KR101667411B1 - 해상 운송수단용 관성안정기 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자이로스코프의 원리를 이용하는 해상 운송수단용 관성안정기 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 회전축(220)을 중심으로 회전하여 관성모멘트를 발생시키는 플라이 휠(200)과, 상기 회전축(220)에 동력전달수단(240)을 통해 연결되는 모터축(320)을 이용하여 상기 플라이 휠(200)을 회전시키는 구동모터(300)와, 상기 회전축(220)과 모터축(320)이 서로 평행하도록 내부에 상기 플라이 휠(200) 및 구동모터(300)를 고정하고, 상기 회전축(220)과 수직한 방향에 짐벌축(410)이 형성되는 짐벌(400)과, 상기 짐벌축(410)을 회전 가능하게 고정시켜 상기 짐벌(400)이 회전 가능하게 지지되도록 하는 짐벌 지지수단(100)과, 일측은 상기 짐벌 지지수단(100)과 연결되고, 타측은 상기 짐벌(400)과 연결되어 회전하는 짐벌(400)에 완충력을 제공하는 댐핑수단(500)과, 상기 짐벌(400)의 일측에 구비되어 세차 운동에 따른 각속도 변화를 감지하기 위한 각속도센서(600)를 포함하며, 상기 댐핑수단(500)은 상기 각속도센서(600)를 통해 감지되는 짐벌(400)의 각속도 감지정보에 따라 감쇠력이 조절되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 짐벌의 세차운동에 따른 각속도를 감지하고 각속도에 따라 댐핑수단에 구비되는 유량제어밸브를 이용하여 감쇠력을 가변 제어할 수 있다.

Description

해상 운송수단용 관성안정기 및 이의 제어방법 { Anti-rolling gyro stabilizer for means of marine-transportation and control method of the same }

본 발명은 자이로스코프의 원리를 이용하는 해상 운송수단용 관성안정기 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 해상을 이동하는 해상 운송수단에서는 운행 중 파도나 바람 등과 같은 주변 환경에 의해 전후 또는 좌우로 흔들리는 동요가 발생하게 되며, 이와 같은 동요는 해상 운송수단에 탑승한 승객이나 운송중인 화물의 안전성에 영향을 미치게 된다.

특히, 소형 선박의 경우 적재된 화물의 위치나 외형적인 구조는 물론, 항해 시 발생하는 해일이나 풍랑 등과 같은 기상상태의 악화에 의해 선체가 좌우로 흔들리는 롤링(Rolling) 현상이 발생하게 된다.

그리고, 상기 롤링 현상은 선박에 탑승한 승객의 멀미 유발은 물론 적재된 화물을 무너트릴 수 있으며, 롤링 현상이 심화될 경우에는 선박이 전복되어 침몰에 이르러 인명 및 재산상의 손실이 초래되는 문제점을 가진다.

따라서, 해상 운송수단에는 이와 같은 롤링 현상을 억제하기 위하여 다양한 안정화 장치가 개발되어 사용되고 있다.

일 예로 현재 선박에는 빌지키일(Bilgekeel)과 안티롤링탱크(Anti-Rolling Tank), 핀스테빌라이져(Fin Stabilizer), 자이로스코프(Gyroscope) 등의 안정화장치가 개발되어 사용되고 있다.

상기 빌지키일은 경제적으로 저렴하며 운항 중이거나 정지 중에도 안정화가 이루어질 수 있어 전반적으로 유효하게 사용될 수 있으나, 감쇠력이 낮은 단점을 가진다.

상기 안티롤링탱크는 구조적으로 간단하며 운항 중이거나 정지 중에도 유효하지만 선체 내부에 많은 공간을 차지하게 되어 소형 보트에는 적용이 어려운 문제점이 있다.

상기 핀스태빌라이져는 횡요 주기의 변화에 따라서 최적 제어가 가능하며, 감쇄효과가 높은 장점이 있으나, 저속 및 정지 상태에서 감쇠 효과가 작으며, 가격이 높고 운항 중 저항으로 작용하게 되는 문제점을 가진다.

