KR20230036134A

KR20230036134A - 선박의 롤 안정화를 위한 디바이스

Info

Publication number: KR20230036134A
Application number: KR1020237004503A
Authority: KR
Inventors: 더크 바겐데; 사샤 코르테마이어; 크리스토퍼 슈내켈; 홀거 스파델
Original assignee: 에스케이에프 마린 게엠베하
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-03-14
Also published as: EP4182220A1; WO2022013014A1; JP2023533523A; AU2021307073A1; DE102020208770A1; US20230264792A1; CN115803255A

Abstract

본 발명은, 움직이고 있는 상태에서, 정박 상태에서 또는 속도가 0인 상태에서 선박의 롤-안정화(roll-stabilization)를 위한, 및/또는 선박의 진로에 영향을 주기 위한 디바이스에 관한 것으로서, 디바이스는 가이드 핀이 배치된 핀-캐링(carrying) 샤프트를 포함하고, 핀-캐링 샤프트는 수중에서 가이드 핀의 실제 받음각을 변경하기 위한 전자기계식 구동 유닛에 의해 구동 가능하며, 구동 유닛은 베이스(base)를 사용하여 선체(hull)에 배치된다. 본 발명에 따르면, 전자기계식 구동 유닛은 감속 편심 트랜스미션을 사용하여 핀-캐링 샤프트를 구동하는 동기식 모터로 구성되는 것이 제공된다. 따라서 디바이스는 설치 공간 요구사항이 크게 줄어들고 약간의 작동 소음만 발생하며 최적으로 전자적으로 조절이 가능하다.

Description

선박의 롤 안정화를 위한 디바이스

본 발명은, 움직이고 있는 상태에서, 정박 상태에서 또는 속도가 0인 상태에서 선박의 롤-안정화(roll-stabilization)를 위한, 및/또는 선박의 진로에 영향을 주기 위한 디바이스에 관한 것으로서, 상기 디바이스는 가이드 핀이 배치된 핀-캐링(carrying) 샤프트를 포함하고, 핀-캐링 샤프트는 수중에서 가이드 핀의 실제 받음각을 변경하기 위한 전자기계식 구동 유닛에 의해 구동 가능하며, 구동 유닛은 베이스(base)를 사용하여 선체(hull)에 배치된다.

종래 기술에서 여객선, 대형 요트, 플로팅 폰툰 등을 위한 핀 안정기(fin stabilizer)가 다양한 변형으로 알려져 있다. 여기서는 일반적으로 사각형 핀 형상이 사용된다. 사각형 핀 유형의 경우, 선박의 정박 또는 제로 속도에서 롤-안정화를 위해 유체역학적으로 효과적인 핀 표면을 최적화하기 위해 핀 샤프트를 프론트 핀 에지에 최대한 근접하게 배열하는 것이 좋다.

선박의 자동 안티-롤-안정화 시스템이 EP 2 172 394 B9에 알려져 있다. 정박 중인 선박의 롤링 운동을 안정화하기 위한 이전에 알려진 상기 시스템은, 그 중에서도, 축을 중심으로 회전할 수 있으며 선박 선체의 종방향 연장부에 횡방향으로 부착된 안정화 핀을 포함한다. 안정화 핀은 유체역학적 양력을 생성하기 위해 선체에 대해 상대 운동을 갖는 수류에 의해 작동 시 충돌하는 유체역학적 프로파일을 갖는다. 또한 상기 시스템은, 언급된 축에 대한 안정화 핀의 회전을 행하도록 구성된 액추에이터 조립체를 포함하고, 액추에이터 조립체는 선박의 롤 신호에 의존하는 방식으로 조절 시스템에 의해 조절 가능하다. 이를 위해 조절 시스템은 롤 신호를 생성하기 위한 센서 수단을 포함한다. 안정화 핀의 각 위치를 조절하도록, 조절 시스템은 인코더와 결합된다. 또한 조절 시스템은, 센서 수단에 의해 제공되는 롤 신호를 처리하도록 구성된 마이크로프로세서 조절 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 전기 모터를 제어하는 역할을 한다. 액추에이터 조립체는 유성 기어 감속 트랜스미션을 거쳐 안정화 핀에 연결되는 전기 모터를 포함하며, 감속 트랜스미션의 입력 샤프트는 전기 모터의 출력 샤프트에 부착되고, 감속 트랜스미션의 출력 샤프트는 안정화 핀을 지지하는 샤프트에 대해 부착되며, 인코더는 전기 모터와 결합된다.

