KR20230099551A - 자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체 - Google Patents

자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 추진체는 동력축(10), 발전모터(20) 및 전기저장장치(30)가 내장된 추진체 본체(100); 및 상기 추진체 본체(100)의 측면에 연결된 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240);를 포함하며, 발전 모드일 때 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 연동하여 상기 동력축(10)이 회전구동됨에 따라 상기 발전모터(20)에서 전기가 생산되어 상기 전기저장장치(30)에 저장되며, 추진 모드일 때 상기 전기저장장치(30)에서 공급되는 전력에 의해 상기 동력축(10)이 회전구동되고 상기 동력축(10)의 회전구동에 연동한 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 의해 추진력이 발생된다.

Description

자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체{A underwater flapping thruster with self-generating function}
본 발명은 해중 작업 수행을 위해 사용되는 수중 추진체에 관한 것으로서, 수중익의 플래핑 모션(flapping motion)을 이용하여 발전 기능 및 추진 기능을 달성할 수 있는 자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체에 관한 것이다.
깊은 바다 속에서 조사 내지 탐사 작업을 수행하기 위해서는 해중 환경에 적합하게 설계된 특수 장치가 필요하다.
이러한 특수 장치는 효율적인 해중 작업 수행을 위해 자체적인 발전이 가능하면서도, 해중 작업 시에 다른 설비에 연결되어 구속됨 없이 해중에서 완전히 자유로운 이동이 가능한 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
수중 추진력을 얻기 위한 보편적인 방식은 추진체의 후단부에 프로펠러를 탑재하는 것이다. 이와 같이 추진력 발생 수단으로 사용되는 프로펠러는 비교적 작은 사이즈로 제작되므로 발전 수단으로 겸용되기는 어렵다. 따라서 추진력 발생 수단으로 프로펠러가 적용된 수중 추진체의 경우 자체적인 발전 기능을 갖추기 위해서는 프로펠러와 독립된 별개의 발전장치를 탑재하여야 한다.
이와 같이 추진력 발생 수단과 발전 수단이 기계적으로 상호 완전히 분리된 경우, 추진체 설계가 복잡해지는 단점과, 추진체 무게 증가로 인해 에너지 소비 효율이 저하되는 단점이 있게 된다.
본 발명은 플래핑 모션(flapping motion)을 이용하여 발전 기능 및 추진 기능을 달성할 수 있는 자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체를 제공하고자 한다.
본 발명은 동력축(10), 발전모터(20) 및 전기저장장치(30)가 내장된 추진체 본체(100); 및 상기 추진체 본체(100)의 측면에 연결된 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240);를 포함하며, 발전 모드일 때 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 연동하여 상기 동력축(10)이 회전구동됨에 따라 상기 발전모터(20)에서 전기가 생산되어 상기 전기저장장치(30)에 저장되며, 추진 모드일 때 상기 전기저장장치(30)에서 공급되는 전력에 의해 상기 동력축(10)이 회전구동되고 상기 동력축(10)의 회전구동에 연동한 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 의해 추진력이 발생되는 자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체를 제공한다.
상기 수중 추진체는 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)가 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220) 및 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)를 포함하며, 상기 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)의 플래핑 모션과 상기 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)의 플래핑 모션 사이에 90˚의 위상차가 존재하는 것일 수 있다.
