KR20180041442A - 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치에 관한 것으로서, 작동유의 이동으로 구동되는 유압실린더부와, 유압실린더부와 고정하여 연결되어, 작동유 흐름의 방향을 관여하는 메인블럭과, 메인블럭의 일측에 고정 설치되어, 회전력을 제공하기 위한 서보모터부와, 메인블럭의 다른 일측에 고정 설치되어, 메인블럭으로부터 유입되는 작동유를 저장 또는 배출시키며, 유압실린더부의 편로드의 전진 또는 후진 시 발생하는 부피차에 의한 유량을 보상하기 위한 저유기부와, 저유기부의 내부 일측에 고정 설치되어, 서보모터부로부터 회전력을 제공받아 구동되는 유압펌프부와, 저유기부의 외측부에 연결 설치되어, 저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도유지부를 구비하는 전기 유압 액추에이터와, 선박의 진행방향을 조정하도록 전기 유압 액추에이터와 힌지 연결되는 틸러와 방향타의 앵글을 정밀하게 조정하며 작동유의 온도를 유지하는 전기 유압 액추에이터의 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치{Electro-hydraulic actuator Application Steering Device For Ship}

본 발명은 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 조타를 위한 수단으로 저유기 내에 블레이더를 장착하여 폐회로의 구현 및 편로드실린더의 전/후진 시 발생하는 유량차의 보상과 특히 열전소자를 이용하여 작동유의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 구현한 전기 유압 액추에이터를 적용하여 선박의 조타방법을 보다 정밀한 위치와 방향을 자율적으로 제어할 수 있으며, 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 설치를 용이하게 할 수 있도록 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 조타기는 유압식 구동장치를 이용하여 러더 스톡에게 회전력을 부여하기 위한 것으로서 주 조타장치와 보조 조타장치가 있다. 주 조타장치는 항해상태에서 선박을 조종하기 위하여 러더를 유효하게 구동하는데 필요한 러더 조작기(Rudder Actuator), 조타장치의 동력장치 및 그 부속장치로서 러더 스톡에게 회전력을 주기 위한 장치(예: Tiller or Quadrant) 등의 기계장치를 의미한다. 보조조타장치는 주조타장치가 손상된 경우에 필요한 장치로서, 주조타장치의 부분과는 별개로 설치될 수 있다.

이러한 조타기의 종류에는 크게 램(RAM) 실린더 방식의 랩슨 슬라이드형(RS타입 : Rapson-Slide type)과 회전베인형(RV타입 : Rotary Vane type) 등이 있다. 회전베인형 조타기는 설치 면적이 적고, 조타각의 적용범위가 넓은 대신, 액추에이터의 베인과 케이싱 사이의 엄밀한 틈새로 인하여 러더 스톡과 액추에이터의 중심 맞춤 설치가 어렵고, 회전베인의 변형을 고려한 틈새 관리가 필요하며, 오일 실(seal) 성능이 나쁘며, 오일 누유량이 일정하지 않으므로 설치 후 오토파일럿 조합의 조정이 어렵고, 구조상, 기름 속의 이물질이 액추에이터 베인의 바닥부분에 축적되어 액추에이터 실(seal)의 수명을 단축시키고 소요 마력이 크며 유압식 구동장치의 용량이 크므로 유압식 구동장치 사이즈도 큰 단점이 있다.

반면, 랩슨 슬라이드형 조타기는 고압, 경량, 콤펙트화 된 유압 펌프를 사용하고 있고, 고압에 적당하며, 틸러(Tiller)에 해당하는 크로스헤드 포크/암부(Crosshead fork/arm member)와 액추에이터인 실린더 및 램(RAM)이 독립되어 있으므로 틸러의 취부 및 실린더의 누유 체크 및 오일 실의 교환이 용이하고, 선상 설치 후의 사후관리 및 조정이 용이하다.

또한 조타기는 액츄에이터에 따라 Single, Dual, Rotary형으로 나뉘지만, 발전기로 부터의 전기로 유도전동기를 가동하여, 유압 펌프를 통하여 발생된 유압으로 액츄에이터를 구동하는 메커니즘은 동일하며, 이와 같은 방식으로 발생된 유압으로 밸브의 위치나 펌프의 경전각을 변화시킴으로써 조타기의 방향을 결정하는데, 유도전동기는 선박이 출항하여 입항할 때까지 항상 구동하므로 환경 연료 및 포괄적인 문제점을 유발하고 있다.

