KR20230170267A - 마그누스 모듈을 구비하는 선박 - Google Patents

마그누스 모듈을 구비하는 선박 Download PDF

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KR20230170267A
KR20230170267A KR1020220070572A KR20220070572A KR20230170267A KR 20230170267 A KR20230170267 A KR 20230170267A KR 1020220070572 A KR1020220070572 A KR 1020220070572A KR 20220070572 A KR20220070572 A KR 20220070572A KR 20230170267 A KR20230170267 A KR 20230170267A
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Abstract

본 발명의 마그누스 모듈을 구비하는 선박은, 선체에 마련되는 고정자, 마그누스 효과를 발생시키도록 수직 방향으로 길이를 가지고, 상기 고정자에 회전 가능하게 마련되는 회전자, 및 상기 회전자의 내측으로부터 외측 방향으로 돌출되며, 상기 회전자의 상태에 연동하여 돌출 길이가 가감되는 돌출부를 포함한다. 본 발명은 돌출부가 마련되어 회전자의 소음을 감소시킬 수 있다.

Description

마그누스 모듈을 구비하는 선박{Ship having a magnus module}
본 발명은 마그누스 모듈을 구비하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
선박은 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 중유(HFO) 또는 경유(MDO, MGO) 등의 오일연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 오일연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 근래에는, 오일연료 사용 시의 배기로 인한 환경 파괴 문제를 해소하기 위해, 액화천연가스(LNG)나 액화석유가스(LPG) 등의 가스연료를 사용하여 엔진이나 터빈 등을 구동해 추진하는 가스연료 추진 방식이 사용되고 있다. 특히 LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 가스연료로 LNG를 사용하는 방식이 LNG 운반선 외에 컨테이너선 등과 같은 다른 선박에도 적용되고 있다.
더 나아가, 배기를 전혀 발생시키지 않는 자연 에너지로서 태양광, 풍력 등의 활용도 주목을 받고 있다. 특히 풍력의 경우 갑판 상에 돛(Sail)과 같은 설비를 설치하여 풍력을 간단하게 추진력으로 바꿀 수 있다는 점에서, 구조가 간단하고 유지 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
또한 최근에는 일반적으로 알려져 있는 돛과 달리, 동력을 이용해 직접 회전하면서 풍력을 원하는 방향의 추진력으로 변환할 수 있는 로터 설비(일례로 magnus rotor)가 마련된 바 있다. 이러한 로터 설비는 갑판에 고정되는 고정자(stator)와, 고정자를 두르도록 원기둥 형태로 마련되며 회전속도나 방향이 조절되는 회전자(rotor)로 구성된다.
한편, 선박 내에 발생되는 소음, 특히 회전자에 의해 발생되는 소음 감소를 위해 지속적인 개발의 노력이 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 돌출부가 마련되어 회전자의 소음을 감소시키며, 효과적으로 소음을 감소시키도록 마그누스 모듈을 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 일 면(aspect)은, 선체에 마련되는 고정자, 마그누스 효과를 발생시키도록 수직 방향으로 길이를 가지고, 상기 고정자에 회전 가능하게 마련되는 회전자, 및 상기 회전자의 내측으로부터 외측 방향으로 돌출되며, 상기 회전자의 상태에 연동하여 돌출 길이가 가감되는 돌출부를 포함한다.
상기 돌출부의 돌출 길이를 가감시키도록 상기 돌출부를 상기 회전자의 내외측 방향으로 이동시키거나, 또는 상기 돌출부를 탄성 지지하는 길이 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 돌출부의 돌출 길이는, 상기 회전자의 속도, 진동, 및 소음 중 어느 하나에 연동하여 가감될 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 회전자의 속도에 연동하여 돌출 길이가 조절되어, 상기 회전자의 속도가 상승되면 돌출 길이가 증가될 수 있다.
