WO2019027301A1 - 선박용 조타 및 추진 복합 시스템 - Google Patents

선박용 조타 및 추진 복합 시스템 Download PDF

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WO2019027301A1
WO2019027301A1 PCT/KR2018/008906 KR2018008906W WO2019027301A1 WO 2019027301 A1 WO2019027301 A1 WO 2019027301A1 KR 2018008906 W KR2018008906 W KR 2018008906W WO 2019027301 A1 WO2019027301 A1 WO 2019027301A1
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WO
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shaft
ship
vertical
upper portion
rear end
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PCT/KR2018/008906
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French (fr)
Inventor
이병욱
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주식회사 지오티
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H23/04—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing the main transmitting element, e.g. shaft, being substantially vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H23/06—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from a single propulsion power unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters

Definitions

  • the present invention relates to a combined steering and propulsion system for a ship, and more particularly, to a ship steering and propulsion complex system capable of adjusting propulsion direction without requiring a rudder of a ship, .
  • a ship is a propulsion system that drives a propeller through a propulsion system that is installed by penetrating the power generated from an engine installed inside the ship at the rear of the ship and adjusts the direction of the ship using a separate steering gear (steering rudder) , And an outboard motor which is equipped with a propeller on the outer side of the rear end of the ship and which adjusts the direction of the ship by turning the engine including the propeller from the rear of the ship.
  • a propulsion system that drives a propeller through a propulsion system that is installed by penetrating the power generated from an engine installed inside the ship at the rear of the ship and adjusts the direction of the ship using a separate steering gear (steering rudder)
  • an outboard motor which is equipped with a propeller on the outer side of the rear end of the ship and which adjusts the direction of the ship by turning the engine including the propeller from the rear of the ship.
  • an engine is installed inside the ship, and a propeller shaft for transmitting the power of the engine is connected with a universal joint or the like so as to be able to refractively, so that the propelling direction of the propeller can be controlled together with the refractor of the propeller shaft system.
  • a propeller shaft for transmitting the power of the engine is connected with a universal joint or the like so as to be able to refractively, so that the propelling direction of the propeller can be controlled together with the refractor of the propeller shaft system.
  • an engine 12 installed inside the ship 10 and a bracket (not shown) provided on the outside of the rear end of the ship 10 And a shaft housing 20 connected to the ship 10 by a hinge 16 and supporting the propeller shaft 18 in the front and rear direction.
  • the power transmission system of the prior art has a structure in which the front end portion is connected to the drive shaft (not shown) of the engine 12 installed in the ship 10 and the rear end is connected to the center of the hinge 16 through the rear end of the ship 10 A first shaft 22 corresponding to and transmitting the power of the engine 12;
  • the front end of the shaft 20 is connected to the rear end of the first shaft 22 by a universal joint 24.
  • the rear end of the shaft is supported by the upper portion of the shaft housing 20 and supported by the shaft housing 20 about the connection portion of the universal joint 24.
  • the universal joint 24 connecting the first shaft 22 and the second shaft 26 and refracting the power transmits the center of gravity of the refraction center C1 (for example, the center of the 'cruciform axis' of the universal joint)
  • the position should be aligned with the axial center C2 of the above-described hinge 16 and on the upper side apart from the hinge 16.
  • the second shaft 26 is rotatably supported by the upper portion 20a of the shaft housing 20 in the longitudinal direction of the shaft housing 20 and is rotatably supported by the shaft housing 20 with the hinge 16 as a center Turn.
  • the second shaft 26 is horizontally disposed in the upper portion 20a of the shaft housing 20 in such a state that the second shaft 26 maintains a substantially vertical arrangement with respect to the propeller shaft 18 supported by the shaft housing 20 So that the shaft can be rotated.
  • the second shaft 26 and the propeller shaft 18, which are supported by the shaft housing 20 have a displacement angle &thetas; And the occurrence of such a displacement angle ⁇ acts as a force for deforming the shaft housing 20 supporting the propeller shaft 18 or the second shaft 26 from which the propeller shaft 18 or There is a problem that damage or breakage of the portion supporting the second shaft 26 occurs.
  • the universal joint 24 has an angle (the bending angle BA is limited (about 30-35 degrees) to the right) about the power transmission.
  • the universal joint 24 gradually reduces the torque that can be transmitted as the bend angle between them increases.
  • first and second shafts 22 and 26 or the universal joint 24 are subject to damage or destruction due to their structural and physical characteristics and the accumulation of fatigue.
  • a characteristic configuration of a marine steering and propulsion complex system includes: a first shaft connected to a drive shaft of an engine installed in a ship; A shaft housing rotatably supporting a propeller shaft and a vertical shaft connected to each other through an angle switching unit and pivotable at a rear end of the ship by a hinge connection; A first rotating body rotatable about the vertical axis at an upper portion of the vertical axis; A second shaft rotatably supported by the first rotatable body and having a rear end connected to an upper portion of the vertical shaft and an angle changing portion, And a joint capable of connecting the rear end of the first shaft and the front end of the second shaft.
  • the second axis may be a combination of male and female splines.
  • a combined system for a ship steering and propulsion system comprising: a drive shaft installed at a rear end of a ship; A second rotating body rotatable about the driving shaft at an upper portion of the driving shaft; A shaft housing rotatably supporting a propeller shaft and a vertical shaft connected to each other through an angle switching unit and pivotable at a rear end of the ship by a hinge connection; A first rotating body rotatable about the vertical axis at an upper portion of the vertical axis; The front end portion of the driving shaft is connected to the angle changing portion and is rotatably supported by the second rotating body and the rear end portion is connected to the upper portion of the vertical axis by the angle switching portion And a third shaft rotatably supported by the first rotating body.