상기 수중 추진체는 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)가 각각 플래핑 암 및 피치축을 통해 상기 플래핑 암에 연결된 수중익을 포함하며, 상기 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)의 수중익(213, 223)에 대한 피치각 제어가 상기 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)의 플래핑 암(231, 241)의 플래핑 모션에 연동하여 수행되고, 상기 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)의 수중익(233, 243)에 대한 피치각 제어가 상기 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)의 플래핑 암(211, 221)의 플래핑 모션에 연동하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 수중 추진체는 앞쪽 좌측에 배치된 제1 플래핑 모션부(210)의 수중익(213)의 피치각 제어를 위한 제1 피치각 제어부(410A); 앞쪽 우측에 배치된 제2 플래핑 모션부(220)의 수중익(223)의 피치각 제어를 위한 제2 피치각 제어부(410B); 뒷쪽 좌측에 배치된 제3 플래핑 모션부(230)의 수중익(233)의 피치각 제어를 위한 제3 피치각 제어부(420A); 및 뒷쪽 우측에 배치된 제4 플래핑 모션부(240)의 수중익(243)의 피치각 제어를 위한 제4 피치각 제어부(420B);를 포함하며, 상기 제1 및 제2 피치각 제어부(410A; 410B)는 각각 제1 및 제2 타이밍 벨트(411, 412)를 포함하며, 상기 제1 타이밍 벨트(411)는 상기 제3 및 제4 플래핑 모션부(230; 240)의 플래핑 모션에 종속되어 회전되며, 상기 제2 타이밍 벨트(412)는 상기 제1 타이밍 벨트(411)의 회전력을 상기 제1 및 제2 플래핑 모션부(210; 220)의 피치축(212; 222)에 정방향으로 전달하며, 상기 제3 및 제4 피치각 제어부(420A, 420B)는 각각 제3 및 제4 타이밍 벨트(421, 424)를 포함하며, 상기 제3 타이밍 벨트(421)는 상기 제1 및 제2 플래핑 모션부(210; 220)의 플래핑 모션에 종속되어 회전되며, 상기 제4 타이밍 벨트(424)는 상기 제3 타이밍 벨트(421)의 회전력을 상기 제3 및 제4 플래핑 모션부(230; 240)의 피치축(232; 242)에 역방향으로 전달하는 것일 수 있다.
상기 수중 추진체는 상기 동력축(10)에 장착되며 베벨기어(51, 52, 53, 54) 및 동력전달축(61, 62, 63, 64)을 통해 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)에 연결된 복수의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)를 포함하며, 상기 복수의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)가 각각 단방향 회전 동작을 하는 크랭크와, 상기 동력전달축에 연결되며 플래핑 동작을 하는 종동링크를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 수중 추진체는 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션으로부터 추진력 발생 및 전기 생성을 달성할 수 있다. 이와 같이 추진력 발생 수단과 발전 수단이 분리되어 있지 않고 공통의 기계적 구성으로부터 추진력 발생 및 전기 생성을 이루어내므로 추진체 설계의 단순화 및 추진체 무게의 최소화가 가능하다.
본 발명의 수중 추진체는 자체적인 발전이 가능하므로 외부로부터 전력을 공급받을 필요가 없어 해중에서 장시간 머무르면서 해중 작업을 수행할 수 있다. 따라서 효율적인 해중 작업 수행에 기여할 수 있고 수중 추진체 관리에 필요한 시스템 구성도 매우 단순화될 수 있다.
본 발명의 수중 추진체는 수중익(213, 223, 233, 243)의 피치각 제어를 위해 제안된 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)가 모터와 같은 동력수단은 전혀 구비하지 않고 연동 기구들의 조합을 통해서만 구현되므로, 정확도 높은 피치각 제어가 가능함은 물론, 수중 추진체의 구성이 보다 단순화되고 제조 비용 또한 크게 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 추진체의 실시예를 보이는 도면이다.
도 2는 도 1의 수중 추진체를 외피(110) 제거 상태로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2를 위에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2를 측면에서 바라본 도면이다.
도 5는 추진체 본체(100)의 내부 구조물을 도시한 도면이다.
도 6은 도 2를 일부 구성(피치각 제어부) 제거 상태로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6을 위에서 바라본 도면이다.
도 8은 도 7의 일측 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 9는 피치각 제어부의 실시예를 보이는 도면이다.
도 10a 내지 도 10e는 1주기 동안의 플래핑 암(211, 221, 231, 241) 및 수중익(213, 223, 233, 243)의 움직임을 보이는 도면이다.
도 11은 수중익의 모드별 이상적인 피치각 변화도를 보이는 도면이다.
도 12는 클러치 장치(500)의 예를 보이는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 추진체의 실시예를 보이는 도면이다.
