KR102354607B1 - 추진 시스템용 변속기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 추진 시스템(11)용 변속기 시스템(20)에 관한 것이다. 추진 시스템(11)은 적어도 하나의 동력 유닛(17), 동력 전달 시스템(18) 및 적어도 하나의 추진 요소(12)를 포함한다. 변속기 시스템(20)은 합산, 추진 출력 및 동력 전달 변속기(25, 26, 27)를 포함한다. 합산 변속기(26)는 적어도 하나의 동력 유닛(17) 및/또는 동력 전달 시스템(18)으로부터 동력을 수용하도록 구성된다. 추진 출력 변속기(28)는 제1 추진 출력 샤프트(40)를 포함하고, 합산 변속기(26)로부터 동력을 수용하고 적어도 하나의 추진 요소(12)에 동력을 전하도록 구성된다. 동력 전달 변속기(25)는 합산 변속기(26)에 작동 가능하게 연결되고, 합산 변속기(26)와 동력 전달 시스템(18) 사이에서 동력을 전달하도록 구성된다. 동력 전달 변속기(25)는 제1 동력 전달 샤프트(46), 및 동력 전달 시스템(18)으로부터 추진 출력 변속기(28)로 동력이 직접 전달되도록 제1 동력 전달 샤프트(46)를 제1 추진 출력 샤프트(40)에 선택적으로 작동 가능하게 연결하도록 구성된 동력 전달 커플러(49)를 포함한다.

Description

추진 시스템용 변속기 시스템
본 개시는 추진 시스템용 변속기 시스템(transmission system)에 관한 것이다. 추진 시스템은 해양 선박(marine vessel)용일 수 있다. 본 개시는 추진 장치와, 추진 시스템 및 추진 장치를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
기계용 추진 시스템은 전형적으로 가스 터빈 및/또는 왕복 엔진 과 같은 하나 이상의 동력 유닛을 포함한다. 이와 같은 기계는 해양 선박, 항공기 또는 육상 차량과 같은 차량을 포함한다. 동력 유닛으로부터의 동력 출력은, 예를 들어 주택 부하(house load), 작업자 숙소 또는 작업 도구에 필요한 부하를 제공할 수 있으며, 작업 기계가 차량인 경우, 추진력을 제공하여 기계가 움직일 수 있게 한다. 동력 유닛으로부터의 잠재적인 동력 출력의 범위는 작업 기계의 작동 프로파일에 필요한 예상 부하를 충족시키도록 선택될 수 있다. 이와 같은 동력 유닛을 효율적으로 작동시키는 데에는 환경적인 이익 및 비용 절감 이익이 또한 존재한다. 특히, 동력 유닛은 차량 순항 속도에서 최대 효율로 작동하도록 선택될 수 있으며, 차량 순항 속도는 차량이 작동하는 대부분의 시간 동안에 이동하는 속도이다.
해양 선박은 전형적으로 기계적 또는 전기적 추진 시스템을 포함한다. 기계적 추진 시스템에서, 동력은 기계적 변속기를 통해 동력 유닛과 프로펠러 사이에서 전달될 수 있다. 전기적 추진 시스템은 하나 이상의 프로펠러(들)를 구동하기 위해 적어도 하나의 전기 모터에 전력을 공급하는 발전기를 구동하는 하나 이상의 동력 유닛(들)을 포함할 수 있다.
하이브리드 추진 시스템이 유연성, 가외성(redundancy) 및 효율을 향상시키는 데 이용될 수 있다. WO-A-2014/184517은 적어도 하나의 동력 유닛이 기계적 배열체(mechanical arrangement)를 통해, 및/또는 유압 또는 전기적 배열체와 같은 교호의 동력 전달 배열체(alternate power transfer arrangement)를 통해 변속기에 작동 가능하게 연결되는 하이브리드 추진 시스템을 개시하고 있다. 변속기는 유성 기어박스(planetary gearbox)일 수 있으며, 유성 기어박스는 변속기가 기계적 배열체 및 교호의 동력 전달 배열체로부터의 동력을 조합하거나 기계적 배열체로부터 동력을 수용하고 동력을 교호의 동력 전달 배열체에 공급할 수 있게 한다. 변속기는 차량을 추진시키기 위한 동력 출력을 제공할 수 있다.
본 개시는 적어도 하나의 동력 유닛, 동력 전달 시스템 및 적어도 하나의 추진 요소를 포함하는 추진 시스템용 변속기 시스템을 제공하며, 변속기 시스템은, 적어도 하나의 동력 유닛 및/또는 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하도록 구성된 합산 변속기; 제1 추진 출력 샤프트를 포함하고, 합산 변속기로부터 동력을 수용하고 동력을 적어도 하나의 추진 요소로 전하도록 구성된 추진 출력 변속기; 및 합산 변속기에 작동 가능하게 연결되고, 합산 변속기와 동력 전달 시스템 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달 변속기를 포함하며; 동력 전달 변속기는 제1 동력 전달 샤프트, 및 동력 전달 시스템으로부터 추진 출력 변속기로 동력이 직접 전달되도록 제1 동력 전달 샤프트를 제1 추진 출력 샤프트에 선택적으로 작동 가능하게 연결하도록 구성된 동력 전달 커플러를 포함한다.
본 개시는 또한 적어도 하나의 동력 유닛, 동력 전달 시스템 및 적어도 하나의 추진 요소를 포함하는 추진 시스템용 변속기 시스템을 작동시키는 방법을 제공하며, 변속기 시스템은, 적어도 하나의 동력 유닛 및/또는 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하도록 구성된 합산 변속기; 제1 추진 출력 샤프트를 포함하고, 합산 변속기로부터 동력을 수용하고 동력을 적어도 하나의 추진 요소로 전하도록 구성된 추진 출력 변속기; 및 합산 변속기에 작동 가능하게 연결되고, 합산 변속기와 동력 전달 시스템 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달 변속기를 포함하며, 동력 전달 변속기는 제1 동력 전달 샤프트 및 동력 전달 커플러를 포함하며, 상기 방법은, 동력 전달 변속기에서 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하는 단계; 동력 전달 커플러를 결합시킬지 여부를 결정하는 단계; 및 동력 전달 시스템으로부터 추진 출력 변속기로 동력이 직접 전달되도록 제1 동력 전달 샤프트가 제1 추진 출력 샤프트에 작동 가능하게 연결되도록 동력 전달 커플러를 결합시키는 단계를 포함한다.
본 개시는 또한 해양 선박을 위한 추진 시스템용 변속기 시스템을 제공하며, 추진 시스템은 동력 유닛 출력 샤프트를 갖는 적어도 하나의 동력 유닛, 동력 전달 시스템 및 적어도 하나의 추진 요소를 포함하며, 변속기 시스템은, 적어도 하나의 동력 유닛 및/또는 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하고 적어도 하나의 추진 요소에 동력 출력을 제공하도록 구성된 합산 변속기; 적어도 하나의 동력 유닛 출력 샤프트에 장착되어 그로부터의 회전 입력을 수용하고, 회전 입력으로부터 합산 변속기 및/또는 동력 전달 시스템으로 동력을 선택적으로 전하도록 구성되며, 제1 회전 방향 또는 제2 회전 방향으로 합산 변속기에 회전 입력을 선택적으로 전하기 위한 적어도 하나의 커플러를 포함하는 동력 유닛 변속기를 포함한다.
본 개시는 또한 해양 선박을 위한 추진 시스템용 변속기 시스템을 작동시키는 방법을 제공하며, 추진 시스템은 동력 유닛 출력 샤프트를 갖는 적어도 하나의 동력 유닛, 동력 전달 시스템 및 적어도 하나의 추진 요소를 포함하며, 변속기 시스템은, 적어도 하나의 동력 유닛 및/또는 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하고 적어도 하나의 추진 요소에 동력 출력을 제공하도록 구성된 합산 변속기; 적어도 하나의 동력 유닛 출력 샤프트에 장착되어 그로부터의 회전 입력을 수용하며, 회전 입력으로부터 합산 변속기 및/또는 동력 전달 시스템으로 동력을 선택적으로 전하도록 구성된 적어도 하나의 커플러를 포함하는 동력 유닛 변속기를 포함하며, 상기 방법은, 동력 유닛 변속기에서 적어도 하나의 동력 유닛 출력 샤프트로부터 회전 입력을 수용하는 단계; 제1 회전 방향 또는 제2 회전 방향으로 회전 입력을 합산 변속기로 전하도록 적어도 하나의 커플러를 작동시키는 단계를 포함한다.
본 개시는 또한 추진 장치를 작동시키는 방법을 제공하며, 추진 장치는, 적어도 2개의 추진 시스템으로서, 추진 시스템 각각은, 적어도 하나의 추진 요소에 동력 출력을 제공하도록 구성된 변속기 시스템; 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계; 변속기 시스템 및/또는 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계를 선택적으로 구동시키도록 작동 가능한 적어도 하나의 1차 동력 유닛; 및 변속기 시스템을 선택적으로 구동하거나 변속기 시스템에 의해 구동되도록 작동 가능한 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계를 포함하는, 적어도 2개의 추진 시스템, 적어도 하나의 발전기에 동력을 선택적으로 제공하도록 구성된 적어도 하나의 2차 동력 유닛; 및 제1 및 제2 에너지 변환 장치와 적어도 하나의 발전기 사이에서 동력을 전달하기 위한 동력 전달 시스템을 포함하며; 상기 방법은, 적어도 하나의 추진 요소를 시스템 출력 속도로 구동시키는 요구를 수신하는 단계; 동력 전달 시스템 및/또는 변속기 시스템을 통해 적어도 하나의 추진 요소에 동력을 제공하도록 적어도 하나의 1차 및/또는 2차 동력 유닛을 작동시키는 단계를 포함한다.