  • the third axis may be a combination of male and female splines.
  • the shaft housing includes a housing body supporting a lower portion of the upper portion of the vertical shaft, a propeller shaft, and an angle changing portion; And a cover which covers an upper portion of the housing body and is rotatably installed around the vertical axis from the housing body.
  • the first rotating body is effectively constituted by the cover.
  • the shaft housing supporting the propeller shaft and the vertical shaft is hinged to the outside of the rear of the ship so as to be pivotable in both left and right directions. So that the design of the power transmission system can be freely designed and the output of the engine is increased compared with the conventional one. , There is an effect of increasing the range of the steerable angle.
  • FIG. 1 is a side view showing a rear portion of a ship equipped with a combined system for a ship steering and propulsion according to the prior art.
  • FIG. 2 is a plan view for explaining the power transmission system according to the installation of the rear portion of the ship shown in FIG. 1 and the combined ship steering and propulsion system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining precautions in the design of the power transmission system according to the turning angle of the shaft housing with respect to the longitudinal direction of the ship in FIG.
  • FIG. 4 is a side view schematically illustrating a power transmission system of the combined system for a ship steering and propulsion system according to an embodiment of the present invention, and a working relationship of arrangements of the respective structures.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the arrangement relationship of the arrangements of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an operation relationship of a power transmission system according to a turning angle of a shaft housing with respect to a longitudinal direction of a ship according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view schematically illustrating a power transmission system structure of a marine steering and propulsion system according to another embodiment of the present invention, and a working relationship of arrangements of the respective structures.
  • FIG. 8 is a plan view schematically showing the arrangement relationship of the arrangements of FIG. 7; FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an operation relationship of a power transmission system according to a turning angle of a shaft housing with respect to a longitudinal direction of a ship according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention in its best mode, comprises: a first shaft connected to a drive shaft of an engine installed in a ship; A shaft housing rotatably supporting a propeller shaft and a vertical shaft connected to each other through an angle switching unit and pivotable at a rear end of the ship by a hinge connection; A first rotating body rotatably supported at an upper portion of the vertical shaft so as to be rotatable about the vertical axis and rotatably supported with respect to the shaft housing; A second shaft rotatably supported by the first rotatable body and having a rear end connected to an upper portion of the vertical shaft and an angle changing portion, And a joint capable of connecting the rear end portion of the first shaft and the front end of the second shaft, the joint being capable of being refracted.
  • the expression of the front or front end portion refers to a longitudinal direction of a general ship and refers to a portion of the longitudinal direction which is located in the cell direction or direction thereof, Quot; refers to a portion opposite or opposite to the front or front end portion.
  • 'Embodiment 1' is intended to make it possible to change some of the configurations including the engine 12 already installed in the vessel 10, and 'Embodiment 2' To the engine 12 " from the engine 10 to the engine 12 ".
  • the engine 12 is installed inside the rear end of the ship 10,
  • the shaft housing 20 supporting the propeller shaft 18 by using the hinge 16 on the bracket 14 or its equivalent structure provided on the outer side of the tail of the ship 10 with respect to the longitudinal direction of the ship 10 So that it can be swiveled to both left and right sides.
  • the power transmission system for transmitting the power between the engine 12 and the propeller shaft 18 has a structure in which the front end portion of the propeller shaft 18 is connected to the drive shaft Da of the engine 12, And the intermediate portion is connected to the rear end of the ship 10 in such a manner as to maintain the arrangement parallel to the longitudinal direction of the ship 10 and to receive the support of the engine 10 in a rotatable manner, (22 ').
  • the position of the rear end of the first shaft 22 ' is located in the front portion of the ship 10 in the longitudinal direction of the ship 10 from the center of the hinge 16 described above and is connected to the rear end portion of the first shaft 22'
  • the front end portions of the second shafts 26a 'and 26b' connecting to the joint 24 'and the joint 24' are also biased toward the front of the ship 10 in the longitudinal direction from the center of the hinge 16.
  • the first shaft 22 maintains its length in parallel with the longitudinal direction of the ship 10 and at the same time, the position of the rear end is maximally opened forward from the hinge 16 within the range of being rotatably supported. .
  • the position of the joint 24 ' which allows the power to be transmitted while allowing the angle between the first axis 22' and the second axis 26a ', 26b' to bend, is determined by the center of the hinge 16 Which is located at the upper position and which is located between the first axis 22 'and the second axis 26a', 26b 'rather than the position of the joint 24' corresponding to the upper center position of the hinge 16. [ So that the refraction angle (BA) can be significantly reduced.
  • Reducing the angle of refraction BA between the first axis 22 'and the second axis 26a', 26b 'in this way means that the power of the engine 12 is maximized to the maximum possible value for the propeller shaft 18 .
  • the above-described joint 24 ' may be a conventional universal joint or may be developed by the present applicant to provide a flexible joint that can flex and flexibly transmit torque, as disclosed in Korean Patent Publication No. 1496660 (Feb. 05. announcement) can be made with the configuration of the connection relation using the reinforcement coil.
  • the second shafts 26a 'and 26b' which are connected to each other via the joint 24 'described above, are elongated or contractible in length and horizontally arranged like the first shaft 22' , And is rotatably supported at the upper portion of the shaft housing 20 '.