일단은 상기 돌출부에 연결되고, 타단은 상기 회전자에 연결되는 탄성부를 더 포함하고, 상기 탄성부는 판 스프링으로 마련되며, 상기 회전자의 속도가 증가하면 상기 회전자의 원심력 증가에 의해 상기 돌출부의 돌출 길이가 증가되도록 상기 판 스프링의 감김 상태가 풀리고, 상기 회전자의 속도가 감소하면 상기 원심력이 감소되어 상기 돌출부의 돌출 길이가 감소되도록 상기 판 스프링의 펼침 상태가 감기는 방향으로 복원될 수 있다.
상기 회전자의 진동이나 소음을 감지하는 센서부를 더 포함하고, 상기 돌출부는, 상기 센서부에서 감지되는 상기 회전자의 진동이나 소음이 상승하면 돌출 길이가 증가될 수 있다.
상기 회전자는, 상기 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀 내주면에는 제1 나사산이 형성되며, 상기 돌출부는, 상기 제1 나사산을 따라 회전하도록 제2 나사산이 형성되고, 상기 고정자를 향해 돌출되며 다각형의 너트부를 포함하며, 상기 길이 조절부는, 상기 고정자에 마련되고, 상기 너트부에 결합되어 상기 너트부를 조이거나 푸는 너트러너를 포함할 수 있다.
상기 회전자는, 상기 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성되고, 상기 돌출부는, 상기 고정자를 향하는 방향의 단부에 금속 또는 자석이 포함되고, 상기 고정자에 마련되며, 상기 센서부로부터 신호를 받아 상기 돌출부를 당기거나 미는 전자석이 더 포함될 수 있다.
상기 고정자에 마련되는 수신부, 및 상기 수신부로 신호를 발신하며 상기 회전자에 마련되고 상기 돌출부와 상기 길이 조절부가 대향되는 위치에서 상기 수신부와 대향되는 발신부를 구비하는 위치 감지부를 더 포함하고, 상기 길이 조절부는, 상기 수신부가 상기 발신부와 대향되어 상기 발신부로부터 상기 수신부의 신호가 감지되면, 상기 돌출부의 돌출 길이를 가감시키도록 상기 돌출부를 상기 회전자의 내외측 방향으로 이동시킬 수 있다.
풍향을 감지하는 풍향 센서를 더 포함하고, 상기 풍향 센서에서 감지되는 바람의 방향이 상기 선체의 항로가 설정되는 기설정 범위에 위치되도록 항로를 변경하거나, 상기 회전자의 회전 방향을 변경할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 마그누스 모듈을 구비하는 선박은, 회전자의 진동에 의한 소음을 감소시키도록, 회전자의 외측으로 돌출부가 구비되면서도, 돌출부의 돌출 길이가 회전자의 속도, 진동, 및 소음에 연동하여 진동 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 고정자와 회전자를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부가 돌출부를 회전시키는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 돌출부가 외측 방향으로 이동된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부와 돌출부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부가 돌출부에 연결된 모습을 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 제3 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부가 외측 방향으로 이동된 돌출부에 의해 일부 펼쳐진 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 고정자와 회전자를 개념적으로 도시한 도면이다. 더불어 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부가 돌출부를 회전시키는 모습을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 돌출부가 외측 방향으로 이동된 모습을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마그누스 모듈을 구비하는 선박(100)은, 선체(110)에 마련되는 고정자(120), 회전자(130), 돌출부(140), 길이 조절부(150), 위치 감지부(160), 풍향 센서(171) 및 센서부(173)를 포함할 수 있다.
여기서 선체(110)는, 데크(110A) 상에 거주구(111)가 마련되는 대형 선박의 선체로서, 예시적으로 화물선의 선체 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 물론 선체(110)의 선미부에는 프로펠러(부호 도시하지 않음)가 설치될 수 있고, 프로펠러가 발생시키는 메인 추력에 의해 운항될 수 있다. 본 실시예는 마그누스 효과(magus effect)에 의한 보조 추력을 활용하여 선박 추력에 소요되는 마력을 절감시킬 수 있다.
그리고 도 1을 참조하면 마그너스 모듈(회전자(130)와 고정자(120)를 포함할 수 있음)이 하나로 예시되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 선종, 선박(100)의 크기 등에 따라 하나 이상의 마그너스 모듈이 마련될 수 있고, 마그너스 모듈이 복수 개로 구비되면 데크(110A) 상에 서로 이격되게 설치될 수 있다.
