WO2024010216A1 - 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치 - Google Patents

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WO2024010216A1
WO2024010216A1 PCT/KR2023/007056 KR2023007056W WO2024010216A1 WO 2024010216 A1 WO2024010216 A1 WO 2024010216A1 KR 2023007056 W KR2023007056 W KR 2023007056W WO 2024010216 A1 WO2024010216 A1 WO 2024010216A1
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shaft
propulsion
clutch
axis
fuel engine
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전찬진
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주식회사 제이엠피네트웍스
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
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    • B63H23/30—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements characterised by use of clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/22—Friction clutches with axially-movable clutching members
    • F16D13/38—Friction clutches with axially-movable clutching members with flat clutching surfaces, e.g. discs
    • F16D13/52—Clutches with multiple lamellae ; Clutches in which three or more axially moveable members are fixed alternately to the shafts to be coupled and are pressed from one side towards an axially-located member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the present invention relates to a clutch device for a marine hybrid propulsion machine installed in a marine hybrid propulsion engine.
  • This marine hybrid propulsion system includes a fuel engine that uses fuel to generate propulsion, a propulsion motor that generates propulsion using electrical energy or generates electric energy using the propulsion of the fuel engine, and electrical energy generated by the propulsion motor. It consists of a battery pack that stores energy, and a reducer that connects the output end of the fuel engine and the output end of the propulsion motor to the propulsion shaft to which the propeller is connected.
  • the ship in the low-speed section, can be operated in an electric propulsion mode in which the propulsion motor is driven so that the propulsion force of the propulsion motor is transmitted to the propulsion shaft through a reducer as the ship is propelled with a relatively low propulsion force.
  • the ship can be operated in a fuel propulsion mode in which the fuel engine is driven so that the propulsion force of the fuel engine is transmitted to the propulsion shaft through a reducer as the ship is propelled with a relatively high propulsion force.
  • the ship can be operated in booster mode, which drives the fuel engine and propulsion motor so that the propulsion force of the fuel engine and the propulsion motor are simultaneously transmitted to the propulsion shaft through the reducer.
  • the reducer not only takes charge of the shifting function of decelerating and accelerating the propulsion input from the fuel engine or propulsion motor and transmitting it to the propulsion shaft, but also selectively connects the output end of the fuel engine and the output end of the propulsion motor to the input end of the reducer in electric propulsion mode. It is responsible for the connection function.
  • the internal structure of the reducer in order to control the reducer independently and selectively connect the output end of the fuel engine and the output end of the propulsion motor to the input end of the reducer, or to reduce and increase the propulsion power of the fuel engine or propulsion motor and transmit it to the propulsion shaft, the internal structure of the reducer must be very complicated. There is a problem in that not only does it have to be configured in a very complex way, but the control structure to control it must also be configured very complexly.
  • the present invention was invented to solve the above problems.
  • the propulsion force of the fuel engine transmitted to the propulsion motor between the reducer and the propulsion motor and the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft The purpose is to provide a clutch device for a marine hybrid propulsion machine that has a structure that can regulate the propulsion force of the fuel engine and differently adjust the ratio of the propulsion force of the fuel engine transmitted to the propulsion motor and the propulsion rate of the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft.
  • the object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood from the description below and can be fully included in the object of the present invention.
  • the clutch device for a marine hybrid propulsion for achieving the above object is a marine hybrid propulsor that is equipped with a fuel engine and a propulsion motor as one unit and drives a propulsion shaft to which a propeller is connected with at least one of the propulsion power of the fuel engine and the propulsion motor of the propulsion motor.
  • a housing for controlling the driving force of the fuel engine and the driving force of the propulsion motor A first shaft installed on one inner side of the housing and connected to the input shaft of a reducer connected to the drive shaft of the fuel engine; a second shaft installed on the other side of the housing and connected to the drive shaft of the propulsion motor; A 1a linkage gear and a 1b linkage gear installed on one side of the first axis and the second axis to be meshed with each other and transmitting the driving force of the fuel engine transmitted to the first axis to the second axis; A 2a interlocking gear and a 2b interlocking gear installed on the other sides of the first shaft and the second shaft to be meshed with each other and transmitting the driving force of the propulsion motor transmitted to the second shaft to the first shaft; a first clutch installed on one side of the first shaft and operating according to the pressure of first hydraulic oil supplied from the outside to rotate the first interlocking gear integrally with the first shaft; and a second clutch installed on the other side of the first shaft and operating according to the
  • the clutch device for a marine hybrid propulsion engine according to the present invention with the above configuration can expect the following effects.
  • the first and second axes First, between the reducer and the propulsion motor, the first and second axes, a pair of first interlocking gears installed on one side of the first and second axes, and a pair of second gears installed on the other side of the first and second axes.
  • Linkage a first clutch that integrally fixes one first interlocking gear to the first axis according to operation on one side of the first axis, and a second interlocking gear that integrally fixes one second interlocking gear to the first axis according to operation on the other side of the first axis PTO mode, which supplies the propulsion power of the fuel engine to the propulsion motor in the marine hybrid propulsion system by easily controlling the propulsion power of the fuel engine and the propulsion motor using the second clutch, and PTI mode that supplies the propulsion power of the propulsion motor to the reducer. It can be run in mode.
