KR20110128178A - 하이브리드 선박용 동력전달 시스템 - Google Patents

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딘 제이. 브레이틀
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트윈 디스크, 인코포레이티드
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Abstract

보트에 동력 공급을 하고 그를 구동시키기 위한 복수의 원동기 중의 하나를 선택적으로 사용하는 것을 용이하게 해주는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템이 제공된다. 복수의 원동기는 내연 기관 및 그 자체가 모터/발전기 어셈블리의 일부일 수 있는 전기 모터를 포함할 수 있다. 시스템은 동력 수용 어셈블리를 더 포함하며, 이 동력 수용 어셈블리는 원동기로부터 동력을 변속기에 선택적으로 보내기 위한 능동 또는 수동 클러치 장치를 가질 수 있다. 상기 시스템은, 예컨대 제 1 원동기와 변속기가 점유하는 공간의 양과 비교할 때 제 2 원동기가 보트의 엔진 격실내에서 상대적으로 작은 공간을 점유하도록 구성된다. 제 2 원동기는 엔진 격실내에서 상대적으로 작은 공간을 점유하므로, 시스템은 기존의 선박용 동력전달 시스템에 손쉽게 개장될 수 있다.

Description

하이브리드 선박용 동력전달 시스템{HYBRID MARINE POWER TRAIN SYSTEM}
본 출원은 35 U.S.C §119(e) 에 근거하여 2009년 2월 12일에 출원된 미국 가 특허 출원 번호 제 61/152,061 호에 대한 우선권을 주장하는 바이며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 확실하게 관련되어 있다.
본 발명은 선박용 동력전달 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 보트를 구동시키기 위해 내연 기관 또는 전기 모터를 이용할 수 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템에 관한 것이다.
많은 환경적인 관심에 비추어 볼 때, 내연 기관에만 의존하는 대신에 적어도 때때로는 전기 모터로 동력 공급을 받을 수 있는 하이브리드 차량에 대한 인기가 증가하고 있다. 현재까지 이러한 경향의 가장 일반적인 상업화된 예는 자동차 산업에서 찾아 볼 수 있다.
하이브리드 구동 기술을 선박 산업에 접목하려는 몇몇 노력이 있어 왔다. 현재까지, 가장 일반적인 예는 가장 큰 선박에서만 실행되고 있다. 예컨대, 다양한 해군 선박들은 발전기를 구동하는 가스터빈 엔진을 장착하고 있어, 이러한 선박은 직접 가스 터빈 엔진 자체로부터 동력 공급을 받는 것이 아니라 발전기에서 주어지는 전력만으로 동력 공급을 받게 된다. 다른 예로서, 대형 바지선 및 유람선과 같은 다양한 다른 선박은 디젤-전기 시스템을 장착하고 있다. 디젤-전기 시스템은 발전기를 구동하는 디젤 엔진을 사용하는데, 따라서 바지선이나 선박은 직접 디젤 엔진 자체로부터 동력 공급을 받는 것이 아니라, 발전기에서 주어지는 전력만으로 동력 공급을 받게 된다.
일반적으로 선박용 하이브리드 시스템, 가스 터빈-전기 및 디젤-전기 시스템은 추진을 위해 전력에만 의존하기 때문에, 추진과 선박의 전기 부속물 및 다른 필요를 위해 사용되는 전력을 연속적으로 생성하기 위해 발전기 및/또는 모터는 비교적 크게 되어 있다. 이러한 가스터빈-전기 및 디젤-전기 시스템의 크기는 실용적인 방식으로 대부분의 선박이나 보트에 장착되기에는 너무 크다.
그럼에도, 많은 보트, 특히 큰 놀이 보트나 다른 보트는 오랫동안 작동될 수 있다. 예컨대, 정박지 또는 다른 계선 위치에 또는 그 근처에 있을 때, 보트는 비교적 짧은 거리를 이동함에도 불구하고 종종 한번에 수 시간 동안 작동된다. 다른 예로, 수로중에서 항적이 없는 부분을 항해할 때, 엔진에서 발생된 동력의 일부만이 무항적 속도에서 보트를 적절히 추진시키는데 필요하더라도 보트 엔진은 아이들 위치에서 또는 그 근처에서 오랫 동안 작동될 수 있다. 이들 및 다양한 상황으로 인해, 내연 기관에 의한 연료 소비가 더 많게 될 수 있고 또한 그렇지 않으면 필요할 수 있는 그러한 내연 기관으로부터의 배출 물질이 더 많게 될 수 있다.