  • the longitudinal rear end portions of the second shafts 26a 'and 26b' are connected to the upper end portion of the vertical shaft 30 rotatably supported by the shaft housing 20 ' 28b.
  • the above-described propeller shaft 18 and the vertical shaft 30 are connected to each other by angular switching parts 28c and 28d, and they are supported so as to be rotatable within the above-described shaft housing 20 '.
  • a first rotating body 20a' which rotates about the vertical axis 30 and rotatably supports the second shafts 26a 'and 26b' ) Is installed.
  • the first rotating body 20a ' may be configured to rotate by being supported by bearings 32a' on the upper portion of the shaft housing 20 ' May be configured to rotate under the support of the bearings 32b 'and rotatably supported by the bearings 32a' and 32b 'with respect to both the shaft housing 20' and the vertical shaft 30.
  • first rotating body 20a ' may be replaced with a cover that rotatably covers the upper portion of the shaft housing 20' and rotatably supports the upper portion of the vertical shaft 30 '.
  • the upper portion of the vertical shaft 30 and the rear end portions of the corresponding second shafts 26a 'and 26b' are interconnected through angular switching units 28a and 28b such as gear boxes including bevel gears.
  • connection of the first and second shafts 26a 'and 26b' is such that the first shaft 20a 'rotates about the vertical shaft 30 while the second shafts 26a' and 26b ' 'Are prevented from moving in the longitudinal direction thereof, so that the transmission of power can be stably maintained through these and the angular switching parts 28a and 28b between them.
  • the second shafts 26a 'and 26b' are configured such that their lengths can be extended or contracted in the longitudinal direction.
  • the displacement interval f (i) corresponding to the difference in the radius R1 of the second shafts 26a ', 26b' corresponding to the shafts R2 of the vertical shafts 30 rotating together with the shaft housing 20 ' d) of the propeller shaft 18 is compensated for by the expansion and contraction of the second shafts 26a 'and 26b' and the swing angle AD1 of the shaft housing 20 'including the propeller shafts 18 and the second shafts 26a'
  • the design according to the installation of the joint 24 ' is canceled at the center of the hinge 16 by canceling the displacement angle [theta] according to the twist between the turning angle AD2 formed by the first rotating body 20a' Which is free from alignment.
  • the refraction angle BA of the first shaft 22 'and the second shafts 26a' and 26b 'around the joint 24' is gradually reduced by the rotation of the first rotator 20a '
  • the transmission of the torque is further improved even when the propeller shaft 18 is at the same angular position as compared with the conventional art.
  • the ship steering and propulsion combined system includes a drive shaft Da "connected from an engine 12" installed inside the rear of the ship 10, So as to be located upright in the vertical direction.
  • the above-mentioned drive shaft Da may be connected to the engine 12" from a gear box or the like, and a second rotatable body (Da ”) rotatable around the drive shaft Da" 34 ").
  • the second rotating body 34 " is rotatably supported on the upper portion of the engine 12 " or on the ship 10, so as to be rotatable about the drive shaft Da " Or may be rotatably supported by a bearing 32c '' corresponding to the upper portion of the drive shaft Da '', or may be rotatably supported by the other bearing 32d ' have.
  • the second rotating body 34 " may be rotatably supported by the engine 12 " or the ship 10 and may be rotatably installed via the driving shaft Da ".
  • the propulsion shaft 18 and the vertical shaft 30 are connected to each other by the angular switching units 28c and 28d and are rotatably supported by the angular switching units 28c and 28d, respectively, according to another embodiment of the present invention.
  • the first rotating body 20a ' is rotatable about the vertical axis 30 at the upper portion of the vertical shaft 30 and the first rotating body 20a' And performs the same category of functions.
  • a length in the longitudinal direction can be elongated or contracted between the upper portion of the drive shaft Da " and the upper portion of the vertical shaft 30,
  • the shear portion is connected to the upper portion of the drive shaft Da by angular switching portions 28e “ and 28f ", and the front end portion is rotatably supported by the second rotating body 34 "
  • the rear end portion is connected to the upper portion of the vertical shaft 30 by the angular switching portions 28a and 28b and the front end portion is rotatably supported from the first rotating body 20a ' And a third shaft 36a ", 36b " which is supported and maintained in a connected state through the angular switching parts 28a and 28b.
  • the third shaft 36a ", 36b " described above is connected to the drive shaft Da and the vertical shaft 30 in a length-adjusted manner.
  • the longitudinal extension and contraction drive of the third shafts 36a “, 36b " is such that the turning around the drive shaft is a trajectory of the third axis Rl " and a trajectory R2 of the vertical axis 30 pivoting around the hinge 16 ). ≪ / RTI >
  • the ship steering and propulsion combined system can transmit the power of the drive shaft Da " to the vertical shaft 30 without refraction, thereby preventing loss of torque at the time of steering, There is an advantage that the steering angle can be further enlarged.

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Abstract

본 발명은, 선박 내에 설치한 엔진에서 나오는 추진력을 선박의 방향타(Rudder)가 필요 없이 추진 방향을 조정할 수 있도록 하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템에 관한 것으로, 그 특징적인 구성은, 선박 내에 설치한 엔진의 구동축과 연결한 제1축과; 내부에 각도전환부로 연결한 프로펠러축과 수직축을 회전 가능하게 지지하고, 선박 외측의 후미에서 힌지 연결로 선회 가능한 샤프트 하우징과; 상기 수직축의 상부에서 상기 수직축을 중심으로 회전 가능한 제1회전체와; 길이가 신축 가능하고, 수평 배치를 이루며 상기 제1회전체의 지지를 받아 회전 가능하고, 후단을 상기 수직축의 상부와 각도전환부로 연결한 제2축; 및 상기 제1축의 후단 부위와 상기 제2축의 전단을 연결하며, 굴절 가능한 조인트;를 포함하여 이루어진다.