상기 자이로스코프는 운행 및 정지 중에도 유효하며, 감쇠 성능이 높은 장점을 가지는 반면, 선체에서 많은 공간을 차지하고, 가격이 높아 많은 비용이 요구되는 문제점을 가진다.

한편, 자이로스코프를 이용하는 종래 기술로 일본 공개특허공보 특개평11-301583호“배기 시스템식 감소요 장치”(이하‘선행문헌 1’이라 함) 가 개시된다.

상기 선행문헌 1에서는 플라이 휠 및 동력원의 엔진을 장비한 짐벌을 지지체를 이용하여 선체의 요동에 자유롭게 지지한 상태에서 엔진의 배기관을 짐벌축의 축심에 설치함으로써 배기관의 배치 공간을 확보하여 엔진의 배기가스 선외 배출이 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.

하지만, 선행문헌 1에서는 플라이 휠이 무단변속기를 통해 엔진의 구동축과 연결되어 회전하게 되며, 이와 같은 구조에서는 엔진의 설치 위치가 한정됨에 따라 짐벌을 설치할 수 있는 위치가 한정되는 문제점을 가진다.

즉, 관성안정기의 경우 선체의 전체적인 크기와 외형을 고려하여 설치위치를 결정하게 되는데, 선행문헌 1에서는 엔진의 설치 위치를 감안해야 하므로 설치위치에 제약이 있으며 이로 인해 효과적인 안티롤링 효과를 발휘하지 못하게 된다.

또한, 선행문헌 1에서는 플라이 휠이 엔진의 구동시에만 동작 가능함에 따라 정박이나 계류 등의 상황에서는 관성안정기가 기능을 발휘하지 못하는 문제점을 가진다.

한편, 일본 공개특허공보 특개평09-114806호“리니어 댐퍼형 감요장치”(이하‘선행문헌 2’라 함)가 개시되어 있다.

상기 선행문헌 2에서는 플라이 휠이 스핀모터의 회전축과 직결되어 구동되고, 짐벌은 가로축이 짐벌 베어링을 통해 서포트에서 지지되며, 짐벌축의 동요는 암과 모체 사이에 설치된 리니어 댐퍼에 의해 감요되도록 구성된다.

따라서, 선행문헌 2에서는 리니어 댐퍼에 의해 짐벌의 회전 각도 제한을 없앨 수 있으며, 짐벌의 회전각을 제한하기 위한 스토퍼가 요구되지 않는 이점이 있다.

하지만, 선행문헌 2에서는 리니어 댐퍼가 최초 설정된 감쇠력으로만 동작하여 짐벌의 세차운동에 따라 능동적인 감쇠가 이루어지지 못하는 문제점을 가진다.

즉, 세차운동에 따른 짐벌의 각속도와 관계없이 구동모터가 정격회전수를 계속해서 유지하며 동작함에 따라 불필요한 에너지 소모가 발생하게 되는 문제점을 가진다.

