KR101238019B1 - 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치 - Google Patents

마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치에 관한 것이다. 이는 러더에 링크되어 러더의 회동에 따라 축회전하는 샤프트와, 상기 샤프트의 단부에 고정되는 자석과, 상기 자석에 근접 위치하며 자석의 회전각도에 따른 디지털신호를 발생하는 마그네틱IC을 포함하는 메인마그네틱모듈을 구비하는 트랜스미터와; 상기 트랜스미터에서 출력된 신호를 받아들여 구동하는 스텝모터와, 상기 스텝모터의 작동에 의해 축회전하는 샤프트와, 상기 샤프트의 단부에 고정되는 자석과, 상기 자석의 회전에 반응하는 마그네틱IC를 갖는 동기마그네틱모듈과, 상기 동기마그네틱모듈과 메인마그네틱모듈로부터 출력된 신호값을 상호 비교하여, 스텝모터를 이용해 일치시키는 제어부와, 상기 동기마그네틱모듈의 샤프트에 연동하며 샤프트의 축회전 각도를 외부로 나타내 보이는 표시부를 갖는 다수의 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치는, 종전의 싱크로모터를 대신하여, 상대적으로 저가이며 단순한 구조를 갖는 마그네틱모듈을 적용함으로서 유지보수가 간단하고 신뢰성이 높다.

Description

마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치{Rudder angle indicator of ship using magnetic modules}
본 발명은 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치에 관한 것이다.
선박 방향타의 현재 각도를, 운전실의 인디케이터와 기타 다른 장치로 전달하여 알게 하는 타각 지시기(Rudder Angle Indicator:R.A.I)(이하, 방향타 각도 측정장치)는 선박의 운항을 위해 반드시 필요한 장치이다. 이는 운항 중 러더의 현재 각도를 실시간으로 측정하여 가령 선장이나 항해사에게 정확한 항로를 제공한다.
도 1은 종래 방향타 각도 측정장치의 구조를 나타내 보인 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래의 방향타 각도 측정장치는, 러더(11)와 연결된 상태로 러더에 종동하여 전기신호를 발생하는 트랜스미터(13)와, 상기 트랜스미터(13)에서 전달받은 신호를 처리하여 표시부(15a)를 통해 외부로 알려주는 다수의 인디케이터(15)와, 상기 인디케이터(15)와 별도로 트랜스미터(13)의 신호를 받아 RS-422 통신을 통해 데이터기록장치(21)로 보내는 컨버터보드(19)를 포함한다. 상기 데이터기록장치(21)는 블랙박스나 표시장치 등이다.
또한 상기 트랜스미터(13)와 각 인디케이터(15)의 내부에는 싱크로모터(13a,15b)가 내장되어 있다. 상기 트랜스미터(13)의 싱크로모터(13a)와 각 인디케이터(15) 내의 싱크로모터(15b)는 상호 동기화(synchronization) 되어 있다. 따라서 상기 러더(11)의 회전에 의해 싱크로모터(13a)가 구동하면, 이와 동기화되어 있는 각 인디케이터(15) 내의 싱크로모터(15b)도 동기(同期) 동작하여 표시부(15a)로 하여금 현재 러더의 각도를 표시하게 한다.