Description

선박용 조타 및 추진 복합 시스템
본 발명은 선박용 조타 및 추진 복합 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 선박 내에 설치한 엔진에서 나오는 추진력을 선박의 방향타(Rudder)가 필요 없이 추진 방향을 조정할 수 있도록 하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박은, 선박 내부에 설치한 엔진에서 발생한 동력을 선체 후미로 관통시켜 설치한 추진축계를 통해 프로펠러를 구동시키고 별도의 조타기(Steering Rudder)를 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 선내기와, 선박의 후미 외측에 프로펠러를 구비한 엔진을 설치하여 선박의 후미로부터 프로펠러를 포함한 엔진을 선회시키는 것으로 선박의 진행 방향을 조정하는 선외기로 구분할 수 있다.
또한, 선박 중에는, 선박 내부에 엔진을 설치하고, 엔진의 동력을 전달하기 위한 추진축계를 유니버설 조인트 등으로 굴절 가능하게 연결하여 추진축계의 굴절부와 함께 프로펠러의 추진방향을 조종할 수 있도록 절충한 조타 및 추진 복합 시스템이 있다.
상술한 조타 및 추진 복합 시스템의 종래 기술을 살펴보면, 도 1 또는 도 2에서 확인되는 바와 같이, 선박(10)의 내측에 설치한 엔진(12)과, 선박(10)의 후미 외측에 마련한 브래킷(14)에 힌지(16)로 연결하여 선박(10)과 전후 방향의 배열을 이루며 하부에서 프로펠러축(18)을 지지하는 샤프트 하우징(20)을 구비한다.
이로부터 종래 기술의 동력 전달체계는, 전단 부위가 선박(10) 내에 설치한 엔진(12)의 구동축(도시 안됨)에 연결하고, 후단이 선박(10)의 후미를 통해 힌지(16) 중심에 대응하여 놓여 엔진(12)의 동력을 전달하는 제1축(22)과; 전단을 제1축(22)의 후단과 유니버설 조인트(24)로 연결하고, 후단 부위가 샤프트 하우징(20)의 상부에 지지를 받아 유니버설 조인트(24)의 연결 부위를 중심으로 샤프트 하우징(20)과 함께 선회하는 제2축(26)과; 샤프트 하우징(20) 내에서 세워진 형상으로 회전 가능하게 지지를 받고, 상단은 제2축(26)의 후단에 베벨기어 또는 이미 설정한 설계의 기어박스를 포함하여 이루어진 각도전환부(28a, 28b)로 연결하고, 하단은 샤프트 하우징(20)의 지지를 받아 프로펠러축(18)의 전단과 함께 각도전환부(28c, 28d)로 연결한 수직축(30)으로 이루어진다.
여기서, 제1축(22)과 제2축(26)을 연결하며 동력을 굴절시켜 전달하는 유니버설 조인트(24)는, 그 굴절 중심(C1)(예를 들어 유니버설 조인트의 '십자축' 중심)위치가 상술한 힌지(16)의 축 중심(C2)과 일선상에 있으면서 힌지(16)로부터 이격된 상측에 정렬되어야 한다.
그 이유는, 도 3의 계통도로 표현한 바와 같이, 유니버설 조인트(24)의 굴절 중심(C1) 위치가 힌지(16)의 중심(C2) 위치에서 간격(d)을 두고 제1축(22)의 길이 방향으로 벗어날 경우, 제2축(26)의 후단이 선회하는 곡률반경에 따른 괘적(R1)과 샤프트 하우징(20)의 지지를 받아 수직축(30)이 선회하는 곡률반경에 따른 괘적(R2)이 상이하다.
또한, 제2축(26)은 샤프트 하우징(20)의 상부(20a)에 길이 방향을 중심축으로 회전 가능하게 지지를 받는 관계에 있고, 힌지(16)을 중심으로 샤프트 하우징(20)과 함께 선회한다.
즉, 제2축(26)은 샤프트 하우징(20)의 지지를 받는 프로펠러축(18)과 상하 간격을 두고 대략 나란한 배치를 유지하는 상태로 샤프트 하우징(20)의 상부(20a)에서 수평 배치를 이루어 축 회전이 가능한 상태로 놓인다.
이에 따라, 선박(10)의 길이 방향과 제2축(26)이 일직선상에 있을 때를 기준으로 함과 동시에 샤프트 하우징(20)이 좌 또는 우측으로 일정 각도 이상 틀어질 때에, 제1축(22)과 제2축(26)의 연결부위 또는 제2축(26)과 수직축(30)의 연결부위는 상호 어긋날 수밖에 없다.
즉, 제2축(26) 후단의 괘적(R1)과 수직축(30)의 선회 괘적(R2)이 동일해야 하지만, 평면상에서 힌지(16)의 중심(C2)위치와 유니버설 조인트(24)의 굴절 중심(C1)위치가 서로 다를 경우, 양 괘적(R1, R2)은 도 3의 일점쇄선으로 표현한 바와 같이 상이하고, 제2축(26)의 선회 위치를 기준하여 도 3에서 빗금으로 표시한 변위 간격(f(d))의 차이가 발생한다.
