磁石ホイールの荷重分散装置

本発明は、磁石ホイールの荷重分散装置に関し、さらに詳しくは、複数の磁石ホイールに加えられる荷重を均等に分散させて磁石ホイールの個別吸着力を最大限に活用できる磁石ホイールの荷重分散装置に関する。

一般的に、船舶の船体表面には、水中で生息しているフジツボ、ホヤ、セルプラ(serpula)、地中海貽貝、淡水貝、フサコケムシ群体、オアサ、アオノリなどの水中生物が付着及び生育して、様々な被害を発生させる。

例えば、船体に水中生物が付着することで、海水との摩擦抵抗を増大させて船舶の航海速度を低下させ、燃料消費量を増加させて経済的に不利になる。

従来は、陸上ドック(dock)に船舶を移し、作業者が直接高圧ホースで水を噴射させて、船体の壁面の付着物を取り外す掃除作業が一般的に利用されてきた。このような方法は、掃除対象の船舶をドックに移動させるための準備の手続きを必要とするため、掃除時間が多くかかり、多くの作業人員を動員しなければならないという短所がある。

船舶を移動させることなく、ダイバーが水中に入って掃除装備で船底部を掃除することができるが、水中の作業環境に熟練したダイバーであるとしても、広範囲の船体を掃除するためには時間が多くかかり、視界の確保が難しく清掃作業の難易度が増加する。

作業者が船底部を掃除する方法は、効率的な付着物の除去が行われ難く、多くの作業人員を要するという問題点を考慮して、船舶の表面に海洋生物が付着して寄生することを防止するように、毒性の強い物質が混合されたペンキを塗布する方法が開示されている。

このような方法は、海水を汚染させ、他の海洋生物に有害な影響を与え、水中生態系を破壊する他の問題をもたらすため、国際機構で禁止している。さらに、一定時間が過ぎて毒性が減れば、清掃後に再びペンキを塗布しなければならない。

このような諸問題を考慮して、掃除ロボットが水中に沈んだ船体の壁面を移動しながら、沈着物を除去する技術が開示されている。

特許文献1に開示された「船底の掃除及び検査用の水中ロボット」は、推進力を発生する装置で、船体の壁面に沿って移動し、水中ロボットに固定されたブラシを利用して掃除する。

しかし、このような方法は、推進装置の設置により掃除装備の大型化をもたらし、曲率の大きい船底部を効率的に掃除し難く、推進装置で船体の壁面を安定して移動させるために、多くのセンサーを必要とするため、費用の負担がある。

船体の船底部を効果的に掃除するためには、清掃装置が船底部に密着することが重要であり、その方法として磁石ホイールを使用する方法がある。

磁石ホイールを使用する掃除装備の中で、船底部を含む付着対象面の均一度を考慮しない形態がある。

この場合、複数の磁石ホイールのいずれか一つの磁石ホイールが付着する付着対象面が他の地面より低い場合、当該磁石ホイールが付着対象面から離脱して、清掃装置が付着対象面に付着しようとする全体の力が減る。

そして、互いに対角線に配置される磁石ホイールの付着対象面が他の付着対象面より低い場合、対角線に配置される磁石ホイールが同時に付着対象面から離脱する。そのため、異なる方向で対角線に配置される磁石ホイールに荷重が加重されるか、4つの磁石ホイールのうち3つが同時に付着対象面に付いて付着対象面と斜めに傾いた状態で付着するため、磁石ホイールの磁力が明確に伝達されない。

実際、大部分の付着対象面である強磁性体の底面は扁平ではないため、磁石ホイールが付着対象面に付着しない場合に備えて設計しなければならないという短所がある。そして、付着対象面と離れれば吸着力が急減する磁石ホイールの特性上、4つ以上の磁石ホイールを装着し難い。

一方、磁石ホイールを強磁性体で構成された底面や壁、天井に付着する場合、外部から磁石ホイールを押す力より切り離す力が作用する。

磁石は、体積が2倍大きくなっても磁力の増加は2倍より小さいため、磁石の大きさをむやみに大きくすることができない。そのため、磁石ホイールの吸着力を増やすためには、磁石ホイールを複数個使用することがより効率的である。

