KR101951688B1 - 하이브리드형 선외기 구동장치 - Google Patents

하이브리드형 선외기 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압모터와 전기모터를 선택적으로 이용하여 선외기를 구동하되, 고속 운항 시에는 선박의 추력에 따라 유압 또는 전기구동이 교대로 동작되도록 함으로써 효율을 상승시키고, 조류의 흐름을 이용하여 발전을 수행하여 에너지를 절감하도록 한 하이브리드형 선외기 구동장치에 관한 것으로, 선박(10)의 엔진(30)의 출력으로부터 에너지를 얻어 유압시스템을 가동하는 유압시스템부(110) 및 전기를 발생하는 발전기부(120); 스크류(21)를 유압모터로 구동하는 유압모터부(140)와, 스크류(21)를 전기모터로 구동하고 동시에 발전을 수행하는 발전 및 전기모터부(160)와, 상기 유압모터부(140)의 회전축과 상기 발전 및 전기모터(160)의 회전축 사이에 개재되어 동력 전달을 전환하는 클러치부(150)를 포함하는 선외기(20); 상기 유압시스템부(110)를 통해서는 유압모터부(140)를 구동 제어하고 상기 발전기부(120)를 통해서는 발전 및 전기모터부(160)를 구동 제어하고, 상기 클러치부(150)를 제어하여 선외기(20)의 스크류(21)가 유압 또는 전기로 구동될 수 있도록 선택 제어하여 주되, 선박(10)의 고속 운항 시에는 추력감지부(200)를 통해 추력을 감지하고, 추력이 상승하는 경우에는 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)로 전환하고, 추력이 하강하는 경우에는 발전 및 전기모터부(160)로 전환하여 출력을 제어하는 제어부(130)를 포함한다.

Description

하이브리드형 선외기 구동장치{Driving device of hybrid type outboard motor}
본 발명은 선박의 선외기 구동제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압모터와 전기모터를 선택적으로 이용하여 선외기를 구동하되, 고속 운항 시에는 선박의 추력에 따라 유압 또는 전기구동이 교대로 동작되도록 함으로써 효율을 상승시키고, 조류의 흐름을 이용하여 발전을 수행하여 에너지를 절감하도록 한 하이브리드형 선외기 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 선외기는 소형 보트 등의 선미에 붙여지는 탈착 가능한 기관으로, 내장된 실린더와 그 내부에 위치된 피스톤의 왕복 운동에 의해 출력을 발생시키거나, 전기모터를 동력원으로 프로펠러가 회전하여 추진력이 발생하도록 구성된다.
이러한 종래의 선외기는 추진력을 얻기 위해 전기모터 또는 엔진출력 만을 이용하였는데, 본 발명자는 이러한 선외기를 연구하던 중 보다 에너지를 절감할 수 있는 하이브리드형 선외기를 개발하게 되었다.
등록특허공보 10-1720713, 공개특허공보 10-2016-0056637, 등록특허공보 10-0531754, 공개특허공보 10-2013-0120920
본 발명은 상기한 배경 하에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유압모터와 전기모터를 선택적으로 이용하여 선외기를 구동하되, 고속 운항 시에는 선박의 추력에 따라 유압 또는 전기구동이 교대로 동작되도록 함으로써 효율을 상승시키고, 조류의 흐름을 이용하여 발전을 수행하여 에너지를 절감하도록 한 하이브리드형 선외기 구동장치를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선박의 엔진의 출력으로부터 에너지를 얻어 유압시스템을 가동하는 유압시스템부 및 전기를 발생하는 발전기부; 스크류를 유압모터로 구동하는 유압모터부와, 스크류를 전기모터로 구동하고 동시에 발전을 수행하는 발전 및 전기모터부와, 상기 유압모터부의 회전축과 상기 발전 및 전기모터의 회전축 사이에 개재되어 동력 전달을 전환하는 클러치부를 포함하는 선외기; 상기 유압시스템부를 통해서는 유압모터부를 구동 제어하고 상기 발전기부를 통해서는 발전 및 전기모터부를 구동 제어하고, 상기 클러치부를 제어하여 선외기 스크류가 유압 또는 전기로 구동될 수 있도록 선택 제어하여 주되,
선박의 고속 운항 시에는 추력감지부를 통해 추력을 감지하고, 추력이 상승하는 경우에는 클러치부를 전환시켜 유압모터부로 전환하고, 추력이 하강하는 경우에는 발전 및 전기모터부로 전환하여 출력을 제어하는 제어부; 상기 발전 및 전기모터부로부터 제공되는 발전 전기를 충전하는 배터리부; 및 선박 운항 시 발생되는 추력을 감지하는 추력감지부를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 제어부는 선박의 저속 운항 시에는 클러치부를 전환시켜 발전 및 전기모터부를 스크류 축에 연결하고, 선박의 중속 운항 시에는 유압모터부를 스크류( 축에 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 배터리부에 전기를 충전하여 주는 태양광에너지부가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 엔진의 고장 여부를 감지하여 상기 제어부로 입력하여 주는 고장진단부와, 상기 고장진단부로부터 엔진 고장신호가 입력되는 배터리부의 전원을 발전 및 전기모터부에 공급하여 주는 제어부를 더 포함한다.
