KR101422499B1

KR101422499B1 - 조타 장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101422499B1
Application number: KR1020120076435A
Authority: KR
Inventors: 배정혜; 장승호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-07-25
Also published as: KR20140009762A

Abstract

조타 장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 조타 장치는 핸들과, 핸들 조작에 따라 구동력을 발생시키는 스티어링 기어장치와, 이 스티어링 기어장치에 의해 발생된 구동력을 전달받아 회동하는 러더와, 이 러더의 회전각을 감지하는 러더각감지부와, 핸들의 조타반력을 조절하는 조타반력부 및 감지된 러더의 회전각에 따라 핸들의 서로 다른 조타반력이 발생되도록 조타반력부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

조타 장치 및 그 제어방법{STEERING APPARATUS FOR SHIP AND CONTROL METHOD THREROF}

본 발명은 조타 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 핸들 조작에 의해 선박이 원하지 않는 방향으로 회전되는 것을 방지할 수 있는 조타 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박 뒤에 마련된 러더(러더 ; Rudder)의 조타각(Rudder Angle)을 제어하여 선박의 방향을 조절하는 조타 장치가 설치되어 있다.

이러한 조타장치는 핸들, 조타기 및 러더를 포함한다. 선박은 조타기를 작동시키는 핸들에 의해 러더가 좌현 또는 우현으로 움직여서 진행방향이 전환된다.

기존에는 러더의 조타각에 상관없이 핸들의 조작력이 동일하다. 즉, 핸들을 조종하여 조타각을 조절하는 데 있어서 조타각에 상관없이 핸들을 조작하는데 동일한 힘이 요구된다.

이러한 경우, 항해사가 핸들 조작 실수로 러더의 조타각을 크게 조절하여 설정한 목표 방위와 다르게 운항할 가능성이 있다. 특히 대형 선박의 경우 자동차와는 달리 핸들을 급격하게 돌리는 경우가 많지 않으므로 항해사가 너무 쉽게 핸들을 돌려 조타각을 조절할 필요가 없다. 하지만, 항해사가 실수로 핸들을 너무 많이 돌릴 경우 설정한 항로를 이탈하여 선박 사고 위험성이 커질 우려가 있다.

본 발명의 실시예는 러더의 회전각에 따라 핸들의 조타반력을 서로 다르게 제어하여 항해사에게 러더의 회전각 별로 서로 다른 핸들 조작감을 느끼게 할 수 있는 조타 장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 핸들; 상기 핸들 조작에 따라 구동력을 발생시키는 스티어링 기어장치; 상기 스티어링 기어장치에 의해 발생된 구동력을 전달받아 회동하는 러더; 상기 러더의 회전각을 감지하는 러더각감지부; 상기 핸들의 조타반력을 조절하는 조타반력부; 및 상기 감지된 러더의 회전각이 기준각도범위의 상한을 초과하면 상기 핸들의 조타반력이 증가되도록 상기 조타반력부를 제어하고, 상기 감지된 러더의 회전각이 상기 기준각도범위의 하한미만이면 상기 핸들의 조타반력이 감소되도록 상기 조타반력부를 제어하는 제어부;를 포함하는 조타 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 러더각감지부는 상기 러더의 회전각을 직접 검출하는 러더각센서 또는 상기 러더의 회전각을 상기 핸들의 조타각으로 간접 감지하는 조타각센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

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본 발명의 다른 측면에 따르면, 핸들과, 상기 핸들 조작에 따라 구동력을 발생시키는 스티어링 기어장치와, 상기 스티어링 기어장치에 의해 발생된 구동력을 전달받아 회동하는 러더를 포함하는 조타 장치의 제어방법에 있어서, 상기 러더의 회전각을 감지하고, 상기 감지된 러더의 회전각이 기준각도범위의 상한을 초과하면 상기 핸들의 조타반력을 증가시키고, 상기 감지된 러더의 회전각이 상기 기준각도범위의 하한 미만이면 상기 핸들의 조타반력을 감소시키는 조타 장치의 제어방법이 제공될 수 있다.

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본 발명의 실시예는 항해사가 러더의 회전각 별로 서로 다른 핸들 조작감을 느낄 수 있도록 러더의 회전각에 따라 핸들의 조타반력을 서로 다르게 제어함으로써 항해사가 핸들 조작감을 느끼는 것만으로도 러더의 회전각 정도를 인식할 수 있어 항해사의 실수로 핸들이 급격하게 조작되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 조향부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 핸들부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 제어블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조타 장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 조향부의 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 핸들부의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 조타 장치는 조향부(10)와 핸들부(20)를 포함한다.