또한, 다양한 사법권하에서, 보트와 다른 배에 대해 반 아이들링 규정과 규제가 제안되어 실시되고 있음에 주목해야 한다. 일부 사법권은 수로의 어떤 부분에 대해서는 내연 기관의 사용을 금지하거나 내연 기관에 대한 최대 정격 동력을 정하는 규정과 규제를 제안하여 실행하고 있다.
종래의 시스템은 내연 기관으로부터 동력 공급을 받는 보트에 의한 연료 과소비와 그러한 보트로부터의 배출 물질의 문제에 대한 해결 방안을 제시하지 못 하고 있다.
따라서,대형 바지선이나 유람선 보다 작은 보트에 장착될 수 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템에 대한 필요가 있다. 또한, 내연 기관 또는 필요하다면 전기 모터로 보트를 추진시킬지를 사용자가 선택할 수 있게 해주는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템을 제공하는 것이 또한 유익할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 필요한 경우 전기 모터를 사용해서 보트를 오랫동안 추진시킬 수 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 종래의 내연 기관의 동력전달 시스템만 수용하는 일반적인 엔진 격실 보다 크지 않거나 그와 실질적으로 같은 크기를 갖는 엔진 격실에 설치될 수 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 보트에 동력 공급을 하고 그를 구동시키기 위한 복수의 원동기 중의 하나를 선택적으로 사용하는 것을 용이하게 해주는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템을 제공한다. 복수의 원동기는 내연 기관과 전기 모터를 포함할 수 있으며, 이 모터는 그 자체가 모터/발전기 어셈블리의 일부일 수 있다. 상기 시스템은 동력 수용 어셈블리를 더 포함하며, 이 동력 수용 어셈블리는 원동기로부터 동력을 변속기에 선택적으로 보내기 위한 능동 또는 수동 클러치 장치를 가질 수 있다. 상기 시스템은, 예컨대 제 1 원동기와 변속기가 점유하는 공간의 양과 비교할 때 제 2 원동기가 보트의 엔진 격실내에서 상대적으로 작은 공간을 점유하도록 구성된다. 제 2 원동기는 엔진 격실내에서 상대적으로 작은 공간을 점유하므로, 시스템은 기존의 선박용 동력전달 시스템에 손쉽게 개장될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템은 제 1 원동기와 변속기를 포함하며, 이 변속기는 입력축 및 변속기 입력축을 제 1 원동기에 작동가능하게 연결하는 오버러닝 클러치를 갖는다. 이 오버러닝 클러치는 회전가능한 제 1 및 제 2 부분을 포함한다. 제 2 원동기가 변속기의 입력축을 선택적으로 구동시키도록 되어 있으며, 따라서 제 2 원동기가 변속기 입력축을 구동시킬 때, 오버러닝 클러치의 제 1 부분은 그의 제 2 부분 보다 빨리 회전하게 된다.
본 발명의 다른 목적에서, 하이브리드 동력전달 시스템은 동력 수용 축을 포함할 수 있는데, 이 축은 변속기 입력축에서 떨어져서 그에 작동가능하게 연결되어 제 2 원동기를 변속기 입력축에 연결한다.
