KR102652070B1 - 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료엔진의 출력단을 기어박스의 입력단과 추진모터의 출력단에 일체로 연결하는 병렬하이브리드클러치가 구비되어 연료엔진의 추진력을 확실하게 단속 가능하게 됨으로써 선박을 연료추진모드와 전기추진모드와 발전모드 중 어느 하나의 모드로 용이하게 제어하여 운항할 수 있는 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 연료에 의해 구동하여 추진력을 발생시키는 연료엔진; 전기에너지에 의해 구동하여 추진력을 발생시키거나 상기 연료엔진의 추진력에 의해 구동하여 전기에너지를 발생시키는 추진모터; 상기 연료엔진의 추진력 또는 상기 추진모터의 추진력을 미리 정해진 복수 개의 기어비에 따라 미리 정해진 감속 및 증속비율에 대응되게 감속 또는 증속시켜 출력하여 프로펠러가 일체로 설치된 추진축을 회전시키는 기어박스; 상기 연료엔진의 출력단과 상기 추진모터의 출력단과 상기 기어박스의 입력단을 연결하여, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기 연료엔진의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 기어박스의 입력단과 상기 추진모터의 출력단에 동시에 전달하거나, 상기 추진모터의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 기어박스의 입력단에 전달하거나, 상기 연료엔진의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 추진모터의 출력단에 전달하도록 작동하는 병렬하이브리드클러치; 및 사용자의 조작에 따른 입력신호에 대응되는 상기 제어신호를 생성하여 상기 병렬하이브리드클러치에 입력하는 제어모듈;로 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치를 기술적 요지로 한다.

Description

병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치{Marine hybrid propulsion apparatus with parallel hybrid clutch}

본 발명은 연료엔진의 출력단을 기어박스의 입력단과 추진모터의 출력단에 일체로 연결하는 병렬하이브리드클러치가 구비되어 연료엔진의 추진력을 확실하게 단속 가능하게 됨으로써 선박을 연료추진모드와 전기추진모드와 발전모드 중 어느 하나의 모드로 용이하게 제어하여 운항할 수 있는 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치에 관한 것이다.

최근 들어 선박에도 환경을 보호하고 환경 오염을 줄이기 위해 고속으로 추진할 경우 연료엔진에서 발생하는 추진력을 이용하고 저속으로 추진할 경우 추진모터에서 발생하는 추진력을 이용하는 하이브리드 추진 시스템을 적용하고 있다.

이러한 선박용 하이브리드 추진 시스템은 연료를 사용하여 추진력을 발생시키는 연료엔진과, 전기에너지를 사용하여 추진력을 발생시키거나 연료엔진의 추진력을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 추진모터와, 추진모터에서 발생한 전기에너지를 저장하는 배터리팩과, 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단을 각각 프로펠러가 연결된 추진축에 연결하는 기어박스로 구성되어 있다.

즉, 저속 구간에서는 상대적으로 낮은 추진력으로 선박을 추진함에 따라 추진모터의 추진력이 기어박스를 통해 추진축에 전달되도록 추진모터를 구동시키는 전기추진모드로 선박을 운항할 수 있다.

이와 달리 고속 구간에서는 상대적으로 높은 추진력으로 선박을 추진함에 따라 연료엔진의 추진력이 기어박스를 통해 추진축에 전달되도록 연료엔진을 구동시키는 전기추진모드로 선박을 운항할 수 있다.

여기서 기어박스는 연료엔진 또는 추진모터로부터 입력되는 추진력을 감속 및 증속시켜 추진축에 전달하는 변속 기능을 담당할 뿐만 아니라 전기추진모드에서 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단을 기어박스의 입력단에 선택적으로 연결하는 연결 기능을 담당하고 있다.

즉, 기어박스를 단독으로 제어하여 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단을 기어박스의 입력단에 선택적으로 연결하거나 연료엔진 또는 추진모터의 추진력을 감속 및 증속시켜 추진축에 전달하기 위해서는 기어박스의 내부 구조를 매우 복잡하게 구성해야 할 뿐만 아니라 이를 제어하기 위한 제어 구조도 매우 복잡하게 구성해야 하는 문제점이 있다.

