KR101287717B1 - 선박 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

선박 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 유닛으로서 하나 이상의 전동기(2)와 하나 이상의 내연 기관(3), 특히 가스 터빈을 구비한, 선박, 특히 해군 선박의 하이브리드 구동 시스템(1)의 작동 방법에 관한 것이며, 상기 구동 유닛은 예를 들어 선박 속도와 같은 요건에 따라 개별적으로 또는 연결되어, 예를 들어 프로펠러와 같은 선박의 하나 이상의 추진 유닛(4)을 구동하며, 본 발명에 따라 구동 유닛(2, 3)은 하나 이상의 추진 유닛(4)으로의 해당 출력 송출값과 관련하여 예를 들어 선박 속도 또는 프로펠러 회전수를 위한 설정값과 같은 사전 설정 가능한 설정값(S)과 사전 설정 가능한 작동 모드(B)에 따라 제어 장치(15)에 의해 제어되어, 상기 출력 송출값의 총합을 통해 설정값(S)에 좌우되는 전체 출력(PS)이 하나 이상의 추진 유닛(4)에 송출되며, 이때 상기 전체 출력 송출값은 설정값(S)과 작동 모드(B)에 따라 개별 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE, PG)으로 분배된다.
하이브리드 구동 시스템, 추진 유닛, 구동 유닛, 설정값, 작동 모드

Description

선박 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPERATION OF A MARINE VESSEL HYBRID PROPULSION SYSTEM}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 선박 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 유형의 선박 하이브리드 구동 시스템은 예를 들어 DE 100 63 338 B4호에 공지되어 있다. 또한 본 발명은 이러한 방법의 실시를 위한 장치에 관한 것이다.
WO 02/47974 A1호에는 추진 유닛으로서 가변 피치 프로펠러를, 추진 유닛을 위한 구동 유닛으로서 메인 디젤 엔진 및 전동기를 구비한 선박 하이브리드 구동 시스템이 공지되어 있다. 전동기는 항상 작동중이며, 가변 피치 프로펠러와 연결된 상태로 메인 디젤 엔진을 유리한 작동점에 유지시킨다. 이에 추가로, 가속도가 붙지않도록 선박의 속도가 주어질 때, 전동기용 전기 에너지를 발생시키기 위한 디젤 제너레이터 설비와 메인 디젤 엔진에 대한 전체 연료 요구량이 최소화되도록 전동기와 프로펠러는 제어된다. 따라서, 상기 두 구동 유닛은 공통으로 항상 추진 유닛과 기계적으로 결합되어, 이를 마찬가지로 공통으로 구동한다.
DE 101 11 910 A1호에는 서로 앞뒤로 배치되어 서로 반대로 회전하는 2개의 프로펠러를 추진 유닛으로서 구비하고, 하나의 디젤 엔진 및 하나의 전동기를 구동 유닛으로서 구비한 선박을 위한 구동 설비가 공지되어 있으며, 뒤쪽의 프로펠러는 디젤 엔진에 의해 앞쪽의 프로펠러는 전동기에 의해 구동된다. 따라서 각각의 구동 유닛은 단 하나의 추진 유닛을 구동시키기 위해 이 추진 유닛과 기계적으로 결합되거나 결합 가능하다.
DE 100 68 338 B4호에는 전동기와, 가스 터빈으로서 형성된 내연 기관을 구동 유닛으로서 구비한 선박 하이브리드 구동 시스템이 공지되어 있으며, 이 전동기 및 내연 기관은 예를 들어 선박 속도와 같은 요건에 따라 개별적으로 또는 연결되어 선박의 프로펠러를 구동한다. 이 경우, 내연 기관은 빠른 속도에서, 전동기는 느린 속도에서 프로펠러를 구동한다. 이를 위해 2개의 구동 유닛은 적어도 때때로 프로펠러와 결합 가능하다.
예를 들어 2개의 전동기와, 하나의 가스 터빈과, 2개의 프로펠러를 구비한 상기 유형과 동일하거나 유사한 하이브리드 구동 시스템은 향후에 특히 예를 들어 프리깃함(frigate) 및 코르벳함(corvette)과 같은 해군 선박과 슈퍼요트(superyachts)에 사용될 것이다. 이러한 선박은 한편으로는 특정한 사용 상황에 최적화된 탄력적인 작동이 가능해야 한다. 예를 들어 선박의 발견 가능성을 감소시키기 위해 배출 물질이 가능한 적은 선박 작동, 전투 상황에서 최대 가속 성능을 갖는 작동 또는 연료 소비량이 가능한 적은 작동이 요구될 수 있다.
다른 한편으로 이러한 선박은 비교적 적은 수의 승무원에 의해 작동되어야 한다. 이는 승무원들이 예를 들어 시간적 압박과 같은 외부의 영향으로부터 자유로운 경우, 대부분 문제없이 실현 가능하다. 그러나, 예를 들어 전투 상황과 같이 육체적 부담 및/또는 정신적 부담이 가해지는 상태에서는 오류가 발생할 수 있으며, 따라서 하이브리드 구동 시스템의 작동 상태가 전술한 사용 상황에 최적이 아닌 상태로 설정될 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 사용 상황에 최적인 하이브리드 구동 시스템의 작동이 특히 적은 수의 선박 승무원만으로 보장될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 이러한 방법의 실시를 위해 특히 적합한 장치를 제공하는 것이다.
이러한 방법과 관련이 있는 상기 목적의 해결책은, 본 발명에 따라 청구범위 제1항에 따른 방법에 의해 달성된다. 이러한 방법의 실시를 위해 특히 적합한 장치는 청구범위 제19항의 대상이다. 바람직한 실시예들은 각각 종속항들의 대상이다.
본 발명에 따른 방법에 따라, 구동 유닛은 하나 이상의 추진 유닛으로의 해당 출력 송출값과 관련하여 예를 들어 프로펠러 회전수 또는 선박 속도를 위한 설정값과 같은 사전 설정 가능한 설정값과 사전 설정 가능한 작동 모드에 따라 제어 장치에 의해 제어되어, 이러한 출력 송출값의 총합을 통해 설정값에 좌우되는 전체 출력이 하나 이상의 추진 유닛에 송출되며, 이때 이러한 전체 출력 송출값은 설정값과 작동 모드에 따라 개별 구동 유닛의 출력 송출값으로 분배된다.
이렇게 전체 출력값이 구동 유닛으로 분배됨으로써 개별 구동 유닛의 작동점이 영향을 받을 수 있으므로, 사전 설정된 작동 모드에 최적인 하이브리드 구동 시스템의 작동점이 설정될 수 있다. 이 경우, 개별 구동 유닛의 작동점 자체는 반드시 최적일 필요가 없다. 바람직하게 하나 이상의 전동기를 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 내연 기관을 포함한 전체 시스템의 작동점, 즉 전체 하이브리드 구동 시스템의 작동점이 중요하다.
