WO2021107439A1 - 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템 - Google Patents

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WO2021107439A1
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control unit
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신재용
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신재용
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Definitions

  • the present invention relates to a propulsion and braking system using a clutch, and more particularly, a power converter, a controllable pitch propeller (CPP) and a friction brake used for propulsion and braking of a ship. ), which enables economical and efficient propulsion and braking, and relates to a propulsion and braking system using a clutch that can be applied to vehicles.
  • a propeller used as a device that converts rotational force into propulsion is used for propulsion and braking of a ship.
  • the propeller has a variable pitch with adjustable pitch of blades installed at the end of the shaft. It is divided into propellers and fixed pitch propellers (FPPs) in which the pitch of the blades is not adjustable.
  • the propulsion speed in a CPP ship varies depending on the angle of pitch of the propeller blades even if the rotational speed of the shaft driving body is constant. If the load required from the propeller is greater than the force generated by the rotational speed of the shaft driving body, the shaft Since an overload occurs in the driving body, the output for each rotational speed of the shaft driving body and the pitch angle of the propeller blades must be interlocked to prevent such a phenomenon from occurring. Propulsion (forward and backward) and braking of a ship is possible by adjusting the pitch angle of the propeller blades controlled in conjunction with the output of the shaft driving body, but there is a disadvantage in that the system for adjusting the pitch angle of the propeller blades is expensive.
  • the propulsion speed in the FPP ship depends on the rotational speed of the shaft driving body, and the load required for each rotational speed in the FPP is manufactured to be smaller than the output for each rotational speed of the shaft driving body.
  • Propulsion and braking of the ship is possible by adjusting the rotation speed and rotation direction of the shaft driving body, and when high braking force is required, a friction brake is additionally installed on the propeller shaft.
  • the propeller In order to stop and reverse, the propeller needs to be reversely rotated unlike the CPP vessel. If the shaft driving body is a two-stroke internal combustion engine, the rotation direction of the internal combustion engine can be reversed, so there is no need for a separate device.
  • the speed reducer In the case of a 4-stroke internal combustion engine, the rotation direction cannot be reversed, so the speed reducer should have a function that allows the rotation direction of the propeller to be changed. Since there is no need for a system for adjusting the pitch angle of the propeller blades, the product has the advantage of low price.
  • a speed reducer is not required because the rated rotational speed of the internal combustion engine and the propeller rotational speed of the ship for generating full admission are the same. 4-stroke) In the case of a ship propelled by an internal combustion engine, a speed reducer is required because the rated rotational speed of the internal combustion engine is faster than the propeller rotational speed of the ship to generate full speed.
  • the electric propulsion ship it can be divided into a ship that does not use a speed reducer and a ship that uses a speed reducer for decelerating the rotational speed of the shaft driving body to match the rotational speed of the propeller.
  • a ship that does not use a reducer when the rotation speed of the propeller is 100 rpm, the rotation speed of the motor must be the same as the rotation speed of the propeller, so if the frequency used is 60 Hz, use a 72 pole motor, and if 50 Hz, use a 60 pole motor.
  • the ratio is 9:1 at 60Hz and 10:1 at 50Hz.
  • You can use the reducer of The propeller rotation speed of a ship is lower as the size of the ship increases. If the rotation speed of the motor is matched, the diameter of the motor increases and the price becomes high. In general, the rotation speed of the motor should be 1,000 rpm or less, and the rotation speed of the motor should be the rotation speed of the propeller.
  • a reducer is used to lower the
  • the clutch when the clutch is connected, when the torque of the shaft driving body is smaller than the starting torque required by the driven body, a phenomenon may occur that the shaft driving body stops, so that the torque of the shaft driving body is the starting torque required by the driven body.
  • the clutch is connected at a point in time (rotational speed) greater than the torque, and the electric propulsion vessel uses a variable speed power converter capable of adjusting the starting torque of the motor to adjust the rotation speed, and the starting torque of the motor is higher than the starting torque required by the propeller. Therefore, the clutch is generally not used between the motor and the speed reducer.
  • the clutch of the speed reducer with the built-in clutch to be connected is connected to parallel operation between the internal combustion engines. After this, the rotation speed of the internal combustion engine may be simultaneously increased.
  • a double-input-single-output speed reducer is used, but a clutch is not used between the motor and the speed reducer.
  • the remaining electric motors must be connected. It is done through the parallel operation of the motors and then the pitch angle of the blades is increased. If a clutch is not used between the double input-single output reducer and the motor, if the ship is operated with one motor, the rotor of the other motor that is not in operation will rotate, which acts as a load on the motor in operation and causes energy loss. In some cases, a clutch is installed.
  • a general induction motor may be used.
  • an induction motor dedicated to the variable speed power conversion device should be used, not a general induction motor. It is 10 to 20% more expensive than general induction motors with the same rotation speed.
  • a sailing vessel cannot easily move due to inertia. If there is a risk of collision while the vessel is sailing at full speed, reverse propulsion must be generated to stop the vessel's progress in order to crash stop. However, even at this time, there is a distance that the ship has no choice but to move forward because it is in progress, and this is called the crash shortest stopping distance. This shortest stopping distance is calculated as the distance traveled from the initial speed until the hull comes to a standstill. It depends on the characteristics and type of the ship, but in general, it can be regarded as 6 to 12 times the length of the ship.
  • the propeller In order to generate reverse thrust for braking in a situation where the FPP vessel propelled by the 4-stroke internal combustion engine is moving forward at full speed, the propeller must be reversed. Since reverse rotation of the 4-stroke internal combustion engine is impossible, reduce the rotation speed to the clutch connection rotation speed at which the rotation direction of the output shaft of the clutch built-in reducer can be changed, and then connect the clutch. Although the internal combustion engine braking occurs even if the rotation speed is changed to the speed that the clutch can connect, the internal combustion engine continues to rotate due to the thrust of the propeller due to the speed of the advancing ship. Therefore, only after the speed of the ship is reduced to a certain extent, the rotational speed at which the output shaft rotation direction switching clutch of the clutch built-in speed reducer can be reached is reached.
  • the conventional propulsion and braking method has various problems and limitations in the control and operation of the propellant, so it is possible to secure excellent equipment operation capability by improving the reliability and stability of the equipment through the improvement of the propulsion and braking system, increasing the stability, and reducing the investment and operating costs and development of a braking system is required.
  • a control unit when a braking signal is input to the control unit during propulsion of the driven body, the control unit removes the operating pressure of the clutch built in the device, then converts the rotation direction of the driving body to reverse rotation, and the valve
  • a propulsion and braking system using a clutch characterized in that it is possible to control the braking of a propellant by regulating the operating pressure of the clutch.
  • control unit is characterized in that it detects a stick-slip phenomenon that occurs in a torque transmission process between the driving body and the driven body in a state in which the clutch of the device is not connected to control the operating pressure of the clutch.
  • control unit is characterized in that it is controlled through a remote wireless terminal connected to the wireless.
  • FIG. 4 is a conventional AC generator, a variable speed power conversion device, an induction motor, a single input-single output reducer, a fixed-pitch propeller-type bow thruster, a fixed-pitch propeller-type stern thruster and a fixed-pitch propeller.
  • the electric propulsion system of the screw vessel is shown.
  • a conventional frequency variable AC generator including a rectifier, an inverter, and a battery
  • an induction motor including a rectifier, an inverter, and a battery
  • a fixed pitch propeller type bow thruster including a rectifier, an inverter, and a battery
  • an electric propulsion system propelled by a thruster and a fixed-pitch propeller-type omni-directional thruster is shown.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which a device having a built-in clutch and a gear capable of adjusting the rotation direction on the output side according to the present invention is driven by a four-stroke internal combustion engine.
  • FIG. 16 shows an embodiment in which a dual-input-single-output gear device is operated in parallel by driving a device having a built-in clutch and a gear in the output side according to the present invention as a two-stroke internal combustion engine.
  • FIG. 5 is a conventional AC generator, a non-shiftable power conversion device that supplies only sine waves, a pole number conversion (high speed, medium speed) induction motor, a single input-single output speed reducer, a variable pitch propeller type bow thruster, a variable pitch propeller type stun
  • the induction motor shown in FIG. 2 shows an electric propulsion system of a twin-axis ship propelled by a thruster and a variable pitch propeller, and among the operating losses due to a decrease in efficiency generated in the electric propulsion system of FIG.
  • control units 10a and 10b Before describing the operation and operation method of the propulsion and braking system using the clutch according to the present invention in detail with reference to the accompanying drawings, the characteristics of the control units 10a and 10b will be first described.
  • the induction motor starters 50a and 50b for driving supply When the frequency of the electric power is increased, the rotational speed of the driven object increases and the load of the driving induction motors 300a and 300b is increased. At this time, the control units 10a and 10b are installed in the driving induction motor starters 50a and 50b.
  • the controllers 10a and 10b control the driven object Alerts the operator that the load amount for each rotational speed of 600 is increased, and the rotational speed of the driving induction motors 300a, 300b, and internal combustion engines 700a, 700b, 800a, 800b compared to the load amount by rotational speed of the driven object 600
  • the control units 10a and 10b alert the operator that the load amount for each rotational speed of the driven object 600 has been reduced.
  • the output amount for each rotational speed of the driving body is based on the information obtained through the power measurement and monitoring device installed in the driving induction motor starters 50a and 50b when the driving body is the driving induction motor 300a, 300b.
  • the driving body is the internal combustion engine (700a, 700b, 800a, 800b)
  • control units 10a and 10b are connected to the valve for regulating the clutch operating pressure.
  • the set point to be delivered changes when the lubricant pressure is changed. If the amount of change in the set value exceeds the variation due to the change in the lubricant temperature, the size of the difference also has a function to determine the clutch wear.
  • the control unit 10a, 10b performs control to maintain the rotational speed of the driven object constant in the speed control mode, and drives the driven object in the load control mode
  • the lubricant temperature sensor 405a, 405b is due to a failure of the lubricant cooling device of the device.
  • the driving body is an induction motor for driving (300a, 300b)
  • the rotational speed of the internal combustion engine supplying power decreases when a transient load surge of the driven body occurs, and induction motor starters for driving (50a, 50b)
  • the frequency supplied to the driving induction motor (300a, 300b) is lowered.
  • the power surge amount ( ⁇ p/ ⁇ t) is the rotational speed change amount ( ⁇ rpm/ ⁇ t) measured by the input shaft speed detection sensors 320a and 320b installed on the input shafts 310a and 310b of the device or the driving induction motor starter 50a , 50b) frequency change per hour ( ⁇ frequency/ ⁇ t) acquired through the power measuring and monitoring device installed in , or the hourly active power variation ( ⁇ kw) acquired through the power measuring and monitoring device installed in the driving induction motor starter (50a, 50b) / ⁇ t).
  • the control unit 10a, 10b detects the above-described sudden increase in the excessive load of the driven object, and the frequency recovery time allowed by the performance class operating limit value for the frequency transient characteristics of the internal combustion engine that supplies power according to the magnitude of the sudden increase in the excessive load ( frequency recovery time after load increase). That is, the control unit 10a, 10b adjusts the set value of the clutch operation pressure control valve to increase the slip according to the preset load reduction amount of the driven object according to the power surge amount, thereby lowering the load of the internal combustion engine, thereby supplying power to the internal combustion engine. After allowing the rotation speed to be quickly restored, when the recovery of the rotation speed is detected, there is a function of gradually returning the set value of the clutch operation pressure control valve back to the original set value.
  • the rotational speed of the internal combustion engines 700a, 700b, 800a, and 800b supplying the driving force is reduced when an excessive load sudden increase of the driven body occurs.
  • the driving force sudden increase ( ⁇ p/ ⁇ t) may be detected as the rotational speed change amount ( ⁇ rpm/ ⁇ t) measured by the input shaft speed detection sensors 320a and 320b installed on the input shafts 310a and 310b of the device.
  • the control unit 10a, 10b detects the above-described sudden increase in the excessive load of the driven object, and the performance grade for the rotational speed transient characteristics of the internal combustion engines 700a, 700b, 800a, and 800b that supplies the driving force according to the magnitude of the sudden increase in the excessive load.
  • the rotational speed of the actuator can be restored within the rotational speed recovery time allowed by the operating limit value. That is, the control unit 10a, 10b adjusts the set value of the valve for adjusting the clutch operation pressure to increase the slip according to the preset amount of reduction in the load of the driven object according to the sudden increase in the driving force to increase the slip of the internal combustion engine 700a, 700b, 800a, 800b. After the rotation speed of the internal combustion engines 700a, 700b, 800a, 800b is quickly restored by lowering the load of It has a return function.
  • controllers 10a and 10b have a function of adjusting the time required for propulsion and braking by adjusting the operation time of the valve for regulating the clutch operation pressure with the change inclination of the input rotation speed set value.
  • the clutch and gear-equipped devices 400a and 400b shown in FIGS. 9, 10, 13, 14 and 17 include clutches 401a and 401b for controlling the same rotational direction of the input shaft/output shaft during forward rotation of the propellant. It operates, and it will be described on the assumption that the clutches 402a and 402b for controlling the rotation direction opposite to the input shaft/output shaft are operated during the reverse rotation operation.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which a device 400a having a built-in clutch and gear, which can adjust the rotational direction of a driven body in the same or opposite direction as the driving body, according to the present invention, is driven by an induction motor 300a for driving.