따라서 기어박스의 구조를 단순화할 수 있고 기어박스의 제어도 간편화할 수 있는 선박 하이브리드 추진 장치에 대한 개발이 절실하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1806254호, 2017.12.07.자 공고. 대한민국 등록특허공보 제10-2314973호, 2021.10.21.자 공고.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 기어박스의 구조를 단순화할 수 있고 기어박스의 제어도 간편화할 수 있도록 하기 위하여 선박의 추진 모드를 효율적으로 제어할 수 있는 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않고, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재들로부터 명확하게 이해될 수 있으면서 본 발명의 목적에 충분히 포함될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치는 연료에 의해 구동하여 추진력을 발생시키는 연료엔진; 전기에너지에 의해 구동하여 추진력을 발생시키거나 상기 연료엔진의 추진력에 의해 구동하여 전기에너지를 발생시키는 추진모터; 상기 연료엔진의 추진력 또는 상기 추진모터의 추진력을 미리 정해진 복수 개의 기어비에 따라 미리 정해진 감속 및 증속비율에 대응되게 감속 또는 증속시켜 출력하여 프로펠러가 일체로 설치된 추진축을 회전시키는 기어박스; 상기 연료엔진의 출력단과 상기 추진모터의 출력단과 상기 기어박스의 입력단을 연결하여, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기 연료엔진의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 기어박스의 입력단과 상기 추진모터의 출력단에 동시에 전달하거나, 상기 추진모터의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 기어박스의 입력단에 전달하거나, 상기 연료엔진의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 추진모터의 출력단에 전달하도록 작동하는 병렬하이브리드클러치; 및 사용자의 조작에 따른 입력신호에 대응되는 상기 제어신호를 생성하여 상기 병렬하이브리드클러치에 입력하는 제어모듈;로 구성될 수 있다.

상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치는 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단과 기어박스의 입력단을 연결하는 병렬하이브리드클러치와 함께 병렬하이브리드클러치의 동작을 제어하는 제어모듈이 구비되어 기어박스의 구조와 제어를 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 선박의 추진모드를 연료추진모드와 전기추진모드와 발전모드 중 어느 하나의 추진모드로 간편하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치를 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치가 연료추진모드를 구동하는 상태를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치가 전기추진모드를 구동하는 상태를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치가 발전모드를 구동하는 상태를 도시한 예시도이다.

본 발명은 연료엔진과 추진모터가 포함되어 선박을 연료엔진으로 추진시키는 연료추진모드로 운항하거나 추진모터로 추진시키는 전기추진모드로 운항할 수 있는 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치는 기어박스의 구조와 제어를 단순화하여 선박의 추진 모드를 용이하게 제어할 수 있도록 한 것이 큰 특징이다.

이러한 특징은 연료엔진의 출력단을 기어박스의 입력단과 추진모터의 출력단에 일체로 연결하는 병렬하이브리드클러치가 구비되어 연료엔진의 추진력을 확실하게 단속 가능하게 됨으로써 선박을 연료추진모드와 전기추진모드와 발전모드 중 어느 하나의 모드로 용이하게 제어하여 운항할 수 있는 구조에 의해 달성될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 연료엔진(100), 추진모터(200), 기어박스(300), 병렬하이브리드클러치(400), 플렉시블샤프트(500) 및 제어모듈(미도시)로 구성될 수 있다.

먼저, 상기 연료엔진(100)은 디젤유를 연료로 사용하여 구동하면서 추진력을 발생시킬 수 있다.

즉, 연료엔진(100)은 디젤유를 압축한 후 점화시켜 발생하는 폭발력으로 회전동력을 발생시킴으로써 출력단(110)을 이루는 출력축을 통해 회전동력인 추진력을 출력할 수 있다.

다음으로, 상기 추진모터(200)는 전기에너지를 사용하여 구동하면서 추진력을 발생시킬 수 있다.

이를 위해 추진모터(200)는 외부로부터 전기에너지가 입력되는 입력단(210)과, 입력단(210)을 통해 입력되는 전기에너지에 의해 구동하면서 회전동력인 추진력이 출력되는 출력축을 포함하는 출력단(220)이 포함될 수 있다.

그리고 추진모터(200)의 입력단(210)에는 전기에너지를 공급하는 배터리팩이 전기적으로 연결될 수 있다.

단, 추진모터(200)는 외부로부터 추진력이 출력단(220)을 통해 입력되면 발전기로 기능하게 되면서 전기에너지를 발생시켜 입력단(210)을 통해 배터리팩(미도시)에 저장할 수 있다.

다음으로, 상기 기어박스(300)는 연료엔진(100)과 추진모터(200)의 사이에 설치되어 연료엔진(100)의 추진력 또는 추진모터(200)의 추진력을 미리 정해진 복수 개의 기어비에 따라 미리 정해진 감속 및 증속비율에 대응되게 감속 또는 증속시켜 출력할 수 있다.

이를 위해 기어박스(300)는 연료엔진(100)의 추진력 또는 추진모터(200)의 추진력이 전달되는 입력축을 포함하는 입력단(310)과, 입력단(310)을 통해 입력된 추진력을 감속 또는 증속시키기 위한 기어유닛(미도시)과, 기어유닛을 통해 감속 또는 증속된 추진력을 외부로 출력하는 출력축을 포함하는 출력단(320)으로 구성될 수 있다.