본 발명의 일 목적은, 최적의 조절 능력으로 감소된 작동 소음 및 감소된 설치 공간 요구사항을 갖는 선박의 진로에 영향을 미치거나/미치고 롤-안정화를 위한 디바이스를 특정하여 제시하는 것이다.

위에서 언급한 목적은, 감속 편심 트랜스미션을 사용하여 핀-캐링 샤프트를 구동하는 동기식 모터로 형성된 전자기계식 구동 유닛에 의해 달성된다. 전자기계식 구동 유닛으로 인해, 선박의 롤-안정화를 위해 공간적으로 압밀(compact)하고 비용 효율적이며 소음이 적은 디바이스를 고효율로 실현할 수 있다. 기존의 전자-유압 드라이브와 비교할 때, 이 디바이스에는 복잡한 배관이 필요하지 않으므로, 설치 및 유지 보수의 수고가 줄어든다. 이 디바이스는 소량의 오일로 작동할 수 있으며, 토크 발생 시 횡력이 발생하지 않는다. 나아가, 전자기계식 구동 디바이스는 우월한 방식으로 전자적으로 조절 가능하다. 선박 선체에 연결되는, 디바이스의 베이스는 더 낮은 제조 정밀도를 요구하며, 특히 맞춤 볼트가 더 이상 요구되지 않는다. 일반적으로 공기 냉각 대신 수냉이 필요하다. 동기식 모터의 수냉으로 인해, 공냉식에 비해 훨씬 적은 소음 레벨 및 컴팩트한 설계가 달성된다.

편심 트랜스미션은 바람직하게 180°만큼 서로에 대해 원주방향으로 오프셋된 2개의 톱니 바퀴를 포함하는 것이 바람직하다. 그 결과, 소음 방출이 최소화되고 동시에 높은 토크 전달 용량이 발생하여 최적의 스무드한 운용 특성이 발생한다. 또한, 편심 트랜스미션의 거의 완전한 간극 부재는 서로에 대해 톱니 바퀴의 약간의 원주방향 회전에 의해 달성될 수 있다.

기술적으로 유리한 하나의 설계에서, 동기식 모터의 로터 샤프트는 커플링이 통합되는 중공 샤프트로서 적어도 부분적으로 구성된다. 따라서 매우 공간 절약적인 설계가 제공된다. 커플링은 또한 선박의 선체에 통합될 뿐만 아니라 디바이스의 문제 없는 조립을 가능하게 하고 유지 보수를 단순화한다.

동기식 모터의 로터 샤프트는 바람직하게는 잠금 디바이스와 연관된다. 그 결과, 디바이스는 예를 들어 사용하지 않거나 휴지 상태일 때 규정된 위치에 기계적으로 유지될 수 있다.

보다 더 유리한 설계의 경우에, 동기식 모터는 제어 및/또는 조절 디바이스에 의해 제어되는 파워 일렉트로닉스에 의해 제어된다. 따라서 예를 들어 4사분면 운전(four-quadrant operation)에서 동기식 모터의 포괄적 회전 속도 및 토크 조절이 가능하다. 최적의 조절 능력을 보장하도록, 동기식 모터는 영구 여자식 동기 기계로서 또는 소위 브러시리스 직류 모터("브러시리스 DC 모터")로서 구성되는 것이 바람직하다.

양호한 개선의 경우, 동기식 모터는 로터 위치 각도를 결정하는 로터 위치 센서, 및 로터 샤프트의 회전수를 결정하는 회전 속도 센서를 포함한 적어도 하나의 모터 센서를 포함한다. 따라서 동기식 모터의 조절이 더욱 최적화될 수 있다.

핀-캐링 샤프트의 실제 각도는, 바람직하게, 이와 연관된 회전 각도 센서를 사용하여 직접 검출 가능하며, 여기서 회전 각도 센서는 핀-캐링 샤프트의 적어도 하나의 완전한 회전을 검출하도록 구성된다. 따라서 유입수에 대한 핀-캐링 샤프트의 받음각은, 동기식 모터의 로터 위치와 무관하게, 높은 정밀도로 직접 검출할 수 있다. 따라서 동기식 모터의 로터 샤프트와 핀-캐링 샤프트 사이의 가능한 원주방향 오프셋 또는 약간의 비틀림을 인식할 수 있다.

