KR20160130800A - 영구 자석 동기 모터를 갖춘 리프팅／스키딩 디바이스 - Google Patents

영구 자석 동기 모터를 갖춘 리프팅／스키딩 디바이스 Download PDF

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Abstract

전기 모터(8), 상기 모터(8)에 커플링되는 기어(14) 및 상기 기어(14)에 커플링되는 리프팅/스키딩 기구(7)를 포함하는 리프팅/스키딩 디바이스(1)를 설명하며, 상기 모터(8)는 영구 자석 동기기로서 구체화된다. 게다가, 해양 구조물을 리프팅/스키딩하기 위한 리프팅/스키딩 디바이스(1)의 용도가 개시된다.

Description

영구 자석 동기 모터를 갖춘 리프팅／스키딩 디바이스 {LIFTING/SKIDDING DEVICE WITH A PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은 전기 모터(electric motor), 상기 모터에 커플링되는(coupled) 기어(gear) 및 상기 기어에 커플링되는 리프팅(lifting)/스키딩(skidding) 기구를 포함하는 리프팅/스키딩 디바이스(device)에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 상기 유형의 리프팅/스키딩 디바이스의 용도에 관한 것이다.
상기 제시된 바와 같은 리프팅/스키딩 디바이스 및 용도는 일반적으로 공지되어 있다. 전기 구동식 호이스팅(electrically driven hoisting) 또는 재킹(jacking) 시스템(system)이 일반적으로 대상들을 하강시키고, 리프팅/호이스팅(수직 운동)시키며 그리고/또는 당기거나(pull) 끌기 위해(tow)(수평 운동) 사용된다. 예컨대, 랙(rack) 및 피니언 재킹 드라이브들(pinion jacking drives) 또는 구동식 호이스트 드럼(hoist drum) 둘레에 감겨지는 호이스트 로프들(ropes)이 그러한 이유를 위해 사용될 수 있다. 특히, 고 하중(load)들인 경우에, 비교적 큰 기어비(gear ratio)를 갖는 기어가 피니언 또는 드럼과 표준 유도기(induction machine) 사이의 속도 차이를 메우기 위해(bridge) 사용된다. 종종, 유성 기어(planetary gear)와 평기어(spur gear)의 조합이 소망하는 기어비를 성취하기 위해서 사용된다. 모터 기어 유닛들(units)의 결과적인 치수들 및 중량 뿐만아니라 이들의 형상은, 특히 해양 환경들(offshore environments)에서 불리하다.
이에 따라, 전술된 문제점들을 극복하는 리프팅/스키딩 디바이스를 제공할 필요가 있다.
이러한 필요는, 독립항들에 따른 요지에 의해 충족될 수 있다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 의해 설명된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 서두에 개시된 바와 같은 리프팅/스키딩 디바이스가 제공되며, 여기서, 상기 모터는 영구 자석 동기기(permanent magnet synchronous machine)로서 구체화되며, 상기 모터 및 상기 기어의 출력부(output)는 동축으로 배열되며, 상기 모터 및 상기 기어는 단일 하우징(housing)에 배열되거나 상기 모터/기어는 상기 기어/모터의 하우징에 배열된다.
게다가, 해양 구조물을 리프팅/스키딩하기 위해, 즉, 해양 구조물을 수직 및/또는 수평으로 이동시키기 위한 상기 유형의 리프팅/스키딩 디바이스의 용도가 제공된다.
본 발명의 이러한 양태들은, 영구 자석 동기기(PMSM: permanent magnet synchronous machine)가 저속으로 높은 토크(torque)를 전달하며, 이에 의해 요구되는 기어박스비(gearbox ratio)를 상당히 감소시킨다는 아이디어(idea)를 기반으로 한다. 결국, 이는, 감소된 중량, 크기 및 유용한 형상을 갖는 리프팅/스키딩 디바이스의 컴팩트한(compact) 구조물을 허용하며, 이는 해양 환경(예컨대, 드릴링 리그(drilling rig), 윈드밀 설치선(windmill installation vessel), 호이스트 선박 등))에서 리프팅/스키딩 디바이스들의 사용에 특히 유리하다.