  • the ratio of the propulsion power of the fuel engine transmitted to the propulsion motor and the ratio of the propulsion force of the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft can be determined differently depending on the gear ratio of the first interlocking gear and the second interlocking gear, so that the speed increase ratio and PTI in PTO mode can be determined differently.
  • the deceleration rate in each mode can be different.
  • an interlocked rotation prevention means is installed on the second axis to prevent the second axis from rotating along when the first axis is idling, thereby reducing fuel loss.
  • first and second axes are installed in parallel at a certain distance, thereby providing an offset function that shifts the input shaft of the reducer and the output shaft of the propulsion motor, thereby eliminating interference with other devices where the propulsion motor is installed.
  • Figure 1 is an overall configuration diagram of a marine hybrid propulsion machine to which a clutch device for a marine hybrid propulsion device according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a clutch device for a marine hybrid propulsion engine according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a side view showing the interlocking rotation prevention means of the clutch device for a marine hybrid propulsion engine according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the clutch device for a marine hybrid propulsion for achieving the above object is a marine hybrid propulsor that is equipped with a fuel engine and a propulsion motor as one unit and drives a propulsion shaft to which a propeller is connected with at least one of the propulsion power of the fuel engine and the propulsion motor of the propulsion motor.
  • a housing for controlling the driving force of the fuel engine and the driving force of the propulsion motor A first shaft installed on one inner side of the housing and connected to the input shaft of a reducer connected to the drive shaft of the fuel engine; a second shaft installed on the other side of the housing and connected to the drive shaft of the propulsion motor; A 1a linkage gear and a 1b linkage gear installed on one side of the first axis and the second axis to be meshed with each other and transmitting the driving force of the fuel engine transmitted to the first axis to the second axis; A 2a interlocking gear and a 2b interlocking gear installed on the other sides of the first shaft and the second shaft to be meshed with each other and transmitting the driving force of the propulsion motor transmitted to the second shaft to the first shaft; a first clutch installed on one side of the first shaft and operating according to the pressure of first hydraulic oil supplied from the outside to rotate the first interlocking gear integrally with the first shaft; and a second clutch installed on the other side of the first shaft and operating according to the
  • the present invention relates to a clutch device for a marine hybrid propulsion machine installed in a marine hybrid propulsion engine.
  • the clutch device for a marine hybrid propulsion controls the propulsion force of the fuel engine transmitted to the propulsion motor between the reducer and the propulsion motor and the propulsion force of the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft, and the propulsion force of the fuel engine transmitted to the propulsion motor
  • a major feature is that the function, structure, and control of the reducer can be simplified by adjusting the ratio of the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft differently.
  • the clutch device 100 for a marine hybrid propulsion is equipped with a fuel engine (E) and a propulsion motor (M) integrally, so that the propulsion force of the fuel engine (E) and the propulsion force of the propulsion motor (M) are integrated.
  • the propulsion force of the fuel engine (E) and The housing 10 is connected between the input shaft (GI) of the reducer (G) and the output shaft (MO) of the propulsion motor (M) to control the propulsion force of the propulsion motor (M), as shown in Figures 1 and 2.
  • first clutch It may be composed of (50a), a second clutch (60b), a first gear pump (70a), a second gear pump (70b), and an interlocking rotation prevention means (80).
  • the housing 10 has a first accommodating space 11 and a second accommodating space 11 and a second accommodating the first axis 20a and the second axis 20b arranged in parallel at a certain interval on one side and the other side of the interior.
  • Each receiving space 12 may be formed.
  • first bearings 13 are provided to rotatably support the first axle 20a and the second axle 20b.
  • second bearing 14 can be installed, respectively.
  • first shaft 20a and the second shaft 20b are inserted into the first receiving space 11 and the second receiving space 12 of the housing 10, respectively, and the first bearing 13 and can be rotatably supported by the second bearing 14.
  • the end of the first shaft 20a may be connected to the input shaft GI of the reducer G, which is connected to the output shaft EO of the fuel engine E through the first coupling 21a.
  • the end of the second shaft (20b) may be connected to the output shaft (MO) of the propulsion motor (M) via the second coupling (21b).
  • first axis (20a) and the second axis (20b) are installed in parallel at a certain distance and have an offset function that shifts the input shaft (GI) of the reducer (G) and the output shaft (MO) of the propulsion motor (M) from each other.
  • the propulsion motor (M) is installed, interference with other devices can be eliminated.
  • the 1st interlocking gear 30a and the 1b interlocking gear 30b are installed on one side of the first axis 20a and the second axis 20b to be meshed with each other to rotate the first axis 20a.
  • the second axis 20b can be rotated in conjunction with the first axis 20a.
  • the 1st interlocking gear (30a) and the 1b interlocking gear (30b) are the driving force of the fuel engine (E) output from the output shaft of the fuel engine (E) and transmitted to the first shaft (20a) through the reducer (G).
  • the ship is in fuel propulsion mode in which part of the propulsion force of the fuel engine (E) is input to the output shaft (MO) of the propulsion motor (M) to generate electrical energy by transferring part of it from the first axis (20a) to the second axis (20b).