하나의 개선에서 로터 위치 센서 및/또는 회전 각도 센서는 각각 절대 센서로서 구현되는 것이 바람직하다. 증분 로터 위치 센서 및 증분 회전 각도 센서와 비교할 때, 예를 들어 정전 후 또는 긴 작동 시간 후 정의된 위치로 센서를 보정하는 작업이 필요하지 않다. 또한, 있을 수 있는 측정 부정확성의 축적이 회피된다.

가이드 핀의 목표 받음각은, 바람직하게, 제어 및/또는 조절 디바이스를 사용하여 로터 위치 각도에 기초하여 계산될 수 있다. 따라서, 편심 트랜스미션의 감속비를 알면 회전각 센서와 독립적인 가이드 핀의 위치 검출이 가능하다.

회전각 센서에 의해 계산된 실제 받음각과 계산된 목표 받음각 사이의 편차가 과다한 경우에, 바람직하게는, 액션(action), 특히 경고 신호, 재교정(recalibration) 등이 제어 및/또는 조절 디바이스 및/또는 조절 디바이스의 도움으로 트리거될 수 있다. 따라서 가이드 핀의 위치 조절의 정확도가 서비스 수명 동안 더욱 최적화되고 유지될 수 있다.

기술적으로 유리한 하나의 설계의 경우, 동기식 모터의 로터 샤프트, 편심 트랜스미션의 입력 샤프트, 편심 트랜스미션의 출력 샤프트, 및 핀-캐링 샤프트는 본질적으로 서로 정렬되어 연장된다. 그에 따라 최적의 스무드한 작동 특성을 동시에 갖는 최적의 기계적 효율이 얻어진다.

디바이스의 하나의 기술적 개선에서, 디바이스는 선박의 코스 영향이 러더 블레이드 방식으로 실현될 수 있도록 선박의 선체에 배치되는 것이 제공된다. 따라서 디바이스의 추가 기능이 제공된다. 예를 들어, 적어도 하나의 디바이스가 선박의 선미 영역에 배치될 수 있으며, 가이드 핀을 포함하는 핀-캐링 샤프트가 선체의 종방향 축에 본질적으로 수직하게 러더 또는 러더 블레이드의 방식으로 배향되고, 그리고 동시에 여기서 중력의 방향으로 또는 수면을 향하여 배향된다. 핀 안정기로서 사용하는 경우, 디바이스 또는 가이드 핀은 대조적으로 선박의 선체에 본질적으로 수면에 평행하게 또는 이에 대해 약간의 각도로 배치된다. 핀 안정기로서 사용함에 있어서, 적어도 2개의 디바이스가 선박의 선체의 종축에 대해 또는 선박의 선체의 우현측 및 좌현측에 대해 서로 대칭적으로 쌍으로 배치된다. 대조적으로, 러더 블레이드는 적어도 하나의 디바이스로 구현될 수 있다. 또한 디바이스를 선박의 진로에 영향을 주기 위한 러더 또는 러더 블레이드로서 사용하는 경우, 물에서 선박 선체의 롤링 운동에 대해서 특정한 안정화 효과가 달성될 수 있다.

이하 개략도를 참조하여, 본 발명의 바람직한 예시적인 실시형태를 보다 상세히 설명한다.
도 1은, 배의 핀 안정기로서 예시적으로 구성된 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 2는, 도 1의 핀 안정기를 상방에서 비스듬히 본 사시도이다.
도 3은, 도 2의 핀 안정기의 부분 종단면도를 도시한다.
도 4는, 핀 안정기의 전자기계 구동 유닛의 확대 사시도를 도시한다.

도 1은, 배의 핀 안정기로서 예시적으로 구성된 디바이스의 블록도를 도시한다. 움직이고 있는 중에, 정박 중에 또는 물을 통과하는 속도가 0일 때, 여기에 도시되지 않은, 선박의 롤-안정화를 위한, 및/또는 선박의 진로에 영향을 미치기 위한 디바이스(100)는 여기서 핀 안정기(102)로서만 예시적으로 구현된다. 또한, 디바이스(100)를 선박의 선체에 배치하여 선박의 진로에도 영향을 미치도록 하는 것이 가능하며, 따라서 디바이스는 종래의 러더 블레이드의 기능을 맡는다. 이 구성은 도면에 묘사되어 있지 않다.

