CN105939925B - 基于鳍板的船只推进系统 - Google Patents

Abstract

一种包括马达、惯性质量和鳍板的船只。马达使惯性质量围绕轴线振荡，由此产生马达上的扭矩反作用和马达的振荡。马达的振荡传递至鳍板，进而产生推力。

Description

基于鳍板的船只推进系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月4日提交的美国专利申请序列号61/911,888和

2014年2月6日提交的美国专利申请序列号61/936,419的权利，这些申请以全文并入本文中用于各种目的。

背景技术

螺旋桨驱动船只(包括水面船只和潜水艇)的设计涉及很多众所周知的折衷方案，包括螺旋桨尺寸、发动机的布置和船体形状等众多其他问题。此外，由单个螺旋桨推进的推力流体柱会旋转。尽管推力流体的旋转并不产生推力，但推力流体向后移动需要这种旋转(这的确产生了推力)。通过使用两个反向旋转螺旋桨，可消除或至少平衡推力流体的旋转，但是这会导致螺旋桨表面积翻一倍且(通常)驱动系复杂性也翻一倍，因而会降低效率。另外，高效的螺旋桨驱动船只在推进效率和推力系数的曲线图上大致达到0.7，即便如此，速度范围仍十分窄。例如，图31，取自在学术研讨会上提出的Frank E.Fish、Laurens E.Howle和Mark M.Murray的“Hydrodynamic Flow Control in Marine Mammals”，以及在2008年1月2日至6日于美国德克萨斯州圣安东尼奥市举行的综合与比较生物学学会年度会议上提出的“Going with the Flow:Ecomorphological Variation across Aquatic FlowRegimes”中的曲线图。效率曲线近似于反演抛物线。以快于或慢于达到峰值效率时的速度行进，并且螺旋桨驱动船只的效率迅速下降。

另外，螺旋桨驱动船只通常具有驱动轴。当发动机位于舷内时，该驱动轴穿过船体，因而需使用驱动轴密封件(舷外马达的驱动轴严重弯曲，这相对于舷内马达降低了效率)。驱动轴密封件产生了摩擦，需要维护，且使得机械复杂性增加(如舱底泵)。

可使用电动马达，其充满液体，因而降低了驱动轴密封件上的内外压差。这种马达有时用于潜水艇中；但这种马达会经受更大的摩擦，这是因为转子在液体而不是空气中旋转，且维护更加复杂。

与螺旋桨相反，鳍(海洋哺乳动物和鱼)的效率/推力系数约为0.8，且效率曲线十分平缓。也请参见图31。以比峰值效率的速度更快或更慢的速度行进只会导致效率的适度改变。尽管由鳍板推进的推力流体中存在漩涡，但与离开螺旋桨的推力流体柱的旋转不同，鳍板后的漩涡反向旋转。漩涡形成了“反卡门涡街”模式，其中随着下游漩涡旋转且随时间的流逝释放能量，其似乎将上游漩涡进一步往下游拉动，收集能量并促使整体推进。

但将马达连接至鳍板是个复杂的问题，尤其是在海洋环境中。很多基于鳍板的推进系统已被设计并制造完成，其中有些会进行类似于鱼的运动。通常，这类系统具有数十个、数百个，甚至数千个具有紧密公差的复杂加工的零件。通常，这类系统具有多个移动轴承，它们暴露于水中或者需要通过“湿式”密封件(试图密封移动零件或其轴承，以便隔离水)密封隔离水。通常，这种船只中的轴承会承受不对称负载，开始在一侧上，然后在另一侧上。部分此类系统依赖于外来、昂贵及易碎的材料，诸如在电场中收缩或膨胀的材料。

庞大数量的零件、移动的零件、密封件以及不对称负载的轴承降低了这类系统的效率，增加了制造成本并降低了可靠性，导致大多数基于鳍板的船只推进系统对于商业用途而言不合实际。

需要一种廉价、高效、稳固的基于鳍板的推进系统。

公开了一种高效的基于鳍板的推进系统，其仅具有一个被直接驱动的部件。在一些实施例中，该部件被完全密封。

附图说明

图1所示为附接至驳船的远程操作渔船垂直反转扭矩发动机(“TRE”)的实施例的透视图，该驳船承载电源。

图2以相同视图示出了图1的渔船，进一步示出了水平轴线、垂直轴线、横向轴线和吃水线。

图3A所示为具有沿水平轴线的剖面和对称索带的图1的渔船的透视图。

图3B所示为具有图3A的相同视图和剖面但具有不对称底部索带的渔船垂直TRE实施例。

图3C所示为具有图3A的相同视图和剖面但具有不对称顶部索带的渔船垂直TRE实施例。

图4A以侧视平行投影视图示出了具有剖面的图3A的渔船实施例。

图4B以侧视平行投影视图示出了具有剖面的图3B的渔船实施例。

图4C以侧视平行投影视图示出了具有剖面的图3C的渔船实施例。

图5A所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿水平轴线的剖面的垂直TRE的实施例的特写透视图。