  • a small induction motor is used as a pony motor 200a.
  • After connecting the pony motor output shaft 210a to the driving induction motor 300a shaft and applying a full voltage to the pony motor 200a through the power supply cable f to the pony motor starter 100a it is possible to rotate the rotor of the driving induction motor (300a) up to the rated rotation speed of the pony motor (200a).
  • the reduced voltage start Y- ⁇ start or primary resistance start or reactor start or autotransformer start or A device for starting a soft starter is provided.
  • the control unit 10a determines whether the start-up is completed based on the rotation speed of the input shaft speed sensor 320a installed on the input shaft 310a of the device. At this time, when the rotor of the driving induction motor 300a reaches the rated rotation speed, the control unit 10a transmits a power cut-off signal to the pony motor starter 100a and provides a power supply signal to the driving induction motor starter 50a. transmit Thereafter, when power is supplied to the driving induction motor 300a through the power supply cable c, the starting of the driving induction motor 300a with the limited starting current is completed.
  • the control unit 10a opens the valve of the clutch 401a for controlling the same rotational direction of the device 400a in the case of forward rotation, and then the rotation speed set value is maintained.
  • the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction is controlled by adjusting the valve for regulating the operating pressure of the clutch so as to be effective.
  • the controller 10a may check the rotation speed of the driven object 600 through the output shaft speed detection sensor 420a installed on the output shaft 410a of the device.
  • the control unit 10a When the set value of the rotation speed of the driven object 600 is greater than or equal to the rotation speed confirmed by the output shaft speed detection sensor 420a when the driving induction motor 300a is at the rated rotation speed, or is greater than the rotation speed using the slip of the clutch , the control unit 10a completely opens the clutch operation pressure control valve according to the preset operation speed to connect the same rotation direction control clutch 401a, or temporarily removes the function of the clutch operation pressure control valve to increase the amount of the clutch operation lubricating oil.
  • the clutch 401a for controlling the same rotational direction is connected so that all the pressure is transmitted to the clutch 401a for controlling the same rotational direction. In this way, when the function of the valve for regulating the clutch operation pressure is temporarily removed, a phenomenon in which the rotation speed of the driven object 600 is momentarily dropped may occur.
  • the temperature of the lubricating oil of the device 400a rises by the heat generated by friction of the clutch, and the controller 10a controls the clutch operating pressure so that the lubricating oil temperature measured by the lubricating oil temperature sensor 405a of the device is maintained below the alarm value.
  • the operating pressure of the regulating valve can be controlled.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which a device 400a having a built-in clutch and gears capable of adjusting the rotation direction of the output side according to the present invention is driven by a four-stroke internal combustion engine 700a.
  • the control unit 10a opens the valve of the clutch 401a for controlling the same rotation direction of the device 400a in the forward rotation operation and then the rotation speed set value
  • the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction is controlled by adjusting the valve for regulating the operating pressure of the clutch so that this can be maintained.
  • the control unit 10a may check the rotation speed of the driven object 600 through the output shaft speed sensor 420a installed on the output shaft 410a of the device.
  • the control unit 10a When the set value of the rotation speed of the driven object 600 is greater than or equal to the rotation speed checked by the output shaft speed sensor 420a when the 4-stroke internal combustion engine 700a is at the rated rotation speed, or is greater than the rotation speed using the slip of the clutch , the control unit 10a completely opens the clutch operation pressure control valve according to the preset operation speed to connect the same rotation direction control clutch 401a, or temporarily removes the function of the clutch operation pressure control valve to increase the amount of the clutch operation lubricating oil.
  • the clutch 401a for controlling the same rotational direction is connected so that all the pressure is transmitted to the clutch 401a for controlling the same rotational direction. In this way, when the function of the valve for regulating the clutch operation pressure is temporarily removed, a phenomenon in which the rotation speed of the driven object 600 is momentarily dropped may occur.
  • a small induction motor is used as the pony motor 200a as a method for limiting the starting current generated when the driving induction motor 300a used as a driving body is started.
  • the pony motor 200a is wound through the power supply cable f with the soft starter installed in the pony motor starter 100a.
  • the voltage is started to rotate the rotor of the induction motor 300a for driving up to the rated rotation speed of the pony motor 200a.
  • the pony motor starter 100a is provided with a device for starting the full voltage.
  • the control unit 10a opens the valve of the clutch 401a for controlling the same rotation direction of the device 400a in the case of forward rotation, and then the rotation speed set value can be maintained.
  • the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction is controlled by adjusting the valve for controlling the operating pressure of the clutch so as to be controlled.
  • the control unit 10a may check the rotation speed of the driven object 600 through the output shaft speed sensor 420a installed on the output shaft 410a of the device.
  • the control unit 10a When the set value of the rotation speed of the driven object 600 is greater than or equal to the rotation speed confirmed by the output shaft speed detection sensor 420a when the driving induction motor 300a is at the rated rotation speed, or is greater than the rotation speed using the slip of the clutch , the control unit 10a completely opens the clutch operation pressure control valve according to the preset operation speed to connect the same rotation direction control clutch 401a, or temporarily removes the function of the clutch operation pressure control valve to increase the amount of the clutch operation lubricating oil.
  • the clutch 401a for controlling the same rotational direction is connected so that all the pressure is transmitted to the clutch 401a for controlling the same rotational direction. In this way, when the function of the valve for regulating the clutch operation pressure is temporarily removed, a phenomenon in which the rotation speed of the driven object 600 is momentarily dropped may occur.
  • the clutch 401a for control of the same rotational direction is shut off to close the clutch 401a for control of the same rotational direction. Shut off and remove the operating pressure of the valve for regulating the operating pressure of the clutch.
  • the soft starter installed in the pony motor starter 100a is operated to stop the pony motor 200a by using the brake function of the soft starter.
  • the pony motor 200a is started with a reduced voltage through the power supply cable (f) with the soft starter installed in the pony motor starter 100a to start the driving induction motor 300a.
  • the rotor is reversely rotated up to the rated rotation speed of the pony motor 200a.
  • the reverse rotation of the driving induction motor 300a is determined by the rotation speed of the input shaft speed sensor 320a installed on the input shaft 310a of the device, the same to control the rotation direction of the driven object 600 in the opposite direction
  • the valve of the clutch 401a for controlling the rotation direction is opened, the operating pressure is adjusted with the valve for adjusting the operating pressure of the clutch to perform reverse rotation control for braking the propellant.
  • the clutch 401a for controlling the opposite rotation direction is blocked.
  • the temperature of the lubricant of the device 400a in which the clutch and the gear are built-in rises due to the heat generated by the friction of the clutch, and the controller 10a determines that the lubricant temperature measured by the lubricant temperature sensor 405a of the device is less than the alarm value. It is possible to control the operating pressure of the valve for regulating the clutch operating pressure so as to be maintained.
  • FIG. 12 shows an embodiment in which a device 400a having a built-in clutch and gears in which the output-side rotation direction cannot be adjusted according to the present invention is driven by a two-stroke internal combustion engine 800a.
  • the control unit 10a opens the valve of the clutch 401a for controlling the same rotation direction of the device 400a in the case of forward rotation, and then the rotation speed set value
  • the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction is controlled by adjusting the valve for regulating the operating pressure of the clutch so that this can be maintained.
  • the controller 10a may check the rotation speed of the driven object 600 through the output shaft speed detection sensor 420a installed on the output shaft 410a of the device.
  • the control unit 10a When the rotation speed set value of the driven body 600 is greater than or equal to the rotation speed checked by the output shaft speed sensor 420a when the two-stroke internal combustion engine 800a is at the rated rotation speed, or is greater than the rotation speed using the slip of the clutch , the control unit 10a completely opens the clutch operation pressure control valve according to the preset operation speed to connect the same rotation direction control clutch 401a, or temporarily removes the function of the clutch operation pressure control valve to increase the amount of the clutch operation lubricating oil.
  • the clutch 401a for controlling the same rotational direction is connected so that all the pressure is transmitted to the clutch 401a for controlling the same rotational direction. In this way, when the function of the valve for regulating the clutch operation pressure is temporarily removed, a phenomenon in which the rotation speed of the driven object 600 is momentarily dropped may occur.
  • the rotation direction of the driven body 600 is the same to control the opposite direction.
  • the valve of the clutch 401a for controlling the rotation direction is opened, the operating pressure is adjusted with the valve for adjusting the operating pressure of the clutch to perform reverse rotation control for braking the propellant.
  • the clutch 401a for controlling the opposite rotation direction is blocked.
  • the temperature of the lubricating oil of the device 400a rises by the heat generated by friction of the clutch, and the control unit 10a controls the valve for regulating the clutch operating pressure so that the lubricating oil temperature measured by the lubricating oil temperature sensor 405a is maintained below the alarm value.
  • the operating pressure can be controlled.
  • FIG. 13 is a double-input-single-output gearing device 500 by driving the devices 400a and 400b with built-in clutches and gears, which can adjust the rotation direction of the output side according to the present invention, with induction motors 300a and 300b for driving in parallel. It shows an embodiment of driving, and FIG. 14 is a four-stroke internal combustion engine (700a, 700b) by driving the devices 400a and 400b with a built-in clutch and gears capable of adjusting the rotation direction of the output side according to the present invention to double input- An embodiment of parallel operation with a single-output gearing device 500 is shown, and FIG.
  • the devices 400a and 400b having a built-in clutch and gears capable of adjusting the rotation direction of the output side shown in FIGS. 13 to 14 are connected to the driving bodies 300a and 300b, 700a and 700b, and a dual input-single output gear device. A method of performing sequential load operation and parallel operation with 500 will be described.
  • the driving induction motor 300a on the left and the 4-stroke internal combustion engine 700a are operated first, and the driving induction motor 300b and the 4-stroke internal combustion engine 700b on the right are operated later. It is assumed to be explained.
  • the control unit 10a opens the valve of the clutch 401a for controlling the same rotation direction of the device 400a in the case of forward rotation, and then the rotation speed set value is maintained.
  • the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction is controlled by adjusting the valve for controlling the operating pressure of the clutch so as to be able to do so.
  • the controller 10a may check the rotation speed of the driven object 600 through the output shaft speed sensor 520a installed on the output shaft 510 of the dual input-single output gear device.
  • the set value of the rotation speed of the driven body 600 is equal to or greater than the output for each rotation speed of the left drive bodies 300a and 700a in operation, or the output for each rotation speed of the left drive bodies 300a and 700a using the preset slip of the clutch
  • the control unit 10b starts the right drive units 300b and 700b, opens the valve of the clutch 401a for controlling the same rotation direction of the device 400b, and then operates the clutch so that the rotation speed set value can be maintained.
  • the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction is controlled by adjusting the pressure control valve.
  • the controller 10b may check the rotation speed of the driven object 600 through the output shaft speed sensor 520a installed on the output shaft 510 of the dual input-single output gear device.
  • the controllers 10a and 10b control the operating pressure of the clutch 401a for controlling the same rotational direction of the devices 400a and 400b to perform parallel operation, and the set value of the rotational speed of the driven object 600 is equal to that of the two actuators. (300a and 300b, 700a and 700b) is greater than or equal to the rated output that can be produced at the rated rotation speed, or greater than the output for each rotational speed of the two actuators (300a and 300b, 700a and 700b) using the preset clutch slip,
  • the control unit 10a, 10b completely opens the clutch operating pressure control valve according to the preset operating speed to connect the same rotation direction control clutch 401a, or temporarily removes the function of the clutch operating pressure control valve to the device (
  • the clutch 401a for controlling the same rotational direction is connected so that the pressure of the clutch operation lubricating oil formed in 400a and 400b is transmitted to the clutch 401a for controlling the same rotational direction.
  • the operating pressure is increased with the valve for adjusting the clutch operation pressure to perform reverse rotation control for braking of the propellant do.
  • the clutch 402a for controlling the opposite rotation direction is blocked.
  • the propulsion and braking system using a clutch according to the present invention does not require synchronization for sequential load operation and parallel operation, unlike the conventional propulsion system, so the device output shafts 410a and 410b ) installed in the output shaft speed sensor (420a, 420b) is not used for synchronization, and when driving the driven object 600 requiring high power with multiple actuators, the number of inputs is increased double (multiple) input - single output You can use a gearbox.
  • the operating state of the dual (multi) input-single output gearing device 500 is confirmed by the lubricant temperature sensor 505a, 505b and the lubricant pressure sensor 506a, 506b connected to the respective controllers 10a and 10b.
  • the load sharing state cannot be determined by the rotational speed during parallel operation between the driving bodies, when the driving body is a driving induction motor, the power measurement and monitoring device installed in the driving induction motor starters 50a and 50b
  • the load is determined based on information (eg, active power (kW), etc.), and if the driving body is an internal combustion engine, it is based on information acquired through the internal combustion engine control device (eg, fuel injection amount or air pressure supplied to the cylinder) to determine the load.
  • the existing FPP 2-unit 1-axis propulsion system using a double input-single output reducer can only be operated in parallel operation between the actuators, so the overall energy operation efficiency decreases during low-speed and low-load operation of the actuator.
  • Propulsion of the vessel is possible only when all of them are in a normal operating state.
