KR101012695B1 - 유체기계용 반전회전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 유체기계용 반전회전장치에 관한 것이다. 이 유체기계용 반전회전장치는, 내주면에 내접부재가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 제1방향으로 회전하는 복수의 날개가 장착되도록 구성된 적어도 하나의 제1로터와; 내주면에 내접부재가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 상기 제1방향과 상반된 제2방향으로 회전하는 복수의 날개가 장착되도록 구성되고, 상기 제1로터와 동축을 이루며 교호적으로 배치된 적어도 하나의 제2로터와; 상기 제1로터의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 상기 제1로터의 내접부재로부터 회전을 전달받는 복수의 전동유니트와; 상기 복수의 전동유니트의 사이에서 상기 제2로터의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 상기 복수의 전동유니트의 회전을 반전시키며, 상기 제2로터의 내접부재에 회전을 전달하는 복수의 반전유니트와; 상기 제1로터 및 상기 제2로터의 회전력을 출력하는 출력유니트를 포함한다.
터빈, 반전회전, 내접부재, 전동유니트, 반전유니트

Description

유체기계용 반전회전장치{CONTRA ROTATING APPARATUS FOR FLUID MACHINERY}
본 발명은 유체기계용 반전회전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 유체기계용 반전회전장치에 관한 것이다.
유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 유체기계로는 증기터빈, 가스터빈, 제트엔진, 풍력발전장치 등을 들 수 있다.
일반적으로 터빈은 증기, 가스와 같은 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 장치로서, 증기를 이용하면 증기터빈이고, 가스를 이용하면 가스터빈이라 한다.
이러한 터빈은 유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키기 위해, 증기 또는 연소가스와 같은 유체의 유동에 의해 회전하는 복수의 날개가 장착된 로터와 스테이터가 교호적으로 다단으로 배치되어 있다. 각 로터 단의 날개는 동일 방향으로 회전한다. 이에, 로터의 입력단으로부터 유입된 증기 또는 연소가스와 같은 유체는 다단의 로터에 장착된 각 날개를 회전시키며 통과하면서 에너지 변환이 이루어진다.
그런데, 종래의 터빈에서는 각 단마다 배치된 스테이터가 유체의 흐름에 대한 저항으로 작용하여 압력손실을 야기하고, 또한 동일한 방향으로 회전하는 로터의 날개에서도 캐비테이션에 의한 압력손실이 발생하여, 에너지 효율이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 스테이터가 각 단마다 배치되어야 하므로 터빈이 대형화하고 구조가 복잡해진다는 문제점이 있다.
본 발명은 터빈과 같은 종래 유체기계의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, CRP(Counter/Contra Rotating Propeller)의 개념을 도입하여, 유체의 유동에 대응하여 상호 반대방향으로 회전하는 날개가 각각 장착되도록 구성된 제1로터 및 제2로터를 동축 상에 교호적으로 배치하여, 날개를 통해 유입되는 유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 유체기계용 반전회전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 유체기계용 반전회전장치에 있어서, 내주면에 내접부재가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 제1방향으로 회전하는 복수의 날개가 장착되도록 구성된 적어도 하나의 제1로터와; 내주면에 내접부재가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 상기 제1방향과 상반된 제2방향으로 회전하는 복수의 날개가 장착되도록 구성되고, 상기 제1로터와 동축 상에서 교호적으로 배치된 적어 도 하나의 제2로터와; 상기 제1로터의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 상기 제1로터의 내접부재로부터 회전을 전달받는 복수의 전동유니트와; 상기 복수의 전동유니트의 사이에서 상기 제2로터의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 상기 복수의 전동유니트의 회전을 반전시키며, 상기 제2로터의 내접부재에 회전을 전달하는 복수의 반전유니트와; 상기 제1로터 및 상기 제2로터의 회전력을 출력하는 출력유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전동유니트와 상기 반전유니트 사이의 반전은 상기 제1로터 및 상기 제2로터 사이에서 일어날 수 있다. 또는 최초 입력단에서 일어날 수 있고, 최초 입력단 및 최종 출력부에서 함께 일어날 수도 있다.