JP 1999301583 A JP 1997144806 A

본 발명의 목적은 짐벌의 세차운동에 따른 각속도의 크기를 감지하고, 감지된 각속도의 크기에 따라 댐핑수단의 감쇠력을 가변 제어할 수 있는 해상 운송수단용 관성안정기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 짐벌의 세차운동에 따른 각속도를 감지하여 댐핑수단의 감쇠력을 가변제어하고, 구동모터의 전류를 조절하여 에너지 소비를 줄일 수 있는 해상 운송수단용 관성안정기의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 회전축을 중심으로 회전하여 관성모멘트를 발생시키는 플라이 휠과, 상기 회전축에 동력전달수단을 통해 연결되는 모터축을 이용하여 상기 플라이 휠을 회전시키는 구동모터와, 상기 회전축과 모터축이 서로 평행하도록 내부에 상기 플라이 휠 및 구동모터를 고정하고, 상기 회전축과 수직한 방향에 짐벌축이 형성되는 짐벌과, 상기 짐벌축을 회전 가능하게 고정시켜 상기 짐벌이 회전 가능하게 지지되도록 하는 짐벌 지지수단과, 일측은 상기 짐벌 지지수단과 연결되고, 타측은 상기 짐벌과 연결되어 회전하는 짐벌에 완충력을 제공하는 댐핑수단과, 상기 짐벌의 일측에 구비되어 세차 운동에 따른 각속도 변화를 감지하기 위한 각속도센서를 포함하며, 상기 댐핑수단에는 유체가 수용되는 내부공간에 인/출입 가능한 댐핑축을 포함하며, 상기 짐벌축을 중심으로 상호 대칭되도록 구비되는 한 쌍의 완충실린더와, 일측은 상기 짐벌에 체결되고, 타측은 상기 댐핑축과 연결되는 상부브라켓과, 일측이 상기 한 쌍의 완충실린더의 하부와 연결되고, 타측은 상기 짐벌 지지수단에 체결되는 하부브라켓 및 상기 한 쌍의 완충실린더 사이를 연결하며 내부에 수용된 유체를 이동시켜 감쇠력을 조절하는 유량조절밸브가 포함되도록 구성되어 상기 각속도센서를 통해 감지되는 짐벌의 각속도 감지정보에 따라 상기 유량조절밸브의 개도에 의해 감쇠력이 조절되는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 유량조절밸브는 서보모터에 의해 개도가 조절되는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 본 발명에 따른 해상운송수단용 관성안정기의 제어방법은, 짐벌의 세차 운동에 따른 각속도의 변화를 각속도센서를 이용하여 감지하는 각속도 감지단계와, 상기 각속도 감지단계에서 감지된 각속도에 따라 댐핑수단에 구비되는 유량제어밸브를 통해 댐핑수단의 감쇠력을 조절하는 감쇠력 제어단계와, 감지된 각속도 및 댐핑수단의 감쇠력에 따라 플라이 휠을 회전시키기 위한 구동모터의 전류를 제어하는 구동모터 제어단계를 포함하며, 상기 감쇠력 제어단계에서는 감지된 각속도가 설정범위 미만일 경우 유량제어밸브를 이용하여 댐핑수단의 감쇠력을 감소시키고, 설정범위를 벗어날 경우에는 댐핑수단의 감쇠력을 증가시키며, 상기 구동모터 제어단계에서는 감지된 각속도 및 댐핑수단의 감쇠력이 설정범위 이상일 경우 구동모터의 전류를 정격회전전류 이상으로 제어하고, 설정범위 미만일 경우 구동모터의 전류를 정격회전 전류 미만으로 제어하고, 상기 댐핑수단은 유체가 수용되는 내부공간에 인/출입 가능한 댐핑축을 포함하며, 짐벌축을 중심으로 상호 대칭되도록 구비되는 한 쌍의 완충실린더와, 일측은 상기 짐벌에 체결되고, 타측은 상기 댐핑축과 연결되는 상부브라켓과, 일측이 상기 한 쌍의 완충실린더의 하부와 연결되고, 타측은 짐벌축을 회전 가능하게 고정시켜 상기 짐벌이 회전 가능하게 지지되도록 하는 짐벌 지지수단과 체결되는 하부브라켓 및 상기 한 쌍의 완충실린더 사이를 연결하며 내부에 수용된 유체를 이동시켜 감쇠력을 조절하는 유량조절밸브를 포함하도록 구성되어, 상기 감쇠력 제어단계에서는 서보모터를 이용하여 상기 유량조절밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따르면, 짐벌의 세차운동에 따른 각속도를 감지하고 각속도에 따라 댐핑수단에 구비되는 유량제어밸브를 이용하여 감쇠력을 가변 제어할 수 있다.

따라서, 보다 능동적인 감쇠를 통해 감요 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 짐벌에 구비되는 각속도센서를 통해 각속도의 변화를 감지하고, 감지된 각속도 정보와 상기 댐핑수단의 감쇠력 정보를 바탕으로 구동모터의 구동 전류를 능동 제어한다.