그런데 상기한 종래의 방향타 각도 측정장치는, 고가의 싱크로모터를 사용하여야 한다는 단점이 있다. 공지의 사실과 같이 싱크로모터는 그 자체가 고가이며 구조가 매우 복잡하고 수입에 의존하고 있으므로 고장시 유지보수가 매우 번거롭다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 종전의 싱크로모터를 대신하여, 상대적으로 저가이며 단순한 구조를 갖는 마그네틱모듈을 적용함으로 유지보수가 간단하고 신뢰성이 높은 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치는, 방향타의 회전운동에 연동하여 축회전하는 샤프트와, 상기 샤프트의 단부에 고정되는 자석과, 상기 자석에 근접 위치하며 자석의 회전에 반응하여 자석의 회전각도에 따른 디지털신호를 발생하는 마그네틱IC을 갖는 메인마그네틱모듈과, 상기 메인마그네틱모듈에서 발생하는 디지털신호를 받아들여 원하는 신로방식으로 변환시키는 컨버팅부를 포함하는 트랜스미터와;
상기 컨버팅부에서 출력된 신호에 의해 구동하는 스텝모터와, 상기 스텝모터의 구동축에 동력이음되며 스텝모터의 작동시 축회전하는 샤프트와, 상기 샤프트의 단부에 고정되는 자석과, 상기 자석에 근접 위치하며 자석의 회전에 반응하여 자석의 회전각도에 따른 디지털신호를 발생하는 마그네틱IC를 갖는 동기마그네틱모듈과, 상기 동기마그네틱모듈로부터 출력된 디지털 신호값과 메인마그네틱모듈로부터 출력된 디지털 신호값을 비교하고, 스텝모터를 제어하여 메인마그네틱모듈에서 출력된 디지털 신호값에 동기마그네틱모듈에서 발생하는 디지털 신호값을 일치시키는 제어부와, 상기 동기마그네틱모듈의 샤프트에 연결되며 샤프트의 축회전 각도를 외부로 나타내 보이는 표시부를 갖는 다수의 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인마그네틱모듈의 샤프트는 0도 내지 320도의 각도 범위내에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하고, 상기 마그네틱IC는 상기 샤프트의 각도값을 10비트의 디지털 신호값으로 변환시켜 컨버팅부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컨버팅부는, 상기 메인마그네틱모듈로부터 받은 10비트 디지털신호를 -40도 ~ +40도의 각도신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 트랜스미터와 인디케이터의 사이에는 트랜스미터로에서 발생한 신호를 각 인디케이터로 전달하는 버퍼보드가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향타 각도 측정장치에는, 상기 버퍼보드로부터 발생한 신호를 저장하는 데이터기록장치가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치는, 종전의 싱크로모터를 대신하여, 상대적으로 저가이며 단순한 구조를 갖는 마그네틱모듈을 적용함으로서 유지보수가 간단하고 특히 잔고장이 없으며 신뢰성이 높다.
도 1은 종래 방향타 각도 측정장치의 구조를 나타내 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 트랜스미터를 별도로 도시한 단면도이다.
도 4는 상기 도 2에 도시한 마그네틱 모듈을 나타내 보인 단면도이다.
도 5 및 도 6은 상기 도 2에 도시한 제 1인디케이터를 예를 들어 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 상기 도 2에 도시한 제 2인디케이터의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치는, 방향타(11)에 레버(51)를 통해 링크되며 방향타(11)의 회전에 종동하여 디지털신호를 발생하는 트랜스미터(33)와, 상기 트랜스미터(33)에서 발생한 신호를 받아 분배하는 버퍼보드(39)와, 상기 버퍼보드(39)를 통과한 신호를 받아 외부로 디스플레이하는 다수의 인디케이터(41,49)와, 상기 버퍼보드(39)에서 발생한 신호를 받아 저장하는 데이터기록장치(21)를 포함한다. 도면에서는 상기 인디케이터로서 제 1인디케이터(41)와 제 2인디케이터(49)만 도시하였지만, 인디케이터의 개수나 종류는 매우 다양하게 변경할 수 있다.
먼저, 상기 트랜스미터(33)는, 상기 레버(51)와 연결되며 레버의 회동운동에 의해 10비트 디지털신호를 발생하는 메인마그네틱모듈(36)과, 컨버터보드(37)를 갖는다.
상기 메인마그네틱모듈(36)은 후술할 동기마그네틱모듈(36)과 동일한 구성을 갖는 것이다.