상기 복수의 전동유니트 각각은, 상기 제1로터의 내접부재에 내접 회전하는 제1전동부재와, 상기 제1전동부재와 동축 상에 배치되어 상기 제1전동부재와 일체로 회전하는 제2전동부재를 포함하고, 상기 복수의 반전유니트 각각은, 상기 제2전동부재의 회전을 반전시키는 제1반전부재와, 상기 제1반전부재와 동축 상에 배치되고 상기 제1반전부재와 일체로 회전하며 상기 제2로터의 내접부재에 내접 회전하는 제2반전부재를 포함할 수 있다.
상기 제2전동부재와 상기 제1반전부재 사이의 회전비는 1:1일 수 있다.
본 발명에 따른 반전회전장치는 상기 제1로터와 상기 제2로터의 유동을 방지하는 유동방지부를 더 포함할 수 있다.
상기 출력유니트는 최종단에 배치된 상기 제1로터의 내접부재와 맞물리는 상기 제1전동부재 또는 상기 제2로터의 내접부재와 맞물리는 상기 제2반전부재와 외 접 회전하는 종동부재와, 상기 종동부재에 결합된 출력축을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반전회전장치는 최종단에 배치된 상기 제1로터 또는 상기 제2로터를 제외한 상기 제1로터 및 상기 제2로터와 각각 맞물리는 상기 복수의 제1전동부재 및 상기 복수의 제2반전부재의 중앙에 배치되어 상기 제1전동부재 및 상기 제2반전부재와 외접 회전하는 보조부재를 더 포함할 수 있다.
상기한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 유체기계용 반전회전장치는 유체의 유동에 대응하여 상호 반대방향으로 회전하는 날개가 각각 장착된 제1로터 및 제2로터를 동축 상에 교호적으로 배치하고, 간단한 구조의 기어열이나 마찰차열을 통해 제1로터 및 제2로터의 회전력을 하나의 출력축을 통해 전달할 수 있다. 이에 따라, 반전회전장치의 구조가 콤팩트해지고, 크기가 작아질 수 있다.
또한, CRP 구조를 통해 날개의 회전 소음을 낮추고 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 기어열 또는 마찰차열을 구성하는 각각의 기어들 또는 마찰차들을 동일한 구성을 갖도록 함으로써, 공정의 단순화 및 부품의 모듈화를 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 유체기계용 반전회전장치는 가스터빈, 증기터빈, 제트엔진, 풍력발전장치 등 다양한 유체기계에 활용될 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유체기계용 반전회전장치를 첨부 된 도면을 참조하여 설명한다. 서로 다른 실시예들을 설명할 때 동일하거나 유사한 구성요소들에는 동일한 참조번호가 부여되었으며, 필요에 따라 반복 설명을 생략할 수 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 유체기계용 반전회전장치를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 반전회전장치는 제1로터(11a, 11b, 11c)와, 제2로터(21a, 21b)와, 복수의 전동유니트(31)와, 복수의 반전유니트(41)와, 출력유니트(51)를 포함한다. 본 실시예에 따른 반전회전장치는 유동방지부(71)를 더 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1로터(11a, 11b, 11c)는 링 형상을 가지며, 내주면에 제1내접부재(13)가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 제1방향으로 회전하는 복수의 제1날개(15)가 장착되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2로터(21a, 21b)는 링 형상을 가지며, 내주면에 제2내접부재(23)가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 회전하는 복수의 제2날개(25)가 장착되어 있다. 제2로터(21a, 21b)의 각 제2날개(25)는 제1로터(11a, 11b, 11c)의 제1날개(15)의 회전방향인 제1방향과 상반된 제2방향으로 회전하며, 이를 위해 제1로터(11a, 11b, 11c)의 제1날개(15)와 반대로 장착될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1로터(11a, 11b, 11c)와 제2로터(21a, 21b)는 동축 상에서 일정 간격을 두고 교호적으로 배치되어 있다.