  • sequential load operation of the driving body is possible, so that the overall energy operation efficiency can be increased, and only one of the driving units is operated Even when this is possible, since the propulsion of the ship is possible, the operational reliability of the ship can be increased.
  • the frequency-converted power is generated from the driven induction motor by driving the device having a built-in clutch and gears capable of adjusting the output rotation direction according to the present invention as a driving induction motor.
  • the phase rotation direction can be reversed when the driven induction motor 70 is used as an induction generator.
  • the rotational speed of the rotor rotates at less than 1,000 rpm in consideration of slip.
  • the rotation speed of the rotor rotates below 900 rpm in consideration of slip, but when 50 Hz is supplied, the rotation speed of the rotor in consideration of slip It rotates at less than 750 rpm. Therefore, by rotating the 8-pole driven induction motor 70 at 900 rpm with the 6-pole driving induction motor 300a supplied with 50 Hz, power of 60 Hz can be obtained, and the 8-pole driving induction motor 300a supplied with 60 Hz. When the furnace 8-pole driven induction motor 70 is rotated at 750 rpm, power of 50 Hz can be obtained.
  • the power of the 60Hz driven induction motor starter 60 is supplied to the driven induction motor 70 through the power supply cable (e), and the output shaft 71 of the driven induction motor of 8 poles 900rpm is coupled ( 72) will be described using the pump 80 in operation connected to the pump input shaft 73 as a 50Hz frequency converter.
  • the driven induction motor output shaft 71 and the coupling 72 of the pump 80 are separated, and the driven induction motor output shaft 71 and the clutch and gear-equipped output shaft 410a ), and use the 50Hz power cutoff base (3) instead of the 60Hz driven induction motor starter (60).
  • a small induction motor is used as the pony motor 200a as a method for limiting the starting current generated when the driving induction motor 300a used as a driving body is started.
  • driving induction The rotor of the electric motor 300a may be rotated up to the rated rotation speed of the pony electric motor 200a.
  • the pony motor starter 100a starts with reduced voltage (Y- ⁇ start or primary resistance start or reactor start or autotransformer start or soft starter) Provide a device for
  • the control unit 10a determines whether the start is completed by the rotational speed of the input shaft speed sensor 320a installed on the input shaft 310a of the device. At this time, when the rotor of the driving induction motor 300a reaches the rated rotation speed, the control unit 10a transmits a power cut-off signal to the pony motor starter 100a and provides a power supply signal to the driving induction motor starter 50a. transmit Thereafter, when power is supplied to the driving induction motor 300a through the power supply cable c, the starting of the driving induction motor 300a with the limited starting current is completed.
  • the control unit 10a controls the same rotation direction of the device 400a in the case of normal rotation according to the forward/reverse operation signal state, the clutch 401a for controlling the same rotational direction.
  • the control unit 10a may check the rotation speed of the driven induction motor 70 through the output shaft speed sensor 420a installed on the output shaft 410a of the device.
  • the output amount of the induction generator can be controlled by adjusting the rotation speed set value, and the rated output is generated when it is increased by 3% from the normal synchronous speed. If there is a power control system, the output amount of the device in which the clutch and the gear are incorporated may be controlled through the rotation speed set value signal of the control unit 10a.
  • the clutch 402a for controlling the opposite rotation direction of the device 400a After opening the valve, the operating pressure of the clutch 402a for controlling the opposite rotation direction is controlled by adjusting the valve for regulating the clutch operating pressure so that the rotation speed set value can be maintained.
  • the controller 10a may check the rotation speed of the driven induction motor 70 through the output shaft speed sensor 420a installed on the device output shaft 410a.
  • the control unit 10a connects the circuit breaker of the 50 Hz power interruption base 3 to connect the driven induction motor 70 with the 50 Hz power supply. , to increase the operating pressure of the clutch 402a for controlling the opposite rotation direction by adjusting the valve for controlling the clutch operating pressure. At this time, if the speed of the rotor is faster than the synchronous speed, the driven induction motor 70 operates as an induction generator in which the phase rotation is switched in the opposite direction.
  • the propulsion and braking system using a clutch according to the present invention can be used in place of the clutch-built reducer, which is often used in existing systems, so that a separate installation space is not required, and efficient and reliable operation is possible in terms of operation as well.
  • the controllers 10a and 10b are configured to be interlocked with the wireless terminal 20, the driving body, and the driven body, the operation of the propulsion and braking system using the clutch can be remotely monitored and controlled through mobile or web.
  • control unit (10a, 10b) is possible to monitor and control through the HMI (Human Man Interface), the operator is authorized to monitor the information transmitted to the wireless communication antenna (11a) through the wireless terminal (20) It is desirable to configure it so that not only can it be done, but also control is possible.
  • HMI Human Man Interface
  • the present invention establishes a propulsion and braking system using a clutch capable of remote monitoring and control, and enables the operator to operate wirelessly through mobile communication available in the area where the system is operating.
  • the operation status of the propulsion and braking system using the clutch is transmitted to the terminal, and remote control by the operator who has been granted remote control authority is possible, so that the operability of the equipment can be maximized.

Abstract

본 발명은 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템에 관한 것으로, 클러치 동작 압력 조절용 밸브와, 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치; 피구동체의 회전 속도를 클러치의 슬립을 이용해 정격 회전 속도 미만에서 연속 운전이 가능하도록 조절하고, 피구동체가 정격 회전 속도 이상에서 운전이 필요한 경우 클러치의 접속 시점 제어와 클러치의 접속이 지속되도록 제어하는 제어부;를 포함하되, 피구동체의 추진중에 상기 제어부에 제동 신호가 입력되면, 상기 제어부는 상기 장치에 내장된 동작중인 클러치의 동작 압력을 제거하고 피구동체의 회전 방향을 역회전 방향으로 제어하기 위한 클러치를 동작시킨 후 상기 밸브로 클러치의 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동 제어가 가능한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템은 추진 및 제동이 필요한 모든 장비와 관련이 있다.

Description

클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템
본 발명은 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 추진 및 제동에 사용되는 전력 변환 장치(power converter), 가변 피치 프로펠러(CPP, Controllable Pitch Propeller) 및 마찰 브레이크(friction brake) 없이도 경제적이고 효율적인 추진 및 제동이 가능하고 차량에도 적용이 가능한 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템에 관한 것이다.
회전력을 추진력으로 바꾸는 장치로 사용되는 프로펠러(propeller)는 선박의 추진 및 제동을 위해 사용되는데, 프로펠러는 축(shaft)의 끝 단에 설치되는 날개(blade)의 피치(pitch)가 조정 가능한 가변 피치 프로펠러와, 날개의 피치가 조정 불가능한 고정 피치 프로펠러(FPP, Fixed Pitch Propeller)로 나뉜다.
CPP 선박에서의 추진 속도는 축 구동체의 회전 속도가 일정하더라도 프로펠러 날개의 피치각(angle of pitch)에 따라 달라지는데, 축 구동체의 회전 속도에서 발생시키는 힘보다 프로펠러에서 요구되는 부하량이 클 경우 축 구동체에 과부하가 발생되므로, 이러한 현상이 발생되지 않도록 축 구동체의 회전 속도별 출력과 프로펠러 날개의 피치각은 연동 제어되어야 한다. 선박의 추진(전진 및 후진) 및 제동은 축 구동체의 출력과 연동 제어되는 프로펠러 날개의 피치각 조정으로 가능하지만, 프로펠러 날개의 피치각을 조정하기 위한 시스템이 고가인 단점이 있다.
FPP 선박에서의 추진 속도는 축 구동체의 회전 속도에 따라 달라지는데, FPP에서 요구되는 회전 속도별 부하량은 축 구동체의 회전 속도별 출력보다 작도록 제작된다. 선박의 추진 및 제동은 축 구동체의 회전 속도 조정 및 회전 방향 조정으로 가능하며, 높은 제동력이 필요한 경우 마찰 브레이크를 프로펠러 축에 추가로 설치한다. 정지 및 후진하고자 할 경우 CPP 선박과 달리 프로펠러를 역회전(reverse rotation) 시키면 되는데 축 구동체가 2행정 내연기관인 경우 내연기관의 회전 방향을 역회전 시킬 수 있으므로 별도의 장치가 필요하지 않고, 축 구동체가 4행정 내연기관인 경우 회전 방향을 역회전 시킬 수 없으므로 감속기에 프로펠러의 회전 방향 전환이 가능한 기능을 가지도록 한다. 프로펠러 날개의 피치각을 조정하기 위한 시스템이 필요 없으므로 제품의 가격이 저가인 장점이 있다.
일반적으로, 2행정(2-stroke) 내연기관으로 추진하는 선박의 경우 내연기관의 정격 회전 속도와 전속력(full admission)을 내기 위한 선박의 프로펠러 회전 속도는 동일하므로 감속기가 필요하지 않고, 4행정(4-stroke) 내연기관으로 추진하는 선박의 경우 내연기관의 정격 회전 속도가 전속력을 내기 위한 선박의 프로펠러 회전 속도보다 빠르므로 감속기가 필요하다.
전기 추진(electric propulsion) 선박의 경우, 가변속 전력 변환 장치를 사용하여 전동기의 회전 속도 및 회전 방향을 가변 할 수 있는 경우에는 FPP를 사용하고, 정현파만을 공급하는 변속이 불가능한 전력 변환 장치를 사용하여 전동기의 회전 속도 및 회전 방향을 가변 할 수 없는 경우에는 CPP를 사용한다. 정현파만을 공급하는 변속이 불가능한 전력 변환 장치를 사용하는 경우 전동기의 회전 속도는 극수 변환(고속, 중속) 유도 전동기(induction motor)를 사용한다. 또한, 가변속 전력 변환 장치, 정현파만을 공급하는 변속이 불가능한 전력 변환 장치의 고장을 대비하여 우회(bypass) 전력 공급 장치로 전동기에 전력이 공급될 수 있도록 준비한다.
한편, 전기 추진 선박에서는, 축 구동체의 회전 속도를 프로펠러의 회전 속도에 맞게 감속하기 위한 감속기를 사용하지 않는 선박과 감속기를 사용하는 선박으로 나눌 수 있다. 감속기를 사용하지 않는 선박에서, 프로펠러의 회전 속도가 100rpm일때 전동기의 회전 속도는 프로펠러의 회전 속도와 동일하여야 하므로 사용하는 주파수가 60Hz이면 72pole, 50Hz이면 60pole의 전동기를 사용한다. 감속기를 사용하는 선박에서, 프로펠러의 회전 속도가 100rpm일때 사용하는 주파수에 따라 60Hz에서는 8pole(900rpm), 50Hz에서는 6pole(1,000rpm)의 전동기를 사용하면 60Hz에는 9:1, 50Hz에는 10:1비율의 감속기를 사용하면 된다. 선박의 프로펠러 회전 속도는 선박이 대형화될수록 낮은데 전동기의 회전 속도를 이에 맞출 경우 전동기의 지름이 커지고 가격도 고가가 되므로 일반적으로 전동기의 회전 속도를 1,000rpm이하로 하고 프로펠러의 회전 속도로 전동기의 회전 속도를 낮추기 위해 감속기를 사용하고 있다.
전기 추진 선박의 경우 전동기에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전기 제품의 단계가 많아질수록 손실이 많아지며, 전력 변환 장치는 냉방 장치가 설치된 공간에서 운영되어야 하고 고출력 제품의 경우 장치에서 발생되는 열의 냉각을 위한 수냉식 냉각기가 필요하며, 또한 편의성에 비해 제품의 가격이 고가인 단점이 있다.
구동체와 피구동체 사이의 토크(동력)를 끊거나 이어주는 장치로 사용되는 클러치는 2행정 내연기관의 경우 시동 토크가 프로펠러에서 요구하는 시동 토크보다 크므로 클러치를 사용하지 않고, 4행정 내연기관의 경우 시동 토크가 프로펠러에서 요구하는 시동 토크보다 작으므로 내연기관의 시동을 위해 클러치가 필요하다.
또한, 클러치의 접속 시점은 클러치의 접속 시 축 구동체의 토크가 피구동체에서 요구되는 시동 토크보다 작을 경우 축 구동체가 정지하는 현상이 발생될 수 있으므로 축 구동체의 토크가 피구동체에서 요구하는 시동 토크보다 큰 시점(회전 속도)에서 클러치를 접속시키며, 전기 추진 선박에서는 전동기 시동 토크 조절이 가능한 가변속 전력 변환 장치를 사용하여 회전 속도를 조절하는데, 전동기의 시동 토크를 프로펠러에서 요구되는 시동 토크보다 크게 하면 되므로 전동기와 감속기 사이에는 클러치를 일반적으로 사용하지 않는다.
감속기는 구동체의 회전 속도와 피구동체의 회전 속도가 다를 경우 사용이 되는데 단일입력-단일출력(single input-single output) 감속기는 하나의 구동체에 하나의 피구동체가 연결되는 것이고, 피구동체의 요구 동력 대비 구동체를 하나로 하는 경우 제품이 너무 대형화되는 문제가 있거나 운용 신뢰성 증대를 위해 구동체의 수량 증대가 필요한 경우 사용되는 다중입력-단일출력(multi input-single output) 감속기는 여러 구동체에 하나의 피구동체가 연결되는 것으로, 이들 구동체간의 병렬 운전 전에는 동기화 과정이 선행되어야 한다.