이때 기어박스(300)의 출력단(320)에는 추진축(600)이 연결될 수 있고, 추진축(600)의 단부에는 프로펠러(700)가 설치될 수 있다.

즉, 기어박스(300)는 입력단(310)을 통해 전달되는 추진력을 감속 또는 증속시킨 후 출력단(320)으로 출력하여 추진축이 프로펠러와 함께 회전되도록 함으로써 선박을 추진시킬 수 있다.

다음으로, 상기 병렬하이브리드클러치(400)는 연료엔진(100)의 출력단(120)과 추진모터(200)의 출력단(220)과 기어박스(300)의 입력단(310)을 연결하여 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 선박 하이브리드 추진 장치(1000)가 연료추진모드와 전기추진모드와 발전모드 중 어느 하나의 구동모드로 구동되도록 추진력을 단속할 수 있다.

이를 위해 병렬하이브리드클러치(400)는 연료엔진(100)의 출력단(110)에 연결되는 제1입력축을 포함하는 제1입력단(410)과, 추진모터(200)의 출력단(210)에 연결되는 제2입력축을 포함하는 제2입력단(420)과, 기어박스(300)의 입력단(310)에 연결되는 출력축을 포함하는 출력단(430)과, 제1입력단(410)을 통해 입력되는 연료엔진(100)의 추진력을 단속하는 클러치(440)와, 제1입력단(410)과 제2입력단(420)을 연동되게 연결하는 제1기어유닛(미도시)과, 제1입력단(410)과 출력단(430)을 연동되게 연결하는 제2기어유닛(미도시)과, 제2입력단(420)과 출력단(430)을 연동되게 연결하는 제3기어유닛(미도시)으로 구성될 수 있다.

따라서 병렬하이브리드클러치(400)는 제어신호에 따라 클러치(440)와 제1기어유닛과 제2기어유닛과 제3기어유닛 중의 적어도 하나가 동작하여 기능하면서 선박 하이브리드 추진 장치(1000)가 연료추진모드와 전기추진모드와 발전모드 중 어느 하나의 구동모드로 구동되도록 추진력을 단속할 수 있다.

즉, 병렬하이브리드클러치(400)는 연료엔진(100)이 가동되는 상태에서 제1제어신호에 따라 도 2와 같이 제1기어유닛과 제2기어유닛이 각각 동작하여 연료엔진(100)의 출력단(110)에서 출력되는 추진력을 기어박스(300)의 입력단(310)과 추진모터(200)의 출력단(220)에 동시에 전달하는 연료추진모드로 선박 하이브리드 추진 장치(1000)를 구동시킬 수 있다.

그러면 연료엔진(100)의 추진력 일부가 기어박스(300)의 출력단을 통해 추진축으로 전달되면서 선박을 추진시킬 수 있고, 연료엔진(100)의 추진력 나머지 일부가 추진모터(200)로 전달되면서 상대적으로 적은 용량의 전기에너지를 배터리팩에 저장할 수 있다.

그리고 병렬하이브리드클러치(400)는 추진모터(200)가 가동되는 상태에서 제2제어신호에 따라 도 3과 같이 클러치(440)와 제3기어유닛이 각각 동작하여 추진모터(200)의 출력단(220)에서 출력되는 추진력을 기어박스(300)의 입력단(310)에 전달하는 전기추진모드로 선박 하이브리드 추진 장치(1000)를 구동시킬 수 있다.

그러면 추진모터(200)의 추진력이 기어박스(300)의 출력단을 통해 추진축으로 전달되면서 선박을 추진시킬 수 있다.

또한 병렬하이브리드클러치(400)는 연료엔진(100)이 가동되는 상태에서 제3제어신호에 따라 도 4와 같이 제1기어유닛이 동작하여 연료엔진(100)의 연료엔진(100)의 출력단(110)에서 출력되는 추진력을 추진모터(200)의 출력단(220)으로 전달하는 발전모드로 선박 하이브리드 추진 장치(1000)를 구동시킬 수 있다.

그러면 연료엔진(100)의 추진력 전부가 추진모터(200)의 출력단(210)으로 입력되면서 상대적으로 많은 용량의 전기에너지를 배터리팩에 저장할 수 있다.

다음으로, 상기 플렉시블샤프트(500)는 추진모터(200)의 출력단(220)과 병렬하이브리드클러치(400)의 제1입력단(410)을 일체로 연결하여 추진모터(200)의 추진력이 병렬하이브리드클러치(400)로 전달되도록 하거나 연료엔진(100)의 추진력이 추진모터(200)로 전달되도록 할 수 있다.

다음으로, 상기 제어모듈은 사용자의 조작에 따른 입력신호에 대응되는 제어신호를 생성하여 연료엔진(100)과 추진모터(200)와 병렬하이브리드클러치(400)의 작동을 제어할 수 있다.

