KR20130046500A

KR20130046500A - 전자기식 조타장치

Info

Publication number: KR20130046500A
Application number: KR1020110110932A
Authority: KR
Inventors: 이수진
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08
Also published as: KR101313162B1

Abstract

전자기식 조타장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기식 조타장치는 러더 스톡의 상부에 배치되고 선체 구조물에 설치된 로터 케이싱과, 상기 로터 케이싱의 내부에서 상기 러더 스톡의 상부와 결합되고 복수개의 베인을 갖는 회전체와, 상기 베인의 사이에 형성된 공간으로 로터 케이싱의 케이싱 본체의 내주면에서 상기 러더 스톡의 축심을 향하여 돌출된 복수개의 고정체와, 상기 고정체의 양측면에 각각 설치된 제 1 전자석과, 상기 제 1 전자석과 대향면을 이루도록 상기 베인 각각의 양측면에 설치된 제 2 전자석을 포함한다.

Description

전자기식 조타장치{ELECTROMAGNETIC STEERING GEAR}

본 발명은 선박의 조향을 위해 사용되는 전자기식 조타장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조타장치에는 선박의 운행에 있어서 조향성을 갖게 하기 위하여 러더(rudder)가 존재한다.

러더를 구동시키기 위해서는 러더 스톡(rudder stock)에 결합되어 있는 일종의 축타 시스템인 조타장치가 사용된다.

일반적으로 조타장치는 유압식 가동 체제를 가지고 있다. 유압식 조타장치의 경우에는 기본 유압 발생 장치 외에 고압의 유압을 이용하기 위한 각종 파이프류, 밸브류, 오일탱크류 등의 유압 공급 장치가 필요하며, 관리 요소가 많은 만큼 다양한 부분에서 다양한 문제점이 많이 발생된다.

종래의 조타장치에는 크게 램 방식(ram type)과 베인 방식(vane type)의 두 종류가 주로 사용되고 있으며 두 경우 모두 유압으로 작동된다.

또한, 경우에 따라 유압을 사용하지 않은 경우 전동기의 동력을 러더 스톡에 전달하여 러더가 구동되는 작동구조로 제작되어 있을 수 있다.

예컨대, 유압을 이용하는 베인 방식의 경우에는 로터(rotor)를 이용하여 사용되는 타입으로 비교적 협소한 공간에 설치할 수 있지만, 램 타입보다 고가의 가격을 갖는다. 베인 방식은 로터로 구성된 하우징 몸체 내부에 방(room) 형식의 구조를 만들어, 이 구조 내에 유압을 주입 또는 유출함으로써 베인을 회전시켜 러더를 작동시키도록 되어 있다.

또한, 램 방식의 경우에는, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 이격 간격을 유지하면서 마주보도록 배치된 제 1, 제 2 유압실린더(1, 2)와, 그 제 1, 제 2 유압실린더(1, 2)에 양단을 결합시켜 직선운동 가능하게 결합된 제 1 램(5)을 갖는 제 1 액추에이터부와, 상기 제 1 램(5)과 반대 방향으로 직선운동시킬 수 있도록 구성된 제 2 램(6) 및 제 3, 제 4 유압실린더(3, 4)를 갖는 제 2 액추에이터부를 포함할 수 있다.

제 1 내지 제 4 유압실린더(1, 2, 3, 4)는 실린더 브래킷을 통해 선체에 지지되어 있고, 수직 동력전달 핀(5a, 6a)은 각각의 제 1 램(5)과 제 2 램(6)의 중앙에 각각 돌설되어 있고, 수직 동력전달 핀(5a, 6a)에는 크로스헤드 포크/암부(7 : crosshead fork/arm member)의 양단이 각각 체결되어 있다.

크로스헤드 포크/암부(7)는 제 1 램(5)과 제 2 램(6)의 상반적인 직선운동을 회전운동으로 변환시켜, 결국 크로스헤드 포크/암부(7)의 중심에 결합된 러더 스톡(8)을 선회시키는 역할을 담당한다.

그러나, 종래 기술의 조타장치는 유압식 가동 체제에 따른 유지 보수가 매우 불편하고, 설치 면적을 상대적으로 크게 차지하고, 상대적으로 무거운 중량을 가지고 있어서, 경량화된 장치 구성을 갖기 힘들고 친환경적인 선박의 구성이 어려운 단점을 가지고 있다.

또한, 종래 기술의 조타장치는 전자제어를 유압제어회로로 변환하여 조타장치의 작동을 제어하여야 하기 때문에, 신속하고 정밀한 제어가 어려운 단점이 있다.