4행정 내연기관 2대로 추진되는 CPP 2기1축선의 경우, 이중입력-단일출력 클러치 내장 감속기를 사용한다. 프로펠러 날개의 피치각을 작게 조정하여 1대의 내연기관으로 선박을 저속으로 운전중인 상태에서 선박의 속도를 높이기 위해서는, 나머지 내연기관도 클러치 내장 감속기를 통해 연결하여야 하는데 이때 발생되는 충격 토크를 최소화하기 위해서, 부하 운전중인 내연기관의 회전 속도와 연결하고자 하는 내연기관의 회전 속도를 일치 시키는 동기화가 필요하다. 이를 위해 동력을 먼저 전달하고 있는 내연기관의 회전 속도에 맞게 연결하고자 하는 내연기관의 회전 속도를 조속기를 통해 조정하여 동기화가 완료되면, 연결하고자 하는 클러치 내장 감속기의 클러치를 접속(engagement)하여 내연기관 간의 병렬 운전을 실시한 후 날개의 피치각을 증가시키면 된다.
4행정 내연기관 2대로 추진되는 FPP 2기1축선의 경우, 이중입력-단일출력 클러치 내장 감속기를 사용한다. 프로펠러 날개의 피치각을 조정할 수 없으므로 1대의 내연기관으로 선박 운전시 과부하가 발생하기 때문에 2대의 내연기관으로 저 부하에서 병렬 운전을 실시한 후 부하 운전을 하여야 한다. 이를 위해 먼저 1대의 내연기관을 공회전(idle) 상태에서 클러치 내장 감속기의 클러치를 접속시킨 후 나머지 내연기관을 클러치 내장 감속기를 통해 연결하여야 하는데, 이때 발생되는 충격 토크를 최소화하기 위해서 부하 운전중인 내연기관의 회전 속도와 연결하고자 하는 내연기관의 회전 속도를 일치시키는 동기화가 필요하다. 이를 위해 동력을 먼저 전달하고 있는 내연기관의 회전 속도에 맞게 연결하고자 하는 내연기관의 회전 속도를 조속기를 통해 조정하여 동기화가 완료되면, 연결하고자 하는 클러치 내장 감속기의 클러치를 접속하여 내연기관 간의 병렬 운전을 실시한 후 내연기관의 회전 속도를 동시에 증가시키면 된다.
전동기 2대로 추진되는 CPP 2기1축선의 경우, 이중입력-단일출력 감속기가 사용되는데 이때 전동기와 감속기 사이에는 클러치가 사용되지 않는다. 프로펠러 날개의 피치각을 작게 조정하여 1대의 전동기로 선박을 저속으로 운전중인 상태에서 선박의 속도를 높이기 위해서는 나머지 전동기를 연결하여야 하는데, 이를 위한 전동기간의 동기화 및 병렬 운전 제어는 가변속 전력 변환 장치를 통해 이뤄지며 전동기간의 병렬 운전을 실시한 후 날개의 피치각을 증가시키면 된다. 이중입력-단일출력 감속기와 전동기 사이에 클러치를 사용하지 않을 경우 1대의 전동기로 선박을 운항하면 운전되지 않는 다른 전동기의 회전자가 회전하게 되는데, 이는 운전중인 전동기의 부하로 작용하여 에너지 손실을 발생시키므로 클러치를 설치하는 경우도 있다.
전동기 2대로 전기 추진되는 FPP 2기1축선의 경우, 이중입력-단일출력 감속기가 사용되는데 이때 전동기와 감속기 사이에는 클러치가 사용되지 않는다. 프로펠러 날개의 피치각을 조정할 수 없으므로 1대의 전동기로 선박 운전시 과부하가 발생되므로 2대의 전동기로 저 부하에서 병렬 운전을 실시한 후 부하 운전을 하여야 한다. 이를 위한 전동기간의 동기화 및 병렬 운전 제어는 가변속 전력 변환 장치를 통해 이뤄지며 2대의 전동기를 운용함에 있어 저 부하에서부터 고 부하까지 동시에 가동하여 전동기 회전 속도로 선박의 속도를 증감시키게 되는데 전동기의 효율은 회전 속도가 낮을수록 그리고 부하가 낮을수록 낮으므로 전동기가 저속도, 저부하 구간에서 운영될 경우 저효율 운전으로 인해 전체 효율이 떨어지는 단점이 있다.
발전기에서 전력을 공급받는 유도 전동기의 경우 일반 유도 전동기를 사용하여도 되나, 가변속 전력 변환 장치에서 전력을 공급받는 유도 전동기의 경우 일반 유도 전동기가 아닌 가변속 전력 변환 장치 전용 유도 전동기를 사용하여야 하며 일반적으로 동일 회전수 일반 유도 전동기 대비 10 ~ 20% 고가이다.
항해중인 선박은 타력에 의해 쉽게 움직일 수가 없다. 선박이 전속력으로 항해중인 상태에서 충돌의 위험이 발생하면 제동(crash stop)을 하기 위해 역 추진력(reverse propulsion)을 발생시켜 선박의 진행을 멈춰야 한다. 하지만 이 때에도 선박이 진행 중이기 때문에 앞으로 전진하게 될 수밖에 없는 거리가 있는데 이를 최단정지거리(crash shortest stopping distance)라고 한다. 이 최단정지거리를 최초의 속력에서 선체가 정지할 때까지의 나아간 거리로 계산하는데 선박의 특성과 종류에 따라 다르지만 대체적으로 선박의 길이에 6~12배 정도로 볼 수 있다.
2행정 내연기관으로 추진되는 FPP 선박이 전속력으로 전진하고 있는 상황에서 제동을 위한 역 추진력을 발생시키기 위해서는 프로펠러를 역회전 시켜야 한다. 내연기관에 연료를 차단하여도 내연기관 제동(engine braking)은 발생하지만, 전진하는 선박의 속도에 의한 프로펠러의 타력(inertia)으로 내연기관은 계속 회전하게 된다. 따라서, 선박의 속도가 충분히 감소하여 시동 공기(starting air)로 내연기관을 정지시킨 후 후진을 위한 시동을 하여야만 내연기관이 선박의 전진 타력을 이기고 후진 시동에 성공할 수가 있다. 후진 시동을 할 수 있는 전진 타력에 대한 최대 내연기관 회전 속도는 내연기관 제조사에서 추천하는 것으로 정한다.
4행정 내연기관으로 추진되는 FPP 선박이 전속력으로 전진하고 있는 상황에서 제동을 위한 역 추진력을 발생시키기 위해서는 프로펠러를 역회전 시키야 한다. 4행정 내연기관은 역회전이 불가능하므로 클러치 내장 감속기의 출력 축 회전 방향 전환이 가능한 클러치 접속 회전 속도까지 회전 속도를 감소시킨 다음 클러치를 접속시키면 되는데, 급속 후진을 위해 내연기관의 회전 속도 목표값을 클러치가 접속할 수 있는 회전 속도로 변경하여도 내연기관 제동은 발생하지만, 전진하는 선박의 속도에 의한 프로펠러의 타력으로 내연기관은 계속 회전하게 된다. 따라서, 선박의 속도가 어느 정도 줄어든 후에야 비로소 클러치 내장 감속기의 출력 축 회전 방향 전환 클러치를 접속시킬 수 있는 회전 속도에 도달하게 되는데, 이때 클러치를 접속시켜 프로펠러의 회전 방향을 역회전 시킨다. 역회전을 할 수 있는 전진 타력에 대한 클러치 내장 감속기의 클러치 접속 최대 회전 속도는 내연기관 제조사와 클러치 내장 감속기 제조사에서 추천하는 것으로 정한다.
유도 전동기로 추진되는 FPP 선박이 전속력으로 전진하고 있는 상황에서 제동을 위한 역 추진력을 발생시키기 위해서는 프로펠러를 역회전 시켜야 하는데, 유도 전동기는 가변속 전력 변환 장치로 역회전 제어가 가능하므로 역회전이 가능한 회전 속도로 감소시킨 다음 역회전을 시키면 된다. 유도 전동기에 공급되는 전력을 가변속 전력 변환 장치로 감소시켜도 선박의 속도에 의한 프로펠러의 타력으로 유도 전동기는 계속 회전하게 된다. 이때 유도 전동기에서 발생되는 전력을 회생 제동(regenerative braking)을 사용하여 회수하면 되지만, 발생되는 전력이 회생 제동으로 바로바로 회수되지 않으면 제동력이 생기지 않으므로 이러한 경우 저항 제동(rheostatic braking)으로 전환하여 제동을 실시하는데, 선박의 속도가 어느 정도 줄어든 후에야 비로소 유도 전동기를 역회전 시킬 수 있는 회전 속도에 도달하게 되며, 이때 가변속 전력 변환 장치로 유도 전동기를 역회전 시켜 프로펠러의 회전 방향을 역회전 시킨다. 역회전을 할 수 있는 전진 타력에 대한 최대 유도 전동기 회전 속도는 전동기 제조사에서 추천하는 것으로 정한다. 유도 전동기를 정지하는 시간이 짧을수록 저항 제동에 사용되는 저항은 커져야 하며 이때 발생하는 열은 즉시 냉각이 될 수 있도록 가변속 전력 변환 장치에 별도의 냉각기가 준비되어야 한다.
또한, 유도 전동기의 회전 속도 감소에 따라 냉각 팬의 회전 속도 또한 감소하게 되는데 유도 전동기 내부에서 발생되었던 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 대책이 유도 전동기 내부에 마련되어야 한다. 가변속 전력 변환 장치로 유도 전동기 기동 시에 발생되는 돌입 전류(inrush current)를 줄이기 위해 유도 전동기에 공급되는 전력을 감소시키면 돌입 전류는 감소되는 반면 기동 시간이 길어지는 단점이 있다.
선박의 접안이나 이안 시 선박의 조종 성능을 향상시키기 위하여 선박의 측면에 장비하는 보조 추력 발생 장치인 고정 피치 프로펠러형 사이드 스러스터(side thruster, 선수에 설치되면 바우 스러스터(bow thruster), 선미에 설치되면 스턴 스러스터(stern thruster)), 쇄빙선(ice breaker) 및 다이나믹포지셔닝시스템(dynamic positioning system)에 사용되는 전방위 추진기(azimuth thruster)가 전동기로 구동되는 경우에는 가변속 전력 변환 장치를 사용한다.
60Hz의 전력이 사용되는 곳에 50Hz의 전력이 필요한 경우, 60Hz의 전력을 주파수 변환 장치(frequency changer)를 통해 50Hz로 변환하여 사용하고 50Hz의 전력이 사용되는 곳에 60Hz의 전력이 필요한 경우, 50Hz의 전력을 주파수 변환 장치(frequency changer)를 통해 60Hz로 변환하여 사용하였다.
CPP 선박의 경우 FPP 선박에 비해 선박 조정이 간편하나 프로펠러 날개의 피치각을 조정하기 위한 시스템이 고가인 단점이 있고, 고가의 전력 변환 장치를 사용하여 전동기로 추진되는 FPP 전기 추진 선박의 경우 전동기의 저속 회전 구간에서 발생되는 손실을 상쇄할 수 있는 운영 방법이 필요하다.
이처럼 종래의 추진 및 제동 방법은 추진체의 조종 및 운영에 다양한 문제점 및 제한사항을 가지고 있어 추진 및 제동 시스템 개선을 통한 장비들의 신뢰성 향상, 안정성 증대, 투자비 및 운영비 절감으로 우수한 장비 운영 능력 확보가 가능한 추진 및 제동 시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 추진 및 제동에 사용되는 전력 변환 장치, 가변 피치 프로펠러 및 마찰 브레이크 없이도 경제적이고 효율적인 추진 및 제동이 가능하고 차량에도 적용이 가능한 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 주파수 변환 시 사용되는 종래의 주파수 변환 장치를 사용하지 않고, 본 발명의 추진 및 제동 시스템으로도 주파수 변환이 가능하도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 클러치 동작 압력 조절용 밸브와, 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치; 피구동체의 회전 속도를 클러치의 슬립을 이용해 정격 회전 속도 미만에서 연속 운전이 가능하도록 조절하고, 피구동체가 정격 회전 속도 이상에서 운전이 필요한 경우 클러치의 접속 시점 제어와 클러치의 접속이 지속되도록 제어하는 제어부;를 포함하되, 피구동체의 추진중에 상기 제어부에 제동 신호가 입력되면, 상기 제어부는 상기 장치에 내장된 동작중인 클러치의 동작 압력을 제거하고 피구동체의 회전 방향을 역회전 방향으로 제어하기 위한 클러치를 동작 시킨 후 상기 밸브로 클러치의 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템을 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 클러치 동작 압력 조절용 밸브와, 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 또는 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치; 피구동체의 회전 속도를 클러치의 슬립을 이용해 정격 회전 속도 미만에서 연속 운전이 가능하도록 조절하고, 피구동체가 정격 회전 속도 이상에서 운전이 필요한 경우 클러치의 접속 시점 제어와 클러치의 접속이 지속되도록 제어하는 제어부;를 포함하되, 피구동체의 추진중에 상기 제어부에 제동 신호가 입력되면, 상기 제어부는 상기 장치에 내장된 클러치의 동작 압력을 제거한 후, 구동체의 회전 방향을 역회전으로 전환하고, 상기 밸브로 클러치의 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템을 제공한다.