  • the hybrid thruster (H) can be activated.
  • the 1st interlocking gear (30a) and the 1b interlocking gear (30b) use a part of the propulsion force of the fuel engine (E) to correspond to the number of revolutions required for power generation of the propulsion motor (M), which is predetermined according to the gear ratio between each other.
  • the speed can be increased at a rate of 1 and input to the output shaft (MO) of the propulsion motor (M).
  • the 2a interlocking gear 40a and the 2b interlocking gear 40b are installed on the other sides of the first shaft 20a and the second shaft 20b to be meshed with each other, so that the second shaft 20b rotates.
  • the first axis 20a can be rotated in conjunction with the second axis 20b.
  • the 2a interlocking gear (40a) and the 2b interlocking gear (40b) transfer the propulsion force of the propulsion motor (M) output from the output shaft (MO) of the propulsion motor (M) from the second axis (20b) to the first axis ( 20a), the ship hybrid propulsion (H) operates in electric propulsion mode or booster mode, which inputs the propulsion force of the propulsion motor (M) to the input shaft (GI) of the reducer (G) and rotates the propulsion shaft (S) with electrical energy. It can be done.
  • the 2a interlocking gear (40a) and the 2b interlocking gear (40b) reduce the thrust of the propulsion motor (M) to a preset second ratio in accordance with the rotational speed of the propulsion shaft (S), which is predetermined according to the gear ratio between them. It can be input to the input shaft (GI) of the reducer (G).
  • the first ratio and the second ratio respectively determined by the gear ratio of the 1st interlocking gear (30a) and the 1b interlocking gear (30b) and the gear ratio of the 2a interlocking gear (40a) and the 2b interlocking gear (40b) Each may be configured differently depending on the number of rotations required for power generation of the predetermined propulsion motor (M) and the rotational speed of the predetermined propulsion shaft (S).
  • the first clutch 50a is installed on one side of the first shaft 20a and operates according to the pressure of the first hydraulic oil supplied from the outside, and the 1a interlocking gear 30a is connected to the first shaft 20a.
  • the 1st interlocking gear 30a may be fixed and pressed to the first shaft 20a so that it rotates as one piece.
  • the first clutch 50a has a structure in which first steel plates are each inserted between a plurality of first disks, so that the first disk and the first steel plate rub against each other due to the pressure of the first hydraulic oil.
  • the 1a interlocking gear 30a can be fixed to rotate integrally with the first shaft 20a.
  • the second clutch 60b is installed on the other side of the first shaft 20a and operates according to the pressure of the second hydraulic oil supplied from the outside, and the 2a interlocking gear 40a is connected to the first shaft 20a.
  • the 2a interlocking gear 40a can be fixed and pressed to the first shaft 20a so that it rotates as one piece.
  • the second clutch 60b has a structure in which second steel plates are each inserted between a plurality of second disks, so that the second disk and the second steel plate rub against each other due to the pressure of the second hydraulic oil.
  • the 2a interlocking gear 40a can be fixed to rotate integrally with the second axis 20b.
  • the first gear pump 70a is installed on the other end of the housing 10 and operates by receiving power when the second shaft 20b rotates, pressurizing the first hydraulic oil to drive the first clutch 50a. can be supplied.
  • the first gear pump 70a operates with its power when the second shaft 20b rotates in the fuel propulsion mode, pressurizes the first hydraulic oil, and supplies it to the first clutch 50a through the first a hydraulic line.
  • the first clutch 50a can be operated.
  • the first gear pump (70a) operates in electric propulsion mode or booster mode rather than in fuel propulsion mode, pressurizing the first hydraulic oil for lubrication and pumping the first shaft (20a) and the second shaft (20a) through the 1b hydraulic line. 20b) and the first bearing 13 and second bearing 14.
  • the second gear pump 70b is installed at one end of the housing 10 and operates by receiving power when the first shaft 20a rotates, pressurizing the second hydraulic oil to drive the second clutch 60b. can be supplied.
  • the second gear pump (70b) operates with its power when the second shaft (20b) rotates in the electric propulsion mode or booster mode and pressurizes the second hydraulic oil to drive the second clutch (60b) through the second a hydraulic line.
  • the second clutch 60b can be operated by supplying .
  • the second gear pump 70b operates in a fuel propulsion mode rather than an electric propulsion mode or a booster mode to pressurize the second hydraulic oil for a lubrication function to pump the first shaft 20a and the second shaft (20a) through the 2b hydraulic line. 20b) and the first bearing 13 and second bearing 14.
  • first gear pump 70a and the second gear pump 70b are not shown separately, but may be replaced with a gear pump separately installed on the outside of the housing 10 according to another embodiment.
  • the interlocking rotation prevention means 80 is provided on one side of the second axis 20b to prevent the second axis 20b from rotating together with the first axis 20a when the first axis 20a is idling. By doing so, the first shaft 20a can be hydraulically pressurized.
  • the interlocking rotation prevention means 80 includes a first bracket 81, a hydraulic cylinder 82, a pressure block 83, a second bracket 84, and a guide rail 85, as shown in Figures 2 and 3. It can be composed of .
  • the first bracket 81 may be installed inside the housing 10.
