음과 엇물림 현상이 발생하는 문제점이 발생하게 된다.
프로펠러축(140)은 일단이 베벨기어(130)와 결합되며, 바람직하게는 메인 베벨기어(131)와 결합되며, 타단이 프로펠러(미도시)와 연결된다. 그리고, 프로펠러축(140)의 중심 영역에는 니들 베어링(112)이 결합된다.
[실험예]
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어(실시예)와 헬리컬 베벨기어의 소음 및 추력을 비교 검토하였다.
소음은 소음측정기를 이용하여 소음을 측정하였다. 이때, 전기선외기의 상부 파워헤드의 덮개(카울)가 부착된 상태에서 BLDC 모터의 소음을 측정하였으며, 선미에서 선수방향으로 1미터 간격으로 구간을 설정하여 구간별로 소음을 측정하였다.
아래의 표에 표시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 직선형 베벨기어(실시예)가 종래의 헬리컬 베벨기어(비교예)에 비해서 소음이 약 13% 감소하는 것을 확인하였다.
[표 1]
추력은 전기선외기 시제품을 전기추진 선박에 장착한 후 육상 수조설비를 이용하여 평가를 수행하였다. 선박의 추력을 측정할 때에 정량적 평가를 위해 용수철저울(196 ~ 980N에 해당)을 이용하여 전기추진 선박이 전진 시 순간적인 추력수치를 산출하였다.
아래의 표에 표시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 직선형 베벨기어(실시예)가 종래의 헬리컬 베벨기어(비교예)에 비해서 추력이 약 22.4% 증가하는 것을 확인하였다.
[표 2]
이와 같이, 본 발명에 의한 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어가 소음이 감속하고 추력이 증가하는 것은 구동피니언 기어와 베벨기어의 엇물림 현상을 방지할 수 있어 기어의 마찰에 의한 손실이 방지되기 때문인 것으로서, 종래의 헬리컬 베벨기어에 비해서 상대적으로 우수한 성능임을 임증하였다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : 구동축
111 : 테이퍼 롤러 베어링
112 : 니들 베어링
120 : 구동피니언 기어
130 : 베벨기어
131 : 메인 베벨기어
132 : 밸런싱 베벨기어
140 : 프로펠러축
111 : 테이퍼 롤러 베어링
112 : 니들 베어링
120 : 구동피니언 기어
130 : 베벨기어
131 : 메인 베벨기어
132 : 밸런싱 베벨기어
140 : 프로펠러축
Claims (3)
- 소형선박의 전기추진 선외기의 미드섹션부에 설치되어 BLDC 모터의 동력을 전달해주는 구동축, 상기 구동축의 종단에 결합되는 구동피니언 기어와, 상기 구동축에 직각으로 배치되어 기어 결합되는 베벨기어와, 일단이 상기 베벨기어에 결합되고 타단이 프로펠러와 연결되는 프로펠러축;을 포함하는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어에 있어서,
상기 구동피니언 기어와 상기 베벨기어는,
각각 직선형상의 베벨로 형성되어 상기 BLDC 모터를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전할 때에, 상기 구동피니언 기어와 상기 베벨기어의 엇물림 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어.
- 제1항에 있어서,
상기 베벨기어는,
상기 구동피니언 기어를 중심으로 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어.
- 제2항에 있어서,
한 쌍으로 구비되는 상기 베벨기어는,
메인 베벨기어와 밸런싱 베벨기어로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기추진 선외기용 직선형 베벨기어.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X601 | Decision of rejection after re-examination |