예를 들어 항해 기간 중 조타기는 30~40% 동작하는 것이 일반적이며 펌프는 전동기와 직결되어 있어 전동기의 회전수와 방향을 원하는 대로 제어할 수만 있다면 조타기 동작에 필요한 유량과 방향만큼만 에너지를 소모하게 된다.

뿐만 아니라, 종래기술의 조타기는 액추에이터와 유압발생장치를 유압 라인을 이용하여 연결하므로, 유압 라인이 쉽게 파손될 수 있음은 물론 액추에이터와 유압발생장치가 분리되어 있어 설치하기가 매우 어려운 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

한편, 국내 공개특허공보 제10-2003-0044757호(공개일:2003년06월09일)에는 "정방향 유압펌프를 이용한 선박용 유압조타장치"가 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 선박이 출항하여 입항할 때까지 지속적으로 구동하여야 하는 종래의 조타장치를 조타기 동작에 필요한 유량과 방향제어에 필요한 만큼만 에너지를 소모하며, 비기동시 정지 하므로써 에너지절감 효과 및 기계적인 손망실과 고장의 원인을 대폭 줄일 수 있게 하는데 목적이 있다

또한 본 발명은 기존의 복잡하게 배열된 유압밸브 및 장치들을 배제하고, 전기 공급에 의하여 단순하게 작동할 수 있도록 일체형으로 결합하여 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 설치를 용이하게 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 선박용 조타장치는, 작동유의 이동으로 구동되는 유압실린더부와, 상기 유압실린더부와 고정하여 연결되어, 작동유 흐름의 방향을 관여하는 메인블럭과, 상기 메인블럭의 일측에 고정 설치되어, 회전력을 제공하기 위한 서보모터부와, 상기 메인블럭의 다른 일측에 고정 설치되어, 상기 메인블럭으로부터 유입되는 작동유를 저장 또는 배출시키며, 상기 유압실린더부의 편로드의 전진 또는 후진 시 발생하는 부피차에 의한 유량을 보상하기 위한 저유기부와, 상기 저유기부의 내부 일측에 고정 설치되어, 상기 서보모터부로부터 회전력을 제공받아 구동되는 유압펌프부와, 상기 저유기부의 외측부에 연결 설치되어, 상기 저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도유지부를 포함하는 전기 유압 액추에이터와, 선박의 진행방향을 조정하도록 상기 전기 유압 액추에이터와 힌지 연결되는 틸러를 포함하는 것을 특징으로 하며, 기 구성된 전기 유압 액추에이터의 제어장치를 통해 조향장치의 입력신호값과 라다센서의 출력신호값을 연산하여 방향타의 앵글을 정밀하게 조정한다.

또한, 상기 전기 유압 액추에이터는, 일측이 상기 저유기부의 외측부에 연결 설치되어, 상기 저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰주기 위한 냉판부재와, 일측이 상기 냉판부재의 다른 일측에 고정 설치되어, 외부로부터 전원을 공급받아 일측이 상기 냉판부재를 냉각시켜 주고 다른 일측이 열을 발생시켜 전달하기 위한 열전소자부재와, 일측이 상기 열전소자부재의 다른 일측에 고정 설치되어, 상기 열전소자부재로부터 전달되는 열을 방출시켜 주기 위한 방열판부재와, 상기 방열판부재의 다른 일측에 고정 설치되어, 상기 방열판부재로부터 방출되는 열을 외부로 유출시켜 주기 위한 방열팬부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전소자부재는, 외부로부터 전원을 공급받아 전류가 일방향으로 흐를 시에, 상기 냉판부재를 냉각시킴과 동시에 상기 방열판부재로 열을 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전소자부재는, 외부로부터 전원을 공급받아 전류가 다른 일방향으로 흐를 시에, 상기 냉판부재로 열을 전달함과 동시에 상기 방열판부재를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열판부재는, 일측을 외부방향으로 일정한 길이만큼 연장 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치는, 서보모터부의 작동, 온도제어부의 작동유의 온도유지 및 방향타 각도의 정밀제어를 위한 구동제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동제어부는, 서보모터부의 회전방향의 정회전 및 역회전과 회전속도의 가속 및 감속과 토오크의 증가 및 감소 또는 정지를 관할하는 모터제어부재와, 저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도에 따라 온도유지부의 구동을 제어하고, 온도유지부로 흐르는 전류의 방향을 제어하여 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 온도제어부재와, 유압실린더부의 동작에 의한 방향타 각도의 정밀제어를 관할하는 앵글제어부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 선박용 조타장치는 종래 발명과 달리 조타를 위한 전기 유압 액추에이터의 서보모터부 유압실린더부가 일체로 결합되므로, 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 설치를 간편하고 용이하게 할 수 있는 효과를 가지며, 자동 유량보상 방법으로 실린더의 전·후진 시 발생되는 용적 차이의 보상 역할을 담당하는 부품 수의 절감과 조립성을 향상 할 수 있다.