제1로터(11a, 11b, 11c)와 제2로터(21a, 21b)는 동일한 외경과 내경을 가질 수 있고, 각각의 제1 및 제2 내접부재(13)(23) 또한 동일한 치수를 가질 수 있다. 이에 따라 공정의 단순화 및 부품의 모듈화를 용이하게 구현할 수 있다. 그러나 필요에 따라 제1로터(11a, 11b, 11c)와 제2로터(21a, 21b)의 외경과 내경, 그리고 제1 및 제2 내접부재(13)(23)의 치수는 상이하게 설계될 수 있다.
복수의 전동유니트(31)는 제1로터(11a, 11b, 11c)의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 제1로터(11a, 11b, 11c)의 제1내접부재(13)로부터 회전을 전달받는다. 본 실시예에서는 세 개의 전동유니트(31)가 제1로터(11a, 11b, 11c)의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어 있다.
각 전동유니트(31)는, 제1로터(11a, 11b, 11c)의 제1내접부재(13)에 내접 회전하는 제1전동부재(33)와, 제1전동부재(33)와 동축 상에 배치되어 제1전동부재(33)와 일체로 회전하는 제2전동부재(35)를 포함한다.
제1전동부재(33)와 제2전동부재(35)는 전동축(37)에 의해 결합되어 일체로 회전한다. 제1전동부재(33)와 제2전동부재(35)는 전동축(37)과 별도로 제작되어 키결합이나 열박음과 같은 공지된 방법에 의해 전동축(37)에 결합되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 전동축(37)과 일체로 형성될 수도 있다. 각 전동유니트(31)의 전동축(37)은 제1로터(11a, 11b, 11c)의 축선에 대해 평행하게 배치되고, 각각 양측 단부에서 하우징(61)에 회전 가능하게 지지된다.
복수의 반전유니트(41)는 방사상으로 배치된 복수의 전동유니트(31)의 사이에서 제2로터(21a, 21b)의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 각 전동유니 트(31)의 회전을 반전시키며 제2로터(21a, 21b)의 제2내접부재(23)에 회전을 전달한다. 반전유니트(41)는 전동유니트(31)와 서로 쌍을 이루므로, 예컨대 본 실시예처럼 전동유니트(31)의 개수가 셋이라면 반전유니트(41)의 개수도 셋이 되어 서로 연결된다.
각 반전유니트(41)는, 제2전동부재(35)의 회전을 반전시키는 제1반전부재(43)와, 제1반전부재(43)와 동축 상에 배치되고 제1반전부재(43)와 일체로 회전하며 제2로터(21a, 21b)의 제2내접부재(23)에 내접 회전하는 제2반전부재(45)를 포함한다.
제1반전부재(43)는 제2전동부재(35)와 외접 회전하여, 제2전동부재(35)의 회전을 반전시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2로터(21a, 21b)의 제2내접부재(23)에 내접 회전하는 제2반전부재(45)의 축방향 양측에는 한 쌍의 제1반전부재(43)가 각각 배치되어 있다.
각 제1반전부재(43)와 제2반전부재(45)는 반전축(47)에 의해 결합되어 일체로 회전한다. 제1반전부재(43)와 제2반전부재(45)는 반전축(47)과 별도로 제작되어 키결합이나 열박음과 같은 공지된 방법에 의해 반전축(47)에 결합되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 반전축(47)과 일체로 형성될 수도 있다. 각 반전유니트(41)의 반전축(47)은 제2로터(21a, 21b)의 축선에 대해 평행하게 배치되고, 각각 양측 단부에서 하우징(61)에 회전 가능하게 지지된다.
