KR20110087520A

KR20110087520A - 하이브리드 윈치

Info

Publication number: KR20110087520A
Application number: KR1020100006975A
Authority: KR
Inventors: 오성국
Original assignee: 오성국
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-03

Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 윈치(1000)는 프레임(80)을 가지며 상기 프레임(80)에 동력전달케이스(80)가 설치된다. 상기 동력전달케이스(80)의 일면에는 드럼(D)이 설치되고 그 반대면에는 전기모터(M1)와 에어모터(A1)가 설치된다. 상기 동력전달케이스(60)의 내부에는 상기 드럼과 연결된 회전체(141)(142)가 설치되고, 상기 각각의 모터(M1)(A1)와 연결된 동력출력축(81)(82)과 상기 회전체(142)는 동력전달수단(61)(62)(160)에 의하여 연결된다. 상기 에어모터로(A1)의 공기공급량은 제어밸브(41)(42)에 의하여 조절되는데, 먼저 상기 전기모터(M1)를 기동하고, 이후 상기 제어밸브(41)(42)를 조절하여 상기 에어모터(A1)를 다단으로 기동한다.

Description

하이브리드 윈치{Hybrid winch}

본 발명은 하이브리드 윈치에 관한 것으로서 더욱 상세히는 전기모터와 에어모터를 상호간에 보완적으로 결합하여 낮은 전력소모와 작은 무게와 부피로 고견인력을 달성할 수 있는 하이브리드 윈치에 관한 것이다.

선박 제조시 케이블을 포설하기 위하여 윈치를 사용하게 되는데, 일반 LNG 선박의 경우 포설되는 케이블의 길이는 100,000m에 이르며 해양구조물의 경우는 1,500,000m에 이르기도 한다. 이와 같이 케이블의 길이가 증대함에 따라 케이블의 하중도 크게 증대되며, 이에 따라 고 견인력의 윈치가 필요하게 된다.

통상적인 윈치는 전기모터를 사용하고 있는데 이러한 고견인력을 만족시키기 위한 방안의 하나는 모터의 용량을 증가시킨 고용량의 모터를 사용하는 것이다. 그러나 이러한 경우 윈치의 무게와 부피는 기하급수적으로 증가하는 문제가 있다. 통상적으로 모터의 용량을 2배 증가시킬 경우 그 무게와 부피는 4배가 증가하며, 윈치의 무게와 부피는 4배 이상으로 증가하게 된다. 이것은 모터의 무게 증가에 따라, 케이블을 끌 때 드럼과 모터사이의 모멘트발생을 방지하기 위하여 프레임의 무게 등을 증가시켜야 하기 때문이다.

한편으로 이러한 전기모터의 전력은 선박내의 발전기에서 생성된 것을 이용하게 되는데 모터의 용량의 증가에 따라 그 사용량이 한계를 가질 수 있어 고용량의 모터의 사용은 어려울 수 있으며, 또한 고용량의 모터를 사용하기 위해서는 별도의 전원공급판넬을 제작하여야 하는 번거로움이 발생한다. 이와 같은 여러 가지 문제로 인하여 고용량의 모터를 사용하는 것은 현실적인 대안이 되지 못한다.

한편으로 에어모터를 구동원으로 사용하는 공압식 윈치의 경우, 회전속도의 증가는 급속히 이루어지지만 부하가 걸리면 출력이 급격히 감소하여 속도와 부하의 조절이 원활하지 않아 현실적으로 사용하기 어려운 난점이 있다.

결국, 윈치와 관련되어 낮은 전력소모와 작은 무게와 부피로 고견인력을 달성할 필요가 있는데 종래의 방식으로는 이를 달성하기 어려운 것이다. 본 발명은 전기모터와 에어모터를 결합하여 이를 달성한다.

본 발명의 목적은 전기모터와 에어모터를 결합하여 낮은 전력소모와 작은 무게와 부피로 고견인력을 달성할 수 있는 하이브리드 윈치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적에 따라 본 발명은 프레임과; 상기 프레임에 설치되는 동력전달케이스와; 상기 동력전달케이스의 일면에 설치된 드럼과; 상기 동력전달케이스의 내부에 설치되는 것으로서 상기 드럼과 연결된 회전체와; 상기 동력전달케이스의 상기 드럼 설치면의 반대 면에 설치되는 전기모터와 에어모터와; 상기 동력전달케이스의 내부에 설치되는 것으로서 상기 각각의 모터와 연결된 동력출력축과 상기 회전체를 연결하는 동력전달수단과; 상기 에어모터로의 공기공급량을 조절하는 제어밸브를 포함하여 이루어지고; 이때 상기 전기모터와 에어모터의 제어는 먼저 상기 전기모터를 기동하고, 이후 상기 제어밸브를 조절하여 상기 에어모터를 기동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 윈치를 제공한다.