이를 참조하면, 본 발명에 따른 수중 추진체는 해중 지질 조사, 해중 자원 탐사, 해중 지뢰 탐사, 해중 쓰레기 조사, 해중 난파선 탐사 등 해중 환경에서 이루어지는 각종 미션(작업)을 수행하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 수중 추진체는 도 1에 예시된 바와 같이 거북을 모사한 외형을 갖도록 제작될 수 있다. 이에 따라, 수중 추진체는 외피(110)로 둘러싸인 몸체부(100)와, 몸체부(100)의 측면에 연결된 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)를 포함한다.
복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)는 정해진 회전각 범위에서 상하로 왕복회전(oscillating)하는 이른바 플래핑 모션(flapping motion)을 수행하는 부분이다. 본 발명에 따른 수중 추진체는 발전 모드 및 추진 모드를 갖는데, 발전 모드일 때에는 조류에 따른 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션으로부터 전기를 생산하며, 추진 모드일 때에는 전력 공급을 통해 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션을 일으켜 추진력을 얻는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)는 선체의 앞쪽에 위치한 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220) 및 선체의 뒷쪽에 위치한 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)로 구성될 수 있다.
도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 수중 추진체의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 수중 추진체를 외피(110) 제거 상태로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2를 위에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 2를 측면에서 바라본 도면이고, 도 5는 추진체 본체(100)의 내부 구조물을 도시한 도면이고, 도 6은 도 2를 일부 구성(피치각 제어부) 제거 상태로 도시한 도면이고, 도 7은 도 6을 위에서 바라본 도면이며, 도 8은 도 7의 일측 영역을 확대 도시한 도면이며, 도 9는 피치각 제어부의 실시예를 보이는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수중 추진체는 동력축(10), 발전모터(20), 전기저장장치(30)를 포함한다. 예로써 전기저장장치(30)는 충전식 배터리로 구비될 수 있다.
수중 추진체가 추진 모드인 경우 전기저장장치(30)로부터 공급되는 전력에 의해 발전모터(20)가 구동되어 동력축(10)이 회전되며, 그 회전력을 변환하여 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)가 플래핑 동작함으로써 추진력이 발생된다.
수중 추진체가 발전 모드인 경우 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 조류 흐름에 따른 플래핑 모션에 연동하여 동력축(10)이 회전됨으로써 그에 연결된 발전모터(20)에서 전기가 생산되며, 그 생산된 전기는 전기저장장치(30)에 저장된다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 수중 추진체는 동력축(10)과 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240) 간의 동력 전달을 수행하기 위한 구성으로, 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)와, 베벨기어(51, 52, 53, 54)를 통해 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)에 연결된 동력전달축(61, 62, 63, 64)을 포함한다.
도 5를 참조하면, 4개의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)가 구비된다. 제1 내지 제4 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)는 제1 내지 제4 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)와 각각 연동된다.
각각의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)는 4절 링크 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 크랭크-로커 기구(310)는 크랭크(311), 제1 연결로드(312), 제2 연결로드(313) 및 종동링크(314)로 구성된다. 이와 마찬가지로, 제2 크랭크-로커 기구(320)는 크랭크(321), 제1 연결로드(322), 제2 연결로드(323) 및 종동링크(324)로 구성되고, 제3 크랭크-로커 기구(330)는 크랭크(331), 제1 연결로드(332), 제2 연결로드(333) 및 종동링크(334)로 구성되며, 제4 크랭크-로커 기구(340)도 크랭크(341), 제1 연결로드(342), 제2 연결로드(343) 및 종동링크(344)로 구성된다.
이와 같은 구조의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)는 크랭크(311, 321, 331, 341)의 단방향 회전 운동에 연동하여 종동링크(314, 324, 334, 344)에 플래핑 동작이 일어나고 그와 역으로 종동링크(314, 324, 334, 344)의 플래핑 모션에 연동하여 크랭크의 일방향 회전 동작이 일어나는, 이른 바 크랭크-로커 메커니즘을 갖는다. 이러한 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)가 동력축(10)과 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240) 사이에 연결되어 있으므로, 추진 모드일 때 동력축(10)의 회전에 연동하여 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션이 발생되며, 발전 모드일 때 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 연동하여 동력축(10)이 일방향으로 회전됨으로써 전기가 생산된다.
