ES2223987T3 - Dispositivo de supresion de oscilaciones. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de supresión de oscilaciones que comprende: un cuerpo (12, 62) de base que tiene una parte (20) de fijación destinada a ser asegurada a un objeto cuya oscilación se debe suprimir; un cardán (13) sostenido por el cuerpo (12, 62) de base de tal manera que el cardán puede girar con respecto a un primer eje (X1); un amortiguador (14) que suprime la rotación del cardán (13) con respecto al cuerpo (12, 62) de base; un volante (15) dispuesto en el cardán (13) de tal manera que el volante puede girar con respecto a un segundo eje (X2) perpendicular al primer eje (X1); y un motor (16) que hace girar al volante (15), caracterizado porque: el miembro (40) de rotor, incluyendo el motor un miembro (40) de rotor fijado al volante (15), y un miembro (41) de estátor fijado al cardán (13) y en oposición al miembro (40) de rotor con un intersticio predeterminado entre ellos, y el miembro (41) de estátor están situados dentro de un lugar geométrico R de rotación a lo largo del cual gira el cardán (13) con respecto al primer eje (X1); y el cuerpo (12, 62) de base está provisto de una parte (23, 64) de tapa que cubre una superficie exterior del cardán (13).

Description

Dispositivo de supresión de oscilaciones.

La presente invención se refiere a un dispositivo de supresión de oscilaciones para suprimir la oscilación de un objeto, tal como un barco o una góndola, cuya oscilación se debe suprimir, usando un par giroscópico.

Un dispositivo de supresión de oscilaciones que usa un par giroscópico se instala frecuentemente en un barco. Tal como se describe, por ejemplo, en la patente japonesa n.º 2813540, un dispositivo convencional de supresión de oscilaciones comprende un cuerpo de base asegurado al casco de un barco, un cardán dispuesto de forma giratoria en el cuerpo de base, un volante dispuesto en el cardán y un motor para hacer girar el volante a una velocidad elevada, etcétera. Este motor, que está montado en el cardán, es un componente que no está integrado con el cardán o el volante. El eje de transmisión del motor está conectado al árbol giratorio del volante a través de un acoplador.

En un dispositivo convencional de supresión de oscilaciones, por lo menos una parte del motor sobresale hacia fuera con respecto al lugar geométrico de rotación del cardán. Por consiguiente, cuando el barco se balancea o cabecea y el cardán bascula con respecto al cuerpo de base, la parte del motor gira a lo largo de un círculo con un radio mayor que el del lugar geométrico del cardán.

En un dispositivo convencional, es necesario reservar un gran espacio en el barco requerido para que el cardán y el motor basculen, es decir, necesario para la fijación del dispositivo de supresión de oscilaciones. Por otra parte, el sonido emitido por la rotación del motor o el volante es fuerte, y se transmite al exterior. Además, mientras el cardán está girando, es posible que las extremidades de un miembro de la tripulación que esté de pie cerca del dispositivo puedan ser atrapadas por el mismo.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de supresión de oscilaciones del tipo giroscópico que se puede construir de forma compacta.

Un dispositivo de supresión de oscilaciones según un aspecto de la invención comprende: un cuerpo de base que tiene una parte de fijación destinada a ser asegurada a un objeto cuya oscilación se debe suprimir; un cardán sostenido por el cuerpo de base de tal manera que el cardán puede girar con respecto a un primer eje; un amortiguador que suprime la rotación del cardán con respecto al cuerpo de base; un volante dispuesto en el cardán de tal manera que el volante puede girar con respecto a un segundo eje perpendicular al primer eje; y un motor que hace girar al volante, incluyendo el motor un miembro de rotor fijado al volante caracterizado porque: un miembro de estátor está fijado al cardán y en oposición al miembro de rotor con un intersticio predeterminado entre ellos, el miembro de rotor y el miembro de estátor están situados dentro de un lugar geométrico de rotación a lo largo del cual una periferia exterior del cardán gira con respecto al primer eje; y el cuerpo de base está provisto de una parte de tapa que cubre una superficie exterior del cardán.