이제, 단지 예로서, 변속기 시스템, 추진 시스템 및 추진 장치의 구현예가 첨부 도면에 도시된 바와 같이 그리고 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 개시의 변속기 시스템 및 추진 시스템을 포함하는 해양 선박의 측면도이고;
도 2는 본 개시의 추진 시스템의 개략도이고;
도 3은 도 2의 추진 시스템의 변속기 시스템의 측면도의 단면도이고;
도 4는 본 개시의 추진 시스템의 다른 구현예의 개략도이고;
도 5는 본 개시의 추진 시스템의 다른 구현예의 개략도이고;
도 6은 본 개시의 추진 시스템의 다른 구현예의 개략도이고;
도 7은 본 개시의 추진 시스템의 다른 구현예의 개략도이고;
도 8은 도 7의 추진 시스템의 유성 기어박스의 개략도이며; 그리고
도 9는 본 개시의 추진 장치의 개략도이다.
본 개시는 일반적으로 WO-A-2014/184517의 하이브리드 추진 시스템의 유연성, 가외성 및 효율에 대한 추가의 개선을 제공하는 것에 관한 것이다. 본 개시는 일반적으로 기계적 배열체를 통해, 및/또는 유압 또는 전기적 경로와 같은 교호의 배열체를 통해 변속기 시스템에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 동력 유닛을 포함하는 추진 시스템에 관한 것이다.
하기의 설명에서, "작동 가능하게 연결된"이라는 용어는 하나의 구성요소가, 예를 들어 커플링 수단을 사용하여 다른 구성요소를 구동한다는 것을 의미한다. 커플링 수단은 결합된 기어, 연결된 샤프트, 토크 컨버터(torque converter), 클러치, 변속기 및 동력을 전달하기 위한 임의의 다른 적합한 수단을 포함할 수 있다.
추진 시스템은 특히 해양 선박에 적용 가능하며, 하기의 예시적인 구현예는 구체적으로 선박과 같은 해양 선박에 추진 시스템을 사용하는 것을 지칭한다. 그러나, 추진 시스템은 육상 차량과 같은 임의의 다른 형태의 작업 기계에 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 추진 시스템(11)을 포함하는 예시적인 해양 선박(10), 본 경우에는 AHTS 선박(anchor handling tug supply vessel; 해양 예인 특수선)을 도시하고 있다. 추진 시스템(11)은 해양 선박(10)을 이동시키기 위해 프로펠러와 같은 추진 요소(12)를 통해 추진력을 제공하도록 구성될 수 있다. 추진 시스템(11)은 또한 작업자 숙소(13), 선수 추력기(bow thruster)(14), 선미 추력기(stern thruster)(15), 크레인(16) 등에 동력 공급을 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 해양 선박(10)은 동력이 그들 사이에서 전달될 수 있도록 연결될 수 있는 복수의 추진 시스템(11)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 추진 시스템(11)은 동력 유닛(17), 동력 전달 시스템(18) 및 추진 출력 배열체(19)를 포함할 수 있으며, 이들 모두는 변속기 시스템(20)에 의해 작동 가능하게 상호 연결될 수 있다. 변속기 시스템(20)은 동력 유닛(17) 및/또는 동력 전달 시스템(18)으로부터 동력을 선택적으로 수용할 수 있고, 추진 출력 배열체(19)에 동력을 선택적으로 공급할 수 있다.
동력 유닛(17)은 변속기 시스템(20)에 작동 가능하게 연결될 수 있는 회전하는 동력 유닛 출력 샤프트(21)의 형태로 동력 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 동력 유닛(17)은 임의의 적합한 유형, 예를 들어 내연 기관(특히, 디젤 엔진) 또는 가스 터빈일 수 있다. 동력 유닛(17)은 소정 범위의 속도 또는 일정한 속도로 가변 동력 출력을 제공할 수 있다. 추진 시스템(11)은 변속기 시스템(20)에 함께 작동 가능하게 연결되고 변속기 시스템(20)에 동력을 제공하는 복수의 동력 유닛(17)을 포함할 수 있다.
변속기 시스템(20)은 동력 유닛 변속기(25), 동력 유닛 변속기(25)에 작동 가능하게 연결된 합산 변속기(summation transmission)(26), 합산 변속기(26)에 작동 가능하게 연결된 동력 전달 변속기(27), 및 합산 변속기(26) 및/또는 동력 전달 변속기(27)에 작동 가능하게 연결된 추진 출력 변속기(28)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 동력 유닛(25), 합산 변속기(26), 동력 전달 변속기(27) 및 추진 출력 변속기(28)가 기어박스(24)에 장착될 수 있다.
동력 유닛 변속기(25)는 동력 유닛(17)으로부터의 동력 출력을 수용하고, 동력 전달 시스템(18) 및/또는 합산 변속기(26)에 동력을 전달하도록 구성될 수 있다. 동력 유닛 변속기(25)는 동력 유닛 출력 샤프트(21)와 합산 변속기(26) 사이에 위치되어 이들을 선택적으로 연결하도록 구성된 동력 유닛 커플러(30)를 포함할 수 있다. 동력 유닛 커플러(30)는 제어 유닛(도면에 도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같은 플레이트 클러치(plate clutch)를 포함할 수 있다. 동력 유닛 커플러(30)는 대안적으로 클러치, 도그 클러치(dog clutch), 토크 컨버터 등을 포함할 수 있다.
동력 유닛 변속기(25)는 동력 유닛 출력 샤프트(21)로부터 동력 전달 시스템(18)으로 동력을 전달하기 위한 적어도 하나의 제1 동력 유닛 변속기 기어(31) 및 적어도 하나의 제2 동력 유닛 변속기 기어(32)를 추가로 포함할 수 있다. 도시된 구현예에서, 제1 동력 유닛 변속기 기어(31)는 도시된 바와 같이 동력 유닛 출력 샤프트(21)일 수 있는 제1 동력 유닛 변속기 샤프트(33)에 장착되고, 2개의 제2 동력 유닛 변속기 기어(32)와 상호 연결된다. 각각의 제2 동력 유닛 변속기 기어(32)는 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(34)에 장착될 수 있고, 동력 전달 시스템(18)은 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(34)에 장착될 수 있다.
합산 변속기(26)는 (동력 유닛 변속기(25) 및 동력 전달 변속기(27)로부터의) 2개의 동력 입력을 수용하고 (추진 출력 변속기(28) 및/또는 동력 전달 변속기(27)를 통해) 적어도 하나의 출력을 제공하도록 구성된 당업계에 공지된 임의의 적합한 유형, 예를 들어 자동 유형, 연속적으로 가변적인 유형 등일 수 있다. 합산 변속기(26)는 WO-A-2014/184517에 개시된 것과 실질적으로 유사할 수 있으며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 평면에서 동력을 전달하는 복수의 회전 가능한 기어를 갖는 유성 기어박스 또는 유성 기어장치(epicyclic gearing)를 포함할 수 있다. 합산 변속기(26)는 링 기어(36)에 의해 둘러싸인 태양 기어(35)를 포함할 수 있다. 링 기어(36)는 환형 디스크의 내부 에지 주위에 내향 치형부(inward facing teeth)를 포함할 수 있다. 복수의 유성 기어(37)가 태양 기어(35)와 링 기어(36) 사이에 위치되어 이들과 맞물릴 수 있다. 복수의 유성 기어(37)는 그 축을 중심으로 캐리어(carrier)(38)에 부착될 수 있다. 캐리어(38)는 동력 유닛 변속기(25)를 통해 동력 유닛(17)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 특히, 동력 유닛 커플러(30)는 캐리어(38)를 동력 유닛 출력 샤프트(21) 및/또는 제1 동력 유닛 변속기 샤프트(33)에 선택적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 링 기어(36)는 추진 출력 변속기(28)에 출력을 제공할 수 있다.
추진 출력 변속기(28)는 링 기어(36)에 작동 가능하게 연결된 제1 추진 출력 샤프트(40) 및 제1 추진 출력 샤프트(40)에 장착된 제1 추진 출력 기어(41)를 포함할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 제1 추진 출력 샤프트(40)는 제1 추진 출력 샤프트(40) 주위에 장착된 링 기어(36)에 의해 함께 회전하도록 링 기어(36)에 직접 연결될 수 있다. 추진 출력 변속기(28)는 제2 추진 출력 샤프트(43)에 장착된 제2 추진 출력 기어(42)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 및 제2 추진 출력 기어(41, 42)는, 링 기어(36)가 제1 추진 출력 샤프트(40)를 회전시킬 때 제1 추진 출력 기어(41)가 제2 추진 출력 기어(42) 및 제2 추진 출력 샤프트(43)를 회전시키도록 맞물린다.
제2 추진 출력 샤프트(43)는 추진 요소(12)를 포함할 수 있는 추진 출력 배열체(19)에 동력을 제공하도록 구성될 수 있다. 추진 요소(12)가 해양 선박(10)을 이동시키기 위한 추진력을 제공하도록, 추진 요소(12)는 예를 들어 그 위에 장착됨으로써 제2 추진 출력 샤프트(43)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 추진 요소(12)는 하나 이상의 프로펠러, 추력기, 휠, 및 차량을 움직이는 다른 형태를 포함할 수 있다. 추진 출력 배열체(19)는 추진 출력 샤프트(23) 및 추진 요소(12)가 회전하여 해양 선박(10)을 이동시키도록 합산 변속기(26) 및/또는 동력 전달 변속기(27)로부터 동력을 수용하도록 구성될 수 있다.
