KR20210033238A - 조타기용 구동 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위 모듈에 유압 발생과 유압 제어가 동시에 구현되고, 조타 핸들의 동작에 따라 신속하게 유압을 제어하여 간단한 구조의 조타기를 구현할 수 있는 조타기용 구동 모듈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선박용 조타기를 구동하는 조타기용 구동 모듈에 있어서, 내부에 펌프가 배치되고 오일을 저장하는 저장부; 상기 저장부의 일면과 결합되어 상기 펌프에 의하여 가압된 오일을 배출하는 복수의 주 포터를 포함하는 밸브부; 및 상기 저장부가 결합된 면의 반대면에 결합되며, 상기 밸브부를 관통하여 상기 펌프를 가동하는 모터를 포함하는 구동부를 포함하며, 상기 펌프가 일방향으로 회전 가동 시 상기 복수의 포터 중 하나의 포터로 유압이 배출되고, 다른 하나의 포터로 유압이 귀환되며, 상기 펌프가 반대방향으로 회전 가동시 일방향 회전시 시 포터와 반대로 유압이 귀환 및 배출되는 것을 특징으로 한다.

Description

조타기용 구동 모듈{Driving module for steering gear}

본 발명은 조타기용 구동 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 선박 조타기용 구동 모듈에 관한 것이다.

일반적인 선박에는 선박의 진행 방향을 조정하기 위한 조타기가 설치되어 있다. 상기 조타기는 선박의 선미에 설치된 타의 회동각도를 조정하기 위한 구성으로, 다양한 방식으로 구동이 제어된다.

예를 들면 등록특허 제622237호에는 전기모터와 상기 전기모터에 연결되는 유압펌프와 상기 유압펌프와 유압실린더를 연결하는 고압 파이프와, 상기 유압실린더에 연결되어 방향을 조향하는 타와 연결하는 스톡으로 구성된 선박용 조타기에 있어서, 상기 조타기 장치와 일체형인 일체형 받침대와, 일측이 스톡의 일측에 연결되고, 타측은 상기 일체형 받침대에 연결되는 1 유압실린더와, 일측이 스톡의 다른 일측에 연결되고, 타측은 상기 일체형 받침대에 연결되는 2 유압실린더와, 상기 제1,2 유압실린더의 양 끝단의 상기 스톡과의 연결부위와 상기 일체형 받침대의 내부에 설치한 자동 조심 베어링으로 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 조타기가 개시되어 있다.

이러한 형태의 유압식 조타기의 유압 에너지의 공급은, 엔진에 벨트 형태 등으로 체결된 유압 펌프를 통해서 수행된다.

그리고 상기 유압식 조타기를 제어하는 방식은, 선박의 엔진으로 이용되는 인덕션 모터의 구동력을 이용하여 오일 펌프를 구동하고, 이를 통해서 밸브 방향을 결정하여 조타 실린더를 구동하였다.

상기 조타 실린더에 공급된 유압은 조타 핸들에 장착되고 있는 헬름 펌프를 구동하면서 방향타나 모터가 조향핸들의 회전 정도에 따라서 회전하게 된다.

즉, 소형 선박 중 모터가 선미 외측에 구비된 경우, 모터와 스크류를 회전시키는 방식이 일반적으로 사용되는데, 이때 모터의 회전을 위하여 조향핸들의 토크를 증대시키기 위하여 헬름 펌프가 사용되는 것이다.

따라서 종래 유압식 조타기의 제어방식은 헬름 펌프가 조향 핸들의 회전력을 입력받고, 조향 핸들의 회전방향과 회전각도에 따라 정/역방향의 유압력을 발생시킨다.

이와 같이 구성되는 종래 유압식 조타기의 제어는 다음의 문제점을 가지고 있다.

첫째, 종래의 유압식 조타기의 제어방식은 많은 공간을 차지하는 오일 탱크가 구비되어야만 하고, 선박의 엔진에서부터 오일 탱크를 거쳐서 조타 실린더까지 연결되는 길고 복잡한 제어 배관을 갖추어야만 하는 문제가 있다.

