KR100818885B1 - 축이 없는 프로펠러 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체로 형성된 간단한 구조의 축이 없는 프로펠러 장치에 관한 것으로, 이 장치의 프로펠러의 중심에는 구동이나 중심을 고정하기 위한 그 어떠한 축도 없으며 상기의 프로펠러를 구동시키기 위한 것으로 프로펠러의 외주둘레로 장착되는 회전자와 본 장치의 하우징과 외접하고 있는 고정자를 구비하는 전기모터와 고정자에 인가되는 전기와 흐르는 물을 차단할 수 있는 미케니컬 씰과, 적어도 물이 윤활제로 사용되는 농축중합체로 결합한 레진계통의 베어링과, 인버터 유닛이 고정자에 인가되는 전기를 제어하여 회전자 및 프로펠러의 회전속도를 조절할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 단순화되어 간단구조로 된 축이 없는 프로펠러장치이다.

축이 없는 프로펠러, 전기모터, 하우징, 회전자, 고정자, Thordon-Bearing, 미케니컬 씰, 인버터 유닛

Description

축이 없는 프로펠러 장치{ Shaft-less Propeller Device }

도 1a는 본 발명의 구성인 축이 없는 프로 펠러 장치의 단면도이다.
도 1b는 축이 없는 프로펠러 장치 도1a의 우측단면도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 실시 예의 선체 추진장치로서의 구성도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 실시 예의 유체 이송장치로서의 구성도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 실시 예의 베어링부에 대한 도1a의 A-A기준선 우측 부분사시도이다.

<도면에 있어서의 주요부호에 대한 설명>

2 ...프로펠러 장치 3 ...프로펠러 구성체

5 ...모터 회전자 6 ...회전자 길이방향 베어링

7 ...원주방향 베어링 8 ...미케니컬 씰(Mechanical Seal)

10...하우징(Hausing) 11...모터 고정자

15...인버터유닛(Invert Unit) 20...파이프(Pipe)

20...후렌지 31...선체 연결장치

본 발명은 축이 없는 단순화된 프로펠러장치에 관한 것으로

일반적으로는 프로펠러 익형 자체에 동력을 전달함에 있어 축을 매개체로 하여 일단에 동력이 설치되고 그 타 단에 프로펠러 익형을 설치하여 유체를 이송하거나 그 반발력으로 선체 등을 추진시키는 장치가 대부분이다.
이와 유사한 종래의 기술분야는 공개 특허 1992-0021891 "베어링조립체 및 그가 설치되는 수중 추진장치" ; 환형 베어링 하우징과 하우징내 피봇 장착되며, 유막을 형성하도록 베어링 표면을 갖는 원형배영 베어링 패드와, 부하 균등화 수단을 포함하는 피봇 패드 베어링 조립체로 구성되는 프로펠러 수중 추진장치와,

또한 공개 특허1993-0021496~7 "일체로 형성된 모터를 갖는 선박용 추진장치"와 등록번호 특 10-0308181"수중추진장치"는 보호판과 보호판내에서 축에 회전할 수 있게 장착되는 허브를 갖는 프로펠러 수단과 그 외주둘레로 장착되는 회전자가 장착하는 모터와 베어링 조립체를 포함하는 프로펠러 수중추진장치가 있으나

이 장치들의 프로펠러 구성에 있어 그중심에는 구동 및 지지를 위한 베어링 조립체, 허브, 베인부재 등 기계적인 구성요소로 이루어져 조립체가 공간을 많이 점유하고 복잡하게 구성되며, 이로 인하여 통과하는 유체의 중심에 있어 저항요소로 작용하므로 동력의 소비가 늘어 날수 있으며,
프로펠러를 지지하기 위한 축과 베어링 구성체는 약 수십개에 해당하는 세부구성품을 되어 있어 그 구성이 복잡하고 구성품이 많은 만큼 고장 유발개소의 증가와 각종 마찰력 존재로 동일규모를 기준으로 했을 시 많은 소요동력이 필요하므로 고비용 발생과 보다 잦은 고장으로 원활한 운전을 저해할 수 있다

수중에 있는 기계적인 조립체이므로 유막을 형성하도록 베어링이 포함되므로 그 구성이 복잡하고 유막의 보호와 수중에서의 밀봉이 곤란할 수도 있다. 심지어는 경우에 따라 환경오염도 유발될 우려가 있다.

또한, 프로펠러의 회전속도를 변화시키거나 익형의 각도조절에 의한 통과 유량의 변경하는 방법 등으로 추진력 또는 이송되는 유체의 량을 조절할 수 없는 구조로 되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 기계적인 구성요소를 줄여 불필요한 점유공간과 유체저항을 줄여 고효율, 저비용 장치구성이 가능하도록 구성품을 단순화하여 간단구조의 장치를 구성하는 프로펠러 중심에는 축이 없는 프로펠러 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예인 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치는 도1a 및 도1b에 도시된 봐와 같이 하우징(10)내에서 회전가능하게 장착되는 프로펠러 구성체(3)와 상기 프로펠러구성체(3)를 구동시키기 위한 것으로;