즉, 제어모듈은 버튼과 레버와 다이얼 등으로 조합되어 사용자의 누름 조작과 회전 조작 등에 따라 다양한 입력신호를 생성하는 입력모듈로부터 각각의 입력신호를 입력받아 각각의 입력신호에 대응되는 제어신호를 생성하여 연료엔진(100)과 추진모터(200)와 병렬하이브리드클러치(400)의 작동을 제어할 수 있다.

따라서 사용자가 입력모듈을 조작하여 연료추진모드로 설정하면 제어모듈은 제1제어신호를 생성하여 선박 하이브리드 추진 장치(1000)가 연료추진모드로 구동할 수 있고, 사용자가 입력모듈을 조작하여 전기추진모드로 설정하면 선박 하이브리드 추진 장치(1000)가 전기추진모드로 구동할 수 있으며, 사용자가 입력모듈을 조작하여 발전모드로 설정하면 선박 하이브리드 추진 장치(1000)가 발전모드로 구동할 수 있다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

100: 연료엔진
110: 출력단
200: 추진모터
210: 입력단
220: 출력단
300: 기어박스
310: 입력단
320: 출력단
400: 병렬하이브리드클러치
410: 제1입력단
420: 제2입력단
430: 출력단
440: 클러치
500: 플렉시블샤프트
600: 추진축
700: 프로펠러
1000: 선박 하이브리드 추진 장치

Claims (6)

1. 연료에 의해 구동하여 추진력을 발생시키는 연료엔진;
   전기에너지에 의해 구동하여 추진력을 발생시키거나 상기 연료엔진의 추진력에 의해 구동하여 전기에너지를 발생시키는 추진모터;
   상기 연료엔진의 추진력 또는 상기 추진모터의 추진력을 미리 정해진 복수 개의 기어비에 따라 미리 정해진 감속 및 증속비율에 대응되게 감속 또는 증속시켜 출력하여 프로펠러가 일체로 설치된 추진축을 회전시키는 기어박스;
   상기 연료엔진의 출력단과 상기 추진모터의 출력단과 상기 기어박스의 입력단을 연결하여, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기 연료엔진의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 기어박스의 입력단과 상기 추진모터의 출력단에 동시에 전달하거나, 상기 추진모터의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 기어박스의 입력단에 전달하거나, 상기 연료엔진의 출력단을 통해 입력되는 추진력을 상기 추진모터의 출력단에 전달하도록, 상기 연료엔진의 출력단과 연결되는 제1입력축이 포함되는 제1입력단과, 상기 추진모터의 출력단과 연결되는 제2입력축이 포함되는 제2입력단과, 상기 기어박스의 입력단에 연결되는 출력축이 포함되는 출력단과, 상기 제1입력단을 통해 입력되는 상기 연료엔진의 추진력을 단속하는 클러치와, 상기 제1입력단과 상기 제2입력단을 연동되게 연결하는 제1기어유닛과, 상기 제1입력단과 상기 출력단을 연동되게 연결하는 제2기어유닛과, 상기 제2입력단과 상기 출력단을 연동되게 연결하는 제3기어유닛으로 구성되는 병렬하이브리드클러치;
   상기 추진모터의 출력단과 상기 병렬하이브리드클러치의 제2입력단을 플렉시블하게 연결하는 플렉시블샤프트; 및
   사용자의 조작에 따른 입력신호에 대응되는 상기 제어신호를 상기 병렬하이브리드클러치에 입력하여 상기 클러치와 상기 제1기어유닛과 상기 제2기어유닛과 상기 제3기어유닛 중의 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 제어모듈;로 구성되고,
   상기 제어모듈은
   상기 제어신호가 제1제어신호일 때 상기 제1기어유닛과 상기 제2기어유닛이 각각 동작하는 제1기어조합이 되도록 제어함으로써 상기 연료엔진의 추진력이 상기 추진축과 상기 추진모터에 전달되어 상기 추진축이 상기 추진력에 의해 회전되고 상기 추진모터가 전기에너지를 발생시키는 연료추진모드로 선박이 운항되고,
   상기 제어신호가 제2제어신호일 때 상기 클러치와 상기 제3기어유닛이 각각 동작하는 제2기어조합이 되도록 제어함으로써 상기 추진모터의 추진력이 상기 추진축에 전달되어 상기 추진축이 상기 추진력에 의해 회전되는 전기추진모드로 선박이 운항되며,
   상기 제어신호가 제3제어신호일 때 상기 제1기어유닛이 동작하는 제3기어조합이 되도록 제어함으로써 상기 추진모터의 추진력이 상기 추진모터에 전달되어 상기 추진모터가 전기에너지를 발생시키는 발전모드로 선박이 운항되는 것을 특징으로 하는 병렬하이브리드클러치가 적용된 선박 하이브리드 추진 장치.
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