Cuando un objeto cuya oscilación se debe suprimir ha oscilado, el cuerpo de base y el cardán giran en relación mutua. El término "rotación" mencionado en esta memoria descriptiva incluye un desplazamiento angular (basculación) de 360 grados o menor entre el cuerpo de base y el cardán. El par giroscópico del volante se ejerce para suprimir la oscilación del objeto, con lo cual se suprime la oscilación del objeto.

En el dispositivo de supresión de oscilaciones de la invención, el par giroscópico, generado mientras el volante está girando, suprime la oscilación de un objeto cuya oscilación se debe suprimir. En el dispositivo de supresión de oscilaciones de la invención, el motor no sobresale hacia fuera con respecto al cardán, y por lo tanto se puede hacer que el intervalo de oscilación del cardán sea menor que en el caso convencional. La invención puede conseguir un dispositivo de supresión de oscilaciones compacto. Además, como el cardán está cubierto con una parte de tapa, el operario o el elemento periférico se pueden proteger para que no sean tocados por el cardán basculante, el motor o el volante, etcétera, y se puede reducir el ruido generado desde los mismos.

En la invención, el cuerpo de base puede tener una estructura monocasco, y una parte del cuerpo de base puede servir como parte de tapa. El cuerpo de base de la estructura monocasco, el cual también sirve como parte de tapa, presenta una rigidez elevada. Esto resulta ventajoso para potenciar la resistencia del dispositivo si se usa una pluralidad de dispositivos de supresión de oscilaciones en un estado de apilamiento vertical.

En la invención, por lo menos parte del miembro de rotor puede ser alojada en un rebaje formado en una cara extrema del volante. Si el miembro de rotor incluido en el motor es alojado en el rebaje formado en la cara extrema del volante, el conjunto de cardán que incluye el motor se puede hacer más compacto.

En la invención, el amortiguador puede ser un amortiguador de tipo hidráulico que incluye un receptáculo cilíndrico corto que contiene un fluido hidráulico, un miembro de partición alojado giratoriamente en el receptáculo, y un orificio formado entre una primera cámara de líquido y una segunda cámara de líquido, dividiendo el miembro de partición un interior del receptáculo en la primera y la segunda cámaras de líquido, girando el miembro de partición dentro del receptáculo según la rotación del cuerpo de base con respecto al cardán. El receptáculo del amortiguador queda expuesto al exterior de la parte de tapa para potenciar su disipación térmica.

Si el dispositivo de supresión de oscilaciones de la invención utiliza el amortiguador plano de aceite de tipo hidráulico, la anchura del dispositivo se puede reducir. Por otra parte, si los cojinetes del cardán se construyen en las paredes laterales del cuerpo de base, la anchura del dispositivo de supresión de oscilaciones se puede reducir adicionalmente.

Naturalmente, cualquier elemento estructural de la invención, tal como el cuerpo de base, el cardán, el amortiguador, el volante, el motor o la parte de tapa, etcétera, se puede modificar adecuadamente sin desviarse con respecto al ámbito de la invención.

Este resumen de la invención no describe necesariamente todas las características necesarias de manera que la invención también puede ser una combinación secundaria de estas características descritas.

La invención se puede entender de forma más completa a partir de la siguiente descripción detallada cuando se considera conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Fig. 1 es una vista en perspectiva parcialmente abierta que ilustra un barco provisto de un dispositivo de supresión de oscilaciones;

la Fig. 2 es una vista frontal que ilustra un dispositivo de supresión de oscilaciones según una primera forma de realización de la invención;

la Fig. 3 es una vista lateral que ilustra el dispositivo de supresión de oscilaciones de la Fig. 2;

la Fig. 4 es una vista en sección tomada según la línea F4-F4 de la Fig. 3;

la Fig. 5 es una vista en sección que ilustra esquemáticamente una estructura de amortiguador utilizada en el dispositivo de supresión de oscilaciones de la Fig. 2;

la Fig. 6 es una vista frontal que ilustra un sistema de supresión de oscilaciones de acuerdo con una segunda forma de realización de la invención;

la Fig. 7 es una vista lateral que ilustra un sistema de supresión de oscilaciones según una tercera forma de realización de la invención; y

la Fig. 8 es una vista frontal parcialmente abierta que ilustra el dispositivo de supresión de oscilaciones de la Fig. 7.