둘째, 종래의 유압식 조타기를 제어하기 위해서는 엔진으로 이용되는 인덕션 모터가 사용되고 있고, 엔진 시동상태에 따라서 유압식 조타기까지 항상 구동 상태가 되기 때문에, 지속적으로 연료를 소비하여 소비 연료량이 증가하는 문제가 있다.

셋째, 종래의 유압식 조타기의 제어방식은 조타 핸들에 헬름 펌프를 장착하고, 엔진에 체결되고 있는 유압펌프에서 토출되는 유량을 헬름펌프가 공급함으로써 유압 조타기로 구동하는 형태를 사용하고 있다. 따라서 조타 핸들에 장착되는 헬름 펌프 및 그와 연결되고 있는 배관으로 복잡한 구성을 갖추어야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 단위 모듈에 유압 발생과 유압 제어가 동시에 구현되고, 조타 핸들의 동작에 따라 신속하게 유압을 제어하여 간단한 구조의 조타기를 구현할 수 있는 조타기용 구동 모듈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선박용 조타기를 구동하는 조타기용 구동 모듈에 있어서, 내부에 펌프가 배치되고 오일을 저장하는 저장부; 상기 저장부의 일면과 결합되어 상기 펌프에 의하여 가압된 오일을 배출하는 복수의 주 포터를 포함하는 밸브부; 및 상기 저장부가 결합된 면의 반대면에 결합되며, 상기 밸브부를 관통하여 상기 펌프를 가동하는 모터를 포함하는 구동부를 포함하며, 상기 펌프가 일방향으로 회전 가동 시 상기 복수의 포터 중 하나의 포터로 유압이 배출되고, 다른 하나의 포터로 유압이 귀환되며, 상기 펌프가 반대방향으로 회전 가동시 일방향 회전시 시 포터와 반대로 유압이 귀환 및 배출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 펌프는 하나의 흡입구와 2개의 토출구를 포함하고, 상기 펌프의 회전 방향에 따라 하나의 토출구로 오일이 배출되고, 나머지 토출구와 흡입구를 통하여 오일이 흡입되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 밸브부는 사각형 박스 형태의 케이싱과 상기 펌프의 각 토출구에 직렬로 순차 연결되는 릴리프 밸브 및 체크 밸브를 포함하고, 상기 체크 밸브의 출력은 상기 케이싱 측면에 형성된 주 포터와 연결되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 케이싱의 상면에는 두개의 우회 포터를 포함하고, 상기 우회 포터는 상기 릴리프 밸브 중 설정된 압력 이상의 유압인 경우 바이패스시키는 포터와 연결되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 저장부는 귀환 포터와 추가 포터를 더 포함하며, 상기 귄환 포터는 상기 우회 포터와 연결되고, 상기 추가 포터는 오일 보충 시 오일 투입을 위하여 개방하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체크 밸브는 파일럿 조작부를 더 포함하고, 상기 파일럿 조작부는 반대편 릴리프 밸브의 출력부와 연통되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 단일 복동식 유압 실린더를 사용하는 조타기와 연결할 경우, 상기 주 포터가 상기 유압 실린더 유입구에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 2개의 복동식 유압 실린더를 사용하는 조타기와 연결할 경우, 하나의 주 포터는 하나의 유압 실린더의 전방 유입구와 나머지 유압 실린더의 후방 유입구와 연결되고, 나머지 주 포터는 하나의 유압 실린더의 후방 유입구와 나머지 유압 실린더의 전방 유입구와 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 조타 핸들에 장착되어 회전 방향을 감지하는 핸들 센서와 방향타의 각도를 감지하는 회전 센서와 상기 핸들 센서와 회전 센서의 신호를 기초로 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 주 포터에 연결되는 멀티 오리피스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조타기용 구동 모듈은 유압탱크, 유압밸브 및 유압펌프가 일체로 구성되고, 유압펌프는 조타 핸들의 센서 신호에 따라 양방향 중 하나의 방향으로 구동되어, 상기 유압펌프의 구동 방향에 따라 하나의 포트로 유압을 제공하고, 나머지 포트로는 귀환되는 유압을 수용하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하여, 실제 소형 선박의 조타기 구동 장치로 손쉽게 적용할 수 있으며, 종래 순수 유압 방식의 조타기를 간단하게 개량할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조타기용 구동 모듈의 외형을 나타내는 구성도이며,
도 2는 도 1의 유압 회로도이며,
도 3은 도 2의 동작 상태를 나타내는 설명도이며,
도 4는 도 2의 다른 실시예이며,
도 5는 도 1을 유압 실린더와 결합한 상태도이며,
도 6은 도 1을 2개의 유압 실린더와 결합한 상태도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 조타기용 구동 모듈(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 구동부(10), 상기 구동부(10) 일측에 부착되는 밸브부(20) 및 상기 밸브부(20) 일측에 부착되는 저장부(50)를 포함하여 구성된다.