상기 프로펠러(3)는 그 회전중심에 구동이나 지지를 위한 축이 없으며 그 바깥 둘레주위에 회전자(5)가 동일한 회전체로 이루어지고, 하우징(10)에 고정된 고정자(11)를 구비하는 전기모터와;

유체의 밀봉이 가능한 적어도 한 조 이상의 미케니컬 씰(8)과;

상기 회전자(5)와 하우징(10)사이에 배치되어, 프로펠러(3)의 원주방향과 길이방향에 대하여 적어도 물로 윤활이 가능한 베어링 구성체(6,7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 축이 없는 단순화된 프로펠러장치(2)에 관한 것으로

도1a 및 도1b에 도시된 녹색으로 빗금친 부분은 동일체로 회전하는 구성요소를 표시한 것이며,

상기 회전자(5)는 그 어떤 외부 전원공급장치( 본 도면에서 미도시 )로 부터 공급되는 전기가 주파수 변경 등 특성변화가 가능한 인버터 유닛(15)을 거쳐 하우징(10)에 장착된 고정자(11)에 인가되는 전기에 의해 자기적으로 결합하여 모터특성을 갖추어 회전가능하고, 프로펠러(3)와 구조적으로 고정되어 동일한 회전체로 회전이 가능하며, 아울러 고정자(11)에 인가되는 전기에 의해 유도되는 전기를 완전하게 절연되는 절연체를 포함한다.
인버터 유닛(15)는 현재 일반화된 모터의 회전수를 조절할 수 있는 장치로 일명 약자로 VVVF장치(가변전압,가변주파수방식)로 칭하기도하는 데, 감속기 등 다른 기계적인 회전수 변환장치와 모터의 극수를 조정하여 회전수를 조정하는 것보다 모터에 공급되는 전원의 전압과 주파수를 변환하여 조절하므르써 넓은 범위에서 광범위한 회전수를 조절할 수 있는 장치를 착설하여 부하를 조절하므로서 해당되는 출력의 회전수를 손쉽게 변환하여 부하에 상응하는 효과적인 장치운용을 할 수 있도록 간단구조로 된 "축이 없는 프로펠러장치"의 구성효과를 극대화할 수 있는 장치를 구성하였다.

상기 프로펠러 구성체(3)는 적어도 2개 익형 이상으로 이루어지고, 모터의 회전자(5)와 고정되어 그 회전중심과 동적으로 안정적인 회전 구조체로 구성되고, 회전하는 프로펠러 구성체(3)에 의해 전면 후면의 유체를 통과시킬 수 있으며, 가역적으로 통과하는 유체에 의해 프로펠러 구성체(3)의 회전할 수 있도록 구성된다.

상기 하우징(10)은 원통형으로 반 폐쇄형 구조로 회전자(5) 부분만이 유체가 접할 수 있도록 열려 있으며, 하우징(10)의 외측면 부분은 본 발명의 실시 예인 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치(2)를 타구조체와 연결 및 결합할 수 있도록 그 어떤 장치를 도면 2와 도면3과 같이 장착이 가능하며, 그 안쪽부분에는 베어링 구성체(6, 7) 및 방수할 수 있는 미케니컬씰(8)을 장착된다.

상기 미케니컬 실( mechanical- seal ; 8)은 이미 각종 회전기의 유체의 밀봉에 사용되는 것으로 본 발명에는 하우징(10)과 회전자(5)와 환형으로 연결 장착되어 이것을 기준으로 회전하는 프로펠러(3) 측 부분의 물이나 기타 유체가 하우징(10)내측중 고정자(11)가 장착된 내측 부분 쪽으로 통과하지 못하도록 도 1a 에 도시된 A-A 중심선을 기준으로 좌 우측에 적어도 1조 이상이 설치되어 방수 및 밀봉하게 되며, 하우징(10)에 장착된 미케니컬 씰( mechanical- seal ; 8)의 부분 구성체(8-1)은 회전하지 않고 고정되며 회전자(5)에 장착된 미케니컬 씰( mechanical- seal ; 8)의 부분 구성체(8-2)은 회전자(5)와 동일하게 회전하도록 이루어진다.
도 4 에 있어서,

상기 베어링 구성체(6,7)는 기계적인 베어링이 아니라 적어도 물이 윤활제로 사용 가능한 농축폴리머로 결합된 레진계통의 솔던베어링으로, Thordon Bearing회사에 생산되어 기 사용되고 있는 베어링재질로 구성이 가능하고; 또한 적어도 물이 윤활제로 사용 가능한 올코트 회사의 제품인 올코트베어링 외에도 베어링재질로 구성할 수 있는 프라스틱한 베어링 구성체가 구비되며, 상기 베어링 구성체(6)는 회전자(5)의 측면과 하우징(10) 사이에 환형으로 장착되며, 도 1a 에 도시된 A-A 중심선을 기준으로 좌 우측에 적어도 1조 이상이 설치되어 회전자(5) 길이방향에 대하여 적어도 물에 의한 윤활을 담당하며 회전자(5)와 프로펠러 구성체(3)가 동적으로 안정되게 하며,

상기 베어링 구성체(7)는 회전자(5)의 원통 안쪽 측면과 하우징(10) 사이에 환형으로 장착되며, 도 1a 에 도시된 A-A 중심선을 기준으로 좌 우측에 적어도 1조 이상이 설치되어 회전자(5) 원주방향에 대하여 적어도 물에 의한 윤활을 담당하며 회전자(5)와 프로펠러 구성체(3)가 동적으로 안정되게 회전하도록 한다.