영구 자석 동기 모터는 킬로그램(kilograms) 당 토크 그리고 효율 양자 모두에 있어서 유도기들(induction machines)보다 우수하다. 게다가, 비교적 작은 영구 자석 동기 모터의 사용은, 감소된 회전 질량들(masses), 감소된 기계적 손실들 그리고 결국 개선된 효율 뿐만아니라 감소된 유닛 부품들의 수의 이점을 제공한다. 통상적으로, 별개의 추가 평기어가 대부분의 적용들에서 생략될 수 있다. 영구 자석 동기 모터가 리프팅/스키딩 디바이스의 요구들에 적합하도록 상이한 방식으로 구조화될 수 있음에, 주목해야 한다. 예컨대, 회전자가 고정자의 내측에 배열될 수 있다. 그러나, 회전자는 또한 리프팅/스키딩 디바이스의 구조에 따라 고정자의 외측에 배열될 수 있다.
상기 모터 및 상기 기어의 출력부가 동축으로 배열된다는 사실은 리프팅/스키딩 디바이스의 그리고 결과적인 모터 기어 유닛의 매우 유용한 형상이 얻어질 수 있음을 규정한다.
이러한 맥락에서, 본 발명의 다른 가능한 실시예들에 따르면, 기어 입력부 및 출력부의 동축 어레인지먼트(arrangement)를 실현하기 위해 증명된 디바이스인 유성 기어로서 기어가 구체화된다면 유용하다. 그러나, 평기어의 사용 또한 가능하다.
이러한 맥락에서, 본 발명의 추가의 가능한 실시예들에 따르면, 상기 유성 기어가 상기 모터와 상기 리프팅/스키딩 기구 사이의 유일한 기어라면, 더 유리하다. 이렇게 하여, 결과적인 모터 기어 유닛의 더욱 더 유리한 형상(기본적으로, 원통형 형상)이 얻어질 수 있다.
상기 모터 및 상기 기어가 단일 하우징 내에 배열되거나 상기 모터/기어가 상기 기어/모터의 하우징 내에 배열된다는 사실에 따라, 컴팩트한 모터 기어 유닛이 얻어진다. 게다가, 하우징(들)은 또한, 열전달 몸체로서, 특히 모터와 기어 사이의 열전달 몸체들로서 작용할 수 있다. 이에 따라, 모터 기어 유닛의 가열/냉각은 단지 하나의 히터(heater)/쿨러(cooler)에 의해 성취될 수 있다. 조합된 모터 기어 유닛의 추가의 이점은 감소된 수의 부품들이다. 예컨대, 베어링들(bearings) 및 시일들(seals)이 일반적으로 모터와 기어 양자 모두를 위해 공통으로 사용될 수 있다.
또다른 실시예에 따르면, 상기 모터 및 상기 기어는 공통의 윤활 회로를 포함한다. 이렇게 하여, 기어박스의 윤활유가 모터에 대해 열전달 매체로서 작용한다.
이러한 맥락에서, 리프팅/스키딩 디바이스가 윤활 회로에서 히터를 포함한다면, 특히 유리하다. 이렇게 하여, 윤활유 히터는 모터의 간접식 스탠드스틸 히터(standstill heater)로서 기능한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리프팅/스키딩 기구는 상기 기어에 커플링되는 피니언 및 상기 피니언에 맞물림되는 기어 랙을 포함한다. 예컨대, 플랫폼(platform)이 수개의 리프팅/스키딩 디바이스들의 기어 랙들에 연결될 수 있고 모터를 활성화시킴으로써 각각 수평방향으로 상방 및 하방 이동될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 리프팅/스키딩 기구는 상기 기어에 커플링되는 호이스트 드럼을 포함한다. 예컨대, 상기 호이스트 드럼 둘레에 감겨지는 로프에 연결되는 플랫폼이 모터를 활성화시킴으로써 각각 수평방향으로 상방 및 하방 이동될 수 있다.