제1반전부재(43)와 제2전동부재(35) 사이의 회전비는 1:1로 할 수 있고, 필 요에 따라 다른 비율로 할 수도 있다. 회전비를 1:1로 하는 경우에는, 제1 및 제2 전동부재(33, 35), 제1 및 제2 반전부재(43, 45)의 구성을 모두 동일하게 할 수 있으므로 공정의 단순화 및 부품의 모듈화를 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 전동부재(33, 35), 제1 및 제2 반전부재(43, 45)는 모두 평행한 축들(37, 47) 상에서 회전하므로 간단한 구성으로 용이한 조립이 가능하다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 출력유니트(51)는 제1로터(11a, 11b, 11c) 및 제2로터(21a, 21b)의 회전력을 출력한다. 출력유니트(51)는 최종단에 배치된 제1로터(11c)의 제1내접부재(13)와 맞물리는 복수의 전동유니트(31)의 중심에 배치되어 복수의 전동유니트(31)의 회전을 전달받는 종동부재(53)와, 종동부재(53)에 결합된 출력축(55)을 포함한다.
종동부재(53)는 복수의 전동유니트(31)의 중심에, 즉 최종단의 제1로터(11c)의 중심축 선상에 배치되어 최종단의 제1전동부재(33)와 맞물리며 회전한다. 종동부재(53)는 최종단의 제1로터(11c)의 회전력은 물론 그 앞단에 배치된 제1로터(11a, 11b) 및 제2로터(21a, 21b)의 회전력도 함께 전달받는다.
출력축(55)은 제1로터(11a, 11b, 11c)와 동축 상에 배치되고, 양측 단부가 하우징(61)에 회전가능하게 지지되어 있다. 출력축(55)은 종동부재(53)를 통해 전달되는 제1로터(11a, 11b, 11c) 및 제2로터(21a, 21b)의 회전력을 출력한다.
이상의 구성에 있어서, 제1 및 제2 내접부재(13, 23), 제1 및 제2 전동부재(33, 35), 제1 및 제2 반전부재(43, 45), 그리고 종동부재(53)는 모두 기어로 이루어지거나 마찰차로 이루어질 수 있다. 즉, 이들 구성요소들은 전체적으로 기어열 을 구성하거나 마찰차열을 구성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 출력유니트(51)는 최종단 제1로터(11c)의 제1내접부재(13)와 맞물리는 종동부재(53)와 출력축(55)을 포함하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대 출력유니트(51)는 최종단의 제1로터(11c)를 종동부재로 활용하고, 이 종동부재에 출력 브래킷(미도시)을 결합하여 회전력을 출력할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 세 개의 제1로터(11a, 11b, 11c) 및 두 개의 제2로터(12a,12b)가 5단으로, 즉 홀수 단으로 교호적으로 배치되고, 이에 따라 제1로터(11c)가 최종단에 배치되어 있다. 그러나 본 발명에 따른 반전회전장치는 이에 한정되지 않으며, 적어도 하나의 제1로터와 적어도 하나의 제2로터를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 동일한 개수의 제1로터 및 제2로터가 짝수 단으로 배치될 수 있고, 이 경우에는 제2로터가 최종단에 배치된다(예컨대, 후술하는 제2실시예 참조).
하우징(61)은 입력단에 배치된 제1로터(11a)와 최종단에 배치된 제1로터(11c)를 지지하고, 중앙의 제1로터(11b), 제2로터(21a, 21b), 복수의 전동유니트(31), 복수의 반전유니트(41), 및 종동부재(53)를 감싸도록 마련된다. 또한, 하우징(61)에는 전동축(37), 반전축(47) 및 출력축(55)이 회전가능하게 지지되어 있다.