또한, 제 2 원동기는 변속기 입력축에 직접 연결될 수도 있다. 또한, 제 2 원동기는 발전기를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 상기 하이브리드 선박용 동력전달 시스템은 변속기 안으로 동력을 받아 들이기 위한 변속기 입력축을 갖는 변속기를 포함한다. 이 실시 형태에 따른 하이브리드 동력전달 시스템은 동력을 프로펠러에 출력하기 위한 변속기 출력축을 더 포함한다. 조절가능한 클러치 어셈블리가 변속기 입력/출력축에 작동가능하게 연결되어 있어, 입력축으로부터 동력이 출력축에 가변적으로 전달될 수 있다. 제 1 원동기가 변속기 입력축에 선택적으로 연결된다. 원동기 입력축을 갖는 제 2 원동기가 변속기 입력축에 비선택적으로 연결되어 있어, 원동기 입력축과 변속기 입력축이 서로 조화를 이루어 회전하게 된다. 제 2 원동기로 인한 회전 속도가 제 1 원동기로 인한 회전 속도를 초과할 때 제 2 원동기가 변속기 입력축을 구동시켜 제 1 원동기를 오버런하기 위해 본 실시 형태에 따른 변속기 입력축은 제 1 원동기에 의해 제공되는 회전 속도 만큼 또는 그 보다 빨리 회전해야 된다. 대안적으로, 제 1 원동기로 인한 회전 속도가 제 2 원동기로 인한 회전 속도를 초과할 때 제 1 원동기가 변속기 입력축을 구동시키고 이에 따라 제 2 원동기의 원동기 입력축을 회전시키기 위해 제 1 입력축은 제 1 원동기에 의해 제공되는 회전 속도 만큼 또는 그 보다 빨리 회전해야 된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템은 보트가 움직일 수 있도록 그 보트에 동력 공급을 할 수 있는 출력축을 갖는 제 1, 2 원동기를 포함한다. 변속기가 제 1, 2 원동기의 출력축에 작동가능하게 연결된다. 변속기는 제 1 원동기나 제 2 원동기에 의해 구동될 수 있는 입력축을 포함한다. 변속기는 또한 변속기 입력축을 제 1 원동기에 연결하는 오버러닝 클러치를 포함한다. 이 오버러닝 클러치는 회전가능한 제 1, 2 부분을 포함한다. 회전가능한 제 1 부분은 변속기의 입력축과 조화를 이루어 회전하도록 되어 있고, 회전가능한 제 2 부분은 제 1 원동기의 출력축과 조화를 이루어 회전하도록 되어 있다. 오버러닝 클러치의 회전가능한 제 1 부분은 오버러닝 클러치의 회전가능한 제 2 부분 보다 빨리 회전할 수 있어, 제 2 원동기의 출력축이 제 1 원동기의 출력축 보다 빨리 회전할 때 변속기 입력축은 제 2 원동기에 의해 구동된다.
본 실시 형태에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템은 일차 클러치 축 어셈블리를 형성하는 변속기 입력축을 포함할 수 있다. 또한, 일차 클러치 축 어셈블리를 변속기의 출력축 어셈블리에 작동가능하게 연결하기 위한 조절가능한 클러치 어셈블리가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 다른 실시 형태에서, 변속기 안으로 동력을 받아 들이기 위한 입력축과 동력을 프로펠러에 출력하기 위한 출력축을 갖는 변속기가 제공된다. 이 변속기는 입력축으로부터 동력이 출력축에 가변적으로 전달될 수 있도록 변속기 입출력축을 작동가능하게 연결하는 조절가능한 클러치 어셈블리를 포함한다. 제 1, 2 원동기가 변속기 입력축에 동력을 선택적으로 제공하기 위해 제공된다. 제 1 원동기에서 시작되는 동력 전달 경로가 변속기 입력축을 통과하여 제 2 원동기와 변속기 출력축 각각으로 이어질 수 있다.
본 실시 형태에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템은 조절가능한 클러치 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 이 조절가능한 클러치 어셈블리는 일차 클러치 축 어셈블리를 변속기의 출력축 어셈블리에 작동가능하게 연결하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 하이브리드 선박용 동력전달 시스템은 제 1 원동기를 포함한다. 변속기에 동력을 전달하기 위한 입력축과 동력을 프로펠러에 전달하기 위한 출력축을 갖는 변속기가 제공된다. 마스터 클러치 어셈블리가 변속기 입력축과 제 1 원동기에 작동가능하게 연결된다. 제 2 원동기가 변속기 입력축에 작동가능하게 연결되어 그 축과 조화를 이루어 회전하게 된다. 본 실시 형태에서, 마스터 클러치 어셈블리가 결합되면, 제 1 원동기에서 시작하여 변속기 입력축을 통과해서 제 2 원동기와 변속기 출력축 모두로 이어지는 동력 전달 경로가 형성된다. 또한, 마스터 클러치 어셈블리가 결합 해제되면, 제 1 원동기에 동력을 전달하지 않고 제 2 원동기에서 시작하여 변속기 입력축을 통과해서 변속기 출력축으로 이어지는 동력 전달 경로가 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 마스터 클러치 어셈블리는 유압으로 작동되는 습식 클러치 어셈블리와 유압으로 작동되는 건식 클러치 어셈블리를 포함할 수 있다.