따라서, 정격전류로만 구동모터를 구동시키는 종래 기술과 달리 각속도와 감쇠력이 설정값 미만일 경우 정격전류 이하로 구동모터를 구동시킴으로써 에너지 소비를 절감할 수 있는 이점을 가진다.

도 1 은 본 발명에 따른 해상 운송수단용 관성안정기의 일실시 예를 보인 도면.
도 2 는 도 1 의 분해사시도.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 요부구성인 댐핑수단의 상세 구조를 보이기 위한 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 해상 운송수단용 관성안정기의 제어과정을 보이기 위한 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1 에는 본 발명에 따른 해상 운송수단용 관성안정기의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있고, 도 2 에는 도 1 의 분해사시도가 도시되어 있으며, 도 3 및 도 4 에는 본 발명의 요부구성인 댐핑수단의 상세 구조를 보이기 위한 도면이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 해상 운송수단용 관성안정기(이하“ 관성안정기”라 함)는 플라이 휠(200)과 구동모터(300)가 동력전달수단(240)으로 연결되어 짐벌(400) 내부에 서로 평행하도록 설치되고, 상기 짐벌(400)은 짐벌 지지수단(100)에 회전 가능하게 설치된다.

상세히, 상기 플라이 휠(200)은 회전축(220)을 중심으로 회전하여 관성모멘트를 발생시킨다.

이를 위해 상기 플라이 휠(200)은 금속 재질의 원기둥 형태로 형성되며, 무게 경감을 위해 내부공간의 일부는 빈 공간으로 형성될 수 있다.

상기 구동모터(300)는 상기 회전축(220)에 회전력을 제공하기 위한 구성으로 상기 회전축(220)과 평행하게 위치되는 모터축(320)이 동력전달수단(240)으로 연결된다. 따라서, 상기 플라이 휠(200)에 의한 관성모멘트는 상기 구동모터(300)의 회전수에 따라 제어될 수 있다.

상기 동력전달수단(240)은 상기 회전축(220) 및 모터축(320)에 체결되는 각각의 풀리(242)와 풀리(242) 사이를 연결하는 구동밸트(244)를 포함할 수 있으며, 상기 풀리(242)는 상기 회전축(220) 및/또는 모터축(320)의 단부에 일체로 형성되는 것도 가능하다.

또한, 상기와 같은 구조의 동력전달 구조를 가짐으로써 본 발명에 따른 관성안정기는 플라이 휠과 구동모터가 동축으로 연결되는 종래 기술에 비해 짐벌(400)의 높이를 줄일 수 있으므로 세차 운동 시 짐벌(400)의 흔들림을 줄이는 효과를 기대할 수 있다.

상기 짐벌(400)은 전술한 바와 같이 내부에 상기 플라이 휠(200)과 구동모터(300)가 설치되며, 양쪽 측부에 상기 회전축(220)에 수직인 짐벌축(410)이 구비된다.

이를 위해 상기 짐벌(400)에는 한 쌍의 짐벌 메인프레임(420)이 서로 마주보며 소정 간격 이격 위치되고, 짐벌 메인프레임(420) 사이에 사이드 플레이트(460)와 어퍼 플레이트(470) 및 바텀 플레이트(480)가 결합되며, 상기 사이드 플레이트(460)에 짐벌축(410)이 결합되어 구성된다.

그리고, 상기 어퍼 플레이트(470)와 바텀 플레이트(480)에는 각각 상기 짐벌 메인프레임(420) 사이의 상측과 하측에 위치하도록 설치되며, 상기 플라이 휠(200) 및 구동모터(300)의 장착을 위한 회전축 설치부(474, 484)와 모터축 설치부(482)를 포함한다.

상기 회전축 설치부(474, 484)는 상기 플라이 휠(200)의 중심에 위치된 회전축(220)의 상측과 하측을 회전가능하게 고정시키며, 이를 위해 내측에 회전축 베어링(476, 486)이 더 구비되고, 모터축 설치부(482)에도 모터축 베어링(483)이 더 구비될 수 있다.

