KR20230113961A - 전동기 직렬 배치형 선박 전기추진 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 직렬 배치형 선박 전기추진 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박을 추진하는 동력수단이 구동축을 따라 직렬로 배치되어 부하를 분담하도록 하여 격실 내부 공간에 동력수단이 효율적으로 배치될 수 있고, 복수의 동력수단을 활용하므로 하나의 동력수단을 보수하는 경우 나머지 동력수단을 구동하여 선박을 중지하지 않고 운전 중에 보수할 수 있는 선박 전기추진 시스템에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박용 전기추진 시스템은 선박 내부 일측에 위치하며, 내부에 격실(11)이 형성되는 추진케이스(10); 일측은 상기 추진케이스(10) 내부에 일부 삽입되며, 타측은 프로펠러(21)가 장착되는 구동축(22)과, 상기 구동축(22)을 회전하도록 하나 이상의 동력수단(23)이 구비되는 추진부(20); 및 상기 선박의 전력계통을 상기 동력수단(23)에 요구되는 전력계통으로 변환하는 전력변환부(31)와, 상기 전력변환부(31)에서 상기 동력수단(23)으로 공급되는 전원을 개폐하는 스위치부(32)가 각각 구비되는 전력제어부(30);를 포함한다.

Description

전동기 직렬 배치형 선박 전기추진 시스템 {Electric motor series arrangement type ship electric propulsion system}

본 발명은 전동기 직렬 배치형 선박 전기추진 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박을 추진하는 동력수단이 구동축을 따라 직렬로 배치되어 부하를 분담하도록 하여 격실 내부 공간에 동력수단이 효율적으로 배치될 수 있고, 복수의 동력수단을 활용하므로 하나의 동력수단을 보수하는 경우 나머지 동력수단을 구동하여 선박을 중지하지 않고 운전 중에 보수할 수 있는 선박 전기추진 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 사람이나 화물의 해상운송을 목적으로 하는 선박과 수상운반구를 포함하여 계상하며, 선박은 목선, 철선, 강선 등으로 구분되며, 부력에 의해 수면에 떠있는 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 추력을 얻는다.

이때, 선박은 엔진 등을 구동함으로써 프로펠러를 회전시키는데, 엔진은 디젤유 또는 가스연료(LNG, LPG 등)기반의 이중연료를 사용하여 구동하였다.

다만, 화학연료 기반의 추진엔진을 운전하며 발생하는 오염물질을 줄이기 위하여 국제해사기구(IMO)에서는 온실가스를 제한하는 선박환경규제를 발표하였다.

이에 따라, 대한민국 등록특허 제10-1077726호‘전기추진 선박’에서는 선회성이 우수한 전기추진 선박을 발표하여으나, 부력부의 외형에 따라 사용할 수 있는 모터가 제한적이었으며, 고장 시 선박을 정지해야하는 불편한 사항이 남아있었다.

대한민국 등록특허 제10-1077726호 (2011.10.21.)

본 발명의 목적은 프로펠러를 회전시키는 동력수단을 정지하지 않고 보수할 수 있는 선박용 전기추진 시스템을 제공하는 것이다.

더하여, 프로펠러를 회전시키는 동력수단이 배치되는 추진부의 갈수록 좁아지는 내부 구조에 맞춰 설치할 수 있는 선박용 전기추진 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박용 전기추진 시스템은 선박 내부 일측에 위치하며, 내부에 격실(11)이 형성되는 추진케이스(10); 일측은 상기 추진케이스(10) 내부에 일부 삽입되며, 타측은 프로펠러(21)가 장착되는 구동축(22)과, 상기 구동축(22)을 회전하도록 하나 이상의 동력수단(23)이 구비되는 추진부(20); 및 상기 선박의 전력계통을 상기 동력수단(23)에 요구되는 전력계통으로 변환하는 전력변환부(31)와, 상기 전력변환부(31)에서 상기 동력수단(23)으로 공급되는 전원을 개폐하는 스위치부(32)가 각각 구비되는 전력제어부(30);를 포함한다.

그리고, 상기 추진부(20)는, 상기 동력수단(23) 양측에 구비된 관통홀에 상기 구동축(22)이 삽입되어 상기 동력수단(23)이 상기 구동축(22)에 대해 동축으로 직렬 배치됨으로써 상기 격실(11)의 공간에 대응하는 용량의 동력수단(23)을 구비할 수 있는것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 동력수단(23)은, 상기 구동축(22) 외주면 일측에 설치된 로터와 전자기적으로 결합되어 회전력을 제공하되, 복수의 스테이터부(24)가 상기 로터를 양측에서 감싸도록 설치되어 상기 동력수단(23)의 고장시 분리가 용이한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추진부(20)는, 상기 구동축(22)의 회전으로 발전전력을 생산하는 발전부와, 상기 발전전력을 저장하는 배터리부를 포함하여 사용전력을 절감하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 전력제어부(30)는, 상기 동력수단(23)에 공급되는 전류, 전압, 주파수, 회전수 중 하나 이상을 측정하여 측정값을 출력하는 센서부가 구비되며, 상기 측정값이 기 저장된 정상 운전 범위값을 벗어나면 상기 동력수단(23)의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 전기추진 시스템은 프로펠러를 회전시키는 동력수단을 정지하지 않고 보수할 수 있는 효과가 있다.