이를 위해 하나 이상의 출력 유닛 또는 모든 출력 유닛은 하이브리드 구동 시스템이 작동하는 동안 바람직하게 각각 2개 이상의 구동 유닛, 바람직하게는 각각 하나 이상의 전동기 및 하나 이상의 내연 기관과 기계적으로 견고하게 결합되거나 적어도 결합 가능하다. 이 경우, 하나 이상의 출력 유닛 또는 모든 출력 유닛은 구동 유닛들 중 단 하나에 의해, 또는 연결된 작동일 때는 동시에 2개 이상의 구동 유닛에 의해 구동될 수 있다. 구동 유닛이 특히 내연 기관과 전동기 사이에 위치할 때와 같이 구동 유닛의 상이한 작동 특성은 전체 시스템의 최적의 작동점을 설정하기 위해 특히 양호하게 활용될 수 있다.
바람직하게 하나 이상의 내연 기관, 바람직하게는 하나 이상의 전동기도, 구동될 추진 유닛과 기계적으로 견고하게 결합되지 않고, 하이브리드 구동 시스템이 작동하는 동안 구동될 추진 유닛과 필요에 따라 기계적으로 결합되거나 이로부터 결합 해제된다. 이 경우, 하이브리드 구동 시스템이 작동하는 동안 추진 유닛의 구동에 때때로 필요하지 않은 구동 유닛은 추진 유닛으로부터 결합 해제될 수 있으며, 이 경우, 추진 유닛(들)을 구동하는 구동 유닛(들)에 의해 같이 가동되지 않아야 한다. 이는 가동될 질량이 통상적으로 비교적 큰 하나 이상의 내연 기관의 경우에서 특히 장점이 있다.
이를 위해, 출력 분배를 제어함으로써, 바람직하게는 구동 유닛이 하나 이상의 추진 유닛과 기계적으로 결합되는 것 또는 이로부터 기계적으로 결합 해제되는 것을 포함하여, 구동 유닛이 하나 이상의 추진 유닛에 연결되는 것 또는 이로부터 분리되는 것도 동시에 제어될 수 있다. 구동 유닛의 결합 또는 결합 해제의 제어는 장점으로서, 하나 이상의 내연 기관의 적어도 결합 및 결합 해제, 바람직하게는 추가로 하나 이상의 전동기의 결합 및 결합 해제도 포함한다.
승무원에게 적은 제어 매개 변수의 사전 설정(예를 들어, 작동 모드, 프로펠러 회전수를 위한 설정값)만을 제어할 것을 요구하므로, 선박의 최적의 작동이 적은 수의 승무원만으로도 그리고 동시에, 승무원이 육체적 부담 및/또는 정신적 부담을 받는 상태에서도 보장될 수 있다.
이 경우, 사전 설정 가능한 작동 모드는, 예를 들어 바람직하게 하나 이상의 전동기를 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 내연 기관을 포함하여 하이브리드 구동 시스템의 배기 가스 방출 및/또는 소음 방출 및/또는 열방출이 최소인 작동 모드일 수 있다.
그러나 사전 설정 가능한 작동 모드는, 바람직하게 하나 이상의 전동기를 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 내연 기관을 포함하여 하이브리드 구동 시스템의 전체 연료 소비량이 최소인 작동 모드일 수도 있다.
전체 출력 송출과 전체 출력 송출값의 구동 유닛으로의 분배는 연결된 상태의 구동 유닛의 특성 데이터 및/또는 특성 곡선에 의해 특히 간단하고 정확하게 제어될 수 있다.
바람직하게, 상이한 작동 모드를 위한 제어 장치 내에는 각각 상이한 특성 데이터 및/또는 특성 곡선이 저장되어 있으며, 사전 설정 가능한 작동 모드에서 출력 분배를 제어하는 데 관련된 특성 데이터 및/또는 특성 곡선은 사전 설정 가능한 작동 모드에 좌우되어 선택된다.
이 경우, 설정값은 수동 조작 가능한 항해 레버 또는 자동 조타 시스템에 의해 사전 설정될 수 있다.
바람직하게 구동 유닛의 출력 송출이 토크 저킹없이 추진 유닛으로 연결되거나 이로부터 분리된다.
특히 바람직한 일 실시예에 따라, 구동 유닛들 각각은 선박의 추진을 위해 최대로 필요한 전체 출력보다 낮은 최대 출력을 송출할 수 있다. 따라서, 최대로 필요한 전체 출력을 달성하기 위해 2개 이상의 구동 유닛이 기여해야 한다. 그러나 최대로 필요한 전체 출력이 비상 사태 시에 매우 드물게만 요구되기 때문에 구동 유닛은 더 낮은 출력에 최적화되어 구성될 수 있으며, 이에 따라 구동 유닛의 중량과 요구 공간, 연료 소비량은 감소된다.
바람직하게 전동기는 추진 유닛(들)의 0에서 최대 회전수까지의 회전수 영역 내의 한계 특성 곡선 이하에서 단계없이 토크를 송출할 수 있다. 경우에 따라, 여기서 전동기는 약계자 영역의 최대 회전수까지의 높은 회전수에서 작동된다. 따라서 전동기는 하이브리드 구동 시스템의 요구되는 최적의 작동점을 추진 유닛의 전체 회전수 영역에 걸쳐 토크 저킹없이 설정하기 위해 특히 탄력적으로 사용될 수 있다.
장점으로서, 제어 유닛은 전체 출력 송출값 및/또는 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛의 출력 송출값으로의 분배를, 추가로 시간적 변화에 대한 한계값을 고려하여 제어한다. 예를 들어 상승 제한 또는 하강 제한인 상기 유형의 제한을 통해, 수중에서의 프로펠러 추력의 전환 또는 전동기를 위한 전기 에너지가 발생될 때의 프로펠러 추력의 전환과 관련한 선박 프로펠러의 시간 상수가 고려될 수 있다. 따라서, 모터, 컨버터, 스위치 등과 같은 출력 구성 요소들은 열적 과부하로부터 보호되고 예를 들어 전기 공급 시스템의 주파수 및/또는 전압의 허용되지 않는 큰 변동에 의한 선박 작동의 손상은 방지될 수 있다.
장점으로서, 구동 유닛의 출력 송출값이 제어될 때 추진 유닛의 토크 변동을 통해 야기된 리플(ripple)이, 설정값에 상응하는 실제값, 예를 들어 회전수 센서에 의해 측정된 프로펠러 축의 회전수에 대한 실제값으로 억제된다. 이에 의해, 구동 토크 변동과, 항해가 이루어지는 수중에서 프로펠러가 토크 변동에 지배를 받는 경우 발생하는 선박의 소음 방출은 저지될 수 있다.