동력 전달 변속기(27)는 동력 전달 시스템(18)과 합산 변속기(26) 사이에서 동력을 전달하고/전달하거나 동력 전달 시스템(18)과 추진 출력 변속기(28) 사이에서 동력을 전달하도록 구성될 수 있다. 동력 전달 변속기(27)는 제1 동력 전달 샤프트(46)에 장착된 적어도 하나의 제1 동력 전달 기어(45), 및 적어도 하나의 제2 동력 전달 샤프트(48)에 장착된 적어도 하나의 제2 동력 전달 기어(47)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제2 동력 전달 샤프트(48)는 동력 전달 시스템(18)에 장착되어 동력을 전달할 수 있다. 태양 기어(35)는 함께 회전하도록 제1 동력 전달 샤프트(46)에 장착되고, 이에 의해 동력 전달 장치(27)를 합산 변속기(26)에 작동 가능하게 연결할 수 있다.
동력 전달 변속기(27)는 합산 변속기(26)와 독립적으로 동력 전달 시스템(18)으로부터 추진 출력 배열체(19)로 동력이 직접 전달될 수 있도록 동력 전달 시스템(18)과 추진 출력 변속기(28)를 작동 가능하게 연결하도록 구성된 동력 전달 커플러(49)를 추가로 포함할 수 있다. 동력 전달 커플러(49), 제1 동력 전달 샤프트(46) 및 제1 추진 출력 샤프트(40)는 합산 변속기(26)의 동일한 측부 상에 위치될 수 있다. 제1 추진 출력 기어(41)는 동력 전달 커플러(49)와 링 기어(36) 사이의 제1 추진 출력 샤프트(40)에 장착될 수 있다. 특히, 동력 전달 커플러(49)는 제1 동력 전달 샤프트(46)와 제1 추진 출력 샤프트(40)를 선택적으로 연결하도록 구성될 수 있으며, 적어도 부분적으로 제1 동력 전달 샤프트(46) 및 제1 추진 출력 샤프트(40)에 장착될 수 있다. 동력 전달 커플러(49)는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 동력 전달 샤프트(46)는 제1 추진 출력 샤프트(40) 내에 장착될 수 있다. 특히, 제1 추진 출력 샤프트(40)는 실질적으로 중공형일 수 있고, 제1 동력 전달 샤프트(46)는 제1 추진 출력 샤프트(40)를 통해 동력 전달 커플러(49)로부터 태양 기어(35)로 연장될 수 있다. 동력 전달 커플러(49)는 복수의 플레이트가 제1 추진 출력 샤프트(40)에 장착되고 복수의 플레이트가 제1 동력 전달 샤프트(46)에 장착되는 플레이트 클러치를 포함할 수 있다. 동력 전달 커플러(49)는 대안적으로 클러치, 도그 클러치, 토크 컨버터 등을 포함할 수 있다.
동력 전달 시스템(18)은 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계(50), 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계(51) 및 적어도 하나의 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51) 사이에서 동력을 전달하기 위한 적어도 하나의 동력 전달 배열체(52)를 포함할 수 있다. 동력 전달 시스템(18)은, 예를 들어 전기식 또는 유압식일 수 있다. 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계(50)는 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계(50), 동력 유닛(17) 및 합산 변속기(26) 사이에서 동력을 전달하기 위해 동력 유닛 변속기(25)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계(51)는 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계(51), 추진 출력 변속기(28) 및 합산 변속기(26) 사이에서 동력을 전달하기 위해 동력 전달 변속기(27)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 구현예에서, 동력 전달 시스템(18)은 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(34)에 각각 작동 가능하게 연결된 2개의 제1 에너지 변환 기계(50), 및 제2 동력 전달 샤프트(48)에 각각 작동 가능하게 연결된 2개의 제2 에너지 변환 기계(51)를 포함한다.
추진 시스템(11)은 도시된 바와 같이 2개의 동력 전달 배열체(52)를 포함할 수 있으며, 각각의 동력 전달 배열체(52)는 한 쌍의 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)를 연결한다. 대안적인 구현예에서, 동력 전달 시스템(18)은 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51) 둘 모두를 함께 연결하는 단일 동력 전달 배열체(52)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 동력 전달 배열체(52)는 주택 부하, 작업자 숙소(13), 선수 추력기(14), 선미 추력기(15), 크레인(16) 등에 동력을 작동 가능하게 제공할 수 있다.
제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)는 에너지를 가역적으로 또는 양방향으로 변환 또는 전달하기 위한 임의의 적합한 수단을 포함할 수 있다. 특히, 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)는 일 형태의 에너지, 특히 기계적 에너지를 다른 형태의 에너지, 특히 전기 또는 유체 에너지로 변환하고, 그리고 그 반대로 변환하기에 적합할 수 있다. 동력 전달 배열체(52)는 또한 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51) 사이에서 전달되는 동력이 제어될 수 있게 할 수 있다. 예를 들면, 제1 에너지 변환 기계(50)로의 입력 속도가 제2 에너지 변환 기계(51)의 출력 속도와 상이할 수 있도록 동력 전달이 제어될 수 있다.
제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51) 및 동력 전달 배열체(들)(52)는 함께 배리에이터(variator)를 형성할 수 있다. 특히, 배리에이터는 입력과 출력 사이의 비의 무단 변이를 가능하게 할 수 있다. 배리에이터는 양방향일 수 있어, 동력 입력은 제1 에너지 변환 기계(50)로 일 수 있고, 동력 출력은 제2 에너지 변환 기계(51)로부터 일 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다.
제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)는 가변 용량형 유압 모터 등과 같은 가역적 유압 기계(즉, 펌프/모터)일 수 있다. 가역적 유압 기계는 회전 샤프트로부터의 기계적 에너지를 유체 에너지로 변환하고, 그리고 그 반대로도 변환한다. 대안적으로, 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)는 각각 동기식으로 또는 독립적으로 작용할 수 있도록 병렬로 배열된 유압 펌프 및 유압 모터를 각각 포함할 수 있다. 동력 전달 배열체(52)는 제1 및 제2 가역적 유압 기계 사이에서 유압 유체 및 그에 따른 에너지 또는 동력을 전달하기 위한 유압 시스템을 포함할 수 있다. 유압 시스템은, 예를 들어 호스, 펌프, 모터, 밸브, 저장조, 필터, 어큐뮬레이터(accumulator), 시일, 연결부, 전하 펌프(charge pump), 충전 회로 및/또는 기타 등등을 포함하는 당업계에 공지된 임의의 적합한 배열체를 포함할 수 있다.
대안적으로, 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)는 가역적 전기 모터 또는 발전기 등과 같은 가역적 전기 기계일 수 있다. 가역적 전기 기계는 회전 샤프트로부터의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 그리고 그 반대로도 변환한다. 가역적 전기 기계는 DC 또는 AC일 수 있으며, 임의의 적합한 유형, 예를 들어 비동기식, 동기식, 스위치 릴럭턴스(switch reluctance) 및 가변 주파수 유도 모터일 수 있다. 동력 전달 배열체(52)는 제1 및 제2 가역적 전기 기계 사이에서 전류 및 그에 따른 에너지 또는 동력을 전달하기 위한 전기 시스템을 포함할 수 있다. 전기 시스템은, 예를 들어 인버터, 정류기, 케이블, 절연체(isolator), 배터리, 전력 제어 전자장치 등을 포함하는 당업계에 공지된 임의의 적합한 배열체일 수 있다.
대안적으로, 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)는 토로이달형(toroidal), 푸시 벨트(push belt) 또는 마찰 콘(friction cone) 변속기를 포함하는 연속 가변 변속기와 같은 가역 기계적인 기계일 수 있다. 동력 전달 배열체(52)는 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51) 사이에서 동력을 전달하기 위한 적어도 하나의 샤프트, 기어, 클러치, 벨트, 체인 또는 다른 기계적 수단을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)의 입력 또는 출력 속도는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 특히, 제어 유닛은, 동력이 그것을 통해 전달되지 않도록 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)를 전환함으로써 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)와, 동력 유닛 및 동력 전달 변속기(25, 27) 사이의 작동 가능한 연결을 결합 해제할 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)가 가변 용량형 유압 모터인 경우, 그 내부에 수용된 사판(swash plate)은 동력이 전달되지 않도록 회전될 수 있다. 대안적으로, 클러치와 같은 커플러가 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51)와 동력 유닛 및 동력 전달 변속기(25, 27) 사이에 위치되어 이들 사이의 작동 가능한 연결을 결합 및 결합 해제할 수 있게 한다.
작동 모드
추진 시스템(11)은 제어 장치에 적어도 하나의 입력을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 입력 장치 및/또는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 입력 및 저장된 프로그램 명령에 기초하여, 제어 유닛은 추진 시스템(11)을 작동시키기 위해 동력 유닛(17), 동력 전달 시스템(18) 및 변속기 시스템(20)(특히 동력 유닛 커플러(30) 및 동력 전달 커플러(49))을 제어할 수 있다. 제어 유닛은, 예를 들어 입력 디바이스에서의 작업자로부터의 입력에 기초하여, 추진 요소(12)의 출력의 원하는 각속도("시스템 출력 속도"로 지칭됨)를 결정하고, 원하는 시스템 출력 속도를 달성하도록 추진 시스템(11)을 제어할 수 있다. 특히, 제어 유닛은 동력 유닛 및/또는 동력 전달 커플러(30, 49)를 결합 또는 결합 해제할 것인지 여부를 결정하고, 이후에 동력 유닛 및/또는 동력 전달 커플러(30, 49)를 결합 또는 결합 해제할 수 있다. 제어 유닛은 또한 동력 유닛(17)의 출력 속도 및/또는 동력 전달 시스템(18)을 가로지르는 동력의 전달을 변화시킬 수 있다.
