CN103818524A - 船舶力矩陀螺减摇装置及减摇方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了船舶力矩陀螺减摇装置，本装置将陀螺力矩转化为船身的复原力矩。由扁平电机带动陀螺转子高速旋转提供陀螺力矩，通过采用动态反馈机制，调节阻尼器输出的阻尼力的大小或者调节伺服电机转速米调节进动速度，将陀螺力矩最大限度的转化为船身的复原力矩，起到最好的减摇效果。本发明结构简单，安装方便，现有船舶安装时不需对船体进行改造，能够轻松改善小型船舶的适航性和舒适性，推广应用前景非常广阔。

Description

船舶力矩陀螺减摇装置及减摇方法

技术领域

本发明属于船舶减摇技术领域，特指以陀螺方法用于小型船舶(长100尺以下，排水量200吨以内)的减摇技术及方法。

背景技术

船舶摇荡对船舶的适居性、航行性、安全性有巨大影响。而船在海上最易发生横摇，而且摇摆幅值最大，它对船员的的生活工作都有严重影响，因此减摇技术对船的性能提升尤为重要，并且减摇技术主要针对船舶横摇。目前最常用的减摇方式主要有舭龙骨，减摇水舱，减摇鳍三种。

舭龙骨是沿船长方向安装在船的舭部，用以增加横摇阻尼。除非舭龙骨尺寸巨大，否则减摇效果有限，并且舭龙骨主要是在船舶航行时体现减摇效果。

减摇水舱有主动式和被动式之分，主动式由于需要短时内提供很大的动力所有没有得到广泛应用。被动式水舱效果稍好但需要占用船体内部很大空间(约5％-6％)来储存足够的水才能起到效果。小船上很少应用。

减摇鳍是目前应用最广泛效果最好的减摇装置，通常是由传感器检测船体状况反馈到执行机构，执行机构驱动减摇鳍动作来保持船体稳定。但是减摇鳍结构复杂，成本较高，需要动力系统和控制系统目前多用在大型船只上。

发明内容

为了克服现有技术的不足与缺陷，本发明旨在提供一种新型小型船舶力矩陀螺减摇装置，它将高速旋转的陀螺产生的陀螺力矩转化为船舶复原力矩，通过调节陀螺的进动速度米调节陀螺力矩的大小，从而对船舶起到减摇效果。

本发明的技术方案是，提供陀螺力矩的陀螺转子两端通过轴承固定在内框上，可在同样固定在内框上的电机的驱动下高速旋转。内框通过耳轴固定在底座上并且能够绕耳轴进动。与耳轴同轴安装传感器及阻尼器与伺服电机，对内框的进动速度进行检测及控制。设备外部无任何运动部件，可整体固定在船体强度足够的任意位置。设备供电由船舶系统电源或蓄电池提供。

本发明陀螺由两个普通轴承或磁悬浮轴承支撑在内框上，具有体积小转动惯量大的特点。驱动电机采用扁平电机，最大程度减少运动部件的轴向尺寸。

本发明陀螺力矩的利用创新性的采用动态反馈机制，能最大限度的将陀螺力矩转化为船身的复原力矩。陀螺进动速率直接反映出船身横摇状况，通过传感器检测到内框的进动速率后，实时反馈到控制器，控制器对阻尼器及伺服电机工作进行控制，通过调节阻尼器输出的阻尼力的大小或者调节伺服电机转速米调节进动速度，实现所需的陀螺力矩，进而实现减轻横摇的目的。

本发明进动调节装置有阻尼器和伺服电机。阻尼器的阻尼力为非线性阻尼，大小随内框进动角度及角速度的变化而变化，对进动速度起限制作用；伺服电机对进动角速度速度起增加作用。两者结合使用实现最好的减摇效果。

本发明实际减摇效果可达60％以上，结构简单，安装方便，对小型船舶尤其适用。现有船舶安装时不需对船体进行改造，动力直接由蓄电池提供，能够轻松改善小型船舶的适航性和舒适性，推广应用前景非常广阔。