바람직하게, 제어 장치에 의해서 전체 출력 송출값의 분배는 설정값의 시간적 변화에 따라 추가로 제어된다. 이에 의해 불필요한 커플링 과정 및 변속기 변환 과정은 방지될 수 있으며, 따라서 높은 가속 성능이 달성될 수 있다.
하나 이상의 전동기는 선박의 낮은 속도 영역을 위한 선박 구동을 위한 메인 구동기로서 사용되고, 하나 이상의 내연 기관은 단독으로 또는 하나 이상의 전동기와 연결되어 선박의 최고 속도까지의 더 높은 속도 영역을 위한 메인 구동기로서 사용되는 경우, 연료 소비량을 최적화하기 위한 특히 바람직한 가능성이 얻어진다.
특히 바람직한 실시예에 따라, 낮은 속도 영역에서는 적어도 전동기가 추진 유닛(들)의 회전수 유도를 담당하고, 더 높은 속도 영역에서는 하나 이상의 내연 기관이 추진 유닛(들)의 회전수 유도를 담당하며, 하나 이상의 전동기와 하나 이상의 내연 기관의 연결 작동에서는 내연 기관이 추진 유닛(들)의 회전수 유도를 담당하고 전동기의 회전수는 추진 유닛 또는 내연 기관에 의해 유도되고, 내연 기관과 전동기로부터 각각 송출된 출력이 추진 유닛(들)에 합산되는 유형의 토크가 설정값 사전 설정을 통해 결정되어 추진 유닛(들)에 송출된다.
바람직하게, 상기 방법은 구동 유닛으로서 정확히 2개의 전동기와 정확히 하나의 가스 터빈과, 추진 유닛으로서 각각 하나의 프로펠러를 구비한 정확히 2개의 프로펠러 축을 포함하는 하이브리드 구동 시스템에서 적용되며, 프로펠러 축은 프로펠러 축을 가스 터빈과 결합할 수 있는 변속기를 통해 유도되고, 프로펠러 축 각각은 프로펠러 반대편의 단부에서 변속기가 중간에 연결되지 않은 상태로 전동기들의 각각 하나와 결합될 수 있다.
이러한 방법의 실시를 위해 특히 적합한 장치는 예를 들어 프로펠러 회전수 또는 선박 속도를 위한 설정값과 같은 설정값을 사전 설정하기 위한 설정값 입력기와, 작동 모드를 사전 설정하기 위한 작동 모드 입력기와, 하나 이상의 추진 유닛으로의 해당 출력 송출값과 관련하여 구동 유닛을 제어하여 상기 출력 송출값의 총합을 통해 설정값에 좌우되는 전체 출력이 하나 이상의 추진 유닛에 송출될 수 있으며 상기 전체 출력 송출값은 설정값과 작동 모드에 좌우되어 개별 구동 유닛의 출력 송출값으로 분배되도록 설치된 제어 장치를 포함한다.
이 경우, 하나 이상의 출력 유닛 또는 모든 출력 유닛은 하이브리드 구동 시스템이 작동하는 동안 바람직하게 각각 2개 이상의 구동 유닛, 바람직하게는 각각 하나 이상의 전동기 및 하나 이상의 내연 기관과 기계적으로 견고하게 결합되거나 적어도 결합 가능하다.
장점으로서, 하나 이상의 내연 기관, 바람직하게는 하나 이상의 전동기도, 하이브리드 구동 시스템이 작동하는 동안 구동될 추진 유닛과 필요에 따라 기계적으로 결합될 수 있으며, 이로부터 결합 해제될 수 있다.
이 경우, 장점으로서 제어 장치는 출력 분배의 제어를 통해, 바람직하게는 구동 유닛, 특히 하나 이상의 내연 기관이 하나 이상의 추진 유닛과 기계적으로 결합되는 것 또는 이로부터 기계적으로 결합 해제되는 것을 포함하여, 구동 유닛이 하나 이상의 추진 유닛으로 연결되는 것 또는 이로부터 분리되는 것도 제어하기 위해 설치된다.
이 경우, 설정값 입력기는 수동 조작 가능한 항해 레버 또는 자동 조타 시스템일 수 있다.
특히 바람직한 일 실시예에 따라, 이러한 장치는 해당 출력 송출값을 제어하기 위한, 개별 구동 유닛에 할당된 구동 제어 장치를 포함하며, 제어 장치는 회전수 설정값 또는 토크 설정값을 구동 제어 장치에 사전 설정함으로써 구동 유닛의 출력 송출값을 제어한다.
출력 구성 요소들을 열적 과부하 및 선박 작동의 손상으로부터 보호하기 위해 제어 장치는 전체 출력 송출값 및/또는 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛으로의 분배의 시간적 변화를 제한하기 위한 제한 수단을 포함할 수 있다.
장점으로서, 이러한 장치는 구동 유닛의 출력 송출값을 제어하기 위해, 하나 이상의 설정값에 상응하는 하나 이상의 실제값, 예를 들어 프로펠러 축의 회전수에 대한 하나 이상의 실제값을 측정하기 위한 센서와, 추진 유닛의 토크 변동을 통해 야기된 리플을 실제값으로 억제하기 위한 필터 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 방법 또는 이의 바람직한 실시예와 관련되어 언급된 장점들은 본 발명에 따른 장치 또는 이의 바람직한 실시예에 상응하게 적용된다.
본 발명과, 종속항의 특징부에 따른 본 발명의 바람직한 추가 실시예들은 이하에서 도면을 참조한 실시예를 통해 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 일축 선박용 하이브리드 구동 시스템의 일 실시예의 도면이다.
도 2는 이축 선박용 하이브리드 구동 시스템의 일 실시예의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 작동 방법을 설명하기 위한 기본 원리도이다.
도 4는 하이브리드 구동기에서 구동 장치의 출력 송출값을 제어하기 위한 특성 곡선 필드이다.
도 5는 가변 피치 프로펠러 설비를 구비한 가스 터빈의 특성 곡선 필드이다.
도 6은 본 발명에 따른 장치를 구비한 하이브리드 구동 시스템의 도면이다.
도 1에 도시된 일축 선박용 하이브리드 구동 시스템(1)은 구동 유닛으로서의 전동기(2) 및 가스 터빈(3)과, 고정 피치 프로펠러 또는 가변 피치 프로펠러(4b)를 구비한 프로펠러 축(4a)으로 구성된 추진 유닛(4)을 포함한다. 프로펠러 축(4a)은 프로펠러 축(4a)을 가스 터빈(3)과 결합 가능하게 하는 변속기(6)를 통해 유도된다. 프로펠러 축(4a)의 프로펠러(4b) 반대편 단부는 변속기가 중간에 연결되지 않은 채로 전동기(2)와 연결된다. 전동기(2)에는 에너지 분배 설비(10)[대개 미디엄 전압 변환 설비, 때때로 또한 로우 전압 변환 설비]로부터 컨버터(7)[대개, 전류 중간 회로 컨버터(current intermediate circuit converter) 또는 전압 중간 회로 컨버터(voltage intermediate circuit converter)]를 통해 전기 에너지가 공급된다. 전동기(2), 컨버터(7), 및 컨버터 변압기(8)는 전기 구동 시스템(9)을 형성한다.