추진 시스템(11)은 복수의 상이한 모드 중 하나로 작동될 수 있다. 모드 중 일부는 WO-A-2014/184517에 개시된 것과 유사하다.
기계 모드에서, 기계적 경로가 동력 유닛(17)으로부터 추진 출력 변속기(28)로 동력을 전달하는 데 이용될 수 있다. 동력 유닛 커플러(30)는 회전하는 동력 유닛 출력 샤프트(21)가 캐리어(38) 및 그에 따른 유성 기어(37)를 구동하도록 결합될 수 있다. 따라서, 링 기어(36)가 회전하여, 제1 추진 출력 샤프트(40)를 통해 제1 추진 출력 기어(41)를 구동한다. 제1 에너지 변환 기계(50)는 동력 유닛 변속기(25)에 동력을 제공하지 않지만, 제1 에너지 변환 기계(50)는 동력 유닛 변속기(25)로부터 회전하는 제1 및 제2 동력 유닛 변속기 기어(31, 32) 및 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(34)를 통해 동력을 수용하는 발전기로서 작동될 수 있다. 이에 의해, 제1 에너지 변환 기계(50)는 호텔 부하 등을 위한 동력 전달 배열체(52)에 동력을 제공할 수 있다.
최대 시스템 출력 속도의 25% 내지 75%일 수 있는 시스템 출력 속도의 제1 기계적 범위에서, 태양 기어(35)의 기계 모드는 작동 중에 손실을 감소시키기 위해 회전이 방지될 수 있다. 예를 들면, 변속기 시스템(20)은 기계 모드에서 태양 기어(35)의 회전을 방지하기 위한 커플러 또는 클러치를 (예를 들어 제1 동력 전달 샤프트(46)와 기어박스(24)의 케이싱 사이에) 포함할 수 있다. 이러한 클러치는 동력 전달 커플링(49)의 일부일 수 있다. 대안적으로, 제2 에너지 변환 기계(51)는 그 속도를 0으로 유지함으로써 회전이 방지될 수 있다.
제1 기계적 범위의 시스템 출력 속도보다 낮거나 최대 시스템 출력 속도의 25% 내지 50%일 수 있는 시스템 출력 속도의 제2 기계적 범위에서, 태양 기어(35)는 동력 전달 배열체(52)에 동력을 제공하지 않도록 동력 전달 커플러(49)를 로킹하고 제2 에너지 변환 기계(51)를 작동시킴으로써 회전이 허용될 수 있다. 예를 들면, 유압 모터의 경우에는, 사판이 0의 변위로 설정될 수 있거나, 전기 모터의 경우에는, 어떠한 여기 전류도 없이 휠을 자유롭게 할 수 있다.
중립 모드에서, 동력은 동력 유닛(17)으로부터 추진 출력 변속기(28)로 동력 전달 시스템(18)을 통해 전달되지만, 동력 유닛 커플러(30)를 통해 전달되지 않을 수 있다. 특히, 동력 유닛 커플러(30)는 결합 해제될 수 있고, 동력은 동력 전달 시스템(18)을 통해서만 비-기계적으로 전달될 수 있다. 동력 전달 커플러(49)는 제1 동력 전달 샤프트(46)가 제1 추진 출력 샤프트(40)에 기계적으로 직접 연결되지 않도록 결합 해제될 수 있다. 제1 에너지 변환 기계(50)는 동력 유닛 변속기(25)로부터 동력을 수용하고 동력 전달 배열체(52)를 통해 제2 에너지 변환 기계(51)로 동력을 전달하기 위한 발전기로서 작동될 수 있다. 제2 에너지 변환 기계(51)는 동력 전달 변속기(27), 특히 제2 동력 전달 샤프트(48)에 동력을 제공하기 위한 모터로서 작동될 수 있다. 제2 동력 전달 샤프트(48)는 제1 및 제2 동력 전달 기어(45, 47)를 통해 제1 동력 전달 샤프트(46)로 동력을 전달할 수 있다. 그러나, 동력은 합산 변속기(26)를 통해 링 기어(36)에 전달되지 않을 수 있고, 대신에 유성 기어(37) 및 캐리어(38)에 의해 흡수될 수 있다.
교호 동력 모드에서, 동력은 동력 유닛(17)으로부터 추진 출력 변속기(28)로 동력 전달 시스템(18)을 통해 전달되지만, 동력 유닛 커플러(30) 또는 합산 변속기(26)를 통해서는 전달되지 않을 수 있다. 동력 전달 커플러(49)는 제1 동력 전달 샤프트(46)가 제1 추진 출력 샤프트(40)에 기계적으로 직접 연결되고 이들이 동일한 방향으로 동일한 각속도로 회전하도록 결합될 수 있다. 링 기어(36) 및 태양 기어(35)는 이러한 모드에서 회전할 수 있지만, 동력은 제1 동력 전달 샤프트(46)로부터 제1 추진 출력 샤프트(40)로 동력 전달 커플러(49)에 의해 직접 전달된다.
간접적인 조합 동력 모드에서, 동력은 기계 모드와 교호 동력 모드의 조합을 통해 동력 유닛(17)으로부터 추진 출력 변속기(28)로 전달될 수 있다. 동력 유닛 커플러(30)는 동력 유닛(17)이 캐리어(38)에 동력을 전하도록 결합될 수 있다. 동력 유닛 변속기(25)는 또한 제2 에너지 변환 기계(51)의 출력의 각속도를 제어함으로써 태양 기어(35)의 각속도를 제어하도록 구성될 수 있는 동력 전달 시스템(18)에 동력을 제공할 수 있다. 동력 전달 커플러(49)는 결합 해제될 수 있다. 따라서, 링 기어(36)는 동력 전달 시스템(18) 및 동력 유닛(17) 둘 모두에 의해 직접 구동될 수 있으며, 추진 출력 변속기(28)에 동력을 제공한다. 간접적인 조합 동력 모드에서, 동력 유닛(17)의 출력 속도를 변화시키거나 제2 에너지 변환 기계(51)의 출력 속도를 변화시킴으로써 링 기어(36)의 각속도를 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 태양 기어(35)의 회전 방향은 제2 에너지 변환 기계(51) 및 제2 동력 전달 샤프트(48)의 출력의 회전 방향을 제어함으로써 링 기어(36)의 각속도를 변경하도록 제어될 수 있다.
직접적인 조합 동력 모드에서, 동력 전달 커플러(49)가 결합될 수 있다는 것을 제외하고는, 동력은 간접적인 조합 동력 모드의 것과 유사한 방식으로 전달될 수 있다. 따라서, 추진 출력 변속기(28)는 동력 전달 시스템(18)으로부터 동력 전달 커플러(49)를 통해 그리고 동력 유닛(17)으로부터 동력 유닛 커플러(30)를 통해 동력을 수용할 수 있다.
간접적인 역전 동력 모드에서, 동력은 기계 모드에서와 같이 전달될 수 있는 반면, 제2 에너지 변환 기계(51)는 발전기로서 작동한다. 동력 전달 커플러(49)는 결합 해제될 수 있다. 동력 유닛(17)은 결합된 동력 유닛 커플러(30), 캐리어(38) 및 유성 기어(37)를 통해 링 기어(36)(및 그에 따른 추진 출력 배열체(19)) 및 태양 기어(35)에 동력을 제공할 수 있다. 제2 에너지 변환 기계(51)는 태양 기어(35)로부터 제1 및 제2 동력 전달 샤프트(46, 48) 및 제1 및 제2 동력 전달 기어(45, 47)를 통해 동력을 수용할 수 있다. 태양 기어(35)의 각속도는 제2 에너지 변환 기계(51)에 의해 생성된 동력을 제어함으로써 제어될 수 있다. 간접적인 역전 동력 모드에서, 동력 전달 시스템(18)은 또한 제1 에너지 변환 기계(50)를 통해 동력 유닛 변속기(25)에 동력을 제공할 수 있다.
직접적인 역전 동력 모드에서, 동력 전달 커플러(49)가 결합될 수 있다는 것을 제외하고는, 추진 시스템(11)은 간접적인 역전 동력 모드에서와 같이 작동할 수 있다. 따라서, 동력은 링 기어(36)로부터 제2 에너지 변환 기계(51)로 동력 전달 커플러(49)를 통해 직접 전해질 수 있다.
각각의 모드는 해양 선박(10)의 작동 중에 임의의 적합한 시간에 작동될 수 있다. 시스템 출력 속도를 증가시키기 위한 특히 적합한 작동 시퀀스가 하기에서 설명된다. 이 시퀀스는 WO-A-2014/184517에 개시된 것과 유사하다. 초기에, 동력 유닛 커플러(30)가 결합 해제되고 동력 전달 커플러(49)가 결합되는 교호 동력 모드를 구현하고 동력 유닛(17)의 출력 속도를 최적 출력 속도로 증가시킴으로써 시스템 출력 속도가 0으로부터 증가될 수 있다. 최적 출력 속도는 동력 유닛(17)의 최대값 및/또는 동력 유닛(17)이 가장 효율적으로 작동하는 출력 속도일 수 있다.
