KR102504760B1 - 엔진축 회전속도신호 생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진축 회전속도신호 생성장치에 관한 것으로서, 엔진축과 상기 엔진축을 구동하는 엔진구동부와 선박운항속도의 지시값을 나타내는 선박속도지시값신호의 크기에 기초하여 상기 엔진축이 상기 선박속도지시값에 대응하는 회전속도로 회전하도록 상기 엔진구동부의 동작을 제어하는 엔진제어부를 구비한 선박에 설치되어, 상기 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 생성하기 위한 엔진축 회전속도신호 생성장치에 있어서, 선체에 설치된 엔코더신호생성용 모터와; 엔코더축이 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축과 함께 회전하도록 설치된 로타리엔코더와; 상기 선박속도지시값신호에 기초하여 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축이 상기 엔진축의 회전속도에 비례하는 속도로 회전하도록 상기 엔코더신호생성용 모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 엔진축회전속도연동장치에 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 제공할 수 있게 된다..

Description

엔진축 회전속도신호 생성장치{Device for Generating Rotation Speed Signal of Ship Engine Shaft}
본 발명은 엔진축 회전속도신호 생성장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박운항속도의 지시값을 나타내는 선박속도지시값신호에 따라 엔진축의 회전속도가 제어되는 선박에 설치되어 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 생성하기 위한 장치에 관한 것이다.
선박을 운항하기 위해서는 선체를 전방과 후방으로 이동시킬 수 있는 추진력이 필요하며, 이러한 추진력을 제공하기 위해 선박에는 프로펠러(204, 도3 참조), 프로펠러(204)에 회전력을 제공하는 선박엔진(201, 도1 및 도3 참조), 선박엔진(201)의 엔진축(201a, 도3 참조)과 프로펠러(204)를 연결하도록 설치되어 선박엔진(201)의 회전력을 프로펠러(204)에 전달하는 추진축(205, 도3 참조) 등이 설치된다.
선박엔진(201)은 엔진구동부(112)에 의해 구동되고, 엔진구동부(112)의 동작은 엔진제어부(113)에 의해 제어된다(도1 참조).
한편 선박의 운항 중에는 선박운항자의 지시에 따라 운항속도가 변경될 수 있으며, 이를 위해 선박운항속도의 지시값을 나타내는 선박속도지시값신호을 이용하여 선박엔진(201)을 구동하는 선박속도제어장치가 안출되어 사용되고 있다.
도3은 종래의 선박속도제어장치의 구성도이다.
종래의 선박속도제어장치는, 도3에 도시된 바와 같이, 선박속도지시값신호를 출력하는 선박속도지시값신호생성부(111)와, 선박엔진(201)을 구동하는 엔진구동부(112)와, 선박엔진(201)의 엔진축(201a)에 설치된 회전속도검출센서(121)와, 엔진구동부(112)의 동작을 제어하는 엔진제어부(113)를 갖고 있다.
선박속도지시값신호생성부(111)에 선박속도지시값을 입력하기 위해 조작레버(202)를 사용하거나 선박 내부 통신망을 통해 선박속도지시값을 전송하는 방법 등이 사용될 수 있다. 선박속도지시값을 입력하기 위한 방법은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
선박속도지시값신호생성부(111)에서 선박속도지시값신호를 생성하기 위해 센서(홀센서 등)를 사용하여 조작레버(202)의 각도, 변위, 조작위치 등을 검출하는 방법, 선박 내부 통신망을 통해 입력되는 선박속도지시값을 미리 설정된 알고리즘에 따라 변환하는 방법 등을 사용할 수 있다. 선박속도지시값신호를 생성하는 방법은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
선박속도지시값신호생성부(111)에서 선박속도지시값신호를 생성할 때 센서의 검출신호 등에 대하여 신호변환동작(전류-전압상호간), 신호증폭동작 등이 이루어질 수 있다. 신호변환동작이나 신호증폭동작은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엔진구동부(112)에서는 연료분사량 조절동작, 기어비 변환동작 등이 이루어지며, 이러한 동작을 통해 엔진축(201a)의 회전속도가 변경될 수 있다.