전기 에너지는 대개, 예를 들어 디젤 엔진 또는 가스 터빈과 같은 복수의 내연 기관(12)이 각각 하나의 제너레이터(13), 대개 3상 동기 전동기를 구동시키는 에너지 발생 설비(11)에 의해 발생 된다.
이와 상이하게, 도 2에 도시된 이축 선박용 하이브리드 구동 시스템(1)은 각각 하나의 전동기(2)를 구비한 2개의 전기 구동 시스템(9)을 포함하며, 이 2개의 전기 구동 시스템(9)의 각각의 전동기(2)는 직접, 즉 변속기가 중간에 연결되지 않은 채로 각각 하나의 추진 유닛(4)을 구동한다. 가스 터빈(3)은 변속기(6)에 의해 2개의 프로펠러 축(4a)과 결합 가능하다. 고장이 더욱 적도록, 2개의 전기 구동 시스템(9)에는 각각 상이한 에너지 분배 설비(10)와 에너지 발생 설비(11)로부터 전기 에너지가 공급된다.
도 1에 따른 하이브리드 구동 시스템의 경우에서 뿐 아니라 도 2에 따른 하 이브리드 구동 시스템의 경우에도 구동 유닛(2, 3)은 예를 들어 선박 속도와 같은 요건에 따라 개별적으로 또는 연결되어 추진 유닛(들)(4)을 구동한다. 이 경우, 전동기(들)(2)는 낮은 속도 영역(예를 들어 크루즈 속도 이하의 속도)을 위해 추진 유닛(들)(4)을 구동하기 위한 메인 구동기로서 사용되고, 가스 터빈(3)은 단독으로 또는 전동기(들)(2)와 함께 최고 속도까지의 더 높은 속도 영역(예를 들어 크루즈 속도를 초과하는 속도)을 위한 메인 구동기로서 사용된다.
이 경우, 구동 유닛들(2, 3) 각각은 선박의 추진을 위해 최대로 필요한 전체 출력보다 낮은 최대 출력을 송출할 수 있다.
도 2에 따른 하이브리드 구동 시스템(1)의 경우를 단순하게 도시한 도 3에서와 같이, 전동기(2)와 가스 터빈(3)은 추진 유닛(4)으로의 해당 출력 송출값(PE 또는 PG)과 관련하여 예를 들어 프로펠러(4b) 회전수 또는 선박 속도에 대한 설정값과 같은 사전 설정 가능한 설정값(S)과 사전 설정 가능한 작동 모드(B)에 따라, 설정값(S)에 좌우되는 전체 출력값(PS)이 이러한 출력 송출값의 총합을 통해 추진 유닛(4)에 송출되는 방식으로, 상위에 배치된 제어 장치(15)에 의해 제어되고, 이 경우 이러한 전체 출력 송출값은 설정값(S)과 사전 설정 가능한 작동 모드(B)에 따라 전체 출력값(PS)(= PE + PG + PE)을 달성하기 위해 전동기(2)와 가스 터빈(3)의 출력 송출값(PE 또는 PG), 즉 3개의 구동 유닛(2, 3)으로부터 각각 송출될 부분 출력값(PE 또는 PG)의 크기로 분배된다.
상위에 배치된 제어 장치(15)는 설정값(S)을 예를 들어 선교루 상의 항해 레버 등의 설정값 입력기 또는 자동 조타 시스템으로부터, 작동 모드(B)를 예를 들어 선교루 상에 배치된 작동 모드 선택 스위치 등의 작동 모드 입력기로부터 수신한다.
사전 설정 가능한 설정값(S)과 사전 설정 가능한 작동 모드(B)에 따라 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE, PG)을 제어하기 위해, 상위에 배치된 제어 장치(15)는 설정값(SE, SG)(예를 들어 회전수 또는 토크에 대한 설정값)을 구동 유닛(2, 3)의 상세히 도시되지 않는 구동 제어 장치에 전달한다.
설정값(SE, SG)을 통해, 상위에 배치된 제어 장치(15)는 전체 출력 송출과, 송출될 전체 출력값의 전동기(2) 및 가스 터빈(3)으로의 분배를 제어하고 사전 설정된 작동 모드(B)에 최적인 작동점을 자동으로 설정한다.
이 경우, 사전 설정 가능한 작동 모드(B)는, 바람직하게는 전동기(2)를 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 내연 기관(12)을 포함하여 하이브리드 구동 시스템(1)의 배기 가스 방출 및/또는 소음 방출 및/또는 열방출이 최소인 작동 모드일 수 있다. 사전 설정 가능한 작동 모드(B)는, 바람직하게 전동기(2)를 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 내연 기관(12)을 포함하여 하이브리드 구동 시스템(1)의 전체 연료 소비량이 최소인 작동 모드일 수도 있다.
이 경우, 상위에 배치된 제어 장치(15)가 추가적으로 시간적 변화에 대한 한계값을 고려하여 전체 출력 송출값(PS) 및/또는 전체 출력 송출값(PS)의 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 분배를 제어함에 따라 모터(2)와 컨버터(7)와 같은 출력 구성 요소를 과부하로부터 보호한다.
이 경우, 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값이 개회로 제어 및 폐회로 제어되는 동안 추진 유닛(4)의 토크 변동을 통해 야기된 리플은 설정값에 상응하는 실제값, 예를 들어 회전수 센서에 의해 측정된 프로펠러 축(4a)의 회전수에 대한 실제값으로 억제된다.
상위에 배치된 제어 장치(15) 내에는 전체 출력 송출값을 제어하고 전체 출력 송출값(PS)을 개별 구동 유닛(2, 3)으로 분배하는 것을 제어하기 위해 특성 곡선 및/또는 특성 데이터가 저장되며, 이 특성 곡선 및/또는 특성 데이터는 예를 들어 초전도 회전자 권선 등을 구비한 기기에서의 회전자 시스템 내의 연료 소비량, 소음 방출, 배기 가스 방출, 열방출, 열손실 등과 같이 해당 작동 모드를 특성화하는 작동 매개 변수와, 해당 출력 송출값과, 프로펠러 회전수 또는 선박 속도와 같은 설정값(S) 사이의 상호 연관성을 나타낸다. 또한 이 특성 곡선은 최대로 가능한 출력 송출값을 나타낸다.