이와 같이 본 발명은 유압모터와 전기모터를 선택적으로 이용하여 선외기를 구동하되, 고속 운항 시에는 선박의 추력에 따라 유압 또는 전기구동이 교대로 동작되도록 함으로써 효율을 상승시키고, 조류의 흐름을 이용하여 발전을 수행하여 에너지를 절감하는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치가 선박에 적용된 상태의 구성도,
도 2는 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치의 회로 블록도,
도 3은 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치의 제어 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치가 선박에 적용된 상태의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치는,
선박(10)의 엔진(30)의 출력 회전축(31)에 연결되고 상기 회전축(31)의 회전으로부터 에너지를 얻어 유압시스템을 가동하는 유압시스템부(110)와, 전기를 발생하는 발전기부(120)를 포함한다.
또한 선외기(20)의 스크류(21)는 유압모터부(140) 또는 발전 및 전기모터부(160)에 의해 회전 구동되며, 상기 유압모터부(140)의 회전축과 상기 발전 및 전기모터(160)의 회전축 사이에는 동력 전달 변환 용 클러치부(150)가 설치되어, 상기 스크류(21)의 구동을 유압 또는 전기 구동방식으로 선택할 수 있게 된다.
또한 상기 발전 및 전기모터부(160)는 구동하지 않는 대기 상태 시 유압모터부(140)에 의해 또는 조류에 의해 스크류(21)가 회전될 때 발전을 일으켜 배터리부(170)로 발전된 전기를 충전하여 준다.
제어부(130)는 상기 유압시스템부(110)와 발전기부(120)를 제어하며, 상기 유압시스템부(110)를 통해서는 유압모터부(140)를 구동 제어하고 상기 발전기부(120)를 통해서는 발전 및 전기모터부(160)를 구동 제어한다.
또한 상기 제어부(130)는 상기 클러치부(150)를 제어하여 선외기(20)의 스크류(21)가 유압 또는 전기로 구동될 수 있도록 선택 제어하여 준다.
미설명 부호 22는 틸팅장치로 정박 시에 선외기(20)를 틸트업 하여주는 장치이다.
도 2는 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치의 회로 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명 하이브리드형 선외기 구동장치는,
유압시스템부(110), 발전기부(120), 제어부(130), 유압모터부(140), 클러치부(150), 발전 및 전기모터부(160), 배터리부(170), 태양광 에너지부(180), 고장진단부(190), 추력감지부(200)를 포함한다.
상기 유압시스템부(110)는 선박(10) 엔진(30)의 출력단에 연결되어 유압시스템을 가동하며 제어부(130)의 제어에 의해 유압모터부(140)를 회전 구동한다.
상기 발전기부(120)는 선박(10) 엔진(30)의 출력단에 연결되어 엔진 회전축(31)의 회전을 이용하여 전기를 생성하고 제어부(130)의 제어에 의해 발전 및 전기모터부(160)를 회전 구동한다.
상기 유압모터부(140)는 선외기(20)의 스크류(21) 축에 설치되고 상기 유압시스템부(110)의 동력 제공으로 스크류(21)를 유압모터로 회전 구동한다.
상기 클러치부(150)는 상기 유압모터부(140)의 회전축과 상기 발전 및 전기모터(160)의 회전축 사이에 개재되어 전환 동작에 의해 상기 스크류(21)의 구동을 유압 또는 전기 구동방식으로 전환 시켜 준다.
상기 발전 및 전기모터부(160)는 선외기(20)의 스크류(21) 축에 설치되고 상기 발전기부(120)의 동력 제공으로 스크류(21)를 전기모터로 회전 구동한다.
상기 배터리부(170)는 쾌속 충방전을 수행하는 구성요소로, 상기 발전 및 전기모터부(160)로부터 제공되는 발전 전기를 충전하고, 태양광 에너지부(180)와 같은 외부의 자체 발전수단으로부터 공급되는 발전 전기도 충전한다.
