ES2374778B1 - 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
va soportado por un bastidor que va anclado a la es-
Mecanismo de accionamiento para el timón de buques. Campo de la invención
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. Antecedentes de la invención
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. Descripción de la invención
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 tructura 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. Breve descripción de los dibujos
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.
La figura 6 muestra, en una vista de sección en perspectiva, el mecanismo de las figuras3a5. Descripción detallada de un modo de realización
En las figuras1y2se 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 magnética8yun 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.
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 arandelatuerca 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 Se mejora así las prestaciones térmicas y se garantiza MSIP de la mitad de la máxima potencia requerida. la redundancia del accionamiento.
Claims (11)
- REIVINDICACIONES
- 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 cen
tral 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.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 200930783ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 02.10.2009Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : B63H25/26 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- US 3337761 A (REED GEORGE A) 22.08.1967, 1-3,8
- columna 2, líneas 23-40,53 – columna 3, línea 5; figuras 1,2.
- X
- DE 10158870 A1 (BOSCH REXROTH AG) 22.05.2003, 1-3,8
- columna 2, líneas 38-66; figura.
- X
- US 2004134403 A1 (MONEUSE NICOLAS) 15.07.2004, 1,2,8
- resumen; párrafos [4-7]; figura.
- A
- US 3550469 A (MORSE JOHN F) 29.12.1970, 4-7
- figuras 2,3.
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 03.02.2012
- Examinador D. Herrera Alados Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200930783Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B63H Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, X-FullInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200930783Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 03.02.2012Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 2-7,9,10 1,8 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 4-7,9,10 1-3,8 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009307831. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- US 3337761 A (REED GEORGE A) 22.08.1967
- D02
- DE 10158870 A1 (BOSCH REXROTH AG) 22.05.2003
- D03
- US 3550469 A (MORSE JOHN F) 29.12.1970
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl objeto técnico de invención es un mecanismo de accionamiento para el timón de buques que comprende un motor eléctrico instalado alrededor del eje del timón, cuyo estator va soportado por bastidor solidario al casco, y el rotor va acoplado al eje mediante unos elementos de transmisión de par motor del rotor al eje.El documento D01, considerado como el más cercano del estado de la técnica, divulga un mecanismo de gobierno para buques que comprende un motor eléctrico que rodea al eje del timón (11), cuyo estator (12) está soportado por un bastidor y solidario con una cubierta (13). El rotor 20 va unido mediante unos brazos radiales (27) al eje del timón a través de unas uniones atornilladas que transmiten el par motor (ver columna 2, líneas 23-40, línea 53-columna 3, línea 4; figura 1 y 2).A la vista del párrafo anterior, las características técnicas de la reivindicación 1 ya son conocidas del documento D01. Por lo tanto, la reivindicación 1 no es nueva a la vista del estado de la técnica conocido (Art. 6.1 de LP11/86).En cuanto a la reivindicación 2, el escoger como acoplamiento para la transmisión de par un acoplamiento hidráulico y transmisión de par por interferencia se considera como una alternativa de diseño, tal como unión atornillada, chaveteros, calado, etc., conocida en el estado de la técnica. En ausencia de un efecto inesperado, se considera que falta actividad inventiva (Art. 8.1 de LP11/86).La reivindicación 3 divulga que el rotor va dispuesto por el interior del estator y está soportado por unos cojinetes y que los elementos de transmisión entre el rotor y el acoplamiento son unos brazos radiales. La diferencia con el documento D01 es que el rotor no es soportado por unos cojinetes. Esto se considera una variación de diseño sobradamente conocida en el estado de la técnica como divulga, por ejemplo, el documento D02. Por lo tanto, la reivindicación 3 carece de actividad inventiva a la vista del estado de la técnica conocido.En referencia a la reivindicación 8, el documento D01 divulga un estator que aloja a los bobinados y un rotor de material magnético. Por lo tanto, la reivindicación 8 no es nueva a la vista del estado de la técnicaEl documento D03 divulga una sistema de engranajes mediante corona, satélites y planetario pero sin embargo no divulga que el planetario esté conectado al rotor. Por lo tanto, se considera que la reivindicación 4 y sus dependientes 5-7 y 9 tienen actividad inventiva.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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