KR20240014700A - 림 구동형 회전 장치 - Google Patents

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KR20240014700A
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Abstract

본 발명은 중공 원통 형상의 아우터 어셈블리와; 상기 아우터 어셈블리에 회전 가능하게 장착되는 이너 어셈블리;를 포함하고, 상기 이너 어셈블리는, 링 형상으로 형성되어 상기 아우터 어셈블리의 일측 및 타측에 각각 구비되는 제1 및 제2 커넥트 링과, 상기 제1 및 제2 커넥트 링 사이에 구비되는 것으로, 팁(tip)이 중심을 향하도록 이격 배치되는 복수 개의 블레이드 및 상기 각 블레이드의 기단이 결합되어 형성되는 림(rim)을 포함하는 림 부재를 포함하며, 상기 림 부재는 상기 블레이드가 상기 림에 결합된 블레이드 림 부재와 상기 림 만으로 형성되는 커먼 림 부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

림 구동형 회전 장치{RIM DRIVEN ROTATING APPARATUS}
본 발명은 회전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 등의 발전수단 또는 추진수단으로서의 림 구동형 회전 장치에 관한 것이다.
유체의 흐름에 간섭되어 회전력을 발생시키거나, 반대로 회전력을 통해 유체를 가속하는 기계적 수단으로 블레이드(blade)가 사용되고 있다. 즉, 선박의 추진에 사용되는 블레이드(또는, 프로펠러)는 블레이드의 회전을 통해 유체(물)를 가속하여 추력을 발생시킨다.
조력이나 수력 발전에서는 유수의 흐름이 블레이드(또는, 터빈)에 작용되어 회전력으로 변환되는데, 이 경우, 변환된 회전력은 전력을 생성하는데 사용될 수 있다.
이와 같이 발전수단 또는 추진수단으로 사용되는 블레이드는 일반적으로 회전 중심축인 허브(hub)에 각 블레이드의 기단이 연결되어 허브를 중심으로 회전 동작되는 구조를 가지고 있다.
그러나 이와 같이 전형적인 구조는 회전 중심축에 배치된 허브에 의해 불규칙한 난류가 발생되어 유체의 유동 흐름을 저해하는 문제점이 발생된다. 즉, 유로 중앙에 위치하는 허브가 유동 흐름을 방해하는 요인으로 작용될 수 있다.
그리고 반경 방향 최외측에 배치되는 블레이드 팁이 외부에 그대로 노출된 자유단으로 형성되는 문제가 있는데, 이는 블레이드 팁 부위에서의 캐비테이션 발생에 매우 취약하다.
또한, 상대적으로 가장 빠른 속도로 움직이는 블레이드 팁이 노출된 자유단으로 형성되어 있기 때문에 블레이드 팁에서 쉽게 소음이나 진동이 유발될 수 있으며, 외부로 노출된 블레이드 팁은 안전상의 문제점도 지닌다.
전술한 바와 같은 문제점에 착안하여 선박 추진 등의 분야에서 림 구동형 추진기(Rim driven truster)가 제안된 바 있다. 림 구동형 추진기는 각 블레이드의 팁을 연결하는 림(Rim)이 구비되며 블레이드를 포함한 림을 회전 구동시키는 방식을 통해 이러한 문제점을 일부 개선하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1205949호(2012.11.22.)
본 발명은 상기와 같은 기술 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 유체의 유동 흐름을 개선할 수 있고, 발전 또는 추진 효율을 향상시킬 수 있는 림 구동형 회전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 필요에 따라 블레이드의 배치 및 간격 조절이 용이한 림 구동형 회전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 블레이드의 손상 등으로 인한 교체가 용이한 림 구동형 회전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은중공 원통 형상의 아우터 어셈블리와; 상기 아우터 어셈블리에 회전 가능하게 장착되는 이너 어셈블리;를 포함하고, 상기 이너 어셈블리는, 팁(tip)이 중심을 향하도록 이격 배치되는 복수 개의 블레이드 및 상기 각 블레이드의 기단이 결합되어 형성되는 림(rim)을 포함하는 림 부재와, 링 형상으로 형성되어 상기 림 부재와 결합되는 커넥트 링을 포함하며, 상기 림 부재는 상기 블레이드가 상기 림에 결합된 블레이드 림 부재와 상기 림 만으로 형성되는 커먼 림 부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 커넥트 링과 상기 림이 맞닿는 부분에 복수 개의 나사 구멍이 형성되고, 상기 커넥트 링과 상기 림은 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 커넥트 링은 상기 아우터 어셈블리의 일측 및 타측에 각각 구비되는 제1 및 제2 커넥트 링을 포함하고, 상기 림 부재는 상기 제1 및 제2 커넥트 링 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 커넥트 링은, 내부에 원주를 따라 구비되는 코일과, 내주면에 원주를 따라 탈부착 가능하게 구비되는 복수 개의 자석 블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.