상기 제어부(130)는 상기 유압시스템부(110)와 발전기부(120)를 제어하며, 상기 유압시스템부(110)를 통해서는 유압모터부(140)를 구동 제어하고 상기 발전기부(120)를 통해서는 발전 및 전기모터부(160)를 구동 제어한다.
또한 상기 제어부(130)는 상기 클러치부(150)를 제어하여 선외기(20)의 스크류(21)가 유압 또는 전기로 구동될 수 있도록 선택 제어하여 준다.
상기 제어부(130)는 선박(10)의 저속 운항 시에는 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)를 차단하고 발전 및 전기모터부(160)를 스크류(21) 축에 연결하여 전기모터로 스크류(21)가 저속 구동되도록 하여준다.
이때 상기 발전 및 전기모터부(160)는 발전기부(120)를 통해 전원공급을 받게 된다.
또한 상기 제어부(130)는 선박(10)의 중속 운항 시에는 클러치부(150)를 전환시켜 발전 및 전기모터부(160)를 차단하고 유압모터부(140)를 스크류(21) 축에 연결하고 유압시스템부(110)를 가동하여 유압모터로 스크류(21)가 중속 구동되도록 하여준다.
이때 상기 발전 및 전기모터부(160)는 스크류(21)의 회전으로 발전을 일으켜 생성된 전기를 배터리부(170)로 공급한다.
또한 상기 제어부(130)는 선박(10)의 고속 운항 시에는 추력감지부(200)를 통해 추력을 감지하고, 감지된 선박의 추력에 따라 유압모터 또는 전기모터의 구동을 선택적으로 하여준다.
예를 들어 추력이 상승하는 경우에는 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)로 전환하고, 추력이 하강하는 경우에는 발전 및 전기모터부(160)로 전환하여 준다.
이와 같은 고속 운항 시의 제어는 추력에 따라 스크류(21)의 구동을 유압모터 또는 전기모터 구동을 유효적절하게 순환하여 구동함으로써 에너지 절감과 효율을 상승시킨다.
여기서 선박(10)의 속도는 일례로, 저속은 15노트 미만, 중속은 15~20노트 미만, 고속은 20노트 이상이 될 수 있으나 반드시 이에 한정 되지는 않는다.
상기 태양광에너지부(180)는 선박의 상부에 설치되어 에너지를 생성하고 생성된 에너지를 배터리부(180)에 제공한다.
상기 태양광에너지부(180)는 태양광 이외에 풍력에너지를 이용할 수 있는 수단으로 대체할 수 있다.
상기 고장진단부(190)는 엔진(30)의 고장 여부를 감지하여 상기 제어부(130)로 입력하여 준다.
상기 제어부(130)는 엔진(30) 고장으로 판단되면, 배터리부(170)의 전원을 발전 및 전기모터부(160)에 공급하여 주어 스크류(21)를 구동시켜 준다.
상기 추력감지부(200)는 선박 운항 시 발생되는 추력을 감지하여 이를 제어부(130)로 입력하여 준다.
상기 제어부(130)는 상기 추력감지부(130)를 통해 입력되는 추력 감지신호에 따라 유압모터 또는 전기모터의 구동을 선택적으로 하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전체 동작 및 작용을 도 3의 흐름도를 참조하여 이하 설명한다.
먼저, 엔진(30)이 가동되면 회전축(31)의 회전으로 제네레이터가 동작되면서 유압시스템부(110)와 발전기부(120)가 기동한다.(S11 단계)
이때 제어부(130)는 유압시스템부(110)를 가동하고 선외기(20)의 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)에 의해 스크류(21)가 동작되도록 유압모터부(140)를 구동시킨다.(S12,S13 단계)
따라서 선외기(20)의 스크류(120)는 회전 구동한다. 이때 상기 스크류(21)의 회전으로 상기 발전 및 전기모터부(160)에는 발전이 시작되며, 생성된 전기는 배터리부(190)에 충전되어 진다.(S14 단계)
이와 같이 기동이 완료되면 제어부(130)는 선박의 운항 속도를 검출하여 현재의 속도가 15노트 미만의 저속인가를 판단한다.(S15 단계)
여기서 선박의 속도가 저속으로 판단되면 제어부(130)는 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)의 출력을 차단하고 발전 및 전기모터부(160)의 출력을 스크류(21) 축에 연결하여 전기모터로 스크류(21)가 저속 구동되도록 하여준다.(S16 단계)
또한 상기 단계(S15)에서 선박의 속도가 저속이 아니라면 제어부(130)는 선박의 운항 속도가 15~20노트 미만의 중속인가를 판단한다.(S17 단계)
여기서 선박의 속도가 중속으로 판단되면 제어부(130)는 클러치부(150)를 전환시켜 발전 및 전기모터부(160)의 출력을 차단하고 유압모터부(140)의 출력을 스크류(21) 축에 연결하여 유압모터로 스크류(21)가 중속 구동되도록 하여준다.(S18 단계)
이때 상기 발전 및 전기모터부(160)는 스크류(21)의 회전으로 발전을 일으켜 생성된 전기를 배터리부(170)로 공급하게 된다.