또한, 상기 장치의 치차는 구동체와 피구동체간의 회전 속도의 차이에 따른 기어비(gear ratio)를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치는 구동체와 피구동체간의 회전 속도의 차이에 따른 기어비를 가지는 치차 장치가 별도로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치가 다중입력 치차 장치에 연결되어 구동체 간의 병렬 운전 시, 동기화 과정이 필요하지 않은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 구동체의 회전 속도가 증가되면 피구동체의 회전 속도가 상승되어 피구동체의 부하가 증가되며, 이때 상기 제어부는 구동체, 상기 장치 및 피구동체의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우 운영자에게 경보 하고, 상기 범위 내에서 운전하도록 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태 또는 상기 장치의 클러치를 상기 밸브로 조절하여 동력을 전달하는 상태일 때, 구동체의 회전 속도별 출력량과 피구동체의 회전 속도별 부하량을 비교하여 피구동체의 회전 속도별 부하량 대비 구동체의 회전 속도별 출력량이 증가한 경우 피구동체의 회전 속도별 부하량이 증가되었음을 운영자에게 경보하고, 피구동체의 회전 속도별 부하량 대비 구동체의 회전 속도별 출력량이 감소한 경우 피구동체의 회전 속도별 부하량이 감소되었음을 운영자에게 경보하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치의 윤활유 압력은 윤활유 온도가 높을수록 낮아지는데, 윤활유 온도에 따른 윤활유 압력의 변화량을 상기 제어부에서 학습하여 윤활유 점도의 안정성을 확인하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서 상기 장치의 입력축 회전 속도와 상기 장치의 출력축 회전 속도에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기로 클러치 마모도를 판단하고, 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 상기 밸브에 전달하는 설정값의 변화량이 윤활유 온도 변화에 따른 변동치를 초과 할 경우, 이러한 차이의 크기로도 클러치 마모도를 판단하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서 구동체와 피구동체 간의 토크 전달 과정에서 발생되는 스틱 슬립 현상을 검출하여 클러치의 동작 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부에서는 제어 모드가 속도 제어 모드일 경우에는 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하고, 부하 제어 모드일 경우에는 구동체에 걸리는 부하를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치의 클러치가 접속되지 않고 상기 제어부에 오버라이드 제어 기능이 활성화 되어있는 상태에서 상기 장치의 윤활유 온도가 허용치 이상으로 상승하면, 상기 제어부는 회전 속도 제어에서 윤활유 온도 일정 제어로 전환하고 윤활유 온도가 경보 값의 히스테리시스 이내로 감소하면 회전 속도 제어로 다시 복귀하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 피구동체에 과도 부하 급상승이 발생하는 것을 검출하고, 상기 과도 부하 급상승의 크기에 따라 회전 속도 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 회전 속도 회복 시간 이내에 구동체의 회전 속도가 회복될 수 있도록, 상기 밸브의 설정값을 조절하여 구동력 급상승량에 따라 기 설정된 피구동체의 부하 감소량에 맞게 슬립을 증가시켜 구동체의 부하를 낮추어줌으로써 구동체의 회전 속도가 조속히 회복되도록 한 후, 회전 속도의 회복이 감지되면 상기 밸브의 설정값을 다시 원래의 설정값으로 서서히 복귀시키는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 제동 제어 시 상기 장치의 클러치와 마찰 브레이크의 작동을 연동 제어하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 회전 속도 설정값의 변화 기울기로 상기 밸브의 동작 시간을 조정하여 추진 및 제동에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 피구동체로 사용되는 유도 전동기는 상기 제어부에 의해 회전 속도가 제어되어 유도 발전기로 사용될 수 있고, 피구동체의 회전 방향 전환이 가능한 상기 장치를 사용하는 경우, 상기 유도 전동기는 상 회전 방향의 전환이 가능한 유도 발전기로도 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 무선으로 연결되는 원격의 무선단말기를 통해 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템에 따르면, 구동체와 피구동체 사이의 동력(토크)을 끊거나 이어주는 장치로 사용되는 클러치를 추진체의 추진 및 제동에 사용함으로써 투자비 절감 및 유지 보수 비용이 감소하는 효과가 있다.
또한, 주파수 변환용으로도 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 전력 변환 장치의 대표적인 출력에 대한 효율을 도시한다.
도 2는 유도 전동기의 대표적인 회전 속도에 대한 효율 및 역률을 도시한다.
도 3은 유도 전동기의 대표적인 출력에 대한 슬립, 전류, 역률 및 효율을 도시한다.
도 4는 종래의 교류 발전 장치, 가변속 전력 변환 장치, 유도 전동기, 단일입력-단일출력 감속기, 고정 피치 프로펠러형 바우 스러스터, 고정 피치 프로펠러형 스턴 스러스터와 고정 피치 프로펠러로 추진하는 이축선(twin screw vessel)의 전기 추진 시스템을 도시한다.
도 5는 종래의 교류 발전 장치, 정현파만을 공급하는 변속이 불가능한 전력 변환 장치, 극수 변환(고속, 중속) 유도 전동기, 단일입력-단일출력 감속기, 가변 피치 프로펠러형 바우 스러스터, 가변 피치 프로펠러형 스턴 스러스터와 가변 피치 프로펠러로 추진하는 이축선의 전기 추진 시스템을 도시한다.
도 6는 종래의 교류 발전 장치, 가변속 전력 변환 장치, 동기 전동기(synchronous motor), 이중입력-단일출력 감속기, 고정 피치 프로펠러형 바우 스러스터 또는 스턴 스러스터와 고정 피치 프로펠러로 추진하는 단축선(single screw vessel)의 전기 추진 시스템을 도시한다.
도 7은 종래의 주파수 가변 교류 발전장치, 직류 배전(DC distribution) 시스템(정류기(rectifier), 인버터(inverter) 및 배터리를 포함), 유도 전동기, 고정 피치 프로펠러형 바우 스러스터, 고정 피치 프로펠러형 스턴 스러스터와 고정 피치 프로펠러형 전방위 추진기로 추진하는 전기 추진 시스템을 도시한다.
도 8은 종래의 60Hz의 전력을 주파수 변환 장치(frequency changer)를 통해 50Hz로 변환하는 것을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동용 유도 전동기로 구동하는 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 4행정 내연기관으로 구동하는 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동용 유도 전동기로 구동하는 실시예를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 2행정 내연기관으로 구동하는 실시예를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동용 유도 전동기로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치로 병렬 운전하는 실시예를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 4행정 내연기관으로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치로 병렬 운전하는 실시예를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동용 유도 전동기로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치로 병렬 운전하는 실시예를 도시한다.
도 16은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 2행정 내연기관으로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치로 병렬 운전하는 실시예를 도시한다.
도 17은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동용 유도 전동기로 구동하여 피구동용 유도 전동기에서 주파수가 변환된 전력을 생산하는 실시예를 도시한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시례를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 전력 변환 장치의 대표적인 출력에 대한 효율을 도시한 것으로, 약 15% 이하의 부하에서는 효율이 급격히 낮아짐을 알 수 있고, 도 2는 유도 전동기의 대표적인 회전 속도에 대한 효율 및 역률을 도시한 것으로 정격 회전 속도 이하에서는 효율 및 역률이 낮아짐을 알 수 있으며, 도 3은 유도 전동기의 대표적인 출력에 대한 슬립, 전류, 역률 및 효율을 도시한 것으로 약 50% 이하의 출력에서는 효율이 급격히 낮아짐을 알 수 있다.
도 4는 종래의 교류 발전 장치, 가변속 전력 변환 장치, 유도 전동기, 단일입력-단일출력 감속기, 고정 피치 프로펠러형 바우 스러스터, 고정 피치 프로펠러형 스턴 스러스터와 고정 피치 프로펠러로 추진하는 이축선의 전기 추진 시스템을 도시한 것으로, 선박의 추진 속도가 낮을 경우 도 1의 전력 변환 장치의 낮은 출력에서의 효율 저하와, 도 2의 유도 전동기의 낮은 회전 속도에서의 효율 저하와, 도 3의 유도 전동기의 낮은 출력에서의 효율 저하로 인해 운영 손실이 증가한다.
도 5는 종래의 교류 발전 장치, 정현파만을 공급하는 변속이 불가능한 전력 변환 장치, 극수 변환(고속, 중속) 유도 전동기, 단일입력-단일출력 감속기, 가변 피치 프로펠러형 바우 스러스터, 가변 피치 프로펠러형 스턴 스러스터와 가변 피치 프로펠러로 추진하는 이축선의 전기 추진 시스템을 도시한 것으로, 선박의 추진 속도가 낮을 경우 도 4의 전기 추진 시스템에서 발생되는 효율 저하로 인한 운영 손실 부분 중에서 도 2에 도시된 유도 전동기의 낮은 회전 속도에서의 효율 및 역률 저하 부분은 유도 전동기의 회전 속도를 정격 회전 속도로 유지하고 추진용 가변 피치 프로펠러의 피치각을 낮춤으로써 상쇄할 수 있으나, 이를 위해 고가의 장비인 가변 피치 프로펠러를 사용하여야 한다.
도 6는 종래의 교류 발전 장치, 가변속 전력 변환 장치, 동기 전동기, 이중입력-단일출력 감속기, 고정 피치 프로펠러형 바우 스러스터 또는 스턴 스러스터와 고정 피치 프로펠러로 추진하는 단축선의 전기 추진 시스템을 도시한 것으로, 선박의 추진 속도가 낮을 경우 도 4의 전기 추진 시스템에서 발생되는 효율 저하로 인한 운영 손실이 발생할 수 있다. 이에 더하여, 이중입력-단일출력 감속기에 연결된 2대의 동기 전동기의 경우, 선박의 추진 속도에 따라 저속 구간에서 1대의 동기 전동기가 운전되고 고속 구간에서 2대의 동기 전동기가 운전되는 운영 방식이 아니라, 선박의 추진 속도에 상관없이 2대의 동기 전동기가 동시에 병렬 운전을 하여야 하므로, 선박의 추진 속도가 낮을 경우 동기 전동기의 손실은 1대 사용시 대비 두 배로 증가한다.
도 7은 종래의 주파수 가변 교류 발전장치, 직류 배전 시스템(정류기, 인버터 및 배터리를 포함), 유도 전동기, 고정 피치 프로펠러형 바우 스러스터, 고정 피치 프로펠러형 스턴 스러스터와 고정 피치 프로펠러형 전방위 추진기로 추진하는 전기 추진 시스템을 도시한 것으로, 선박의 추진 속도가 낮을 경우 도 4의 전기 추진 시스템에서 발생되었던 효율 저하로 인한 운영 손실 부분은 주파수 가변 교류 발전장치에 정류기, 인버터 및 배터리를 추가 설치하여 종래의 교류 발전 장치 대비하여 내연기관의 연료소모량을 감소시킴으로써 상쇄할 수 있으나, 이를 위해 고가의 이들 장치를 추가적으로 사용하여야 한다.
도 8은 종래의 50Hz의 전력을 주파수 변환 장치를 통해 60Hz의 전력으로 변환하는 것을 도시한 것으로, 전력 변환이 필요한 용량이 증가할수록 주파수 변환 장치의 가격이 증가한다.
도 9 내지 도 17은 구동체로 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치 또는 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동하는 실시예를 도시한 것이다.
비록 자세히 도시되지는 않았으나, 도 13 내지 도 16를 참조하면, 제어부(10a, 10b)에는 무선통신용 안테나(11a, 11b), 정/역회전 운전 신호, 오버라이드 제어 신호, 제어 모드 신호, 회전 속도 설정값 신호, 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축 속도 감지 센서(320a, 320b), 클러치와 치차가 내장된 장치의 윤활유 온도 감지 센서(405a, 405b), 클러치와 치차가 내장된 장치의 윤활유 압력 감지 센서(406a, 406b), 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력축 속도 감지 센서(420a, 420b), 이중입력-단일출력 치차 장치의 윤활유 온도 감지 센서(505a, 505b), 이중입력-단일출력 치차 장치의 윤활유 압력 감지 센서(506a, 506b), 이중입력-단일출력 치차 장치의 출력축 속도 감지 센서(520a, 520b)가 연결될 수 있다.
또한, 도 9 내지 도 16를 참조하면, 구동체와 피구동체의 회전 속도가 다를 경우, 클러치와 치차가 내장된 장치의 치차가 상기 회전 속도의 차이에 따른 기어비를 가지게 하거나, 상기 회전 속도의 차이에 따른 기어비를 가지는 치차 장치를, 클러치와 치차가 내장된 장치의 전단이나 후단에 별도로 구성할 수도 있다.
본 발명에 따른 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템의 동작 및 운영 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기에 앞서, 제어부(10a, 10b)에서 가지는 특징을 먼저 설명한다.