유동통로 중앙에 허브가 생략된 형태로 구성됨으로써, 불규칙한 난류의 발생을 제한하고, 유체의 흐름을 개선할 수 있으며, 발전 또는 추진효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 림 구동형의 특성상 소음, 진동에 우수한 특성을 가질 수 있는 효과가 있다. 즉, 소음 및 진동의 발생을 보다 저감시킬 수 있고, 발전수단 또는 추진수단에 적용시 소음, 진동 등과 관련된 각종 환경규제에 보다 부합될 수 있는 효과도 있다.
또한, 필요에 따라 블레이드의 배치 및 간격 조절이 용이하고, 이러한 구조로 인하여, 블레이드의 손상 등으로 인한 교체가 용이한 효과가 있다.
그리고 커넥트 링의 내주면에 복수 개의 자석 블럭이 구비된 형태로 인해, 자석 블럭의 손상 등으로 인한 유지 및 보수가 용이한 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 이너 어셈블리를 나타낸 사시도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 이너 어셈블리를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 제1 및 제2 커넥트 링을 나타낸 사시도이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 블레이드 림 부재와 커먼 림 부재를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 림 구동형 회전 장치의 커넥트 링을 나타낸 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이고, 설명 상에 방향을 지칭하는 단어는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로 시점에 따라 변경 가능함을 주지하는 바이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 림 구동형 회전 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)는 전체적으로 중공 원통형 또는 링 형상으로 형성될 수 있고, 중공 원통형 또는 링 형상의 회전 장치(100)는 전후방향으로 개방된 유동통로를 구비할 수 있다.
유동통로는 발전 또는 추진을 위한 유체의 유동경로를 제공하고, 유동통로 내부에 구비되는 블레이드(41)는 유동통로를 지나는 유체와 관련하여 회전력 또는 추력을 발생시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)는 중앙의 유동통로를 지나는 유체에 의해 블레이드(41)가 회전되거나, 블레이드(41)의 회전에 의해 유동통로를 지나는 유체를 가속하여 추력을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)는 전후방향의 회전축을 구비할 수 있고, 회전축은 유동통로를 지나는 유체의 유동방향을 따라 연장될 수 있다. 즉, 회전축은 유동통로의 중심 또는 원통형의 림 구동형 회전 장치(100)의 중심에 배치될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)에 있어 회전축은 블레이드(41) 등의 회전 중심이 되는 가상의 축을 의미하고, 허브(hub) 등 기계적 구조를 의미하는 것은 아니며, 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)는 종래의 허브가 생략된 구조이다.
본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)는 아우터 어셈블리(10)와 이너 어셈블리(20)를 포함한다. 도 1의 이너 어셈블리(20)는 간략하게 도시한 것으로, 이너 어셈블리(20)의 구성은 이하에서 좀 더 상세히 도시 및 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 이너 어셈블리를 나타낸 사시도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 이너 어셈블리를 나타낸 평면도이다.
아우터 어셈블리(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 중공 원통 형상이고, 림 구동형 회전 장치(100)의 외관을 형성하게 된다.
아우터 어셈블리(10)는 발전수단 또는 추진수단에 있어서 고정자(stator)의 기능을 포함할 수 있고, 이너 어셈블리(20)는 발전수단 또는 추진수단에 있어서 회전자(rotor)의 기능을 포함할 수 있으며, 이들은 반대의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에서는 이너 어셈블리(20)가 아우터 어셈블리(10)의 내주에서 아우터 림 어셈블리(10)에 대해 회전 가능하도록 장착 지지될 수 있다.
