KR20210045848A - 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기 - Google Patents

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KR20210045848A
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vibration compensator
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박진훈
예석희
곽동희
성상경
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대우조선해양 주식회사
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    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

본 발명은 선박의 주기관에 적용 가능한 진동보상기에 있어서: 양측의 지지대(24) 사이에 스프링(22)을 개재하여 직선이동 가능하게 장착되는 질량체(20); 상기 철심체(30)의 내부에 동심으로 수용되는 철심체(30); 상기 철심체(30)의 중심에 노출된 상태로 결합되는 영구자석(40); 및 상기 영구자석(40)과 대향하도록 지지대(24) 상에 환형으로 결합되는 코일(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박의 엔진룸에서 주기관의 진동을 상쇠시킴에 있어 전자기력과 진동체를 기반으로 하여 마찰되는 부품이 없어 기계파손과 내구성 약화를 방지하고 작동 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.

Description

선박 주기관의 직선이동형 진동보상기 {Liner motion type vibration compensator for marine main engine}
본 발명은 선박의 진동보상기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 메인 엔진에서 발생하는 진동에 대응하기 위한 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기에 관한 것이다.
통상적으로 진동보상기는 진동원인 엔진 등의 회전 구조물에서 발생하는 진동 문제를 해소하기 위해, 진동의 역방향으로 힘을 발생하여 진동을 감쇄하는 힘을 인가한다. 선박에 탑재되는 보편적인 진동보상기는 편심질량의 회전 운동으로 발생시켜 주기관의 횡진동 및 종진동을 상쇠시킨다. 이러한 방식은 편심질량의 회전 운동으로 발생한 힘을 이용하기 때문에 전체적으로 부품 개수가 많고 기계적 운동으로 부품의 마모 및 파손에 취약하다.
이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제0322833호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1719192호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 중공의 외회전축 및 외회전축과 동심이며 외회전축의 내부에 위치하고 상기 외회전축에 대하여 상대적으로 회전가능한 내회전축으로 이루어진 복합회전축 2개가 하우징 내에 축회전 가능하도록 서로 평행하게 설치되어 있는 구조를 제안한다. 이에, 차지하는 공간이 매우 적고, 불균형 모멘트의 발생이 없으며, 용이하게 조화합력을 조절하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 기진원의 진동에 대응하여 웨이트의 각도를 변동하는 진동보상기; 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 능동가진기; 및 능동가진기의 공동으로 유동되는 유체의 양을 변동하는 제어수단;을 포함한다. 이에, 유체의 유동을 기반으로 가진력 조절이 용이하여 진동감소 유지의 실효성을 높이는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 적어도 부분적으로 회전 운동에 의존하므로 마모 저감에 의한 내구성 증대의 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록특허공보 제0322833호 "진동보상장치" (공개일자 : 1999.11.05.) 한국 등록특허공보 제1719192호 "가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치" (공개일자 : 2016.08.22.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박의 엔진룸에서 전자기력과 진동체를 이용하여 주기관의 진동을 상쇠시키기 위한 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선박의 주기관에 적용 가능한 진동보상기에 있어서: 양측의 지지대 사이에 스프링을 개재하여 직선이동 가능하게 장착되는 질량체; 상기 철심체의 내부에 동심으로 수용되는 철심체; 상기 철심체의 중심에 노출된 상태로 결합되는 영구자석; 및 상기 영구자석과 대향하도록 지지대 상에 환형으로 결합되는 코일;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 질량체는 질량의 증감이 가능하도록 다분할 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 철심체는 외측의 통형부 및 중심의 봉형부를 판형부로 연결한 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 영구자석은 철심체의 봉형부에 위치 변동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 지지대는 스프링의 탄성력을 변동하도록 조절부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박의 엔진룸에서 주기관의 진동을 상쇠시킴에 있어 전자기력과 진동체를 기반으로 하여 마찰되는 부품이 없어 기계파손과 내구성 약화를 방지하고 작동 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진동보상기를 설치 상태로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 진동보상기의 주요 구성을 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 진동보상기의 작동 상태를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 선박의 주기관에 적용 가능한 진동보상기에 관하여 제안한다.
도 1을 참조하면, 선박의 엔진룸에서 플랫폼(10) 상에 주기관(12)이 설치된 상태를 예시한다. 본 발명은 선박의 주기관(12)에 적용 가능한 진동보상기를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 진동보상기는 주기관(12)의 대략 중앙 부분에 배치하고 커버판(15)을 이용하여 부분적으로 은폐한다.
본 발명에 따르면 질량체(20)가 양측의 지지대(24) 사이에 스프링(22)을 개재하여 직선이동 가능하게 장착되는 구조이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 질량체(20)는 대략 사각형 단면의 육면체로 형성한다. 질량체(20)의 질량은 주기관(12)의 출력, 크기와 같은 내부적 요인 외에 선체구조 및 운항조건과 같은 외부적 요인을 고려하여 결정한다. 직선이동 가능한 질량체(20)에서 슬라이딩 접촉되는 저면은 미끄럼 마찰저항을 줄이도록 테프론 수지층을 부가하는 것이 좋다.