  • the hydraulic cylinders 82 may each be fixed to the first bracket 81.
  • the pressure blocks 83 may be installed at each end of the hydraulic cylinder 82, and a pressure groove 83a may be formed on the inner surface.
  • the second bracket 84 may be installed on one side of the first bracket 81 inside the housing 10. Each end of the guide rail 85 is fixed to the second bracket 84, and a guide groove 85a corresponding to the outer surface of the pressure block 83 is formed on the inner side to facilitate horizontal movement of the pressure block 83. I can guide you.
  • the interlocking rotation prevention means 80 operates the hydraulic cylinder 82 so that the pressure block 83 moves horizontally along the guide rail 85 toward the second axis 20b and moves through the pressure groove 83a.
  • the interlocking rotation prevention means 80 operates the hydraulic cylinder 82 so that the pressure block 83 moves horizontally along the guide rail 85 toward the second axis 20b and moves through the pressure groove 83a.
  • the hydraulic cylinder 82 may be operated by receiving the second hydraulic oil pressurized by the operation of the second gear pump 70b through the third oil line.
  • the present invention is a clutch device for a marine hybrid propulsion installed in a marine hybrid propulsion, which is capable of controlling the propulsion of the fuel engine transmitted to the propulsion motor and the propulsion of the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft, and the ratio of the propulsion of the fuel engine transmitted to the propulsion motor and The ratio of the propulsion power of the propulsion motor transmitted to the propulsion shaft can be adjusted differently, simplifying the function, structure, and control of the reducer, so it can be used in the field of marine hybrid propulsion.

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Abstract

본 발명은 선박 하이브리드 추진기에서 상기 연료엔진의 추진력과 상기 추진모터의 추진력을 단속하기 위한 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 하우징; 상기 하우징의 내부 일측에 설치되고 상기 연료엔진의 구동축과 연결되는 감속기의 입력축에 연결되는 제1축; 상기 하우징의 내부 타측에 설치되고 상기 추진모터의 구동축과 연결되는 제2축; 상기 제1축과 상기 제2축의 일측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제1축으로 전달된 상기 연료엔진의 추진력을 상기 제2축으로 전달하는 제1a연동기어와 제1b연동기어; 상기 제1축과 상기 제2축의 타측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제2축으로 전달된 상기 추진모터의 추진력을 상기 제1축으로 전달하는 제2a연동기어와 제2b연동기어; 상기 제1축의 일측에 설치되고 외부에서 공급되는 제1작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제1a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제1클러치; 및 상기 제1축의 타측에 설치되고 외부에서 공급되는 제2작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제2a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제2클러치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치를 기술적 요지로 한다.

Description

선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치
본 발명은 선박 하이브리드 추진기에 설치되는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치에 관한 것이다.
최근 들어 선박에도 환경을 보호하고 환경 오염을 줄이기 위해 고속으로 추진할 경우 연료엔진에서 발생하는 추진력을 이용하고 저속으로 추진할 경우 추진모터에서 발생하는 추진력을 이용하는 하이브리드 추진 시스템을 적용하고 있다.
이러한 선박 하이브리드 추진 시스템은 연료를 사용하여 추진력을 발생시키는 연료엔진과, 전기에너지를 사용하여 추진력을 발생시키거나 연료엔진의 추진력을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 추진모터와, 추진모터에서 발생한 전기에너지를 저장하는 배터리팩과, 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단을 각각 프로펠러가 연결된 추진축에 연결하는 감속기로 구성되어 있다.
즉, 저속 구간에서는 상대적으로 낮은 추진력으로 선박을 추진함에 따라 추진모터의 추진력이 감속기를 통해 추진축에 전달되도록 추진모터를 구동시키는 전기추진 모드로 선박을 운항할 수 있다.
그리고 고속 구간에서는 상대적으로 높은 추진력으로 선박을 추진함에 따라 연료엔진의 추진력이 감속기를 통해 추진축에 전달되도록 연료엔진을 구동시키는 연료추진 모드로 선박을 운항할 수 있다.
또한 초고속 구간에서는 상대적으로 더 높은 추진력으로 선박을 추진함에 따라 연료엔진의 추진력과 추진모터의 추진력이 동시에 감속기를 통해 추진축에 전달되도록 연료엔진과 추진모터를 구동시키는 부스터 모드로 선박을 운항할 수 있다.
여기서 감속기는 연료엔진 또는 추진모터로부터 입력되는 추진력을 감속 및 증속시켜 추진축에 전달하는 변속 기능을 담당할 뿐만 아니라 전기추진모드에서 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단을 감속기의 입력단에 선택적으로 연결하는 연결 기능을 담당하고 있다.
즉, 감속기를 단독으로 제어하여 연료엔진의 출력단과 추진모터의 출력단을 감속기의 입력단에 선택적으로 연결하거나 연료엔진 또는 추진모터의 추진력을 감속 및 증속시켜 추진축에 전달하기 위해서는 감속기의 내부 구조를 매우 복잡하게 구성해야 할 뿐만 아니라 이를 제어하기 위한 제어 구조도 매우 복잡하게 구성해야 하는 문제점이 있다.