상기 사이드 플레이트(460)는 상기 짐벌 메인프레임(420) 사이의 측방에 위치하도록 설치되며, 짐벌 회전축(410)의 설치공간을 제공한다.

한편, 본 발명에서는 상기 짐벌(400)에 세차 운동에 따른 각속도의 변화를 감지하기 위한 각속도센서(600)가 더 구비된다.

한편, 본 실시 예에서는 각속도센서(600)를 이용하여 각속도의 변화량을 직접검출하는 구조로 설명되었으나, 짐벌(400)의 세차 운동에 따른 변위를 감지하기 위한 변위센서를 구비하고, 감지된 변위를 각속도로 변환하는 구조로 구성될 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시 예에서는 직선 변위센서 또는 회전 변위센서를 상기 어퍼 플레이트(470)에 설치하여 세차 운동시 시간에 따른 변위를 검출하고 이를 짐벌(400)의 회전반경에 따른 각속도로 환산하여 각속도의 변화량을 감지할 수 있을 것이다.

상기와 같이 구성되는 짐벌(400)은 상기 플라이 휠(200)의 회전에 의한 세차운동의 반경을 확보하면서 선박이 횡동요하여 흔들리더라도 플라이 휠(200)이 수평상태를 유지하면서 회전할 수 있도록 한다.

한편, 상기 짐벌 지지수단(100)은 상기 플라이 휠(200)과 구동모터(300)가 설치된 짐벌(400)을 짐벌축(410)을 중심으로 소정각도 회전 가능하도록 지지하면서 선박과 같은 해상 운송수단에 장착시키기 위한 구성이다.

이를 위해 상기 짐벌 지지수단(100)은 선박과 같은 해상 운송수단에 체결되는 베이스 프레임(110)과, 상기 베이스 프레임(110)의 좌우 양측에서 서로 마주보며 수직으로 설치되는 마운팅 플레이트(120) 및 상기 마운팅 플레이트(120) 사이를 연결하는 보강프레임(140)을 포함한다.

상세히, 상기 베이스 프레임(110)은 복수의 빔(Beam)을 연결하여 직사각 형상으로 형성되며, 강도 보강을 위해 격자 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기와 같이 형성된 베이스 프레임(110)에는 한 쌍의 마운팅 플레이트(120)와 상기 댐핑수단(500)이 설치된다.

본 실시 예에서는 2개의 마운팅 패널(120) 중 상기 댐핑수단(500)이 설치되는 마운팅 패널(120)을 중심으로 설명한다.

상기 마운팅 패널(120)에는 중앙 부분에 상기 짐벌축(410)을 지지하기 위한 체결홀(도면부호 부여되지 않음)이 천공 형성되며, 상기 체결홀의 상측으로 라운드 진 형상의 가이드 홀(122)이 천공 형성된다.

상기 가이드 홀(122)은 아래에서 설명할 상부브라켓(540)의 일부분이 관통하여 소정 범위에서 이동할 수 있도록 하며, 양 단부가 하측으로 절곡되어 세차 운동에 따른 짐벌(400)의 궤적과 대응된다.

또한, 상세히 도시되지는 않았지만, 상기 마운팅 패널(120)의 가장 자리에는 다수의 보강프레임 체결부(도면부호 부여되지 않음)가 형성되어 한 쌍의 마운팅 패널(120)이 상기 보강프레임(140)에 의해 간격을 유지하면서 서로 마주보도록 고정될 수 있다.

한편, 상기 댐핑수단(500)은 한 쌍의 완충실린더(530, 550)와, 상기 완충실린더(530, 550)의 장착을 위한 상부브라켓(540) 및 하부브라켓(520) 그리고, 상기 완충실린더(530, 550) 사이에 구비되어 완충을 위한 유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(580)를 포함하여 구성된다.

상세히, 상기 완충실린더(530, 550)는 유체가 수용되는 내부공간과 상기 내부공간에 인/출입 가능한 댐핑축을 포함하며, 상기 댐핑축의 인입 시 유체가 압축되면서 감쇠력이 발휘된다.