この場合、個別の磁石ホイールにバネを設置して使用する構造が考えられる。例えば、引っ張りバネを使用する場合、複数の磁石ホイールのうち最前方に位置する磁石ホイールに力が加えられて当該磁石ホイールが引っ張られる場合、引っ張りバネの伸長率によって後方に配置するそれぞれの磁石ホイールに加えられる力に差異がある。即ち、最前方に位置する磁石ホイールが最も多くの力を分担し、最後方に位置する磁石ホイールが最も少ない力を分担するようになる。 この場合、外部の力に対してそれぞれの磁石ホイールが吸着力を均等に分けて分担するわけではないため、非効率的である。

前述した技術構成は、本発明の理解を助けるための背景技術であり、本発明が属する技術分野で広く知られた従来技術を意味するものではない。

韓国特許登録公報第10−0811540号(大宇造船海洋株式会社)2008.03.07

そこで、本発明が達成しようとする技術的課題は、磁石ホイールに加えられる荷重を均等に分散させて磁石ホイールの個別吸着力を最大限に活用できる磁石ホイールの荷重分散装置を提供することにある。

本発明の一側面によると、複数の磁石ホイールのそれぞれに一側部が連結され、内部が互いに連通しない上部空間部と下部空間部とが具備された複数のシリンダー部と、前記複数のシリンダー部を互いに連結し、流体の移動通路となる流路部とを含み、前記流路部は、前記上部空間部と前記下部空間部の流体を互いに混ざらないように移動させて前記磁石ホイールに加えられる荷重を均等に分散させることを特徴とする磁石ホイールの荷重分散装置が提供されることができる。

前記複数のシリンダー部は、内部に乗降可能に設けられるピストンによって前記上部空間部と前記下部空間部とに区画されるシリンダー胴体と、一側部は前記ピストンに連結し、他側部は前記磁石ホイールに連結するピストンロードとを含むことができる。

前記シリンダー胴体または前記ピストンロードには、前記シリンダー胴体の下降高さを制限するストッパーが設けられることができる。

前記ストッパーは、最前方に位置する前記シリンダー胴体または前記ピストンロードと、最後方に位置する前記シリンダー胴体または前記ピストンロードとにそれぞれ設けられることができる。

前記シリンダー胴体の内径は、全て同一に設けられることができる。

前記流路部は、前記シリンダー部の前記上部空間部を互いに連通してそれぞれ連結する第1流路と、前記シリンダー部の前記下部空間部を互いに連通してそれぞれ連結する第2流路とを含むことができる。

前記荷重分散装置は、船舶の船底部の掃除用として使用されることができる。

本発明の実施例は、複数のシリンダー部と、複数のシリンダー部を互いに連結する流路部によって、それぞれの磁石ホイールに加えられる荷重を均等に分散できるため、磁石ホイールの個別吸着力を最大限活用することができる。

本発明の一実施例に係る磁石ホイールの荷重分散装置を概略的に示す図面である。

図1に示す主要部の拡大図である。

図1に示すピストンロードにストッパーが設けられない場合の問題点を示す図面である。

本実施例の作動図である。

本実施例の作動図である。

本実施例の作動図である。

本実施例の使用状態図である。

本発明と、本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の好ましい実施例を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照する必要がある。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することで、本発明を詳しく説明する。各図面に提示された同一の参照符号は、同一の部材を示す。

図1は、本発明の一実施例に係る磁石ホイールの荷重分散装置を概略的に示す図面であり、図2は、図1に示す主要部の拡大図であり、図3は、図1に示すピストンロードにストッパーが設けられない場合の問題点を示す図面である。

これらの図面に示すように、本実施例に係る磁石ホイールの荷重分散装置1は、複数の磁石ホイール10のそれぞれに一側部が連結され、内部が互いに連通しない上部空間部112と下部空間部113とが具備された複数のシリンダー部100と、複数のシリンダー部100を互いに連結し、流体の移動通路となる流路部200とを具備する。