따라서 감속기의 기능과 구조 및 제어를 단순화하기 위해서는 감속기와 추진모터의 사이에서 연료엔진의 추진력이 추진모터로 입력되도록 하거나 추진모터의 추진력이 추진축으로 입력되도록 하는 전용의 클러치 장치에 대한 연구 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 감속기의 기능과 구조 및 제어를 단순화할 수 있도록, 감속기와 추진모터의 사이에서 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력을 단속할 수 있고 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력의 비율과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력의 비율을 서로 다르게 조절할 수 있는 구조를 가지는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않고, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재들로부터 명확하게 이해될 수 있으면서 본 발명의 목적에 충분히 포함될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치는 연료엔진과 추진모터가 일체로 구비되어 연료엔진의 추진력과 추진모터의 추진력 중의 적어도 하나로 프로펠러가 연결된 추진축을 구동시키는 선박 하이브리드 추진기에서 상기 연료엔진의 추진력과 상기 추진모터의 추진력을 단속하기 위한 것으로서, 하우징; 상기 하우징의 내부 일측에 설치되고 상기 연료엔진의 구동축과 연결되는 감속기의 입력축에 연결되는 제1축; 상기 하우징의 내부 타측에 설치되고 상기 추진모터의 구동축과 연결되는 제2축; 상기 제1축과 상기 제2축의 일측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제1축으로 전달된 상기 연료엔진의 추진력을 상기 제2축으로 전달하는 제1a연동기어와 제1b연동기어; 상기 제1축과 상기 제2축의 타측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제2축으로 전달된 상기 추진모터의 추진력을 상기 제1축으로 전달하는 제2a연동기어와 제2b연동기어; 상기 제1축의 일측에 설치되고 외부에서 공급되는 제1작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제1a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제1클러치; 및 상기 제1축의 타측에 설치되고 외부에서 공급되는 제2작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제2a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제2클러치;로 구성될 수 있다.
상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치는 하기와 같이 효과들을 기대할 수 있다.
먼저, 감속기와 추진모터의 사이에서 제1축과 제2축, 제1축과 제2축의 일측에 설치된 한 쌍의 제1연동기어, 제1축과 제2축의 타측에 설치된 한 쌍의 제2연동기, 제1축의 일측에서 작동에 따라 제1연동기어 하나를 제1축에 일체로 고정하는 제1클러치 및 제1축의 타측에서 작동에 따라 제2연동기어 하나를 제1축에 일체로 고정하는 제2클러치를 이용하여 연료엔진의 추진력과 추진모터의 추진력을 각각 용이하게 단속함으로써 선박 하이브리드 추진기를 연료엔진의 추진력이 추진모터로 공급되게 하는 PTO 모드와 추진모터의 추진력을 감속기로 공급하는 PTI 모드로 구동시킬 수 있다.
그리고 제1연동기어와 제2연동기어의 기어비에 따라 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력의 비율과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력의 비율이 서로 다르게 결정 가능함으로써 PTO 모드에서의 증속 비율과 PTI 모드에서의 감속 비율을 서로 다르게 할 수 있다.
또한 제2축에 연동회전방시수단이 설치되어 제1축의 공회전시 제2축이 따라 회전하는 폐단을 방지함으로써 연료손실을 줄일 수 있다.
게다가 제1축과 제2축이 일정거리를 두고 평행하게 설치되어 감속기의 입력축과 추진모터의 출력축을 서로 어긋나게 하는 오프셋 기능을 발휘함으로써 추진모터의 설치 다른 장치와의 간섭을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치가 적용된 선박 하이브리드 추진기의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치의 연동회전방지수단을 도시한 측면도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치는 연료엔진과 추진모터가 일체로 구비되어 연료엔진의 추진력과 추진모터의 추진력 중의 적어도 하나로 프로펠러가 연결된 추진축을 구동시키는 선박 하이브리드 추진기에서 상기 연료엔진의 추진력과 상기 추진모터의 추진력을 단속하기 위한 것으로서, 하우징; 상기 하우징의 내부 일측에 설치되고 상기 연료엔진의 구동축과 연결되는 감속기의 입력축에 연결되는 제1축; 상기 하우징의 내부 타측에 설치되고 상기 추진모터의 구동축과 연결되는 제2축; 상기 제1축과 상기 제2축의 일측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제1축으로 전달된 상기 연료엔진의 추진력을 상기 제2축으로 전달하는 제1a연동기어와 제1b연동기어; 상기 제1축과 상기 제2축의 타측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제2축으로 전달된 상기 추진모터의 추진력을 상기 제1축으로 전달하는 제2a연동기어와 제2b연동기어; 상기 제1축의 일측에 설치되고 외부에서 공급되는 제1작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제1a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제1클러치; 및 상기 제1축의 타측에 설치되고 외부에서 공급되는 제2작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제2a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제2클러치;로 구성될 수 있다.
본 발명은 선박 하이브리드 추진기에 설치되는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치는 감속기와 추진모터의 사이에서 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력을 단속하고 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력의 비율과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력의 비율을 서로 다르게 조절함으로써 감속기의 기능과 구조 및 제어를 단순화할 수 있는 것이 큰 특징이다.