즉, 이너 어셈블리(20)는 도 2와 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 아우터 어셈블리(10)에 회전 가능하게 장착되는 것으로, 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)과 림 부재(40)를 포함한다.
제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)의 형상이 도 4에 좀 더 상세히 도시된다. 도 4는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 제1 및 제2 커넥트 링을 나타낸 사시도이다.
도 4는 이너 어셈블리(20)에서 림 부재(40)가 생략된 상태를 도시한 것으로, 도 4를 참조하면, 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)은 링 형성으로 형성되고, 아우터 어셈블리(10)의 일측 및 타측에 각각 구비되되, 아우터 어셈블리(10)의 내주에 구비된다. 즉, 제1 커넥트 링(31)은 아우터 어셈블리(20)의 일측 내주에 구비되고, 제2 커넥트 링(32)은 아우터 어셈블리(20)의 타측 내부에 구비된다.
또한, 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)은 림(43)과 맞닿는 부분에 복수 개의 나사 구멍(35)이 형성된다. 즉, 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)에는 나사 구멍(35)이 형성되고, 대응되는 림(43)의 나사 구멍(45)을 통해 림 부재(40)와 나사 결합된다.
다음으로, 림 부재(40)는 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32) 사이에 구비되는 것으로, 블레이드(41)와 림(43)을 포함한다.
블레이드(41)는 팁(tip)이 중심을 향하도록 이격 배치되는 것으로, 복수 개가 방사형으로 구비되고, 림(43)은 각 블레이드(41)의 기단이 결합되어 형성된다.
여기서, 블레이드(41)의 너비, 길이, 휘어짐 각도 등은 필요에 따라 설계 변경이 가능하고, 림(43)의 길이 역시 필요에 따라 설계 변경이 가능하다.
본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치(100)는 림 부재(40)가 복수 개의 부재로 구성되고, 각 림 부재(40)는 모듈화되어 개별로 탈부착이 가능하다. 림 부재의 형상이 도 5a와 도 5b에 좀 더 상세히 도시된다. 도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 림 구동형 회전 장치의 블레이드 림 부재와 커먼 림 부재를 나타낸 사시도이다.
도 5a를 참조하면, 블레이드 림 부재(51)로서, 블레이드(41)가 림(43)에 결합된 형태이고, 도 5b를 참조하면, 커먼 림 부재(53)로서, 블레이드(41) 없이 림(43) 만으로 형성된다.
이러한 블레이드 림 부재(51)와 커먼 림 부재(53)로 림 부재(40)가 구성되는데, 도 2와 도 3a에 도시된 바와 같이, 블레이드 림 부재(51)만으로 림 부재(40)가 구성될 수도 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 블레이드 림 부재(51)와 커먼 림 부재(53)가 함께 림 부재(40)로 구성될 수도 있다.
여기서, 림 부재(40)로서 블레이드 림 부재(51)와 커먼 림 부재(53)가 함께 구비되는 경우, 블레이드(41)가 이격 배치될 수 있도록 블레이드 림 부재(51)와 커먼 림 부재(53)가 배치된다.
그리고 림(43)은 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)과 맞닿는 부분에 복수 개의 나사 구멍(45)이 형성된다. 즉, 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 나사 구멍(45)이 형성되고, 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)과 림(43)의 나사 구멍(35, 45)에 의해 이들은 나사 결합된다.
본 발명에 따른 림(43)은 각 림 부재(40)의 양측부에 각각 나사 구멍(45)이 형성되고, 이에 대응되게 제1 및 제2 커넥트 링(31, 32)에도 나사 구멍(35)이 형성되는 것으로 도시되지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
즉, 림(43) 및 커넥트 링(31, 32)의 크기가 큰 경우, 결합을 더욱 견고히 하기 위하여, 림 부재(40)의 양측부와 내측부에도 복수 개의 나사 구멍(45)을 형성하고, 이에 대응되도록 커넥트 링(31, 32)에도 나사 구멍(35)을 형성하여, 나사결합되도록 할 수도 있다.