등록특허공보 제10-0859333호

본 발명의 실시예는 전자기력을 이용하여 러더를 구동시킬 수 있는 전자기식 조타장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 러더 스톡의 상부에 배치되고 선체 구조물에 설치된 로터 케이싱과, 상기 로터 케이싱의 내부에서 상기 러더 스톡의 상부와 결합되고 복수개의 베인을 갖는 회전체와, 상기 베인의 사이에 형성된 공간으로 로터 케이싱의 케이싱 본체의 내주면에서 상기 러더 스톡의 축심을 향하여 돌출된 복수개의 고정체와, 상기 고정체의 양측면에 각각 설치된 제 1 전자석과, 상기 제 1 전자석과 대향면을 이루도록 상기 베인 각각의 양측면에 설치된 제 2 전자석을 포함하는 전자기식 조타장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 로터 케이싱은, 상기 러더 스톡의 상부 끝단과 체결되는 복수개의 베어링을 구비한 상부커버와, 상기 상부커버의 테두리에 형성된 볼트구멍에 취부 가능하게 튜브형 케이싱 형상을 갖고 상기 상부커버의 하부에 결합되는 케이싱 본체와, 제 3 전자석을 구비하고 있고 상기 케이싱 본체의 하부에 결합되는 하부커버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 3 전자석은, 상기 제 1 전자석의 연직 하부 위치로 상기 하부커버의 상면에 설치되고, 자석 배치 각도에 대응하게 배열된 복수개의 세그먼트 전자석으로 이루어질 수 있다.

또한, 제 1 전자석과 상기 제 2 전자석은 조타 부하가 작용하는 상기 베인의 회전 방향에 수직한 방향으로 각각 세워져서 상호 대향적으로 배치되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시예는 전자기력을 이용하여 러더를 구동시킴에 따라, 복잡한 유압시스템을 사용하지 않고도, 선박을 조향할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 램 방식에 비해 상대적으로 설치 공간이 좁은 곳에 설치될 수 있고, 유압 시스템에 비해 관리 요소가 적기 때문에 유지 보수가 매우 편리한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 특정 선회 각도에서 신속하게 정지할 수 있게 구성한 제 3 전자석을 더 구비하여, 신속한 정지 작동이 가능한 장점이 있다.

이렇게, 본 발명의 실시예는 기존에 장착되던 유압시스템의 작동방법을 전자석식 형태로 전환시킴으로써 그 구조와 원리가 매우 간단하고, 사이즈 또한 콤팩트 하며, 유지보수의 절차를 획기적으로 없앨 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 조타 부하가 작용하는 베인의 회전 방향에 수직한 방향으로 각각 세워져서 상호 대향적으로 배치된 제 1 전자석과 제 2 전자석을 제공함에 따라, 제 1 전자석과 제 2 전자석이 대향면을 통해 전자기력을 직접적으로 상호 작용할 수 있고, 이에 따라 콤팩트한 로터 케이싱을 갖도록 제작되더라도 상대적으로 큰 전자기력을 효율적으로 이용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 조타장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기식 조타장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 2의 전자기식 조타장치의 측단면도이다.
도 5는 하부커버와 제 3 전자석을 보인 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기식 조타장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예는 로터 케이싱(100), 회전체(104), 고정체(107, 108), 고정체(107, 108)용 제 1 전자석(110), 회전체(104)용 제 2 전자석(120)을 포함할 수 있다.

본 실시예는 일반적인 선박의 운전 상황에서 전자기력에 의해 조타 부하를 발생시킬 수 있음에 따라, 전자기식 조타장치에 결합된 러더 스톡(90) 및 그 러더 스톡(90)에 장착될 러더(미 도시)를 일반적인 선박 규정에서 미리 정한 선회 각도(에: 최대 ±35°)로 선회시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

본 실시예는 원격 제어를 위한 제어 시스템과 같은 전자기식 조타장치용 제어 장치(미 도시)와 연동하여 구성될 수 있다. 여기서, 전자기식 조타장치용 제어 장치는 하기에 상세히 설명할 제 1, 제 2 전자석(110, 120) 또는 제 3 전자석(130)(도 4 또는 도 5참조)의 극성 또는 극의 전류를 스위칭하여, 인력 또는 척력을 발생 또는 스위칭시키는 역할을 담당하는 전자석 구동회로와, 전자석 구동회로에 접속되고 러더 스톡의 회전 각도를 검출하여 조향 각도를 전자석 구동회로에 제공하는 엔코더를 포함하여 구성될 수 있다.