더하여, 프로펠러를 회전시키는 동력수단이 배치되는 추진부의 갈수록 좁아지는 내부 구조에 맞춰 설치할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 전기추진 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 전기추진 시스템의 개략도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 전기추진 시스템의 개략도이며, 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 전기추진 시스템의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 전기추진 시스템은 크게 추진케이스(10)와, 추진부(20)와, 전력제어부(30)를 포함한다.

먼저, 추진케이스(10)는 선박 내부 일측에 위치하며, 내부에 동력수단(23)이 배치될 수 있도록 격실(11)이 형성된다.

이때, 추진케이스(10)가 선박의 하부에서 돌출 연장되어 해수와 직접 마찰되는 경우는, 해수의 마찰을 저감하도록 격실(11)이 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.

다시 말하여, 외곽이 해수의 마찰을 저감하는 어뢰의 형상을 가지며, 내부 또한 어뢰 형상의 타원형의 격실(11)이 형성되고, 상부는 선박에 수평 방향으로 회전 가능하도록 설치된다.

다만, 이는 추진케이스(10)의 형상에 대한 예시일 뿐 이를 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 추진부(20)는 일측이 추진케이스(10) 내부에 일부 삽입되며, 타측은 프로펠러(21)가 장착되는 구동축(22)과, 구동축(22)을 회전하도록 하나 이상의 동력수단(23)이 구비된다.

그리고, 추진부(20)는 동력수단(23) 양측에 구비된 관통홀에 구동축(22)이 삽입되어 동력수단(23)이 구동축(22)에 대해 동축으로 직렬 배치됨으로써 격실(11)의 공간에 대응하는 용량의 동력수단(23)을 구비할 수 있다.

다시 말하여, 복수의 동력수단(23)이 구비되는 경우 하나의 구동축(22)으로 크기가 서로 다른 복수의 동력수단(23)을 상호 연결할 수 있다.

이때, 동력수단(23)은 일반적으로 전동기가 사용되며, 유도전동기, 동기전동기, 영구자석형 전동기 등 다양한 종류의 전동기로 구성될 수 있으나 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

다시 말하여, 내부가 타원인 격실(11)은 중심부의 수직 길이가 측부의 수직 길이보다 길게 형성되므로 중심부에 설치되는 동력수단(23)의 용량이 측부에 설치되는 동력수단(23) 보다 크게 형성될 수 있다.

즉, 프로펠러를 회전시키는 동력수단이 배치되는 추진부의 갈수록 좁아지는 내부 구조에 맞춰 설치할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 전동기 직렬 배치형 선박 전기추진 시스템의 또 다른 실시예로 기존의 화학연료 기반의 추진엔진을 사용하는 선박을 재사용하고자 하는 경우, 추진엔진을 대신하여 동력수단(23)을 설치할 수 있다.

다시 말하여, 기 사용중인 선박의 추진 수단을 대신하여 동력수단(23)을 설치하는 경우, 동력수단(23)에 연결된 구동축(22)과 기 선박의 프로펠러를 동력전달부(25)를 통하여 연결 함으로써 선박을 재사용할 수 있게 된다.

여기서, 동력전달부(25)는 구동축(22)의 회전력을 전달하되 필요한 토크를 얻을 수 있도록 증속기어(미도시)와 감속기어(미도시)를 포함하여 설치될 수 있으며, 증속 또는 감속기어의 연결을 선택하는 클러치(미도시)는 전력제어부(30)를 통하여 제어될 수 있다.

즉, 본 발명의 구동축(22)은 동력전달부(25)의 회전력을 프로펠러(21)에 전달하되, 하나의 구동축(22)이 프로펠러(21)까지 직렬로 연결될 수 있고, 또는 동력전달부(25)를 통하여 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명의 전동기 직렬 배치형 선박 전기추진 시스템은 기 사용중인 선박의 추진엔진을 대신하여 적용할 수 있으며, 상기 추진엔진의 크기에 따라 형성된 엔진룸의 내부 구조에 알맞은 동력수단(23)을 설치할 수 있으므로 선박 재사용에 용이한 효과가 있다.

더하여, 동력수단(23)은 구동축(22) 외주면 일측에 설치되는 로터와 전자기적으로 결합되어 회전력을 제공하되, 복수의 스테이터부(24)가 상기 로터를 양측에서 감싸도록 설치되어 상기 동력수단(23)의 고장시 분리가 용이하도록 한다.

본 발명의 실시예로, 2개의 스테이터부(24)가 구동축(22)의 상면과 하면에서 중심축 방향으로 밀착되며 결합하게 됨으로써, 하나의 동력수단(23)이 유실되었을때, 동력수단(23)을 중지하지 않고 동력수단(23)을 유지 보수할 수 있다.