간략하게, 본 실시예의 선박(100)은, 마그너스 모듈이 선체(110)의 데크(110A)에 기립된 형태로 설치될 수 있다. 그리고 데크(110A)에 기립된 형태의 마그너스 모듈은 외팔보 형태의 긴 원통이 설치되는 구조를 이루어, 진동(소음)이 발생될 수 있다. 이를 개선하기 위해 본 실시예는 회전자(130)의 외측 방향으로 돌출부(140)가 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 게다가 돌출부(140)는 돌출 길이가 회전자(130)에 연동하여 가감될 수 있어, 진동, 소음 등에 의해 효과적으로 대응할 수 있다. 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
먼저 고정자(120)는 회전자(130)의 회전을 지지하는 구성으로서, 선체(110)에 직립될 수 있다. 다시 말해서 고정자(120)는 외팔보 형태의 회전자(130)가 안정하게 회전하도록, 회전자(130)의 중공에 직립되어 회전자(130)의 지지대로 이용될 수 있다.
그리고 마그누스 효과를 발생시키는 고정자(120)/회전자(130)는, 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 힘을 발생시켜 선체(110)에 대해 추력을 제공하도록 선박(100)의 상부에 돌출 설치될 수 있다. 본 실시예는 고정자(120)/회전자(130)가 데크(110A)에 구비되는 것을 예시하였다. 더불어 바람의 이용이 원활하도록, 즉 선박(100)의 다른 장비(도시하지 않음)나 컨테이너에 의해 마그누스 효과가 저감되지 않도록, 선수에 마련될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
게다가 도면에 도시하지는 않았으나 고정자(120)와 회전자(130) 사이에는 베어링이 마련되어, 회전자(130)의 회전이 원활하게 이루어지도록 할 수도 있는 바와 같이, 다양한 구성의 변경이 가능하다.
아울러 고정자(120)에는 구동부(120M)가 마련될 수 있다. 구동부(120M)는 회전자(130)를 회전시키는 구성으로서, 도 2를 참조하면 고정자(120)의 상부에 구동부(120M)가 위치되는 것을 예시하였다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
구동부(120M)는, 회전축(부호 도시하지 않음)이 마련되는 모터를 포함할 수 있고, 회전축의 방향에 연동하여 회전자(130)가 회전될 수 있다. 더불어 모터가 고정자(120) 상에 직접 연결될 수도 있으나, 이와 달리, 고정자(120)에 고정되는 박스 구조의 드라이브 룸(Drive room)이 마련되고 드라이브 룸 내부에 모터가 마련될 수도 있는 바와 같이, 다양한 변형예가 가능하다. 즉 모터의 회전축을 통해 회전자(130)로 회전력을 전달할 수 있는 구조라면, 다양한 변형예가 가능하다. 다른 예시로 구동부(120M)는 회전자(130)의 외부에 마련되어 회전자(130)를 회전시킬 수도 있다.
회전자(130)는 마그누스 효과를 발생시키도록 수직 방향으로 길이를 가지고, 고정자(120)의 외측에 회전 가능하게 마련될 수 있다. 다시 말해서 회전자(130)는 중공이 형성되는 통 구조(예를 들어 통의 두께는 20mm일 수 있음)를 가질 수 있으며, 내부에 고정자(120)가 마련되어, 고정자(120)를 축으로 회전을 이루는 구조를 가질 수 있다.
여기서 마그누스 효과는, 축을 중심으로 회전하고 그 축에 수직하게 유체가 유입되는 회전자(130)에서 축과 유체의 유입방향에 수직한 방향으로 힘이 발생하는 것을 말한다.
회전자(130)는, 앞서 언급된 바와 같이 예시적으로 통 형상의 원기둥 형상을 가져, 항해 중 원기둥이 회전되어 발생하는 양력(마그누스 효과)이 추력 방향으로 작용하게 할 수 있다. 이에 다라 선박(100)의 추진에 소요되는 마력을 절감시킬 수 있다. 이러한 마그누스 효과에 의한 메카니즘을 공지기술이 적용될 수 있는데, 간략하게 설명하면 아래와 같다.