전자기식 조타장치용 제어 장치는 본 실시예가 적용될 선박에 미리 설치되어 있는 중앙관제실(예: CACC, Centralized Administration Control Center) 또는 선박 내 모든 제어 가능한 장치를 전사적 조작 및 운용할 수 있도록 구성한 집적자동시스템(예: IAS, Integrated Automation System)의 조타제어시스템(도시 안됨)과 연동할 수 있도록 구성될 수 있다.

여기서, 제 1 전자석(110)은 본 실시예의 작동 방법 또는 특허청구범위 내에서 제 1-1 전자석(111), 제 1-2 전자석(112), 제 1-3 전자석(113)을 통칭하는 것으로 이해될 수 있고, 제 2 전자석(120)도 본 실시예의 작동 방법 또는 특허청구범위 내에서 제 2-1 전자석(121), 제 2-2 전자석(122), 제 2-3 전자석(123)을 통칭하는 것으로서, 상호 대향면을 이루는 것끼리 쌍을 이룰 수 있다.

로터 케이싱(100)은 선박의 조타장치 설치공간의 선체 구조물에 설치되는 것으로서, 전선을 통해 앞서 언급한 전자기식 조타장치용 제어 장치와 전기회로적으로 결합되어 있을 수 있다. 여기서, 전자기식 조타장치용 제어 장치로부터 로터 케이싱(100)까지 연장된 전선은 선회 작동에 간섭되지 않게 제 1 내지 제 3 전자석(110, 120, 130)에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.

이렇게 설치된 로터 케이싱(100)은 선체 구조물에 지지될 수 있고, 또한 러더 스톡(90)의 상부에 배치될 수 있다.

로터 케이싱(100)은 러더 스톡(90)의 상부 끝단과 체결되는 복수개의 베어링을 구비한 상부커버(101), 상기 상부커버(101)의 테두리에 형성된 볼트구멍에 취부 가능하게 튜브형 케이싱 형상을 갖고 상기 상부커버의 하부에 결합되는 케이싱 본체(102)와, 제 3 전자석(130)을 구비하고 있고 상기 케이싱 본체(102)의 하부에 결합되는 하부커버(103)를 포함할 수 있다.

여기서, 상부커버(101) 및 하부커버(103)은 복수개의 볼트의 체결 또는 분리에 의해 케이싱 본체(102)와 취부 가능하게 구성되어 있다.

상부커버(101)는 베어링의 외륜을 감싸도록 커버 중심의 상부에 돌출된 베어링 장착부와, 베어링 장착부의 하부 테두리에서 지름 방향으로 확장된 플랜지부를 포함할 수 있다.

하부커버(103)는 상부커버(101)의 플랜지부의 외경과 동일한 외경을 갖고 러더 스톡(90)이 관통할 수 있는 내경을 갖는 링형 플레이트 형상으로 형성되어 있을 수 있다.

회전체(104)는 로터 케이싱(100)의 내부에서 러더 스톡(90)의 상부와 결합되고 복수개의 베인(105, 106)을 구비할 수 있다.

예컨대, 베인(105, 106)은 2개 이상으로 구성될 수 있고, 회전체(104)의 일측과 타측 외주면에서 대향적으로 돌출되게 회전체(104)에 형성되어 있을 수 있다.

이렇게 돌출된 베인(105, 106)의 끝단은 기밀한 유격을 두고 케이싱 본체(102)의 내주면과 비접촉될 수 있다.

베인(105, 106)의 개수, 단면 형상, 크기 사이즈 등은 제품 규격에 따라 서로 다르고 다양한 형태로 정해질 수 있다.

고정체(107, 108)는 베인(105, 106)의 사이에 형성된 공간(C1, C2)으로 로터 케이싱(100)의 케이싱 본체(102)의 내주면에서 러더 스톡(90)의 축심을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.

각 고정체(107, 108)의 끝단은 회전체(104)의 허브(hub) 외주면에 대응하여 기밀하게 비접촉하는 오목한 곡면을 형성하고 있을 수 있다.

고정체(107, 108)의 개수, 단면 형상, 크기 사이즈 등은 제품 규격에 따라 서로 다르고 다양한 형태로 정해지거나, 상기 베인(105, 106)의 제품 규격에 대응하여 정해질 수 있다.

