KR102629447B1 - 추진장치 - Google Patents

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Abstract

추진장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 추진장치는 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서, 상기 선체의 상측면에서 상측으로 돌출되고, 상하방향으로 연장되는 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 형성되되, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람의 방향에 대응하여 추력모드 또는 발전모드로 회전하는 회전체; 상기 회전체에 결합되거나 분리되는 회전구동부; 및 상기 회전체에 결합되거나 분리되는 발전부를 포함하고, 상기 회전체가 추력모드로 회전할 때, 상기 회전체는 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 회전구동부가 제공하는 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하고, 상기 회전체가 발전모드로 회전할 때, 상기 회전체는 상기 발전부에 연결되고, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고, 상기 발전부는 상기 회전체의 회전력을 제공받아 발전한다.

Description

추진장치{Apparatus for propulsion}
본 발명은 추진장치에 관한 것이다.
최근, 화물선과 같은 대형 선박에는 선박의 상부에 마그누스 로터(magus rotor)를 설치하여 바람을 이용한 추력을 얻는 연구가 활발하다.
마그누스 로터는 마그누스 효과(magus effect)를 이용한 것으로, 마그누스 효과란 자신의 축을 중심으로 회전하고 그 축에 수직하게 유체가 유입되는 회전체에서 그 축과 유체의 유입방향에 수직한 방향으로 힘이 발생하는 것을 말한다.
종래, 마그누스 로터는 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 힘을 발생시켜 선체에 대해 추력을 제공하도록 선박의 상부에 돌출 설치되고 있다. 그러나, 종래 마그누스 로터는 바람이 특정 방향으로 마그누스 로터로 유입되는 경우 선체에 대해 저항을 증가시키는 문제가 있다.
일본 공개특허공보 특개평04-287792호, (1992.10.13.)
본 발명의 실시예는, 바람을 이용하여 선체에 대해 추력을 제공할 수 있는 추진장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서, 상기 선체의 상측면에서 상측으로 돌출되고, 상하방향으로 연장되는 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 형성되되, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람의 방향에 대응하여 추력모드 또는 발전모드로 회전하는 회전체; 상기 회전체에 결합되거나 분리되는 회전구동부; 및 상기 회전체에 결합되거나 분리되는 발전부를 포함하고, 상기 회전체가 추력모드로 회전할 때, 상기 회전체는 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 회전구동부가 제공하는 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하고, 상기 회전체가 발전모드로 회전할 때, 상기 회전체는 상기 발전부에 연결되고, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고, 상기 발전부는 상기 회전체의 회전력을 제공받아 발전하는, 추진장치가 제공될 수 있다.
상기 회전체는, 바람이 상기 회전중심축에서 상기 선체의 진행방향을 향해 연장되는 가상의 기준선으로부터 시계방향으로 20도와 반시계방향으로 20도 사이의 추력감소범위 내에서 상기 회전중심축으로 유입될 때, 상기 발전모드로 회전하고, 바람이 상기 추력감소범위 외에서 상기 회전중심축으로 유입될 때, 상기 추력모드로 회전할 수 있다.
상기 회전체는, 상하방향으로 연장되고, 상기 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 형성되는 회전본체; 각각 상기 회전본체에 지지되고, 상기 회전본체에 대해 삽입되거나 돌출되도록 이동 가능한 복수의 블레이드; 및 상기 복수의 블레이드에 대해 구동력을 제공하는 복수의 액추에이터를 포함하고, 상기 회전체는, 상기 추력모드로 회전할 때 상기 복수의 블레이드가 상기 회전본체에 삽입되고, 상기 발전모드로 회전할 때 상기 복수의 블레이드가 상기 회전본체에서 돌출될 수 있다.
상기 회전본체는, 상기 선체의 상측면에서 상측으로 돌출되도록 상하방향으로 연장되고, 상기 회전중심축 상에 배치되는 메인샤프트; 및 상기 메인샤프트를 둘러싸도록 형성되고, 상기 메인샤프트에 지지되는 하우징을 포함하고, 상기 회전체는, 상기 추력모드로 회전할 때 상기 메인샤프트가 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 발전모드로 회전할 때 상기 메인샤프트가 상기 발전부에 연결될 수 있다.
상기 회전본체는, 상기 메인샤프트 및 상기 하우징이 결합되고, 상기 선체에 상기 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 베이스부를 더 포함할 수 있다.