Haciendo referencia a las Figs. 1 a 5, se proporcionará una descripción de un dispositivo de supresión de oscilaciones según una primera forma de realización de la invención.

Un dispositivo 11 de supresión de oscilaciones está montado en un barco 10 mostrado en la Fig. 1. Tal como se muestra en las Figs. 2 a 4, el dispositivo 11 de supresión de oscilaciones comprende un cuerpo 12 de base, un cardán 13 dispuesto en el cuerpo 12 de base, un amortiguador 14, un volante 15 dispuesto en el cardán 13, y un motor 16, etcétera.

El cuerpo 12 de base tiene una estructura de monocasco. El cuerpo 12 de base incluye secciones 20 de reborde de fijación aseguradas al casco 10a de un barco, y un par de paredes laterales derecha e izquierda 21 y 22. El casco 10a de un barco es un ejemplo de un objeto cuya oscilación se debe suprimir. Las secciones 20 de fijación están fijadas al casco 10a del barco por medio de miembros de acoplamiento tales como pernos. El cuerpo 12 de base de estructura monocasco se ha formado, a modo de caja, con un material que tiene una resistencia predeterminada.

El cuerpo 12 de base de estructura monocasco tiene una gran rigidez y resistencia en todas las direcciones, por ejemplo, en una dirección de balanceo indicada por la flecha A en la Fig. 1, una dirección de cabeceo indicada por la flecha B, y una dirección de guiñada indicada por la flecha C. Una parte del cuerpo 12 de base sirve como sección 23 de tapa que cubre toda la superficie exterior del cardán 13.

Tal como se muestra en la Fig. 4, los cojinetes 30 y 31 del cardán están incorporados en las paredes laterales 21 y 22 del cuerpo 12 de base, respectivamente. El cardán 13 está fijado giratoriamente al cuerpo 12 de base a través de los cojinetes 30 y 31. El cardán 13 puede girar con respecto a un primer eje, es decir, un eje X1 del cardán, a través de los cojinetes 30 y 31.

El árbol 15a del volante 15 es sostenido giratoriamente por el cardán 13 a través de un par de cojinetes verticales 32 y 33 del volante. El volante 15 puede girar con respecto a un segundo eje perpendicular al primer eje, es decir, un eje X2 del volante, a través de los cojinetes 30 y 31.

Tal como se muestra en la Fig. 1, el dispositivo 11 de supresión de oscilaciones construido tal como se ha mencionado anteriormente está situado de tal manera que el primer eje (eje del cardán) X1 es perpendicular a la dirección F de avance del barco 10. En este estado, el segundo eje (eje del volante) X2 es vertical a la dirección F de avance del barco 10.

El motor 16 incluye un miembro 40 de rotor fijado al volante 15, y un miembro 41 de estátor fijado al cardán 13. El miembro 40 de rotor es alojado en un rebaje 45 formado en una cara extrema 15b del volante 15. El miembro 40 de rotor está fijado al volante 15 por medio de un perno 46.

El miembro 41 de estátor tiene su núcleo 41a fijado a una parte 48 del cardán 13 por medio de un perno 47. En el núcleo 41a se enrolla una bobina 41b. El miembro 40 de rotor y el miembro 41 de estátor están en oposición mutua en una dirección a lo largo del segundo eje X2. Un entrehierro G de aproximadamente 1 mm está definido entre los miembros 40 y 41. En otras palabras, el motor 16 es un motor de tipo entrehierro axial (motor de inducción de tipo plano).

El miembro 40 de rotor y el miembro 41 de estátor están situados dentro de un lugar geométrico R de rotación (ver Fig. 3), a lo largo del cual aquella parte del cardán 13 que está más alejada del primer eje X1 se mueve mientras el cardán 13 gira con respecto al eje X1. En otras palabras, el motor 16 es un motor interno, cuyos miembros están alojados en su totalidad dentro del cardán 13.