동력 유닛(17)의 최적 출력 속도에 있는 경우, 동력 유닛 커플러(30)를 결합시키고 제2 에너지 변환 기계(51)를 에너지 발생기로서 작동시킴으로써 간접적인 역전 동력 모드가 구현될 수 있다. 시스템 출력 속도를 증가시키기 위해, 태양 기어(35)의 회전 속도가 감소하고 링 기어(36)의 회전 속도가 증가하도록 제2 에너지 변환 기계(51)의 입력 속도가 감소될 수 있다.
제2 에너지 변환 기계(51)의 속도가 0에 도달하면(즉, 태양 기어(35)가 더 이상 회전하지 않도록 됨), 추진 시스템(11)은 (상기에서 논의된 제1 또는 제2 기계적 범위에 상관없이) 기계 모드로 작동될 수 있다. 시스템 출력 속도는 바람직하게는 변속기 시스템(20)이 이러한 상태에 있을 때 순항 속도(즉, 해양 선박(10)이 그 작동 범위의 대부분에서 작동하는 속도)이다.
시스템 출력 속도를 훨씬 더 증가시키기 위해, 제2 에너지 변환 기계(51)를 모터로서, 그리고 간접적인 역전 동력 모드 및 간접적인 교호 동력 모드 동안에 그 회전 방향에 대해 반대의 회전 방향으로 작동시킴으로써 간접적인 조합 동력 모드가 결합될 수 있다. 결과적으로, 링 기어(36)의 회전 속도가 증가하고, 시스템 출력 속도가 훨씬 더 증가한다.
시스템 출력 속도를 감소시키기 위해, 전술한 모드 시퀀스의 역전이 구현될 수 있다. 교호 동력 모드는 합산 변속기(26)가 바이패스되도록 구현될 수 있다. 따라서, 합산 변속기(26)에서의 비효율이 회피될 수 있다. 또한, 교호 동력 모드는 합산 변속기(26)에서의 실패의 경우에 추가된 가외성을 제공할 수 있다.
대안적인 구현예
다양한 다른 구현예들이 또한 본 개시의 범위 내에 있다. 일반적으로, 인터로킹 또는 맞물린 기어 대신에, 추진 시스템(11)은 벨트 및/또는 체인을 포함하는 임의의 적합한 운동학적 연결 요소를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3의 구현예에서, 추진 요소(12)의 회전 방향은 동력 유닛(17)의 회전 방향을 역전시킴으로써 및/또는 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계(51)의 회전 방향을 역전시킴으로써 역전될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 변속기 시스템(20)은, 특히 동력 유닛 변속기(25)를 통한 합산 변속기(26)에 대한 적어도 하나의 동력 유닛(17) 사이에서의 기계적 연결이 제1 및 제2 회전 방향 사이에서 선택적으로 가역적이도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 추진 요소(12)의 회전 출력 방향은 가역적일 수 있다.
도 4는 동력 유닛 변속기(25) 및 동력 전달 변속기(27)가 도 2 및 도 3의 것과 상이한 이와 같은 하나의 구현예를 도시하고 있다. 적절한 경우 동일한 참조 번호가 사용되었다. 동력 유닛 변속기(25)는 제1 회전 방향으로 합산 변속기(26)로의 입력을 선택적으로 회전시키기 위한 1차 동력 유닛 변속기(55), 및 반대의 제2 회전 방향으로 합산 변속기(26)로의 입력을 선택적으로 회전시키기 위한 2차 동력 유닛 변속기(56)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 회전 방향은 동력 유닛 출력 샤프트(21)로부터의 단일 회전 입력 방향에 대해 구현될 수 있다. 1차 및 2차 동력 유닛 변속기(55, 56)는 1차 또는 2차 동력 유닛 변속기(55, 56)를 캐리어(38)에 선택적으로 작동 가능하게 연결하기 위한 1차 및 2차 동력 유닛 변속기 커플링(57, 58)을 포함할 수 있다.
1차 동력 유닛 변속기(55)는 제1 동력 유닛 변속기 기어(60)가 장착될 수 있는 제1 동력 유닛 변속기 샤프트(59), 및 제2 동력 유닛 변속기 기어(62)가 장착될 수 있는 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(61)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(59, 61)는 1차 동력 유닛 변속기 커플링(57)을 통해 서로 작동 가능하게 연결 가능할 수 있다. 제2 동력 유닛 변속기 기어(62)는 캐리어 기어(63)와 맞물릴 수 있다. 캐리어 기어(63)는 내접 기어일 수 있고, 제2 동력 유닛 변속기 기어(62)의 회전 시에 캐리어(38)를 제1 회전 방향으로 회전시키도록 구성될 수 있다.
2차 동력 유닛 변속기(56)는 제3 동력 유닛 변속기 기어(65)가 장착될 수 있는 제3 동력 유닛 변속기 샤프트(64), 및 제4 동력 유닛 변속기 기어(67)가 장착될 수 있는 제4 동력 유닛 변속기 샤프트(66)를 포함할 수 있다. 제3 동력 유닛 변속기 기어(65)는 제1 동력 유닛 변속기 기어(60)와 맞물려서 그 사이에서 동력을 전달할 수 있다. 제1 에너지 변환 기계(50)는 제3 동력 유닛 변속기 샤프트(64)에 장착될 수 있다. 제3 및 제4 동력 유닛 변속기 샤프트(64, 66)는 2차 동력 유닛 변속기 커플링(58)을 통해 서로 작동 가능하게 연결 가능할 수 있다. 제4 동력 유닛 변속기 기어(67)는 캐리어 기어(63)와 맞물릴 수 있다. 캐리어 기어(63)는 제4 동력 유닛 변속기 기어(67)의 회전 시에 캐리어(38)를 제2 회전 방향으로 회전시키도록 구성될 수 있다.
1차 동력 유닛 변속기 커플링(57)이 결합되고 2차 동력 유닛 변속기 커플링(58)이 결합 해제되는 경우, 적어도 하나의 동력 유닛(17)은 1차 동력 유닛 변속기(55)를 통해 캐리어(38)를 제1 회전 방향으로 구동할 수 있다. 1차 동력 유닛 변속기 커플링(57)이 결합 해제되고 2차 동력 유닛 변속기 커플링(58)이 결합되는 경우, 적어도 하나의 동력 유닛(17)은 2차 동력 유닛 변속기(56)를 통해 캐리어(38)를 제1 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 구동할 수 있다. 결과적으로, 제1 추진 출력 샤프트(40)의 회전 방향, 및 그에 따른 추진 요소(12)의 회전 방향은 전술한 모드로 제어될 수 있다.
도 4의 구현예에서, 동력 전달 커플러(49)가 3개의 작동 상태를 포함하기 때문에, 동력 전달 변속기는 도 2 및 도 3의 것과 상이하다. 또한, 제2 에너지 변환 기계(51)는 제1 동력 전달 샤프트(46)에 직접 장착된다. 중립 구성(68)에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 동력 전달 커플러(49)는, 상기에서 논의된 중립의 간접적인 조합 및 간접적인 역전 동력 모드에서와 같이, 제2 에너지 변환 기계(51)가 태양 기어(35)에만 작동 가능하게 연결되도록 결합 해제될 수 있다. 결합된 구성(69)에서, 제1 동력 전달 샤프트(46)는, 상기에서 논의된 교호의 직접적인 조합 및 직접적인 역전 동력 모드에서와 같이, 제1 추진 출력 샤프트(40)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제동 구성(70)에서, 제1 동력 전달 샤프트(46)는 태양 기어(35)가 회전할 수 없도록 회전이 방지될 수 있다. 제동 구성(70)은 태양 기어(35)와 제2 에너지 변환 기계(51) 사이에서 동력이 전달되지 않도록 기계 모드에 있을 때 구현될 수 있고, 이에 의해 동력 유닛(17)으로부터 제1 추진 출력 샤프트(40)로의 효율적인 기계적 전달을 보장할 수 있다.
도 5는, 캐리어 기어(63)가 제2 및 제4 동력 유닛 변속기 기어(62, 67)와 맞물리는 외접 기어인 것을 제외하고는, 동력 유닛 변속기(25)가 도 4의 것과 유사한 추진 시스템(11)의 다른 구현예를 도시하고 있다. 도 5에서, 2차 동력 유닛 변속기(56)는 1차 동력 유닛 변속기(55) 위에 또는 옆에 위치되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 대신에, 1차 및 2차 동력 유닛 변속기(55, 56)는 캐리어 기어(63) 주위에 직접 장착될 수 있다. 이와 같은 배열의 이익은 동력 유닛 출력 샤프트(21)와 태양 기어(35) 사이의 수직 오프셋이든 수평 오프셋이든, 도 4의 배열의 것과 비교하여 증가될 수 있다는 것이다. 이러한 증가된 오프셋은 일부 유형의 해양 선박(10)에 특히 적합할 수 있다.
도 5는 또한 제1 에너지 변환 기계(50)가 동력 유닛 변속기(25)의 임의의 다른 샤프트보다는 동력 유닛 출력 샤프트(21)에 직접 장착될 수 있는 동력 유닛 변속기(25)의 다른 구현예를 도시하고 있다. 동력 유닛 출력 샤프트(21)는 제1 에너지 변환 기계(50)를 직접 통과할 수 있다. 결과적으로, 추진 시스템(11)은 동력 유닛(17)과 제1 에너지 변환 기계(50) 사이의 0의 수평 또는 수직 오프셋에 의해 보다 콤팩트해질 수 있다.