이와 더불어, 샤프트 하우징(20)의 지지를 받는 제2축(26)과 프로펠러축(18)은, 도 3에 표시한 바와 같이, 상호 간의 굴절 각(BA)이 발생함에 대응하여 변위 각(θ)이 발생하고, 이러한 변위 각(θ)의 발생은 프로펠러축(18) 또는 제2축(26)을 지지하는 샤프트 하우징(20)을 변형시키는 힘으로 작용하며, 이로부터 프로펠러축(18) 또는 제2축(26)을 지지하는 부위의 손상 내지 파손이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 제1, 2축(22, 26)과 유니버설 조인트(24)의 설치는 상술한 힌지(16)의 중심에 대하여 매우 정밀하게 정렬시키도록 각별한 주의가 요구되는 문제가 있다.
또한, 유니버설 조인트(24)는 동력 전달과 관계하여 꺾일 수 있는 각도(굴절 각도(BA)가 제한(약 좌우 30-35도)적이다.
그리고 유니버설 조인트(24)는 제1, 2축(22, 26)이 직선일 때와 비교할 때에 이들 사이의 굽은 각도가 증가할수록 전달할 수 있는 토크를 점차 줄어든다.
따라서, 선박(10)의 방향 선회시에는 엔진(12)의 출력을 그 선회 각도에 대응하여 줄이고, 축의 회전수를 줄여야하는 문제가 있다.
그렇지 않을 경우에는, 제1, 2축(22, 26) 또는 유니버설 조인트(24)는 구조적, 물리적 특성과 그에 따른 피로의 누적 등으로 손상 내지 파손의 위험이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결 또는 보완하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 샤프트 하우징의 선회 기준인 힌지에 대하여 제1, 2축과 유니버설 조인트를 포함하여 굴절 가능하게 동력을 전달하는 조인트의 정렬에 따른 제약을 줄여 설계가 자유롭도록 하고, 선박의 조향을 위한 샤프트 하우징의 회전과 그에 따른 제1, 2축의 굽은 각도가 증가함에도 엔진의 출력을 종래에 비교하여 증가시키도록 하며, 조향 가능한 각도의 범위를 증가시킬 수 있도록 하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템의 특징적인 구성은, 선박 내에 설치한 엔진의 구동축과 연결한 제1축과; 내부에 각도전환부로 연결한 프로펠러축과 수직축을 회전 가능하게 지지하고, 선박 외측의 후미에서 힌지 연결로 선회 가능한 샤프트 하우징과; 상기 수직축의 상부에서 상기 수직축을 중심으로 회전 가능한 제1회전체와; 길이가 신축 가능하고, 수평 배치를 이루며 상기 제1회전체의 지지를 받아 회전 가능하고, 후단을 상기 수직축의 상부와 각도전환부로 연결한 제2축; 및 상기 제1축의 후단 부위와 상기 제2축의 전단을 연결하며, 굴절 가능한 조인트;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제2축은 암수 스플라인의 결합으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템의 특징적인 구성은, 선박 내의 후미에 세워진 형상으로 설치한 구동축과; 상기 구동축의 상부에 상기 구동축을 중심으로 회전 가능한 제2회전체와; 내부에 각도전환부로 연결한 프로펠러축과 수직축을 회전 가능하게 지지하고, 선박 외측의 후미에서 힌지 연결로 선회 가능한 샤프트 하우징과; 상기 수직축의 상부에서 상기 수직축을 중심으로 회전 가능한 제1회전체와; 길이가 신축 가능하고, 전단 부위는 상기 구동축의 상부와 각도전환부로 연결한 상태를 유지하며 상기 제2회전체에 회전 가능하게 지지를 받고, 후단 부위는 상기 수직축의 상부와 각도전환부로 연결한 상태를 유지하며 상기 제1회전체에 회전 가능하게 지지를 받는 제3축;을 포함하는 이루어진다.
또한, 상기 제3축은 암수 스플라인의 결합으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 샤프트 하우징은 상기 수직축의 상단 부위의 아래 부분과 프로펠러축 및 각도전환부를 지지하는 하우징 몸체와; 상기 하우징 몸체의 상부를 덮으며, 상기 하우징 몸체로부터 상기 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치한 덮개로 이루어지며, 상기 제1회전체는 상기 덮개로 구성함이 효과적이다.
본 발명의 각 실시 예에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템에 의하면, 프로펠러축과 수직축을 지지하는 샤프트 하우징을 선박의 후미 외측에 힌지로 연결하여 좌우 양 방향으로 선회 가능하도록 한 것에 대하여, 엔진의 구동축과 선회하는 수직축 사이를 연결하는 동력전달체계가 종래에 비교하여 작은 각도로 굽어지게 하거나 굽어지지 않도록 함으로써 동력전달체계의 설치에 따른 설계가 자유롭도록 함과 동시에 엔진의 출력을 종래에 비교하여 증가시키고, 조향 가능한 각도의 범위를 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템이 설치된 선박 후미 부위를 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 선박의 후미 부위와 선박용 조타 및 추진 복합 시스템이 설치에 따른 동력전달체계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 2에서 선박의 길이 방향에 대하여 샤프트 하우징의 선회 각도에 따른 동력전달체계 설계시의 주의사항을 설명하기 위한 계통도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템의 동력전달체계 구성들과 각 구성들의 배치에 따른 작용관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 4의 구성들의 배치관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예로 선박의 길이 방향에 대하여 샤프트 하우징의 선회 각도에 따른 동력전달체계의 작용관계를 설명하기 위한 계통도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 선박용 조타 및 추진 복합 시스템의 동력전달체계 구성들과 각 구성들의 배치에 따른 작용관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 8은 도 7의 구성들의 배치관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예로 선박의 길이 방향에 대하여 샤프트 하우징의 선회 각도에 따른 동력전달체계의 작용관계를 설명하기 위한 계통도이다.