일반적으로, 리프팅/스키딩 디바이스, 특히 그의 모터가 토크 제어되며 이것이 작동을 보다 원활하게 하고 기계 부품들의 수명이 더 길어지게 한다면, 유리하다.
본 발명의 실시예들이 상이한 요지들에 관련하여 설명되었음에 주목해야 한다. 그러나, 달리 통지되지 않는 한, 요지의 하나의 유형에 속하는 피처들(features)의 어떠한 조합 이외에도 또한 상이한 요지들에 관한 피처들 사이의 임의의 조합이 본 명세서로 개시되는 것으로서 고려된다는 것을 당업자가 상기 및 하기 설명으로부터 모을 것이다.
본 발명의 상기 규정된 양태들 및 추가 양태들은, 이하 설명될 실시예의 예들로부터 분명해지고 실시예의 예들을 참조하여 설명된다. 본 발명은 실시예의 예들을 참조하여 하기에서 보다 상세히 설명될 것이지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다.
도 1은 랙(rack) 및 피니언 기어(pinion gear)를 갖는 예시적 리프팅(lifting)/스키딩(skidding) 디바이스(device)의 개략적 사면도(oblique view)를 도시한다.
도 2는 모터 기어 유닛(motor gear uni)의 내부 작용들(inner workings)의 분해도를 도시한다.
도 3은 호이스트 드럼(hoist drum)을 갖는 예시적 리프팅/스키딩 디바이스의 개략적 사면도를 도시한다.
도면들의 예시는 개략적이다. 상이한 도면들에서, 유사하거나 동일한 엘리먼트들(elements) 또는 피처들에는 동일한 도면 부호들 또는 처음 숫자(first digit) 내에서만 대응하는 도면 부호들과 상이한 도면 부호들이 제공된다. 불필요한 반복들을 회피하기 위해서, 이전에 설명된 실시예에 대해서 이미 자세히 설명된 엘리먼트들 또는 피처들이 이후의 설명의 위치에서 다시 자세히 설명되지는 않는다.
도 1은 하우징(housing)(3) 및 기어 출력부(gear output)(4)를 갖춘 모터 기어 유닛(motor gear unit)(2)을 포함하는 예시적 리프팅/스키딩 디바이스(1)의 개략적 사면도를 도시한다. 하우징(3)은 원통형이다. 기어 출력부(4)는 모터 기어 유닛(2)의 하우징(3)으로부터 축방향으로 돌출한다. 게다가, 리프팅/스키딩 디바이스(1)는 기어 출력부(4)에 의해서 모터 기어 유닛(2)에 커플링되는(coupled) 피니언(5) 및 상기 피니언(5)에 맞물림되는 기어 랙(6)을 포함한다. 피니언(5) 및 기어 랙(6)은 리프팅/스키딩 기구(7)의 일부이다. 예컨대, 플랫폼(도시 생략)이 수개의 리프팅/스키딩 디바이스들(1)의 기어 랙(6)에 연결될 수 있고 모터 기어 유닛(2)을 활성화시킴으로써 수평방향으로 각각 상방 및 하방 이동될 수 있다. 도 1에서, 피니언(5)이 기어 출력부(4)로부터 제거된다. 그러나, 리프팅/스키딩 디바이스(1)의 작동 상태에서, 피니언(5)은 당연히 기어 출력부(4) 상에 장착된다.