클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속된 상태에서 피구동체를 구동용 유도 전동기(300a, 300b)로 구동하여 추진하는 경우, 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에서 공급되는 전력의 주파수가 증가되면 피구동체의 회전 속도가 상승하여 구동용 유도 전동기(300a, 300b)의 부하가 증가되는데, 이때 제어부(10a, 10b)는 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치(power metering and monitoring devices, PMD)를 통해 취득된 정보를 기준으로 구동용 유도 전동기(300a, 300b), 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b), 이중입력-단일출력 치차 장치(gear unit)(500) 및 FPP 프로펠러와 같은 피구동체(600)의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우 운영자에게 경보하고 과부하 운전 가능 범위 내에서 운전하게 하는 기능이 있다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속된 상태에서 피구동체를 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)으로 구동하여 추진하는 경우, 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도가 증가하면 피구동체의 회전 속도가 상승하여 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 부하가 증가하는데, 이때 제어부(10a, 10b)는 내연기관 제어장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b), 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b), 이중입력-단일출력 치차 장치(500) 및 FPP 프로펠러와 같은 피구동체(600)의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우 운영자에게 경보하고 과부하 운전 가능 범위 내에서 운전하게 하는 기능이 있다.
또한, 제어부(10a, 10b)는 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속된 상태 또는 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치를 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 조절하여 동력을 전달하는 상태일 때, 구동용 유도 전동기(300a, 300b), 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도별 출력량과 피구동체(600)의 회전 속도별 부하량을 비교한다. 피구동체(600)의 회전 속도별 부하량 대비 구동용 유도 전동기(300a, 300b), 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도별 출력량이 증가한 경우, 제어부(10a, 10b)는 피구동체(600)의 회전 속도별 부하량이 증가되었음을 운영자에게 경보하고 피구동체(600)의 회전 속도별 부하량 대비 구동용 유도 전동기(300a, 300b), 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도별 출력량이 감소한 경우, 제어부(10a, 10b)는 피구동체(600)의 회전 속도별 부하량이 감소되었음을 운영자에게 경보한다. 이때, 구동체의 회전 속도별 출력량은, 구동체가 구동용 유도 전동기(300a, 300b)인 경우에는 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 하고, 구동체가 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)인 경우에는 내연기관 제어장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 피구동체(600)의 부하량 증가 및 감소 여부를 판단한다. 피구동체(600)에 이물질이 부착되어 저항이 증가하면 부하량이 증가하고, 피구동체(600)에 마모가 발생되어 저항이 감소되면 부하량이 감소한다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 윤활유 압력은 장치의 윤활유 온도가 높을수록 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 제어부(10a, 10b)는 윤활유 온도 감지 센서(405a, 405b) 및 윤활유 압력 감지 센서(406a, 406b)를 이용하여 장치의 윤활유 온도 및 압력을 측정한 후, 측정값들의 변화량을 학습하여 윤활유 점도(viscosity)의 안정성을 확인하는 기능이 있다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속된 상태에서, 상기 장치의 입력축(310a, 310b)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a, 320b)에서 측정한 회전 속도와 상기 장치의 출력축(410a, 410b)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a, 420b)에서 측정한 회전 속도에 차이가 있을 경우, 제어부(10a, 10b)는 이러한 차이의 크기로 클러치 마모도(clutch wear degree)를 판단할 수 있다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서 피구동체(600)의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해, 제어부(10a, 10b)에서 클러치 동작 압력 조절용 밸브에 전달하는 설정값(set point)은 윤활유 압력이 변하면 달라지게 되는데, 이러한 설정값의 변화량이 윤활유 온도 변화에 따른 변동치를 초과 할 경우, 이러한 차이의 크기로도 클러치 마모도를 판단하는 기능이 있다.
또한, 제어부(10a, 10b)는 클러치의 슬립 발생시 피구동체의 회전 속도가 너무 느리거나, 피구동체의 회전 속도가 구동체의 회전 속도에 근접한 상황에서 스틱 슬립(stick slip) 현상이 발생하는 것을 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축(310a, 310b)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a, 320b)와 상기 장치의 출력축(410a, 410b)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a, 420b)에서 측정한 회전 속도에 대한 각속도 분석으로 검출하고, 이를 클러치의 동작에 필요한 유압 조정 수정계수(correction factor)로 사용하여 클러치 동작 유압 결정 회로 또는 회전 속도 결정 회로에 반영하며, 이를 통해 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 증감시켜 스틱 슬립을 회피하는 기능이 있다.
또한, 제어부(10a, 10b)는 구동체가 구동용 유도 전동기(300a, 300b)일 때 속도 제어 모드일 경우에는 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하고, 부하 제어 모드일 경우에는 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 구동용 유도 전동기(300a, 300b)에 걸리는 부하를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하는 기능이 있다.
또한, 구동체가 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)일 때 속도 제어 모드일 경우에는 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하고, 부하 제어 모드일 경우에는 내연기관 제어장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)에 걸리는 부하를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하는 기능이 있다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속되지 않고 오버라이드 제어 기능이 활성화 되어있는 상태에서, 상기 장치의 윤활유 냉각장치 등의 고장으로 인해 윤활유 온도 감지 센서(405a, 405b)로 측정한 상기 장치(400a, 400b)의 윤활유 온도가 허용치 이상으로 상승하면, 제어부(10a, 10b)는 상기 장치(400a, 400b)의 제어를 회전 속도 제어에서 윤활유 온도 일정 제어로 전환하고, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 윤활유 온도가 경보 값의 히스테리시스(Hysteresis) 이내로 감소하면 회전 속도 제어로 다시 복귀하는 기능이 있다.
또한, 구동체가 구동용 유도 전동기(300a, 300b)인 경우, 피구동체의 과도(transient) 부하 급상승이 발생하면 전력을 공급하는 내연기관의 회전 속도가 떨어지며, 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에서 구동용 유도 전동기(300a, 300b)로 공급되는 주파수가 낮아진다. 이때 전력 급상승량(Δp/Δt)은, 상기 장치의 입력축(310a, 310b)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a, 320b)에서 측정한 회전 속도 변화량(Δrpm/Δt) 또는 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 시간당 주파수 변화량(Δfrequency/Δt) 또는 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 시간당 유효전력 변화량(Δkw/Δt)으로 검출될 수 있다. 제어부(10a, 10b)는 상술한 피구동체의 과도 부하 급상승을 검출하고, 과도 부하 급상승의 크기에 따라 전력을 공급하는 내연기관의 주파수 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 주파수 회복 시간(frequency recovery time after load increase) 이내에 주파수가 회복되게 할 수 있다. 즉, 제어부(10a, 10b)는 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조절하여 전력 급상승량에 따라 기 설정된 피구동체의 부하 감소량에 맞게 슬립을 증가시켜 내연기관의 부하를 낮추어줌으로써 전력 공급 내연기관의 회전 속도가 조속히 회복되도록 한 후, 회전 속도의 회복이 감지되면 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 다시 원래의 설정값으로 서서히 복귀시키는 기능이 있다.
또한, 구동체가 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)인 경우, 피구동체의 과도 부하 급상승이 발생하면 구동력을 공급하는 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도가 떨어진다. 이때 구동력 급상승량(Δp/Δt)은, 상기 장치의 입력축(310a, 310b)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a, 320b)에서 측정한 회전 속도 변화량(Δrpm/Δt)으로 검출될 수 있다. 제어부(10a, 10b)는 상술한 피구동체의 과도 부하 급상승을 검출하고, 과도 부하 급상승의 크기에 따라 구동력을 공급하는 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 회전 속도 회복 시간 이내에 구동체의 회전 속도가 회복되게 할 수 있다. 즉, 제어부(10a, 10b)는 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조절하여 구동력 급상승량에 따라 기 설정된 피구동체의 부하 감소량에 맞게 슬립을 증가시켜 상기 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 부하를 낮추어줌으로써 상기 내연기관(700a, 700b, 800a, 800b)의 회전 속도가 조속히 회복되도록 한 후, 회전 속도의 회복이 감지되면 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 다시 원래의 설정값으로 서서히 복귀시키는 기능이 있다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(400a)의 출력축(410a) 또는 이중입력-단일출력 치차 장치의 출력축(510)에 마찰 브레이크(550)가 설치되는 경우, 제동 제어 시 마찰 브레이크(550)는 상기 장치(400a)의 클러치와 연동 제어될 수 있다. 즉, 제어부(10a, 10b)는 제동 신호가 입력되어 상기 장치(400a)의 클러치가 차단(disengagement)되면 마찰 브레이크(550)를 동작 시키고, 피구동체(600)의 역회전 준비가 완료되어 상기 장치(400a)의 클러치 동작 압력 조절이 진행되면 마찰 브레이크(550)의 동작을 해제시키며, 추진체가 정지되면 마찰 브레이크(550)를 다시 동작시키는 기능이 있다.
또한, 제어부(10a, 10b)는 입력되는 회전 속도 설정값의 변화 기울기로 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 시간을 조정하여 추진 및 제동에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있다.
이하, 본 발명에 따른 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템의 동작 및 운영 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 9, 도 10, 도 13, 도 14, 도 17에 도시된 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)는 추진체의 정회전 운전 시 입력축/출력축 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a, 401b)가 동작하고, 역회전 운전 시 입력축/출력축 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a, 402b)가 동작하는 것을 전제로 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 피구동체 회전 방향을 구동체와 동일한 방향 또는 반대 방향으로 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a)를 구동용 유도 전동기(300a)로 구동하는 실시예를 도시한 것으로, 구동체로 사용되는 구동용 유도 전동기(300a)의 기동 시 발생되는 기동전류를 제한하기 위한 방법으로서 소형 유도 전동기를 포니 전동기(200a, pony motor)로 사용한다. 구동용 유도 전동기(300a) 축에 포니 전동기 출력축(210a)을 연결한 후 포니 전동기 스타터(100a)로 전력 공급용 케이블(f)을 통해 포니 전동기(200a)에 전전압(full voltage)을 인가하면, 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자를 포니 전동기(200a)의 정격 회전 속도까지 회전시킬 수 있다. 이때 포니 전동기(200a)의 기동전류 또한 제한할 필요가 있을 경우에는, 포니 전동기 스타터(100a)에 감전압(reduced voltage) 기동(Y-△기동 또는 1차저항 기동 또는 리액터 기동 또는 단권변압기 기동 또는 소프트 스타터(soft starter)기동)을 위한 장치를 구비한다.
제어부(10a)는 포니 전동기(200a)를 기동시킨 후, 기동 완료 여부를 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 판단한다. 이때, 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자가 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(10a)는 포니 전동기 스타터(100a)에 전력 차단 신호를 전달하고 구동용 유도 전동기 스타터(50a)에 전력 공급 신호를 전달한다. 이후에, 전력 공급용 케이블(c)를 통해 구동용 유도 전동기(300a)에 전력이 공급되면 기동전류를 제한한 구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료된다.
구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료되면, 제어부(10a)는 정회전 운전일 경우 상기 장치(400a)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 밸브를 개방한 후, 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 상기 장치의 출력축(410a)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a)를 통해 피구동체(600)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 구동용 유도 전동기(300a)가 정격 회전 속도일 때 출력축 속도 감지 센서(420a)에서 확인되는 회전 속도 이상이거나, 기 설정된 클러치의 슬립을 이용한 회전 속도 이상인 경우, 제어부(10a)는 기 설정된 동작 속도에 따라 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 완전히 개방하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시키거나, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거하여 클러치 동작 윤활유의 압력이 전부 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)에 전달되도록 하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시킨다. 이와 같이 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거할 경우, 피구동체(600)의 회전 속도가 순간적으로 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
피구동체(600)의 추진중에 제동을 하기 위해 제어부(10a)에 회전 속도 설정값으로 역회전 신호를 입력하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 차단하고, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제거한다. 또한, 피구동체(600)의 회전 방향을 반대 방향으로 제어하기 위해, 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a) 밸브를 개방한 후 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동을 위한 역회전 제어를 실시한다. 이후에, 추진체가 정지되어 회전 속도 설정값이 "0"rpm으로 입력되면 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a) 밸브를 차단한다.
클러치의 마찰로 발생되는 열에 의해 상기 장치(400a)의 윤활유 온도가 상승하는데, 제어부(10a)는 상기 장치의 윤활유 온도 감지 센서(405a)에서 측정한 윤활유 온도가 경보값 미만으로 유지되도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a)를 4행정 내연기관(700a)으로 구동하는 실시예를 도시한 것이다. 구동체로 사용되는 4행정 내연기관(700a)의 시동이 완료되면, 제어부(10a)는 정회전 운전일 경우 상기 장치(400a)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 상기 장치의 출력축(410a)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a)를 통해 피구동체(600)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 4행정 내연기관(700a)이 정격 회전 속도일 때 출력축 속도 감지 센서(420a)에서 확인되는 회전 속도 이상이거나, 기 설정된 클러치의 슬립을 이용한 회전 속도 이상인 경우, 제어부(10a)는 기 설정된 동작 속도에 따라 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 완전히 개방하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시키거나, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거하여 클러치 동작 윤활유의 압력이 전부 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)에 전달되도록 하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시킨다. 이와 같이 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거할 경우, 피구동체(600)의 회전 속도가 순간적으로 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
피구동체(600)의 추진중에 제동을 하기위해 제어부(10a)에 회전 속도 설정값으로 역회전 신호를 입력하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 차단하고, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제거한다. 또한, 피구동체(600)의 회전 방향을 반대 방향으로 제어하기 위해, 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a) 밸브를 개방한 후 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동을 위한 역회전 제어를 실시한다. 이후에, 추진체가 정지되어 회전 속도 설정값이 "0"rpm으로 입력되면 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a) 밸브를 차단한다.