그리고, 상기 한 쌍의 완충실린더(530, 550)는 상기 짐벌축(410)을 중심으로 좌우 대칭되도록 구비되며, 완충실린더(530, 550)의 사이에 상기 유량조절밸브(580)가 구비된다.

상기 유량조절밸브(580)는 상기 각속도센서(600)를 통해 감지되는 짐벌(400)의 각속도 감지정보에 따라 상기 완충실린더(530, 550)에 수용된 유체를 이동시켜 감쇠력을 조절하며 이를 위해 서보모터를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 유량조절밸브(580)는 서보모터를 이용하여 개도를 조절함으로써 완충실린더(530, 550) 내부의 유체량을 조절하여 감쇠력을 조절하게 된다.

한편, 상부브라켓(540)은 상기 완충실린더(530, 550)의 댐핑축과 일단이 연결되고 타단은 상기 짐벌(400)에 체결된다.

이때, 상기 짐벌(400)에 체결되는 상부브라켓(540)의 일단부는 상기 가이드 홀(122)을 관통하여 연결되어 짐벌의 세차 운동시 상부브라켓(540)의 가이드 홀(122)을 따라 곡선으로 이동하면서 댐핑축을 압축하게 된다.

상기 하부브라켓(520)은 상기 완충실린더(530, 550)의 하부와 일측이 연결되고 타측은 상기 짐벌 지지수단(100)에 체결된다.

그리고, 상기 완충실린더(530, 550)와 연결되는 하부브라켓(520)의 상부는 두개의 돌기가 일정간격 이격된 형상으로 형성되어 각각의 완충실린더(530, 550)를 이격된 위치에 고정 설치한다. 또한, 이와 같은 간격은 상기 댐핑축과 연결되는 상부브라켓(540)의 일단에도 동일하게 형성되어 한 쌍의 완충실린더(530, 550)가 상기 짐벌축(410)을 중심으로 상호 대칭되도록 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 댐핑수단(500)은 짐벌(400)의 세차 운동 시 짐벌(400)의 회전각도에 따라 한 쌍의 완충실린더(530, 550) 중 어느 하나가 압축되어 감쇠력을 발휘한다.

일예로, 도 4를 기준으로 할때 상기 짐벌(400)이 시계방향으로 회전하게 될 경우 우측의 완충실린더(550)와 연결된 댐핑축이 인입되면서 내부의 유체가 압축되고, 좌측의 완충실린더(530)는 연결된 댐핑축이 인출되면서 유체의 수용공간이 확장된다.

상기와 같은 상황에서 상기 유량조절밸브(580)가 차폐된 상태로 유지되면, 각각의 완충실린더(530, 550)에 수용된 유체 만으로 감쇠력이 적용된다.

반면, 상기 유량조절밸브(580)가 개방된 상태일 경우 개방 정도에 따라 우측 완충실린더(550)에 수용된 유체가 유량조절밸브(580)를 경유하여 좌측 완충실린더(530)로 이동할 수 있으며, 이로 인해 댐핑수단(500)의 감쇠력이 줄어들게 된다.

즉, 본 발명에 따른 관성안정기에서는 상기 유량조절밸브(580)의 개도를 조절함으로써 감쇠력을 조절할 수 있으며, 유량조절밸브(580)의 개도와 감쇠력은 반비례 하게 된다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 관성안정기를 제어하는 과정에 대하여 설명한다.

도 5 에는 본 발명에 따른 해상 운송수단용 관성안정기의 제어과정을 보이기 위한 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 관성안정기가 작동하게 될 경우, 상기 구동모터(300)와 함께 플라이 휠(200)이 회전하면서 관성모멘트가 발생된다.

상기 관성모멘트는 짐벌(400)의 세차 운동과 함께 작용하여 동요를 감쇄시키는 방향으로 작용하게 되며, 이로 인해 선박과 같은 해상 운송수단의 횡동요는 저감된다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 횡동요를 저감시키는 과정 동안 다음과 같은 단계를 걸쳐 댐핑수단(500)과 구동모터(300)를 제어하게 된다.

