ES2374778A1 - Mecanismo de accionamiento para el timón de buques. - Google Patents
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Abstract
Mecanismo de accionamiento para el timón de buques, que comprende un motor eléctrico instalado alrededor del eje (1) del timón, cuyo estator (8-9) va soportado por un bastidor (5) anclado a la estructura del buque, mientras que el rotor (10-11) va relacionado con un acoplamiento (2) montado sobre dicho eje, a través de elementos intermedios (14) de transmisión del par motor del rotor al eje.
Description
Mecanismo de accionamiento para el timón de
buques.
La presente invención se refiere a un mecanismo
de accionamiento directo del timón en buques, mediante una máquina
eléctrica de diseño compacto acoplada directamente a eje o mecha del
timón y que permite un control de posición y asegura el
mantenimiento del par. El mecanismo de la invención puede además ser
sumergible, garantizando su funcionamiento en caso de
inundación.
También el mecanismo de la invención permite
reducir el espacio utilizado, respecto de los dispositivos
tradicionales, mejorando la eficiencia energética del buque
comparado con los sistemas convencionales.
La invención se encuadra en el sector técnico de
los sistemas o dispositivos de gobierno en buques.
La gran mayoría de los buques actualmente en
servicio disponen como sistema de gobierno de un timón de eje
vertical, accionado mediante un servo acoplado a su mecha.
Se dispone de un sistema de servo hidráulico,
pudiendo ser éste un servo rotativo o accionado por medio de
cilindros. En ambos casos el sistema necesita de una central
hidráulica ubicada en el local del servo.
La central hidráulica garantiza el aporte
hidráulico al servo por medio de electro-bombas
gobernadas normalmente por arrancadores. La alimentación de fluido
hidráulico, habitualmente aceite a presión, se realiza desde un
tanque central. La instalación necesita en distintos puntos de
filtros y válvulas para su correcto funcionamiento.
En los últimos tiempos el accionamiento de las
electro-bombas se viene realizando por medio de un
control-frecuencia, mejorando la respuesta
dinámica, y consiguiendo un arranque y funcionamiento suave.
Todo esto hace del convencional un sistema
voluminoso, costoso y de baja eficiencia energética, y que requiere
de un exigente mantenimiento preventivo y correctivo.
La presente invención tiene por objeto un
mecanismo de accionamiento para el timón de buques con accionamiento
directo por medio de un motor eléctrico, constituido de un modo
compacto para reducir el espacio necesario en el local del
servo.
Al tratarse de un sistema completamente
eléctrico se elimina la necesidad de disponer de una central de
generación hidráulica, con la consiguiente reducción de costes de
instalación, así como de mantenimiento preventivo y correctivo, y
una mejora en la eficiencia energética.
EL accionamiento se hace por medio de un motor
eléctrico del tipo síncrono de imanes permanentes (MSIP). El MSIP
actúa como un motor paso a paso, alimentando por medio de un
convertidor de pulsos que transforma la corriente alterna
proporcionada desde la planta de generación eléctrica del buque.
Se elige el MSIP porque proporciona alto par a
bajas velocidades, pudiendo mantenerlo si así fuese necesario.
El sistema es adecuado para ser instalado tanto
en buques nuevos como en buques ya existentes.
De acuerdo con la invención, el mecanismo de
accionamiento citado comprende un motor eléctrico que va instalado
alrededor del eje del timón y cuyo estator va soportado por un
bastidor que va anclado a la estructura del buque, mientras que el
rotor va relacionado, a través de elementos intermedios de
transmisión del par motor del rotor al eje, con un acoplamiento
montado sobre dicho eje, siendo preferentemente este acoplamiento de
tipo hidráulico y transmisión de par por interferencia.
El acoplamiento hidráulico citado comprende un
cuerpo anular que va dispuesto alrededor del eje del timón y una
camisa cónica ajustada entre dicho cuerpo anular y el eje del
timón.
El rotor del motor eléctrico que constituye el
mecanismo de la invención puede ir dispuesto por el interior del
estator, quedando soportado por la estructura del buque a través de
cojinetes. Con esta disposición los elementos intermedios de
transmisión citados están constituidos por brazo radiales de unión
entre dicho rotor y el cuerpo anular del acoplamiento
intermedio.