본 발명은 최선의 형태로, 선박 내에 설치한 엔진의 구동축과 연결한 제1축과; 내부에 각도전환부로 연결한 프로펠러축과 수직축을 회전 가능하게 지지하고, 선박 외측의 후미에서 힌지 연결로 선회 가능한 샤프트 하우징과; 상기 수직축의 상부에서 상기 수직축을 중심으로 회전 가능하게 지지되면서 상기 샤프트 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되는 제1회전체와; 길이가 신축 가능하고, 수평 배치를 이루며 상기 제1회전체의 지지를 받아 회전 가능하고, 후단을 상기 수직축의 상부와 각도전환부로 연결한 제2축; 및 상기 제1축의 후단 부위와 상기 제2축의 전단을 연결하며, 굴절 가능한 조인트;를 포함하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템을 제시한다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 발명의 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있는 것이며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 청구범위에 귀속될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명을 설명함에 있어, 전방 또는 전단 부위의 표현은 일반적인 선박의 길이 방향을 기준으로 함과 동시에 그 길이 방향 중 전지하는 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하고, 후방 또는 후단 부위의 표현은 전방 또는 전단 부위의 반대인 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하여 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 각 실시 예를 상세히 설명하기로 하고, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여함과 동시에 '실시예 1'에 해당하는 경우, 변경 사항을 갖는 구성의 부호 뒤에 ' ' ' 표식을 하고, '실시예 2'에 해당하는 경우, 변경 사항을 갖는 구성의 부호 뒤에 ' " ' 표식을 하여 그 식별이 용이하도록 하며, 종래 또는 앞의 실시 예에서 언급한 구성의 해당 실시 예에서 동일 내지 동일 범주의 기술적 구성일 경우 동일 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에 있어, '실시예 1'은 선박(10) 내에 이미 설치한 엔진(12)을 포함한 각 구성 중 일부를 변경하여 적용할 수 있도록 하기 위한 것이고, '실시예 2'는 기존 선박(10)에서 엔진(12")까지 변경 설치함에 대응하여 그 적용이 가능하도록 한 것이다.
[ 실시예 1]
본 발명의 '실시예 1'에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템은, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 선박(10)의 후미 중 내측에 엔진(12)의 설치가 이루어지고, 선박(10)의 후미 중 외측에 마련한 브래킷(14) 또는 그와 동등한 구조물에 힌지(16)를 이용하여 프로펠러축(18)을 지지하는 샤프트 하우징(20')을 선박(10)의 길이 방향을 기준으로 한 좌우 양측으로 선회 가능하도록 연결한 구조에 적용하기 위한 것이다.
상술한 엔진(12)과 프로펠러축(18) 사이에 동력을 전달하기 위한 동력전달체계는, 전단 부위가 선박(10)의 후미 중 내측에 설치한 엔진(12)의 구동축(Da)에 통상의 방법으로 연결을 이루어 엔진(12)의 동력을 전달받고, 중간 부위는 선박(10)의 후미 상측으로 선박(10)의 길이 방향과 나란한 배치를 유지함과 동시에 회전 가능하게 지지를 받도록 한 제1축(22')을 구비한다.
상술한 제1축(22')의 후단 부위 위치는, 상술한 힌지(16)의 중심으로부터 선박(10)의 길이 방향 전방 부위에 있으며, 제1축(22')의 후단 부위에 연결하는 조인트(24') 및 조인트(24')와 연결을 이루는 제2축(26a', 26b')의 전단 부위의 위치까지도 힌지(16)의 중심으로부터 선박(10)의 길이 방향 전방으로 치우쳐 있도록 한다.
즉, 제1축(22')은 그 길이가 선박(10)의 길이 방향과 나란한 배치를 유지함과 동시에 회전 가능하게 지지를 받는 범위 내에서 후단의 위치가 힌지(16)로부터 최대한 벌어진 전방에 있도록 함이 바람직하다.
따라서, 제1축(22')과 제2축(26a', 26b') 사이에 상호 각도가 굽어질 수 있도록 하면서 동력을 전달토록 하는 조인트(24')의 위치는, 힌지(16)의 중심 상부 위치에서 전방에 위치하고, 이것은 조인트(24')의 위치가 힌지(16)의 중심 상부 위치에 대응 위치하는 것보다 제1축(22')과 제2축(26a', 26b') 사이의 굴절 각(BA)을 현저히 줄일 수 있도록 한다.
이와 같이, 제1축(22')과 제2축(26a', 26b') 사이의 굴절 각(BA)을 줄이도록 하는 것은, 엔진(12)의 동력을 프로펠러축(18)에 가능한 최대로 전달하기 위한 것이다.
여기서, 상술한 조인트(24')는 통상의 유니버셜 조인트 일 수 있고, 또는 본 출원인에 의해 개발이 이루어져, 유연하게 휘어짐이 가능하고 토크의 전달이 용이하도록 한 대한민국 등록특허공보 제1496660호(2015.03.05. 공고)의 강화 코일을 이용한 연결관계의 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 상술한 조인트(24')를 통해 후방으로 연결이 이루어지는 제2축(26a', 26b')은, 길이가 신장 또는 수축 가능하고, 제1축(22')과 마찬가지로 수평 배치를 이루어며, 샤프트 하우징(20')의 상부에서 회전 가능하도록 지지를 받는다.