또한, 전기유압 일체형 액추에이터를 이용하여 조타기 동작에 필요한 유량과 방향제어에 필요한 만큼만 에너지를 소모하며, 비기동시 정지 하므로써 에너지절감 이 가능하다.

또한, 기 구성된 전기 유압 액추에이터의 제어장치를 통해 조향장치의 입력신호값과 라다센서의 출력신호값을 연산하여 방향타의 앵글을 정밀하게 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 유압 액추에이터를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저유기부의 블레이더가 수축 및 팽창을 통해 부피차이를 보상하는 것을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압실린더부의 이동 상태에 따른 작동유의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이더 내의 압력조절에 의하여 저유기부와 유압실린더부의 압력 평형에 따른 작동유의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도유지부를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방열판부재를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 유압 액추에이터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 도 8에 있는 구동제어부를 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치는 조타실(Wheelhouse)에 구비되는 조향장치의 조작에 따라 발생하는 방향타 제어신호에 따라 구동하게 된다.

이를 위하여, 본 실시예에 따른 선박용 조타장치는 선박의 진행방향을 조정하는 틸러(1)와, 회전축(3)축을 통해 틸러(1)와 결합되어 함께 회전되는 방향타(5)와, 틸러(1)를 회전시키기 위한 전기 유압 액추에이터(10)를 포함한다.

이러한, 본 발명에 따른 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치는 선박 운항자가 조작하는 조향장치의 조타핸들 조작에 따라 발생하는 방향타 제어신호에 따라 전기 유압 액추에이터(10)가 작동하면서 틸러(1)를 회전시키고, 틸러(1)의 회전에 따라 방향타(5)가 조정될 수 있다.

이때, 타기실에는 틸러(1)의 회동으로 인해 방향타(도시생략)가 움직이면 방향타의 앵글을 측정하는 라다센서(도시생략)가 구비되고, 조타장치(1)는 라다센서에서 감지되는 방향타의 앵글값을 제어장치로 피드백하여 작동 및 정밀제어하며, 그 출력값을 디스플레이하기 위한 계기판을 구비한다.

틸러(1)는 회전축(3)을 중심으로 회전하도록 양단부에 전기 유압 액추에이터(10)가 각각 힌지 결합된다. 이러한, 틸러(1)는 방향타(5)와 연결되어 회전을 통해 방향타를 회전시킨다.

전기 유압 액추에이터(10)는 틸러(1)를 안정되게 회전시킬 수 있도록 틸러(1)의 양단부에 각각 결합된다. 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 유압 액추에이터(10)를 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 유압 액추에이터를 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 전기 유압 액추에이터(10)는, 서보모터부(100),유압실린더부(200), 저유기부(300), 온도유지부(400), 유압펌프부(600)를 포함한다.

서보모터부(100)는, 메인블럭(11)의 일측에 고정 설치되어, 유압펌프부(600)로 회전력을 제공해 준다.

일 실시 예에서, 서보모터부(100)는, 저유기부(300)와 함께 메인블럭(11)에 연결되어 있다.

유압실린더부(200)는, 메인블럭(11)에 연결 설치되어, 유압펌프부(600)로부터 발생되는 작동유의 이동에 의해 구동된다.

일 실시 예에서, 유압실린더부(200)는, 바람직하게는 메인블럭(11)의 외측부에 연결 설치될 수 있다.

일 실시 예에서, 유압실린더부(200)는, 예를 들어 편로드 실린더일 경우에, 로드의 부피로 인해 로드측 부피와 헤드측 부피의 차이가 발생하더라도 블레이더(301)의 수축 및 팽창을 통해 로드측 부피와 헤드측 부피의 부피차이를 보상할 수 있다.