디바이스(100) 또는 핀 안정기(102)는, 그 중에서도 선박의 롤링 운동의 우선적인 감쇠를 위해 가이드 핀(112) 또는 안정화 핀이 부착되는 피벗 가능한 핀-캐링 샤프트(110)를 포함한다. 핀-캐링 샤프트(110)는 바람직하게 배로 구성된 선박의 선체의 종방향 축(여기에는 마찬가지로 도시되지 않음)에 본질적으로 평행하게 배향되며, 핀 안정기(102)의 휴지 상태 또는 비활성 상태에서 가이드 핀(112)은 본질적으로 수면에 평행하게 연장된다(참조, 도 2; 참조 번호 222). 가이드 핀(112)의 실제 받음각(α)을 변경하기 위해, 핀-캐링 샤프트(110)는 전자기계 구동 유닛(120)을 사용하여 상응하게 선회 가능하다.

전자기계 구동 유닛(120)은, 그 중에서도 고속 감속 방식으로 작동하는 편심 트랜스미션(130)을 사용하여 핀-캐링 샤프트(110)를 회전 구동하는 동기식 모터(126)를 포함한다. 편심 트랜스미션(130)은 바람직하게 서로에 대해 180°만큼 원주방향으로 오프셋된 2개의 톱니형 휠(132, 134)을 포함하고, 이에 의해 유격(play)으로부터 광범위한 자유가 보장된다. 종래의 인벌류트 치형으로 작동하는 편심 트랜스미션(130)의 상세한 구조 설계는 전자기계 구동 기술 분야에서 활동하는 전문가에게 충분히 친숙하므로, 설명의 간결함과 명료함을 위해 이 시점에서는 편심 트랜스미션(130)에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 또한 동기식 모터(126)는, 로터 샤프트(136)와 입력 샤프트(140)가 함께 회전하도록, 편심 트랜스미션(130)의 입력 샤프트(140)에 작동 시 해제될 수 없는 커플링(138)을 통해 연결되는 로터 샤프트(136)를 포함한다. 편심 트랜스미션(130)은 천천히 회전하는 출력 샤프트(142)에 의해 가이드 핀(112)을 포함하는 핀-캐링 샤프트(110)를 구동하여 실제 받음각(α)이 0°에서 360°를 포함한 범위에서 선회 가능하도록 한다. 로터 샤프트(136)는 잠금 디바이스(146)와 추가로 연관되며, 이를 사용하여 로터 샤프트(136)는 일시적으로 잠글 수 있으므로, 예를 들어 핀 안정기(102)가 비활성일 때 가이드 핀(112)은 고정 가능하거나 적절한 선회 위치에 유지되어 가능한 가장 낮은 흐름 저항으로 주변 물에 저항한다. 동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136)는 바람직하게 커플링(138)이 공간 절약 방식으로 통합되는 중공 샤프트(150)로서 적어도 부분적으로 구현된다. 이를 위해 중공 샤프트(150)는 적어도 부분적으로 동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136)를 동축으로 둘러싼다. 그 결과, 전자기계 구동 유닛(120)의 축방향 설치 공간 요구사항의 상당한 감소가 가능하다.

동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136), 편심 트랜스미션(130)의 입력 샤프트(140), 편심 트랜스미션(130)의 출력 샤프트(142) 및 핀-캐링 샤프트(110)는 본질적으로 서로에 대해 정렬되어 배향되며, 이는 작은 설치 공간 요구사항과 함께 높은 에너지 효율을 제공한다.

동기식 모터(126)는 배 또는 선박의 전기 시스템(162)으로부터 공급되는 파워 일렉트로닉스(160)에 의해 제어된다. 전기 시스템(162)은 여기에서 단지 예시적으로 뉴트럴 전도체를 갖는 3상, 3상 네트워크로서 구현된다. 가능한 보호 전도체는 묘사되지 않는다. 파워 일렉트로닉스(160)는 강력한 디지털 전자 제어 및/또는 조절 디바이스(166)에 의해 포괄적으로 제어되거나 구동된다. 예를 들어, 위치 센서(170)를 사용하여, 선박 또는 배의 이동 또는 회전률뿐만 아니라 공간적 위치를 모든 세 공간 방향에서 완전히 캡처할 수 있다. 따라서 배의 선체의 모든 롤, 피치 및 요 운동을 측정할 수 있다. 간략화를 위해, 위치 센서(170)는 롤 센서(172)로서 구현될 수 있어서, 적어도 선박 선체의 롤링 운동이 제어 및/또는 조절 디바이스(160)에 의해 획득될 수 있다.