도 2를 참조하면, 유동방지부(71)는 제1로터(11a, 11b, 11c)와 제2로터(21a, 21b)의 유동을 방지한다. 이를 위해 유동방지부(71)는, 서로 인접하는 제1로 터(11a, 11b, 11c)와 제1반전부재(43)의 사이 및 서로 인접하는 제2로터(21a, 21b)와 제2전동부재(35)의 사이에 배치된 플랜지를 포함한다. 플랜지는 링형상을 가지며, 제1로터(11a, 11b, 11c)와 인접하는 제1반전부재(43)의 측면 및 제2로터(21a, 21b)와 인접하는 제2전동부재(35)의 측면에 각각 결합되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 이에 따라 유동방지부(71)는 제1로터(11a, 11b, 11c)와 제2로터(21a, 21b) 사이의 축 방향 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반전회전장치는 각각의 제1로터(11a, 11b, 11c)의 제1내접부재(13)와 내접 회전하는 복수의 제1전동부재(33)의 중앙에 배치되어 복수의 제1전동부재(33)와 맞물려 회전하는 제1보조부재(81)를 더 포함할 수 있고, 마찬가지로 각각의 제2로터(21a, 21b)의 제2내접부재(23)와 내접 회전하는 복수의 제2반전부재(45)의 중앙에 배치되어 복수의 제2반전부재(45)와 맞물려 회전하는 제2보조부재(82)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 보조부재(81, 82)는 제1내접부재(13)와 제1전동부재(33)의 연결 및 제2내접부재(23)와 제2반전부재(45)의 연결에 의해 발생하는 반경방향의 하중을 보상하여, 유체기계용 반전회전장치의 역학적인 안정성을 높일 수 있다. 특히, 모든 부재들이 마찰차로 이루어진 경우에는, 제1 및 제2 보조부재(81, 82)는 마찰 손실을 줄이는 역할도 할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 반전회전장치의 작동을 도 2 및 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 반전회전장치에서, 제1로터(11a, 11b, 11c)의 제1날개(15)는 유체의 유동에 의해 제1방향, 예컨대 반시계방향으로 회전하여 제1로터(11a, 11b, 11c)에 회전력을 발생시키고, 제2로터(21a, 21b)의 제2날개(25)는 제1방향에 상반되는 제2방향, 예컨대 시계방향으로 회전하여 제2로터(21a, 21b)에 회전력을 발생한다. 이에, 본 실시예에 따른 반전회전장치로 유체가 유입되면, 각 제1로터(11a, 11b, 11c)는 반시계방향으로 회전하고, 각 제2로터(21a, 21b)는 시계방향으로 회전한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 반전회전장치의 입력단, 즉 첫 번째 제1로터(11a)가 유체의 유동에 의해 반시계방향으로 회전하면, 첫 번째 제1로터(11a)의 제1내접부재(13)에 맞물려 있는 복수의 첫 번째 제1전동부재(33)는 복수의 전동축(37)과 일체로 각각 반시계방향으로 회전한다.
첫 번째 제1전동부재(33)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 첫 번째 제1전동부재(33)와 전동축(37) 상에서 일체로 회전하는 첫 번째 제2전동부재(35)도 반시계방향으로 회전하면서 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력을 전달받는다. 이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, 첫 번째 제2전동부재(35)와 맞물려 있는 첫 번째 제1반전부재(43)는 시계방향으로 반전 회전하며 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력을 전달받는다. 도 6에는 세 개의 제2전동부재(35)와 세 개의 제1반전부재(43)가 서로 맞물려 회전하는 예가 도시되어 있다. 각 제2전동부재(35)와 각 제1반전부재(43)의 맞물림은 제1로터(11a, 11b, 11c)의 축선을 중심으로 방사상 대칭으로 이루어지기 때문에, 역학적인 안정을 확보할 수 있다.
첫 번째 제1반전부재(43)가 시계방향으로 회전함에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 첫 번째 제1반전부재(43)와 반전축(47) 상에서 일체로 회전하는 첫 번째 제2반전부재(45)도 시계방향으로 회전하면서 첫 번째 제1반전부재(43)를 통해 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력을 전달받는다.
또한, 첫 번째 제2반전부재(45)는 첫 번째 제2로터(21a)의 제2내접부재(23)에 내접하고 있으므로, 유체의 유동에 따른 첫 번째 제2로터(21a)의 시계방향 회전에 의한 회전력도 전달받는다. 즉, 첫 번째 제2반전부재(45)는 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력 및 첫 번째 제2로터(21a)의 회전력을 함께 전달받는다.