한편, 커버판(15)은 수직판 외에 바닥판을 포함하여 구성할 수 있다. 커버판(15)의 바닥판은 질량체(20)의 직선이동 마찰저항을 줄이도록 구성한다. 일예로 커버판(15)의 일부에 테프론 수지층 또는 롤러를 부가할 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 질량체(20)는 질량의 증감이 가능하도록 다분할 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 질량체(20)의 내부가 드러나도록 입체적으로 절단하여 나타내고 있다. 질량체(20)는 내부에 원형단면의 중공을 갖추고 있으며 다분할에 의한 조립 구조를 적용할 수 있다. 주기관(12)을 비롯한 가진원의 진동 조건이 변동되는 경우 다분할된 질량체(20)에서 부분적으로 질량을 감하거나 더할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 철심체(30)가 상기 철심체(30)의 내부에 동심으로 수용되는 구조를 이루고 있다.
도 2에서, 철심체(30)가 질량체(20)의 내부 중공에 동심으로 장착된 상태를 예시한다. 철심체(30)는 높은 투자율을 갖는 강자성체 소재로 형성한다. 후술하는 영구자석(40) 및 코일(50)의 연계로 유발되는 자기장이 그 이동 경로를 형성하는 철심체(30)를 통하여 강화된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 철심체(30)는 외측의 통형부(32) 및 중심의 봉형부(34)를 판형부(36)로 연결한 구조인 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 철심체(30)를 구성하는 통형부(32), 봉형부(34), 판형부(36)가 나타난다. 통형부(32)와 봉형부(34)가 동심으로 배치되고 그 사이에 원판 구조의 판형부(36)가 연결된다. 통형부(32), 봉형부(34), 판형부(36)는 일체로 형성되어 질량체(20)의 중공에 긴밀하게 결합된다.
또한, 본 발명에 따르면 영구자석(40)이 상기 철심체(30)의 중심에 노출된 상태로 결합되는 구조이다.
도 3에서, 철심체(30)에서 판형부(36)의 양단으로 돌출된 봉형부(34) 상에 영구자석(40)이 장착된 상태를 나타낸다. 영구자석(40)은 중공 구조로 형성하여 봉형부(34)에 착탈 가능하게 결합한다. 질량체(20)가 양측 지지대(24) 사이에서 직선이동하는 과정에서 영구자석(40)도 질량체(20)의 모션에 연동한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 영구자석(40)은 철심체(30)의 봉형부(34)에 위치 변동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
도시에는 생략하나, 영구자석(40)은 철심체(30)의 봉형부(34) 상에서 판형부(36)와 이격되는 거리 및 전체 길이를 변동하도록 설치 가능하다. 예컨대, 영구자석(40)을 다분할 구조로 형성하고 자력이 없는 스페이서를 부가하면 이격 거리 및 전체 길이를 변동할 수 있다. 이는 전술한 질량체(20)의 질량 변동과 더불어 가진원의 진동 특성 변화에 대응하기 위함이다.
또한, 본 발명에 따르면 코일(50)이 상기 영구자석(40)과 대향하도록 지지대(24) 상에 환형으로 결합되는 구조를 이룬다.
도 3에서, 코일(50)이 원통형 구조로 형성되어 양측의 지지대(24) 상에 각각 고정된 상태를 예시한다. 일측 코일(50)은 일측 봉형부(34) 및 영구자석(40)에 대응하고, 타측 코일(50)은 타측 봉형부(34) 및 영구자석(40)에 대응한다. 양측의 영구자석(40)이 질량체(20)의 직선이동과 연동하여 양측의 코일(50) 내부로 번갈아 출입하면서 유도전류가 발생한다.
작동에 있어서, 본 발명의 진동보상기는 영구자석(40)과 철심체(30)로 자기장을 형성시키고, 직선이동하는 코일(50)을 이용하여 교류전류를 발생시킨다. 이에 따라, 코일(50)의 하전입자에 자기장에 연계한 로렌츠 힘을 발생시켜 질량체(20), 코일(50), 스프링(22)을 진동시켜 주기관(12)의 진동을 감쇠시킨다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 지지대(24)는 스프링(22)의 탄성력을 변동하도록 조절부(26)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 지지대(24) 상에서 스프링(22)에 대향하는 위치에 조절부(26)가 장착된 상태를 나타낸다. 조절부(26)의 일예로 스프링(22)의 수량을 증감하는 방식을 적용할 수 있다. 조절부(26)의 다른 예로 스프링(22)의 초기 탄성력을 변동하는 방식을 적용할 수 있다. 어느 경우에나 전술한 질량체(20)의 질량 증감, 영구자석(40)의 위치 변동과 더불어 가진원의 진동 특성 변화에 대응하기 용이하다.
한편, 도시에는 생략하나, 본 발명은 질량체(20), 철심체(30), 영구자석(40), 코일(50)을 수직으로 배치하는 것도 가능하다. 물론 전술한 수평 배치와 수직 배치를 병용할 수도 있다.
어느 경우에나 본 발명의 진동보상기에 의하면 부품 개수가 적고, 기계적 마모가 적어 작동 신뢰성이 뛰어나다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 플랫폼 12: 주기관
15: 커버판 20: 질량체
22: 스프링 24: 지지대
26: 조절부 30: 철심체
32: 통형부 34: 봉형부
36: 판형부 40: 영구자석
50: 코일

Claims (5)

  1. 선박의 주기관에 적용 가능한 진동보상기에 있어서:
    양측의 지지대(24) 사이에 스프링(22)을 개재하여 직선이동 가능하게 장착되는 질량체(20);
    상기 철심체(30)의 내부에 동심으로 수용되는 철심체(30);
    상기 철심체(30)의 중심에 노출된 상태로 결합되는 영구자석(40); 및
    상기 영구자석(40)과 대향하도록 지지대(24) 상에 환형으로 결합되는 코일(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 질량체(20)는 질량의 증감이 가능하도록 다분할 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 철심체(30)는 외측의 통형부(32) 및 중심의 봉형부(34)를 판형부(36)로 연결한 구조인 것을 특징으로 하는 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 영구자석(40)은 철심체(30)의 봉형부(34)에 위치 변동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지대(24)는 스프링(22)의 탄성력을 변동하도록 조절부(26)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 주기관의 직선이동형 진동보상기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100322833B1 (ko) 1999-07-29 2002-02-09 황해웅 진동보상장치
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