도 4에는, 특성 곡선을 이용한 상위에 배치된 제어 장치(15) 내에서와 같이, 전체 출력 송출과, 사용하기에 최적인 작동을 위한 개별 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE, PG)으로의 전체 출력 송출값의 분배는 프로펠러 회전수(n)에 대한 설정값(S)에 따라 결정된다.
이는 구동 유닛들(2, 3) 중 하나로부터 최대로 송출 가능한 출력이 선박의 추진을 위해 최대로 필요한 전체 출력보다 작지만 개별 구동 유닛(2, 3)의 최대로 송출 가능한 출력들의 합은 선박의 추진을 위해 최대로 필요한 전체 출력에 상응한다는 사실에 기초한다.
도 4에 도시된 특성 곡선(20, 21, 22, 23)(소위 한계 특성 곡선)은 각각 최대로 송출 가능한 출력(P)[구동 장치의 연결을 통해 전체의 최대로 송출 가능한 출력(PN)에 관련됨]을, 각각의 구동 유닛들(2, 3)과 이러한 구동 유닛들(2, 3)의 연결에 대한 프로펠러 회전수(n)[최대 회전수(nN)에 관련됨]에 대한 그래프로 나타낸다. 제1 특성 곡선(20)은 개별 전동기(2)의 최대 출력을, 제2 특성 곡선(21)은 2개의 전동기들(2)이 연결된 최대 출력을, 제3 특성 곡선(22)은 가스 터빈(3)의 최대 출력을, 제4 특성 곡선(23)은 2개의 전동기(2) 및 가스 터빈(3)이 연결된 최대 출력을 회전수(n)에 대한 그래프로 설명한다.
구동 유닛(2, 3)의 구동 제어 장치 내에는 해당 구동 유닛과 관련한 한계 특성 곡선이 저장되며, 즉 한계 특성 곡선(20)은 전동기(2)의 구동 제어 장치 내에, 한계 특성 곡선(22)은 가스 터빈(3)의 구동 제어 장치 내에 저장된다.
이에 반해, 2개의 구동 유닛들(2)의 연결에 대한 특성 곡선(21) 및 2개의 구동 유닛들(2)과 구동 유닛(3)의 연결에 대한 특성 곡선(23)은 상위에 배치된 제어 장치(15) 내에 저장된다. 그러나 상위에 배치된 제어 장치(15)는 구동 제어 장치 내에 저장된 한계 특성 곡선에 엑세스할 수도 있다.
전동기(2)는 한계 특성 곡선(20) 하에서 프로펠러 축(4)의 0에서 최대 회전 수(nN)까지의 회전수 영역 내에서 단계없이 토크를 송출할 수 있다.
제1 프로펠러 특성 곡선(24)은 정규 작동 조건 하의 정상 작동점에 대한 출력 수용 특성을 설명한다. 이에 반해, 제2 프로펠러 특성 곡선(25)은 어려워진 작동 조건 하에, 선박의 저항이 상승되는 경우[예를 들어 해황(sea state) 또는 포울링(fouling)에 의해 선박의 저항이 상승되는 경우] 등에서 정상 작동점에 대한 출력 수용 특성을 설명하고, 제3 프로펠러 특성 곡선(26)은 용이한 작동 조건 하에, 잔잔한 수면에 의해 선박의 저항이 감소되는 경우, 선박의 저항이 적은 경우(예를 들어 새로운 선박일 때) 등에서, 정상 작동점에 대한 출력 수용 특성을 설명한다.
전동기(2)가 시동되고 회전수 설정값이 릴리즈된 이후, 전동기(2)의 회전수는 축베어링의 충분한 윤활을 보장하기 위해 0에서 최소 회전수(n0)(예를 들어 30rpm)로 신속하게 설정된다. 따라서 회전수 영역(n0)은 기본적으로 작동 영역이 아니다.
정규 작동 조건일 때[프로펠러 특성 곡선(24)] 그리고 작동 모드 "최소 연료 소비량"이 선택될 때 제어 장치(15)에 회전수 영역(NE)으로부터의 회전수 설정값이 사전 설정되는 경우, 전동기(2)는 가스 터빈(3)보다 더 적은 소비율을 포함한다. 따라서, 이러한 회전수 영역(NE)에서 구동 유닛(2, 3)에의 출력 분배는 전동기(2)만이 추진 유닛들(4)에 출력을 송출하도록 제어된다.
이 경우, 필요한 전체 출력은 50%씩 2개의 전동기들(2)로부터 공급되어 해당 프로펠러 축(4a)에 송출될 수 있다. 이 경우, 2개의 전동기(2)는 프로펠러 축(4a)과 결합된다. 반면, 가스 터빈(3)과 변속기(6)는 프로펠러 축(4a)에서 결합 해제된다. 사전 설정된 회전수 설정값은 상위에 배치된 제어 장치(15)에 의해 전동기(2)의 구동 제어 장치로 계속 송출된다. 이어서 전동기(2)의 출력은 구동 제어 장치에 의해, 프로펠러 축(4a)이 사전 설정된 회전수 설정값에 도달된 시점까지 구동 제어 장치 내에 저장된 상승 곡선을 따라 상승한다. 따라서 프로펠러 축(4a)의 회전수는 전동기(2)에 의해 유도된다.
회전수 설정값(S)이 가스 터빈 작동을 위한 회전수 영역(NG)으로부터 사전 설정되거나, 전동기(2)가 [예를 들어 파도가 심한 수면 때문에, 프로펠러 곡선(25) 참조] 회전수 설정값에 도달하지 못하기 때문에 회전수 영역(NE)이 끝에 도달하는 경우, 가스 터빈(3)으로부터 출력이 발생 되어야 한다. 따라서, 가스 터빈(3)과 이에 할당된 보조 장치가 시동 된다. 이는 상위에 배치된 제어 장치(15)를 통해 자동으로 실행되거나, 상위에 배치된 제어 장치(15)가 선교루에 가스 터빈의 작동이 요구되는지를 질문하여 선교루를 통해 확실히 확인된 후에야 실행될 수 있다.
이 경우, 상위에 배치된 제어 장치(15)에 의해 상응하는 회전수 설정값이 가스 터빈(3)의 구동 제어 장치에 주어지고, 뒤이어 가스 터빈(3)의 회전수는 상승한다. 가스 터빈(3) 또는 변속기(6)의 회전수가 프로펠러 축(4a)의 회전수보다 커지자마자, 변속기(6)는 프로펠러 축(4a)과 결합되고 회전수 설정값 유도는 상위에 배치된 제어 장치(15)에 의해 전동기(2)에서 가스 터빈(3)으로 변환된다. 이 경우 회전수 설정값은 회전수 영역(NG) 내에 위치한다.