한편, 첫 번째 제2로터(21a)와 두 번째 제1로터(11b) 사이에서는, 첫 번째 제2반전부재(45)의 하류에 배치된 두 번째 제1반전부재(43)와, 두 번째 제1로터(11b)의 제1내접부재(13)와 내접 회전하는 두 번째 제1전동부재(33)의 상류에 배치된 두 번째 제2전동부재(35)의 맞물림에 의해 회전 반전이 발생한다.
두 번째 제1반전부재(43)는 첫 번째 제2반전부재(45)가 시계방향으로 회전함에 따라 시계방향으로 회전한다. 이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 두 번째 제1반전부재(43)와 맞물려 있는 두 번째 제2전동부재(35)는 반시계방향으로 회전하며, 첫 번째 제1로터(11a) 및 첫 번째 제2로터(21a)의 회전력을 함께 전달받는다.
두 번째 제2전동부재(35)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 두 번째 제2전동부재(35)의 하류에서 두 번째 제1로터(11b)의 제1내접부재(13)에 내접 회전하는 두 번째 제1전동부재(33)도 반시계방향으로 회전하면서 첫 번째 제1로터(11a) 및 첫 번째 제2로터(21a)의 회전력을 함께 전달받는다.
이 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 두 번째 제1전동부재(33)는 유체의 유동에 따른 두 번째 제1로터(11b)의 반시계방향 회전에 의한 회전력도 전달받는다. 즉, 두 번째 제1전동부재(33)는 상류의 제2전동부재(35)로부터 전달된 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력 및 첫 번째 제2로터(21a)의 회전력과 함께 두 번째 제1로터(11b)의 회전력을 전달받으며 반시계방향으로 회전한다.
이러한 과정을 되풀이하여, 상류에 있는 모든 로터(11a, 11b, 21a, 21b)의 회전력은 최종단에 위치한 제1로터(11c)의 제1내접부재(13)에 내접 회전하는 최종단의 제1전동부재(33)에 전달된다. 이 때, 최종단 제1전동부재(33)는 최종단 제1로터(11c)의 회전력도 전달받으므로, 최종단 제1전동부재(33)는 모든 로터(11a, 11b, 11c, 21a, 21b)의 회전력을 함께 전달받는다.
최종단 제1전동부재(33)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 제1전동부재(33)와 외접 회전하는 종동부재(53)는 시계방향으로 회전하고, 출력축(55) 또한 시계방향으로 회전한다. 이에 따라, 모든 로터(11a, 11b, 11c, 21a, 21b)의 회전력은 종동부재(53)를 거쳐 출력축(55)으로 전달된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 유체기계용 반전회전장치에 의하면, 유체의 유동에 대응하여 반대 방향으로 회전하는 제1날개(15) 및 제2날개(25)가 각각 장착된 제1로터(11a, 11b, 11c) 및 제2로터(21a, 21b)가 동축 상에서 교호적으로 배치되어, 제1날개(15) 및 제2날개(25)를 통하여 입력되는 유체의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하여 출력시킬 수 있다. 또한 CRP 원리를 채용하여 제1날개(15) 및 제2날개(25)의 유체역학적인 상호작용으로 인한 소음을 낮출 수 있고, 에너지 손실을 줄일 수 있다. 또한 모듈화가 가능한 기어열 또는 마찰차열의 간단한 조합 및 단일의 출력축(55)으로 모든 회전력을 전달할 수 있으므로, 콤팩트한 구조로 높은 에너지 전달 효율을 달성할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 반전회전장치를 도시한 것이다. 본 실시예에 따른 반전회전장치는, 전술한 제1실시예와 달리, 복수의 제1로터(11a, 11b) 및 복수의 제2로터(21a, 21b) 사이에 회전 반전을 위한 수단을 두지 않는다는 점이 특징이다. 즉, 회전 반전을 위한 제2전동부재(35)와 제1반전부재(43)의 세트가 제1로터(11a, 11b)의 입력단 상류에만 배치되어 있다. 이에 따라, 유동방지부(71)의 배치도 제1실시예와 비교할 때 차이가 있다. 즉, 각각의 제1 및 제2 내접부재(13, 23)와 인접하게 배치된 제1 및 제2 반전부재(43, 45)의 측면에만 플랜지를 부착하면 충분하다. 이 경우, 각각의 제1 및 제2 내접부재(13, 23) 사이에 배치된 플랜지는 스페이서 역할도 하게 된다.