상기한 구성을 가진 조타 장치는 핸들부(20)의 조종신호에 의해 조향부(10)를 작동시켜 선박을 원하는 방향으로 조향시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이, 조타 장치의 조향부(10)는 스티어링 기어장치(11)와, 이 스티어링 기어장치(11)와 연결되어 구동력을 전달하는 러더 축(13)과, 이 러더 축(13)을 매개체로 스티어링 기어장치(11)의 구동력을 전달받아 선박의 방향을 조절하는 러더(12)를 포함한다.

스티어링 기어장치(11)는 핸들부(20)의 조종에 의해 움직인다. 핸들부(20)의 핸들을 돌리면 이러한 조종신호가 전기적 계통을 따라 스티어링 기어장치(11)에 전달되고, 스티어링 기어장치(11)는 이 조종신호에 따라 전동장치 또는 유압장치가 작동되어 움직임으로써 구동력을 발생시킨다.

스티어링 기어장치(11)에서 발생된 구동력은 러더 축(13)을 매개체로 러더(12)로 전달되고 물의 흐름 속에 놓여진 러더(12)의 타각인 회전각을 조절함으로써 선박의 조향 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이때, 타각은 러더(12)를 좌우 어느 쪽으로 회전시켰을 경우에 선체 중심선과 이루는 각도를 말한다.

따라서, 조향부(10)는 스티어링 기어장치(11)의 구동력이 러더 축(13)을 매개체로 하여 러더(12)로 전달되고, 이에 따라 러더(12)가 회동하여 선박의 진행방향을 조절하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 핸들부(20)는 핸들(21)과 전동식의 조타반력부(22)를 포함한다. 조타반력부(22)는 핸들(21)의 조작력을 조절하기 위한 것으로, 예를 들면, 핸들(21)의 핸들 축(23)에 연결된 감속기(30)와, 이 감속기를 작동시키는 것에 의해 핸들(21)의 조타반력을 증가하거나 감소시키는 전동모터(31)를 포함할 수 있다.

핸들(21)의 핸들 축(23)에 감속기(30)가 장착되고, 이 감속기(30)에는 전동모터(31)가 접속한다. 이 전동모터(31)는 핸들(21)의 조타력을 증감하기 위한 설치된다. 전동모터(31)의 회전토크는 핸들(21)의 회전방향과 반대방향의 토크를 발생하고, 감속기(30)를 이용하여 핸들 축(23)에 회전 부하로서 작용한다. 즉, 전동모터(31)의 회전 토크에 따라 핸들(21)의 조타력을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 제어블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 조타 장치는 전반적인 제어를 수행하는 제어부(40)를 포함한다.

이 제어부(40)의 입력측에는 조타각센서(50) 및 러더각감지부로서의 러더각센서(51)가 전기적으로 연결되어 있다.

조타각센서(50)는 핸들부(20)에 마련되고, 핸들(21)의 조작에 따른 핸들(21)의 조타각을 검출한다.

러더각센서(51)는 조향부(10)에 마련되고, 스티어링 기어장치(11)에 의해 발생된 동력에 따라 좌측 또는 우측으로 회동하는 러더(12)의 회동에 따른 회전각도를 검출한다.

또한, 제어부(40)의 출력측에는 스티어링 기어장치(11) 및 조타반력부(22)가 전기적으로 연결되어 있다.

제어부(40)는 조타각센서(50)를 통해 감지된 핸들(21)의 조타각을 근거로 하여 스티어링 기어장치(11)를 제어함으로써 러더(12)의 회전각도를 원하는 각도로 조정한다.

또한, 제어부(40)는 러더각센서(51)를 통해 감지된 러더의 회전각을 근거로 하여 조타반력부(22)를 제어하여 핸들(21)의 조타반력을 가변시킴으로써 핸들의 조작력을 증가시키거나 감소시킨다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조타 장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

도 5을 살펴보면, 먼저 항해 중 항해사가 핸들(21)을 움직이면, 조타 장치는 러더각센서(51)를 통해 러더(12)의 러더각도를 감지한다(100).

러더(12)의 러더각도를 감지한 후 조타 장치는 작동모드 100에서 감지된 러더각도와 기준각도범위를 비교하여 비교결과 감지된 러더각도가 기준각도범위 이내인지를 판단한다(110).

만약, 작동모드 110의 판단결과 감지된 러더각도가 기준각도범위 이내이면, 조타 장치는 현재의 핸들 조작력에 의해 핸들(21)이 회전될 수 있도록 조타반력부(22)를 통해 핸들(21)의 조타반력을 현재수준으로 유지시킨다(120).

한편, 작동모드 110의 판단결과 감지된 러더각도가 기준각도범위 이내가 아니면, 조타 장치는 감지된 러더각도가 기준각도범위의 상한을 초과하는지를 판단한다(130).