상기 회전체가 상기 추력모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 회전구동부를 연결시키고, 상기 회전체가 상기 발전모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 회전구동부를 분리시키는 제1동력전달부; 및 상기 회전체가 상기 추력모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 발전부를 분리시키고, 상기 회전체가 상기 발전모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 발전부를 연결시키는 제2동력전달부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1동력전달부는, 상기 회전본체에 형성된 메인기어 및 상기 회전구동부에 형성된 구동기어에 결합 가능한 제1동력전달기어; 및 일단부에 상기 제1동력전달기어가 결합되고, 상기 제1동력전달기어가 상기 메인기어 및 상기 구동기어에 결합되거나 분리되도록 신축동작하는 제1실린더를 포함하고, 상기 제2동력전달부는, 상기 메인기어 및 상기 발전부에 형성된 발전기어에 결합 가능한 제2동력전달기어; 및 일단부에 상기 제2동력전달기어가 결합되고, 상기 제2동력전달기어가 상기 메인기어 및 상기 발전기어에 결합되거나 분리되도록 신축동작하는 제2실린더를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전 가능한 회전체가 바람의 방향에 대응하여 회전구동부에 결합되거나 발전부에 결합되도록 구성됨으로써, 바람의 방향에 대응하여 선체에 대해 추력을 제공하여 선체의 추진효율을 향상시키고, 발전하여 선체의 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치가 설치된 선체를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 선체의 선수부를 상측에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 AA선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 회전체가 발전모드로 회전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 BB선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치가 설치된 선체를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 선체의 선수부를 상측에서 바라본 모습을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 AA선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3의 회전체가 발전모드로 회전하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 BB선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
참고로, 도 1 내지 도 6에서 +X축은 선체(10) 및 회전체(1100)의 전방을, +Y축은 선체(10) 및 회전체(1100)의 좌측을, +Z축은 선체(10) 및 회전체(1100)의 상측을 나타내고, 도 3에서는 도 1의 추진장치(1000)가 확대되어 도시되어 있고, 회전체(1100)가 추력모드로 회전하는 모습이 도시되어 있고, 도 4에서는 복수의 블레이드(1130)가 회전본체(1110)에 대해 삽입된 모습이 도시되어 있고, 도 6에서는 복수의 블레이드(1130)가 회전본체(1110)에 대해 돌출된 모습이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치(1000)는 선체(10)에 설치되고, 바람(W)을 이용하여 선체(10)에 대해 추력을 제공한다.
예컨대, 선체(10)는 화물선의 선체(10)일 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
선체(10)의 선미부에는 프로펠러(15)가 설치되고, 선체(10)는 프로펠러(15)가 발생시키는 메인추력에 의해 운항할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 선체(10)를 향하는 바람(W)을 이용하여 운항하는 선체(10)의 진행방향(T)으로 추력을 제공할 수 있다. 이 경우, 선체(10)는 추진효율이 향상될 수 있고, 나아가, 프로펠러(15)를 작동시키기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전체(1100), 회전구동부(1300) 및 발전부(1500)를 포함한다.
회전체(1100)는 선체(10)의 상측면에서 상측으로 돌출된다.
회전체(1100)는 상하방향(예컨대, 도 1에서 볼 때 Z축방향), 즉 선체(10)의 높이방향으로 연장되는 회전중심축(C)을 중심으로 회전 가능하게 형성된다. 이 경우, 회전체(1100)는 회전중심축(C)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
본 실시예에서, 회전체(1100)는 회전본체(1110), 복수의 블레이드(1130) 및 복수의 액추에이터(1150)를 포함할 수 있다.
회전본체(1110)는 상하방향으로 연장 형성된다. 회전본체(1110)는 회전중심축(C)을 중심으로 회전 가능하게 형성된다.
예컨대, 회전본체(1110)는 메인샤프트(1111) 및 하우징(1115)을 포함할 수 있다.
메인샤프트(1111)는 도 3과 같이 상하방향방향으로 연장될 수 있다.
이때, 메인샤프트(1111)는 선체(10)의 상측면에서 상측으로 돌출될 수 있다. 이 경우, 메인샤프트(1111)는 선체(10)의 갑판에서 선체(10)의 높이방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
메인샤프트(1111)는 회전중심축(C) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 메인샤프트(1111)는 회전중심축(C)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
메인샤프트(1111)는 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 대응하여 후술하는 회전구동부(1300) 또는 발전부(1500)에 연결될 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.
하우징(1115)은 상하방향으로 연장될 수 있다.