도 5를 참조하면, 제1 내지 제4 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)는 동일한 구조를 가지되, 제1 및 제2 크랭크(311, 321)의 배치와 제3 및 제4 크랭크(331, 341)의 배치 간에 90˚ 오프셋이 존재하므로 제1 및 제2 크랭크-로커 기구(310, 320)의 동작과 제3 및 제4 크랭크-로커 기구(330, 340)의 동작 사이에는 90˚의 위상차가 존재한다. 그리하여 제1 및 제2 크랭크-로커 기구(310, 320)에 연결된 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)와 제3 및 제4 크랭크-로커 기구(330, 340)에 연결된 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)는 상호 간에 90˚의 위상차가 수반되는 플래핑 모션을 하게 된다. 이와 같은 위상차를 적용함으로써 덜컹거림이 없는 매끄러운 출력을 얻을 수 있다.
한편, 위상차가 없는 제1 및 제2 크랭크-로커 기구(310, 320)는 동력축(10)을 중심으로 서로 대칭적인 모션을 발생시킨다. 이는 제3 및 제4 크랭크-로커 기구(330, 340)에 대해서도 마찬가지이다. 따라서 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)는 동력축(10)을 중심으로 하는 상호 대칭적인 플래핑 모션을 나타내며, 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)도 동력축(10)을 중심으로 하는 상호 대칭적인 플래핑 모션을 나타낸다.
크랭크 로커-기구(310, 320, 330, 340)는 베벨기어(51, 52, 53, 54) 및 동력전달축(61, 62, 63, 64)을 통해 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)에 연결된다. 베벨기어(51, 52, 53, 54)는 종동링크(314, 324, 334, 344)와 동력전달축(61, 62, 63, 64)을 연결하는 역할을 하며, 동력전달축(61, 62, 63, 64)은 플래핑 동작하는 종동링크(314, 324, 334, 344)에 연결되어 있어서 정·역 회전이 반복되는 동작을 나타내게 된다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)는 플래핑 암(211, 221, 231, 241), 피치축(212, 222, 232, 242) 및 수중익(213, 223, 233, 243)으로 구성된다. 플래핑 암(211, 221, 231, 241)은 동력전달축(61, 62, 63, 64)에 고정 연결되며, 피치축(212, 222, 232, 242)은 독립회전(상대회전) 가능하게 플래핑 암(211, 221, 231, 241)에 연결된다.
수중익(213, 223, 233, 243)은 앞쪽이 보다 두꺼운 유선형의 형상을 갖는다. 그리하여 수중익(213, 223, 233, 243)은 발전모드에서는 조류 흐름에 따른 양력(lifting force)을 받아 발전에 필요한 상하 왕복 운동을 하게 되고, 추진모드에서는 발전모터(20)의 구동에 따른 상하 왕복 운동을 함으로써 추진력을 발생시키게 된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 수중 추진체는 수중익(213, 223, 233, 243)의 피치각 조절을 위한 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)를 포함한다.
제1 피치각 제어부(410A)에 의해 제1 수중익(213)의 피치각이 조절되며, 제2 피치각 제어부(410B)에 의해 제2 수중익(223)의 피치각이 조절되며, 제3 피치각 제어부(420A)에 의해 제3 수중익(233)의 피치각이 조절되며, 제4 피치각 제어부(420B)에 의해 제4 수중익(243)의 피치각이 조절된다.
도 9는 피치각 제어부의 실시예를 보이는 도면이다.
이를 참조하면, 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)에 의해 앞쪽 좌우 수중익(213, 223)은 뒷쪽 플래핑 모션부(230, 240)의 플래핑 모션의 방향과 일치하는 방향으로 회전하도록 연동 제어되고, 뒷쪽 좌우 수중익(233, 243)은 앞쪽 플래핑 모션부(210, 220)의 플래핑 모션의 방향과 반대되는 방향으로 회전하도록 연동 제어된다.