저유기부(300)는, 내부 일측에 유압펌프부(600)를 고정 설치하며, 메인블럭(11)의 다른 일측에 고정 설치되어, 메인블럭(11)으로부터 유입되는 작동유를 저장 또는 배출시키며, 유압실린더부(200)의 편로드의 전진 또는 후진 시 발생하는 부피차에 의한 유량을 보상한다.

일 실시 예에서, 저유기부(300)는, 내부에 수축 및 팽창하는 블레이더(301)를 구비할 수 있다. 여기서 블레이더(301)는, 저유기부(300)의 내부 다른 일측에 설치되어 수축 및 팽창이 가능한 재질로 제작되고 공기나 가스를 수용하며, 유압실린더부(200)의 로드측 부피와 헤드측 부피의 차이를 작동유의 유량의 차이로 흡수하여 유압실린더부(200)의 압력과 저유기부(300)의 압력이 평형을 이루도록 부족량을 보상하기 위해 압력을 손쉽게 조절하도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 저유기부(300)는, 블레이더(301)가 유압실린더부(200)의 로드측 부피와 헤드측 부피의 차이를 작동유의 유량의 차이로 흡수하여 유압실린더부(200)의 압력과 저유기부(300)의 압력이 평형을 이루도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 저유기부(300)는, 다른 일측에 펌프를 구비하여 내부에 있는 작동유를 이동시켜줄 수 있도록 할 수 있다.

온도유지부(400)는, 저유기부(300)의 측면부에 연결 설치되어, 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 저유기부(300)와 메인블럭(11)의 외측부에 각각 배관 또는 호스로 연결 설치되고, 외부로 노출되도록 설치되며, 저유기부(300)와 메인블럭(11)의 내부에서 이동하는 작동유의 온도를 조절하며, 필요에 따라 고정 설치되거나, 분리 설치될 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 주어, 작동유가 이동하는 장치의 온도가 상승하거나 하강하는 것을 방지하고 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 한 개 또는 그 이상의 개수로 저유기부(300)의 측면부 또는 메인블럭(11)의 측면부에 연결 설치되거나, 저유기부(300)의 측면부와 메인블럭(11)의 측면부에 연결 설치되어, 더욱 효과적으로 열을 방출시켜 줄 수 있다.

유압펌프부(600)는, 저유기부(300)의 내부 일측에 고정 설치되어, 서보모터부(100)로부터 회전력을 제공받아 구동된다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 전기 유압 액추에이터(10)는, 온도유지부(400)를 이용하여 작동유의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 구현함으로써, 온도유지부(400)를 저유기부(300) 또는 메인블럭(11)에 배관 또는 호스로 연결 설치하여 서보모터부(100)로부터 전도된 열 또는 외측부온도에 의해 저유기부(300) 또는 메인블럭(11)의 내의 작동유의 온도가 상승하거나 하강하는 것을 방지하며 이에 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 때문에 작동유의 온도 변화로 인해 나타날 수 있는 문제점을 최소화할 수 있다.

도 3은 도 2에 있는 저유기부의 블레이더가 수축 및 팽창을 통해 부피차이를 보상하는 것을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 저유기부(300)는, 일측에 블레이더(301)를 설치하여, 유압실린더부(200)의 로드측 부피와 헤드측 부피의 차이를 작동유의 유량의 차이로 흡수하여 유압실린더부(200)의 압력과 저유기부(300)의 압력이 평형을 이루도록 부족량을 보상한다.

일 실시 예에서, 블레이더(301)는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 유압실린더부(200)가 전진상태이며, 유압실린더부(200)의 내부 헤드측 부피(V2)와 저유기의 내부 압력(V3)일 때에, 팽창하여 유압실린더부(200)의 압력과 저유기부(300)의 압력의 평형을 맞출 수 있다.

일 실시 예에서, 블레이더(301)는, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 유압실린더부(200)가 후진상태이며, 유압실린더부(200)의 내부 헤드측 부피(V1)와 저유기의 내부 압력(V3)일 때에, 수축하여 유압실린더부(200)의 압력과 저유기부(300)의 압력의 평형을 맞출 수 있다.

일 실시 예에서, 블레이더(301)는, 도 3의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 로드의 부피로 인해 로드측 부피(V1)와 헤드측 부피(V2)의 차이가 발생하면, 수축 및 팽창을 통해 로드측 부피(V1)와 헤드측 부피(V2)의 부피차이를 보상할 수 있다.