클러치의 마찰로 발생되는 열에 의해 상기 장치(400a)의 윤활유 온도가 상승하는데, 제어부(10a)는 상기 장치의 윤활유 온도 감지 센서(405a)에서 측정한 윤활유 온도가 경보값 미만으로 유지되도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제어할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a)를 구동용 유도 전동기(300a)로 구동하는 실시예를 도시한 것이다.
구동체로 사용되는 구동용 유도 전동기(300a)의 기동 시 발생되는 기동전류를 제한하기 위한 방법으로서 소형 유도 전동기를 포니 전동기(200a)로 사용한다. 구체적으로, 구동용 유도 전동기(300a) 축에 포니 전동기 출력축(210a)을 연결한 후, 포니 전동기 스타터(100a)에 설치된 소프트 스타터로 전력 공급용 케이블(f)을 통해 포니 전동기(200a)를 감전압 기동하여 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자를 포니 전동기(200a)의 정격 회전 속도까지 회전시킨다. 이때 포니 전동기(200a)의 기동전류를 제한할 필요가 없고 정지 시의 타력운전(coasting operation) 시간이 짧은 경우에는, 포니 전동기 스타터(100a)에 전전압 기동을 위한 장치를 구비한다.
제어부(10a)는 포니 전동기(200a)를 기동 시킨 후, 기동 완료 여부를 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 판단한다. 이때, 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자가 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(10a)는 포니 전동기 스타터(100a)에 전력 차단 신호를 전달하고 구동용 유도 전동기 스타터(50a)에 전력 공급 신호를 전달한다. 이후에, 전력 공급용 케이블(c)를 통해 구동용 유도 전동기(300a)에 전력이 공급되면 기동전류를 제한한 구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료된다.
구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료되면, 제어부(10a)는 정회전 운전일 경우 상기 장치(400a)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 상기 장치의 출력축(410a)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a)를 통해 피구동체(600)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 구동용 유도 전동기(300a)가 정격 회전 속도일 때 출력축 속도 감지 센서(420a)에서 확인되는 회전 속도 이상이거나, 기 설정된 클러치의 슬립을 이용한 회전 속도 이상인 경우, 제어부(10a)는 기 설정된 동작 속도에 따라 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 완전히 개방하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시키거나, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거하여 클러치 동작 윤활유의 압력이 전부 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)에 전달되도록 하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시킨다. 이와 같이 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거할 경우, 피구동체(600)의 회전 속도가 순간적으로 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
피구동체(600)의 추진중에 제동을 하기 위해 제어부(10a)에 회전 속도 설정값으로 역회전 신호를 입력하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 차단하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제거한다. 또한, 구동용 유도 전동기 스타터(50a)의 전원을 차단한 후, 포니 전동기 스타터(100a)에 설치된 소프트 스타터를 동작 시켜 소프트 스타터의 브레이크 기능을 이용함으로써 포니 전동기(200a)를 정지시킨다.
이후에, 포니 전동기(200a)의 정지 여부가 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 확인되면, 포니 전동기(200a)의 역회전을 위해 소프트 스타터에 공급되는 전원의 상 회전 방향을 역방향으로 전환한 후, 포니 전동기 스타터(100a)에 설치된 소프트 스타터로 전력 공급용 케이블(f)을 통해 포니 전동기(200a)를 감전압 기동하여 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자를 포니 전동기(200a)의 정격 회전 속도까지 역회전 시킨다.
제어부(10a)는 포니 전동기(200a)의 역회전 기동을 완료한 후, 기동 완료 여부를 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 판단한다. 이때, 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자가 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(10a)는 포니 전동기 스타터(100a)에 전력 차단 신호를 전달하고 구동용 유도 전동기 스타터(50a)에 전원의 상 회전 방향이 역방향으로 전환된 전력 공급 신호를 전달한다. 이후에, 전력 공급용 케이블(c)를 통해 구동용 유도 전동기(300a)에 전력이 공급되면 기동전류를 제한한 구동용 유도 전동기(300a)의 역회전 기동이 완료된다.
구동용 유도 전동기(300a)의 역회전이 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 판단되면, 피구동체(600)의 회전 방향을 반대 방향으로 제어하기 위해 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동을 위한 역회전 제어를 실시한다. 이후에, 추진체가 정지되어 회전 속도 설정값이 "0"rpm으로 입력되면 반대 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단한다.
클러치의 마찰로 발생되는 열에 의해 클러치와 치차가 내장된 장치(400a)의 윤활유 온도가 상승하는데, 제어부(10a)는 상기 장치의 윤활유 온도 감지 센서(405a)에서 측정한 윤활유 온도가 경보값 미만이 유지되도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제어할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a)를 2행정 내연기관(800a)으로 구동하는 실시예를 도시한 것이다.
구동체로 사용되는 2행정 내연기관(800a)의 시동이 완료되면, 제어부(10a)는 정회전 운전일 경우 상기 장치(400a)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 상기 장치의 출력축(410a)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a)를 통해 피구동체(600)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 2행정 내연기관(800a)이 정격 회전 속도일 때 출력축 속도 감지 센서(420a)에서 확인되는 회전 속도 이상이거나, 기 설정된 클러치의 슬립을 이용한 회전 속도 이상인 경우, 제어부(10a)는 기 설정된 동작 속도에 따라 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 완전히 개방하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시키거나, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거하여 클러치 동작 윤활유의 압력이 전부 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)에 전달되도록 하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시킨다. 이와 같이 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거할 경우, 피구동체(600)의 회전 속도가 순간적으로 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
피구동체(600)의 추진중에 제동을 하기위해 제어부(10a)에 회전 속도 설정값으로 역회전 신호를 입력하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 차단하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제거한다. 2행정 내연기관(800a)을 정지시킨 후, 2행정 내연기관(800a)의 정지 여부가 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 확인되면, 2행정 내연기관(800a)을 역회전으로 시동하여 정격 회전 속도까지 회전시킨다. 2행정 내연기관(800a)의 역회전이 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 판단되면, 피구동체(600)의 회전 방향을 반대 방향으로 제어하기 위해 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동을 위한 역회전 제어를 실시한다. 이후에, 추진체가 정지되어 회전 속도 설정값이 "0"rpm으로 입력되면 반대 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단한다.
클러치의 마찰로 발생되는 열에 의해 상기 장치(400a)의 윤활유 온도가 상승하는데, 제어부(10a)는 윤활유 온도 감지 센서(405a)에서 측정한 윤활유 온도가 경보값 미만으로 유지되도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제어할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)를 구동용 유도 전동기(300a, 300b)로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치(500)로 병렬 운전하는 실시예를 도시한 것이고, 도 14는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)를 4행정 내연기관(700a, 700b)으로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치(500)로 병렬 운전하는 실시예를 도시한 것이며, 도 15는 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)를 구동용 유도 전동기(300a, 300b)로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치(500)로 병렬 운전하는 실시예를 도시한 것이고, 도 16은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)를 2행정 내연기관(800a, 800b)으로 구동하여 이중입력-단일출력 치차 장치(500)로 병렬 운전하는 실시예를 도시한 것이다.
이와 같이, 이중입력-단일출력 치차 장치(500)를 사용할 경우, 피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 낮으면 1대의 구동체로 피구동체(600)를 운전하고, 회전 속도 설정값이 높으면 2대의 구동체로 피구동체(600)를 운전하는 순차적 부하 운전 및 병렬 운전을 동기화 과정 없이 실시할 수 있다.
이하, 도 13 내지 도 14에 도시된 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)가 구동체(300a와 300b, 700a와 700b)에 연결되어 이중입력-단일출력 치차 장치(500)로 순차적 부하 운전 및 병렬 운전을 실시하는 방법에 대해 설명한다.
구동체의 부하 운전 순서는 왼쪽의 구동용 유도 전동기(300a), 4행정 내연기관(700a)이 먼저 운전되고, 오른쪽의 구동용 유도 전동기 (300b), 4행정 내연기관(700b)이 나중에 운전되는 것으로 가정하여 설명한다.
구동체(300a, 700a)의 시동이 완료되면, 제어부(10a)는 정회전 운전일 경우 상기 장치(400a)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후, 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 이중입력-단일출력 치차 장치의 출력축(510)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(520a)를 통해 피구동체(600)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 기 운전중인 왼쪽 구동체(300a, 700a)의 회전 속도별 출력 이상이거나, 기 설정된 클러치의 슬립을 이용한 왼쪽 구동체(300a, 700a)의 회전 속도별 출력 이상인 경우, 제어부(10b)는 오른쪽 구동체(300b, 700b)를 시동하고, 상기 장치(400b)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10b)는 이중입력-단일출력 치차 장치의 출력축(510)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(520a)를 통해 피구동체(600)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
제어부(10a, 10b)는 상기 장치(400a, 400b)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어하며 병렬 운전을 실시하는데, 피구동체(600)의 회전 속도 설정값이 구동체 2대(300a와 300b, 700a와 700b)가 정격 회전 속도에서 낼 수 있는 정격 출력 이상이거나, 기 설정된 클러치의 슬립을 이용한 구동체 2 대(300a와 300b, 700a와 700b)의 회전 속도별 출력 이상인 경우, 제어부(10a, 10b)는 기 설정된 동작 속도에 따라 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 완전히 개방하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시키거나, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거하여 상기 장치(400a, 400b)에서 형성된 클러치 동작 윤활유의 압력이 전부 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)에 전달되도록 하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)를 접속시킨다. 이와 같이 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 기능을 일시에 제거할 경우, 피구동체(600)의 회전 속도가 순간적으로 떨어지는 현상이 발생될 수 있다.
2대의 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)의 클러치가 접속된 상태에서 구동체(300a와 300b, 700a와 700b)의 회전 속도 설정값이 서로 같으면, 구동체간의 균등 부하 운전(symmetric load sharing)이 이뤄지고, 다르면 불평등 부하 운전(asymmetric load sharing)이 이뤄진다.
피구동체(600)의 추진중에 제동을 하기위해 제어부(10a, 10b)에 회전 속도 설정값으로 역회전 신호를 입력하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 차단하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 클러치를 차단하고, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제거한다.
또한, 피구동체(600)의 회전 방향을 반대 방향으로 제어하기 위해 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a)를 동작시킨 후 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 동작 압력을 증가시켜 추진체의 제동을 위한 역회전 제어를 실시한다. 이후에, 추진체가 정지되어 회전 속도 설정값이 "0"rpm으로 입력되면 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a) 밸브를 차단한다.
클러치의 마찰로 발생하는 열에 의해 상기 장치(400a, 400b)의 윤활유 온도가 상승하는데, 제어부(10a, 10b)에서는 상기 장치의 윤활유 온도 감지 센서(405a, 405b)에서 측정한 윤활유 온도가 경보값 미만으로 유지되도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 압력을 제어할 수 있다.
도 15 내지 도 16에 도시된 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)가 구동체(300a와 300b, 800a와 800b)에 연결되어 이중입력-단일출력 치차 장치(500)로 순차적 부하 운전 및 병렬 운전을 실시하는 방법은 도 13 내지 도 14에 대해 설명한 것과같이 실시할 수 있으나 출력측 회전 방향 조정이 불가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(400a, 400b)가 사용되므로 피구동체(600)의 추진중에 제동을 하기위해 제어부(10a, 10b)에 회전 속도 설정값으로 역회전 신호를 입력하면 구동체(300a와 300b, 800a와 800b)를 도 11 내지 도 12에서 설명한 것과같이 구동체의 회전 방향을 역회전 시킨 후 제동 제어를 실시한다.
도 13 내지 도 16에 대해 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템은 기존의 추진 시스템과 달리 순차적 부하 운전 및 병렬 운전을 위한 동기화가 필요하지 않으므로, 상기 장치 출력축(410a, 410b)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a, 420b)가 동기화를 위해 사용되지 않으며, 대출력이 요구되는 피구동체(600)를 여러 구동체로 구동하는 경우, 입력 수가 증가된 이중(다중)입력-단일출력 치차 장치를 사용하면 된다. 이때, 이중(다중)입력-단일출력 치차 장치(500)의 운전 상태는 각각의 제어부(10a, 10b)에 연결된 윤활유 온도 감지 센서(505a, 505b), 윤활유 압력 감지 센서(506a, 506b)로 확인될 수 있다. 또한, 구동체 간의 병렬 운전시 부하 분담 상태를 회전 속도로는 판단할 수 없으므로, 구동체가 구동용 유도 전동기인 경우에는 구동용 유도 전동기 스타터(50a, 50b)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치에서 취득된 정보(예, 유효전력(kW) 등)를 기준으로 부하량을 판단하고, 구동체가 내연기관인 경우에는 내연기관 제어장치를 통해 취득된 정보(예, 연료 분사량 또는 실린더에 공급되는 공기 압력 등)를 기준으로 부하량을 판단한다.
운전중인 구동체간의 부하 편차가 발생하지 않도록, 제어부(10a, 10b)는 병렬 운전을 진행하는 동안 이들 정보를 통신으로 교환하여 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절함으로써 균등부하운전(symmetric load sharing)을 실시할 수 있고, 만일 제어부(10a, 10b)에 불평등 부하운전(asymmetric load sharing) 설정이 되어있는 경우에는, 이를 반영하여 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절할 수 있다. 또한, 이중입력-단일출력 치차 장치(500)에 연결된 구동체가 서로 다른 경우(구동용 유도 전동기와 내연기관간 병렬 운전)에도 상기 병렬 운전이 가능함은 당연하다.