도 5는 또한, 동력 전달 변속기(27)가 WO-A-2014/184517에 개시된 것과 유사하다는 점을 제외하고는, 도 4의 것과 유사한 동력 유닛 커플러(49)의 다른 구현예를 도시하고 있다. 이와 같은 추진 시스템(11)에서, 동력 전달 커플러(49)는 도 4의 것과 유사한 방식으로 중립 및 제동 구성(68, 70)을 구현할 수 있다. 그러나, 결합된 구성(69)에서, 동력 전달 커플러(49)는 제2 에너지 변환 기계(51)를 링 기어(36)보다는 캐리어(38)에 선택적으로 작동 가능하게 연결하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 결합된 구성(69)에서, 합산 변속기(26)는 바이패스되지 않을 수 있고, 교호의 조합 및 역전 동력 모드가 구현될 수 없다.
도 5는 또한, 출력 유성 기어박스(75)가 제1 및 제2 추진 출력 기어(41, 43)를 대체하는 추진 출력 변속기(28)의 다른 구현예를 도시하고 있다. 출력 유성 기어박스(75)는 합산 변속기(26)의 제1 추진 출력 샤프트(40) 및 링 기어(36)에 작동 가능하게 연결된 출력 태양 기어(76)를 포함할 수 있다. 출력 유성 기어박스(75)는 출력 태양 기어(76)와 출력 링 기어(78) 사이에 위치된 복수의 출력 유성 기어(77)를 추가로 포함할 수 있다. 출력 유성 기어(77)는 추진 요소(12)가 장착된 제2 추진 출력 샤프트(43)에 동력 출력을 제공할 수 있는 출력 캐리어(79)에 장착될 수 있다. 출력 유성 기어박스(75)는 동력 유닛 출력 샤프트(21) 속도와 시스템 출력 속도 사이에 추가적인 감속비를 제공하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 합산 변속기(26)는 보다 작은 직경을 가질 수 있고, 추진 시스템(11)의 동력 밀도는 증가될 수 있다.
도 6 및 도 7은 동력 전달 장치(25)가 합산 변속기(26)의 캐리어(38)에 선택적으로 가역적인 회전 동력 입력을 제공하기 위한 적어도 하나의 유성 기어박스(85, 86, 105)를 포함하는 추진 시스템(11)의 다른 구현예를 도시하고 있다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 동력 유닛 변속기(25)는 제1 입력 태양 기어(87), 제1 입력 링 기어(88), 제1 입력 태양 기어(87)와 제1 입력 링 기어(88) 사이에 맞물린 제1 복수의 입력 유성 기어(89), 및 제1 복수의 입력 유성 기어(89)가 회전 가능하게 장착된 제1 입력 캐리어(90)를 포함하는 제1 유성 기어박스(85)를 포함할 수 있다. 제1 입력 태양 기어(87)는 동력 유닛(17)으로부터 동력을 수용하는 제1 동력 유닛 변속기 샤프트(91) 및/또는 동력 유닛 출력 샤프트(21)에 작동 가능하게 연결된다. 도 6에서, 제1 에너지 변환 기계(50)는 동력 유닛 출력 샤프트(21) 및/또는 제1 동력 유닛 변속기 샤프트(91)에 장착되지만, 다른 구현예에서는 도 2 및 도 3에 개시된 바와 같은 기어 배열체를 통해 동력 유닛(17)으로부터 동력을 수용할 수 있다. 제1 유성 기어박스(85)는 제1 입력 링 기어(88)가 회전하는 것을 방지하도록 제1 입력 링 기어(88)를 선택적으로 로킹 또는 제동하기 위한 제1 링 커플러(92)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 링 커플러(92)는 클러치를 포함할 수 있으며, 특히 플레이트 클러치를 포함할 수 있다.
동력 유닛 변속기(25)는 제2 입력 태양 기어(95), 제2 입력 링 기어(96), 제2 입력 태양 기어(95)와 제2 입력 링 기어 사이에 맞물린 제2 복수의 입력 유성 기어(97), 및 제2 복수의 입력 유성 기어(97)가 회전 가능하게 장착될 수 있는 제2 입력 캐리어(98)를 포함하는 제2 유성 기어박스(86)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 입력 태양 기어(95)는 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(99)에 의해 제1 입력 링 기어(88)에 작동 가능하게 연결되고, 따라서 그와 함께 회전할 수 있다. 제2 유성 기어박스(86)는 제2 입력 링 기어(96)가 회전하는 것을 방지하도록 제2 입력 링 기어(96)를 선택적으로 로킹 또는 제동하기 위한 제2 링 커플러(100)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 링 커플러(100)는 클러치를 포함할 수 있으며, 특히 플레이트 클러치를 포함할 수 있다.
동력 유닛 변속기(25)는 제1 입력 캐리어(90)를 제2 입력 캐리어(98) 및 합산 변속기(26)의 캐리어(38)에 작동 가능하게 연결하여 이들이 함께 회전하게 하는 제3 동력 유닛 변속기 샤프트(101)를 추가로 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제3 동력 유닛 변속기 샤프트(101)는 제2 입력 태양 기어(95)를 통해 연장될 수 있다.
동력 유닛 출력 샤프트(21)의 단일 회전 방향에 기초하여, 제1 추진 출력 샤프트(40)의 회전 방향을 역전시키기 위해, 제1 및/또는 제2 링 커플러(92, 100)가 선택적으로 결합 또는 결합 해제될 수 있다. 제1 추진 출력 샤프트(40)를 제1 회전 방향으로 구동시키기 위해, 제1 링 커플러(92)는 결합되고, 제2 링 커플러(100)는 결합 해제될 수 있다. 따라서, 제1 입력 링 기어(88)와 제2 입력 태양 기어(95)는 회전하지 않을 수 있는 반면, 동력은 제1 입력 태양 기어(87)로부터, 제1 복수의 입력 유성 기어(89), 제1 입력 캐리어(90) 및 제3 동력 유닛 변속기 샤프트(101)를 통해, 합산 변속기(26)의 캐리어(38)로 전달된다. 캐리어(38)는 제1 회전 방향으로 회전할 수 있고, 합산 변속기(26)는 전술한 바와 같이 작동한다.
제1 추진 출력 샤프트(40)를 제2 회전 방향으로 구동시키기 위해, 제2 입력 링 기어(96)가 회전할 수 없도록 제1 링 커플러(92)는 결합 해제되고 제2 링 커플러(100)는 결합될 수 있다. 제1 회전 방향과 유사한 방식으로, 동력은 제1 입력 태양 기어(87)로부터, 제1 복수의 입력 유성 기어(89), 제1 입력 캐리어(90) 및 제3 동력 유닛 변속기 샤프트(101)를 통해, 합산 변속기(26)의 캐리어(38)로 전달될 수 있다. 그러나, 제1 입력 링 기어(88)가 회전함에 따라, 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(99)는 제2 복수의 입력 유성 기어(97)를 통해 제2 입력 캐리어(98) 및 그에 따른 캐리어(38)가 제2 회전 방향으로 회전하게 하는 방향으로 제2 입력 태양 기어(95)를 구동시킬 수 있다.
동력 유닛(17)으로부터 합산 변속기(26)로의 동력 전달을 방지하기 위해(즉, 도 2의 구현예의 동력 유닛 커플링(30)의 기능을 수행함), 제1 및 제2 링 커플러(92, 100)는 결합 해제될 수 있다. 결과적으로, 동력 유닛(17)으로부터의 임의의 동력 출력은 합산 변속기(26)로의 동력 전달 없이 제1 및 제2 유성 기어박스(85, 86)의 프리휠링(freewheeling)을 초래할 수 있다.
도 7의 구현예에서, 동력 유닛 변속기(25)는 합산 변속기(26)에 선택적으로 가역적인 입력을 제공하기 위한 단일 가역적 유성 기어박스(105)를 포함한다. 적용 가능한 경우, 도 2 및 도 6에서 사용된 것과 동일한 참조 번호가 도 7에서 사용되었다. 가역적 유성 기어박스(105)는 입력 태양 기어(106), 입력 링 기어(107), 입력 태양 기어(106)와 입력 링 기어(107) 사이에 맞물린 복수의 입력 유성 기어(108), 및 복수의 입력 유성 기어(108)가 회전 가능하게 장착될 수 있는 입력 캐리어(109)를 포함할 수 있다. 입력 태양 기어(106)는 동력 유닛(17)으로부터 동력을 수용하는 제1 동력 유닛 변속기 샤프트(110) 및/또는 동력 유닛 출력 샤프트(21)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 가역적 유성 기어박스(105)는 입력 링 기어(106)가 회전하는 것을 방지하도록 입력 링 기어(106)를 선택적으로 로킹 또는 제동하기 위한 제1 커플러(111)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 커플러(111)는 클러치를 포함할 수 있으며, 특히 플레이트 클러치를 포함할 수 있다.
가역적 유성 기어박스(105)는 네거티브 트레인 유성 기어박스일 수 있고, 복수 쌍의 입력 유성 기어(108)를 포함할 수 있다. 도 8에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 입력 캐리어(109)는 1차 캐리어(113), 및 1차 캐리어(113)에 회전 가능하게 장착된 복수의 2차 캐리어(114)를 포함할 수 있다. 각 쌍의 입력 유성 기어(108)는 2차 캐리어(114)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 따라서, 1차 캐리어(113)는 고정 위치에 대해 회전하도록 작동 가능할 수 있고, 각각의 2차 캐리어(114)는 1차 캐리어(113)에 대해 회전하도록 작동 가능할 수 있고, 각각의 유성 기어(108)는 이 유성 기어(108)가 부착된 제2 캐리어(114)에 대해 회전하도록 작동 가능할 수 있다.