도 4는 도 2에 있는 유압실린더부의 이동 상태에 따른 작동유의 흐름을 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 유압실린더부(200)가 전진 또는 후진함에 따라 저유기부(300) 내의 작동유를 이동시켜 부족한 유량을 보상한다.

일 실시 예에서, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 좌측도면은 유압실린더부(200)가 전진할 시에, 서보모터부(100)가 구동되면 로드측의 작동유가 저유기부(300)의 다른 일측에 구비된 펌프를 통해 헤드측으로 이동하며, 우측도면은 작동유가 헤드측으로 이동하는 동시에 로드측 파일롯체크밸브(12:우측)를 해제하여 저유기부(300) 내의 작동유가 펌프를 통해 헤드측으로 이동한다. 즉, 저유기부(300)와 로드측의 작동유가 헤드측으로 이동하여 부족량을 보상할 수 있다.

일 실시 예에서, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 좌측도면은 유압실린더부(200)가 후진할 시에, 서보모터부(100)가 구동되면 헤드측의 작동유가 펌프를 통해 로드측으로 이동하며, 우측 도면은 헤드측의 작동유가 로드측으로 이동하는 동시에 헤드측의 파일롯체크밸브(12:좌측)를 해제하여 저유기부(300)로 이동한다. 이때, 작동유는, 로드 부피만큼 저유기부(300)로 유입될 수 있다.

도 5는 도 2에 있는 블레이더 내의 압력조절에 의하여 저유기부와 압력실린더부의 압력 평형에 따른 작동유의 흐름을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 블레이더(301) 내부의 압력을 설정하여 유압실린더부(200)와 저유기부(300)의 압력이 평형을 유지하도록 작동유를 이동시킨다.

일 실시 예에서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 유압실린더의 압력(Ps)과 저유기 내 압력(Pr)이 평형을 이루는 안정된 상태로 실린더의 움직임이 일어나지 않는다. 이와 같은 유압실린더 압력(Ps)은 유압실린더를 포함한 시스템 압력의 의미로 정의 하도록 한다.

일 실시 예에서, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 유압실린더 압력(Ps)이 저유기 내 압력(Pr)이 클 경우, 로드측 내의 작동유가 펌프를 통해 저유기부(300)로 드레인되어 양측의 압력 평형을 이루도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 저유기 내 압력(Pr)이 유압실린더 압력(Ps)보다 클 경우, 저유기부(300) 내의 작동유가 실린더 양단으로 유입되어 단면적 차이로 인해 실린더가 전진하는 현상을 보일 수 있다. 따라서, 블레이더(301)의 압력설정을 통해 유압실린더 압력(Ps)과 저유기 내 압력(Pr)이 평형을 이루도록 할 수 있다.

도 6은 도 2에 있는 온도유지부를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 온도유지부(400)는, 냉판부재(430), 열전소자부재(440), 방열판부재(450), 방열팬부재(460)를 포함한다.

냉판부재(430)는, 일측이 저유기부(300)의 외측부에 연결 설치되고, 다른 일측에 열전소자부재(440)를 고정 설치하여, 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰준다.

일 실시 예에서, 냉판부재(430)는, 메인블럭(11)의 외측부에 연결 설치되어, 메인블럭(11)의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰주거나 작동유의 온도를 높여주어, 메인블럭(11)의 내부에 있는 작동유의 온도를 일정하게 유지되도록 할 수도 있다.

일 실시 예에서, 냉판부재(430)는, 열전소자부재(440)가 구동되면, 열전소자부재(440)의 일측이 냉각됨에 따라 열전소자부재(440)의 냉각에 의해 냉각되어, 저유기부(300)(또는, 메인블럭(11))의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰줄 수 있으며, 열전소자부재(440)가 구동이 정지되면, 열전소자부재(440)의 냉각이 정지되며, 저유기부(300)(또는, 메인블럭(11))의 내부에 있는 작동유의 온도를 주변 온도까지 도달시킬 수 있다. 다시 말해서, 냉판부재(430)는, 열전소자부재(440)가 구동되면, 냉각되어 작동유의 온도를 낮춰주고, 열전소자부재(440)가 구동이 정지되면, 냉각이 정지되며, 이러한 동작의 반복으로 작동유의 온도가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 냉판부재(430)는, 열전소자부재(440)가 구동되면, 열전소자부재(440)의 일측에서 열이 발생에 따라 열전소자부재(440)의 발열에 의해 발열되어, 저유기부(300)(또는, 메인블럭(11))의 내부에 있는 작동유의 온도를 높여줄 수 있으며, 열전소자부재(440)가 구동이 정지되면, 열전소자부재(440)의 발열이 정지되며, 저유기부(300)(또는, 메인블럭(11))의 내부에 있는 작동유의 온도를 주변 온도까지 도달시킬 수 있다. 다시 말해서, 냉판부재(430)는, 열전소자부재(440)가 구동되면, 발열되어 작동유의 온도를 높여주고, 열전소자부재(440)가 구동이 정지되면, 발열이 정지되며, 이러한 동작의 반복으로 작동유의 온도가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