동기식 모터(126)는 또한, 로터 샤프트(136)에 커플링된 모터 센서(176)를 포함하고, 모터 센서(176)는 적어도 하나의 로터 위치 센서(178) 및 적어도 하나의 회전 속도 센서(180)를 포함한다. 로터 위치 센서(178)의 도움으로, 동기식 모터(126)의 로터 위치 각도(φ)가 결정될 수 있으므로, 동기식 모터(126)의 스테이터 또는 로터 권선이 시차(staggered) 기반으로 상응하게 제어 가능하거나 활성화될 수 있다. 또한 회전 속도 센서(180)는, 로터 샤프트(136)에 의해 수행되는 회전수(n)의 적어도 하나의 기록을 허용한다. 또한, 핀-캐링 샤프트(110)의, 그리고 따라서 수중에서 가이드 핀(112)의 현재의 실제 받음각(α)이, 즉, 동기식 모터(126)의 로터 위치와 무관하게, 회전 각도 센서(186)를 사용하여 제어 및/또는 조절 디바이스(166)에 의해 높은 정확도로 직접 검출 가능하다. 핀-캐링 샤프트(110) 상의 회전 각도 센서(186)는 바람직하게는 핀-캐링 샤프트(110)의 적어도 하나의 완전한 회전을 기록하도록 구성된다. 이에 따라 유입수에 대한 핀-캐링 샤프트(110)의 현재의 실제 받음각(α)은, 제어 및/또는 조절 디바이스(166)로부터 높은 정확도로 그리고 동기식 모터의 로터 위치와 무관하게 직접 획득할 수 있다. 동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136)와 핀-캐링 샤프트(110) 사이의 가능한 원주방향 오프셋 또는 약간의 비틀림은 제어 및/또는 조절 디바이스(166)에 의해 제어되는 파워 일렉트로닉스(160)를 사용하여 동기식 모터(126)의 적절한 제어에 의해 검출 가능 및 보상 가능하며, 이는 배의 최적의 롤 안정화를 가져온다.

로터 위치 센서(178)와 회전각 센서(186)는 각각, 바람직하게 소위 고정밀도의 절대 센서로서 구현되어, 그 중에서 축적된 측정 부정확성으로 인한 재교정 또는 정전 후의 재교정이 불필요하다.

또한 제어 및/또는 조절 디바이스(166)는, 측정된 로터 위치 각도 φ에 기초하여, 배의 최적의 롤-안정화를 위해 지정될 가이드 핀(112)의 목표 받음각(β)을 결정하도록 구성되어, 파워 일렉트로닉스(160)에 의해 제어되는 동기식 모터(126)를 사용하여, 가이드 핀(112)의 핀-캐링 샤프트(110)는 개재된 편심 트랜스미션(100)을 통해 상응하게 회전될 수 있다. 이러한 조절 프로세스는 바람직하게 물에서 배의 공간적 위치에 대해, 위치 센서(170)에 의해 공급되는 측정값을 동시에 고려하여 수행된다. 계산된 목표 받음각(β)과 회전 센서(186)의 회전 각도를 사용하여 측정된 실제 받음각(α) 사이의 편차가 너무 큰 경우에, 제어 및/또는 조절 디바이스(110)는 제어 및/또는 조절 디바이스(166)에 의해 예를 들어 경고 신호, 핀 안정기(102)의 재교정 등의 형태로 액션(192)을 트리거하도록 추가로 구성된다.

제어 및/또는 조절 디바이스(166)는, 적어도 주기적인 롤링 운동, 그리고 이상적인 경우에는 파워 일렉트로닉스(160)의 도움으로 동기식 모터(126)를 적절하게 제어함으로써 센서에 의해 공급되는 측정 신호 또는 측정값에 기초하여 물에서 선박의 모든 피치 및 요 운동을 가능한 한 효과적으로 감쇠시키기 위해 추가로 제공된다. 이를 위해, 상응하는 조절 알고리즘이 바람직하게 디지털 전자 제어 및/또는 조절 디바이스 내부에서 구현된다.

