KR20160042600A - 자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템 - Google Patents

자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템 Download PDF

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KR20160042600A
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강규홍
이선권
조규원
이상진
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재단법인한국조선해양기자재연구원
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Abstract

본 발명은 레저 선박의 선체에 구비되는 자이로 스테빌라이저의 짐벌축을 선체의 피칭축과 일치시켜 선체에 롤링 또는 피칭의 발생 시 짐벌축의 토크를 이용하여 발전을 수행할 수 있는 자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 레저 선박의 선체에 고정되는 블록, 상기 블록의 양측과 회동 가능하게 결합되는 짐벌축이 형성된 짐벌, 상기 짐벌의 내부에 회동 가능하게 설치되는 것으로 짐벌축과 직교되는 방향을 중심축으로 회동하는 플라이휠 및, 상기 플라이휠의 중심축과 결합되어 플라이휠을 회동 가능케 하는 구동모터를 포함하는 자이로 스테빌아이져로 발전을 수행하기 위한 시스템에 있어서, 상기 플라이휠의 중심축은 선체의 요축과 일치되게 배치되고, 상기 짐벌축은 선체의 피칭축과 일치되게 배치되며, 상기 선체에는 짐벌축 각각의 단부와 결합되는 발전기가 고정설치되어 선체에 롤링 또는 피칭이 발생되면 상기 짐벌축의 회동에 의해 발전을 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템{Power system of leisure boat using a gyro stabilizer}
본 발명은 자이로 스테빌라이저를 이용한 레저 선박의 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레저 선박에 구비되어 선체의 동요를 억제하는 자이로 스테빌라이저의 출력축의 회전을 이용하여 발전을 수행할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 자이로 스테빌라이져(gyro-stabilizer)는 자이로스코프(gyroscope)의 세차운동(Precession)으로 발생되는 리액션 토크(reaction toque)로 선체를 안정화시키는 장치로서 여타의 횡동요(rolling) 저감장치에 비하여 간단한 구성인 장점을 가지고 있다.
또한 자이로의 회전관성과 자이로의 회전속도에 비례하여 리액션 토크를 가질 수 있기 때문에 선박의 자세안정화가 가능하다.
이는 평형수와 화물의 이동 등과 같은 대형 장비를 통해 선박의 자세 제어를 수행하기 어려운 레저용 선박 등에 유리한 구조라 할 수 있다.
그러나 근래에는 자이로 스테빌라이져의 기능을 선박의 자세 제어에만 국한시키지 않고 이에 발생되는 리액션 토크를 이용하여 또 다른 기능을 구현하기 위한 기술개발이 진행되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0916583호 (2009.09.02) "레저용 선박의 선체복원장치 및 그에 따른 제어방법" 대한민국 등록특허공보 제10-1041204호 (2011.06.07) "선박 안정화장치"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 레저 선박의 선체에 구비되는 자이로 스테빌라이저의 짐벌축을 선체의 피칭축과 일치시켜 선체에 롤링 또는 피칭의 발생 시 짐벌축의 토크를 이용하여 발전을 수행할 수 있는 자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적은 하기에 상세히 설명할 레저 선박의 선체에 고정되는 블록, 상기 블록의 양측과 회동 가능하게 결합되는 짐벌축이 형성된 짐벌, 상기 짐벌의 내부에 회동 가능하게 설치되는 것으로 짐벌축과 직교되는 방향을 중심축으로 회동하는 플라이휠 및, 상기 플라이휠의 중심축과 결합되어 플라이휠을 회동 가능케 하는 구동모터를 포함하는 자이로 스테빌아이져로 발전을 수행하기 위한 시스템에 있어서, 상기 플라이휠의 중심축은 선체의 요축과 일치되게 배치되고, 상기 짐벌축은 선체의 피칭축과 일치되게 배치되며, 상기 선체에는 짐벌축 각각의 단부와 결합되는 발전기가 고정설치되어 선체에 롤링 또는 피칭이 발생되면 상기 짐벌축의 회동에 의해 발전을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 자이로 스테빌라이저를 이용한 레저 선박의 발전 시스템에 의해 달성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.
롤링의 발생 시 선체의 피칭축을 출력축으로 하고 출력축의 토크를 이용하여 발전을 수행하여 선박에 전력을 공급할 수 있을 뿐 아니라 선체에 피칭이 발생할 시 출력축의 회전에 의해 발전을 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자이로 스테빌라이져를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자이로 스테빌라이저를 이용한 레저 선박의 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