열전소자부재(440)는, 일측이 냉판부재(430)의 다른 일측에 고정 설치되고, 다른 일측에 방열판부재(450)를 고정 설치하여, 외부로부터 전원을 공급받아 일측(즉, 일면)이 냉판부재(430)를 냉각시켜 주고 다른 일측(즉, 다른 일면)이 열을 발생시켜 방열판부재(450)로 전달한다.

일 실시 예에서, 열전소자부재(440)는, 예를 들어 열전소자로서, 외부로부터 전원을 공급받아 일면이 냉각되고, 다른 일면에서 열을 방출하는 구조로 형성되어, 반영구적으로 사용이 가능하며, 주위온도(즉, 환경온도, 외부온도)보다 더 낮게 냉각을 할 수 있으며, 가열과 냉각의 두 가지 기능을 동시에 제공할 수 있는 장점이 있다.

일 실시 예에서, 열전소자부재(440)는, 외부로부터 전원을 공급받아 전류가 일방향으로 흐를 시에, 냉판부재(430)를 냉각시킴과 동시에 방열판부재(450)로 열을 전달할 수 있다.

일 실시 예에서, 열전소자부재(440)는, 외부로부터 전원을 공급받아 전류가 다른 일방향으로 흐를 시에, 냉판부재(430)로 열을 전달함과 동시에 방열판부재(450)를 냉각시킬 수 있다.

방열판부재(450)는, 일측이 열전소자부재(440)의 다른 일측에 고정 설치되고, 다른 일측에 방열팬부재(460)를 고정 설치하여, 열전소자부재(440)로부터 전달되는 열을 방출시켜 준다.

일 실시 예에서, 방열판부재(450)는, 일방향으로 전류가 흘러 열전소자부재(440)가 구동되면, 열전소자부재(440)의 다른 일측에서 열이 발생되며, 해당 발생된 열을 외부로 방출시켜 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 방열판부재(450)는, 다른 일방향으로 전류가 흘러 열전소자부재(440)가 구동되면, 열전소자부재(440)의 다른 일측이 냉각되며, 열전소자부재(440)의 냉각에 의해 냉각될 수 있다.

방열팬부재(460)는, 방열판부재(450)의 다른 일측에 고정 설치되어, 방열판부재(450)로부터 방출되는 열을 외부로 유출시켜 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰준다.

일 실시 예에서, 방열팬부재(460)는, 바람직하게는 쿨링팬으로서, 열전소자부재(440)의 구동 시에 함께 구동되어, 팬이 회전하면서 방열판부재(450)로부터 방출되는 열을 더욱 효과적으로 외부로 유출시켜 저유기부(300)의 내부에서 이동하는 작동유의 온도를 낮춰줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 온도유지부(400)는, 외부로부터 전원을 공급받아 전류가 일방향으로 흐를 시에, 열전소자부재(440)가 구동되어 냉판부재(430)를 냉각시켜 작동유의 온도를 낮춰줌과 동시에 방열팬부재(460)로 열을 전달하여 방열팬부재(460)에서 열을 외부로 유출시키며, 전류가 다른 일방향으로 흐를 시에, 열전소자부재(440)가 구동되어 방열팬부재(460)로 냉각시킴과 동시에 냉판부재(430)를 가열시켜 작동유의 온도를 높여주어, 저유기부(300)와 메인블럭(11)의 내부에 있는 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.

도 7은 도 6에 있는 방열판부재를 다른 예로 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 방열판부재(450)는, 일측을 외부방향으로 일정한 길이만큼 연장 형성하여, 열전소자부재(440)로부터 전달받은 열을 외부로 유출시킬 시에, 열이 닿을 수 있는 표면적을 넓혀주어, 더 빠르게 열을 외부로 유출시킨다.