도 4를 통해 상기 마그네틱모듈(35,36)의 구조를 먼저 설명하기로 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 마그네틱모듈(35,36)는, 샤프트(35a)를 축회전 가능하도록 베어링(35c) 지지하는 하우징(35d)과, 상기 하우징(35d)의 일단부를 커버하는 커버(35k)과, 상기 샤프트(35a)의 하단부에 고정되는 자석(35f)과, 상기 자석(35f)의 하부에 근접 위치하는 마그네틱IC(35g)으로 구성된다.
상기 샤프트(35a)는 레버(51)를 통해 방향타(11)에 연결되어, 방향타(11)의 회전에 종동하여 축회전하는 부재이며, 그 하단부에 상기 자석(35f)을 수용 고정하기 위한 수용홈(35e)을 갖는다.
상기 자석(35f)은 네오디늄 자석으로서 디스크의 형태를 취하며, 수평방향으로 절반은 N극 다른 절반은 S극을 갖는다. 즉, 이를테면 반원은 N극 나머지 반원은 S극이다.
상기 자석(35f)의 하부에 구비되어 있는 마그네틱IC는, 자석(35f)의 회전시 자기장의 변화를 감지하여 디지털신호를 발생한다. 보다 자세하게는 상기 샤프트(35a)가 o도 내지 320도의 각도 범위 내에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 때 10비트의 디지털 신호를 발생한다. 10비트의 디지털신호는 0 ~ 1023의 값이다. 즉 상기 마그네틱IC는 1024개의 신호를 출력하는 것이다. 상기 마그네틱IC의 출력값은 IC회로를 조절하여 얼마든지 변경할 수 있다.
다시 도 2로 돌아와 설명을 계속 하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 컨버터보드(37)는 메인마그네틱모듈(35)에 연결되어 있다. 따라서 상기 메인마그네틱모듈(35)에서 출력된 10비트의 디지털신호는 컨버터보드(37)를 거치며 컨버팅된 후 버퍼보드(39)측으로 전달되는 것이다.
상기 컨버터보드(37)는, 상기 메인마그네틱모듈(35)로부터 받은 10비트 디지털신호를 -40도 ~ +40도의 각도신호로 변환하는 역할을 한다. 상기 컨버터보드(37)에서 출력된 신호는 버퍼보드(39)를 거쳐 각 인디케이터(41,49) 내부의 제어부(47)로 전달된다.
한편, 상기 제 1,2인디케이터(41,49)는 동일한 내부 구성을 가진다. 상기 인디케이터(41,49)는, 제어부(47)에 의해 구동하여 일정 각도씩 작동하는 스텝모터(45)와, 상기 스텝모터(45)의 구동축에 동력이음되어, 스텝모터(45)의 동작에 연동하여 축회전하여 상기한 10비트 디지털신호를 발생하는 동기마그네틱모듈(36)과, 상기 동기마그네틱모듈(36)의 샤프트(35a)의 축회전 정도를 나타내 보이는 표시부(43)로 구성된다. 상기 샤프트(35a)의 축회전 정도는 방향타(11)의 회전각도에 대응한다. 아울러 상기 표시부(43)의 표시 방식은 매우 다양하게 변경 가능하다.
상기 제어부(47)는 스텝모터(45)를 통해, 동기마그네틱모듈(36)을 메인마그네틱모듈(37)에 동기화 시키는 목적을 갖는다. 예컨대 상기 메인마그네틱모듈(35)에서 ‘0102’의 신호가 출력되었다면, 상기 스텝모터(45)를 적절히 구동하여 동기마그네틱모듈(36)도 ‘0102’의 디지털신호가 출력되도록 하는 것이다. 이와같이 동기마그네틱모듈(36)을 메인마그네틱모듈(35)에 동기화시킴으로써, 동기마그네틱모듈(36)이 방향타(11)의 현재 각도를 대변해 줄 수 있게 되는 것이다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 트랜스미터(33)를 별도로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 트랜스미터(33)는, 내부공간을 제공하는 바디(33a)와, 상기 바디(33a)의 상부를 밀폐하는 커버(33b)와, 상기 커버(33b)에 지지되며 레버(51)를 통해 방향타(11)에 연결되는 레버샤프트(33e)와, 상기 레버샤프트(33e)의 하단부에 고정되는 연결기어(33f)와, 상기 연결기어(33f)의 하부에 구비되는 메인마그네틱모듈(35)를 포함한다.