하우징(1115)은 도 3 및 도 4와 같이 내측면이 메인샤프트(1111)의 외측면에 대해 이격되어 메인샤프트(1111)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이 경우, 하우징(1115)은 수평단면이 원형상을 가지는 튜브 형태로 제공될 수 있다.
하우징(1115)은 메인샤프트(1111)에 지지된다.
이때, 하우징(1115) 및 메인샤프트(1111)는 도 3과 같이 베이스부(1117)에 결합될 수 있다. 이 경우, 하우징(1115)과 메인샤프트(1111)는 베이스부(1117)에 지지되어 함께 회전할 수 있다.
베이스부(1117)는 중앙영역에 관통홀(1117a)이 형성된 링 형상의 플레이트 형태로 제공될 수 있다. 이때, 베이스부(1117)는 하우징(1115)의 하단부와 선체(10)의 상측면 사이에 개재될 수 있다.
하우징(1115)의 하단부는 베이스부(1117)의 상측면에 용접 등의 방법으로 고정 결합될 수 있다.
메인샤프트(1111)는 베이스부(1117)의 관통홀(1117a)을 관통하여 연장될 수 있다. 메인샤프트(1111)의 외측면은 관통홀(1117a)을 형성하는 베이스부(1117)의 내측면과 용접 등의 방법으로 고정 결합될 수 있다.
베이스부(1117)는 선체(10)에 회전중심축(C)을 중심으로 회전 가능하게 배치될 수 있다. 이 경우, 하우징(1115) 및 메인샤프트(1111)는 베이스부(1117)를 통해 선체(10)에 회전 가능하게 지지될 수 있다.
이를 위해 베이스부(1117)와 선체(10)의 상측면 사이에는 베어링부재(1119)가 개재될 수 있다. 베이스부(1117)는 베어링부재(1119)를 매개로 선체(10)에 대해 회전할 수 있다.
이외에도, 베이스부는 도시되지 않았지만, 하우징과 메인샤프트가 결합되어 함께 회전할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
복수의 블레이드(1130)는 각각 도 3과 같이 상하방향으로 연장되는 플레이트 형태로 제공될 수 있다. 복수의 블레이드(1130)는 각각 도 4와 같이 수평단면이 원호 형상을 가질 수 있다.
예컨대, 블레이드(1130)는 도 4와 같이 3개가 제공될 수 있다. 3개의 블레이드(1130)는 메인샤프트(1111)를 중심으로 방사상으로 배치되고, 하우징(1115)의 원주방향을 따라 서로 이격될 수 있다.
블레이드(1130)의 수는 하우징(1115)의 크기 등을 고려하여 다양하게 결정될 수 있다.
복수의 블레이드(1130)는 각각 회전본체(1110)에 지지될 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 회전본체(1110)와 함께 회전중심축(C)을 중심으로 회전할 수 있다.
예컨대, 복수의 블레이드(1130)는 각각 도 4 및 도 6과 같이 메인샤프트(1111)에 연결될 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 각각 메인샤프트(1111)에 대해 수평방향으로 이격되어 메인샤프트(1111)에 연결될 수 있다.
복수의 블레이드(1130)는 각각 도 4 및 도 6과 같이 회전본체(1110)에 대해 삽입되거나 돌출되도록 이동 가능하게 형성될 수 있다.
보다 상세히, 복수의 블레이드(1130)는 각각 도 4와 같이 회전본체(1110) 내부로 삽입되도록 이동할 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 후술하는 회전구동부(1300)의 회전구동력에 의해 회전본체(1110)가 회전할 때 회전본체(1110)와 함께 회전할 수 있다.
또는, 복수의 블레이드(1130)는 각각 도 6과 같이 회전본체(1110) 외부로 돌출되도록 이동할 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)에 의해 회전중심축(C)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
이때, 회전본체(1110)는 회전하는 복수의 블레이드(1130)와 함께 회전하며 회전력을 발생시킬 수 있다. 즉, 회전체(1100)는 바람(W)에 의해 회전하며 회전력을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 하우징(1115)에는 하우징(1115) 내부와 외부를 연통시키는 복수의 관통홈(1115a)이 관통 형성되고, 복수의 블레이드(1130)는 복수의 관통홈(1115a)에 대응하도록 배치될 수 있다.
이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 도 4와 같이 각각 대응하는 관통홈(1115a)을 통해 하우징(1115) 내부로 삽입되도록 이동하여, 외측면이 하우징(1115) 외측면 일부를 형성할 수 있다.