엔진제어부(113)는 선박속도지시값신호생성부(111)로부터 출력되는 선박속도지시값신호의 크기와 회전속도검출센서(121)로부터 입력되는 엔진속도검출값에 기초하여 엔진축(201a)이 선박속도지시값에 대응하는 회전속도로 회전하도록 엔진구동부(112)의 동작을 제어한다.
선박속도지시값에 대응하는 엔진축(201a)의 회전속도는 아래와 같은 방법으로 결정될 수 있다.
엔진축(201a)의 최저엔진축회전속도는 "0"으로 하고, 최고엔진축회전속도는 선박의 최대운항속도를 고려하여 결정할 수 있다.
선박속도지시값신호의 하한값과 상한값 사이에서 선박속도지시값에 대응하는 엔진축(201a)의 회전속도는 최저엔진축회전속도, 최고엔진축회전속도, 선박속도지시값신호의 하한값 및 상한값을 이용하여 결정할 수 있다.
예를 들어 선박속도지시값신호가 4~20mA이고 최고엔진축회전속도가 800RPM인 경우, 선박속도지시값신호 12mA에 대응하는 엔진축(201a)의 회전속도는(800RPM-0RPM)÷(20mA-4mA)×(12mA-4mA)=400RPM이 된다.
그런데 종래의 선박속도제어장치에 따르면, 회전속도검출센서(121) 이외에 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호를 생성하기 위한 수단이 없기 때문에 엔진축회전속도연동장치(207, 도1 참조) 즉, 추진축의 중간에 설치되는 축발전기(선박엔진의 잉여동력을 발전회전동력으로 사용하여 선박내 다른 발전기의 가동시간과 연료소모량을 줄임)를 갖는 축발전기시스템(축발전기를 선박 내의 다른 전력계통에 동기화시킬 때 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호가 필요함) 등과 같이 엔진축회전속도에 연동하여 동작하거나 또는 엔진축회전속도를 기반으로 동작하는 장치에 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호를 제공할 수 없다는 문제점이 있었다.
회전속도검출센서(121)를 통해 얻은 엔진축(201a)의 회전속도신호는 선박엔진의 진동 등으로 정확성이 떨어지고 신호규격이 상위의 엔진제어부(113)에 종속되어 엔진축회전속도연동장치에 사용하기 어렵다는 문제점이 발생한다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0143122호(공개일자 2015년 12월 23일, 발명의 명칭: 선박용 엔진의 회전속도 제어기 및 그 제어 방법)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 위에서 설명한 종래의 선박속도제어장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 엔진축회전속도연동장치에 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 제공할 수 있는 엔진축 회전속도신호 생성장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 엔진축과 상기 엔진축을 구동하는 엔진구동부와 선박운항속도의 지시값을 나타내는 선박속도지시값신호의 크기에 기초하여 상기 엔진축이 상기 선박속도지시값에 대응하는 회전속도로 회전하도록 상기 엔진구동부의 동작을 제어하는 엔진제어부를 구비한 선박에 설치되어, 상기 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 생성하기 위한 엔진축 회전속도신호 생성장치에 있어서, 선체에 설치된 엔코더신호생성용 모터와; 엔코더축이 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축과 함께 회전하도록 설치된 로타리엔코더와; 상기 선박속도지시값신호에 기초하여 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축이 상기 엔진축의 회전속도에 비례하는 속도로 회전하도록 상기 엔코더신호생성용 모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진축 회전속도신호 생성장치에 의해 달성된다.