이제 가스 터빈(3)의 구동 제어 장치의 출력 제어가 실행되고 가스 터빈(3)이 프로펠러 축(4a)에 출력을 송출하는 동시에 전동기(2)는 회전수 제어에서 토크 제어로 전환된다. 이 경우, 회전수 영역(NG) 내의 회전수 설정값의 위치에 의해 전동기(2)를 위한 토크 설정값 또는 전류 설정값이 0으로 설정되고, 따라서 출력은 감소된다. 전동기(2)의 전류 설정값이 0에 도달되어 있는 경우, 사전 선택된 시간 이후에 전동기(2)는 프로펠러 축(4a)에서 결합 해제된다. 이제, 프로펠러 축(4a)의 회전수는 가스 터빈(3)의 구동 제어 장치에 의해, 요구된 설정값으로 상승 곡선을 따라 유도된다. 따라서, 프로펠러 축(4a)의 회전수는 가스 터빈(3)에 의해 유도된다.
이 경우, 가스 터빈(3)은 예를 들어 도 5에 도시되고 당업자에게 공지된 특성 곡선 필드에 의해 가변 피치 프로펠러(4b)와의 상호 작용으로서 가능한 한 항상 최대 효율로, 따라서 소비율이 최적화된 상태로 작동된다. 이 경우, nG는 가스 터빈의 회전수를, PG는 가스 터빈의 출력을, P*/D는 가변 피치 프로펠러의 피치비(Pitch Ratio)를, vm는 최대 선박 속도를, bem는 최대 연료 소비율을 kg/(kW×h) 단위로, PTNN은 가스 터빈의 정격 출력 또는 유효 출력을 나타낸다.
이제, 연결된 작동(joint operation)을 위한 회전수 영역(NV)으로부터 회전수 설정값이 사전 설정되거나, 가스 터빈(3)이 [예를 들어 파도가 심한 수면 때문 에, 프로펠러 곡선(25) 참조] 사전 설정된 회전수 설정값에 도달하지 않으므로, 회전수 영역(NG)의 끝에 도달하는 경우, 전동기(2)로부터 추가로 출력이 추진 유닛(4)에 송출되어야 하고, 전동기들(2)은 시동 된다. 이는 상위에 배치된 제어 장치(15)를 통해 자동으로 실행되거나, 상위에 배치된 제어 장치(15)가 연결된 작동이 요구되는지를 선교루에 질문하여 선교루를 통해 확실히 확인된 후에야 실행될 수 있다.
이를 위해, 전동기(2)는 프로펠러 축 회전수의 영역에 이르른 후, 해당 프로펠러 축(4a)과 결합 된다. 이어서, 회전수 설정값(S)에 상응하여 전동기들(2)의 토크 제어는 릴리즈되고, 전동기들(2)의 전류는 회전수가 회전수 설정값(S)에 도달할 때까지 상승한다.
따라서, 전동기들(2)과 가스 터빈(3)의 연결된 작동에서 가스 터빈(3)은 추진 유닛들(4)의 회전수를 컨트롤한다. 전동기들의 회전수는 추진 유닛들(4) 또는 가스 터빈들(3)에 의해 컨트롤되고, 설정값 사전 설정을 통해 결정되어, 가스 터빈(3)과 전동기(2)로부터 각각 송출된 출력이 추진 유닛들(4)에 합산되는 유형의 토크가 추진 유닛들(4)에 송출된다.
이 경우, 가스 터빈(3)과 전동기(2) 사이의 출력 분배는 상위에 배치된 제어 장치(15)에 의해 설정값(S)과 사전 설정된 작동 모드(B)에 따라 제어된다.
사용하기에 최적인 작동 모드일 때, 가스 터빈(3)은 연결된 작동을 위한 회전수 영역(NV)에서, 예를 들어 소비율이 항상 최적인 상태에서 컨트롤된다. 전동 기(2)는 회전수 설정값(S)에 도달하기 위해 요구되는 차동 출력만을 공급한다.
가속에 최적인 작동 모드일 때, 제어 장치(15)는 출력 분배를 설정값의 시간적 변화에 따라 추가로 제어한다. 예를 들어 전동기 작동을 위한 회전수 영역(NE)에서 회전수가 매우 작을 때 회전수 설정값이 회전수 영역(NV)으로부터 사전 설정되는 경우, 회전수 영역(NE)에서 가스 터빈(3)은 이미 프로펠러 축(4a)에 연결된다.
도 6에는 상술된 방법의 실시에 적합한 장치(50)를 구비한 이축 선박용 하이브리드 구동 시스템(1)이 도시되어 있다. 하이브리드 구동 시스템(1)은 2개의 전기 구동 시스템(9)과 하나의 가스 터빈(3)을 각각 하나의 프로펠러 축(4a)과 하나의 가변 피치 프로펠러(4b)로 구성된 2개의 추진 유닛(4)을 구동하기 위한 구동 유닛으로서 포함한다. 이 경우, 추진 유닛(4)은 구동 유닛(2, 3)을 통해 개별적으로 또는 연결되어 구동 가능하다. 이를 위해, 프로펠러 축(4a)의 프로펠러(5) 반대편 단부는 클러치(30)에 의해 변속기가 중간에 연결되지 않은 상태로 각각 하나의 전기 구동 시스템(9)과 결합될 수 있다. 가스 터빈(3)은 변속기(6)와 급동 커플링(quick-action coupling)(31)에 의해 프로펠러 축(4a)과 결합 가능하다. 변속기(6)를 통해서는 오직 하나의 전기 구동 시스템(9)으로부터 2개의 프로펠러 축(4a)으로의 동력 전환도 가능하다. 전기 구동 시스템(9) 각각은 전동기와, 컨버터와, 컨버터 변압기로 구성되고(도 1 및 도 2 참조), 디젤 제너레이터 세트(14)에 의해 발생되는 전기 에너지가 에너지 분배 설비(10)를 통해 이 전기 구동 시스템에 공급된다.
장치(50)는 선교루 컨트롤 스테이션 내에 설치된 기기 텔레그래프나 항해 레버(41) 또는 자동 조타 시스템을 추진 유닛(4)의 회전수에 대한 설정값(S)을 위한 설정값 입력기로서 포함한다. 대안적으로 설정값은 예를 들어 기기 컨트롤 스테이션과 같은 추가의 컨트롤 스테이션 내의 기기 텔레그래프 또는 항해 레버(42)를 통하거나 비상 텔레그래프(43)을 통해서도 사전 설정될 수 있다.
또한 장치(50)는 선교루 컨트롤 스테이션 내에 설치되어, 요구되는 작동 모드(B)를 선박 승무원을 통해 사전 설정하기 위한 작동 모드 선택 스위치(44)를 포함한다. 이 경우, 작동 모드 선택 스위치(44)는 모니터에 표시된 작동면 상의 선택 패널의 형태로 구현된다.