회전자(130)에 의해 발생되는 마그누스 힘(마그누스 효과에 의해 발생하는 힘)은, 바람이 유입되는 방향에 대해 수직한 방향을 향할 수 있고, 마그누스 힘은 선체(110)의 진행방향을 향하는 추력을 포함할 수 있어, 추진에 소요되는 마력을 절감시킬 수 있다.
그리고 회전자(130)는, 구동부(120M)와 연결되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 회전자(130)는 구동부(120M)의 축과 연결되는 별도의 고정부재가 마련되거나, 구동부(120M)의 축이 삽입되는 홈이 형성될 수 있으며, 이외에도 구동부(120M)에 의해 회전자(130)가 회전하는 다양한 변형예가 가능하다.
제1 실시예에 따른 회전자(130)는, 돌출부(140)가 삽입되는 관통홀(부호 도시하지 않음)이 형성되고, 관통홀 내주면에는 제1 나사산(130S)이 형성될 수 있다. 관통홀의 제1 나사산(130S)은 회전자(130)가 제1 나사산(130S)을 따라 회전하여 돌출 길이가 조절되면서도 위치가 고정되도록 하기 위함이다.
돌출부(140)는 회전자(130)에서 발생되는 소음을 감소시키는 구성으로서, 돌출부의 형상은 예시적으로 노출 영역(140B)이 뿔(원뿔일 수 있음), 판 등의 구조를 가질 수 있다. 그러나 돌출부(140)의 형상이 한정되지 않으며 소음을 감소시킬 수 있는 다양한 변형예가 가능하다.
돌출부(140)는 회전자(130)에서 발생되는 소음에 대응하도록, 회전자(130)의 내측으로부터 외측 방향으로 돌출되되, 회전자(130)에 연동하여 돌출 길이가 가감될 수 있다. 다시 말해서 돌출부(140)의 돌출 길이는, 회전자(130)의 속도, 진동, 및 소음 중 어느 하나에 연동하여 가감될 수 있다.
일례로 돌출부(140)는, 후술되는 센서부(173)에서 감지되는 회전자(130)의 진동이나 소음이 상승하면 돌출 길이가 증가될 수 있다. 제1 실시예의 돌출부(140)는, 돌출 길이의 조절을 위해 제2 나사산(140S)이 형성되면서 너트부(140N)를 포함할 수 있다. 여기서 제2 나사산(140S)은 제1 나사산(130S)을 따라 회전하도록 돌출부(140)의 외주면을 따라 형성될 수 있다. 너트부(140N)는 고정자(120)를 향해 돌출될 수 있다. 다시 말해서 너트부(140N)는 고정자(120)에 마련되는 길이 조절부(150)의 너트러너(150N)를 향해 돌출될 수 있으며, 너트러너(150N)에 끼워져 회전될 수 있도록, 다각형(오각형, 육각형 등일 수 있음)으로 이루어질 수 있다.
길이 조절부(150)는 돌출부(140)의 돌출 길이를 가감시키도록 돌출부(140)를 회전자(130)의 내외측 방향으로 이동시키거나, 또는 돌출부(140)를 탄성 지지할 수 있다. 돌출부(140)를 탄성 지지하는 길이 조절부(150)에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
제1 실시예의 길이 조절부(150)는 너트러너(150N)를 포함할 수 있다. 너트러너(150N)는 고정자(120)의 둘레면에 마련될 수 있고, 너트부(140N)에 결합되어 너트부(140N)를 조이거나 풀 수 있다. 너트러너(150N)(nut runner, 전기식 토크렌치)는 너트부(140N) 죄고 푸는 공구로서 전동 또는 압축 공기를 이용하는 회전기에 렌치를 끼워서 사용할 수 있다.
더불어 너트러너(150N)는 돌출부(140)와의 거리가 조절될 수 있도록, 공기/유압 잭과 같은 실린더 구조가 더 마련될 수도 있는 바와 같이 다양한 변형에가 가능하다.