シリンダー部100は、図1に示すように、それぞれの磁石ホイール10に対応する個数で設けられることができ、それぞれの磁石ホイール10に荷重が加わる場合、内部に収容される流体が流路部200を通じて他のシリンダー部100に移動して、加えられる荷重を均等に分散させる役割をする。

本実施例において、シリンダー部100は、図1及び図2に示すように、内部に乗降可能に設けられるピストン111によって上部空間部112と下部空間部113とに区画されるシリンダー胴体110と、上側部はピストン111に連結し、下側部は磁石ホイール10に連結するピストンロード120とを含む。

シリンダー部100のシリンダー胴体110は、図1に示すように、上端部が掃除装置のフレーム30に分離可能に結合することができる。

また、シリンダー胴体110は、図1及び図2に示すように、略中央部に設けられるピストン111によって上部空間部112と下部空間部113とに区画され、上部空間部112に満たされる流体と下部空間部113に満たされる流体とは、ピストン111によって互いに短絡する。

従って、上部空間部112に満たされる流体は、ピストン111の動きによって上部空間部112のみに移動し、下部空間部113に満たされる流体は、下部空間部113のみに移動する。 結果として、本実施例は、2つの閉鎖した流体回路を具備する。即ち、一つは、上部空間部112を流れる流体の上部空間部の閉鎖回路であり、残りの一つは、下部空間部113を流れる下部空間部の閉鎖回路である。

一方、本実施例において、それぞれのシリンダー胴体110の内径は同一であることができる。例えば、図2に示す左側シリンダー胴体110と右側シリンダー胴体110との内径は、30mmと同一であることができる。

そして、左右のピストンロード120の直径は20mmであることができる。

従って、上部空間部112に接するピストン111の面積は7.0cm²であり、下部空間部113に接するピストン111の面積は3.9cm²である。即ち、本実施例において、上部空間部112に接するピストン111の面積は、下部空間部113に接するピストン111の面積と異なることができる。 左側に位置したピストン111が1cm上昇すれば、左側の上部空間部112に収容された流体を7.0cm³だけ右側上部空間部112に押すことになる。

左側上部空間部112にある流体は、第1流路210を通じて7.0cm³だけ右側上部空間部112に移動し、右側シリンダー胴体110にあるピストン111を下降させる。左右の上部空間部112に接するピストン111の面積は同一であるため、右側シリンダー胴体110にあるピストン111の下降距離は1cmである。

その結果、右側に位置した下部空間部113が1cmだけ下降し、右側下部空間部113にある流体を3.9cm³だけ第2流路220を通じて左側下部空間部113に移動させる。左右の下部空間部113と接するピストン111の面積は同一であるため、左側下部空間部113にあるピストン111が上昇する距離は1cmである。

シリンダー部100のピストンロード120下側部は、磁石ホイール10の軸に分離可能に嵌合し、その上側部は、ピストン111に分離可能に嵌合しても、溶接結合してもよい。

本実施例において、最前方及び最後方のピストンロード120には、図1に示すように、ストッパー121が設けられる。該ストッパー121は、シリンダー胴体110の下部空間部113に一定圧力が維持されるようにし、外部力(F)を分散させると共に、装備が過度に傾くことを防止する役割をする。

具体的に、図3に示すように、最前方に位置したピストン111がシリンダー胴体110の下部空間部113に直接あたると、下部空間部113に圧力が生成されず、他のシリンダー胴体110に圧力を伝達することができない。

また、外部から引っ張る力(F)は、下部空間部113と直接あたっているピストン111を通じて左側の磁石ホイール10の1つに集中して、外部力(F)をそれぞれの磁石ホイール10に分散させることができない。

さらに、この場合、図3に示すように、装備が過度に傾くという短所が発生する。

流路部200は、それぞれのシリンダーを連結してシリンダーの内部にある流体が閉回路を構成しながら流れるようにする役割をする。

本実施例において、流路部200は、図1に示すように、シリンダー胴体110の上部空間部112をそれぞれ連結して閉回路を構成する第1流路210と、シリンダー胴体110の下部空間部113をそれぞれ連結して閉回路を構成する第2流路220とを含む。