도 2는, 도 1의 핀 안정기를 위에서 비스듬히 본 사시도이다. 핀 안정기(102)는 베이스(200)를 사용하여 배(206)의 선체(204)의 선체 스킨(202) 내부에 부착된다. 배(206)는 본 발명의 핀 안정기(102)가 사용될 수 있는 선체를 포함하는 임의의 선박(208)의 예로서 여기서 예시적으로만 언급된다. 가이드 핀(112)은 선체 스킨(202)을 통해 가이드되는 핀-캐링 샤프트(110)에 부착된다. 핀-캐링 샤프트(110)의 종방향 중심축(210)은 배(206)의 선체(204)의 종방향 축(216)에 본질적으로 수직으로 연장된다. 전자기계식 구동 유닛(120)을 사용하여, 핀-캐링 샤프트(110), 및 따라서 가이드 핀(112)의 실제 받음각(α)이 주변 물(220)에 대해 바람직하게 각각의 인터벌 제한을 포함하여 0°~ 360° 또는 ± 180° 사이의 범위에서 제어 및/또는 조절 디바이스에 의해 피봇될 수 있다. 도 2에 도시된 가이드 핀(112)의 위치에서, 이것은 여기서 단지 예로서 단순히 그래픽으로 표시된 수면(222)에 본질적으로 평행하게 그 아래로 연장되며, 즉 가이드 핀(112)의 실제 받음각(α)은 여기서 예시적으로 대략 0°의 실제 받음각(α)으로 설정된다.

핀-캐링 샤프트(110)의 종방향 중심축(210)과 좌표계(224)의 xy-평면에 평행하게 연장되는 수평면 사이의 설치 각도(γ)는 원칙적으로 0°와 90° 사이에 있을 수 있다. 90°의 설치 각도(γ)에서, 핀 안정기(102)의 가이드 핀(112)의 핀-캐링 샤프트(110)의 종방향 중심축(210)은 수평면에 수직으로 연장되고 따라서 중력장(g)의 배향에 평행하며, 여기서 선체 스킨(202)은 배(206) 또는 선박(208)의 베이스의 영역에서 연장된다.

핀 안정기(102)가 예를 들어 선미 영역(stern)에서 약 90°의 설치 각도(γ)로 배치되고 일반적으로 배(206) 또는 선박(208)의 프로펠러 뒤에 배치되는 경우, 디바이스(100)는 추가로 배(206)의 진로에 영향을 미치는 러더 역할을 할 수 있다.

종방향 중심축(210)이 약 0°의 설치 각도(γ)로 연장되면, 즉 수평면에 거의 평행하거나 xy-평면(224)(수면(222))에 평행하고, 따라서 또한 중력(g)의 방향에 수직이면, 핀 안정기(102)의 러더 효과가 배제된다. 일반적으로, 배(206) 또는 선박(208)의 선체(204)에서 피봇할 수 없는 핀 안정기의 설치 각도(γ)는 대략 45°의 값으로 떨어진다.

직각 좌표계(224)는 서로에 대한 모든 구성요소의 공간적 위치를 나타낸다. 배(206)의 선체(204)의 종방향 축(216)은 대략 x축에 평행하게 연장되고, 핀-캐링 샤프트(110)의 종방향 중심축(210)은 y-축에 본질적으로 평행하거나 선체(204)의 종방향 축(216)에 대해 가로 방향으로 배향되고, 좌표계(224)의 z-축은 중력 또는 수면(222)에 대략 직각인 중력 작용 방향에 평행하게 지향된다. 일차적으로(primarily) 제어 및/또는 조절 디바이스(100) 또는 핀 안정기(102)를 사용하여 롤링 운동이 감쇠되는 배(206)의 선체(204)의 롤링 운동은 좌표계(224)의 x축에 대해 발생하고, 피치 운동은 y축에 대해 발생하고 요 운동은 z축에 대해 발생한다.

전자기계 구동 유닛(120)은 높은 기계적 감속을 실현하기 위해 그에 하류에 연결된 편심 트랜스미션(130)을 포함하는 동기식 모터(126)를 차례로 그 중에서 포함한다.

도 3은, 도 2의 핀 안정기의 부분 종단면을 나타낸다. 핀 안정기(102)는 베이스(200)를 사용하여 배(206) 또는 선박(208)의 선체(204)의 선체 스킨(202)에 고정식으로 연결된다. 핀-캐링 샤프트(110)는 배(206)의 선체 스킨(202)을 통해 밀봉식으로 안내되고, 전자기계식 구동 유닛(120)을 사용하여 그의 종방향 중심축(210)을 중심으로 회전 가능하다. 핀-캐링 샤프트(110)에 연결된 가이드 핀(112)은 도 3의 묘사에서 도시되지 않았다. 본 발명의 핀 안정기(102)의 전자기계식 구동 유닛(120)은 다시 동기식 모터(126)를 포함하고, 바람직하게 중공 샤프트(150)로 구성된 그의 로터 샤프트(136)는, 로터 샤프트(136)와 편심 트랜스미션(130)이 함께 회전하도록 커플링(138)을 사용하여 편심 트랜스미션(130)에 연결된다. 편심 트랜스미션(130)은 함께 회전하도록 핀-캐링 샤프트(110)에 그의 부분이 부분적으로 커플링된다.