상기 구동부(10)는 전기로 동작하는 모터(11)를 포함하여 구성된다. 상기 구동부(10)는 상기 모터(11)에 전원을 공급하는 복수의 전원선(12)을 포함하며, 상기 전원선(12)에 연결되는 직류 전원의 극성에 따라 상기 모터(11)의 회전 방향이 결정된다.

그리고 상기 모터(11)의 회전축은 상기 밸브부(20)를 관통한 후, 상기 저장부(50) 내부에 배치된 펌프(51)를 구동한다.

물론 상기 펌프(51)는 양방향 펌프로 2개의 토출구를 포함하며, 회전 방향에 따라 하나의 토출구에서 유압이 토출된다.

따라서, 상기 전원선(12)에 연결되는 직류 전원의 극성을 선택적으로 조절하는 경우, 펌프(51)에서 토출되는 토출구를 선택할 수 있다.

상기 저장부(50)는 내부에 펌프(51)를 포함하며, 원통형의 형상으로 구성되며, 내부에는 유압 전달용 오일이 저장된다.

또한 상기 저장부(50)는 외면에 형성된 귀환 포터(52)와 추가 포터(53)를 포함할 수 있다.

상기 귀환 포터(52)는 상기 밸브부(20)를 통하여 넘어오는 오일을 수용하기 위한 구성이고, 상기 추가 포터(53)는 추가적인 유압 공급을 위한 포터이다.

상기 귀환 포터(20)는 상기 밸브부(20)와 배관을 통하여 연결되고, 상기 추가 포터(53)는 오일이 추가되는 경우에만 개방되도록 볼트 등으로 밀봉한다.

한편, 상기 밸브부(20)는 전체 조타기용 구동 모듈(100)의 구조체 역할을 하는 사각박스 형태의 케이싱(21)과 상기 케이싱(21) 내부에는 2개의 릴리프 밸브(30)와 2개의 체크 밸브(40)를 포함하여 구성된다.

상기 케이싱(21)은 또한 다른 부재와 연결을 위한 연결부 등을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 케이싱(21)의 양측면 상기 펌프(51)를 통하여 가압된 오일이 배출되는 주 포터(22) 각각 하나씩 형성되어 있다.

상기 주 포터(22)는 복동형 유압 실린더와 배관을 통하여 각각 연결되어 유압 각 주 포터(22)의 유압 공급에 따라 유압 실린더의 동작 방향을 제어한다.

또한, 상기 케이싱(21)의 상면에는 사전 설정된 값 이상의 압력이 인가되는 경우 오일이 배출되는 우회 포터(23)가 2개 형성되어 있다.

실제 설치 시 상기 우회 포터(23)는 상기 귀환 포터(52)와 배관으로 연통된다. 따라서 상기 우회 포터(23)를 통하여 배출되는 오일은 상기 저장부(50)로 유입되어 저장된다.

한편, 본 발명에 따른 조타기용 구동 모듈(100)의 유압 회로도는 도 2에 도시된 바와 같다.

먼저 펌프(51)는 2개의 토출구가 있으며, 상기 구동부(10)의 모터(11)에 의하여 구동된다. 이때 모터(11) 구동 방향에 따라 유압이 배출되는 토출구가 결정되며, 반대의 토출구는 유압이 흡입된다.