또한, 림(43)과 커넥트 링(31, 32)은 나사 결합되는 것으로 도시 및 설명하였지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니고, 림(43)과 커넥트 링(31, 32) 사이의 결합을 위한 여러 다양한 수단이 사용될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 림 구동형 회전장치의 커넥트 링의 다른 형태에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 림 구동형 회전 장치의 커넥트 링을 나타낸 사시도이다.
도 6에 따른 본 발명의 다른 실시예에 따른 림 구동형 회전 장치는 전술한 도 1 내지 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 림 구동형 회전 장치(100)와 유사하고, 커넥트 링(230)의 구조에만 차이가 있다. 따라서, 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 커넥트 링(230)은 링 형상이고, 전술한 림 부재(도 2의 40)와 결합된다.
즉, 커넥트 링(230)은 나사 구멍(235)이 구비되되, 커넥트 링(230)의 양측 내주면에 각각 구비되고, 나사 구멍(235)는 전술한 림 부재의 나사 구멍(도 5a와 도 5b의 45)에 대응된다.
이러한 커넥트 링(230)은 내주면을 따라 림 부재가 구비되고, 나사 결합을 통해 커넥트 링(230)과 림 부재는 결합될 수 있다.
이 때, 림 부재는 전술한 실시예에서와 같이, 블레이드 림 부재와 커먼 림 부재가 필요에 따라 복수 개가 구비되는 것으로 구성될 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 커넥트 링(230)은 내주면을 따라 구비되는 코일(231)과 코일(231)의 내주면을 따라 탈부착 가능하게 구비되는 복수 개의 자석 블럭(233)을 포함한다.
이러한 코일(231)과 자석 블럭(223)은 인접하게 배치되어, 전기적 상호 작용을 통해 전류를 유도하거나 회전 구동이 되도록 할 수 있다.
여기서, 자석 블럭(223)은 지지부(237)에 의해 커넥트 링(230)에 구비되는데, 지지부(237)는 커넥트 링(230)의 내주면의 양측에 각각 구비되고, 전술한 커넥트 링(230)의 나사 구멍(235)이 지지부(237)에도 대응되게 형성된다.
이러한 구조로 인하여, 커넥트 링(230)과 지지부(237) 및 림 부재는 나사 결합된다.
그리고 자석 블럭(223)은 지지부(237)에 끼워맞춤 형식으로 결합될 수 있고, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
이러한 자석 블럭(223)은 복수 개가 결합되므로, 손상 등으로 인해 개별 자석 블럭(223)의 유지, 보수 및 교체가 용이한 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100; 림 구동형 회전 장치
10; 아우터 어셈블리
20; 이너 어셈블리
31, 32, 230; 커넥트 링
35, 45, 235; 나사 구멍
40; 림 부재
41; 블레이드
43; 림
51; 블레이드 림 부재
53; 커먼 림 부재
231; 코일
233; 자석 블럭

Claims (4)

  1. 중공 원통 형상의 아우터 어셈블리와;
    상기 아우터 어셈블리에 회전 가능하게 장착되는 이너 어셈블리;를 포함하고,
    상기 이너 어셈블리는,
    팁(tip)이 중심을 향하도록 이격 배치되는 복수 개의 블레이드 및 상기 각 블레이드의 기단이 결합되어 형성되는 림(rim)을 포함하는 림 부재와,
    링 형상으로 형성되어 상기 림 부재와 결합되는 커넥트 링을 포함하며,
    상기 림 부재는 상기 블레이드가 상기 림에 결합된 블레이드 림 부재와 상기 림 만으로 형성되는 커먼 림 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 림 구동형 회전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 커넥트 링과 상기 림이 맞닿는 부분에 복수 개의 나사 구멍이 형성되고,
    상기 커넥트 링과 상기 림은 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 림 구동형 회전 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 커넥트 링은 상기 아우터 어셈블리의 일측 및 타측에 각각 구비되는 제1 및 제2 커넥트 링을 포함하고,
    상기 림 부재는 상기 제1 및 제2 커넥트 링 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 림 구동형 회전 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 커넥트 링은,
    내부에 원주를 따라 구비되는 코일과,
    내주면에 원주를 따라 탈부착 가능하게 구비되는 복수 개의 자석 블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 림 구동형 회전 장치.
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