본 발명에 따를 경우, 상기 제어밸브는 다단으로 조작되는 밸브인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어밸브는 솔레노이드밸브를 이용하고 있다.

본 발명에 따를 경우, 상기 전기모터에는 상기 에어모터의 공기유출구와 연결된 냉각파이프가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따를 경우, 상기 에어모터와 전기모터는 상기 회전체를 중심으로 좌우 또는 상하로 배치되며, 이때, 이들은 동일수평선 또는 동일수직선 상에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따를 경우, 우선 전기모터의 출력에 더하여 에어모터의 출력이 합산되어 드럼을 회전시킴으로써 큰 견인력을 낼 수 있다. 이 경우, 우선 전기모터가 기동되고 다음 에어모터가 기동되도록 하여 에어모터의 회전이 전기모터의 회전을 따르도록 하여 부하가 걸리면 출력이 급격히 감소하는 에어모터의 단점이 발생하지 않도록 한다. 이에 따라 이에 따라 윈치의 출력이 안정적으로 증가된다. 또한 이 경우 에어모터의 회전수를 다단으로 조절할 수 있도록 하여 회전수가 급격히 증가하여 속도편차가 급격히 발생하는 것을 방지하도록 한다. 이에 따라. 전기모터가 에어모터와의 속도편차에 따라 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 에어모터와 전기모터를 드럼과 연결된 회전체를 중심으로 상호간에 수평선 또는 수직선을 따라 배치함으로써 드럼이 회전하여 케이블을 견인할 때 드럼과 이들 모터사이에서 모멘트가 발생하지 않도록 한다.

이와 같이 전기모터에 더하여 에어모터를 사용하여 낮은 전력을 사용하며, 그 배치가 모멘트를 발생시키지 않도록 함으로써 무게와 부피를 줄일 수 있고, 또한 전기모터의 회전속도증가에 맞추어 에어모터의 회전속도가 증가하여 안정적으로 출력을 증가시킬 수 있게 된다. 즉 낮은 전력소모와 작은 무게와 부피로 고견인력을 달성할 수 있게 되는 것이다.

또한 에어모터로부터 배출되는 공기를 전기모터의 냉각에 이용하여 전기모터가 부하열로 인하여 내구성이 떨어지는 문제를 해결할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 하이브리드 윈치의 외관사시도;
도 2는 상기 하이브리드 윈치의 동력전달케이스를 분해한 분해사시도;
도 3은 상기 하이브리드 윈치의 내부구조를 보이는 단면도;
도 4는 및 도 5는 상기 하이브리드 윈치의 전기모터와 에어모터의 배치구조를 보이는 도면;
도 6은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 하이브리드 윈치의 구조를 보이는 단면도;
도 7은 상기 하이브리드 윈치의 전기모터와 에어모터의 배치구조를 보이는 도면.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 하이브리드 윈치(1000)의 외관을 보인다.

도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 윈치(1000)는 프레임(80)을 가지며 그 상부에 동력전달케이스(60)가 설치된다.

상기 동력전달케이스(60)의 일면에는 드럼(D)이 설치되고, 상기 드럼(D)으로 로프(rope)의 인입을 가이드(guide)하는 로프인입가이드부재(10)가 설치되어 있다.

상기 동력전달케이스(60)에서 상기 드럼(D)이 설치된 면의 반대 면에는 전기모터(M1)와 에어모터(공압모터)(A1)가 설치되고 있다.

또한 두 개의 제어밸브유니트(41)(42)가 설치되고 있는데, 이들은 상기 에어모터(A1)로 공급되는 공기의 양을 조절하기 위한 것이다. 즉 제어밸브유니트(41)가 개방되면 컴프러세(미도시)로부터 공기가 공급되어 에어모터(A1)가 기동되며, 이후, 제어밸브유니트(42)를 개방하면 공기의 공급량이 증가하여 에어모터(A1)의 회전속도가 증대된다.

본 실시에에서 상기 제어밸브유니트(41)(42)는 각각 솔레노이드밸브를 열고 닫는 것으로서 컴프레서로부터 공급되는 공기의 양을 2단으로 조절한다.