이하 본 발명의 제2실시예에 따른 반전회전장치의 작동을 설명한다.
전술한 제1실시예의 도 4에 도시된 바와 같이, 첫 번째 제1로터(11a)가 유체의 유동에 의해 반시계방향으로 회전하면, 첫 번째 제1로터(11a)의 제1내접부재(13)에 맞물려 있는 첫 번째 제1전동부재(33)는 반시계방향으로 회전한다.
첫 번째 제1전동부재(33)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 그 상류에 있는 제2전동부재(35)도 반시계방향으로 회전하며 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력을 전달받는다. 이에 따라 제2전동부재(35)와 맞물려 있는 제1반전부재(43)는 시계방향으로 회전하면서 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력을 전달받는다.
제1반전부재(43)가 시계방향으로 회전함에 따라, 첫 번째 제2반전부재(45)도 시계방향으로 회전하면서 첫 번째 제1로터(11a)의 회전력을 전달받는다. 이 때, 첫 번째 제2반전부재(45)는 첫 번째 제2로터(21a)의 제2내접부재(23)에 내접하고 있으므로, 유체의 유동에 따른 첫 번째 제2로터(21a)의 시계방향 회전에 의한 회전력도 함께 전달받는다.
마찬가지로, 두 번째 제1전동부재(33)는 두 번째 제1로터(11b)의 반시계방향 회전력을 전달받고, 두 번째(최종단)의 제2반전부재(45)는 두 번째(최종단) 제2로터(21b)의 시계방향 회전력을 전달받는다.
여기서, 입력단의 제2전동부재(35)와 제1로터(11a, 11b)에 내접 회전하는 제1전동부재들(33)은 모두 하나의 전동축(37)에 결합되어 일체로 회전하므로, 제1로터(11a, 11b)의 모든 회전력은 전동축(37)을 통하여 제2전동부재(35)에 전달된다. 마찬가지로, 입력단의 제1반전부재(43)와 제2로터(21a, 21b)에 내접 회전하는 제2반전부재들(45)은 모두 하나의 반전축(47)에 결합되어 일체로 회전하므로, 제2로터(21a, 21b)의 모든 회전력도 반전축(47)을 통하여 제1반전부재(43)에 전달된다. 또한 제1반전부재(43)는 제2전동부재(35)와의 맞물림을 통하여 제1로터(11a, 11b)의 회전력도 전달받는다. 이렇게 하여 제1로터(11a, 11b)의 회전력 및 제2로터(21a, 21b)의 회전력은 모두 최종단의 제2반전부재(45)로 전달되고, 제2반전부재(45)와 맞물린 종동부재(53)를 거쳐 출력축(55)으로 출력된다.
본 발명의 제2실시예에서, 회전 반전을 위한 제2전동부재(35)와 제1반전부재(43)는 입력단에 배치되었지만, 설계상 필요에 따라 최종단에 배치될 수도 있고, 입력단 및 최종단에 모두 배치될 수도 있다. 입력단 및 최종단에 모두 배치되는 경 우에는, 반전 하중이 분산된다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들이 첨부도면을 참조하여 설명되었으나, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반전회전장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1 반전회전장치의 종단면도.
도 3은 도 1 반전회전장치의 전동유니트와 반전유니트의 배열상태를 도시한 사시도.
도 4는 도 1 반전회전장치의 제1로터와 제1전동부재의 맞물림 상태를 도시한 도면.