여기서, 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호의 분해능이 증가하도록, 상기 모터구동부는 상기 엔진축의 회전속도보다 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축회전속도가 커지도록 상기 엔코더신호생성용 모터를 구동하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따르면, 선체에 설치된 엔코더신호생성용 모터와, 엔코더신호생성용 모터를 구동하는 모터구동부와, 엔코더축이 엔코더신호생성용 모터의 모터축과 함께 회전하도록 설치된 로타리엔코더를 포함하도록 구성하는 한편, 선박속도지시값신호에 기초하여 엔코더신호생성용 모터의 모터축이 엔진축의 회전속도에 비례하는 속도로 회전하도록 엔코더신호생성용 모터를 구동함으로써, 축발전기와 같은 엔진축회전속도연동장치에 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 제공할 수 있게 된다. 본 발명을 통해 얻은 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호는 종래의 회전속도검출센서를 통해 얻은 엔진축의 회전속도신호보다 정확하고, 엔진제어부와 신호규격을 달리하는 엔진축회전속도연동장치에 용이하게 사용할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진축 회전속도신호 생성장치의 기능별 블럭도,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 엔코더신호생성용 모터와 로타리엔코더의 결합상태를 도시한 도면,
도3은 종래의 엔진축 회전속도신호 생성장치의 구성도이다.
이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진축 회전속도신호 생성장치의 기능별 블럭도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 엔코더신호생성용 모터와 로타리엔코더의 결합상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진축 회전속도신호 생성장치는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 선체에 설치된 엔코더신호생성용 모터(14)와, 엔코더축(16a)이 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축(14a)과 함께 회전하도록 설치된 로타리엔코더(16)와, 엔코더신호생성용 모터(14)를 구동하는 모터구동부(15)를 갖고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진축 회전속도신호 생성장치는 도3에 도시된 종래의 선박속도지시값신호생성부(111)와, 선박엔진(201), 엔진구동부(112)와, 엔진제어부(113)와 함께 선박에 설치된다.
엔코더신호생성용 모터(14)는 소비전력이 적은 모터(직류모터 또는 교류모터)를 사용하는 것이 바람직하다.
로타리엔코더(16)의 엔코더축(16a)은 커플링(19) 등을 사용하여 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축(14a)에 결합될 수 있다.
로타리엔코더(16)는 인클리멘트형(Incremental Type) 또는 앱솔루트형(Absolute type)을 사용할 수 있으며, 출력방식은 엔진축회전속도연동장치의 입력규격, 설치 위치 등을 고려하여 TTL출력, Open Collector 출력, RSS-422 출력 등을 적절히 선택할 수 있다. 그리고 로타리엔코더(16)는 접촉식, 자기식, 광학식으로 속도신호를 생성할 수 있다.
모터구동부(15)는 선박속도지시값신호에 기초하여 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축이 엔진축(201a)의 회전속도에 비례하는 속도로 회전하도록 엔코더신호생성용 모터(14)를 구동한다.
엔진축(201a)의 회전속도에 비례하는 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축회전속도는 다음과 같은 방법으로 결정할 수 있다. 설명의 편의를 위해 엔진축(201a)의 회전속도에 대한 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축회전속도의 비례상수는 "3"으로 결정되어 있는 것으로 한다.
최저모터축회전속도는 "0"이 되고, 최고모터축회전속도는 최고엔진축회전속도의 "3"배가 된다.
예를 들어 최고엔진축회전속도가 800RPM인 경우 최고모터축회전속도는 2,400RPM이 된다.
선박속도지시값신호의 하한값과 상한값 사이에서의 모터축회전속도는 최저모터축회전속도, 최고모터축회전속도, 선박속도지시값신호의 하한값 및 상한값을 이용하여 결정할 수 있다.
예를 들어 선박속도지시값신호가 4~20mA이고 최저모터축회전속도는 "0"이고최고모터축회전속도는 2,400RPM인 경우, 선박속도지시값신호 12mA에 대응하는 모터축회전속도는 (2,400RPM-0RPM)÷(20mA-4mA)×(12mA-4mA)=1,200RPM이 된다.