한편 회전자(130)가 회전된 위치에 따라 길이 조절부(150)와 돌출부(140)는 서로 대향되지 않아 어긋나게 배치될 수 있다. 길이 조절부(150)의 너트러너(150N)는 돌출부(140)의 중심축과 일치된 상태에서 돌출부(140)를 조작할 수 있으므로, 길이 조절부(150)의 너트러너(150N)의 중심축과 돌출부(140)의 중심축이 일치된 상태를 감지할 필요가 있다. 이를 위해 위치 감지부(160)가 마련될 수 있다.
다시 말해서 길이 조절부(150)는, 위치 감지부(160)의 수신부(161)가 발신부(162)와 대향되어 발신부(162)로부터 수신부(161)의 신호가 감지되면, 돌출부(140)의 돌출 길이를 가감시키도록 돌출부(140)를 회전자(130)의 내외측 방향으로 이동시킬 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이 위치 감지부(160)는, 수신부(161) 및 발신부(162)를 구비할 수 있다.
수신부(161)는 고정자(120)에 마련될 수 있다. 예를 들어 수신부(161)와 발신부(162)는 레이저를 송수신하여 서로 대향되는지 여부를 감지할 수 있다.
발신부(162)는, 수신부(161)로 신호를 발신하며 회전자(130)에 마련될 수 있다. 발신부(162)는 돌출부(140)와 길이 조절부(150)가 대향되는 위치에서 수신부(161)와 대향되어, 돌출부(140)와 길이 조절부(150)의 중심축이 일치된 상태에서 수신부(161)로 신호를 발신함으로써, 길이 조절부(150)가 돌출부(140)를 조작할 수 있는 상태임을 감지할 수 있다.
센서부(173)는 회전자(130)의 진동이나 소음을 감지할 수 있다. 예시적으로 센서부(173)는 회전자(130)에 설치될 수 있으며, 회전자(130)의 상부에 배치될 수 있다. 센서부(173)는 진동 센서로서, 광섬유 진동 센서일 수 있어, 회전자(130)의 가속도를 동시에 계측할 수도 있다. 또는 센서부(173)는 소음 측정기 일 수도 있다. 다시 말해서 센서부(173)는 회전자(130)의 진동이나 소음을 감지할 수 있는 다양한 구성으로 제공될 수 있다.
물론 센서부(173)는 회전자(130)의 진동이나 소음을 감지하여 돌출부(140)의 돌출 길이를 조절하는 길이 조절부(150)를 제어하는 제어부(도시하지 않음)으로 감지된 값을 발신할 수 있다.
제어부는, 센서부(173)가 회전자(130)의 진동이나 소음을 감지하여 발신하는 정보를 이용하여, 회전자(130)의 진동이나 소음의 크기에 따라 길이 조절부(150)가 돌출부(140)의 돌출 길이 조작할 수 있도록 할 수 있다. 예시적으로 제어부는 회전자(130)의 진동이나 소음이 커질수록 돌출부(140)의 돌출 길이가 증가되는 방향으로 조작할 수 있다.
설명되지 않은 171은 풍향 센서(171)이다. 풍향 센서(171)는 풍향을 감지할 수 있다.
풍향 센서(171)에서 감지되는 바람의 방향이 선체(110)의 항로가 설정되는 기설정 범위(예시적으로 항로 방향과 바람의 방향 범위가 5도 이내인 범위일 수 있음)에 위치되도록 항로를 변경하거나, 회전자(130)의 회전 방향을 변경할 수 있다. 이에 대하여 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예의 변형예를 설명하도록 하며, 동일한 기능을 하는 동일한 구성의 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부와 돌출부를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하여, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한 것과 다른 점을 위주로 설명한다.
도 5를 참조하면 본 실시예의 선박(100)은, 제1 실시예와 동일하거나 유사하게 고정자(120), 회전자(130), 돌출부(140), 길이 조절부(150), 위치 감지부(160), 풍향 센서(171) 및 센서부(173)를 포함할 수 있다.