이때, 제2축(26a', 26b') 길이의 신축 변화는, 수 스플라인(26a')과 암 스플라인(26b')의 결합 관계 구성을 적용함이 바람직하고, 또는 상술한 강화 코일을 연결한 구성에 의해서도 이루어질 수 있다.
그리고, 제2축(26a', 26b')의 길이 방향 후단 부위는, 샤프트 하우징(20') 내부에서 세워진 형상으로 회전 가능하게 지지를 받는 수직축(30)의 상단 부위와 각도전환부(28a, 28b)로 연결이 이루어진다.
이때에 제2축(26a', 26b')의 길이 방향 후단 부위와 수직축(30)의 상단 부위 사이에는 상호 간의 간격이 벌어지거나 오므려지지 않는 상태가 유지되게 한다.
또한, 상술한 프로펠러축(18)과 수직축(30)은 각도전환부(28c, 28d)로 연결이 이루어지고, 이들은 상술한 샤프트 하우징(20') 내에서 각각이 회전 가능하도록 지지를 받는다.
한편, 샤프트 하우징(20')의 상부에는, 수직축(30)을 기준으로 회전하며, 상술한 제2축(26a', 26b')이 축 중심으로 회전 가능하게 지지하는 제1회전체(20a')의 설치가 이루어진다.
이러한 제1회전체(20a')는, 도 4에 도시한 바와 같이, 샤프트 하우징(20')의 상부에 대햐여 베어링(32a')의 지지를 받아 회전하는 구성이거나, 수직축(30)에 대하여 베어링(32b')의 지지를 받아 회전하는 구성 및 샤프트 하우징(20')과 수직축(30) 모두에 대하여 베어링(32a', 32b')으로 회전 가능하게 지지를 받는 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1회전체(20a')는 샤프트 하우징(20')의 상부를 회전 가능한 상태로 덮으며, 수직축(30)의 상부를 회전 가능하게 지지하는 덮개로 대체될 수도 있다.
그리고, 상술한 수직축(30)의 상부와 이에 대응하는 제2축(26a', 26b')의 후단 부위는 베벨기어를 포함한 기어박스 등 각도전환부(28a, 28b)를 통해 상호 연결이 이루어진다.
이들의 연결상태는 제1회전체(20a')가 수직축(30)을 기준으로 회전하는 구성이고, 제2축(26a', 26b')을 회전 가능하게 지지하면서 제2축(26a', 26b')이 자신의 길이방향으로 이동을 방지하도록 지지하는 관계에 있으므로 이들 상호 간과 이들 사이의 각도전환부(28a, 28b)를 통해 동력의 전달관계는 안정적으로 유지될 수 있다.
즉, 상술한 제1회전체(20a')의 회전은, 수직축(30)을 중심으로 회전함과 동시에 제2축(26a', 26b')을 지지함으로써, 도 6에서 확인되는 바와 같이, 종래의 문제점인 제2축(26a', 26b')이 이루는 각도(AD2)와 샤프트 하우징(20')과 함께 선회는 프로펠러축(18)이 이루는 각도(AD1) 사이의 변위각(θ)에 따른 비틀림을 보상한다.
그리고, 제2축(26a', 26b')은 길이 방향으로 길이가 신장 또는 수축 가능한 구성을 이루며, 이러한 제2축(26a', 26b')의 신축 변화는 암수 구조로 결합하여 토크를 안정적으로 전달토록 함과 동시에 수직축(30)의 괘적(R2) 대비 제2축(26a', 26b')의 괘적(R1) 사이의 변위 간격(f(d))을 보상한다.
이러한 구성에 의하면, 샤프트 하우징(20')과 함께 선회하는 수직축(30)의 괘적(R2)에 대응하여 제2축(26a', 26b')의 괘적(R1) 차이에 따른 변위 간격(f(d))을 제2축(26a', 26b')의 신축 변화로 상쇄하고, 또 프로펠러축(18)을 포함한 샤프트 하우징(20')의 선회 각도(AD1)와 제2축(26a', 26b')이 이루는 선회 각도(AD2) 사이의 비틀림에 따른 변위 각(θ)을 제1회전체(20a')의 회전으로 상쇄함으로써 조인트(24')의 설치에 따른 설계가 힌지(16) 중심에 대하여 정렬할 필요없이 자유롭다.
또한, 조인트(24')를 중심으로 한 제1축(22')과 제2축(26a', 26b')의 굴절 각(BA)은 제1회전체(20a')의 회전에 의해 완만하게 이루어짐으로써, 종래와 비교하여 프로펠러축(18)이 동일한 각도 위치에 있는 경우에도 토크의 전달이 더욱 향상되는 효과도 있다.
[ 실시예 2]
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템은, 도 7 내지 도 9에 표현한 바와 같이, 선박(10) 후미 내측에 설치한 엔진(12")으로부터 연결한 구동축(Da")이 상하 방향으로 세워진 형상에 있도록 함을 기준으로 한다.
여기서, 상술한 구동축(Da")은, 엔진(12")으로부터 기어박스 등으로 연결한 것일 수 있고, 구동축(Da")의 상부에는 구동축(Da")을 중심으로 회전 가능한 제2회전체(34")를 더 설치한 구성으로 이루어진다.