설명에 앞서 본 발명은 빌지킬(bilge keel), 안티롤링탱크(anti-rolling tank) 및 핀 스테빌라이져(fin stabilizer)와 같은 선박 안정화 장치가 설치되기 힘든 레저 선박에 자이로스코프(gyroscope)의 원리를 이용하여 선체의 동요를 억제시키는 자이로 스테빌라이져(gyro-stabilizer)를 이용하여 발전 시스템을 구축하기 위함임을 주지하여 본 명세서의 이해를 돕고자 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자이로 스테빌라이져 및 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자이로 스테빌라이저를 이용한 레저 선박의 발전 시스템을 사시도로 나타낸 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자이로 스테빌라이져(100)와 발전기(200)로 구성된다.
상기 자이로 스테빌라이져(100)는 레저 선박의 선체에 고정되어 선체에 발생되는 동요를 억제하기 위한 것으로 블록(110), 짐벌(120), 플라이휠(130) 및 구동모터(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 블록(110)은 자이로 스테빌라이져(100)를 선체에 고정시키기 위한 것으로, 선체의 무게중심 측의 선체의 용골(keel)과 연결되는 종방향 부재(longtudinal member) 또는 횡방향 부재(transverse member)에 고정 설치된다.
그리고 상기 짐벌(120)은 블록(110)의 양측과 회동 가능하게 결합되는 짐벌축(121)이 형성되어 짐벌축(121)을 중심으로 회전하게 된다. 이러한 상기 블록(110)의 양측에는 짐벌(120)이 회동 가능하도록 상기 짐벌축(121)과 힌지 결합되는 지지부재(미도시)가 설치되어 상기 블록(110) 상에서 짐벌(120)이 짐벌축(121)을 중심으로 회전 가능케 하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 플라이휠(130)은 짐벌(120)의 내부에 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 짐벌축(121)과 직교되는 방향을 중심축으로 회동하게 된다. 이어서 상기 모터(140)는 플라이휠(130)의 중심축과 결합되어 플라이휠(300)을 회동 가능케 한다.
상기한 바와 같이 이루어지는 자이로 스테빌라이져(100)에 있어서 상기 플라이휠(130)의 중심축은 선체의 요축(z)과 일치되게 배치되어 자이로스코프 원리의 스핀(회전)축에 해당된다. 상기 짐벌축(121)은 선체의 피칭축(y)과 일치되게 배치되어 자이로스코프 원리의 출력축에 해당된다. 상기한 짐벌축(121) 각각의 단부에는 발전기(200)가 고정설치되어 선체에 롤링 또는 피칭이 발생되면 짐벌(120)의 회전, 즉 출력축인 상기 짐벌축(121)의 회동에 의해 발전을 수행할 수 있게 된다.
상기 구동모터(140)에 의해 회동되는 프라이휠(130)에 롤링이 가해지면 피칭(종동요) 모멘트가 플라이휠(130) 및 짐벌(120)에 작용하여 짐벌축(121)이 회동됨으로써 회전구동력을 상기 발전기(200)에 전달하여 발전을 수행할 수 있게 된다. 또한 상기 선체에 피칭이 발생하게 되면 출력축인 상기 짐벌축(121)이 회동됨으로써 회전구동력을 상기 발전기(200)에 전달하여 발전을 수행할 수 있게 된다.
다시 말하면 상기 선체에 롤링이 발생되고 상기 구동모터(140)가 플라이휠(130)을 회전시키면 롤링을 저감시키기 위해 출력축인 짐벌축(121)에 모멘트가 발생되는 이론에 의해 짐벌축(121)이 회전되며, 이와 함께 상기 선체에 피칭이 작용하면 상기 짐벌축(121)의 회전력은 더욱 증가하게 됨으로써, 파력에 의한 선체의 불안정한 자세를 이용하여 발전을 수행할 수 있는 에너지 하베스팅(havesting) 시스템을 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 선체에는 제어유닛(미도시)이 발전기(200)와 연계되어 생성된 전기에너지를 제어할 수 있게 된다.
상기 제어유닛은 발전기(200)와 전기적으로 접속된 제1 케이블과 연결되어 생성된 전압을 저장하는 축전지와, 상기 제1 케이블 상에서 설치되어 상기 발전기에서 생성되는 교류 전압을 직류전압으로 변환시켜주는 전압변환부와, 상기 발전기, 전압변환부 및 축전지 각각과 전기적으로 접속된 제2 케이블과 연결되어 상기 발전기, 전압변환부 및 축전지의 제어를 가능케 하는 포터블 제어부를 포함하여 이루어진다.
이러한 상기 전압변환부는 AC/DC 컨버터를 사용할 수 있으며, 상기 포터블 제어부는 포터블 제어부는 상기 발전기, 전압변환부 및 충전지를 화면을 통해 제어가능하도록 이루어지며, 일측에는 상기 제2 케이블과 이동식으로 연결될 수 있도록 보조케이블이 구비됨으로써, 육상 또는 해상에서 제어가 가능해 질 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명의 기본적인 기술적 사상은 레저 선박의 선체에 구비되는 자이로 스테빌라이저의 짐벌축을 선체의 피칭축과 일치시켜 선체에 롤링 또는 피칭의 발생 시 짐벌축의 토크를 이용하여 발전을 수행할 수 있는 자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템을 제공하는 것임을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 기본적인 기술적 사상 범주내에서 당업계의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 따라서 본 발명의 범주는 다양한 변형 예들을 포함하도록 작성된 특허청구범위 내에서 해석되어야 할 것이다.
100: 자이로 스테빌라이져
110: 블록
120: 짐벌 121: 짐벌축
130: 플라이휠
140: 구동모터
200: 발전기