본 실시예는 제1 실시예와 달리 길이, 돌출부(140)가 너트부(140N)를 포함하지 않고, 이에 대응하여 조절부(150)가 너트러너(150N)를 포함하지 않을 수 있다. 이와 더불어 회전자(130)는 돌출부(140)가 삽입되는 관통홀(부호 도시하지 않음)은 형성되나, 제1 실시예의 제1 나사산(130S)은 생략될 수 있다. 다시 말해서 제2 실시예의 돌출부(140)는 나사산에 의한 돌출 길이를 이루지 않고, 슬라이딩 타입으로 돌출 길이가 조절될 수 있다.
제2 실시예의 돌출부(140)는 고정자(120)/길이 조절부(150)를 향하는 방향의 단부에 금속 또는 자석이 포함될 수 있다. 이는 돌출부(140)가 길이 조절부(150)의 자력에 의해 돌출 길이가 조절되도록 하기 위함이다.
더불어 돌출부(140)는 길이 조절부(150)의 자력에 의한 이동은 가능하되, 길이 조절부(150)의 자력보다 약한 마찰력이 회전자(130)의 관통홀 둘레면과의 사이에 형성되리 수 있다. 이는 돌출부(140)가 길이 조절부(150)에 의해 이동된 이후, 마찰력에 의해 위치가 고정되도록 하기 위함이다. 돌출부(140)와 회전자(130) 사이의 마찰력을 위해, 돌출부(140)와 회전자(130)의 관통홀 중 어느 하나에는 고무 재질이 도포될 수도 있다.
길이 조절부(150)는 전자석(150M)을 포함할 수 있다. 전자석(150M)은 자력으로 돌출부(140)의 돌출 길이를 조절하는 구성이다. 예를 들어 전자석(150M)는 고정자(120)에 마련되며, 센서부(173)로부터 신호를 받아 돌출부(140)를 당기거나 밀 수 있다. 그리고 전자석(150M)은 돌출부(140)의 길이를 조절한 이후 전력이 차단되어 돌출부(140)와의 자력이 해제되어, 돌출부(140)의 위치가 설정된 이후에는 자력으로 돌출부(140)의 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있다.
제1 실시예와 제2 실시예는, 센서부(173)에서 감지되는 회전자(130)의 진동/소음의 정보에 따라 길이 조절부(150)가 돌출부(140)의 돌출 길이를 조절하며, 길이 조절부(150)와 돌출부(140)가 서로 분리되는 구조를 설명하였다.
다만 제1 실시예 및 제2 실시예에서 하나의 길이 조절부(150)가 하나의 돌출부(140)의 길이를 조절하는 것을 예시하였다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 돌출부(140)가 연동하고, 하나의 길이 조절부(150)가 다수의 돌출부(140)의 돌출 길이를 조절할 수도 있는 바와 같이 여러 변형예가 가능하다.
이하에서 도면을 참조하여 다른 변형예를 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부가 돌출부에 연결된 모습을 도시한 도면이고, 도 7는 본 발명의 제3 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박의 길이 조절부가 외측 방향으로 이동된 돌출부에 의해 일부 펼쳐진 모습을 도시한 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하여, 도 3 내지 도 5를 이용하여 설명한 것과 다른 점을 위주로 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면 본 실시예의 선박(100)은, 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일하거나 유사하게 고정자(120), 회전자(130), 돌출부(140), 길이 조절부(150) 및 풍향 센서(171)를 포함할 수 있다.
한편 제1 실시예 및 제2 실시예는 길이 조절부(150)가 고정자(120)에 마련되고, 돌출부(140)가 회전자(130)에 마련되어, 회전자(130)의 회전된 상태에 따라 길이 조절부(150)와 돌출부(140)의 중심축이 일치되는지 감지할 필요가 있어 위치 감지부(160)가 마련되었다. 반면 본 실시예는 돌출부(140)와 길이 조절부(150) 모두가 회전자(130)에 마련되므로, 위치 감지부(160)는 생략될 수도 있다.