동력 유닛 변속기(25)는 입력 링 기어(107)를 입력 캐리어(109)에 선택적으로 로킹시켜 이들을 함께 회전시키기 위한 제2 커플러(115)를 추가로 포함할 수 있다. 입력 캐리어(109), 및 특히 1차 캐리어(113)는 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(116)에 의해 합산 변속기(26)의 캐리어(38)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 동력 유닛 변속기(25)는 링 기어(36)와 합산 변속기(26)의 캐리어(38)를 선택적으로 로킹시켜 이들을 함께 회전시키기 위한 제3 커플러(117)를 추가로 포함할 수 있다.
입력 링 기어(107)와 입력 캐리어(109)가 함께 회전하도록 제1 커플러(111)가 로킹 해제되고 제2 커플러(115)가 로킹된 경우, 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(116)는 동력 유닛 출력 샤프트(21)와 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 제1 커플러(111)가 로킹되고 제2 커플러(115)가 로킹 해제된 경우, 제2 동력 유닛 변속기 샤프트(116)는 동력 유닛 출력 샤프트(21)와는 반대 방향으로 회전할 수 있다.
도 9는 공통 동력 전달 시스템(119)을 공유하는 복수의 추진 시스템(121, 122)을 포함하는 추진 장치(120)의 일 구현예를 도시하고 있다. 추진 장치(120)는 2개의 추진 요소(12)를 포함하는 해양 선박(10)에 위치될 수 있다. 특히, 추진 장치(120)는 적어도 하나의 1차 동력 유닛(123), 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계(124), 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계(125) 및 적어도 하나의 추진 요소(126)를 각각 포함하는 제1 추진 시스템(121) 및 제2 추진 시스템(122)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 추진 시스템(121, 122) 각각은 1차 동력 유닛(123), 제1 에너지 변환 기계(124), 제2 에너지 변환 기계(125) 및 추진 요소(126) 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 변속기 시스템(127)을 추가로 포함할 수 있다. 각각의 변속기 시스템(127)은 본원에 설명된 것 또는 WO-A-2014/184517에 개시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
추진 장치(120)는 제1, 제2 및 제3의 2차 동력 유닛(128, 129, 130)을 추가로 포함할 수 있다. 추진 장치(120)는 임의의 개수의 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130)을 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 1차 동력 유닛(123)은 가스 터빈을 포함할 수 있고, 2차 동력 유닛(128, 129, 130)은 디젤 발전기를 포함할 수 있다. 1차 동력 유닛(123)은 추진 요소(126)에, 동력 전달 시스템(119)을 통해 기계적으로, 또는 동력 전달 시스템(119) 및 변속기 시스템(127)을 통해 유압식으로 또는 전기적으로 동력을 제공하도록 작동 가능할 수 있다. 그러나, 2차 동력 유닛(128, 129, 130)은 단지 동력 전달 시스템(119) 및 변속기 시스템(127)을 통해 유압식으로 또는 전기적으로 추진 요소(126)에 동력을 제공하도록 작동 가능할 수 있다.
특히, 동력 전달 시스템(119)은 제1, 제2 및 제3의 2차 동력 유닛(128, 129, 130)의 출력에 각각 작동 가능하게 연결된 제1, 제2 및 제3 발전기(131, 132, 133)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 발전기(131, 132, 133)는 동력 전달 시스템(119)에 동력을 제공하도록 구성될 수 있다. 추진 장치(120)는 호텔 부하, 작업자 숙소(13), 선수 추력기(14), 선미 추력기(15) 및 크레인(16) 등에 동력을 제공하기 위한 에너지 공급부(134)를 추가로 포함할 수 있다. 동력 전달 시스템(119)은 제1, 제2 및 제3 발전기(131, 132, 133)와 제1 및 제2 에너지 변환 기계(124, 125)에 연결되고 이들 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달 배열체(135)를 포함할 수 있다. 동력 전달 배열체(135), 제1, 제2 및 제3 발전기(131, 132, 133), 및 제1 및 제2 에너지 변환 기계(124, 125)는 도 2 내지 도 8과 관련하여 전술한 바와 같은 제1 및 제2 에너지 변환 기계(50, 51) 및 동력 전달 배열체(52)와 관련하여 설명된 바와 같은 임의의 형태일 수 있다.
추진 장치(120)는 에너지 공급부(134)의 상이한 요구 및 각 추진 요소(126)의 시스템 출력 속도에 응답하여 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130)의 작동 효율을 최대화하도록 작동될 수 있다. 특히, 각각의 추진 요소(126)의 상이한 범위의 출력 속도로 동력을 제공하기 위해 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130)의 상이한 작동 조합이 구현될 수 있다. 시스템 출력 속도의 범위는 0의 출력 속도로부터 제1 임계 출력 속도까지일 수 있는 낮은 범위, 제1 임계 출력 속도로부터 제2 임계 출력 속도까지일 수 있는 중간 범위, 및 제2 임계 출력 속도로부터 최대 출력 속도까지일 수 있는 높은 범위를 포함할 수 있다. 제1 임계 출력 속도는, 예를 들어 최대 출력 속도의 약 20%일 수 있고, 제2 임계 출력 속도는, 예를 들어 최대 출력 속도의 약 80%일 수 있다.
낮은 범위에서, 제1 및/또는 제2 추진 시스템(121, 122)의 추진 요소(126)는 동력 전달 시스템(119)을 통해 2차 동력 유닛(128, 129, 130) 중 적어도 하나에 의해 구동될 수 있다. 변속기 시스템(127)은 제2 에너지 변환 기계(125)로부터 추진 요소(126)로 동력을 공급하기 위해 교호 동력 모드로 작동될 수 있지만, 제1 에너지 변환 기계(124)는 1차 동력 유닛(123)으로부터 어떠한 동력도 수용하지 않을 수 있다. 추진 요소(126)의 요구된 출력 속도가 0으로부터 증가함에 따라, 증가하는 수의 2차 동력 유닛(128, 129, 130)이 동력 전달 시스템(119)에 동력을 제공할 수 있다. 제1의 2차 동력 유닛(128)으로부터의 동력은 제1 및 제2 추진 시스템(121, 122) 중 하나의 추진 요소(126)가 제1 낮은 범위의 중간 속도(예를 들면, 최대 출력 속도의 약 14%)까지 구동되도록 동력을 제공할 수 있다. 제1 및 제2의 2차 동력 유닛(128, 129)으로부터의 동력은 제1 추진 시스템(121)의 추진 요소(126)가 제1 임계 출력 속도까지 구동되도록, 그리고 제2 추진 시스템(122)의 추진 요소(126)가 제2 낮은 범위의 중간 속도(예를 들면, 최대 출력 속도의 약 10%)까지 구동되도록 동력을 제공할 수 있다. 제1, 제2 및 제3의 2차 동력 유닛(128, 129, 130)으로부터의 동력은 제1 및 제2 추진 시스템(121, 122)의 추진 요소(126) 둘 모두가 제1 임계 출력 속도까지 구동되도록 동력을 제공할 수 있다.
중간 범위에서, 변속기 시스템(127)이 기계, 조합 또는 역전 동력 모드(직접적이든 간접적이든)로 작동되는 경우, 제1 및/또는 제2 추진 시스템(121, 122)의 1차 동력 유닛(123)에 의해 추진 요소(126)에 동력에 제공될 수 있다. 제1, 제2 및 제3의 2차 동력 유닛(128, 129, 130)은 동력 전달 시스템(119)에 어떠한 동력도 제공하지 않을 수 있다. 제1 추진 시스템(121)은 1차 동력 유닛(123)으로부터의 동력이 추진 요소(126)의 제2 임계 출력 속도까지 제공하도록 작동될 수 있다. 제2 추진 시스템(122)의 추진 요소(126)는 또한 교호 동력 모드에 의해, 제1 추진 시스템(121)의 1차 동력 유닛(123)으로부터 동력을 수용하는 동력 전달 시스템(119)에 의해서, 예를 들어 제1 임계 출력 속도로까지의 출력 속도로 구동될 수 있다. 제2 추진 시스템(122)은 추진 요소(126)에 제2 임계 출력 속도까지 제공하도록 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 제1 및 제2 추진 시스템(121, 122)의 추진 요소(126) 둘 모두는 1차 동력 유닛(123)을 최대 출력 동력으로 작동시키고 변속기 시스템(127)을 기계 모드로 작동시킴으로써 제2 임계 출력 속도로 구동될 수 있다.
상위 범위에서, 제1 및 제2 추진 시스템(121, 122)의 1차 동력 유닛(123)은 최대 동력 출력으로 작동될 수 있고, 변속기 시스템(127)은 역전 동력 모드로 작동될 수 있다. 낮은 범위와 유사한 방식으로, 제1, 제2 및/또는 제3의 2차 동력 유닛(128, 129, 130) 중 적어도 하나는 동력 전달 시스템에 동력을 제공하여, 제1 및/또는 제2 추진 시스템의 추진 요소가 최대 출력 속도까지 작동될 수 있게 한다. 특히, 제2 에너지 변환 기계(125)는 제1, 제2 및/또는 제3의 2차 동력 유닛(128, 129, 130)으로부터의 에너지를 이용하여 모터로서 작동하고, 1차 동력 유닛(123)으로부터 일정한 입력 속도를 수용할 때 링 기어(36)의 출력 속도를 증가시키는 방향으로 합산 변속기(26)의 태양 기어(35)를 회전시킬 수 있다.