이들 및 본 발명의 다른 양태와 목적들은 다음의 설명과 첨부 도면을 함께 하면 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내는 다음의 설명은 예증으로 주어진 것이지 한정적인 것은 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 본 발명의 범위내에서 많은 변경과 수정이 있을 수 있으며, 본 발명은 이러한 수정도 포함하는 것이다.
본 발명의 바람직한 예시적인 실시 형태들이 첨부 도면에 도시되어 있으며, 유사한 참조 번호는 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타낸다.
도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템을 개략적으로 나타낸 것으로, 모터를 위한 복수의 장착 위치가 나타나 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템을 그림으로 개략적으로 나타낸 것으로, 변속기 하우징은 생략되어 있다.
도 3 은 도 2 에 나타나 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 일 변형예를 그림으로 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4 은 본 발명에 따른 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 횡단면도로, 변속기는 제 1 원동기로부터 동력을 입력한다.
도 5 는 도 4 에 나타나 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 횡단면도로, 변속기는 제 2 원동기로부터 동력을 입력한다.
도 6 는 도 4 에 나타나 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 일 변형예의 평면도로, 변속기는 제 1 원동기로부터 동력을 입력한다.
도 7 은 도 6 에 나타나 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 횡단면도로, 변속기는 제 1 원동기로부터 동력을 입력한다.
도 8 는 도 6 에 나타나 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 횡단면도로, 변속기는 제 2 원동기로부터 동력을 입력한다.
도 9 는 도 8 에 나타나 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템의 평면도로, 변속기는 제 2 원동기로부터 동력을 입력한다.
1. 시스템 개요
이제 도면을 참조하면, 특히 도 1 ∼ 3 을 참조하면, 보트에 설치되어 복수의 원동기들 중의 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있게 해주는 하이브리드 선박용 동력잔달 시스템 (1) 의 개략적인 단면도가 나타나 있다. 도 1 ∼ 3 에 나타나 있는 예시적인 원동기는 디젤 엔진 (2) 과 같은 내연 기관, 그리고 모터 (5) (들)와 같은 하나 이상의 전기 또는 유압 모터이다. 이 구성에서, 사용자는 엔진 (2) 으로 보트를 작동 및 그에 동력 공급을 하거나 추진시킬지 또는 엔진 (2) 의 사용이 실용적이지 않고 허용되지 않거나 또는 아니면 바람직하지 않을 때 모터 (5) 를 사용해서 보트에 전기적으로(또는 유압식으로) 동력 공급을 하고 그를 추진시킬지 선택할 수 있다.
도면에서 엔진 (2) 이 디젤 엔진으로 나타나 있지만, 엔진 (2) 은 불꽃 점화 및 압축 점화 엔진형 중 여러 가지의 것을 포함해서(이에 한정되지 않음) 다양한 적절한 내연 기관중의 어느 하나를 포함할 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 모터 (5) 는 다양한 적절한 전기 및/또는 유압 모터 중의 어느 하나를 포함하고 또한 대응하는 발전기 또는 발전기 세트, 배터리 또는 다른 전기 저장 장치 및 제어기 및 /또는 전기 모터의 구현을 위한 다른 부속물을 포함한다. 유압 모터의 구현을 위해, 모터 (5) 는 대응하는 유압 펌프, 제어기 및/또는 다른 부속품을 포함한다.
여전히 도 1 ∼ 3 을 참조하면, 동력 수용(power-take-in: PTI) 어셈블리 (20) 를 포함하는 선박용 변속기 (10) 는 각각의 원동기, 예컨대 엔진 (2) 및 모터 (5)(들) 각각에 작동가능하게 연결된다. PTI 어셈블리 (20) 를 경유하여, 동력은 시스템 (1) 의 바람직한 작동 특성에 따라, 하이브리드 선박용 동력전달 시스템 (1) 을 통과하는 다양한 상이한 동력 전달 경로를 통해 선택적으로 전달된다. 시스템 (1) 을 통과하는 상이한 동력 전달 경로는 그 시스템이 다양한 방식으로 기능할 수 있게 해준다. 시스템 (1) 은 보트를 추진시키기 위해 엔진 (2) 을 사용할 수 있고, 모터 (5) 를 선택적으로 구동시킬 수 있으며 전력 또는 유압 동력을 동시에 발생시킬 수 있다. 또는 시스템 (1) 은 엔진 (2) 이 운전 중이든 운전 중단되어 있든지 간에 보트를 추진시키기 위해 모터 (5) 를 이용할 수 있다. 나타나 있는 바와 같이 장착되어 있지만, PTI 어셈블리 및 원동기의 위치는 다양한 구성과 장착 위치로 배치될 수 있는데, 이들 중 일부를 아래에서 설명한다.