또한 장치(50)는 추진 유닛(4)으로의 해당 출력 송출값과 관련하여, 설정값(S)에 좌우되는 전체 출력값이 이러한 출력 송출값의 합을 통해 추진 유닛(4)에 송출 가능한 방식으로 구동 유닛(2, 3)을 제어하기 위해 설치된 제어 장치(15)를 포함하며, 이러한 전체 출력 송출값은 설정값(S) 및 사전 설정된 작동 모드(B)에 따라 개별 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값에 분배된다. 이를 위해 제어 장치(15) 내에는 연결된 구동 유닛(2, 3)의 연결된 작동을 위한 특성 곡선(21, 23)이 저장된다.
또한 장치(50)는 개별 구동 유닛(2, 3)에 할당되어 해당 출력 송출값을 개회로 제어 및 폐회로 제어하기 위한 구동 제어 장치(32)를 포함하며, 제어 장치(15)는 회전수 설정값 또는 토크 설정값을 구동 제어 장치(32)에 사전 설정함으로써 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값을 제어한다. 이러한 설정값은 제어 라인(33)을 통해 제어 장치(15)로부터 구동 제어 장치(32)로 공급된다.
또한, 상위에 배치된 제어 장치(15)는 제어 라인(34)을 통해 커플링부(30, 31)를 위한 자세히 도시되지 않은 제어 장치 및 변속기 제어 시스템(35)과 연결된다. 이에 따라, 상위에 배치된 제어 장치(15)에 의해 (관련된 보조 장치를 포함한) 변속기 위치와 커플링 위치가 제어 가능하므로, 개별 구동 유닛(2, 3)은 프로펠러 축(4a)에 의도한 대로 연결 및 연결 해제될 수 있다.
가변 피치 프로펠러(4b)의 피치 각을 제어하기 위해, 상위에 배치된 제어 장치(15)는 제어 라인(36)을 통해 가변 피치 프로펠러(4b)를 위한 제어 시스템(37)과 연결된다.
또한 전기 에너지의 발생 및 분배를 제어하기 위한 상위에 배치된 제어 장치(15)는 제어 라인(38)을 통해 에너지 발생 장치(14) 및 에너지 분배 설비(10)의 제어 시스템(39, 40)과 연결된다.
제어 장치(15)는 전체 출력 송출값 및/또는 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛으로의 분배의 시간적 변화를 제한하기 위한 제한 수단(51)을 포함한다. 이 경우, 제한 수단(51)은 하드웨어 및/또는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있다.
또한, 구동 제어 장치(32)를 통해 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값을 제어하기 위해 장치(50)는 프로펠러 축(4a)의 회전수에 대한 실제값을 측정하기 위한 센서(52)와, 추진 유닛(4)의 토크 변동을 통해 야기된 리플을 실제값(I)으로 억제하기 위한 필터 수단(53)을 포함한다. 이 경우, 필터 수단(53)은 하드웨어 및/또는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 설정값이 전동기 작동을 위한 회전수 영역(NE)으로부터 연결된 작동을 위한 회전수 영역(NV)으로 신속하게 변화할 때, 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 전체 출력 송출값을 설정값(S)의 시간적 변화에 따라 제어하기 위해 제어 장치(15)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있는 상승 제어 수단(54)을 포함한다.
이 경우, 라인들(33, 34, 36, 38 및/또는 55)은 개별 라인으로서 형성되어야 할 필요는 없고, 커뮤니케이션 버스의 형태로 구현될 수도 있다.
바람직하게 상위에 배치된 제어 장치(15)는, 예를 들어 선박 후미의 특히 적어도 한 번은 선교루 상에, 한 번은 비상 제어 스테이션 내에서와 같이 중복되어 존재하는데, 이는 제어 장치(15)가 선박의 구동 제어 장치의 중요 부품이므로 항상 사용되어야 하기 때문이다.

Claims (31)

  1. 구동 유닛으로서 하나 이상의 전동기(2)와 하나 이상의 내연 기관(3)을 구비한 선박의 하이브리드 구동 시스템(1)의 작동 방법이며, 상기 구동 유닛은 요건에 따라 개별적으로 또는 연결되어 선박의 하나 이상의 추진 유닛(4)을 구동하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템(1)의 작동 방법에 있어서,
    구동 유닛(2, 3)은 하나 이상의 추진 유닛(4)으로의 해당 출력 송출값(PE 또는 PG)과 관련하여 사전 설정 가능한 설정값(S)과 사전 설정 가능한 작동 모드(B)에 따라 제어 장치(15)에 의해 제어되어, 상기 출력 송출값(PE 또는 PG)의 총합을 통해 설정값(S)에 좌우되는 전체 출력(PS)이 하나 이상의 추진 유닛(4)에 송출되며, 이때 상기 전체 출력 송출값은 설정값(S)과 작동 모드(B)에 따라 개별 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE 또는 PG)으로 분배되며,
    전체 출력 송출과 전체 출력 송출값의 구동 유닛(2, 3)으로의 분배는 연결된 상태의 구동 유닛(2, 3)의 특성 데이터, 특성 곡선, 또는 특성 데이터 및 특성 곡선(21, 23)에 의해 제어되고,
    상이한 작동 모드를 위한 제어 장치(15) 내에는 각각 상이한 특성 데이터, 특성 곡선, 또는 특성 데이터 및 특성 곡선(21, 23)이 저장되어 있으며, 사전 설정 가능한 작동 모드에서 출력 분배를 제어하는데 관련된 특성 데이터, 특성 곡선, 또는 특성 데이터 및 특성 곡선(21, 23)은 사전 설정 가능한 작동 모드(B)에 좌우되어 선택되고,
    전체 출력 송출값, 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 분배, 또는 전체 출력 송출값 및 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 분배는 시간적 변화에 대한 한계값을 고려하여 제어되며,
    전체 출력 송출값의 분배는 추가로 설정값(S)의 시간적 변화에 좌우되어 제어되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하이브리드 구동 시스템(1)이 작동하는 동안 하나 이상의 또는 모든 추진 유닛(4)은 각각 2개 이상의 구동 유닛(2, 3)과 기계적으로 견고하게 결합되거나 적어도 결합 가능한 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이브리드 구동 시스템(1)이 작동하는 동안 하나 이상의 내연 기관(3)은 하나 이상의 구동될 추진 유닛(4)과 기계적으로 결합되고 이로부터 결합 해제되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 유닛(2, 3)이 하나 이상의 추진 유닛(4)에 연결되는 것 또는 이로부터 분리되는 것이 출력 분배의 제어를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사전 설정 가능한 작동 모드(B)는 하이브리드 구동 시스템(1)의 배기 가스 방출, 소음 방출, 열방출, 또는 이들 중 하나 이상이 최소인 작동 모드인 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사전 설정 가능한 작동 모드(B)는 하이브리드 구동 시스템(1)의 전체 연료 소비량이 최소인 작동 모드인 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 설정값(S)은 수동 조작 가능한 항해 레버(41) 또는 자동 조타 시스템에 의해 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출이 토크 저킹없이 추진 유닛(4)으로 연결되거나 이로부터 분리되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 유닛들(2, 3) 각각은 선박의 추진을 위해 최대로 필요한 전체 출력보다 낮은 최대 출력을 송출할 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 전동기(2)는 추진 유닛(들)(4)의 0에서 최대 회전수(nmax)까지의 회전수 영역 내의 한계 특성 곡선(20) 이하에서 단계없이 연속적으로 변하도록 토크를 송출할 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  13. 삭제