더하여, 추진부(20)는 구동축(22)의 회전으로 발전전력을 생산하는 발전부와, 상기 발전전력을 저장하는 배터리부를 포함하여 사용전력을 절감할 수 있다.

다시 말하여, 추진부(20)에 전원을 공급하지 않는 경우 또는 선박의 항해 중 프로펠러의 출력을 줄이기 위하여 동력수단(23)의 회전수를 줄이는 경우 생성되는 전력을 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 전력은 동력수단(23)의 회생 전력으로 사용될 수 있다.

다음으로, 전력제어부(30)는 선박의 전력계통을 동력수단(23)에 요구되는 전력계통으로 변환하는 전력변환부(31)와, 전력변환부(31)에서 동력수단(23)으로 공급되는 전원을 개폐하는 스위치부(32)가 각각 구비된다.

여기서, 전력제어부(30)는 선박의 전진 또는 후진에 필요한 동력수단(23)의 회전수와 토크에 대응하도록 전력변환부(31)를 제어하여 필요한 전력 및 주파수를 동력수단(23)에 공급한다.

다시 말하여, 전력제어부(30)는 하나 이상의 동력수단(23)을 각각 제어할 수 있도록 구비되며, 동력수단(23)의 구동 시스템에 문제가 발생하여 구동이 불가능할 경우, 해당 동력수단(23)을 스위치부(32)를 통하여 차단하고 사용자가 알 수 있도록 알람을 발생한다.

더하여, 동력수단(23)의 상태를 미리 파악할 수 있도록 전력제어부(30)는 동력수단(23)에 공급되는 전류, 전압, 주파수, 회전수 중 하나 이상을 측정하여 측정값을 출력하는 센서부가 구비되며, 측정값이 기 저장된 정상 운전 범위값을 벗어나면 상기 동력수단(23)의 전원을 차단 또는 사용자에게 알람을 제공할 수 있도록 신호를 제공한다.

그리고, 전력제어부(30)는 프로펠러(21)가 회전하면서 발생하는 토크를 측정하여 프로펠러(21)의 회전에 부담을 주는 각종 이물질을 고려하여 선박의 수리 일정을 계획할 수 있다.

다시 말하여, 전력제어부(30)는 선박 내의 HQ와 같이 항해사 또는 관리자가 있는 곳에 설치되는 디스플레이부(미도시)에 측정값을 디스플레이 하여 항해사 또는 관리자가 동력수단(23)의 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 하여 추진부(20)의 는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 동력전달부(25)는 기 사용 중인 선박의 추진시스템을 대신하여 교체할 수 있게 되어 다양한 구동 방식의 선박 즉 일반적인 상선의 추진엔진을 대체하는 형태로도 적용될 수 있는 효과가 있습니다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

10: 추진케이스
11: 격실
20: 추진부
21: 프로펠러 22: 구동축
23: 동력수단 24: 스테이터부
25: 동력전달부
30: 전력제어부
31: 전력변환부 32: 스위치부

Claims (5)

1. 선박 내부 일측에 위치하며, 내부에 격실(11)이 형성되는 추진케이스(10);
   일측은 상기 추진케이스(10) 내부에 일부 삽입되며, 타측은 프로펠러(21)가 장착되는 구동축(22)과, 상기 구동축(22)을 회전하도록 하나 이상의 동력수단(23)이 구비되는 추진부(20); 및
   상기 선박의 전력계통을 상기 동력수단(23)에 요구되는 전력계통으로 변환하는 전력변환부(31)와, 상기 전력변환부(31)에서 상기 동력수단(23)으로 공급되는 전원을 개폐하는 스위치부(32)가 각각 구비되는 전력제어부(30);를 포함하는 선박용 전기추진 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 추진부(20)는,
   상기 동력수단(23) 양측에 구비된 관통홀에 상기 구동축(22)이 삽입되어 상기 동력수단(23)이 상기 구동축(22)에 대해 동축으로 직렬 배치됨으로써 상기 격실(11)의 공간에 대응하는 용량의 동력수단(23)을 구비할 수 있는것을 특징으로 하는 선박용 전기추진 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 동력수단(23)은,
   상기 구동축(22) 외주면 일측에 설치된 로터와 전자기적으로 결합되어 회전력을 제공하되, 복수의 스테이터부(24)가 상기 로터를 양측에서 감싸도록 설치되어 상기 동력수단(23)의 고장시 분리가 용이한 것을 특징으로 하는 선박용 전기추진 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 추진부(20)는,
   상기 구동축(22)의 회전으로 발전전력을 생산하는 발전부와, 상기 발전전력을 저장하는 배터리부를 포함하여 사용전력을 절감하는 것을 특징으로 하는 선박용 전기추진 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전력제어부(30)는,
   상기 동력수단(23)에 공급되는 전류, 전압, 주파수, 회전수 중 하나 이상을 측정하여 측정값을 출력하는 센서부가 구비되며, 상기 측정값이 기 저장된 정상 운전 범위값을 벗어나면 상기 동력수단(23)의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 선박용 전기추진 시스템.