Una fuente 50 de alimentación para el motor 16 está montada en el barco 10. La fuente 50 de alimentación es, por ejemplo, una batería o generador. La velocidad de giro del motor 16 es controlada por un control de frecuencia usando un inversor, de manera que el motor puede girar a una velocidad predeterminada. Este control elimina la necesidad de un sensor de detección de ángulo de rotación tal como un codificador o un dispositivo de resolución, y realiza un control abierto y sencillo de la velocidad de giro.

El amortiguador 14 tiene una función de amortiguación de la rotación del cardán 13 con respecto al cuerpo 12 de base, es decir, la basculación del cardán 13 con respecto al primer eje X1. El amortiguador 14 es un amortiguador de aceite del tipo hidráulico tal como se muestra esquemáticamente en la Fig. 5. El amortiguador 14 incluye un receptáculo cilíndrico corto 51 que contiene un fluido hidráulico Q, un miembro 52 de partición alojado en el receptáculo 51 de manera que puede girar en una dirección indicada por la flecha D en la Fig. 5, un orificio 53 y un acumulador 54, etcétera.

El receptáculo cilíndrico corto 51 está fijado al cuerpo 12 de base de tal manera que el eje del receptáculo 51 es paralelo al primer eje X1. La longitud axial del receptáculo 51 es menor que el diámetro exterior del receptáculo. Por lo menos parte del receptáculo 51 está expuesta al exterior de la sección 23 de tapa de tal de manera que potencia la disipación térmica del amortiguador 14.

El miembro 52 de partición del amortiguador 14 divide el interior del receptáculo 51 en una primera y una segunda cámaras 55 y 56 de fluido. Cuando el cuerpo 12 de base y el cardán 13 giran (basculan) con respecto al primer eje X1 en relación mutua, el miembro 52 de partición gira con respecto al receptáculo 51 en una dirección indicada por la flecha D. Cuando el miembro 52 de partición gira, la relación de volúmenes de la cámara 55 de fluido con respecto a la cámara 56 de fluido varía, con lo cual el fluido hidráulico Q fluye a través del orificio 53. La resistencia del fluido hidráulico Q, que se produce en concordancia con la sección transversal del orificio 53, suprime la oscilación del cardán 13.

El acumulador 54 conectado a las cámaras 55 y 56 de fluido cierra herméticamente en su interior un fluido hidráulico presurizado Q'. El acumulador 54 absorbe las variaciones del volumen del fluido hidráulico debidas a la dilatación térmica.

A continuación se describirá el funcionamiento del dispositivo 11 de supresión de oscilaciones.

Una corriente eléctrica es suministrada al miembro 41 de estátor del motor 16, generando de este modo un campo magnético entre el miembro 40 de rotor y el miembro 41 de estátor. Este campo magnético provoca que el volante 15 gire a una velocidad alta predeterminada con respecto al segundo eje X2 junto con el miembro 40 de rotor. Un par giroscópico es generado durante la rotación del volante 15.

Cuando el casco 10a del barco se balancea en la dirección indicada por la flecha A en la Fig. 1, el par giroscópico suprime la oscilación del cuerpo 12 de base y por lo tanto el balanceo del casco 10a del barco. Además, el amortiguador 14 suprime la rotación del cardán 13 con respecto al primer eje en relación con el cuerpo 12 de base.

El miembro 40 de rotor del motor 16 es alojado en el rebaje 45 del volante 15. El miembro 41 de estátor del motor 16 está fijado al cardán 13. En el motor interno 16 de este tipo, el calor generado por el motor 16 durante su rotación es transmitido eficazmente hacia el volante 15, el cardán 13 y el cuerpo 12 de base, y es disipado desde el cuerpo 12 de base. Por otra parte, el flujo de aire, que se produce mientras el volante 15 está girando a una velocidad elevada, acelera la refrigeración del motor 16 del dispositivo 11 de supresión de oscilaciones.

En el dispositivo 11 de supresión de oscilaciones, el miembro 40 de rotor y el miembro 41 de estátor, están situados ambos dentro del lugar geométrico R de rotación del cardán 13. Además, el cardán 13 y el motor 16 están cubiertos totalmente por la sección 23 de tapa del cuerpo 12 de base. Por consiguiente, cuando el cardán 13 oscila, tanto el cardán 13 como el motor 16 oscilan dentro de la sección 23 de tapa.