상기 메인마그네틱모듈(35)의 샤프트(35a)에는 샤프트구동기어(35b)가 고정되어 있다. 상기 샤프트구동기어(35b)는 연결기어(33f)와 치합한다. 따라서 결국 상기 방향타(11)의 회전에 연동하여 레버(51)가 회동하면, 레버샤프트(33e)가 회전하고, 레버샤프트(33e)의 회전은 기어(35f,35b)를 통해 메인마그네틱모듈(35)로 전달되어 상기한 10비트 디지털신호가 발생하는 것이다. 상기 메인마그네틱모듈(35) 내부의 마그네틱IC에서 출력된 디지털신호는 신호전달선(33d)을 통해 컨버터보드(37)로 전달된다.
도면부호 33c는 컨버터보드(37)와 버터보드(39)를 연결하는 케이블이 통과하는 케이블통로이다.
도 5 및 도 6은 상기 도 2에 도시한 제 1인디케이터(41)를 예를 들어 도시한 평면도 및 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 제 1인디케이터(41)는, 상부로 개방된 사각 박스형 케이싱(46)과, 상기 케이싱(46)의 상부를 커버하는 표시부(43)와, 상기 케이싱(46)의 내부에 구비되는 제어부(41)와 스텝모터(45)와 동기마그네틱모듈(36)로 이루어져 있다.
또한 상기 스텝모터(45)의 구동축(45a)에는 구동기어(45b)가 구비되어 있고, 동기마그네틱모듈(36)의 샤프트(35a)에는 샤프트구동기어(35b)가 고정되어 있다. 상기 구동기어(45b)는 샤프트구동기어(35b)와 치합하여 스텝모터(45)의 구동시 샤프트(35a)를 축회전 시킨다.
상기 샤트프(35a)의 상단부에는 바늘홀더(43c)가 고정되어 있고, 상기 바늘홀더(43c)에는 니들(43a)이 장착되어 있다. 상기 니들(43a)은 표시부(43)를 구성하는 눈금판(43b)의 상부에서 좌우로 회전하며, 방향타(11)의 각도를 알려준다.
결국 상기 메인마그네틱모듈(35)에서 전달받은 신호에 근거하여 스텝모터(45)가 동작하고, 스텝모터(45)의 동작에 의한 동기마그네틱모듈(36)의 종동에 의해 니들(43a)이 메인마그네틱모듈(35)의 각도신호를 눈금판(43b)에 반영하는 것이다.
도 7 내지 도 9는 상기 도 2에 도시한 제 2인디케이터(49)의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면으로서, 도 7은 측면도, 도 8은 단면도, 도 9는 평면도이다.
도시한 바와 같이, 제 2인디케이터(49)는 하부가 좁아지는 원통의 형태를 취하는 이른바 파노라마 타입이다. 이러한 제 2인디케이터(49)는 눈금판(49a)을 측방향 외부로 나타내 보이는 원통형 투광성 케이싱(49c)과, 상기 케이싱(49c)의 내부 중앙부에 수직으로 지지되며 축회전 가능한 회전축(49e)과, 상기 회전축(49e)의 하단부에 고정되는 니들회전기어(49d)와, 상기 니들회전기어(49d)와 동일한 회전중심축을 가지며 니들회전기어(49d)와 함께 회전하는 니들(49b)을 포함한다.
또한, 상기 회전축(49e)의 측부에는 동기마그네틱모듈(36)과 스텝모터(45)가 위치한다. 특히 상기 동기마그네틱모듈(36)의 샤프트에 고정되어 있는 샤프트구동기어(35b)와, 스텝모터(45)의 구동축(45a)에 끼워져 있는 구동기어(45b)는 각각 상기 니들회전기어(49d)에 각각 치합하고 있다.