従って、本実施例において、上部空間部112に格納される流体、例えば、オイルや圧縮気体は、第1流路210を通じて他の上部空間部112のみに移動し、下部空間部113には移動しない。これは、下部空間部113も同様である。

図4乃至図6は、本実施例の作動図である。

以下で、図4乃至図6を参考して、本実施例の作動を簡略に説明する。

先ず、図4に示すように、A位置の磁石ホイール10の位置において力(F)で引っ張る場合、A位置のピストン111は、シリンダー胴体110の下部空間部113に移動しようとするため、その下部空間部113に圧力が発生する。

A位置の下部空間部113で発生した圧力は、パスカルの原理によってB、C、D位置の下部空間部113にも同一の圧力を加える。この時、各磁石ホイール10に加わる力の公式は、「力=圧力×面積」であり、それぞれのピストン111の面積と圧力は同一であるため、それぞれの磁石ホイール10に加わる力は均等に分配される。

前述した例示でFという力を加える理由は、以下の通りである。 磁石ホイール10を使用した装備は、重い部品と電源/通信ケーブルなどを装着した状態で、付着対象物20の強磁性体の壁面を上がるか付いている。装備に装着された全ての部品は、重力のような外部力の影響を受け、装備を切り離す力が発生するため、Fという力を仮定した状態で説明した。

引き続き、引っ張る力が続けられた場合、図4の(a)に示すように、A位置の下部空間部113は、シリンダー胴体110の内部流体を押し出す力が作用し、A位置の上部空間部112は、シリンダー胴体110の内部流体を吸い込む力が作用する。

それぞれのシリンダー胴体110の内部流体の体積の総和は変わらないため、A、B、C、D位置における上部空間部112の流体の和と、下部空間部113の流体の和は変わらない。

従って、シリンダー胴体110にあるそれぞれの流体は、図4の(b)に示すように、D位置でシリンダー胴体110がストッパー121にあたるまで流れる。

図5は、本実施例が付着対象物20にある突出部に会ったとき、F方向に引っ張る力を加えたまま突出物を越えていく状況を図示したものである。

この時、磁石ホイール10の直径は200mmであり、突出物の高さは20mmであり、ピストン111の行程距離は100mmであることができる。

本実施例は、ピストン111の行程距離をより増やしてさらに大きい突出物も越えられる。

図6は、F方向に引っ張る力を加えたまま、大きい曲面上を移動することを図示したものである。

図6(a)のD位置に示すように、ストッパー121の高さは、それぞれの状況に合わせて変更することができる。

この時、磁石ホイール10の直径は200mmであり、ピストン111の行程距離は100mmであり、付着対象物20の半径は2.5mであることができる。

図7は、本実施例の使用状態図である。

本実施例は、図7に示すように、対象装置のフレーム30の左右側に複数で磁石ホイール10を設ける場合、それぞれの磁石ホイール10に加わる荷重を均等に分散させて、磁石ホイール10の個別吸着力を最大限にすることができる。

本実施例は、船底の掃除装置の他に強磁性体に付着して、各種の作業例を挙げて、溶接作業、加工作業などを行う用途としても広範囲に使用することができる。

本実施例において、磁石ホイール10は、永久磁石または電磁石が含まれた車輪状であることができる。

上述したように、本実施例は、複数のシリンダー部と、複数のシリンダー部を互いに連結する流路部によって、それぞれの磁石ホイールに加えられる荷重を均等に分散できるため、磁石ホイールの個別吸着力を最大限活用することができる。

このように、本発明は、記載された実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲から逸脱せず、多様に修正及び変形可能なことは、この技術分野で通常の知識を持った者に自明である。従って、そのような修正例または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属するといえる。

1 荷重分散装置 10 磁石ホイール 20 付着対象物 30 フレーム 100 シリンダー部 110 シリンダー胴体 111 ピストン 112 上部空間部 113 下部空間部 120 ピストンロード 121 ストッパー 200 流路部 210 第1流路 220 第2流路