도 2에 있어서,

본 발명에 따른 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치(2)의 하우징(10)의 외측면에 선체(30)와 결합할 수 있게 설치되는 적어도 1개 이상의 결합수단(31)이 장착되어 선체를 추진하는 구조 예이다. 이때에는 수중에서 움직임이 원활하도록 유체역학적으로 저항이 적게 받도록 장착되는 적당하게는 슈라우드 구성체(미도시)를 하우징(10)에 설치하면 더욱 효과적으로 선체를 추진시킬 수 있다.

도 3에 있어서

본 발명에 따른 축이 없는 단순화된 프로펠러 장치(2)의 하우징(10)의 적어도 일 측면에 유체의 이송이 가능한 파이프(20)와 결합되는 플랜지(21) 고정 연결 수단을 구비하여 프로펠러(3) 구동에 따른 유체의 이송이 가능한 구성을 도시한 것으로 수중에 설치하여 수중에서도 물의 이송이 가능하며 또한 육상에서도 관로가 설치되어 물의 이송 및 가압이 가능하다.

이때 기존방식으로는 프로펠러와 별도의 구동의 동력원인 엔진이나 모터가 축 등에 의해 별도 설치되므로 설치공간이 많이 차지하게 되어 이에 따른 많은 비용과 비효율적인 운전 구조를 지니게 되지만 본 발명에 따른 단순 구조로 된 축이 없는 프로펠러장치(2)는 이러한 문제점을 보완할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 단순화 되어 간단구조로 된 "축이 없는 프로펠러 장치"는
회전자(5)가 프로펠러(3)와 동일회전체로 구성되고 모터에 인가되는 전기와 절연을 유지하기 위한 1조 이상의 메카니컬 씰(8)과 축방향 힘과 원주방향의 힘을 하우징의 일단의 한 환상구조물과 레진계통의 적어도 물이 윤활 역활을 할 수 있는 특수한 베어링(6,7)이 구성되어 원활한 회전을 되도록 "축이 없는 프로펠러 장치"를 제공함으로써,
단순화된 간단구조의 프로펠러 장치를 통하여 복잡한 구조에 비하여 제조비용의 절감과 경쟁력 확보가 용이하며, 또한 동일규모(구경)의 타 구성장치와 비교시 베어링구성체 또는 허브가 유체가 유입되는 중간에 위치하여 유체의 흐름에 저항을 형성하고 유수의 통수 단면적을 감소시킴으로써 동력을 증가시켜 고비용을 발생시는 반면 본 출원의 장치는 중간에 방해요소가 없으므로 유수의 흐름과 충분한 통수단면적이 확보되어 고효율의 장치를 구성하게 되며,
운전시에는 인가되는 전기의 주파수를 변경하여 프로펠러(3)의 회전속도를 조정 가능한 인버터 유닛(15)을 구비하므로 선체를 추진함에 있어서는 추진력을 변화 시켜 선체의 추진이 쉽게 가감이 되도록 효율적으로 조절 가능하고,
수중에서 선체에 장착되어 선체를 추진하는 선체 추진장치와 파이프 관로와 연결되어 유체를 이송할 수 있는 펌프장치로서 효과적으로 사용할 수 있으며,
유체 이송의 용도로 펌핑장치로 사용시에는 유체 이송량을 조절할 수 있는 장치로 사용이 가능하므로 파이프 관로 말단부에서 필요하는 유체의 량이 공급되도록 효과적으로 사용하다.

Claims (4)

1. 하우징(10) 내에서 회전가능하게 장착되는 프로펠러 구성체(3)와 상기 프로펠러 구성체(3)를 구동시키기 위한 것으로;

   상기 프로펠러 구성체(3)는 그 회전중심에 구동이나 지지를 위한 축(shaft)이 없으며 그 프로펠러의 바깥 둘레주위에 회전자(5)가 동일체로 결합하여 구성되고, 하우징(10)에 고정된 고정자(11)를 구비하는 전기모터와;

   상기 회전자(5)와 하우징(10)사이에 배치되어, 유체의 밀봉이 가능한 적어도 한 조 이상의 미케니컬 씰(8)과;

   상기 회전자(5)와 하우징(10)사이에 배치되어, 회전자(5)의 길이방향과 원주방향 대하여 지지와 윤활이 가능하고, 적어도 물이 윤활제로 사용 가능한 레진계통의 플라스틱한 베어링구성체(6,7)와;

   상기 회전자(5)의 회전속도를 조절하기 위하여 전기모터 고정자(11)에 인가되는 전기의 주파수 등을 변화시켜 제어할 수 있는 인버터 유닛(15)을;

   겸하여 구비하는 것을 특징으로 하는 간단구조로 된 축이 없는 프로펠러 장치(2).
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