또한 상기 단계(S17)에서 선박의 속도가 중속이 아니라면 제어부(130)는 선박의 운항 속도가 20노트 이상의 고속인가를 판단한다.(S19 단계)
여기서 선박의 속도가 고속으로 판단되면 제어부(130)는 추력감지부(200)를 통해 입력되는 값을 검출하여 현재의 추력이 상승하고 있는 경우에는 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)로 전환하여 스크류(21)를 구동하고, 추력이 하강하는 경우에는 클러치부(150)를 전환시켜 발전 및 전기모터부(160)로 전환하여 스크류(21)를 구동한다.(S20 단계)
한편, 상기 제어부(130)는 고장진단부(190)를 통해 입력되는 값을 검출하여 엔진(30)의 고장 여부를 판단한다.(S21 단계)
여기서 엔진(30) 고장으로 판단되면, 상기 제어부(130)는 클러치부(150)를 전환시켜 발전 및 전기모터부(160)의 출력을 스크류(21) 축에 연결하고 배터리부(170)의 전원을 발전 및 전기모터부(160)로 공급하여 주어 스크류(21)를 구동시켜 준다.(S22, S23 단계)
이상에서와 같이 본 발명은 유압모터와 전기모터를 선택적으로 이용하여 선외기를 구동하되, 고속 운항 시에는 선박의 추력에 따라 유압 또는 전기구동이 교대로 동작되도록 함으로써 효율을 상승시키고, 조류의 흐름을 이용하여 발전을 수행하여 에너지를 절감하는 장점을 제공한다.
110: 유압시스템부 120: 발전기부
130: 제어부 140: 유압모터부
150: 클러치부 160: 발전 및 전기모터부
170: 배터리부 180: 태양광 에너지부
190: 고장진단부 200: 추력감지부

Claims (4)

  1. 선박(10)의 엔진(30)의 출력으로부터 에너지를 얻어 유압시스템을 가동하는 유압시스템부(110) 및 전기를 발생하는 발전기부(120);
    스크류(21)를 유압모터로 구동하는 유압모터부(140)와, 스크류(21)를 전기모터로 구동하고 동시에 발전을 수행하는 발전 및 전기모터부(160)와, 상기 유압모터부(140)의 회전축과 상기 발전 및 전기모터(160)의 회전축 사이에 개재되어 동력 전달을 전환하는 클러치부(150)를 포함하는 선외기(20);
    상기 유압시스템부(110)를 통해서는 유압모터부(140)를 구동 제어하고 상기 발전기부(120)를 통해서는 발전 및 전기모터부(160)를 구동 제어하고, 상기 클러치부(150)를 제어하여 선외기(20)의 스크류(21)가 유압 또는 전기로 구동될 수 있도록 선택 제어하여 주되,
    상기 선박(10)의 고속 운항 시에는 추력감지부(200)를 통해 추력을 감지하고, 추력이 상승하는 경우에는 클러치부(150)를 전환시켜 유압모터부(140)로 전환하고, 추력이 하강하는 경우에는 발전 및 전기모터부(160)로 전환하여 출력을 제어하는 제어부(130);
    상기 발전 및 전기모터부(160)로부터 제공되는 발전 전기를 충전하는 배터리부(170);
    상기 엔진(30)의 고장 여부를 감지하여 상기 제어부(130)로 입력하여 주는 고장진단부(190); 및
    선박 운항 시 발생되는 추력을 감지하는 추력감지부(200)를 포함하고;
    상기 제어부(130)는 선박(10)의 저속 운항 시에는 클러치부(150)를 전환시켜 발전 및 전기모터부(160)를 스크류(21) 축에 연결하고, 선박(10)의 중속 운항 시에는 유압모터부(140)를 스크류(21) 축에 연결하여 주고, 상기 고장진단부(190)로부터 엔진 고장신호가 입력되는 배터리부(170)의 전원을 발전 및 전기모터부(160)에 공급하여 주며, .
    상기 선박(10)의 속도는, 저속은 15노트 미만, 중속은 15~20노트 미만, 고속은 20노트 이상인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 선외기 구동장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리부(170)에 전기를 충전하여 주는 태양광에너지부(180)가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 선외기 구동장치.
  4. 삭제
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