만약, 작동모드 130의 판단결과 감지된 러더각도가 기준각도범위의 상한을 초과하면, 조타 장치는 상대적으로 큰 핸들 조작력에 의해 핸들(21)이 회전될 수 있도록 조타반력부(22)를 통해 핸들(21)의 조타반력을 증가시킨다(140). 이에 따라, 핸들 조작에 상대적으로 많은 조작력을 필요로 하므로 항해사는 핸들(21)이 상대적으로 무겁다고 느끼게 된다.

한편, 작동모드 130의 판단결과 감지된 러더각도가 기준각도범위의 상한을 초과하지 않으면, 조타 장치는 감지된 러더각도가 기준각도범위의 하한 미만인 것으로 판단하여 상대적으로 적은 핸들 조작력에 의해 핸들(21)이 회전될 수 있도록 조타반력부(22)를 통해 핸들(21)의 조타반력을 감소시킨다(150). 이에 따라, 핸들 조작에 상대적으로 적은 조작력을 필요로 하므로 항해사는 핸들(21)이 상대적으로 가볍다고 느끼게 된다.

이하에서는 러더각도 대신에 조타각을 이용하여 핸들의 조타반력을 제어하는 것을 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조타 장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

도 6을 살펴보면, 먼저 항해 중 항해사가 핸들(21)을 움직이면, 조타 장치는 조타각센서(50)를 통해 핸들(21)의 조타각을 감지한다(200).

핸들(21)의 조타각을 감지한 후 조타 장치는 작동모드 200에서 감지된 핸들(21)의 조타각과 기준각도범위를 비교하여 비교결과 감지된 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위 이내인지를 판단한다(210).

만약, 작동모드 210의 판단결과 감지된 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위 이내이면, 조타 장치는 현재의 핸들 조작력에 의해 핸들(21)이 회전될 수 있도록 조타반력부(22)를 통해 핸들(21)의 조타반력을 현재수준으로 유지시킨다(220).

한편, 작동모드 210의 판단결과 감지된 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위 이내가 아니면, 조타 장치는 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위의 상한을 초과하는지를 판단한다(230).

만약, 작동모드 230의 판단결과 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위의 상한을 초과하면, 조타 장치는 상대적으로 큰 핸들 조작력에 의해 핸들(21)이 회전될 수 있도록 조타반력부(22)를 통해 핸들(21)의 조타반력을 증가시킨다(140). 이에 따라, 핸들 조작에 상대적으로 많은 조작력을 필요로 하므로 항해사는 핸들(21)이 상대적으로 무겁다고 느끼게 된다.

한편, 작동모드 130의 판단결과 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위의 상한을 초과하지 않으면, 조타 장치는 핸들(21)의 조타각이 기준각도범위의 하한 미만인 것으로 판단하여 상대적으로 적은 핸들 조작력에 의해 핸들(21)이 회전될 수 있도록 조타반력부(22)를 통해 핸들(21)의 조타반력을 감소시킨다(150). 이에 따라, 핸들 조작에 상대적으로 적은 조작력을 필요로 하므로 항해사는 핸들(21)이 상대적으로 가볍다고 느끼게 된다.

10 : 조향부 11 : 스티어링 기어장치
12 : 러더 13 : 러더 축
20 : 핸들부 21 : 핸들
22 : 조타반력부 23 : 핸들 축
30 : 감속기 31 : 전동모터

Claims

핸들;
상기 핸들 조작에 따라 구동력을 발생시키는 스티어링 기어장치;
상기 스티어링 기어장치에 의해 발생된 구동력을 전달받아 회동하는 러더;
상기 러더의 회전각을 감지하는 러더각감지부;
상기 핸들의 조타반력을 조절하는 조타반력부; 및
상기 감지된 러더의 회전각이 기준각도범위의 상한을 초과하면 상기 핸들의 조타반력이 증가되도록 상기 조타반력부를 제어하고, 상기 감지된 러더의 회전각이 상기 기준각도범위의 하한미만이면 상기 핸들의 조타반력이 감소되도록 상기 조타반력부를 제어하는 제어부;를 포함하는 조타 장치.
제1항에 있어서,
상기 러더각감지부는 상기 러더의 회전각을 직접 검출하는 러더각센서 또는 상기 러더의 회전각을 상기 핸들의 조타각으로 간접 감지하는 조타각센서 중 어느 하나를 포함하는 조타 장치.
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핸들과, 상기 핸들 조작에 따라 구동력을 발생시키는 스티어링 기어장치와, 상기 스티어링 기어장치에 의해 발생된 구동력을 전달받아 회동하는 러더를 포함하는 조타 장치의 제어방법에 있어서,
상기 러더의 회전각을 감지하고,
상기 감지된 러더의 회전각이 기준각도범위의 상한을 초과하면 상기 핸들의 조타반력을 증가시키고, 상기 감지된 러더의 회전각이 상기 기준각도범위의 하한 미만이면 상기 핸들의 조타반력을 감소시키는 조타 장치의 제어방법.
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