따라서 상기 메인마그네틱모듈(35)에서 시작된 디지털 신호에 근거해 스텝모터(45)가 구동하면, 상기 니들회전기어(49d)와 샤프트구동기어(35b)가 동시에 회전하며 눈금판(49a)의 주연부에 배치되어 있는 니들(49b)이 좌우로 이동하여 방향타(11)의 각도를 나타낸다.
제 2인디케이터(49)의 경우에도, 제어부(47)가 메인마그네틱모듈(35)과 동기마그네틱모듈(36)에서 발생하는 디지털신호를 계속적으로 비교하며 비교결과를 기초로 스텝모터(45)의 구동을 동시 진행함은 물론이다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
11:방향타 13:트랜스미터 13a:싱크로모터
15:인디케이터 15a:표시부 15b:싱크로모터
19:컨버터보드 21:데이터기록장치 31:각도측정장치
33:트랜스미터 33a:바디 33b:커버
33c:케이블통로 33d:신호전달선 33e:레버샤프트
33f:연결기어 35:메인마그네틱모듈 35a:샤프트
35b:샤프트구동기어 35c:베어링 35d:하우징
35e:수용홈 35f:자석 35g:마그네틱IC
35k:캡 36:동기마그네틱모듈 37:컨버터보드
39:버퍼보드 41:제 1인디케이터 43:표시부
43a:니들 43b:눈금판 43c:바늘홀더
45:스텝모터 45a:구동축 45b:구동기어
46:케이싱 47:제어부 49:제 2인디케이터
49a:눈금판 49b:니들 49c:케이싱
49d:니들회전기어 49e:회전축 51:레버

Claims (5)

  1. 방향타의 회전운동에 연동하여 축회전하는 샤프트와, 상기 샤프트의 단부에 고정되는 자석과, 상기 자석에 근접 위치하며 자석의 회전에 반응하여 자석의 회전각도에 따른 디지털신호를 발생하는 마그네틱IC을 갖는 메인마그네틱모듈과,
    상기 메인마그네틱모듈에서 발생하는 디지털신호를 받아들여 원하는 신로방식으로 변환시키는 컨버팅부를 포함하는 트랜스미터와;
    상기 컨버팅부에서 출력된 신호에 의해 구동하는 스텝모터와,
    상기 스텝모터의 구동축에 동력이음되며 스텝모터의 작동시 축회전하는 샤프트와, 상기 샤프트의 단부에 고정되는 자석과, 상기 자석에 근접 위치하며 자석의 회전에 반응하여 자석의 회전각도에 따른 디지털신호를 발생하는 마그네틱IC를 갖는 동기마그네틱모듈과,
    상기 동기마그네틱모듈로부터 출력된 디지털 신호값과 메인마그네틱모듈로부터 출력된 디지털 신호값을 비교하고, 스텝모터를 제어하여 메인마그네틱모듈에서 출력된 디지털 신호값에 동기마그네틱모듈에서 발생하는 디지털 신호값을 일치시키는 제어부와,
    상기 동기마그네틱모듈의 샤프트에 연결되며 샤프트의 축회전 각도를 외부로 나타내 보이는 표시부를 갖는 다수의 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메인마그네틱모듈의 샤프트는 0도 내지 320도의 각도 범위내에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하고,
    상기 마그네틱IC는 상기 샤프트의 각도값을 10비트의 디지털 신호값으로 변환시켜 컨버팅부로 출력하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 컨버팅부는,
    상기 메인마그네틱모듈로부터 받은 10비트 디지털신호를 -40도 ~ +40도의 각도신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스미터와 인디케이터의 사이에는 트랜스미터로에서 발생한 신호를 각 인디케이터로 전달하는 버퍼보드가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 방향타 각도 측정장치에는, 상기 버퍼보드로부터 발생한 신호를 저장하는 데이터기록장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 모듈을 이용한 선박의 방향타 각도 측정장치.
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