본 발명의 실시예는 조타 부하가 작용하는 베인(105, 106)의 회전 방향에 수직한 방향으로 각각 세워져서 상호 대향적으로 배치된 제 1 전자석(110)과 제 2 전자석(120)을 제공할 수 있다.

여기서, 제 1 전자석(110)과 제 2 전자석(120)이 대향면을 통해 전자기력을 직접적으로 상호 작용할 수 있고, 이에 따라 콤팩트한 로터 케이싱(100)을 갖도록 제작되더라도 상대적으로 큰 전자기력을 발휘할 수 있다.

이렇게 대향적으로 배치되는 구조를 위해서, 제 1 전자석(110)은 각각의 고정체(107, 108)의 양측면에 설치될 수 있다. 이렇게 설치된 제 1 전자석(110)은 로터 케이싱(100)의 높이 방향과 동일한 방향으로 세워져 있는 형태로서, 하기에 설명할 제 2 전자석(120)과 대향면을 제공할 수 있게 된다.

제 1 전자석(110)의 외표면은 극성을 스위칭 할 수 있는 전류의 공급 또는 단속에 따라 인력 또는 척력을 발생시킬 수 있는 역할을 담당할 수 있다.

제 2 전자석(120)은 제 1 전자석(110)과 대향면을 이루도록 회전체(104)의 베인(105, 106) 각각의 양측면에 설치될 수 있다. 역시, 제 2 전자석(120)도 로터 케이싱(100)의 높이 방향과 동일한 방향으로 세워져 있는 형태로서, 하기에 설명할 제 1 전자석(110)과 대향면을 제공할 수 있게 된다.

이렇게 대향면을 이루어 쌍을 이루는 각 제 1 전자석(110)과 제 2 전자석(120)은 각각 다른 극의 전류를 인가 받을 경우, 제 1 전자석(110)과 제 2 전자석(120)이 상호 가까워지는 쪽으로 인력을 발생시킬 수 있다.

또한, 각 제 1 전자석(110)과 제 2 전자석(120)은 각각 같은 극의 전류를 인가 받을 경우, 제 1 전자석(110)과 제 2 전자석(120)이 상호 멀어지는 쪽으로 척력을 발생시킬 수 있다.

이와 같은 인력 또는 척력의 발생 원리는 제 3 전자석(130)에서도 동일하게 작용될 수 있다.

도 4는 도 2의 전자기식 조타장치의 측단면도이고, 도 5는 하부커버와 제 3 전자석을 보인 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예는 회전체(104), 베인(105, 106), 러더 스톡(90) 또는 러더의 정지력을 제공하도록 제 3 전자석(130)을 더 포함할 수 있다.

제 3 전자석(130)은 링 형상으로서 도 3에 도시된 제 1 전자석(110) 또는 제 2 전자석(120)의 연직 하부 위치로 로터 케이싱의 하부커버(103)의 상면에 설치되어 있을 수 있다.

제 3 전자석(130)은 원주 방향을 따라 자석 배치 각도에 대응하게 배열된 복수개의 세그먼트 전자석(131, 132)으로 이루어질 수 있다.

각각의 세그먼트 전자석(131, 132)의 자석 배치 각도는 러더 스톡을 우현 또는 좌현 쪽으로 선회시키기 위한 조향 각도에 대응하게 정해질 수 있다.

예컨대, 조향 단위 각도가 1도인 경우, 세그먼트 전자석(131, 132)는 총 360개로 구비되어, 자석 배치 각도 1도를 기준으로 원주 방향을 따라 하부커버(103)의 상면에 배치될 수 있다.

이러한 각각의 제 3 전자석(130)의 세그먼트 전자석(131, 132)은 제 1 전자석(110)과 다른 극의 전류를 인가 받을 경우, 제 1 전자석(110)에 대하여 상호 가까워지는 쪽으로 인력을 발생시켜, 결과적으로 제 1 전자석(110)이 장착되어 있는 베인(105, 106) 및 회전체(104)를 브레이크와 같이 정지시키는 역할을 담당할 수 있다.

이와 같은 장치 구성으로 이루어진 본 실시예의 작동 방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

도 3 또는 도 4를 참조하면, 전자기식 조타장치용 제어 장치는 고정체(107, 108)에 대하여 상호 대향면을 이루는 회전체(104)의 베인(105, 106)에서, 제 1 전자석(110) 및 제 2 전자석(120)에 다른 극의 전류를 흐르게 하고, 제 1-2 전자석(112) 및 제 2-2 전자석(122)에 다른 극의 전류를 흐르게 한다.