상세히, 본 발명에 따른 관성안정기의 제어과정에서는 우선, 짐벌(400)의 세차 운동에 따른 각속도의 변화를 각속도센서(600)를 이용하여 감지하는 각속도 감지단계가 수행된다.

즉, 상기 각속도 감지단계에서는 단위 시간 동안 회전한 짐벌(400)의 회전 각도를 계산하여 각속도를 산출하게 된다.

그리고, 상기 각속도 감지단계가 완료되면, 산출된 각속도에 따라 댐핑수단(500)에 구비되는 유량제어밸브(580)를 통해 댐핑수단(500)의 감쇠력을 조절하는 감쇠력 제어단계가 수행된다.

상기 감쇠력 제어단계에서는 산출된 각속도가 설정범위 미만일 경우 유량제어밸브(580)를 이용하여 댐핑수단(500)의 감쇠력을 감소시키고, 설정범위를 벗어날 경우에는 댐핑수단(500)의 감쇠력을 증가시킨다.

그리고, 이와 같은 감쇠력 조절은 상기 유량제어밸브(580)의 개도를 조절하는 서보모터의 제어를 통해 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 각속도 감지단계에서 산출된 각속도와 함께 상기 댐핑수단(500)의 감쇠력을 설정된 범위와 비교하여 상기 구동모터(300)의 구동을 위한 전류를 제어하는 구동모터 제어단계가 더 포함된다.

상기 구동모터 제어단계에서는 산출된 각속도 및 댐핑수단(500)의 감쇠력이 설정범위 이상일 경우 구동모터(300)의 전류를 정격회전전류 이상으로 제어하고, 설정범위 미만일 경우 구동모터(300)의 전류를 정격회전 전류 미만으로 제어한다.

예를 들어, 플라이 휠(200)의 정격 회전수가 4,000rpm 이고, 이를 유지하기 위해 소모되는 전류가 4.5kW 일 경우 선박과 같은 해상운송수단의 동요가 심화되면 설정범위 이상의 각속도와 감쇠력이 감지되면서 상기 구동모터(300)에서 4.5kW 이상의 전류를 계속 유지하게 된다.

반면, 해상 조건이 완화되어 동요가 줄어들면 상기 각속도센서(600)를 통해 설정범위 미만의 각속도가 산출되고, 상기 유량제어벨브(580)에 의해 감쇠력을 줄이게 되며, 상기 구동모터(300)에서는 구동전류를 4.5kW 미만으로 줄임으로써 에너지의 소모를 줄일 수 있다.

100........ 짐벌 지지수단 110........ 베이스 플레이트
120........ 마운팅 플레이트 140........ 보강 프레임
200........ 플라이 휠 220........ 회전축
240........ 동력전달부재 300........ 구동모터
320........ 모터축 400........ 짐벌
410........ 짐벌축 420........ 짐벌 메인프레임
460........ 사이드 플레이트 470........ 어퍼 플레이트
480........ 바텀 플레이트 500........ 댐핑수단
520........ 하부브라켓 530,550.... 완충실린더
540........ 상부브라켓 580........ 유량조절밸브
600........ 각속도센서