Según otra forma de realización, el rotor va
dispuesto alrededor del estator y va montado sobre el bastidor que
soporta a dicho estator a través de cojinetes. En esta realización
los elementos de transmisión citados están constituidos por un
conjunto de engranajes planetarios compuesto por un planeta central,
que va conectado al rotor del motor, y por una serie de satélites
que engranan con dicho planeta central y con una corona periférica
fija. Los satélites van montados con libertad de giro en el cuerpo
anular del acoplamiento intermedio, al que transmiten el par del
planeta central. La corona periférica va montada sobre el bastidor
que soporta el estator. Cada uno de los satélites del conjunto de
engranajes comentado va fijado al cuerpo anular del acoplamiento
intermedio a través de un perno vertical, con interposición de
cojinetes de apoyo superior e inferior y de una
camisa-rodamiento intermedio.
En cuanto al planeta central va conectado al
motor del rotor a través de un plato que va situado por encima de
los satélites, plato que se fija por su parte central al planeta y
por la periférica al rotor.
El motor eléctrico utilizado en el mecanismo de
la invención será preferentemente de tipo de imanes permanentes, los
cuales van montados sobre el rotor, mientras que los bobinados 11
van montados en el estator.
En la segunda forma de realización descrita el
sistema de engranaje planetario será preferentemente de tipo de
engranajes cerámicos.
En cualquiera de las realizaciones, tanto el
rotor como el estator pueden disponer de un encapsulado de material
impermeable, encargado de proporcionar el aislamiento de estos
componentes al agua y humedad.
En los dibujos adjuntos se muestran dos modos de
realización del mecanismo de la invención, dados a título de ejemplo
y no limitativo. En los dibujos:
La figura 1 muestra, en sección diametral, un
mecanismo de accionamiento para el timón de buques, constituido de
acuerdo con la invención.
La figura 2 corresponde al detalle A de la
figura 1, a mayor escala.
La figura 3 es una sección similar a la figura
1, mostrando una variante de ejecución.
La figura 4 corresponde al detalle C de la
figura 2, a mayor escala.
La figura 5 muestra en perspectiva el sistema de
engranajes planetario del mecanismo de la figura
3.
3.
La figura 6 muestra, en una vista de sección en
perspectiva, el mecanismo de las figuras 3 a 5.
En las figuras 1 y 2 se muestra de forma
esquemática una posible realización del mecanismo de la invención,
para el accionamiento del timón de buques, que comprende un motor
eléctrico que va instalado alrededor del eje 1 o mecha del timón, a
través de un acoplamiento 2 montado sobre dicho eje.
El acoplamiento 2 al eje 1 del timón puede
realizarse, por ejemplo, por medio de un acoplamiento de tipo
hidráulico con camisa cónica 3 y transmisión de par por
interferencia. Este tipo de acoplamiento puede instalarse en la zona
cilíndrica de la mecha 1, evitando así los chaveteros en la mecha,
los cuales suponen un coste adicional de fabricación. Para montaje y
desmontaje del conjunto, el acoplamiento se desmonta axialmente
mediante presión hidráulica a través del circuito 4.
El bastidor 5 de la máquina dispone de unos
soportes interiores, por ejemplo unos anillos de sujeción 6, sobre
los cuales se apoya el cuerpo del estator. Se prevé una camisa de
refrigeración 7 que rodee el cuerpo del estator. Dicho estator es
similar al de un motor convencional, y podría estar formado por
chapa magnética 8 y un bobinado 9. Podría tener un encapsulado de
resina epoxy o similar para mejorar el aislamiento del medio y
permitir la operación en condiciones de humedad extrema, refrigerado
por agua o con una inundación en la local del servo.
El rotor de la máquina consta de un núcleo
cilíndrico ferromagnético 10 sobre el que se fijan los imanes 11.