이러한 특징은 제1축; 제2축; 제1축과 제2축을 연동 회전시키는 한 쌍의 제1a, 1b연동기어; 제1축과 제2축을 연동 회전시키고 제1a, 1b연동기어와는 기어비가 다른 한 쌍의 제2a, 2b연동기어; 제1축의 일측에 설치되어 작동에 따라 제1a연동기어가 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제1클러치; 및 제1축의 타측에 설치되어 작동에 따라 제2a연동기어가 제2축과 일체로 회전되도록 하는 제2클러치를 포함하는 구성에 의해 달성될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치(100)는 연료엔진(E)과 추진모터(M)가 일체로 구비되어 연료엔진(E)의 추진력과 추진모터(M)의 추진력 중의 적어도 하나를 감속기(G)의 출력축(GO)과 연결되고 단부에 프로펠러(P)가 장착된 추진축(S)으로 전달하여 선박을 추진시키는 선박 하이브리드 추진기(H)에서 연료엔진(E)의 추진력과 추진모터(M)의 추진력을 단속하기 위해 감속기(G)의 입력축(GI)과 추진모터(M)의 출력축(MO) 사이에 연결되는 것으로서, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 하우징(10), 제1축(20a), 제2축(20b), 제1a연동기어(30a), 제1b연동기어(30b), 제2a연동기어(40a), 제2b연동기어(40b), 제1클러치(50a), 제2클러치(60b), 제1기어펌프(70a), 제2기어펌프(70b) 및 연동회전방지수단(80)으로 구성될 수 있다.
먼저, 상기 하우징(10)은 내부 일측과 타측에 제1축(20a)과 제2축(20b)을 일정간격을 두고 평행하게 배치된 상태로 수용하기 위한 제1수용공간(11)과 제2수용공간(12)이 각각 형성될 수 있다.
여기서 제1수용공간(11)과 제2수용공간(12)의 내부 일단과 타단에는 제1축(20a)과 제2축(20b)을 회전 가능하게 지지하기 위한 한 쌍의 제1베어링(13)과 제2베어링(14)이 각각 설치될 수 있다.
다음으로, 상기 제1축(20a)과 제2축(20b)은 하우징(10)의 제1수용공간(11)과 제2수용공간(12)에 각각 삽입된 상태에서 제1베어링(13)과 제2베어링(14)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
여기서 제1축(20a)의 단부는 제1커플링(21a)을 매개로 하여 연료엔진(E)의 출력축(EO)과 연결되는 감속기(G)의 입력축(GI)에 연결될 수 있다. 그리고 제2축(20b)의 단부는 제2커플링(21b)을 매개로 하여 추진모터(M)의 출력축(MO)에 연결될 수 있다.
한편, 제1축(20a)과 제2축(20b)은 일정거리를 두고 평행하게 설치되면서 감속기(G)의 입력축(GI)과 추진모터(M)의 출력축(MO)을 서로 어긋나게 하는 오프셋 기능을 발휘함에 따라 추진모터(M)의 설치시 다른 장치와의 간섭을 해소할 수 있다.
다음으로, 상기 제1a연동기어(30a)와 제1b연동기어(30b)는 제1축(20a)과 제2축(20b)의 일측에 각각 서로 치합되게 설치되어 제1축(20a)의 회전시 서로 치합되면서 제2축(20b)이 제1축(20a)과 연동 회전되게 할 수 있다.
즉, 제1a연동기어(30a)와 제1b연동기어(30b)는 연료엔진(E)의 출력축에서 출력되어 감속기(G)를 통해 제1축(20a)으로 전달된 연료엔진(E)의 추진력 일부를 제1축(20a)에서 제2축(20b)으로 전달함으로써 연료엔진(E)의 추진력 일부를 추진모터(M)의 출력축(MO)에 입력하여 전기에너지를 발생시키는 연료추진 모드로 선박 하이브리드 추진기(H)가 작동되게 할 수 있다.
이때 제1a연동기어(30a)와 제1b연동기어(30b)는 서로 간의 기어비에 따라 미리 정해진 추진모터(M)의 발전에 필요한 회전수에 대응되게 연료엔진(E)의 추진력 일부를 기설정된 제1비율로 증속하여 추진모터(M)의 출력축(MO)에 입력할 수 있다.
다음으로, 상기 제2a연동기어(40a)와 제2b연동기어(40b)는 제1축(20a)과 제2축(20b)의 타측에 각각 서로 치합되게 설치되어 제2축(20b)의 회전시 서로 치합되면서 제1축(20a)이 제2축(20b)과 연동 회전되게 할 수 있다.
즉, 제2a연동기어(40a)와 제2b연동기어(40b)는 추진모터(M)의 출력축(MO)에서 출력되는 추진모터(M)의 추진력을 제2축(20b)에서 제1축(20a)으로 전달함으로써 추진모터(M)의 추진력을 감속기(G)의 입력축(GI)에 입력하여 전기에너지로 추진축(S)을 회전시키는 전기추진 모드 또는 부스터 모드로 선박 하이브리드 추진기(H)가 작동되게 할 수 있다.