또는, 복수의 블레이드(1130)는 도 6과 같이 관통홈(1115a)을 통해 하우징(1115) 외부로 돌출되도록 이동하여, 하우징(1115) 외측면에 대해 이격될 수 있다.
복수의 블레이드(1130)는 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 대응하여 회전본체(1110)에 대해 삽입되거나 돌출될 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.
복수의 액추에이터(1150)는 도 4 및 도 6과 같이 복수의 블레이드(1130)의 수에 대응하도록 제공될 수 있다.
복수의 액추에이터(1150)는 복수의 블레이드(1130)에 대해 구동력을 제공할 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 각각 대응하는 각 액추에이터(1150)가 제공하는 구동력에 의해 수평방향으로 이동할 수 있다.
예컨대, 복수의 액추에이터(1150)는 각각 도 4 및 도 6과 같이 수평방향으로 신축동작하는 실린더구조로 제공될 수 있다. 이때, 복수의 액추에이터(1150)는 메인샤프트(1111)와 하우징(1115) 사이 이격된 공간에 메인샤프트(1111)를 중심으로 방사상으로 배치되고, 각각 메인샤프트(1111)와 대응하는 각 블레이드(1130) 사이에 개재될 수 있다.
이 경우, 복수의 액추에이터(1150)는 각각 일단부가 메인샤프트(1111)에 고정 결합되고, 타단부가 대응하는 각 블레이드(1130)의 내측면에 고정 결합될 수 있다.
복수의 액추에이터(1150)는 각각 대응하는 각 블레이드(1130)가 이동하도록 신축동작할 수 있다.
보다 상세히, 복수의 액추에이터(1150)는 각각 도 4와 같이 타단부가 메인샤프트(1111)에 대해 가까워지도록 수축동작할 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 각각 대응하는 액추에이터(1150)에 지지되어 하우징(1115)에 대해 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다.
또는, 복수의 액추에이터(1150)는 각각 도 6과 같이 타단부가 메인샤프트(1111)에 대해 멀어지도록 신장동작할 수 있다. 이 경우, 복수의 블레이드(1130)는 각각 대응하는 액추에이터(1150)에 지지되어 하우징(1115)에 대해 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다.
회전구동부(1300)는 회전본체(1110)가 회전하도록 구동력을 제공한다.
예컨대, 회전구동부(1300)는 도 3과 같이 모터(1311)를 포함할 수 있다.
모터(1311)는 선체(10) 내부에 배치될 수 있다.
메인샤프트(1111)의 하단부는 선체(10)의 상측면을 관통하여 선체(10) 내부로 연장되고, 모터(1311)의 구동샤프트(1313)와 결합될 수 있다. 이 경우, 메인샤프트(1111)의 하단부에는 메인기어(1113)가 형성되고, 구동샤프트(1313)의 일단부에는 메인기어(1113)에 연결되는 구동기어(1315)가 형성될 수 있다.
모터(1311)는 구동샤프트(1313)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 작동할 수 있다. 이 경우, 메인샤프트(1111)는 모터(1311)의 작동에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
한편, 선체(10)의 상측면을 관통하는 메인샤프트(1111)의 하단부는 선체(10)에 대해 회전 가능하게 형성될 수 있다.
회전구동부(1300)는 회전체(1100)에 연결되거나 분리될 수 있다. 이 경우, 회전구동부(1300)는 회전체(1100)에 연결될 때 회전체(1100)에 대해 회전구동력을 제공하고, 회전체(1100)에서 분리될 때 회전체(1100)에 대해 회전구동력의 제공을 중지할 수 있다.
회전구동부(1300)는 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 대응하여 회전체(1100)에 연결되거나 분리될 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.
본 실시예에서, 회전구동부(1300)는 제1동력전달부(1710)를 통해 회전체(1100)에 연결되거나 분리될 수 있다.
예컨대, 제1동력전달부(1710)는 도 3 및 도 5와 같이 제1동력전달기어(1711) 및 제1실린더(1713)를 포함할 수 있다.
제1동력전달기어(1711)는 메인기어(1113) 및 구동기어(1315)에 결합 가능하게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1동력전달기어(1711)는 메인기어(1113)와 구동기어(1315) 사이에 개재되어 결합될 수 있다.
제1실린더(1713)는 선체(10) 내부에 고정 지지될 수 있다.
제1실린더(1713)는 신축동작할 수 있다. 이 경우, 제1실린더(1713)는 상하방향으로 신축동작할 수 있다.