본 발명의 일부 양태로서, 커플링(138)은 적어도 부분적으로 중공 샤프트(150) 내부에 동축으로 배치되며, 이로부터 종방향 중심축(210)을 따라 핀 안정기(102)의 요구되는 축방향 설치 공간이 현저히 감소된다. 기계적 커플링(138)은 단기간의 개방 또는 해제를 위한 것이 아니다. 오히려, 커플링(138)은 특히 수리 목적, 유지 보수 목적 등을 위해 핀 안정기(102)의 설치 및 필요할 수 있는 제거를 단순화한다. 또한, 동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136), 커플링(138), 편심 트랜스미션(130) 및 핀-캐링 샤프트(110)가 종방향 중심축(210)을 따라 서로에 대해 정렬됨을 도 3에서 알 수 있으며, 이는 핀 안정기(102)의 높은 에너지 효율을 가져온다.

도 4는, 핀 안정기의 전자기계식 구동 유닛의 확대 사시도를 도시한다.

핀 안정기(102)는 베이스(200)를 사용하여 배(206)의 선체(204)의 선체 스킨(202) 내부에 부착된다. 핀-캐링 샤프트(110)는 구동 유닛(120)에 의해 그의 종방향 중심축(210) 주위로 회전 가능하고 수밀 방식으로 선체 스킨(202)을 통해 가이드된다. 전자기계식 구동 유닛(120)은 동기식 모터(126), 커플링(138), 핀-캐링 샤프트(110) 및 이에 부착된 가이드 핀(112)을 포함하는 편심 트랜스미션(130)을 포함한다. 회전각 센서(186)에 대한 순전히 시각적인 예시적인 실시형태로서, 동기식 모터(126)는, 배(206)의 선체(204) 내부에 가이드 핀(112)의 핀-캐링 샤프트(110)의 현재의 실제 받음각(α)의 관찰자에의 광학적 가시화를 제공하도록 바늘형의 기계적 표시기 요소(230)를 포함한다. 이를 위해 표시기 요소(230)는 적절한 방식으로 핀-캐링 샤프트(110)에 기계적으로 커플링된다. 가이드 핀(112)은 주변 물(220)을 위한 유입 에지(234) 및 유출 에지(236)를 포함하는 유선형 단면 프로파일(232)을 포함한다.

배의 롤 안정화를 위한 본 발명의 디바이스에 대한 예로서 본원에 설명된 핀 안정기(102)는 감소된 설치 공간 요구사항을 필요로 하고, 최소한의 작동 소음만을 유발하며, 바람직하지 않은 배(206)의 종축에 대한 롤링 운동의 최적 감쇠를 위한 최적의 조절 능력을 갖는다.

본 발명은, 움직이고 있는 상태에서, 정박 상태에서 또는 속도가 0인 상태에서 선박(208)의 롤-안정화를 위한, 및/또는 선박(208)의 진로에 영향을 주기 위한, 가이드 핀(112)이 배치된 핀-캐링(fin-carrying) 샤프트(110)를 포함하는 디바이스(100)에 관한 것으로서, 수중(220)에서 가이드 핀(112)의 실제 받음각(α)을 변경하기 위해 핀-캐링 샤프트(110)는 전자기계식 구동 유닛(120)을 사용하여 구동 가능하고, 구동 유닛(120)은 베이스(base)(200)를 이용하여 선체(204)에 배치된다. 본 발명에 따르면, 전자기계식 구동 유닛(120)은 감속 편심 트랜스미션(reducing eccentric transmission)(130)을 이용하여 핀-캐링 샤프트(110)를 구동하는 동기식 모터(126)로서 구성된다. 따라서 디바이스(100)는 설치 공간 요구사항이 크게 감소하고 작동 소음이 약간만 발생하며 전자적으로 최적으로 조절 가능하다.