이때 제2a연동기어(40a)와 제2b연동기어(40b)는 서로 간의 기어비에 따라 미리 정해진 추진축(S)의 회전속도에 대응되게 추진모터(M)의 추진력을 기설정된 제2비율로 감속하여 감속기(G)의 입력축(GI)에 입력할 수 있다.
단, 제1a연동기어(30a)와 제1b연동기어(30b)의 기어비와 제2a연동기어(40a)와 제2b연동기어(40b)의 기어비에 의해 각각 결정되는 제1비율과 제2비율은 미리 정해진 추진모터(M)의 발전에 필요한 회전수와 미리 정해진 추진축(S)의 회전속도에 따라 각각 서로 다르게 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1클러치(50a)는 제1축(20a)의 일측에 설치되고 외부에서 공급되는 제1작동유의 압력에 따라 동작하면서 제1a연동기어(30a)가 제1축(20a)과 일체로 회전되도록 제1a연동기어(30a)를 제1축(20a)에 고정되게 가압할 수 있다.
즉, 제1클러치(50a)는 복수 개의 제1디스크 사이사이에 제1스틸플레이트가 각각 삽입된 구조를 가짐에 따라 제1작동유의 압력에 의해 제1디스크와 제1스틸플레이트가 서로 마찰되면서 제1a연동기어(30a)가 제1축(20a)과 일체로 회전되게 고정할 수 있다.
다음으로, 상기 제2클러치(60b)는 제1축(20a)의 타측에 설치되고 외부에서 공급되는 제2작동유의 압력에 따라 동작하면서 제2a연동기어(40a)가 제1축(20a)과 일체로 회전되도록 제2a연동기어(40a)를 제1축(20a)에 고정되게 가압할 수 있다.
즉, 제2클러치(60b)는 복수 개의 제2디스크 사이사이에 제2스틸플레이트가 각각 삽입된 구조를 가짐에 따라 제2작동유의 압력에 의해 제2디스크와 제2스틸플레이트가 서로 마찰되면서 제2a연동기어(40a)가 제2축(20b)과 일체로 회전되게 고정할 수 있다.
다음으로, 상기 제1기어펌프(70a)는 하우징(10)의 타측 단부에 설치되고 제2축(20b)이 회전할 때 동력을 전달받아 작동하면서 제1작동유를 가압하여 제1클러치(50a)로 공급할 수 있다.
즉, 제1기어펌프(70a)는 연료추진 모드에서 제2축(20b)이 회전할 때 그 동력으로 작동하면서 제1작동유를 가압하여 제1a유압라인을 통해 제1클러치(50a)로 공급함으로써 제1클러치(50a)를 작동시킬 수 있다.
여기서 제1기어펌프(70a)는 연료추진 모드가 아닌 전기추진 모드 또는 부스터 모드에서도 작동하여 윤활 기능을 위해 제1작동유를 가압하여 제1b유압라인을 통해 제1축(20a)과 제2축(20b)과 제1베어링(13) 및 제2베어링(14)으로 공급할 수 있다.
다음으로, 상기 제2기어펌프(70b)는 하우징(10)의 일측 단부에 설치되고 제1축(20a)이 회전할 때 동력을 전달받아 작동하면서 제2작동유를 가압하여 제2클러치(60b)로 공급할 수 있다.
즉, 제2기어펌프(70b)는 전기추진 모드 또는 부스터 모드에서 제2축(20b)이 회전할 때 그 동력으로 작동하면서 제2작동유를 가압하여 제2a유압라인을 통해 제2클러치(60b)로 공급함으로써 제2클러치(60b)를 작동시킬 수 있다.
여기서 제2기어펌프(70b)는 전기추진 모드 또는 부스터 모드가 아닌 연료추진 모드에서 작동하여 윤활 기능을 위해 제2작동유를 가압하여 제2b유압라인을 통해 제1축(20a)과 제2축(20b)과 제1베어링(13) 및 제2베어링(14)으로 공급할 수 있다.
한편, 제1기어펌프(70a)와 제2기어펌프(70b)는 별도로 도시하지 않았지만 다른 실시예에 따라 하우징(10)의 외부에 별치식으로 설치한 기어펌프로 대체될 수 있다.
마지막으로, 상기 연동회전방지수단(80)은 제2축(20b)의 일측에 구비되어 제1축(20a)이 공회전할 때 제2축(20b)이 제1축(20a)과 함께 회전되지 않도록 하여 제1축(20a)을 유압으로 가압할 수 있다.
즉, 제1a연동기어(30a)의 일측 내주면은 제1클러치(50a)와 함께 제1작동유를 사이에 두고 제1축(20a)에 외삽된 상태이므로 제1클러치(50a)가 작동하지 않더라도 제1축(20a)의 회전시 제1a연동기어(30a)가 제1작동유의 점성에 의해 제1축(20a)을 따라 회전하면서 제1b연동기어(30b)와 치합되어 제2축(20b)이 제1축(20a)과 함께 회전할 수 있는데, 이를 방지하기 위해 연동회전방수단(80)이 필요한 것이다.
이를 위해 연동회전방지수단(80)은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 제1브래킷(81)과 유압실린더(82)와 가압블록(83)과 제2브래킷(84) 및 가이드레일(85)으로 구성될 수 있다.