제1실린더(1713)의 일단부에는 제1동력전달기어(1711)가 결합될 수 있다.
이때, 제1동력전달기어(1711)는 제1실린더(1713)의 일단부에 대해 회전 가능하게 결합되고, 제1실린더(1713)의 신축방향으로 연장되는 회전축(미도시)을 중심으로 회전할 수 있다. 이 경우, 제1실린더(1713)는 제1동력전달기어(1711)가 구동기어(1315)에 결합되어 회전할 때 제1동력전달기어(1711)를 따라 회전하는 것이 방지될 수 있다.
제1실린더(1713)는 제1동력전달기어(1711)가 메인기어(1113) 및 구동기어(1315)에 결합되거나 분리되도록 신축동작할 수 있다.
보다 상세히, 제1실린더(1713)는 도 3과 같이 일단부가 상측으로 이동하도록 신장동작하고, 제1동력전달기어(1711)는 제1실린더(1713)에 지지되어 이동하며 메인기어(1113) 및 구동기어(1315)에 맞물려 결합될 수 있다.
이 경우, 제1동력전달기어(1711)는 모터(1311)의 작동에 의해 회전하는 구동기어(1315)를 따라 회전하고, 메인기어(1113)는 회전하는 제1동력전달기어(1711)를 따라 회전할 수 있다. 이때, 회전구동부(1300)는 회전구동력을 회전체(1100)에 제공할 수 있다.
또는, 제1실린더(1713)는 도 5와 같이 일단부가 하측으로 이동하도록 수축동작하고, 제1동력전달기어(1711)는 제1실린더(1713)에 지지되어 이동하며 메인기어(1113) 및 구동기어(1315)에서 분리될 수 있다.
이때, 회전구동부(1300)는 회전구동력을 회전체(1100)에 제공하는 것이 중지될 수 있다.
발전부(1500)는 회전체(1100)의 회전력을 전달받아 발전한다. 이 경우, 회전체(1100)는 바람(W)에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고, 발전부(1500)는 그 회전력을 제공받아 발전할 수 있다.
예컨대, 발전부(1500)는 발전기(1511)를 포함할 수 있다.
발전기(1151)는 선체(10) 내부에 배치될 수 있다.
메인샤프트(1111)의 하단부는 발전기(1511)의 발전샤프트(1513)에 연결될 수 있다. 이 경우, 발전샤프트(1513)의 일단부에는 메인기어(1113)와 결합 가능한 발전기어(1515)가 형성될 수 있다.
발전기(1511)는 메인샤프트(1111)로부터 회전력을 전달받아 발전할 수 있다.
발전부(1500)는 회전체(1100)에 연결되거나 분리될 수 있다. 이 경우, 발전부(1500)는 회전체(1100)에 연결될 때 회전체(1100)의 회전력을 제공받아 발전하고, 회전체(1100)에서 분리될 때 발전이 중지될 수 있다.
발전부(1500)는 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 대응하여 회전본체(1110)에 결합되거나 분리될 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.
본 실시예에서, 발전부(1500)는 제2동력전달부(1730)를 통해 회전체(1100)에 연결되거나 분리될 수 있다.
예컨대, 제2동력전달부(1730)는 도 3 및 도 5와 같이 제2동력전달기어(1731) 및 제2실린더(1733)를 포함할 수 있다.
제2동력전달기어(1731)는 메인기어(1113) 및 발전기어(1515)에 결합 가능하게 형성될 수 있다. 이 경우, 제2동력전달기어(1731)는 메인기어(1113)와 발전기어(1515) 사이에 개재되어 결합될 수 있다.
제2실린더(1733)는 선체(10) 내부에 고정 지지될 수 있다.
제2실린더(1733)는 신축동작할 수 있다. 이 경우, 제2실린더(1733)는 상하방향으로 신축동작할 수 있다.
제2실린더(1733)의 일단부에는 제2동력전달기어(1731)가 결합될 수 있다.
이때, 제2동력전달기어(1731)는 제2실린더(1733)의 일단부에 대해 회전 가능하게 결합되고, 제2실린더(1733)의 신축방향으로 연장되는 회전축(미도시)을 중심으로 회전할 수 있다. 이 경우, 제2실린더(1733)는 제2동력전달기어(1731)가 메인기어(1113)에 결합되어 회전할 때 제2동력전달기어(1731)를 따라 회전하는 것이 방지될 수 있다.
제2실린더(1733)는 제2동력전달기어(1731)가 메인기어(1113) 및 발전기어(1515)에 결합되거나 분리되도록 신축동작할 수 있다.