이런 경우, 제 1 전자석(110) 및 제 2 전자석(120) 쌍과, 제 1-2 전자석(112) 및 제 2-2 전자석(122) 쌍에서 각각 인력이 발생됨에 따라, 결과적으로 베인(105, 106), 회전체(104), 러더 스톡(90)이 회전할 수 있게 된다.

이렇게 회전하는 동안 목표 조향 각도에 가까워지게 되면, 전자기식 조타장치용 제어 장치는 상기 전자석(110, 112, 120, 122)에 흐르는 전류를 끊을 수 있다.

또한, 전자기식 조타장치용 제어 장치는 목표 조향 각도의 위치에서 제 2 전자석(120), 제 2-1 전자석(121), 제 2-2 전자석(122), 제 2-3 전자석(123)과, 제 3 전자석(130)의 해당 세그먼트 전자석 사이에서 인력이 발생될 수 있도록, 다른 극의 전류를 흘려 보내어서, 결과적으로 베인(105, 106), 회전체(104), 러더 스톡(90)이 정지시킬 수 있다.

또한, 정지시에 사용한 모든 전자석(120, 121, 122, 123, 130)에 흐르는 전류를 끊고, 이후 제 1 전자석(110) 및 제 2 전자석(120) 쌍과, 제 1-2 전자석(112) 및 제 2-2 전자석(122) 쌍에 다른 극의 전류를 흘려 보낼 경우에는, 다시 베인(105, 106)이 최대 조향 각도로 회전될 수 있게 된다.

한편, 베인(105, 106)을 반대방향으로 돌리기 위해서는, 제 1 전자석(110) 및 제 2 전자석(120) 쌍과, 제 1-2 전자석(112) 및 제 2-2 전자석(122)에 같은 극의 전류를 흐르게 하는 대신, 제 1-1 전자석(111) 및 제 2-1 전자석(121) 쌍과, 제 1-3 전자석(113) 및 제 2-3 전자석(123) 쌍에 다른 극의 전류를 흐르게 한다.

이런 경우, 제 1 전자석(110) 및 제 2 전자석(120) 쌍과, 제 1-2 전자석(112) 및 제 2-2 전자석(122) 쌍에서 각각 척력이 발생되고, 제 1-1 전자석(111) 및 제 2-1 전자석(121) 쌍과, 제 1-3 전자석(113) 및 제 2-3 전자석(123) 쌍에서 각각 인력이 발생될 수 있다.

이렇게 척력과 인력을 동시에 이용함으로써, 회전 방향을 신속하고 강력하게 변경시킬 수 있고, 결과적으로 베인(105, 106), 회전체(104), 러더 스톡(90)은 변경된 회전 방향으로 회전될 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

100 : 로터 케이싱 104 : 회전체
107, 108 : 고정체 110 : 제 1 전자석
120 : 제 2 전자석 130 : 제 3 전자석

Claims

러더 스톡의 상부에 배치되고 선체 구조물에 설치된 로터 케이싱과,
상기 로터 케이싱의 내부에서 상기 러더 스톡의 상부와 결합되고 복수개의 베인을 갖는 회전체와,
상기 베인의 사이에 형성된 공간으로 로터 케이싱의 케이싱 본체의 내주면에서 상기 러더 스톡의 축심을 향하여 돌출된 복수개의 고정체와,
상기 고정체의 양측면에 각각 설치된 제 1 전자석과,
상기 제 1 전자석과 대향면을 이루도록 상기 베인 각각의 양측면에 설치된 제 2 전자석을 포함하는
전자기식 조타장치.
제 1 항에 있어서,
상기 로터 케이싱은,
상기 러더 스톡의 상부 끝단과 체결되는 복수개의 베어링을 구비한 상부커버와,
상기 상부커버의 테두리에 형성된 볼트구멍에 취부 가능하게 튜브형 케이싱 형상을 갖고 상기 상부커버의 하부에 결합되는 케이싱 본체와,
제 3 전자석을 구비하고 있고 상기 케이싱 본체의 하부에 결합되는 하부커버를 포함하는
전자기식 조타장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 3 전자석은,
상기 제 1 전자석의 연직 하부 위치로 상기 하부커버의 상면에 설치되고, 자석 배치 각도에 대응하게 배열된 복수개의 세그먼트 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는
전자기식 조타장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전자석과 상기 제 2 전자석은 조타 부하가 작용하는 상기 베인의 회전 방향에 수직한 방향으로 각각 세워져서 상호 대향적으로 배치되어 있는
전자기식 조타장치.