이를 위해, 앞쪽 좌우 수중익(213; 223)의 피치각을 제어하는 제1 및 제2 피치각 제어부(410A; 410B)는 후측 동력전달축(63; 64)과 전측 동력전달축(61; 62) 사이에 연결된 제1 타이밍 벨트(411) 및 전측 동력전달축(61; 62)과 피치축(212; 222) 사이에 연결된 제2 타이밍 벨트(412)를 포함한다. 여기서, 제1 타이밍 벨트(411)는 후측 동력전달축(63; 64)에는 종속회전 가능하게 연결되고 전측 동력전달축(61; 62)에는 독립회전 가능하게 연결된다. 그리고, 제2 타이밍 벨트(412)는 전측 동력전달축(61; 62)에는 독립회전 가능하게 연결되고 피치축(212; 222)에는 종속회전 가능하게 연결된다. 여기서, 종속회전은 연결 부품 간에 동일한 회전 움직임을 갖도록 구속된 경우를 의미하고, 독립회전은 연결 부품 간에 각자 개별적인 회전 움직임이 가능한 경우를 의미한다.
한편, 뒷쪽 좌우 수중익(233; 243)의 피치각을 제어하는 제3 및 제4 피치각 제어부(420A; 420B)는 회전방향 전환을 위한 기어유닛(422), 기어축(423), 전측 동력전달축(61; 62)과 기어유닛(422) 사이에 연결된 제3 타이밍 벨트(421) 및 기어축(423)과 피치축(232; 242) 사이에 연결된 제4 타이밍 벨트(424)를 포함한다. 여기서, 기어유닛(422)은 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 기어로 구성될 수 있으며, 이때 제1 기어는 후측 동력전달축(63; 64)에 독립회전 가능하게 장착되고 제2 기어는 기어축(423)에 종속회전 가능하게 장착된다. 제3 타이밍 벨트(421)는 전측 동력전달축(61; 62) 및 제1 기어 각각에 종속회전 가능하게 연결된다. 이때 제3 타이밍 벨트(421)와 제1 기어 간의 연결은 후측 동력전달축(63; 64)에 장착되는 아이들풀리를 매개로 하여 구현될 수 있다. 제4 타이밍 벨트(424)는 기어축(423) 및 피치축(232; 242) 각각에 종속회전 가능하게 연결된다.
도 10a 내지 도 10e는 1주기 동안의 플래핑 암(211, 221, 231, 241) 및 수중익(213, 223, 233, 243)의 움직임을 보이는 도면이다.
전술한 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)를 통해 도 10a 내지 도 10e에 보여지는 바와 같은 플래핑 암(211, 221, 231, 241)의 움직임에 연동되는 수중익(213, 223, 233, 243) 피치각 제어를 달성할 수 있다.
도 10a 내지 도 10e에 보여지는 바와 같이, 앞쪽 플래핑 암(211, 221)과 뒷쪽 플래핑 암(231, 241)은 서로 동일한 움직임을 가지되 뒷쪽 플래핑 암(231, 241)이 90˚의 위상차를 가지고 지연 동작을 한다. 마찬가지로, 앞쪽 수중익(213, 223)과 뒷쪽 수중익(233, 243)도 동일한 움직임을 가지되 뒷쪽 수중익(233, 243)이 90˚의 위상차를 가지고 지연 동작을 한다.
주목할 점은 이와 같은 수중익(213, 223, 233, 243)의 피치각 제어를 위해 제안된 전술한 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)가 모터와 같은 동력수단을 전혀 구비하지 않고 타이밍벨트, 기어, 풀리와 같은 연동 기구들로만 구성된다는 점이다. 이러한 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)가 모터를 포함하여 구성된 경우 각 수중익(213, 223, 233, 243) 별로 모터들을 구비해야 하고 그 모터들의 전기 제어를 위한 별도의 알고리즘이 추가되어야 하므로 기계적, 전기전자적 구성이 복잡해지고 제조 비용이 상승하는 단점이 따르게 된다. 반면 본 발명에서는 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)를 모터 없이 타이밍벨트, 기어, 풀리와 같은 연동 기구 만으로 구현하므로 정확도 높은 피치각 제어가 가능하면서도 수중 추진체 구조의 단순화 및 제조 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 11은 수중익의 모드별 이상적인 피치각 변화도를 보이는 것이다.