보다 상세히, 제2실린더(1733)는 도 5와 같이 일단부가 상측으로 이동하도록 신장동작하고, 제2동력전달기어(1731)는 제2실린더(1733)에 지지되어 이동하며 메인기어(1113) 및 발전기어(1515)에 맞물려 결합될 수 있다.
이 경우, 제2동력전달기어(1731)는 바람(W)에 의해 회전하는 회전체(1100)의 메인기어(1113)를 따라 회전하고, 발전기어(1515)는 회전하는 제2동력전달기어(1731)를 따라 회전할 수 있다. 이때, 회전체(1100)는 회전력을 발전부(1500)에 제공할 수 있다.
또는, 제2실린더(1733)는 도 3과 같이 일단부가 하측으로 이동하도록 수축동작하고, 제2동력전달기어(1731)는 제2실린더(1733)에 지지되어 이동하며 메인기어(1113) 및 발전기어(1515)에서 분리될 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 회전력을 발전부(1500)에 제공하는 것이 중지될 수 있다.
본 실시예에서, 회전체(1100)는 도 4와 같이 회전구동부(1300)의 회전구동력에 의해 회전하는 과정에서 회전중심축(C), 즉 회전체(1100)로 유입되는 바람(W)을 이용하여 마그누스 효과에 의한 힘(FM)을 발생시킬 수 있다.
회전체(1100)가 발생시키는 힘(FM)(이하, '마그누스 힘'이라고 한다)은 바람(W)이 유입되는 방향에 대해 수직한 방향을 향할 수 있다. 이때, 마그누스 힘(FM)은 바람(W)이 유입되는 방향이 일정한 경우 회전체(1100)의 회전방향에 따라 다른 방향을 향할 수 있다.
예컨대, 바람(W)은 도 4와 같이 회전중심축(C)의 전방 우측에서 회전중심축(C)으로 유입되고, 회전체(1100)는 회전중심축(C)을 중심으로 반시계방향(R)으로 회전할 수 있다. 이 경우, 마그누스 힘(FM)은 바람(W)의 유입방향에 수직하며 회전중심축(C)의 전방 좌측을 향할 수 있다.
이때, 마그누스 힘(FM)은 도 4와 같이 선체(10)의 진행방향(T)을 향하는 성분(FT)(이하, 추력성분이라 한다.)을 포함할 수 있다. 마그누스 힘(FM) 중 추력성분(FT)은 선체(10)에 대해 추력으로 작용할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)을 이용하여 선체(10)에 추력을 제공하여, 선체(10)에 대한 추진효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 회전체(1100)는 바람(W)의 방향에 대응하여 추력모드 또는 발전모드로 회전할 수 있다.
보다 상세히, 바람(W)은 도 6과 같이 회전중심축(C)에서 선체(10)의 진행방향(T)을 향해 연장되는 가상의 기준선(L)으로부터 시계방향으로 20도와 반시계방향으로 20도 사이의 추력감소범위 내에서 회전중심축(C)으로 유입될 수 있다.
달리 표현하면, 바람(W)은, 회전중심축(C)으로 유입되는 바람(W)의 유동과 기준선(L)이 이루는 사잇각이 기준선(L)을 기준으로 시계방향으로 증가하는 경우를 양수로 할 때, -20도에서 20도 사이의 사잇각 범위에서 유입될 수 있다.
이 경우, 마그누스 힘은 추력성분을 포함하지 않거나, 추력성분이 다른 방향을 향하는 성분보다 현저히 작아 추력으로 작용하기 어려울 수 있다.
나아가, 회전체(1100))는 바람에 대해 저항체로 작용하여, 선체(10)에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 그로 인해 선체(10)의 추력이 감소될 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 발전모드로 회전할 수 있다. 이 경우, 회전체(1100)는 발전부(1500)에 연결되고, 회전구동부(1300)와 분리될 수 있다. 회전체(1100)는 바람(W)에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고, 발전부(1500)는 그 회전력을 제공받아 발전할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전체(1100)가 발전모드로 회전할 때 회전구동부(1300)의 작동 또는 선체(10)의 다른 장치(미도시)의 작동에 필요한 전기를 생산하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
다시 말해, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전체(1100)가 추력감소범위 내에서 유입되는 바람(W)을 이용하여 발전함으로써 선체(10)에 대한 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
또는, 바람(W)은 도 4와 같이 추력감소범위 외에서 회전중심축(C)으로 유입될 수 있다. 달리 표현하면, 바람(W)은 기준선(L)을 기준으로 시계방향으로 20도에서 340도 사이의 사잇각 범위에서 유입될 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 추력모드로 회전할 수 있다. 이 경우, 회전체(1100)는 회전구동부(1300)에 연결되고, 발전부(1500)와 분리될 수 있다. 회전체(1100)는 회전구동부(1300)의 구동력에 의해 회전하며 바람(W)을 이용하여 마그누스 힘(FM)을 발생시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전체(1100)가 추력모드로 회전할 때 선체(10)에 대해 추력을 제공할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치(1000)의 작동에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 추진장치(1000)(100)는 바람(W)의 방향에 대응하여 추력을 발생시키거나 발전하도록 작동할 수 있다.