선박용 변속기 (10) 는 보통 클러치 축이라고 하는 변속기 입력축 (12) 및 이 변속기 입력축(12)으로부터 동력을 피니언 기어 (15) 에 선택적으로 전달하는 클러치 어셈블리 (14) 를 포함할 수 있다. 피니언 기어 (15) 는 변속기 출력축 (18) 에 장착되어 있는 출력 기어 (16) 를 구동하며, 상기 변속기 출력축은 보트를 추진시키기 위한 프로펠러 축이나 다른 최종 구동 요소를 회전시키게 된다. 바람직하게는, 클러치 어셈블리 (14) 는 그를 통해 전달되는 동력의 양을 조절 또는 변경하도록 되어 있다. 이러한 점은 예컨대 공동 소유의 미국 특허 제 6,443,286 및 미국 특허 제 6,666,312 호에 개시되어 있는 선박용 변속기에서 찾아 볼 수 있다. 상기 두 미국 특허는 그 전체가 본원에 참조로 관련되어 있으며, 이들 미국 특허의 선박용 변속기는 위스콘신주 라신에 소재하는 Twin Disc Inc. 에서 제조한 상품명 QuickShift® 및 모델 시리즈 "MGX" 로 구입 가능하다.
PTI 시스템 (20) 은 변속기 입력축, 즉 변속기의 클러치 축 (12) 과 상호 작용하는 PTI 클러치 장치 (22) 를 포함한다. PTI 시스템 (20) 은 모터 (5) 를 변속기 (10) 에 연결하는 커플링 축 어셈블리 (50) 를 더 포함한다. 일부 구현의 경우에서, 축 어셈블리 (50) 는 대체로 또는 전체적으로 모터의 출력축으로 형성될 수 있으며, 그렇게 되면 모터 (5) 는 변속기 입력축 (12) 의 일 단부에 직접 부착될 수 있으며, 여기서 일 단부는 엔진 (2) 과 모터 (5) 가 변속기 (10) 의 양측에 있는 실시 형태의 경우 엔진 (2) 의 반대측에 있는 단부를 말하는 것이다.
일부 실시 형태에서, 상기 커플링 축 어셈블리 (50) 는 일반적으로 변속기 입력축 (12) 에 평행하게 위치되는 별도의 다른 보조 축 (52) 을 포함한다. 이러한 구성에서는, 구동 기어 (55) 가 직접 또는 클러치 어셈블리 (14) 의 클러치 배스킷(basket) 또는 다른 요소를 통해 동력을 보조 축 (52) (예컨대, 제 4 축) 과 입력축 (12) 사이에 전달할 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 커플링 축 어셈블리 (50) 는 모터 (5) 를 변속기 입력축 (12) 대신에 변속기 출력축 (18) 에 연결하게 된다. 이는 단독으로 행해지거나 또는 선택적으로 변속기 입력축 (12) 에 연결되어 있는 다른 모터 (5) 와 함께 행해질 수 있다.
엔진 (2) 과 모터 (5) 중 어느 것이 변속기 (10) 에 동력을 전달하게 할 것인지를 선택하는 것은 PTI 클러치 장치 (22) 의 특별한 구성에 따라 능동식이나 수동식으로 수행될 수 있다. 다시 말해, PTI 클러치 장치 (22) 는 능동 클러치 장치 또는 수동 클러치 장치를 포함할 수 있다.
2. 수동 클러치의 구현
이제 도 1, 4 및 5 를 참조하면, PTI 클러치 장치 (22) 의 수동 클러치 구현예는 엔진 (2) 과 모터 (5) 각각으로부터 클러치 어셈블리 (22) 에 보내지는 토크와 회전 속도에 기초하여 엔진 (2) 과 모터 (5) 중 어느 하나로부터만 동력을 자동적으로 전달한다. 바람직하게는, PTI 클러치 장치의 수동 클러치 버젼은 플리휠링 또는 일방 장치, 예컨대 오버러닝 클러치 (30) 또는 베어링 어셈블리를 포함한다. 오버러닝 클러치 (30) 는 엔진 출력축의 회전 속도, 즉 엔진 크랭크축 (3) 의 회전 속도와 변속기 입력축 (12) 의 회전 속도 사이에 회전 속도차를 수동적으로 발생시킬 수 있다. 이는 오버러닝 클러치 (30) 를 엔진 크랭크축 (3) 과 변속기 입력축 (12) 사이에 제공함으로써 달성될 수 있다.