이에 도시된 바와 같이 추진력 발생 효율 및 발전 효율을 높은 수준으로 얻기 위해서는 추진 모드 시의 경우에 비해 발전 모드 시의 경우에 상대적으로 더 큰 피치각 변화량을 갖도록 설계하는 것이 이상적이다.
이를 위해 도 12에 예시된 클러치 장치(500)를 적용할 수 있다.
클러치 장치(500)는 직경이 상이한 한 쌍의 회전부재(510, 520) 및 클러치 기구(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 회전부재(510, 520)는 풀리 또는 스프로킷으로 구현될 수 있으며, 클러치 기구(미도시)는 예를 들어 자전거 변속기 등에 적용되는 클러치 기구를 전용하여 구현될 수 있다.
이러한 클러치 장치(500)는 전술한 타이밍 벨트들(411, 412, 421, 424)의 연결 관계를 선택적으로 전환하는 방식으로 적용될 수 있다. 가령 클러치 장치(500)를 통해 제1 타이밍 벨트(411)에 대한 연결 관계를 설정하는 경우, 추진 모드에서는 도 12에 도시된 바와 같이 제1 타이밍 벨트(411)를 작은 크기의 회전부재(510)에 연결하는 한편, 발전 모드에서는 제1 타이밍 벨트(411)를 큰 크기의 회전부재(520)에 연결하는 방식이다. 이와 같은 클러치 장치(500)를 통한 타이밍 벨트의 선택적 연결을 통해 추진 모드의 경우에 비해 발전 모드의 경우에 보다 큰 피치각 변화율을 얻을 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 수중 추진체는 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션으로부터 추진력 발생 및 전기 생성을 달성할 수 있다. 이와 같이 추진력 발생 수단과 발전 수단이 분리되어 있지 않고 공통의 기계적 구성으로부터 추진력 발생 및 전기 생성을 이루어내므로 추진체 설계의 단순화 및 추진체 무게의 최소화가 가능하다.
본 발명의 수중 추진체는 자체적인 발전이 가능하므로 외부로부터 전력을 공급받을 필요가 없어 해중에서 장시간 머무르면서 해중 작업을 수행할 수 있다. 따라서 효율적인 해중 작업 수행에 기여할 수 있고 수중 추진체 관리에 필요한 시스템 구성도 매우 단순화될 수 있다.
본 발명의 수중 추진체는 수중익(213, 223, 233, 243)의 피치각 제어를 위해 제안된 피치각 제어부(410A, 410B, 420A, 420B)가 모터와 같은 동력수단은 전혀 구비하지 않고 연동 기구들(예: 타이밍벨트, 기어, 풀리)의 조합을 통해서만 구현되므로, 정확도 높은 피치각 제어가 가능함은 물론, 수중 추진체의 구성이 보다 단순화되고 제조 비용 또한 크게 절감될 수 있다.