본 작동예에서는, 회전체(1100)가 선체(10)의 선수부 중앙영역에 배치되고, 선체(10)가 전방을 향해 전진 운항하는 경우를 예를 들어 설명한다. 이 경우, 기준선(L)은 회전중심축(C)에서 선체(10)의 전방을 향해 연장될 수 있다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 바람(W)은 선체(10)가 운항하는 과정에 저항작용범위 외에서 회전중심축(C)으로 유입될 수 있다.
예컨대, 바람(W)은 도 4와 같이 회전중심축(C)의 전방 우측으로부터 회전중심축(C)으로 유입될 수 있다. 다시 말해, 바람(W)은 기준선(L)으로부터 시계방향으로 20도를 벗어난 범위에서 유입될 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 추력모드로 회전할 수 있다.
보다 상세히, 복수의 액추에이터(1150)는 각각 대응하는 각 블레이드(1130)가 하우징(1115)에 가까워지는 방향으로 이동하도록 작동하고, 복수의 블레이드(1130)는 각각 하우징(1115) 내부에 삽입될 수 있다.
회전체(1100)는 도 3과 같이 회전구동부(1300)에 연결될 수 있다. 이 경우, 제1동력전달부(1710)의 제1실린더(1713)는 신장동작하고, 제1동력전달기어(1711)는 메인샤프트(1111)의 메인기어(1113) 및 구동샤프트(1313)의 구동기어(1315)에 결합될 수 있다.
회전구동부(1300)는 회전체(1100)에 구동력을 제공하도록 작동할 수 있다. 이 경우, 모터(1311)는 도 4와 같이 메인샤프트(1111) 및 하우징(1115)이 회전중심축(C)을 중심으로 반시계방향(R)으로 회전하도록 작동할 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 회전구동부(1300)의 회전구동력에 의해 회전하며 선체(10)에 대해 추력을 제공할 수 있다.
한편, 회전체(1100)는 도 3과 같이 추력모드로 회전할 때 발전부(1500)에서 분리될 수 있다. 이 경우, 제2동력전달부(1730)의 제2실린더(1733)는 수축동작하고, 제2동력전달기어(1731)는 메인기어(1113) 및 발전기어(1515)에서 분리되고, 발전기(1511)는 발전을 중지할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 바람(W)은 선체(10)가 운항하는 과정에 저항작용범위 내에서 회전중심축(C)으로 유입될 수 있다.
예컨대, 바람(W)은 도 6과 같이 회전중심축(C)의 전방측에서 회전중심축(C)으로 유입될 수 있다. 다시 말해, 바람(W)은 기준선(L)에 나란하며, 선체(10)와 함께 이동하는 회전체(1100)의 정면으로 유입될 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 발전모드로 회전할 수 있다.
보다 상세히, 복수의 액추에이터(1150)는 각각 대응하는 각 블레이드(1130)가 하우징(1115)에서 멀어지는 방향으로 이동하도록 작동하고, 복수의 블레이드(1130)는 각각 하우징(1115) 외부로 돌출될 수 있다.
회전체(1100)는 도 5와 같이 발전부(1500)에 결합될 수 있다. 이 경우, 제2동력전달부(1730)의 제2실린더(1733)는 신장동작하고, 제2동력전달기어(1731)는 메인기어(1113) 및 발전기어(1515)에 결합될 수 있다.
이때, 회전체(1100)는 바람(W)에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고, 발전부(1500)는 그 회전력을 제공받아 발전할 수 있다.
한편, 회전체(1100)는 도 5와 같이 발전모드로 회전할 때 회전구동부(1300)에서 분리될 수 있다. 이 경우, 제1동력전달부(1710)의 제1실린더(1713)는 수축동작하고, 제1동력전달기어(1711)는 메인기어(1113) 및 구동기어(1315)에서 분리되고, 모터(1311)는 작동을 중지할 수 있다.