Esto significa que incluso si el cardán oscila, no existe peligro de que las extremidades de un miembro de la tripulación sean atrapadas por el cardán 13 ó el motor 16. La sección 23 de tapa también reduce la transmisión del sonido de rotación del motor 16 y el volante 15 hacia el exterior del dispositivo 11 de supresión de oscilaciones, reduciendo de este modo el ruido generado por el dispositivo 11.

Por otra parte, el dispositivo 11 de supresión de oscilaciones utiliza el amortiguador delgado 14 de aceite de tipo hidráulico, y los cojinetes 30 y 31 del cardán están incorporados, respectivamente, en las paredes laterales 21 y 22 del cuerpo 12 de base. Esto significa que las dimensiones exteriores del dispositivo 11 de supresión de oscilaciones, tales como la altura, la anchura, etcétera, se pueden reducir en comparación con el dispositivo convencional de supresión de oscilaciones. Por consiguiente, el espacio de montaje requerido para el dispositivo 11 se puede reducir.

El cuerpo 12 de base compacto de la estructura monocasco tiene una gran rigidez y resistencia en todas las direcciones, incluyendo las direcciones de balanceo y de guiñada. Por consiguiente, incluso si el cardán 13 gira con respecto al primer eje X1 y el plano de la rotación del volante 15 se inclina en la dirección horizontal, generando de este modo un par en la dirección de guiñada, el cuerpo 12 de base puede resistir suficientemente el par en la dirección de guiñada.

La Fig. 6 ilustra un sistema 60 de supresión de oscilaciones, el cual incluye una pluralidad de (dos en el caso de la Fig. 6) dispositivos 11 y 11' de supresión de oscilaciones, de acuerdo con una segunda forma de realización de la invención. En la segunda forma de realización, los dos dispositivos 11 y 11' de supresión de oscilaciones están apilados verticalmente. Cada uno de los dispositivos 11 y 11' tiene la misma estructura y función que los de la primera forma de realización. En los cuerpos 12 de base de los dispositivos 11 y 11' de supresión de oscilaciones se acoplan las secciones 20 de fijación y los miembros P de acoplamiento tales como pernos y tuercas, etcétera. Las secciones 20 de fijación formadas en los respectivos cuerpos 12 de base de la estructura monocasco posibilitan que los dispositivos 11 y 11' de supresión de oscilaciones se acoplen mutuamente en un estado de apilamiento, usando los miembros P de acoplamiento. El dispositivo inferior 11 de supresión de oscilaciones está asegurado al casco 10a del barco por medio de otros miembros P de acoplamiento.

Cuando una pluralidad de dispositivos 11 y 11' de supresión de oscilaciones estén apilados verticalmente tal como en el caso del sistema 60 de supresión de oscilaciones, se requiere el mismo espacio de montaje que en la primera forma de realización, aunque el par giroscópico resultante sea mayor que la primera forma de realización y proporcional al número de dispositivos de supresión de oscilaciones apilados. En este caso, se aplica una carga grande a las secciones 20 de fijación del dispositivo inferior 11 de supresión de oscilaciones. No obstante, como el cuerpo 12 de base de la estructura monocasco tiene una rigidez y una resistencia elevadas, y las secciones 20 de fijación fijadas al casco 10a del barco y las secciones 20' de fijación acopladas al dispositivo superior 11' de supresión de oscilaciones también tienen una resistencia elevada, la resistencia del sistema 60 de supresión de oscilaciones de dos etapas no es una cuestión problemática.

Las Figs. 7 y 8 ilustran un dispositivo 61 de supresión de oscilaciones según una tercera forma de realización de la invención. El cardán 13, el amortiguador 14, el volante 15 y el motor 16, etcétera, del dispositivo 61 de supresión de oscilaciones son similares a los del dispositivo 11 de supresión de oscilaciones de la primera forma de realización. Por esta razón, en la primera y tercera formas de realización, los numerales de referencia equivalentes indican elementos equivalentes, y no se proporciona una descripción detallada de los mismos.