이러한 제2회전체(34")는, 상술한 바와 같이, 구동축(Da")의 상부에서 구동축(Da")을 중심으로 회전 가능하도록 함에 있어, 엔진(12")의 상부 또는 선박(10)의 상부에 대응하여 베어링(32c")을 통해 회전 가능하게 지지를 받는 구성으로 이루어질 수 있고, 또는 구동축(Da")에 대하여 다른 베어링(32d")을 통해 회전 가능하게 지지를 받는 구성으로 이루어질 수 있다.
이와 더불어, 제2회전체(34")는, 엔진(12")이나 선박(10)으로부터의 회전 가능한 지지와 동시에 구동축(Da")을 통해 회전 가능하게 설치한 구성으로 이루어질 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선박용 조차 및 추진 복합 시스템은, 내부에 프로펠러축(18)과 수직축(30)을 각도전환부(28c, 28d)로 연결함과 동시에 각각을 회전 가능하게 지지하며, 선박(10) 외측의 후미에 마련한 브래킷(14)에 대하여 힌지(16) 연결하여 선회 가능한 샤프트 하우징(20')을 구비한다.
그리고, 상술한 수직축(30)의 상부에서 수직축(30)을 중심으로 회전 가능한 제1회전체(20a')의 설치가 이루어지고, 이러한 제1회전체(20a')는 앞의 일 실시 예와 동일 범주의 기능을 수행한다.
이러한 구성에 있어, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선박용 조차 및 추진 복합 시스템은, 상술한 구동축(Da")의 상부와 수직축(30)의 상부 사이에는 길이 방향으로 길이가 신장 또는 수축 가능하고, 전단 부위는 구동축(Da")의 상부와 각도전환부(28e", 28f")로 연결하고, 전단 부위 측부는 제2회전체(34")에 회전 가능하게 지지를 받아 각도전환부(28e", 28f")를 통한 연결 상태를 유지하며, 후단 부위는 수직축(30)의 상부와 각도전환부(28a, 28b)로 연결하고, 전단 부위 측부는 제1회전체(20a')로부터 회전 가능하게 지지를 받아 각도전환부(28a, 28b)를 통한 연결 상태를 유지하는 제3축(36a", 36b")을 포함한다.
여기서, 상술한 제3축(36a", 36b")은 결국 구동축(Da")과 수직축(30)을 길이 조절되며 직접적으로 연결하며, 제1회전체(20a')와 제2회전체(34")는 프로펠러축(18)을 포함한 샤프트 하우징(20')의 방향(AD1)과 제3축(36a", 36b")이 이루는 변위 각(θ")을 상호 분할하여 보상하여 구동축(Da")과 수직축(30) 사이의 동력전달체계를 직선으로 구현한다.
또한, 제3축(36a", 36b")의 길이 방향 신축 구동은 구동축을 중심으로 선회는 제3축의 괘적(R1")과 힌지(16)를 중심으로 선회하는 수직축(30)의 괘적(R2) 사이의 변위 간격을 보상한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선박용 조타 및 추진 복합 시스템은, 구동축(Da")의 동력을 굴절 없이 수직축(30)에 전달할 수 있음에 따라 조향시에 토크의 손실을 방지하고, 선박의 조향각을 더욱 확대할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 선박 내에 설치한 엔진의 구동축과 연결한 제1축과;
    내부에 각도전환부로 연결한 프로펠러축과 수직축을 회전 가능하게 지지하고, 선박 외측의 후미에서 힌지 연결로 선회 가능한 샤프트 하우징과;
    상기 수직축의 상부에서 상기 수직축을 중심으로 회전 가능하게 지지되면서 상기 샤프트 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되는 제1회전체와;
    길이가 신축 가능하고, 수평 배치를 이루며 상기 제1회전체의 지지를 받아 회전 가능하고, 후단을 상기 수직축의 상부와 각도전환부로 연결한 제2축; 및
    상기 제1축의 후단 부위와 상기 제2축의 전단을 연결하며, 굴절 가능한 조인트;를 포함하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템.
  2. 선박 내의 후미에 세워진 형상으로 설치한 구동축과;
    상기 구동축의 상부에 상기 구동축을 중심으로 회전 가능한 제2회전체와;
    내부에 각도전환부로 연결한 프로펠러축과 수직축을 회전 가능하게 지지하고, 선박 외측의 후미에서 힌지 연결로 선회 가능한 샤프트 하우징과;
    상기 수직축의 상부에서 상기 수직축을 중심으로 회전 가능한 제1회전체와;
    길이가 신축 가능하고, 전단 부위는 상기 구동축의 상부와 각도전환부로 연결한 상태를 유지하며 상기 제2회전체에 회전 가능하게 지지를 받고, 후단 부위는 상기 수직축의 상부와 각도전환부로 연결한 상태를 유지하며 상기 제1회전체에 회전 가능하게 지지를 받는 제3축;을 포함하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3축은 암수 스플라인인 것을 특징으로 하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤프트 하우징은 상기 수직축의 상단 부위의 아래 부분과 프로펠러축 및 각도전환부를 지지하는 하우징 몸체와; 상기 하우징 몸체의 상부를 덮으며, 상기 하우징 몸체로부터 상기 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치한 덮개로 이루어지며,
    상기 제1회전체는 상기 덮개인 것을 특징으로 하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2축은 암수 스플라인인 것을 특징으로 하는 선박용 조타 및 추진 복합 시스템.
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