더불어 제3 실시예의 선박(100)은 센서부(173)가 생략될 수도 있다. 이는 제3 실시예의 돌출부(140)가 회전자(130)의 회전 속도에 연동하여 돌출 길이가 조절되고, 회전자(130)의 회전 속도가 상승하면 회전자(130)의 원심력에 의해 돌출 길이가 증가하기 때문이다. 따라서 센서부(173)는 생략될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 실시예의 돌출부(140)는, 회전자(130)의 속도에 연동하여 돌출 길이가 조절되어, 회전자(130)의 속도가 상승되면 돌출길이가 증가되는데, 제1 실시예의 돌출부(140)는 제1 나사산(130S)에 의해 위치가 고정되고, 제2 실시예의 돌출부(140)는 마찰력에 의해 위치가 고정되나, 본 실시예는 길이 조절부(150)에 의해 위치가 고정되는 것에 차이가 있다.
게다가 돌출부(140)는 회전자(130)의 원심력에 연동하여 외측 방향으로 이동이 원활하게 이루어지도록, 고정자(120)의 반대 방향인 외측에 웨이트(140W)가 더 마련될 수도 있다. 웨이트(140W)는 돌출부(140)의 무게를 가중시키는 구성으로서, 무게추로 제공될 수 있다.
게다가 제3 실시예의 길이 조절부(150)는 일단은 돌출부(140)에 연결되고, 타단은 회전자(130)에 연결되는 탄성부를 포함할 수 있다. 탄성부는 판 스프링(150S)으로 마련될 수 있다.
판 스프링(150S)은, 회전자(130)의 속도가 증가하면 회전자(130)의 원심력 증가에 의해 돌출부(140)의 돌출 길이가 증가되도록 판 스프링(150S)의 감김 상태가 풀릴 수 있다. 반면 회전자(130)의 속도가 감소하면 회전자(130)의 원심력이 감소되어 돌출부(140)의 돌출길이가 감소되도록 판 스프링(150S)이 펼쳐진 상태가 복원될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 바람의 방향 변경에 따라 선체(110)의 항로가 설정되는 것을 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 돌출 길이가 조절되는 마그누스 모듈을 구비하는 선박을 설명하기 위한 블록도이다.
본 실시예의 선박은, 제1 실시예 내지 제3 실시예의 선박(100)이 모두 적용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박(100)은, 앞서 언급된 바와 같이, 풍향 센서(171)에서 감지되는 바람의 방향이 선체(110)의 항로가 설정되는 기설정 범위(예시적으로 항로 방향과 바람의 방향 범위가 5도 이내인 범위일 수 있음)에 위치되도록 항로를 변경하거나, 회전자(130)의 회전 방향을 변경할 수 있다.
먼저 풍향 센서(171)에서 풍향(바람 방향)을 감지할 수 있다. 풍향 센서(171)는 실시간으로 풍향을 감지하여, 실시간으로 항로 변경에 대응하도록 할 수 있다(S110).
다음으로 바람 방향이 변경되는지 판별한다(S120). 이는 항로가 바람 방향에 최적화되도록 하여 운항 효율을 더욱 향상시키기 위함이다. 다시 말해서 본 실시예들은 마그누스 모듈을 이용하여 추력을 보조하고, 돌출부(140)가 회전자(130)의 속도, 소음 및 진동에 효과적으로 대응하면서도, 바람 방향에 대하여 효율적인 운항이 이루어지도록 할 수 있다.
바람 방향이 변경된 것으로 판별되면, 항로를 변경할 수 있다(S120). 항로 변경은, 목적지를 향하는 방향에 대하여 반대 방향으로 이루어지지 않는 범위에서 이루어질 수 있다.
그리고 바람 방향이 기설정 범위, 예시적으로 항로 방향과 바람의 방향 범위가 5도 이내인 범위이면, 변경된 항로를 유지시킬 수 있다. 이와 달리 바람 방향이 기설정 범위를 넘으면 기설정 범위에 도달하도록 항로를 변경할 수 있다.
다만 앞서 언급된 바와 같이, 목적지를 향하는 방향에 대하여 반대 방향으로 이루어지지 않는 범위에서 바람 방향을 이용하여 최적화된 범위 내에서 항로 변경이 이루어질 수 있다.