이제 도 2 를 참조하면, 오버러닝 클러치 (30) 는 외측 부분에 동심으로 수용되어 그에 의해 회전 구동되는 내측 부분을 포함한다. 이 내측 부분은 외측 부분에 의해 회전 구동되지만, 그 외측 부분 보다 더 빨리 자유롭게 회전될 수 있다. 그래서 내측 부분은 외측 부분에 대해 "프리휠(freewheel)" 또는 "오버런(overrun)"할 수 있다. 오버러닝 클러치의 외측 부분은 엔진 크랭크축 (3) 에 직접 또는 간접적으로 연결되어 그 크랭크축에 의해 구동된다. 오버러닝 클러치의 내측 부분은 변속기 입력축 (12) 에 연결되어 그와 조화를 이루어 회전한다.
이러한 구성에서, 변속기 입력축 (12) 은 적어도 엔진 크랭크축 (3) 만큼 빨리 회전해야 하는데, 물론 그 크랭크축 (3) 보다 빨리 회전할 수 있다. 이러면, 비교적 더 큰 회전 속도에서 변속기 입력축 (12) 을 회전시키기 위한 다른 입력(예컨대, 원동기로부터의 입력)이 없는 경우에 엔진 (2) 이 변속기 (10) 에 동력 공급을 하거나 또는 그를 구동시킬 수 있다. 또한, 오버러닝 클러치 (30) 의 내측 부분이 외측 부분을 오버런할 수 있으므로, 엔진 (2) 은 꺼질 수 있고, 그리 하여 그 엔진의 크랭크축 (3) 의 회전 속도가 제로 RPM 으로 되고 변속기 입력축 (12) 은 오버러닝 클러치 (30) 의 반대쪽에 있는 단부에서 모터 (5) 에 의해 회전될 수 있다. 다시 말해, 변속기 입력축 (12) 은 엔진 (2) 또는 모터 (5) 에 의해 어느쪽 단부에서도 구동될 수 있다.
이제 도 1, 6, 7, 8 및 9 를 참조하면, 다른 수동 클러치의 구현에 있어서, 오버러닝 클러치 (30) 는 여전히 엔진 크랭크축 (30) 과 변속기 입력축 (12) 사이의접속부에 제공되는데, 하지만 모터 (5) 는 다른 방식으로 동력을 변속기 (10) 에 전달하게 된다. 예컨대, 일부 실시 형태에서, 모터 (5) 는 동력을 변속기 입력축 (12) 의 일 단부에 직접 전달하지 않는다. 대신에, 모터 (5) 는 보조 축 (52) 을 회전시키게 되는데, 이 보조 축은 구동 기어 (55) 와 클러치 어셈블리 (14) 를 통해 동력을 전달하여 최종적으로는 변속기 입력축 (12) 에 전달하게 된다.
3. 능동 클러치의 구현
이제 모든 도면을 참조하면, 주어진 시간에 변속기 (10) 를 위한 구동력을 원동기, 즉 엔진 (2) 과 모터 (5) 중 어느 것이 제공하게 할지 변경하기 위해 PTI 클러치 장치 (22) 의 능동 클러치의 구현은 그의 구성요소를 편향시켜 능동적으로 전환 또는 작동될 수 있다. 이러한 능동 클러치의 구현은 오버러닝 클러치 (30) 대신에 마스터 클러치 어셈블리를 포함한다. 이 마스터 클러치 어셈블리는 바람직하게는 유압으로 작동되고 PTI 클러치 장치 (22) 의 요망되는 최종 용도에 따라 습식 클러치 또는 건식 클러치 구성을 포함할 수 있다.