이중입력-단일출력 감속기를 사용하는 기존의 FPP 2기1축선 추진 시스템은 구동체 간의 병렬 운전 상태에서만 운전이 가능하므로 구동체의 저속, 저 부하 운전시 전체 에너지 운영 효율 저하가 발생하고 또한 구동체들이 모두 정상 운전 상태일때만 선박의 추진이 가능한데, 본 발명의 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템에서는 구동체의 순차적 부하 운전 실시가 가능함으로써 전체 에너지 운영 효율 증대를 기대할 수 있고, 구동체 중 1대만 운전이 가능한 경우에도 선박의 추진이 가능하기 때문에 선박의 운영 신뢰성을 높일 수 있다.
도 17은 본 발명에 따른 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 구동용 유도 전동기로 구동하여 피구동용 유도 전동기에서 주파수가 변환된 전력을 생산하는 실시예를 도시한 것으로, 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치를 사용할 경우 피구동용 유도 전동기(70)를 유도 발전기로 사용시 상 회전 방향을 반대로 전환할 수 있다.
6극(pole) 구동용 유도 전동기(300a)에 50Hz가 공급이 되면 슬립 감안 시 회전자의 회전 속도는 1,000rpm 미만으로 회전하게 된다. 또한, 8극(pole) 구동용 유도 전동기(300a)에 60Hz가 공급이 되면 슬립 감안 시 회전자의 회전 속도는 900rpm 미만으로 회전하게 되지만, 50Hz가 공급이 되면 슬립 감안 시 회전자의 회전 속도는 750rpm 미만으로 회전하게 된다. 그러므로 50Hz가 공급되는 6극 구동용 유도 전동기(300a)로 8극 피구동용 유도 전동기(70)을 900rpm으로 회전시키면 60Hz의 전력을 얻을 수 있고, 60Hz가 공급되는 8극 구동용 유도 전동기(300a)로 8극 피구동용 유도 전동기(70)을 750rpm으로 회전시키면 50Hz의 전력을 얻을 수 있다.
이하, 60Hz 피구동용 유도 전동기 스타터(60)의 전력을 전력 공급용 케이블(e)을 통해 피구동용 유도 전동기(70)에 공급하여, 8극 900rpm의 피구동용 유도 전동기 출력축(71)이 커플링(72)을 통해 펌프 입력축(73)에 연결되어 있는 가동중인 펌프(80)를 50Hz 주파수 변환 장치로 사용하는 것을 설명한다.
주파수 변환 장치로 사용하기 위해 피구동용 유도 전동기 출력축(71)과 펌프(80)의 커플링(72)은 분리하고, 피구동용 유도 전동기 출력축(71)과 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력축(410a)은 연결하며, 60Hz 피구동용 유도 전동기 스타터(60) 대신 50Hz 전원 차단기반(3)을 사용한다.
구동체로 사용되는 구동용 유도 전동기(300a)의 기동 시 발생되는 기동전류를 제한하기 위한 방법으로써 소형 유도 전동기를 포니 전동기(200a)로 사용한다. 구동용 유도 전동기(300a) 축에 포니 전동기 출력축(210a)을 연결한 후 포니 전동기 스타터(100a)로 전력 공급용 케이블(f)을 통해 포니 전동기(200a)에 전전압을 인가하면, 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자를 포니 전동기(200a)의 정격 회전 속도까지 회전시킬 수 있다. 이때 포니 전동기(200a)의 기동전류 또한 제한할 필요가 있을 경우에는, 포니 전동기 스타터(100a)에 감전압 기동(Y-△기동 또는 1차저항 기동 또는 리액터 기동 또는 단권변압기 기동 또는 소프트 스타터 기동)을 위한 장치를 구비한다.
제어부(10a)에서는 포니 전동기(200a)를 기동 시킨 후, 기동 완료 여부를 상기 장치의 입력축(310a)에 설치된 입력축 속도 감지 센서(320a)의 회전 속도로 판단한다. 이때, 구동용 유도 전동기(300a)의 회전자가 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(10a)는 포니 전동기 스타터(100a)에 전력 차단 신호를 전달하고 구동용 유도 전동기 스타터(50a)에 전력 공급 신호를 전달한다. 이후에, 전력 공급용 케이블(c)를 통해 구동용 유도 전동기(300a)에 전력이 공급되면 기동전류를 제한한 구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료된다.
구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료되면, 제어부(10a)는 정/역회전 운전 신호 상태에 따라 정회전(normal rotation) 운전일 경우 상기 장치(400a)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a) 밸브를 개방한 후, 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 상기 장치의 출력축(410a)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a)를 통해 피구동용 유도 전동기(70)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동용 유도 전동기(70)의 회전 속도가 회전 속도 설정값에 도달하면, 제어부(10a)는 50Hz 전원 차단기반(3)의 차단기를 접속하여 피구동용 유도 전동기(70)를 50Hz 전원과 연결한 후, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 조절을 통해 동일 회전 방향 제어용 클러치(401a)의 동작 압력을 상승시킨다. 이때, 회전자의 속도를 동기 속도보다 빠르게 하면, 피구동용 유도 전동기(70)는 유도 발전기로 동작한다.
유도 발전기의 출력량은 회전 속도 설정값을 조정하여 제어하면 되는데, 통상 동기 속도 보다 3% 증가되면 정격 출력이 발생된다. 전력 제어 시스템이 있는 경우 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력량을 제어부(10a)의 회전 속도 설정값 신호를 통해 제어할 수도 있다.
유도 발전기의 상 회전 방향이 반대가 되어야 하는 경우에는, 구동용 유도 전동기(300a)의 기동이 완료된 후 제어부(10a)에 역회전 신호를 주면, 상기 장치(400a)의 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a) 밸브를 개방한 후 회전 속도 설정값이 유지될 수 있도록 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a)의 동작 압력을 제어한다. 이때, 제어부(10a)는 상기 장치 출력축(410a)에 설치된 출력축 속도 감지 센서(420a)를 통해 피구동용 유도 전동기(70)의 회전 속도를 확인할 수 있다.
피구동용 유도 전동기(70)의 회전 속도가 회전 속도 설정값에 도달하면, 제어부(10a)는 50Hz 전원 차단기반(3)의 차단기를 접속하여 피구동용 유도 전동기(70)를 50Hz 전원과 연결한 후, 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조절하여 반대 회전 방향 제어용 클러치(402a)의 동작 압력을 상승시킨다. 이때, 회전자의 속도를 동기 속도보다 빠르게 하면, 피구동용 유도 전동기(70)는 상회전이 반대 방향으로 전환된 유도 발전기로 동작한다.
본 발명에 따른 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템은 기존 시스템에 많이 사용되는 클러치 내장 감속기를 대신하여 사용할 수 있으므로 별도의 설치 공간이 필요하지 않을 뿐만 아니라 운영 측면에서도 효율적이고 신뢰성 있는 운영이 가능하다.
또한, 상기 제어부(10a, 10b)를 무선단말기(20), 구동체, 피구동체와 연동되도록 구성하여 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템의 동작을 원격에서 모바일 또는 웹을 통해 감시 및 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부(10a, 10b)는 HMI(Human Man Interface)를 통해 감시 및 제어가 가능하며, 권한이 부여된 운영자는 무선통신용 안테나(11a)로 전달된 정보를 무선단말기(20)을 통해 감시할 수 있을 뿐만 아니라 제어까지 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.
종래의 물리적 이격 거리에 따른 장비 운영의 한계성을 극복하기 위해, 본 발명은 원격 감시 및 제어가 가능한 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템을 구축하여 시스템이 운영중인 지역에서 사용 가능한 이동통신을 통해 운영자의 무선단말기로 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템의 운영상태를 전달하고, 원격 제어 권한이 부여된 운영자의 원격제어가 가능하므로 장비들의 운영성을 극대화할 수 있도록 하였다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 클러치 동작 압력 조절용 밸브와, 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치;
    피구동체의 회전 속도를 클러치의 슬립을 이용해 정격 회전 속도 미만에서 연속 운전이 가능하도록 조절하고, 피구동체가 정격 회전 속도 이상에서 운전이 필요한 경우 클러치의 접속 시점 제어와 클러치의 접속이 지속되도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
    피구동체의 추진중에 상기 제어부에 제동 신호가 입력되면, 상기 제어부는 상기 장치에 내장된 동작중인 클러치의 동작 압력을 제거하고 피구동체의 회전 방향을 역회전 방향으로 제어하기 위한 클러치를 동작시킨 후 상기 밸브로 클러치의 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  2. 클러치 동작 압력 조절용 밸브와, 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 또는 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치;
    피구동체의 회전 속도를 클러치의 슬립을 이용해 정격 회전 속도 미만에서 연속 운전이 가능하도록 조절하고, 피구동체가 정격 회전 속도 이상에서 운전이 필요한 경우 클러치의 접속 시점 제어와 클러치의 접속이 지속되도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
    피구동체의 추진중에 상기 제어부에 제동 신호가 입력되면, 상기 제어부는 상기 장치에 내장된 클러치의 동작 압력을 제거한 후, 구동체의 회전 방향을 역회전으로 전환하고, 상기 밸브로 클러치의 동작 압력을 조절하여 추진체의 제동 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치의 치차는 구동체와 피구동체간의 회전 속도의 차이에 따른 기어비(gear ratio)를 가지는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치는 구동체와 피구동체간의 회전 속도의 차이에 따른 기어비를 가지는 치차 장치가 별도로 구성된 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치가 다중입력 치차 장치에 연결되어 구동체 간의 병렬 운전 시, 동기화 과정이 필요하지 않은 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 구동체의 회전 속도가 증가되면 피구동체의 회전 속도가 상승되어 피구동체의 부하가 증가되며, 이때 상기 제어부는 구동체, 상기 장치 및 피구동체의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우 운영자에게 경보 하고, 상기 범위 내에서 운전하도록 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태 또는 상기 장치의 클러치를 상기 밸브로 조절하여 동력을 전달하는 상태일 때, 구동체의 회전 속도별 출력량과 피구동체의 회전 속도별 부하량을 비교하여 피구동체의 회전 속도별 부하량 대비 구동체의 회전 속도별 출력량이 증가한 경우 피구동체의 회전 속도별 부하량이 증가되었음을 운영자에게 경보하고,
    피구동체의 회전 속도별 부하량 대비 구동체의 회전 속도별 출력량이 감소한 경우 피구동체의 회전 속도별 부하량이 감소되었음을 운영자에게 경보하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치의 윤활유 압력은 윤활유 온도가 높을수록 낮아지는데, 윤활유 온도에 따른 윤활유 압력의 변화량을 상기 제어부에서 학습하여 윤활유 점도의 안정성을 확인하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서 상기 장치의 입력축 회전 속도와 상기 장치의 출력축 회전 속도에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기로 클러치 마모도를 판단하고,
    상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 상기 밸브에 전달하는 설정값의 변화량이 윤활유 온도 변화에 따른 변동치를 초과 할 경우, 이러한 차이의 크기로도 클러치 마모도를 판단하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서 구동체와 피구동체 간의 토크 전달 과정에서 발생되는 스틱 슬립 현상을 검출하여 클러치의 동작 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부에서는 제어 모드가 속도 제어 모드일 경우에는 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하고, 부하 제어 모드일 경우에는 구동체에 걸리는 부하를 일정하게 유지시키는 제어를 실시하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치의 클러치가 접속되지 않고 상기 제어부에 오버라이드 제어 기능이 활성화 되어있는 상태에서 상기 장치의 윤활유 온도가 허용치 이상으로 상승하면, 상기 제어부는 회전 속도 제어에서 윤활유 온도 일정 제어로 전환하고 윤활유 온도가 경보 값의 히스테리시스 이내로 감소하면 회전 속도 제어로 다시 복귀하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    피구동체에 과도 부하 급상승이 발생하는 것을 검출하고, 상기 과도 부하 급상승의 크기에 따라 회전 속도 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 회전 속도 회복 시간 이내에 구동체의 회전 속도가 회복될 수 있도록, 상기 밸브의 설정값을 조절하여 구동력 급상승량에 따라 기 설정된 피구동체의 부하 감소량에 맞게 슬립을 증가시켜 구동체의 부하를 낮추어줌으로써 구동체의 회전 속도가 조속히 회복되도록 한 후, 회전 속도의 회복이 감지되면 상기 밸브의 설정값을 다시 원래의 설정값으로 서서히 복귀시키는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 제동 제어 시 상기 장치의 클러치와 마찰 브레이크의 작동을 연동 제어하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 회전 속도 설정값의 변화 기울기로 상기 밸브의 동작 시간을 조정하여 추진 및 제동에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  16. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    피구동체로 사용되는 유도 전동기는 상기 제어부에 의해 회전 속도가 제어되어 유도 발전기로 사용될 수 있고, 피구동체의 회전 방향 전환이 가능한 상기 장치를 사용하는 경우, 상기 유도 전동기는 상 회전 방향의 전환이 가능한 유도 발전기로도 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
  17. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 무선으로 연결되는 원격의 무선단말기를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템.
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