따라서 바람 방향과 목적지의 방향이 반대 방향으로 이루어지는 바와 같이, 바람 방향에 따라 항로를 변경할 경우 목적지와 반대 방향으로 운항이 이루어지면 항로 변경은 수행되지 않을 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 선박(100)은, 회전자(130)의 진동에 의한 소음을 감소시키도록, 회전자(130)의 외측으로 돌출부(140)가 구비되면서도, 돌출부(140)의 돌출 길이가 회전자(130)의 속도, 진동, 및 소음에 연동하여 진동 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이상과 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. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 선박 110: 선체
120: 고정자 130: 회전자
140: 돌출부 150: 길이 조절부
160: 위치 감지부 171: 풍향 센서
173: 센서부

Claims (10)

  1. 선체에 마련되는 고정자;
    마그누스 효과를 발생시키도록 수직 방향으로 길이를 가지고, 상기 고정자에 회전 가능하게 마련되는 회전자; 및
    상기 회전자의 내측으로부터 외측 방향으로 돌출되며, 상기 회전자의 상태에 연동하여 돌출 길이가 가감되는 돌출부를 포함하는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 돌출 길이를 가감시키도록 상기 돌출부를 상기 회전자의 내외측 방향으로 이동시키거나, 또는 상기 돌출부를 탄성 지지하는 길이 조절부를 더 포함하는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부의 돌출 길이는, 상기 회전자의 속도, 진동, 및 소음 중 어느 하나에 연동하여 가감되는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 회전자의 속도에 연동하여 돌출 길이가 조절되어, 상기 회전자의 속도가 상승되면 돌출 길이가 증가되는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  5. 제4항에 있어서,
    일단은 상기 돌출부에 연결되고, 타단은 상기 회전자에 연결되는 탄성부를 더 포함하고,
    상기 탄성부는 판 스프링으로 마련되며,
    상기 회전자의 속도가 증가하면 상기 회전자의 원심력 증가에 의해 상기 돌출부의 돌출 길이가 증가되도록 상기 판 스프링의 감김 상태가 풀리고, 상기 회전자의 속도가 감소하면 상기 원심력이 감소되어 상기 돌출부의 돌출 길이가 감소되도록 상기 판 스프링의 펼침 상태가 감기는 방향으로 복원되는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 회전자의 진동이나 소음을 감지하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 돌출부는, 상기 센서부에서 감지되는 상기 회전자의 진동이나 소음이 상승하면 돌출 길이가 증가되는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전자는, 상기 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀 내주면에는 제1 나사산이 형성되며,
    상기 돌출부는, 상기 제1 나사산을 따라 회전하도록 제2 나사산이 형성되고, 상기 고정자를 향해 돌출되며 다각형의 너트부를 포함하며,
    상기 길이 조절부는, 상기 고정자에 마련되고, 상기 너트부에 결합되어 상기 너트부를 조이거나 푸는 너트러너를 포함하는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전자는, 상기 돌출부가 삽입되는 관통홀이 형성되고,
    상기 돌출부는, 상기 고정자를 향하는 방향의 단부에 금속 또는 자석이 포함되고,
    상기 고정자에 마련되며, 상기 센서부로부터 신호를 받아 상기 돌출부를 당기거나 미는 전자석이 더 포함되는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고정자에 마련되는 수신부, 및 상기 수신부로 신호를 발신하며 상기 회전자에 마련되고 상기 돌출부와 상기 길이 조절부가 대향되는 위치에서 상기 수신부와 대향되는 발신부를 구비하는 위치 감지부를 더 포함하고,
    상기 길이 조절부는, 상기 수신부가 상기 발신부와 대향되어 상기 발신부로부터 상기 수신부의 신호가 감지되면, 상기 돌출부의 돌출 길이를 가감시키도록 상기 돌출부를 상기 회전자의 내외측 방향으로 이동시키는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.
  10. 제1항에 있어서,
    풍향을 감지하는 풍향 센서를 더 포함하고,
    상기 풍향 센서에서 감지되는 바람의 방향이 상기 선체의 항로가 설정되는 기설정 범위에 위치되도록 항로를 변경하거나, 상기 회전자의 회전 방향을 변경하는, 마그누스 모듈을 구비하는 선박.

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