100: 디바이스
102: 핀 안정기
110: 핀-캐링 샤프트
112: 가이드 핀
120: 구동 유닛(받음각)
126: 동기식 모터
130: 편심 트랜스미션
132: 톱니바퀴
134: 톱니바퀴
136: 로터 샤프트(동기식 모터)
138: 커플링
140: 입력 샤프트
142: 출력 샤프트
146: 잠금 디바이스
150: 중공 샤프트
160: 파워 일렉트로닉스
162: 전기 시스템
166: 제어 및/또는 조절 디바이스
170: 위치 센서
172: 롤 센서
176: 모터 센서
178: 로터 위치 센서
180: 회전 속도 센서
186: 회전각 센서
192: 액션
200: 베이스
202: 선체 스킨
204: 선체
206: 배
208: 선박
210: 종방향 중심축(핀-캐링 샤프트)
216: 종축(선체)
220: 물
222: 수면
224: 좌표계
230: 지시 요소
232: 단면 프로파일
234: 유입 에지
236: 유출 에지
g: 중력(gravity)
α: 실제 받음각(안정화 핀)
β: 목표 받음각(안정화 핀)
γ: 설치 각도
φ: 로터 위치 각도
n: 회전수

Claims

움직이고 있는 상태에서, 정박 상태에서 또는 속도가 0인 상태에서 선박(208)의 롤-안정화를 위한, 및/또는 선박(208)의 진로에 영향을 주기 위한, 가이드 핀(112)이 배치된 핀-캐링(fin-carrying) 샤프트(110)를 포함하는 디바이스(100)로서, 수중(220)에서 가이드 핀(112)의 실제 받음각(α)을 변경하기 위해 핀-캐링 샤프트(110)는 전자기계식 구동 유닛(120)을 사용하여 구동 가능하고, 구동 유닛(120)은 베이스(base)(200)를 이용하여 선체(204)에 배치되며, 전자기계식 구동 유닛(120)은 감속 편심 트랜스미션(reducing eccentric transmission)(130)을 이용하여 핀-캐링 샤프트(110)를 구동하는 동기식 모터(126)로서 구성되는, 디바이스(100).
제1항에 있어서,
편심 트랜스미션(130)은 바람직하게 180°만큼 서로에 대해 원주방향으로 오프셋 배치된 2개의 톱니바퀴(132, 134)를 포함하는, 디바이스(100).
제1항 또는 제2항에 있어서,
동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136)는, 적어도 부분적으로(sectionally), 커플링(138)이 통합되어 있는 중공 샤프트(150)로서 구성되는, 디바이스(100).
제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136)는 잠금 디바이스(146)와 연관되는, 디바이스(100).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
동기식 모터(126)는 제어 및/또는 조절 디바이스(166)에 의해 제어되는 파워 일렉트로닉스(160)에 의해 제어되는, 디바이스(100).
제5항에 있어서,
동기식 모터(126)는 로터 위치 각도(φ)를 결정하기 위한 로터 위치 센서(178) 및 로터 샤프트(136)의 회전수(n)를 결정하기 위한 회전 속도 센서(180)를 포함하는 적어도 하나의 모터 센서(176)를 포함하는, 디바이스(100).
제5항 또는 제6항에 있어서,
핀-캐링 샤프트(110)의 실제 받음각(α)은 그와 연관된 회전각 센서(186)를 이용하여 직접 획득할 수 있으며, 회전각 센서(186)는 핀-캐링 샤프트(110)의 적어도 하나의 완전한 회전을 검출하도록 구성되는, 디바이스(100).
제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서,
로터 위치 센서(178) 및/또는 회전각 센서(186)는 바람직하게는 각각 절대 센서로서 구현되는, 디바이스(100).
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
가이드 핀(112)의 목표 받음각(β)은 제어 및/또는 조절 디바이스(166)를 이용하여 로터 위치 각도(φ)에 기초하여 계산 가능한, 디바이스(100).
제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
회전각 센서(186)에 의해 계산된 실제 받음각(α)과 계산된 목표 받음각(β) 사이의 편차가 과다한 경우에, 액션(action)(192), 특히 경고 신호, 재교정(recalibration) 등이 제어 및/또는 조절 디바이스(166)의 도움으로 트리거될 수 있는, 디바이스(100).
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
동기식 모터(126)의 로터 샤프트(136), 편심 트랜스미션(130)의 입력 샤프트(140), 편심 트랜스미션(130)의 출력 샤프트(142), 및 핀-캐링 샤프트(110)는 본질적으로 서로에 대해 정렬되는, 디바이스(100).
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
디바이스(100)는, 선박(208)의 진로의 영향이 러더 블레이드(rudder blade)의 방식으로 구현되도록 선박(208)의 선체(204)에 배치되는, 디바이스(100).