또한 본 실시예에 따를 경우 상기 전기모터(M1)는 그 외면을 둘러 냉각파이프(88)가 설치되고 이것은 에어모터(A1)의 공기유출구(58)와 연결된다. 이에 따라서, 후술하듯이, 에어모터(A1)의 작동에 따라 전기모터(M1)를 냉각하여, 전기모터(M1)의 고속회전에 따른 부하열에 때문에 전기모터(M1)가 열화되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 2는 상기 하이브리드 윈치(1000)에서 동력전달케이스(60)의 커버(67)를 분리하여 도시한 분해사시도이다.

도 2를 참고로, 상기 동력전달케이스(60)의 내부에서 상기 드럼(D)은 제1회전체(141)와 결합되어 있으며 상기 제1회전체(141)는 그 주위에 기어(160)가 장착된 제2회전체(142)와 결합된다. 상기 회전체(142)는 상기 동력전달케이스(60)의 내부에서 돌출된 축(110)의 주위에 결합된다.

또한, 상기 모터(M1)(A1)는 각각 그 출력축(81)(82)이 상기 동력전달케이스(60)의 내부에서 돌출되며, 각각의 출력축(81)(82)에는 모터동력출력기어(61)(62)가 장착되어 있다.

이들 모터동력출력기어(61)(62)는 각각 상기 회전체(142)에 설치된 기어(160)와 각각 결합된다.

도 3은 상기 하이브리드 윈치(1000)의 단면도로서 도 3의 (a)는 평면 단면도이고 (b)는 측면단면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 동력전달케이스(60)의 내부에서 돌출된 출력축(81)(82)에 장착된 각각의 모터동력출력기어(61)(62)는 상기 드럼(D)과 결합된 제1회전체(141)를 통하여 결합된 제2회전체(142)에 장착된 드럼회전체기어(160)와 결합되고 있다.

이에 따라 상기 모터(M1)(A1)가 작동하면 상기 회전체(142)가 회전하며 이에 따라 이와 결합된 상기 드럼(D)이 회전하게 되는 것이다.

상기 에어모터(A1)의 공기유출구(58)에는 냉각파이프(88)가 연결되며, 이러한 냉각파이프(88)는 전기모터(M1)의 주위를 둘러 설치되고 있다. 이에 따라 에어모터(A1)가 작동하면 작동공압은 에어모터(A1)를 작동시킨 후 상기 전기모터(M1)의 주위를 둘러 설치된 냉각파이프(88)를 통과하면서 상기 전기모터(M1)를 냉각하고 배출된다.

도 4와 도 5는 전술한 하이브리드 윈치(1000)에서 전기모터(M1)와 에어모터(A1) 및 회전체(142)의 배치관계를 보인다, 도 4는 상기 동력전달케이스(60)의 내부를 절개하여 전면(前面)에서 바라본 것이며, 도 5는 후면(後面)에서 상기 회전체(142)와 모터(M1)(A1)의 배치관계를 보인다.

도 4를 참고로, 상기 동력전달케이스(60)의 내부에서 상기 회전체(142)에 상기 드럼회전체 기어(160)가 장착되며, 상기 회전체(142)를 중심으로 동일 수평선(H1)상에 모터동력출력축(81)(82)이 배치되고 각각의 모터동력출력축(81)(82)에 모터동력출력기어(61)(62)가 장착되어 있다. 이들 드럼회전체기어(160)와 각각의 모터동력출력기어(61)(62)는 상호간에 맞물려 있다.

또한, 도 5를 참고로, 상기 모터(M1)(A1)는 상기 회전체(142)를 중심으로 동일 수평선(H1)상에 배치되고 있다. 이에 따라, 상기 윈치(1000)는 상기 모터(M1)(A1)간의 관계로 인하여 모멘트가 발생하는 일은 없게 된다.

또한 만일 상기 모터(M1)(A1)를 상기 회전체(142)를 중심으로 동일 수직선(V)상에 존재시킬 경우도 이들 모터(M1)(A1)간의 관계로 인하여 모멘트가 발생하는 일은 없게 된다. 따라서 본 고안에 따를 경우 모터(M1)(A1)는 상기 회전체(142)를 중심으로 동일 수직선(V)상에 존재시킬 수도 있다.

이에 따라, 드럼(D)이 회전하여 케이블을 견인할 때 드럼(D)과 이들 모터(M1)(A1)사이에서 모멘트가 발생하지 않도록 한다.

도 6과 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 윈치(2000)를 보인다.

도 6을 참고로, 본 실시예의 경우, 상기 동력전달케이스(60)의 내부에서 회전체(140)가 상기 드럼(D)과 결합되며 상기 회전체(140)의 주위에는 스프라켓(161)(162)이 각각 설치되어 상기 전기모터(M1)와 에어모터(A1)의 출력축(81)(82)에 설치된 스프라켓(610)(620)과 체인으로 연결되어 동력을 전달한다.