또한 상기 펌프(51)는 유압이 흡입되는 별도의 흡입구를 포함하며, 상기 흡입구는 상기 저장부(50) 내부에 오일을 흡입한다.

따라서, 상기 펌프(51)가 특정 방향으로 회전하는 경우, 하나의 토출구에는 유압이 배출되고, 나머지 토출구와 흡입구에서는 오일이 흡입된다.

한편, 상기 펌프(51)의 각 토출구에는 릴리프 밸브(30)와 체크 밸브(40)가 직렬로 연결된 후 주 포터(22)가 최종적으로 연결된다.

이때 상기 릴리프 밸브(30)는 일정 압력 이상일 경우 동작하는 바이패스 포터가 상기 우회 포터(23)와 연결된다. 따라서 일정 압력 이상인 경우 상기 우회 포터(23)를 통하여 오일이 배출된다. 물론 상기 우회 포터(23)는 상기 저장부(50)의 귀환 포터(52)와 연통된다.

한편 상기 체크 밸브(40)는 상기 릴리프 밸브(30)와 직렬로 연결되며, 출력은 주 포터(22)를 통하여 배출된다. 또한 상기 체크 밸브(40)는 파일럿 조작부(41)를 포함하며, 상기 파일럿 조작부(41)는 다른 주 포터(22)와 연결된다.

따라서, 펌프(51)가 왼쪽 또는 오른쪽으로 유압을 토출하는 경우, 상기 체크 밸브(40)는 2개 모두 개방되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 유압의 유출과 귀환이 동시에 수행된다.

반면, 펌프(51)의 구동이 정지된 상태에서는 상기 체크 밸브(40) 모두 역방향으로 밀폐되어 양측의 주 포터(22)를 통하여 오일의 유입의 방지한다.

통상 상기 주 포터(22)가 유압 실린더의 양 유입구에 연결되고, 펌프(51)의 구동이 정지된다는 것은 방향타가 일정한 각도에 고정된다.

이때 선박의 유동에 따라 상기 방향타에 하중이 인가되면, 상기 유압 실린더 내부의 유압도 변화가 발생하고, 상기 유압 변화가 구동 모듈(100) 내부로 유입될 수 있으므로, 이러한 유입은 상기 체크 밸브(40)가 차단한다.

또한 필요한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 주 포터(22)는 다수의 오리피스가 직렬로 연결된 멀티 오리피스(60)를 부착하여, 주 포터(22)를 통하여 배출되는 유압의 댐핑 효과, 쿠션효과 등에 따라, 동작의 원활성과, 추가하여 외부 부하에 따른 연결 호스의 파손을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같은 조타기용 구동 모듈(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 단일 유압 실린더에 의하여 구동하는 조타기에 적용될 수 있다.

이때 상기 모터(11)는 조타 핸들의 회전 방향에 따라 회전이 방향이 결정되도록 구동한다. 예를 들면 조타 핸들이 왼방향으로 회전하는 경우 상기 모터(11) 역시 같은 방향으로 회전하고, 반대인 경우 반대로 회전하도록 한다. 물론 필요한 경우 회전 방향을 반대로 설정할 수도 있으나, 핸들 회전 방향에 따라 선박 방향이 결정되는 통상의 설정과 같은 방향으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 상기 조타기용 구동 모듈(100)은 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 유압 실린더로 구동하는 조타기에 적용될 수 있다.

상기와 같이 2개의 유압 실린더로 구동하는 경우 하나의 주 포터에 2개의 유압 실린더 유입구가 연통되도록 구성한다.

즉, 하나의 주 포터는 하나의 유압 실린더의 전방 유입구와 나머지 유압 실린더의 후방 유입구와 연결되고, 나머지 주 포터는 하나의 유압 실린더의 후방 유입구와 나머지 유압 실린더의 전방 유입구와 연결되도록 구성한다.