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE, PG)이 제어될 때 추진 유닛(4)의 토크 변동을 통해 야기된 리플이, 설정값(S)에 상응하는 실제값(I)으로 억제되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  15. 삭제
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 전동기(2)는 선박의 기준 속도 이하의 낮은 속도 영역을 위한 선박 구동을 위한 메인 구동기로서 사용되고, 하나 이상의 내연 기관(3)은 단독으로 또는 하나 이상의 전동기(2)와 연결되어 선박의 최고 속도까지 상기 기준 속도 초과의 높은 속도 영역을 위한 메인 구동기로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기준 속도 이하의 낮은 속도 영역에서는 적어도 전동기(2)가 추진 유닛(들)(4)의 회전수 유도를 담당하고, 상기 기준 속도 초과의 높은 속도 영역에서는 하나 이상의 내연 기관(3)이 추진 유닛(들)(4)의 회전수 유도를 담당하며, 하나 이상의 전동기(2)와 하나 이상의 내연 기관(3)의 연결 작동에서는 내연 기관(3)이 추진 유닛(들)(4)의 회전수 유도를 담당하고 전동기(2)의 회전수는 추진 유닛(4) 또는 내연 기관(3)에 의해 유도되고, 내연 기관(3)과 전동기(2)로부터 각각 송출된 토크가 추진 유닛(들)(4)에 합산되는 유형의 토크가 설정값 사전 설정을 통해 결정되어 추진 유닛(들)에 송출되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 유닛으로서 정확히 2개의 전동기(2)와 정확히 하나의 가스 터빈(3)을, 추진 유닛(4)으로서 각각 하나의 프로펠러(4b)를 구비한 정확히 2개의 프로펠러 축(4a)을 포함하는 하이브리드 구동 시스템(1)에서 적용되며, 프로펠러 축(4a)은 프로펠러 축(4a)을 가스 터빈(3)과 결합할 수 있는 변속기(6)를 통해 유도되고, 프로펠러 축(4a) 각각은 프로펠러(4b) 반대편의 단부에서 변속기가 중간에 연결되지 않은 상태로 전동기들(2)의 각각 하나와 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  19. 요건에 따라 개별적으로 또는 연결되어, 선박의 하나 이상의 추진 유닛(4)을 구동하는 구동 유닛으로서 하나 이상의 전동기(2)와 하나 이상의 내연 기관(3)을 구비한, 선박의 하이브리드 구동 시스템(1)에서 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치(50)에 있어서,
    설정값(S)을 사전 설정하기 위한 설정값 입력기(41)와, 작동 모드(B)를 사전 설정하기 위한 작동 모드 입력기(44)와, 하나 이상의 추진 유닛(4)으로의 해당 출력 송출값(PE 또는 PG)과 관련하여 구동 유닛(2, 3)을 제어하여 상기 출력 송출값(PE 또는 PG)의 총합을 통해 설정값(S)에 좌우되는 전체 출력(PS)이 하나 이상의 추진 유닛(4)에 송출될 수 있으며 상기 전체 출력 송출값은 설정값(S)과 작동 모드(B)에 좌우되어 개별 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE 또는 PG)으로 분배되도록 설치된 제어 장치(15)를 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  20. 제19항에 있어서, 하이브리드 구동 시스템(1)이 작동하는 동안 하나 이상의 추진 유닛(4) 또는 모든 추진 유닛(4)은 각각 2개 이상의 구동 유닛(2, 3)과 기계적으로 견고하게 결합되거나 결합 가능한 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  21. 제19항에 있어서, 하나 이상의 내연 기관(3)은 하이브리드 구동 시스템(1)이 작동하는 동안 구동될 추진 유닛(4)과 적어도 기계적으로 결합 가능하거나 이로부터 결합 해제 가능한 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  22. 제19항에 있어서, 구동 유닛(2, 3)이 하나 이상의 추진 유닛(4)으로 연결되는 것 또는 이로부터 분리되는 것을 출력 분배의 제어를 통해 제어하기 위해, 제어 장치(15)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  23. 제19항에 있어서, 설정값 입력기는 수동 조작 가능한 항해 레버(41) 또는 자동 조타 시스템인 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  24. 제19항에 있어서, 해당 출력 송출값(PE 또는 PG)을 제어하기 위한, 개별 구동 유닛(2, 3)에 할당된 구동 제어 장치(32)를 특징으로 하며, 제어 장치(15)는 회전수 설정값 또는 토크 설정값을 구동 제어 장치(32)에 사전 설정함으로써 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE 또는 PG)을 제어하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  25. 제19항에 있어서, 제어 장치(15) 내에는 전체 출력 송출값을 제어하기 위해, 전체 출력 송출값을 개별 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE, PG)으로 분배하는 것을 제어하기 위해, 또는 이 둘 모두를 제어하기 위해, 연결된 상태의 구동 유닛(2, 3)의 특성 데이터, 특성 곡선, 또는 특성 데이터 및 특성 곡선(21, 23)이 저장되는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  26. 제19항에 있어서, 제어 장치(15)는 전체 출력 송출값, 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 분배, 또는 전체 출력 송출값 및 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 분배의 시간적 변화를 제한하기 위한 제한 수단(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  27. 제19항에 있어서, 구동 유닛(2, 3)의 출력 송출값(PE 또는 PG)을 제어하기 위해, 하나 이상의 설정값(S)에 상응하는 하나 이상의 실제값(I)을 측정하기 위한 센서(52)와, 추진 유닛(4)의 토크 변동을 통해 야기된 리플을 실제값(I) 으로 억제하기 위한 필터 수단(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  28. 제19항에 있어서, 제어 장치(15)는 전체 출력 송출값의 개별 구동 유닛(2, 3)으로의 분배를 설정값(S)의 시간적 변화에 따라 추가로 제어하는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  29. 제19항에 있어서, 제어 장치(15)는, 선박 후미의 적어도 한 번은 선교루 상에, 한 번은 비상 제어 스테이션 내에서와 같이 중복되어 존재하는 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
  30. 제1항에 있어서, 내연 기관(3)은 가스 터빈인 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템의 작동 방법.
  31. 제19항에 있어서, 내연 기관(3)은 가스 터빈인 것을 특징으로 하는, 선박의 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 실시하기 위한 장치.
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