모터구동부(15)는 모터축회전속도에 대응하는 구동전압이 엔코더신호생성용 모터(14)에 인가되도록 한다. 여기서 엔코더신호생성용 모터(14)에 대한 구동전압 인가는 저항 등을 이용하여 선박속도지시값신호를 직접 전압신호로 변환하거나, 선박속도지시값신호에 기초하여 엔코더신호생성용 모터(14)에 인가되는 구동전압이 달라지도록 제어하는 등으로 이루어질 수 있다. 전류신호를 직접 전압신호로 변환하거나 소정의 신호에 기초하여 구동전압이 달라지도록 제어하는 방법 등은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 구동전압 인가방법에 따라 모터구동부(15)에는 AC-DC 컨버터(203) 등의 전원장치가 포함될 수 있다.
엔진축(201a)의 회전속도에 대한 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축회전속도의 비례상수가 "1"로 선택되지 않은 경우 본 발명에 따른 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호가 제공되는 엔진축회전속도연동장치(207)에 엔진축(201a)의 회전속도에 대한 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축회전속도의 비례상수를 저장하여 두면 축회전속도연동장치(207)에서 엔진축(201a)의 회전속도를 역산하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 선체에 설치된 엔코더신호생성용 모터(14)와, 엔코더신호생성용 모터(14)를 구동하는 모터구동부(15)와, 엔코더축(16a)이 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축(14a)과 함께 회전하도록 설치된 로타리엔코더(16)를 포함하도록 구성하는 한편, 선박속도지시값신호에 기초하여 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축이 엔진축(201a)의 회전속도에 비례하는 속도로 회전하도록 엔코더신호생성용 모터(14)를 구동함으로써, 축발전기시스템과 같은 엔진축회전속도연동장치(207)에 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호를 제공할 수 있게 된다.
본 발명을 통해 얻은 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호는 종래의 회전속도검출센서(121)를 통해 얻은 엔진축(201a)의 회전속도신호보다 정확하고, 엔진제어부(13)와 신호규격을 달리하는 엔진축회전속도연동장치에 용이하게 사용할 수 있다.
그리고 엔진축(201a)의 회전속도보다 엔코더신호생성용 모터(14)의 모터축회전속도가 커지도록 엔코더신호생성용 모터(14)를 구동함으로써, 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호의 분해능이 증가한다. 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호의 분해능이 증가하면 축발전기를 보다 안정적으로 선박 내의 다른 전력계통에 동기화시킬 수 있게 되는 등 엔진축(201a)의 회전속도에 관한 전기신호를 효율적으로 이용할 수 있게 된다.
14: 엔코더신호생성용 모터 15: 모터구동부
16: 로타리엔코더 111: 선박속도지시값신호생성부
112: 엔진구동부 113: 엔진제어부
121: 회전속도검출센서

Claims (2)

  1. 엔진축과 상기 엔진축을 구동하는 엔진구동부와 선박운항속도의 지시값을 나타내는 선박속도지시값신호의 크기에 기초하여 상기 엔진축이 상기 선박속도지시값에 대응하는 회전속도로 회전하도록 상기 엔진구동부의 동작을 제어하는 엔진제어부를 구비한 선박에 설치되어, 상기 엔진축의 회전속도에 관한 전기신호를 생성하기 위한 엔진축 회전속도신호 생성장치에 있어서,
    선체에 설치된 엔코더신호생성용 모터와;
    엔코더축이 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축과 함께 회전하도록 설치된 로타리엔코더와;
    상기 선박속도지시값신호에 기초하여 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축이 상기 엔진축의 회전속도에 비례하는 속도로 회전하도록 상기 엔코더신호생성용 모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진축 회전속도신호 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터구동부는 상기 엔진축의 회전속도보다 상기 엔코더신호생성용 모터의 모터축회전속도가 커지도록 상기 엔코더신호생성용 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 엔진축 회전속도신호 생성장치.
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