일 실시 예에서, 방열판부재(450)는, 열전소자부재(440)로부터 전달받은 열을 일방향(예를 들면, 상부)에서 다른 일방향(예를 들면, 하부)으로 빠르게 유출시켜 줄 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 유압 액추에이터를 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 전기 유압 액추에이터(20)는, 서보모터부(100),유압실린더부(200), 저유기부(300), 온도유지부(400), 구동제어부(500)를 포함한다. 여기서, 서보모터부(100),유압실린더부(200), 저유기부(300), 온도유지부(400)는 도 1의 구성요소와 유사한 부분에 대해서 이하 그 설명을 생략하며, 다른 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

구동제어부(500)는, 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도에 따라 온도유지부(400)(즉, 열전소자부재(440)(도 6 참조) 또는 열전소자부재(440)(도 7 참조)의 구동을 제어하고, 온도유지부(400)로 흐르는 전류의 방향을 제어하여 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.

일 실시 예에서, 구동제어부(500)는, 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도를 감지하여, 감지한 온도에 따라 냉각가동명령신호, 히팅가동명령신호 또는 정지명령신호를 생성시켜, 온도유지부(400)로 전송하여 온도유지부(400)의 구동과 온도유지부(400)로 흐르는 전류의 방향을 제어할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 구동제어부(500)로부터 전송되는 냉각가동명령신호를 수신받아 해당 수신받은 냉각가동명령신호에 따라 열전소자부재(440)에 전원을 공급하여 전류가 일방향으로 흐르도록 하고, 열전소자부재(440)를 구동시키며, 이에 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰주어 작동유가 적당한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 구동제어부(500)로부터 전송되는 냉각가동명령신호를 수신받아 해당 수신받은 냉각가동명령신호에 따라 열전소자부재(440)에 전원을 공급하여 전류가 일방향으로 흐르도록 하고, 열전소자부재(440)의 일측을 냉각시키면, 냉판부재(430)가 냉각되어 저유기부(300)(또는, 메인블럭(11))의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰주며, 열전소자부재(440)의 다른 일측으로 방출되는 열을 방열판부재(450)로 전달하여 해당 전달받은 열을 방열판부재(450)가 외측부로 방출시켜 작동유가 적당한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 구동제어부(500)로부터 전송되는 히팅가동명령신호를 수신받아 해당 수신받은 히팅가동명령신호에 따라 열전소자부재(440)에 전원을 공급하여 전류가 다른 일방향으로 흐르도록 하고, 열전소자부재(440)를 구동시키며, 이에 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도를 높여주어 작동유가 적당한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 구동제어부(500)로부터 전송되는 히팅가동명령신호를 수신받아 해당 수신받은 히팅가동명령신호에 따라 열전소자부재(440)에 전원을 공급하여 전류가 다른 일방향으로 흐르도록 하고, 열전소자부재(440)의 일측을 발열시키면, 냉판부재(430)가 발열되어 저유기부(300)(또는, 메인블럭(11))의 내부에 있는 작동유의 온도를 높여주어, 작동유가 적당한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 구동제어부(500)로부터 전송되는 정지명령신호를 수신받아 해당 수신받은 정지명령신호에 따라 열전소자부재(440)에 공급되던 전원을 차단하여 열전소자부재(440)의 구동을 정지시키며, 이에 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도가 주위 온도까지 도달하여, 저유기부(300)의 내부에서 이동하는 작동유의 온도가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도유지부(400)는, 구동제어부(500)로부터 전송되는 정지명령신호를 수신받아 해당 수신받은 정지명령신호에 따라 열전소자부재(440)에 공급되던 전원을 차단하여 열전소자부재(440)의 구동을 정지시키며, 이에 저유기부(300)의 내부에 있는 작동유의 온도가 주위 온도까지 도달하여, 저유기부(300)의 내부에서 이동하는 작동유의 온도가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 전기 유압 액추에이터(20)는, 구동제어부(500)를 통해 저유기부(200)와 메인블럭(11)의 내부에서 이동되는 작동유의 온도를 감지하고, 감지된 작동유의 온도에 따라 온도유지부(400)를 제어함으로써, 작동유가 일정한 온도 이상으로 높아지거나 낮아지는 것을 효율적으로 방지하고 작동유를 일정한 온도로 유지할 수 있도록 할 수 있다.

도 9는 도 8에 있는 구동제어부를 설명하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 구동제어부(500)는, 모터제어부재(510), 온도제어부재(520), 앵글제어부재(530)를 포함한다.