도 5는 도 1 반전회전장치의 제2로터와 제2반전부재의 맞물림 상태를 도시한 도면.
도 6은 도 1 반전회전장치의 제2전동부재와 제1반전부재의 맞물림 상태를 도시한 도면.
도 7은 도 1 반전회전장치의 제1로터와 제1전동부재와 출력유니트의 맞물림 상태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 반전회전장치를 나타낸 사시도.
도 9는 도 8 반전회전장치의 종단면도.
도 10은 도 8 반전회전장치의 전동유니트와 반전유니트의 배열상태를 도시한 사시도.
도 11은 도 8 반전회전장치의 제2로터와 제2반전부재와 출력유니트의 맞물림 상태를 도시한 도면.
* 도면의 참조번호 리스트
11a,11b,11c: 제1로터 13: 제1내접부재
15: 제1날개 21a,21b: 제2로터
23: 제2내접부재 25: 제2날개
31: 전동유니트 33: 제1전동부재
35: 제2전동부재 37: 전동축
41: 반전유니트 43: 제1반전부재
45: 제2반전부재 47: 반전축
51: 출력유니트 53: 종동부재
55: 출력축 71: 유동방지부
81: 제1보조부재 82: 제2보조부재

Claims (9)

  1. 내주면에 내접부재가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 제1방향으로 회전하는 복수의 날개가 장착되도록 구성된 적어도 하나의 제1로터와;
    내주면에 내접부재가 형성되고, 외주면에 유체의 유동에 대응하여 상기 제1방향과 상반된 제2방향으로 회전하는 복수의 날개가 장착되도록 구성되고, 상기 제1로터와 동축 상에서 교호적으로 배치된 적어도 하나의 제2로터와;
    상기 제1로터의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 상기 제1로터의 내접부재로부터 회전을 전달받는 복수의 전동유니트와;
    상기 복수의 전동유니트의 사이에서 상기 제2로터의 축선을 중심으로 방사상으로 배치되어, 상기 복수의 전동유니트의 회전을 반전시키며, 상기 제2로터의 내접부재에 회전을 전달하는 복수의 반전유니트와;
    상기 제1로터 및 상기 제2로터의 회전력을 출력하는 출력유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전동유니트와 상기 반전유니트 사이의 반전은 상기 제1로터 및 상기 제2로터 사이에서 일어나는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전동유니트와 상기 반전유니트 사이의 반전은 최초 입력단에서 일어나는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전동유니트와 상기 반전유니트 사이의 반전은 최종 출력단에서도 일어나는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전동유니트 각각은, 상기 제1로터의 내접부재에 내접 회전하는 제1전동부재와, 상기 제1전동부재와 동축 상에 배치되어 상기 제1전동부재와 일체로 회전하는 제2전동부재를 포함하고,
    상기 복수의 반전유니트 각각은, 상기 제2전동부재의 회전을 반전시키는 제1반전부재와, 상기 제1반전부재와 동축 상에 배치되고 상기 제1반전부재와 일체로 회전하며 상기 제2로터의 내접부재에 내접 회전하는 제2반전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2전동부재와 상기 제1반전부재 사이의 회전비는 1:1인 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1로터와 상기 제2로터의 유동을 방지하는 유동방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 출력유니트는 최종단에 배치된 상기 제1로터의 내접부재와 맞물리는 상기 제1전동부재 또는 상기 제2로터의 내접부재와 맞물리는 상기 제2반전부재와 외접 회전하는 종동부재와, 상기 종동부재에 결합된 출력축을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
  9. 제5항에 있어서,
    최종단에 배치된 상기 제1로터 또는 상기 제2로터를 제외한 상기 제1로터 및 상기 제2로터와 각각 맞물리는 상기 복수의 제1전동부재 및 상기 복수의 제2반전부재의 중앙에 배치되어 상기 제1전동부재 및 상기 제2반전부재와 외접 회전하는 보조부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체기계용 반전회전장치.
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