附图说明

图1：本发明船舶力矩陀螺减摇装置原理图。

图2：本发明船舶力矩陀螺减摇装置构造图。

图3：本发明船舶力矩陀螺减摇装置电气原理图。

图4：本发明船舶力矩陀螺减摇装置安装图。

图中：1-陀螺转子，2、2a、2b-轴承，3-扁平电机，4-内框，5-底座，6-阻尼器(磁粉制动器)，7、7a、7b-轴承，8、8a、8b-耳轴，9-伺服电机，10-传感器，11-控制器，12-蓄电池，13-轴承盖，14-船体，15-力矩陀螺减摇装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1和图2所示，本发明力矩陀螺减摇装置组成如下，陀螺转子1通过轴承2a、2b 固定在内框4上，由扁平电机3驱动，扁平电机3同样固定在内框4上。内框3通过两侧的耳轴8a、8b及轴承7a、7b固定在底座5上，并可绕耳轴转动(进动)。耳轴的两侧分别安装阻尼器(磁粉制动器)6、伺服电机9和传感器10，控制器11通过线路接受传感器10的信号并控制阻尼器(磁粉制动器)6和伺服电机9的动作。蓄电池12为设备供电。底座5可固定在船体强度足够的任意位置。

本发明的具体减摇原理是：如图1所示，陀螺转子1在扁平电机3驱动下以ωs高速旋转，产生动量矩L，当船体受波浪的影响产生横摇角速度Φ时，陀螺转子1、扁平电机3及内框4整体以ωp绕耳轴进动产生陀螺力矩Tg，传感器10将信号传给控制器11后，控制器11通过阻尼器(磁粉制动器)6或伺服电机9改变进动速度ωp，产生力偶矩Ts，方向与横摇角速度Φ方向相反，从而起到减摇作用。

如图3所示为本发明船舶力矩陀螺减摇装置的电气控制原理图。

如图4所示为本发明在船体上实际安装位置状况，内框耳轴方向与X轴方向平行，位于横摇面XZ面的平行平面内，水平放置。图中位于XZ面内绕Y轴的摇晃为船的横摇。

Claims (7)

1.船舶力矩陀螺减摇装置，其特征在于：本发明将高速旋转的陀螺产生的陀螺力矩转化为船舶复原力矩，通过调节陀螺的进动速度来调节陀螺力矩。提供陀螺力矩的陀螺转子两端通过轴承固定在内框上，由同样固定在内框上的扁平电机驱动旋转。内框通过耳轴及轴承固定在底座上并且能够绕耳轴旋转(进动)。与耳轴同轴安装传感器对进动角速度进行检测。通过阻尼器与伺服电机对陀螺转子的进动速度进行控制，调节陀螺力矩。

2.权利1要求所述的船舶力矩陀螺减摇装置及减摇方法，其特征在于：船体减摇的复原力矩由陀螺力矩提供，陀螺力矩通过调节陀螺转子进动角速度实现。

3.根据权利要求1所述的船舶力矩陀螺减摇装置，其特征在于：陀螺转子的旋转是由扁平电机或无框式力矩电机驱动。

4.根据权利要求1所述的船舶力矩陀螺减摇装置，其特征在于：陀螺转子、内框和驱动电机能整体绕进动轴(耳轴)进动。

5.根据权利要求1所述的船舶力矩陀螺减摇装置，其特征在于：与进动轴同轴安装角速度传感器，检测反馈陀螺转子的进动速度。

6.根据权利要求1所述的船舶力矩陀螺减摇装置，其特征在于：陀螺转子进动角速度的调节通过阻尼器和伺服电机实现。阻尼器的形式有磁粉制动器，液压阻尼，电磁刹车等。

7.根据权利要求1所述的船舶力矩陀螺减摇装置，其特征在于：陀螺转子进动轴与横摇面平行水平放置。

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