이제, 도 2가 모터 기어 유닛(2)의 내부 작용들의 분해도를 도시한다. 구체적으로, 도 2는 비구동식 단부(non driven end) 상에서 베어링(bearing)(9), 모터 고정자 코어(motor stator core)(10), 모터 회전자(motor rotor)(11), 베어링(12) 및 태양 기어(sun gear)(13)를 포함하는 전기 모터(8)를 도시한다. 게다가, 도 2는 유성 기어들(15), 베어링들(16), 결합된 유성 캐리어 및 베어링(17), 그리고 유성 캐리어(17)에 고정되는 기어 출력부(4)를 포함하는 기어(14)를 도시한다. 상기 기재사항에서, 베어링(12) 및 태양 기어(13)는 모터(8)와 연관된다. 그러나, 베어링(12) 및 태양 기어(13)는 또한 기어(14), 또는 모터(8) 그리고 기어(14) 양자 모두와 연관된다. 추가로, 비구동식 단부 상의 베어링(9)은 또한 생략될 수 있다. 도 2의 어레인지먼트(arrangement)는, 도 1에 도시된 모터 기어 유닛(2)의 하우징(3)내로 그의 작동 상태에서 내장되게 된다.
이에 따라, 도 1 및 도 2는 전기 모터(8), 상기 모터(8)에 커플링되는 기어(14) 및 상기 기어(14)에 커플링되는 리프팅/스키딩 기구(7)를 포함하는 리프팅/스키딩 디바이스(1)를 도시한다. 모터(8)는, 비교적 낮은 속도들로 높은 토크(torque)를 전달하여 이에 의해 표준 유도기(induction machine)를 포함하는 공지된 어레인지먼트들에 대해서 요구되는 기어박스 비(gearbox ratio)를 상당히 감소시키는 영구 자석 동기기(permanent magnet synchronous machine)로서 구체화된다. 게다가, 영구 자석 동기 모터(8)는 효율에 있어서 유도기들보다 우수하다.
도 1 및 도 2에 도시된 예에서, 상기 기어(14)의 출력부(4) 및 모터(8)는 동축으로 배열된다. 이는, 유성 기어(14)를 사용함으로써 성취된다. 이러한 예에서, 유성 기어(14)는 상기 모터(8)와 상기 리프팅/스키딩 기구(7) 사이의 유일한 기어이다. 유성 기어는 또한 추가의 감속단들(reduction stages)을 가질 수 있다. 마지막으로, 경우에 따라, 다른 추가 기어들, 예컨대 평 기어(spur gear)들이 사용될 수 있다.
영구 자석 동기 모터(8)는 리프팅/스키딩 디바이스(1)의 컴팩트한(compact) 구조를 허용한다. 이는 비교적 적은 부품들로 구성되며, 기어박스의 구조의 일부로서 자체적으로 통합될 수 있다. 따라서, 상기 모터(8) 및 상기 기어(14)는 도 1 및 도 2에 도시된 예에서 단일 하우징(3)에 배열된다. 그러나, 전용 하우징을 갖는 모터(8)가 또한 상기 기어(14)의 하우징에 배열될 수 있거나 이와 반대일 수 있다. 일반적으로, 기어(14)의 하우징은 제시되는 컴팩트한 설계에서 모터(8)를 위한 열전달 몸체(heat transfer body)로서 작용한다.
유리한 실시예에서, 리프팅/스키딩 디바이스(1)는 상기 모터(8) 및 상기 기어(14)를 위한 공통의 윤활 회로(common lubrication circuit)를 포함한다. 이렇게 하여, 기어박스의 윤활유(lubrication oil)가 모터(8)에 대해 열전달 매체로서 작용한다. 이러한 맥락에서는, 리프팅/스키딩 디바이스(1)가 상기 윤활 회로에서 히터(heater)를 포함한다면, 특히 유리하다. 이렇게 하여, 윤활유 히터는 모터(8)의 간접식 스탠드스틸 히터(standstill heater)로서 기능한다.