10 : 동력축
20 : 발전모터
30 : 전기저장장치
51, 52, 53, 54 : 베벨기어
61, 62, 63, 64 : 동력전달축
100 : 추진체 본체
210 : 제1 플래핑 모션부
220 : 제2 플래핑 모션부
230 : 제3 플래핑 모션부
240 : 제4 플래핑 모션부
211, 221, 231, 241 : 플래핑 암
212, 222, 232, 242 : 피치축
213, 223, 233, 243 : 수중익
310 : 제1 크랭크-로커 기구
320 : 제2 크랭크-로커 기구
330 : 제3 크랭크-로커 기구
340 : 제4 크랭크-로커 기구
410A : 제1 피치각 제어부
410B : 제2 피치각 제어부
420A : 제3 피치각 제어부
420B : 제4 피치각 제어부
411 : 제1 타이밍 벨트
412 : 제2 타이밍 벨트
421 : 제3 타이밍 벨트
424 : 제4 타이밍 벨트
500 : 클러치 장치

Claims (5)

  1. 동력축(10), 발전모터(20) 및 전기저장장치(30)가 내장된 추진체 본체(100); 및
    상기 추진체 본체(100)의 측면에 연결된 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240);를 포함하며,
    발전 모드일 때 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 연동하여 상기 동력축(10)이 회전구동됨에 따라 상기 발전모터(20)에서 전기가 생산되어 상기 전기저장장치(30)에 저장되며,
    추진 모드일 때 상기 전기저장장치(30)에서 공급되는 전력에 의해 상기 동력축(10)이 회전구동되고 상기 동력축(10)의 회전구동에 연동한 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)의 플래핑 모션에 의해 추진력이 발생되는
    자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)는 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220) 및 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)를 포함하며,
    상기 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)의 플래핑 모션과 상기 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)의 플래핑 모션 사이에는 90˚의 위상차가 존재하는
    자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240) 각각은 플래핑 암 및 피치축을 통해 상기 플래핑 암에 연결된 수중익을 포함하며,
    상기 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)의 수중익(213, 223)에 대한 피치각 제어는 상기 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)의 플래핑 암(231, 241)의 플래핑 모션에 연동하여 수행되고,
    상기 뒷쪽 좌우 플래핑 모션부(230, 240)의 수중익(233, 243)에 대한 피치각 제어는 상기 앞쪽 좌우 플래핑 모션부(210, 220)의 플래핑 암(211, 221)의 플래핑 모션에 연동하여 수행되는
    자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    앞쪽 좌측에 배치된 제1 플래핑 모션부(210)의 수중익(213)의 피치각 제어를 위한 제1 피치각 제어부(410A);
    앞쪽 우측에 배치된 제2 플래핑 모션부(220)의 수중익(223)의 피치각 제어를 위한 제2 피치각 제어부(410B);
    뒷쪽 좌측에 배치된 제3 플래핑 모션부(230)의 수중익(233)의 피치각 제어를 위한 제3 피치각 제어부(420A); 및
    뒷쪽 우측에 배치된 제4 플래핑 모션부(240)의 수중익(243)의 피치각 제어를 위한 제4 피치각 제어부(420B);를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 피치각 제어부(410A; 410B)는 각각 제1 및 제2 타이밍 벨트(411, 412)를 포함하며, 상기 제1 타이밍 벨트(411)는 상기 제3 및 제4 플래핑 모션부(230; 240)의 플래핑 모션에 종속되어 회전되며, 상기 제2 타이밍 벨트(412)는 상기 제1 타이밍 벨트(411)의 회전력을 상기 제1 및 제2 플래핑 모션부(210; 220)의 피치축(212; 222)에 정방향으로 전달하며,
    상기 제3 및 제4 피치각 제어부(420A, 420B)는 각각 제3 및 제4 타이밍 벨트(421, 424)를 포함하며, 상기 제3 타이밍 벨트(421)는 상기 제1 및 제2 플래핑 모션부(210; 220)의 플래핑 모션에 종속되어 회전되며, 상기 제4 타이밍 벨트(424)는 상기 제3 타이밍 벨트(421)의 회전력을 상기 제3 및 제4 플래핑 모션부(230; 240)의 피치축(232; 242)에 역방향으로 전달하는
    자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력축(10)에 장착되며, 베벨기어(51, 52, 53, 54) 및 동력전달축(61, 62, 63, 64)을 통해 상기 복수의 플래핑 모션부(210, 220, 230, 240)에 연결된 복수의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)를 포함하며,
    상기 복수의 크랭크-로커 기구(310, 320, 330, 340)는 각각 단방향 회전 동작을 하는 크랭크와, 상기 동력전달축에 연결되며 플래핑 동작을 하는 종동링크를 포함하는
    자가발전 기능을 갖는 왕복회전식 수중 추진체.
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