Este núcleo puede estar fijado en un bastidor 12 por medio de unos
anillos de sujeción 13, sobre los cuales se apoya el cuerpo del
rotor. Podría tener un encapsulado de resina epoxy o similar para
mejorar el aislamiento del medio y permitir la operación en
condiciones de humedad extrema, refrigerado por agua o con una
inundación en la local del servo.
La resina epoxy puede ser mecanizada a fin de
alojarla en un asiento adecuado en el bastidor. Esta resina es
resistente al agua salada y ambiente marino.
El accionamiento del acoplamiento a la mecha se
puede hacer por medio de un conjunto de brazos radiales 14 que unen
el bastidor 12 del rotor con el acoplamiento 2 del eje 1. El sistema
soporta las fuerzas del rotor, transmitiendo al mismo tiempo el par
del rotor al acoplamiento del eje.
Los brazos radiales podrían transmitir el par al
bastidor cilíndrico del rotor por ejemplo mediante una llanta
interior 15 soldada al mismo.
El sistema está apoyado en un polín 16, el cuál
está anclado firmemente a la estructura del buque, disponiendo de
medios para su correcta alineación.
El bastidor del estator está anclado al polín,
por ejemplo, mediante tornillos.
El bastidor 12 del rotor se apoya en el polín 16
para su correcta alineación por medio de un cojinete 17 en todo su
perímetro, que podría ser del tipo polimérico.
El MSIP que se muestra en las figuras 1 y 2 es
del tipo con rotor interno, flujo radial, bobinas concentradas e
imanes ubicados en la superficie del rotor.
Se podría instalar un motor con rotor externo, o
de flujo axial o transversal, o con los imanes embebidos, o con
bobinas distribuidas, o de otra tipología si los requerimientos
geométricos, eléctricos o térmicos favorecen esta disposición.
El MSIP puede estar refrigerado, por ejemplo,
por una circulación forzada de aceite refrigerante a través de la
camisa del estator.
En las figuras 3 a 6 se muestra una variante de
realización accionando la mecha 1 por medio de un sistema de
engranajes intermedio entre el motor eléctrico y el acoplamiento al
eje, aumentando el par transmitido, utilizándose las mismas
referencias para los mismos elementos.
Con el objetivo de mantener el carácter compacto
y de alto rendimiento de la invención, se podría utilizar un sistema
de engranajes planetarios, compuesto por un planeta 18 y satélite 19
que proporcionan una alta ganancia de par ocupando un volumen
reducido. Además, estos sistemas de engranajes ofrecen un
rendimiento muy alto, garantizando la alta eficiencia de la
invención comparado con el sistema
convencional.
convencional.
En este caso se plantea un sistema de engranajes
planetarios en el que el planeta 18 actúa como entrada y el
portasatélites 20, que será el acoplamiento al eje, actúa como
salida. Para esto se fija la corona 21 de modo que permanezca
estacionaria, girando así los satélites 19 libremente.
El engranaje planeta 18 transmite el par motor
proporcionado por el rotor, al que está acoplado, por ejemplo,
mediante un plato aligerado 22, que puede estar fijado mediante
tornillos 23.
El engranaje corona 21 está sujeto, por ejemplo,
por una bancada 24 21 que garantiza su comportamiento estático.
El acoplamiento hidráulico 4 a la mecha puede
actuar como portasatélites en este modo de realización. El par desde
los satélites 19 es transmitido al portasatélites 20 por medio de,
por ejemplo, unos pernos de ajuste 25 fijados mediante un conjunto
de arandela-tuerca 26 que garantice la unión
perno-taladro. Puede fijarse utilizando una tuerca
autoblocante. Los pernos actúan como eje de giro de los
satélites.
La libertad de giro de los satélites 19 está
garantizada por medio de cojinetes de apoyo 27 (superior e inferior)
que pueden ser poliméricos o de acero, por ser el giro a muy poca
velocidad, así como por medio de una camisa- rodamiento 28 a lo
largo de su eje.
En este modo de realización se propone un
accionamiento por medio de MSIP con rotor externo, en el que el
estator está apoyado en la misma bancada 24 que el engranaje corona
del sistema de engranajes planetarios, por medio, por ejemplo, de
unos anillos 6 de sujeción. Se prevé una camisa de refrigeración 7
que rodee el cuerpo 8 del estator.