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2. 회전축(220)을 중심으로 회전하여 관성모멘트를 발생시키는 플라이 휠(200)과,
   상기 회전축(220)에 동력전달수단(240)을 통해 연결되는 모터축(320)을 이용하여 상기 플라이 휠(200)을 회전시키는 구동모터(300)와,
   상기 회전축(220)과 모터축(320)이 서로 평행하도록 내부에 상기 플라이 휠(200) 및 구동모터(300)를 고정하고, 상기 회전축(220)과 수직한 방향에 짐벌축(410)이 형성되는 짐벌(400)과,
   상기 짐벌축(410)을 회전 가능하게 고정시켜 상기 짐벌(400)이 회전 가능하게 지지되도록 하는 짐벌 지지수단(100)과,
   일측은 상기 짐벌 지지수단(100)과 연결되고, 타측은 상기 짐벌(400)과 연결되어 회전하는 짐벌(400)에 완충력을 제공하는 댐핑수단(500)과,
   상기 짐벌(400)의 일측에 구비되어 세차 운동에 따른 각속도 변화를 감지하기 위한 각속도센서(600);를 포함하며,
   상기 댐핑수단(500)에는,
   유체가 수용되는 내부공간에 인/출입 가능한 댐핑축을 포함하며, 상기 짐벌축(410)을 중심으로 상호 대칭되도록 구비되는 한 쌍의 완충실린더(530, 550)와,
   일측은 상기 짐벌(400)에 체결되고, 타측은 상기 댐핑축과 연결되는 상부브라켓(540)과,
   일측이 상기 한 쌍의 완충실린더(530, 550)의 하부와 연결되고, 타측은 상기 짐벌 지지수단(100)에 체결되는 하부브라켓(520) 및
   상기 한 쌍의 완충실린더(530, 550) 사이를 연결하며 내부에 수용된 유체를 이동시켜 감쇠력을 조절하는 유량조절밸브(580);가 포함되도록 구성되어 상기 각속도센서(600)를 통해 감지되는 짐벌(400)의 각속도 감지정보에 따라 상기 유량조절밸브(580)의 개도에 의해 감쇠력이 조절되는 것을 특징으로 하는 해상 운송수단용 관성안정기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 유량조절밸브(580)는 서보모터에 의해 개도가 조절되는 것을 특징으로 하는 해상 운송수단용 관성안정기.
   
4. 짐벌(400)의 세차 운동에 따른 각속도의 변화를 각속도센서(600)를 이용하여 감지하는 각속도 감지단계;
   상기 각속도 감지단계에서 감지된 각속도에 따라 댐핑수단(500)에 구비되는 유량제어밸브(580)를 통해 댐핑수단(500)의 감쇠력을 조절하는 감쇠력 제어단계;
   감지된 각속도 및 댐핑수단(500)의 감쇠력에 따라 플라이 휠을 회전시키기 위한 구동모터(300)의 전류를 제어하는 구동모터 제어단계;를 포함하며,
   상기 감쇠력 제어단계에서는,
   감지된 각속도가 설정범위 미만일 경우 유량제어밸브(580)를 이용하여 댐핑수단(500)의 감쇠력을 감소시키고, 설정범위를 벗어날 경우에는 댐핑수단(500)의 감쇠력을 증가시키며,
   상기 구동모터 제어단계에서는,
   감지된 각속도 및 댐핑수단(500)의 감쇠력이 설정범위 이상일 경우 구동모터(300)의 전류를 정격회전전류 이상으로 제어하고, 설정범위 미만일 경우 구동모터(300)의 전류를 정격회전 전류 미만으로 제어하고,
   상기 댐핑수단(500)은 유체가 수용되는 내부공간에 인/출입 가능한 댐핑축을 포함하며, 짐벌축(410)을 중심으로 상호 대칭되도록 구비되는 한 쌍의 완충실린더(530, 550)와, 일측은 상기 짐벌(400)에 체결되고, 타측은 상기 댐핑축과 연결되는 상부브라켓(540)과, 일측이 상기 한 쌍의 완충실린더(530, 550)의 하부와 연결되고, 타측은 짐벌축(410)을 회전 가능하게 고정시켜 상기 짐벌(400)이 회전 가능하게 지지되도록 하는 짐벌 지지수단(100)과 체결되는 하부브라켓(520) 및 상기 한 쌍의 완충실린더(530, 550) 사이를 연결하며 내부에 수용된 유체를 이동시켜 감쇠력을 조절하는 유량조절밸브(580);를 포함하도록 구성되어,
   상기 감쇠력 제어단계에서는,
   서보모터를 이용하여 상기 유량조절밸브(580)의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 해상 운송수단용 관성안정기의 제어방법.
   
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