또한 필요한 경우 방향키에 회전 센서를 부착하고, 상기 회전 센서의 값에 기초하여 모터(11)를 제어하는 형태로도 구현될 수 있으며, 이때는 모터(11)의 제어를 위한 별도의 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 조타핸들의 각도를 감지하는 핸들 센서와 방향타의 각도를 감지하는 회전 센서의 값을 기초로 상기 모터(11)를 제어한다.

한편, 본 발명에 따른 조타기용 구동 모듈(100)은 소형의 단일 제품으로 제작 가능하고, 조타가 수행되지 않는 경우 모터(11)가 구동하지 않으므로, 전원 소모가 발생하지 않는 장점이 있으며, 종래 유압방식의 조타기를 손쉽게 대체 또는 개량할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 조타기용 구동 모듈을 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 구동부 11: 모터
12: 전원선 20: 밸브부
21: 케이싱 22: 주 포터
23: 우회 포터 30: 릴리프 밸브
40: 체크 밸브 41: 파일럿 조작부
50: 저장부 51: 펌프
52: 귀환 포터 53: 추가 포터
100: 조타기용 구동 모듈

Claims (10)

1. 선박용 조타기를 구동하는 조타기용 구동 모듈에 있어서,
   내부에 펌프가 배치되고 오일을 저장하는 저장부;
   상기 저장부의 일면과 결합되어 상기 펌프에 의하여 가압된 오일을 배출하는 복수의 주 포터를 포함하는 밸브부; 및
   상기 저장부가 결합된 면의 반대면에 결합되며, 상기 밸브부를 관통하여 상기 펌프를 가동하는 모터를 포함하는 구동부를 포함하며,
   상기 펌프가 일방향으로 회전 가동 시 상기 복수의 포터 중 하나의 포터로 유압이 배출되고, 다른 하나의 포터로 유압이 귀환되며,
   상기 펌프가 반대방향으로 회전 가동시 일방향 회전시 시 포터와 반대로 유압이 귀환 및 배출되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 펌프는 하나의 흡입구와 2개의 토출구를 포함하고, 상기 펌프의 회전 방향에 따라 하나의 토출구로 오일이 배출되고, 나머지 토출구와 흡입구를 통하여 오일이 흡입되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 밸브부는 사각형 박스 형태의 케이싱과 상기 펌프의 각 토출구에 직렬로 순차 연결되는 릴리프 밸브 및 체크 밸브를 포함하고, 상기 체크 밸브의 출력은 상기 케이싱 측면에 형성된 주 포터와 연결되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 케이싱의 상면에는 두개의 우회 포터를 포함하고, 상기 우회 포터는 상기 릴리프 밸브 중 설정된 압력 이상의 유압인 경우 바이패스시키는 포터와 연결되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 저장부는 귀환 포터와 추가 포터를 더 포함하며, 상기 귄환 포터는 상기 우회 포터와 연결되고, 상기 추가 포터는 오일 보충 시 오일 투입을 위하여 개방하는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
6. 청구항 3에 있어서, 상기 체크 밸브는 파일럿 조작부를 더 포함하고, 상기 파일럿 조작부는 반대편 릴리프 밸브의 출력부와 연통되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
7. 청구항 6에 있어서, 단일 복동식 유압 실린더를 사용하는 조타기와 연결할 경우, 상기 주 포터가 상기 유압 실린더 유입구에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
8. 청구항 6에 있어서, 2개의 복동식 유압 실린더를 사용하는 조타기와 연결할 경우, 하나의 주 포터는 하나의 유압 실린더의 전방 유입구와 나머지 유압 실린더의 후방 유입구와 연결되고,
   나머지 주 포터는 하나의 유압 실린더의 후방 유입구와 나머지 유압 실린더의 전방 유입구와 연결되는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
9. 청구항 6에 있어서, 조타 핸들에 장착되어 회전 방향을 감지하는 핸들 센서와 방향타의 각도를 감지하는 회전 센서와 상기 핸들 센서와 회전 센서의 신호를 기초로 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
   
10. 청구항 6에 있어서, 상기 주 포터에 연결되는 멀티 오리피스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조타기용 구동 모듈.
    

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