El rotor está apoyado en dicha bancada 24 por
medio de unos cojinetes 29 y 30, que pueden ser poliméricos, de tal
forma que garanticen su estabilidad axial y radial.
La bancada 24 está fijada a un polín 16, por
ejemplo, mediante tornillos. El polín está anclado firmemente a la
estructura del buque, disponiendo de medios para su correcta
alineación.
El sistema de engranajes planetarios que
transmite el par entre el motor eléctrico y el acoplamiento 2 al eje
1 del timón podría ser de engranajes cerámicos, garantizando un
funcionamiento compacto y robusto, y minimizando los requerimientos
de mantenimiento preventivo y correctivo.
En ambos casos se propone un sistema con dos
MSIP de la mitad de la máxima potencia requerida. Se mejora así las
prestaciones térmicas y se garantiza la redundancia del
accionamiento.
Claims (10)
1. Mecanismo de accionamiento para el timón de
buques, caracterizado porque comprende un motor eléctrico
instalado alrededor del eje del timón, cuyo estator va soportado por
un bastidor que va anclado a la estructura del buque, mientras que
el rotor va relacionado con un acoplamiento montado sobre dicho eje,
a través de elementos intermedios de transmisión del par motor del
rotor al eje.
2. Mecanismo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el acoplamiento es de tipo hidráulico y
transmisión de par por interferencia y comprende un cuerpo anular
dispuesto alrededor del eje del timón y una camisa cónica ajustada
entre dicho cuerpo anular y el eje del timón.
3. Mecanismo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el rotor va dispuesto por el interior
del estator y esta soportado por la estructura del buque a través de
cojinetes, estando constituidos los elementos intermedios de
transmisión citados por brazos radiales de unión entre dicho rotor y
el cuerpo anular del acoplamiento citado.
4. Mecanismo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el rotor va dispuesto alrededor del
estator y va montado sobre el bastidor que soporta a dicho estator a
través de cojinetes, estando los elementos de transmisión citados
constituidos por un conjunto de engranajes planetarios compuesto por
un planeta central, que va conectado al rotor del motor, y por una
serie de satélites que engranan con dicho planeta central y con una
corona periférica fija, cuyos satélites van montados con libertad de
giro en el cuerpo anular del acoplamiento, al que transmiten el par
del planeta central.
5. Mecanismo según la reivindicación 4,
caracterizado porque la corona periférica fija va montada
sobre el bastidor que soporta el estator.
6. Mecanismo según la reivindicación 4,
caracterizado porque cada satélite va fijado al cuerpo anular
del acoplamiento intermedio a través de un perno vertical, con
interposición de cojinetes de apoyo superior e inferior y de una
camisa-rodamiento intermedio.
7. Mecanismo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el planeta central va conectado al rotor
del motor a través de un plato situado por encima de los satélites,
el cual se fija por su parte central a dicho planeta y por la
periferia al rotor.
8. Mecanismo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el motor eléctrico es de tipo de imanes
permanentes, los cuales van montados sobre el rotor, mientras que
los bobinados van montados en el estator.
9. Mecanismo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el sistema de engranaje planetario es
del tipo de engranajes cerámicos.
10. Mecanismo según las reivindicaciones 1, 3 ó
4, caracterizado porque tanto el rotor como el estator
disponen de un encapsulado de material impermeable, encargado de
proporcionar el aislamiento de estos componentes al agua y
humedad.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200930783A ES2374778B1 (es) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Mecanismo de accionamiento para el timón de buques. |
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Publications (2)
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|---|---|
| ES2374778A1 true ES2374778A1 (es) | 2012-02-22 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200930783A Expired - Fee Related ES2374778B1 (es) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Mecanismo de accionamiento para el timón de buques. |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2374778B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| IT202000026422A1 (it) * | 2020-11-05 | 2022-05-05 | Italian Propellers S R L | Gruppo di comando rotazione timone |
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2009
- 2009-10-02 ES ES200930783A patent/ES2374778B1/es not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2374778B1 (es) | 2012-12-28 |
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Legal Events
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