상기 개시된 예에서, 리프팅/스키딩 기구(7)는 기어(14)에 커플링되는 피니언(5) 및 상기 피니언(5)에 맞물림되는 기어 랙(6)을 포함한다. 그러나, 이는, 리프팅/스키딩 기구(7)를 위한 유일한 가능성은 아니다. 리프팅/스키딩 기구(7)는 또한, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 기어(14)에 커플링되는 호이스트 드럼(hoist drum)을 포함할 수 있다. 이후, 호이스트 드럼(18) 둘레에 감겨지는 호이스트 로프(hoist rope)(19)가 대상들을 이동시키기 위해서 사용될 수 있다.
리프팅/스키딩 디바이스(1)를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 적용들에서, 리프팅/스키딩 디바이스(1)는 해양 구조물(offshore construction)(예컨대, 드릴링 리그(drilling rig), 윈드밀 설치선(windmill installation vessel), 호이스트 선박 등)을 리프팅/스키딩하기 위해서 사용될 수 있다. 제시된 리프팅/스키딩 디바이스(1)의 감소된 크기 및 중량 뿐만 아니라 그의 유용한 형상도 제시된 리프팅/스키딩 디바이스(1)를 해양 환경들에서 특히 유용하게 만든다.
유리하게는, 리프팅/스키딩 디바이스(1)는 토크 제어되며, 이는 작동을 보다 원할하게 하고 기계 부품들의 수명이 더 길어지게 한다.
일반적으로, 영구 자석 동기 모터(8)의 사용은, 감소된 크기 및 중량, 유용한 형상, 감소된 기계적 손실들 그리고 결국 개선된 효율, 감소된 부품들의 수, 특히, 추가의 평기어들이 생략될 수 있는 경우, 감소된 회전 질량들을 제공한다.
마지막으로, 용어 "포함하는"은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하는 것이 아니며 단수형 표현들의 사용은 복수형을 배제하는 것이 아님에 유의해야 한다. 또한, 상이한 실시예들과 관련하여 설명된 엘리먼트들이 조합될 수 있다. 또한, 청구항들에서의 도면 부호들은 청구항들의 범주를 제한하는 것으로서 이해되어서는 안됨에 유의해야 한다.

Claims (8)

  1. 리프팅(lifting)/스키딩(skidding) 디바이스(device)(1)로서,
    전기 모터(electric motor)(8), 상기 전기 모터(8)에 커플링되는(coupled) 기어(gear)(14), 및 상기 기어(14)에 커플링되는 리프팅/스키딩 기구(7)를 포함하며,
    상기 모터(8)는, 영구 자석 동기기(permanent magnet synchronous machine)로서 구체화되며, 상기 모터(8) 및 상기 기어(14)의 출력부(4)는 동축으로 배열되며, 상기 모터(8) 및 상기 기어(14)는 단일 하우징(housing)(3)에 배열되거나 상기 모터(8)/기어(14)는 상기 기어(14)/모터(8)의 하우징에 배열되는,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어(14)는 유성 기어(planetary gear)로서 구체화되는,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유성 기어(14)는 상기 모터(8)와 상기 리프팅/스키딩 기구(7) 사이의 유일한 기어인,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터(8) 및 상기 기어(14)는 공통의 윤활 회로(lubrication circuit)를 포함하는,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 윤활 회로에 히터(heater)를 포함하는,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프팅/스키딩 기구(7)는 상기 기어(14)에 커플링되는 피니언(pinion)(5) 및 상기 피니언(5)에 맞물림되는 기어 랙(rack)(6)을 포함하는,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프팅/스키딩 기구(7)는 상기 기어(14)에 커플링되는 호이스트 드럼(hoist drum)(18)을 포함하는,
    리프팅/스키딩 디바이스.
  8. 해양 구조물을 리프팅/스키딩하기 위한 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 리프팅/스키딩 디바이스의 용도.
KR1020167027279A 2014-03-04 2014-11-24 영구 자석 동기 모터를 갖춘 리프팅／스키딩 디바이스 KR20160130800A (ko)

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