한편, 다른 작동예에서는 도시되지 않았지만, 선체의 진행방향 및 회전체의 회전방향에 있어 차이가 있을 뿐, 회전체가 바람의 방향에 대응하여 추력모드 또는 발전모드로 작동하는 메커니즘에 있어 실질적으로 동일하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전 가능한 회전체(1100)가 바람(W)의 방향에 대응하여 회전구동부(1300)에 결합되거나 발전부(1500)에 결합되도록 구성됨으로써, 바람(W)의 방향에 대응하여 선체(10)에 대해 추력을 제공하여 선체(10)의 추진효율을 향상시키고, 발전하여 선체(10)의 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 추진장치는 도시되지 않았지만, 선체에 복수로 제공될 수 있다. 이 경우, 복수의 추진장치는 선체의 길이방향 또는 선체의 폭방향으로 이격 배치되고, 선체의 진행방향으로 추력을 제공하도록 서로 다른 방향으로 회전할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 선체 1000: 추진장치
1100: 회전체 1110: 회전본체
1130: 블레이드 1150: 액추에이터
1300: 회전구동부 1500: 발전부
1710: 제1동력전달부 1730: 제2동력전달부

Claims (4)

  1. 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서,
    상기 선체의 상측면에서 상측으로 돌출되고, 상하방향으로 연장되는 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 형성되되, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람의 방향에 대응하여 추력모드 또는 발전모드로 회전하는 회전체;
    상기 회전체에 결합되거나 분리되는 회전구동부; 및
    상기 회전체에 결합되거나 분리되는 발전부를 포함하고,
    상기 회전체가 추력모드로 회전할 때,
    상기 회전체는 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 회전구동부가 제공하는 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하고,
    상기 회전체가 발전모드로 회전할 때,
    상기 회전체는 상기 발전부에 연결되고, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고,
    상기 발전부는 상기 회전체의 회전력을 제공받아 발전하며,
    상기 회전체는,
    바람이 상기 회전중심축에서 상기 선체의 진행방향을 향해 연장되는 가상의 기준선으로부터 시계방향으로 20도와 반시계방향으로 20도 사이의 추력감소범위 내에서 상기 회전중심축으로 유입될 때, 상기 발전모드로 회전하고,
    바람이 상기 추력감소범위 외에서 상기 회전중심축으로 유입될 때, 상기 추력모드로 회전하는, 추진장치.
  2. 삭제
  3. 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서,
    상기 선체의 상측면에서 상측으로 돌출되고, 상하방향으로 연장되는 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 형성되되, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람의 방향에 대응하여 추력모드 또는 발전모드로 회전하는 회전체;
    상기 회전체에 결합되거나 분리되는 회전구동부; 및
    상기 회전체에 결합되거나 분리되는 발전부를 포함하고,
    상기 회전체가 추력모드로 회전할 때,
    상기 회전체는 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 회전구동부가 제공하는 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하고,
    상기 회전체가 발전모드로 회전할 때,
    상기 회전체는 상기 발전부에 연결되고, 상기 회전중심축으로 유입되는 바람에 의해 회전하며 회전력을 발생시키고,
    상기 발전부는 상기 회전체의 회전력을 제공받아 발전하며,
    상기 회전체는,
    상하방향으로 연장되고, 상기 회전중심축을 중심으로 회전 가능하게 형성되는 회전본체;
    각각 상기 회전본체에 지지되고, 상기 회전본체에 대해 삽입되거나 돌출되도록 이동 가능한 복수의 블레이드; 및
    상기 복수의 블레이드에 대해 구동력을 제공하는 복수의 액추에이터를 포함하고,
    상기 회전체는,
    상기 추력모드로 회전할 때 상기 복수의 블레이드가 상기 회전본체에 삽입되고, 상기 발전모드로 회전할 때 상기 복수의 블레이드가 상기 회전본체에서 돌출되는, 추진장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전체가 상기 추력모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 회전구동부를 연결시키고, 상기 회전체가 상기 발전모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 회전구동부를 분리시키는 제1동력전달부; 및
    상기 회전체가 상기 추력모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 발전부를 분리시키고, 상기 회전체가 상기 발전모드로 회전할 때 상기 회전체와 상기 발전부를 연결시키는 제2동력전달부를 더 포함하는, 추진장치.
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