또한 상기 에어모터(A1)의 출력축(82)에 일방향 클러치(300)를 설치하여 상기 전기모터와 에어모터사이의 속도편파에 따라 부하가 걸리는 것을 방지하도록 하고 있다.

또한 이 경우도, 도 7을 참고로, 상기 전기모터(M1)와 에어모터(A1)는 회전체(140)를 중심으로 동일 수평선(H1)상에 배치되고 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 윈치(1000)(2000)의 작동을 설명하기로 한다.

본 발명에 따를 경우 우선 전기모터(M1)를 먼저 기동시킨다. 전기모터(M1)의 회전에 따라 일정 수준이상의 출력이 확보되면 다음으로 제어밸브유니트(41)를 작동시켜 에어모터(A1)를 기동시킨다. 이에 따라, 부하가 걸리면 그 출력이 급격히 떨어지는 에어모터의 단점이 발생하지 않으면서 전기모터와 에어모터가 합력으로서 그 출력을 증가시키게 된다.

또한 상기 제어밸브(41)(42)는 이단으로 구성되어 에어모터가 제어밸브유니트(41)의 조정으로 일정 속도에 오른 후 다시 제어밸브유니트(42)를 조정하여 에어모터의 회전속도를 올리도록 한다. 이것은 회전속도가 급격히 증가하는 에어모터(A1)의 성능 특성상, 전기모터의 회전속도와 에어모터의 회전속도가 급격히 벌어지는 것을 막아 속도편차에 따라 부하가 걸리는 것을 방지하기 위함이다.

이와 같이 본 발명에 따를 경우, 전기모터(M1)를 주로 하여 에어모터(A1)가 보조적으로 작동하여 상기 드럼(D)을 회전시켜 안정적으로 견인력을 증강시키도록 하고 있다.

이와 같이 전기모터에 더하여 에어모터를 사용하여 낮은 전력을 사용하며, 그 배치가 모멘트를 발생시키지 않도록 함으로써 무게와 부피를 줄일 수 있고, 또한 전기모터의 회전속도증가에 맞추어 에어모터의 회전속도가 증가하여 안정적으로 출력을 증대시킬 수 있게 된다. 즉 낮은 전력소모와 작은 무게와 부피로 고견인력을 달성할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서 상기 제어밸브유니트(41)(42)는 수동으로 조작하게 되어있지만 상기 전기모터(M1)의 회전속도를 감지하여 회전속도에 따라 다단으로 공기공급량이 결정되도록 제어밸브유니트(41)(42)를 순차적으로 열도록 제어부를 구성할 수도 있을 것이다.

이로서 본 고안의 목적이 달성되었음을 이해할 수 있을 것이다.

본 고안은 실시예를 중심으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 본 고안의 사상에 따라 그 권리범위는 다음의 청구범위에 의한다.

1000, 2000: 하이브리드 윈치
M1: 전기모터
A1: 에어모터
41, 42: 제어밸브유니트
88: 냉각파이프
D: 드럼
80: 프레임

Claims

(a) 프레임과;
(b) 상기 프레임에 설치되는 동력전달케이스와;
(c) 상기 동력전달케이스의 일면에 설치된 드럼과;
(d) 상기 동력전달케이스의 내부에 설치되는 것으로서 상기 드럼과 연결된 회전체와;
(e) 상기 동력전달케이스의 상기 드럼 설치면의 반대 면에 설치되는 전기모터와 에어모터와;
(f) 상기 동력전달케이스의 내부에 설치되는 것으로서 상기 각각의 모터와 연결된 동력출력축과 상기 회전체를 연결하는 동력전달수단과;
(g) 상기 에어모터로의 공기공급량을 조절하는 제어밸브를 포함하여 이루어지고; 이때 상기 전기모터와 에어모터의 제어는 먼저 상기 전기모터를 기동하고, 이후 상기 제어밸브를 조절하여 상기 에어모터를 기동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 윈치.
제1항에 있어서,
상기 제어밸브는 다단으로 조작되는 밸브인 것을 특징으로 하는 하이브리드 윈치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어밸브는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 하이브리드 윈치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전기모터에는 상기 에어모터의 공기유출구와 연결된 냉각파이프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 윈치.
제4에 있어서,
상기 에어모터와 전기모터는 상기 회전체를 중심으로 좌우 또는 상하로 배치되며, 이때, 이들은 동일수평선 또는 동일수직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 윈치.