Un cuerpo 62 de base del dispositivo según la tercera forma de realización comprende un armazón 63 que sirve como miembro de armazón rígido que sostiene el cardán 13, y una sección 64 de tapa que cubre la superficie exterior del cardán 13. El armazón 63 incluye un par de paredes laterales 65 y 66 y un miembro 67 de acoplamiento que los acopla, etcétera. Los cojinetes 30 y 31 del cardán están incorporados respectivamente en las paredes laterales 65 y 66. El armazón 63 tiene secciones 70 de fijación para fijar el armazón al casco 10a del barco.

Además, en el dispositivo 61 de supresión de oscilaciones, el miembro 40 de rotor y el miembro 41 de estátor del motor 16 están situados dentro del lugar geométrico R de rotación del cardán 13, tal como se muestra en la Fig. 7. Además, la superficie exterior del cardán 13 está cubierta por la sección 64 de tapa. De este modo, el dispositivo 61 de supresión de oscilaciones puede proporcionar la misma ventaja que el dispositivo 11 de supresión de oscilaciones de la primera forma de realización.

Claims (9)

1. Un dispositivo de supresión de oscilaciones que comprende:

un cuerpo (12, 62) de base que tiene una parte (20) de fijación destinada a ser asegurada a un objeto cuya oscilación se debe suprimir;

un cardán (13) sostenido por el cuerpo (12, 62) de base de tal manera que el cardán puede girar con respecto a un primer eje (X1);

un amortiguador (14) que suprime la rotación del cardán (13) con respecto al cuerpo (12, 62) de base;

un volante (15) dispuesto en el cardán (13) de tal manera que el volante puede girar con respecto a un segundo eje (X2) perpendicular al primer eje (X1); y

un motor (16) que hace girar al volante (15),

caracterizado porque:

el miembro (40) de rotor, incluyendo el motor un miembro (40) de rotor fijado al volante (15), y un miembro (41) de estátor fijado al cardán (13) y en oposición al miembro (40) de rotor con un intersticio predeterminado entre ellos, y el miembro (41) de estátor están situados dentro de un lugar geométrico R de rotación a lo largo del cual gira el cardán (13) con respecto al primer eje (X1); y

el cuerpo (12, 62) de base está provisto de una parte (23, 64) de tapa que cubre una superficie exterior del cardán (13).

2. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo (12, 62) de base tiene una estructura monocasco, y una parte del cuerpo de base sirve como parte (23, 64) de tapa.

3. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos una parte del miembro (40) de rotor está alojada en un rebaje (45) formado en una cara extrema del volante (15).

4. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 1, caracterizado porque el amortiguador (14) es un amortiguador (14) de tipo hidráulico que incluye un receptáculo cilíndrico corto (51) que contiene un fluido hidráulico, un miembro (52) de partición alojado giratoriamente en el receptáculo (51), y un orificio (53) formado entre una primera cámara (55) de líquido y una segunda cámara (56) de líquido, dividiendo el miembro (52) de partición un interior del receptáculo (51) en la primera y la segunda cámaras (55, 56) de líquido, girando el miembro (52) de partición dentro del receptáculo (51) según la rotación del cuerpo (12, 62) de base con respecto al cardán (13).

5. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 4, caracterizado porque el receptáculo (51) del amortiguador (14) queda expuesto a un exterior de la parte (23, 64) de tapa.

6. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo (12, 62) de base está asegurado al casco (10a) de un barco.

7. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además cojinetes (30, 31) incorporados, respectivamente, en un par de paredes laterales (21, 22; 65, 66) del cuerpo (12, 62) de base, estando asegurado giratoriamente el cardán (13) al cuerpo (12, 62) de base a través de los cojinetes (30, 31).

8. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo (62) de base incluye un armazón (63) como miembro estructural que sostiene el cardán (13), y una parte (64) de tapa que cubre el cardán (13).

9. Un dispositivo de supresión de oscilaciones según la reivindicación 2, caracterizado porque el cuerpo (12, 62) de base de la estructura monocasco tiene otra parte (20, 20') de fijación que posibilita el acoplamiento mutuo de una pluralidad de dispositivos de supresión de oscilaciones de forma apilada por medio de un miembro (P) de acoplamiento.