능동 클러치 구현의 습식 클러치 버젼의 경우, PTI 클러치 장치 (22) 는 엔진 (2) 의 크랭크축 (3) 또는 플라이휠로 구동되는 클러치 배스킷을 갖는 마스터 클러치 어셈블리를 포함할 수 있다. 클러치 배스킷은 오일욕에 적어도 부분적으로 침지되는 복수의 클러치와 마찰 디스크가 교대로 배치되어 있는 클러치 팩 또는 스택을 내장한다. 마스터 클러치 어셈블리가 결합되면, 클러치 스택이 함께 축방향으로 압착되어 엔진 (2) 이 변속기 입력축 (12) 에 기계적으로 연결된다. 마스터 클러치 어셈블리가 결합 해제되면, 클러치와 마찰 디스크는 소로에 대해 미끄러지게 되며, 그리 하여 변속기 입력축 (12) 에서 엔진 (2) 이 연결 해제된다. 이리 하여, 다른 원동기, 예컨대 모터 (5) 가 변속기 (10) 를 구동시키거나 또는 그에 동력 공급을 할 수 있게 된다. 예컨대, 모터 (5) 는 PTI 클러치 장치 (22) 의 반대쪽에 있는 변속기 입력축 (12) 의 단부를 회전시킬 수 있으며, 또는 별도의 다른 보초 축 (52) 을 구동시킬 수 있다.
능동 클러치 구현의 건식 클러치 버젼의 경우에는, PTI 클러치 장치 (22) 는 습식 클러치 버젼과 관련하여 전술한 것과 동일할 수 있으며, 오일욕의 외부에서, 즉 건식 조건에서 작동하도록 되어 있는 클러치와 마찰 디스크를 포함할 뿐이다. 또는, PTI 클러치 장치 (22) 는 엔진 (2) 의 플라이휠이나 크랭크축 (3) 과 선택적으로 결합하는 하나의 압력판을 포함할 수 있다. 전술한 습식 클러치 구성과 유사하게, 건식 클러치 마스터 클러치 어셈블리가 결합하여 엔진 (2) 으로 변속기 (10) 에 동력 공급을 하게 되며, 또는 결합 해제되면 모터 (5) 로 변속기 (10) 에 동력 공급을 하게 된다.
변속기의 특정의 요망되는 최종 용도에 따라 또 다른 장치가 포함될 수 있다. 엔진 (2) 과 모터 (5) 는 다양한 방식으로 변속기 (10) 에 연결될 수 있다. 엔진 (2) 및 모터 (5) 가 변속기 (10) 의 어느 특정 구성요소와 직접 또는 간접적으로 접속하는지에 상관없이, 전체적인 하이브리드 선박용 동력전달 시스템 (1) 은 사용자가 주어진 시간에서 예컨대 프로프를 회전시키거나 또는 다른 추진 장치를 구동시켜 복수의 원동기 중의 어느 것이 보트에 원동력을 제공하게 할 것인지를 선택할 수 있게 해준다.
그럼에도, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 본 발명에 많은 변경과 수정을 가할 수 있다. 이러한 변경 중 일부의 범위는 위에서 논의한 바와 같다. 다른 변경의 범위는 첨부된 청구 범위에서 명백하게 될 것이다.

Claims (20)

  1. 하이브리드 선박용 동력전달 시스템에 사용되는 변속기로서,
    하우징;
    상기 하우징내에 적어도 부분적으로 장착되고 제 1 원동기로부터 동력을 받는 입력축;
    상기 히우징내에 적어도 부분적으로 장착되며 입력부와 출력부를 갖는 클러치 어셈블리로서, 이 클러치 어셈블리의 입력부는 상기 입력축에 연결되어 그로부터 동력을 받고, 클러치 어셈블리의 출력부는 클러치 어셈블리의 입력부로부터 동력을 선택적으로 받게 되는 상기 클러치 어셈블리;
    (ⅰ) 상기 클러치 어셈블리의 출력부와 (ⅱ) 제 2 원동기에 연결되어 그로부터 동력을 받는 주축; 및
    상기 주축에 작동가능하게 연결되며 상기 제 1 원동기와 제 2 원동기 중의 적어도 하나에서 나오는 동력을 선박의 프로펠러에 전달하는 출력축을 포함하는 변속기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력축을 제 1 원동기에 연결하는 오버러닝 클러치를 더 포함하는 변속기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 주축은 제 1 단부와 제 2 단부를 가지며, 주축의 제 1 단부는 클러치 어셈블리의 출력부에 연결되며 주축의 제 2 단부는 제 2 원동기에 연결되는 변속기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 입력축은 상기 하우징의 제 1 측벽을 통해 접근될 수 있고, 주축의 제 2 단부는 하우징의 제 2 반대편 측벽을 통해 접근될 수 있는 변속기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 원동기와 제 2 원동기는 회전축을 가지며, 제 1 원동기와 제 2 원동기의 회전축들은 서로 정렬되어 있는 변속기.