Claims (3)

  1. 레저 선박의 선체에 고정되는 블록, 상기 블록의 양측과 회동 가능하게 결합되는 짐벌축이 형성된 짐벌, 상기 짐벌의 내부에 회동 가능하게 설치되는 것으로 짐벌축과 직교되는 방향을 중심축으로 회동하는 플라이휠 및, 상기 플라이휠의 중심축과 결합되어 플라이휠을 회동 가능케 하는 구동모터를 포함하는 자이로 스테빌아이져로 발전을 수행하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 플라이휠의 중심축은 선체의 요축과 일치되게 배치되고,
    상기 짐벌축은 선체의 피칭축과 일치되게 배치되며,
    상기 짐벌축 각각의 단부에는 발전기가 고정 설치되어 선체에 롤링 또는 피칭이 발생되면 상기 짐벌축의 회동에 의해 발전을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 자이로 스테빌라이저를 이용한 레저 선박의 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블록은,
    선체의 무게중심 측의 용골과 연결된 종방향 부재 또는 횡방향 부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 자이로 스테빌라이저를 이용한 레저 선박의 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선체에는,
    상기 발전기와 전기적으로 접속된 제1 케이블과 연결되어 생성된 전압을 저장하는 축전지와,
    상기 제1 케이블 상에서 설치되어 상기 발전기에서 생성되는 교류 전압을 직류전압으로 변환시켜주는 전압변환부 및,
    상기 발전기, 전압변환부 및 축전지 각각과 전기적으로 접속된 제2 케이블과 연결되어 상기 발전기, 전압변환부 및 축전지의 제어를 가능케 하는 포터블 제어부를 포함하는 제어유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자이로 스테빌라이져를 이용한 레저 선박의 발전 시스템.
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