모터제어부재(510)는 서보모터부(100)의 회전방향의 정회전 및 역회전과 회전속도의 가속 및 감속과 토오크의 증가 및 감소 또는 정지를 관할하며, 비례적분미분제어방식을 취한다.

온도제어부재(520)는 온도제어부(400)의 작동유의 온도의 상승 및 하강과 유지를 관할하며, 비례적분미분제어방식을 취한다.

앵글제어부재(530)는 유압실린더부(200)의 동작에 의한 방향타 각도의 정밀제어를 관할하며, 비례적분미분제어방식을 취한다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 틸러 3 : 회전축
5 : 방향타 10 : 전기 유압 액추에이터
11: 메인블럭 100: 서보모터부
200: 유압실린더부 300: 저유기부
301: 블레이더 400: 온도유지부
430: 냉판부재 440: 열전소자부재
450: 방열판부재 460: 방열팬부재
500: 구동제어부 510: 모터제어부재
520: 온도제어부재 530: 앵글제어부재
600: 유압펌프부

Claims (7)

1. 작동유의 이동으로 구동되는 유압실린더부와, 상기 유압실린더부와 고정하여 연결되어, 작동유 흐름의 방향을 관여하는 메인블럭과, 메인블럭의 일측에 고정 설치되어, 회전력을 제공하기 위한 서보모터부와, 상기 메인블럭의 다른 일측에 고정 설치되어, 상기 메인블럭으로부터 유입되는 작동유를 저장 또는 배출시키며, 상기 유압실린더부의 편로드의 전진 또는 후진 시 발생하는 부피차에 의한 유량을 보상하기 위한 저유기부와, 상기 저유기부의 내부 일측에 고정 설치되어, 상기 서보모터부로부터 회전력을 제공받아 구동되는 유압펌프부와, 상기 저유기부의 외측부에 연결 설치되어, 상기 저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도유지부를 포함하는 전기 유압 액추에이터; 및
   선박의 진행방향을 조정하도록 상기 전기 유압 액추에이터와 힌지 연결되는 틸러; 및
   조향장치의 입력신호값과 라다센서의 출력신호값을 연산하여 방향타의 앵글을 정밀하게 조정하는 전기 유압 액추에이터의 제어장치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기 유압 액추에이터는, 일측이 상기 저유기부의 외측부에 연결 설치되어, 상기 저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도를 낮춰주기 위한 냉판부재;
   일측이 상기 냉판부재의 다른 일측에 고정 설치되어, 외부로부터 전원을 공급받아 일측이 상기 냉판부재를 냉각시켜 주고 다른 일측이 열을 발생시켜 전달하기 위한 열전소자부재;
   일측이 상기 열전소자부재의 다른 일측에 고정 설치되어, 상기 열전소자부재로부터 전달되는 열을 방출시켜 주기 위한 방열판부재; 및
   상기 방열판부재의 다른 일측에 고정 설치되어, 상기 방열판부재로부터 방출되는 열을 외부로 유출시켜 주기 위한 방열팬부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 열전소자부재는,
   외부로부터 전원을 공급받아 전류가 일방향으로 흐를 시에, 상기 냉판부재를 냉각시킴과 동시에 상기 방열판부재로 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.
   
4. 제 2 항에 있어서, 상기 열전소자부재는,
   외부로부터 전원을 공급받아 전류가 다른 일방향으로 흐를 시에, 상기 냉판부재로 열을 전달함과 동시에 상기 방열판부재를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.
   
5. 제 2 항에 있어서, 상기 방열판부재는,
   일측을 외부방향으로 일정한 길이만큼 연장 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   서보모터부의 작동, 온도제어부의 작동유의 온도유지 및 방향타 각도의 정밀제어를 위한 구동제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 구동제어부는,
   서보모터부의 회전방향의 정회전 및 역회전과 회전속도의 가속 및 감속과 토오크의 증가 및 감소 또는 정지를 관할하는 모터제어부재;
   저유기부의 내부에 있는 작동유의 온도에 따라 온도유지부의 구동을 제어하고, 온도유지부로 흐르는 전류의 방향을 제어하여 작동유의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 온도제어부재; 및
   유압실린더부의 동작에 의한 방향타 각도의 정밀제어를 관할하는 앵글제어부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유압 액추에이터를 적용한 선박용 조타장치.

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