  6. 하이브리드 선박용 동력전달 시스템에 사용되는 변속기로서,
    하우징;
    상기 하우징내에 적어도 부분적으로 장착되고 제 1 원동기로부터 동력을 받는 제 1 입력축;
    상기 제 1 입력축에 평행하게 연장되어 있고 제 2 원동기로부터 동력을 받는 제 2 입력축;
    상기 하우징내에 적어도 부분적으로 장착되고 일력부와 출력부를 갖는 클러치 어셈블리로서, 클러치 어셈블리의 입력부는 (ⅰ) 제 1 입력축과 (ⅱ) 제 2 입력축에 연결되어 이들 축으로부터 동력을 받는 상기 클러치 어셈블리;
    상기 클러치 어셈블리의 출력부에 연결되어 그로부터 동력을 받는 주축; 및
    상기 주축에 작동가능하게 연결되고 상기 제 1 원동기와 제 2 원동기 중의 적어도 하나에서 나오는 동력을 선박의 프로펠러에 전달하는 출력축을 포함하는 변속기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 입력축을 제 1 원동기에 연결하는 오버러닝 클러치를 더 포함하는 변속기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 원동기는 클러치 어셈블리의 입력부의 클러치 배스킷을 구동시키는 변속기.
  9. 제 1 원동기, 변속기 및 제 2 원동기를 포함하는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템으로서,
    상기 변속기는
    입력축;
    회전가능한 제 1, 2 부분을 갖는 오버러닝 클러치로서, 이 오버러닝 클러치의 회전가능한 제 1 부분은 변속기의 상기 입력축에 연결되며 오버러닝 클러치의 회전가능한 제 2 부분은 상기 제 1 원동기의 출력축에 연결되는 상기 오버러닝 클러치;
    적어도 때때로 상기 입력축과 조화를 이루어 회전하도록 그 입력축에 연결되어 그에 의해 구동되는 주축; 및
    상기 주축에 연결되어 그에 의해 구동되는 출력축을 포함하며,
    상기 제 2 원동기는 상기 변속기의 주축에 작동가능하게 연결되어 이를 선택적으로 구동시키며,
    제 2 원동기가 변속기의 주축을 구동시킬 때, 상기 오버러닝 클러치의 제 1 부분은 그 오버러닝 클러치의 제 2 부분 보다 빠르게 회전하여, 변속기의 입력축이 제 1 원동기의 출력축 보다 빠르게 회전하게 되는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 2 원동기로부터 동력을 받는 제 2 입력축을 더 포함하며, 이 제 2 입력축은 변속기의 주축에 작동가능하게 연결되는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 원동기는 변속기의 주축에 직접 연결되는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 원동기는 전기 모터를 포함하는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 원동기는 발전기를 포함하는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 원동기의 출력축은 변속기의 제 2 입력축에 정렬 연결되어 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 원동기의 출력축은 제 1 원동기의 출력축 보다 빠르게 회전하며, 변속기의 주축은 제 2 원동기로 구동되는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 원동기는 내연 기관이며 출력축은 이 내연 기관의 크랭크축인 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서, 변속기의 입력축과 주축을 선택적으로 연결하는 클러치 어셈블리를 더 포함하는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 클러치 어셈블리는 연속적으로 조절가능한 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  19. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 원동기에서 시작되는 동력 전달 경로가 변속기 입력축을 통과하여 제 2 원동기와 변속기 출력축 각각으로 이어질 수 있는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.
  20. 하이브리드 선박용 동력전달 시스템으로서,
    제 1 원동기와 제 2 원동기를 포함하며,
    상기 제 1 원동기는 이 제 1 원동기와 변속기의 최외곽 측방 둘레 표면들이 선박의 엔진 격실내에서 전체적인 동력 전달 장치의 폭을 규정하도록 선박내 변속기에 연결되어 있으며, 전체적인 동력 전달 장치의 폭을 선박의 트랜섬(transom)을 향해 종방향으로 투영시킴으로써 선박의 엔진 격실의 동력 전달 장치 점유 공간이 정해지고,
    상기 제 2 원동기는 변속기에 부착되고 선박의 엔진 격실의 동력 전달 장치 점유 공간내에 수용되는 하이브리드 선박용 동력전달 시스템.

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