산업상 이용 가능성
도 2 및 도 3의 구현예는 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계(51)와 제1 추진 출력 샤프트(40) 사이에 직접적인 기계적 연결을 가능하게 할 수 있다. 결과적으로, 동력 유닛(17)이 작동하는 데 실패한 경우에, 배터리와 같은 동력 전달 배열체(52)에 저장된 에너지에 의해 추진 요소(12)가 구동될 수 있기 때문에, 추진 시스템(11)의 가외성이 개선될 수 있다. 또한, 동력 유닛 커플링(30) 또는 합산 변속기(26)의 고장의 경우에, 동력은 여전히 추진 요소(12)로 전해질 수 있다. 또한, 제1 추진 출력 샤프트(40) 내에 적어도 부분적으로 제1 동력 전달 샤프트(46)를 위치시키는 것은 추진 시스템(11)의 동력 밀도를 증가시키고, 이에 의해 보다 콤팩트한 추진 시스템(11)을 가능하게 할 수 있으며, 이는 감소된 크기가 요구되는 해양 선박(10)과 같은 기계에 유익할 수 있다.
도 4의 구현예는 동력 유닛 출력 샤프트(21) 또는 제2 에너지 변환 기계(51)의 회전 방향을 역전시킬 필요 없이 추진 요소(12)의 회전 방향이 역전될 수 있게 할 수 있다. 결과적으로, 동력 유닛(17)은, 추진 요소(12)가 해양 선박(10)을 역방향으로 구동시키고 있을 때에도, 통상적으로 단일 출력 방향으로만 달성되는 최대 효율로 작동될 수 있다. 이러한 배열은 역방향으로 높은 출력으로 작동할 필요가 있는 예인선(tug)과 같은 해양 선박에 특히 유익할 수 있다. 또한, 도 4의 구현예에서, 기계 모드에서 동력 전달 커플러(49)를 이용하여 태양 기어(35)가 회전하는 것을 방지하는 것이 가능하고, 이에 의해 태양 기어(35)를 회전시키기 위한 어떠한 에너지도 제공되지 않기 때문에 링 기어(36)의 출력의 효율을 증가시킨다.
도 5의 구현예는 추진 시스템(11)이 추진 요소(12)와 동력 유닛(17) 사이에 상이한 수직 또는 수평 오프셋을 제공하도록 구성될 수 있게 할 수 있다. 이와 같은 배열은 추진 요소(12)로부터의 추진력이 직접적으로 수평인(즉, 수면의 평면에 평행한) 경우 가장 효율적인 해양 선박에 특히 유용할 수 있다. 해양 선박에서, 예컨대 특정 위치에서 동력 유닛(17)을 필요로 함으로써, 오프셋이 달성될 수 없다면, 통상적으로 동력 유닛 출력 샤프트(21) 및 추진 요소(12)는 수평면에 대해 예각으로 위치되고, 그에 따라 추진력 동력의 일부 부분이 추진력의 수직 성분으로서 손실된다. 따라서, 수평 또는 수직 오프셋의 유연성은 추진 요소(12) 및 동력 유닛(17)이 적절한 위치에 위치되고, 또한 직접적인 수평 추진력을 제공할 수 있게 할 수 있다. 또한, 도 5의 구현예는 추력기 등에 특히 적합할 수 있는 비교적 콤팩트한 변속기 시스템(20)을 제공할 수 있다.
도 6 및 도 7의 구현예는 도 4 및 도 5의 구현예에 대하여 가역적 동력 유닛 변속기(25)에 대한 증가된 동력 밀도를 제공할 수 있다. 특히, 가역성을 제공하기 위해 적어도 하나의 유성 기어박스(85, 86, 105)를 이용함으로써, 동력 밀도는 도 4 및 도 5의 구현예보다 3배 더 높을 수 있다. 따라서, 추진 시스템(11)의 크기가 감소될 수 있다.
도 9의 구현예는 동력이 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130) 사이에서 전달될 수 있게 하고, 이에 의해 크게 증가된 가외성을 제공할 수 있다. 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130)은 낮은 범위에서 요구되는 보다 낮은 동력으로 가장 효율적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 1차 동력 유닛(123)은 중간 범위에서의 작동을 위해 최대 동력 출력까지 가장 효율적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 변속기 시스템(127)을 작동시켜 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130)이 모두 최대 출력 동력으로 작동하고 있을 때 1차 및 2차 동력 유닛(123, 128, 129, 130)으로부터의 출력 동력을 조합함으로써 상위 범위가 달성될 수 있다.

Claims (27)

  1. 적어도 하나의 동력 유닛, 동력 전달 시스템 및 적어도 하나의 추진 요소를 포함하는 추진 시스템용 변속기 시스템으로서,
    상기 적어도 하나의 동력 유닛 및/또는 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하도록 구성된 합산 변속기;
    제1 추진 출력 샤프트를 포함하고, 상기 합산 변속기로부터 동력을 수용하고 상기 동력을 상기 적어도 하나의 추진 요소로 전하도록 구성된 추진 출력 변속기; 및
    상기 합산 변속기에 작동 가능하게 연결되고, 상기 합산 변속기와 상기 동력 전달 시스템 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달 변속기를 포함하며;
    상기 동력 전달 변속기는 제1 동력 전달 샤프트, 및 상기 동력 전달 시스템으로부터 상기 추진 출력 변속기로 동력이 직접 전달되도록 상기 제1 동력 전달 샤프트를 상기 제1 추진 출력 샤프트에 선택적으로 작동 가능하게 연결하도록 구성된 동력 전달 커플러를 포함하고,
    상기 합산 변속기는 태양 기어 및 링 기어를 포함하며, 상기 제1 동력 전달 샤프트는 상기 태양 기어에 작동 가능하게 연결되고, 상기 제1 추진 출력 샤프트는 상기 링 기어에 작동 가능하게 연결되는, 변속기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 동력 전달 샤프트는 상기 제1 추진 출력 샤프트 내에 적어도 부분적으로 위치되는, 변속기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추진 출력 변속기는 상기 동력 전달 커플러와 상기 합산 변속기 사이에서 상기 제1 추진 출력 샤프트에 장착된 제1 추진 출력 기어를 추가로 포함하는, 변속기 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 추진 출력 변속기는 제2 추진 출력 샤프트에 장착되고 상기 제1 추진 출력 기어로부터 동력을 수용하도록 구성된 제2 추진 출력 기어를 포함하며, 상기 제2 추진 출력 샤프트는 상기 적어도 하나의 추진 요소에 동력을 제공하도록 구성되는, 변속기 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동력 전달 커플러는 클러치, 플레이트 클러치, 도그 클러치 또는 토크 컨버터 중 적어도 하나를 포함하는, 변속기 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동력 전달 시스템은 적어도 하나의 제1 에너지 변환 기계, 적어도 하나의 제2 에너지 변환 기계, 및 상기 제1 및 제2 에너지 변환 기계 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 적어도 하나의 동력 전달 배열체를 포함하는, 변속기 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 동력 유닛으로부터 동력을 수용하고 상기 동력을 상기 합산 변속기 및/또는 동력 전달 시스템에 선택적으로 전하도록 구성된 동력 유닛 변속기를 추가로 포함하는, 변속기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 동력 유닛 변속기는 상기 적어도 하나의 동력 유닛을 상기 합산 변속기에 선택적으로 작동 가능하게 연결하기 위한 동력 유닛 커플러를 포함하는, 변속기 시스템.
  10. 적어도 하나의 동력 유닛, 동력 전달 시스템 및 적어도 하나의 추진 요소를 포함하는 추진 시스템용 변속기 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    상기 변속기 시스템은,
    상기 적어도 하나의 동력 유닛 및/또는 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하도록 구성된 합산 변속기;
    제1 추진 출력 샤프트를 포함하고, 상기 합산 변속기로부터 동력을 수용하고 상기 동력을 상기 적어도 하나의 추진 요소로 전하도록 구성된 추진 출력 변속기; 및
    상기 합산 변속기에 작동 가능하게 연결되고, 상기 합산 변속기와 상기 동력 전달 시스템 사이에서 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달 변속기를 포함하며, 상기 동력 전달 변속기는 제1 동력 전달 샤프트 및 동력 전달 커플러를 포함하며,
    상기 합산 변속기는 태양 기어 및 링 기어를 포함하며, 상기 제1 동력 전달 샤프트는 상기 태양 기어에 작동 가능하게 연결되고, 상기 제1 추진 출력 샤프트는 상기 링 기어에 작동 가능하게 연결되고,
    상기 방법은,
    상기 동력 전달 변속기에서 상기 동력 전달 시스템으로부터 동력을 수용하는 단계;
    상기 동력 전달 커플러를 결합시킬지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 동력 전달 시스템으로부터 상기 추진 출력 변속기로 동력이 직접 전달되도록 상기 제1 동력 전달 샤프트가 상기 제1 추진 출력 샤프트에 작동 가능하게 연결되도록 상기 동력 전달 커플러를 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 변속기 시스템은 동력 유닛 변속기를 추가로 포함하고, 상기 동력 유닛 변속기는 동력 유닛 커플링을 포함하며, 상기 방법은,
    상기 동력 유닛 변속기에서 상기 적어도 하나의 동력 유닛으로부터 동력을 수용하는 단계;
    상기 동력 유닛 커플링을 결합시킬지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 동력 유닛 변속기가 상기 합산 변속기에 작동 가능하게 연결되고 상기 동력 유닛으로부터 상기 합산 변속기로 동력이 전달되도록 상기 동력 유닛 커플링을 결합시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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