상기 제1브래킷(81)은 하우징(10)의 내부에 설치될 수 있다. 상기 유압실린더(82)는 제1브래킷(81)에 각각 고정될 수 있다. 상기 가압블록(83)은 유압실린더(82)의 단부에 각각 설치되고 내측면에 가압홈(83a)이 형성될 수 있다.
상기 제2브래킷(84)은 하우징(10)의 내부에서 상기 제1브래킷(81)의 일측에 배치되게 설치될 수 있다. 상기 가이드레일(85)은 제2브래킷(84)에 각각 단부가 고정되고 내측면에 가압블록(83)의 외측면과 대응되는 가이드홈(85a)이 형성되어 가압블록(83)의 수평 이동을 안내할 수 있다.
즉, 연동회전방지수단(80)은 유압실린더(82)가 작동하여 가압블록(83)이 가이드레일(85)을 따라 제2축(20b)을 향하여 수평 이동하면서 가압홈(83a)을 통해 제2축(20b)의 외주면을 회전하지 않도록 가압함으로써 제2축(20b)이 제1축(20a)과 함께 회전되는 폐단을 방지하여 연료손실을 줄일 수 있다.
이때 유압실린더(82)는 제2기어펌프(70b)의 작동에 따라 가압되는 제2작동유를 제3유라인을 통해 공급받아 작동될 수 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
본 발명은 선박 하이브리드 추진기에 설치되는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치는 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력을 단속 가능하고 추진모터로 전달되는 연료엔진의 추진력의 비율과 추진축으로 전달되는 추진모터의 추진력의 비율을 서로 다르게 조절 가능하여 감속기의 기능과 구조 및 제어를 단순화할 수 있으므로 선박 하이브리드 추진기 분야에 이용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 연료엔진과 추진모터가 일체로 구비되어 연료엔진의 추진력과 추진모터의 추진력 중의 적어도 하나로 프로펠러가 연결된 추진축을 구동시키는 선박 하이브리드 추진기에서 상기 연료엔진의 추진력과 상기 추진모터의 추진력을 단속하기 위한 것으로서,
    하우징;
    상기 하우징의 내부 일측에 설치되고 상기 연료엔진의 구동축과 연결되는 감속기의 입력축에 연결되는 제1축;
    상기 하우징의 내부 타측에 설치되고 상기 추진모터의 구동축과 연결되는 제2축;
    상기 제1축과 상기 제2축의 일측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제1축으로 전달된 상기 연료엔진의 추진력을 상기 제2축으로 전달하는 제1a연동기어와 제1b연동기어;
    상기 제1축과 상기 제2축의 타측에 각각 서로 치합되게 설치되고 상기 제2축으로 전달된 상기 추진모터의 추진력을 상기 제1축으로 전달하는 제2a연동기어와 제2b연동기어;
    상기 제1축의 일측에 설치되고 외부에서 공급되는 제1작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제1a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제1클러치; 및
    상기 제1축의 타측에 설치되고 외부에서 공급되는 제2작동유의 압력에 따라 동작하여 상기 제2a연동기어가 상기 제1축과 일체로 회전되도록 하는 제2클러치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 타측 단부에 설치되고 상기 제2축이 회전할 때 동력을 전달받아 작동하면서 상기 제1작동유를 가압하여 상기 제1클러치로 공급하는 제1기어펌프; 및
    상기 하우징의 일측 단부에 설치되고 상기 제1축이 회전할 때 동력을 전달받아 작동하면서 상기 제2작동유를 가압하여 상기 제2클러치로 공급하는 제2기어펌프;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료엔진의 추진력이 상기 제2축을 통해 상기 추진모터로 전달되는 발전 모드에서는
    상기 제1a연동기어와 상기 제1b연동기어의 기어비에 따라 상기 제1축에서 상기 제2축으로 전달되는 회전수가 미리 정해진 상기 추진모터의 발전에 필요한 회전수에 대응되게 증속되고,
    상기 추진모터의 추진력이 상기 제1축을 통해 상기 추진축으로 전달되는 전기추진 모드에서는
    상기 제2a연동기어와 상기 제2b연동기어의 기어비에 따라 상기 제2축에서 상기 제1축으로 전달되는 회전수가 미리 정해진 상기 추진축의 회전속도에 대응되게 감속되는 것을 특징으로 하는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2축의 일측에 구비되어 상기 제1축이 공회전할 때 상기 제2축이 상기 제1축과 함께 회전되지 않도록 가압하는 연동회전방지수단;이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연동회전방지수단은
    상기 하우징의 내부에 설치되는 제1브래킷;
    상기 제1브래킷에 고정되는 유압실린더;
    상기 유압실린더의 단부에 각각 설치되고 내측면에 가압홈이 형성되어 상기 유압실린더의 작동에 따라 상기 제2축 방향으로 수평 이동하면서 상기 제2축의 외면을 가압하는 가압블록;
    상기 하우징의 내부에 설치되는 제2브래킷; 및
    상기 제2브래킷에 단부가 고정되고 내측면에 상기 가압블록의 외측면과 대응되는 가이드홈이 형성되어 상기 가압블록의 수평 이동을 안내하는 가이드레일;로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 하이브리드 추진기용 클러치 장치.
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