图5B所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿水平轴线的剖面且部件被部分拆卸的垂直TRE的顶部轴承、惯性质量、定子区域和底部轴承的透视图。

图5C所示为全TRE周期。

图6A所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿水平轴线的剖面的垂直TRE的一部分的特写平行投影视图。

图6B所示为图6A的TRE部分的视图，其中惯性质量未标示。

图6C所示为图6A的细部。

图7所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿横向轴线的剖面的渔船实施例中的垂直TRE的实施例的正视平行投影视图。

图8A所示为渔船中垂直TRE的示意性实施例的正视平行投影视图，进一步示出了横向TRE位置调整器。

图8B所示为渔船中垂直TRE的示意性实施例的侧视平行投影视图，进一步示出了水平TRE位置调整器。

图9A所示为具有沿水平轴线的剖面的垂直TRE实施例的某些电部件和磁部件的平行投影视图。

图9B以线框图示出了垂直TRE实施例的某些电部件和磁部件的透视图。

图9C以隐藏线示出了图9B的视图和部件。

图10所示为渔船垂直TRE的实施例的俯视平面平行投影视图。

图11A所示为第一位置中的锚爪-弯折调整部件的实施例的平行投影视图。

图11B所示为图11A的视图和部件，其中锚爪-弯折调整部件处于第二位置。

图12所示为附接至包括电源的流线型电池组的远程操作渔船垂直TRE的实施例的透视图。

图13所示为渔船水平TRE的实施例的透视图。

图14以相同视图示出了图13的渔船，进一步示出了水平轴线、垂直轴线和横向轴线。

图15所示为具有沿水平轴线剖面的图13的渔船。

图16所示为图13的渔船，进一步示出了具有沿横向轴线的剖面的渔船内的

TRE。

图17以侧视平行投影视图示出了图13的渔船。

图18以图17的侧视平行投影视图示出了图13的渔船内部船体的实施例。

图19以图17的侧视平行投影视图示出了图13的渔船的定子外壳和主轴的实施例。

图20以图17的侧视平行投影视图示出了具有沿水平轴线的剖面的图13的渔船的惯性质量和转子的实施例。

图21以图17的侧视平行投影视图示出了具有沿水平轴线的剖面的图13的渔船的实施例。

图22以正视平行投影视图示出了图13的渔船。

图23以正视平行投影视图示出了具有沿横向轴线的剖面的图13的渔船。

图24A所示为鳍板实施例的特写透视图。

图24B所示为图24A的鳍板实施例的特写透视图，其中鳍板未标示，以示出鳍板-弯折调整部件的实施例。

图25A所示为鳍板实施例的特写透视图。

图25B所示为图25A的鳍板实施例的特写透视图，其中鳍板未标示，以示出鳍板-弯折调整部件的实施例。

图26A所示为经由缆绳附接至驳船的图13的渔船。

图26B所示为经由压帆横杆附接至驳船的图13的渔船。

图27A所示为索带连接点的实施例的细节透视图。

图27B所示为图26A的细节图，进一步包括索带部件。

图28A所示为直接驱动船只的实施例。

图28B所示为具有穿过水平轴线的剖面的图27A的直接驱动船只。

图29所示为具有穿过水平轴线的剖面的图26A的直接驱动船只的细部。

图30所示为可用来控制TRE和渔船或直接驱动船只的一组电路的实施例。

图31所示为螺旋桨和鲸类推力系数的效率曲线图。

具体实施方式

意在对于以下所呈现的描述中使用的术语，即使与本技术的特定示例的具体实施方式结合使用，也应以其最宽泛的合理方式来解释。尽管某些术语会在下文被强调，但以任何限制的方式进行解释的术语，都会公开并具体地按具体实施方式部分那样进行界定。

除上下文另有明确要求之外，在整个说明书和权利要求书中，用词“包含”、

“包括”等应解释为包括在内的含义，与排他或穷举的含义相反；也就是，“包括，但不限于”的含义。如本文中所使用，术语“连接”、“耦接”或其任何变体指两个或多个元件之间直接或间接的任何连接或耦接；元件之间的连接件耦接可以是实体的、逻辑的或其组合。此外，用词“本文”、“上面”、“下面”和具有类似含义的用词，当用于本申请中时，应指本申请的全部而不是本申请的特定部分。当上下文允许时，使用单数的用词还可包括复数，而使用复数的用词还可包括单数。指两个或多个项目的列表的用词“或”涵盖了该用词的所有下列解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目，以及列表中的一个或多个项目的任何组合。本文参考了例行程序和子例行程序；通常，应理解例行程序是计算机硬件执行的软件程序并且子例行程序是在另一个例行程序内执行的软件程序。但本文中所讨论的例行程序可在另一个例行程序内执行并且子例行程序可独立执行(例行程序可以是子例行程序，反之亦然)。

如本文中所使用，“可释放”、“连接”、“已连接”、“可连接”、“断

开”、“已断开”以及“可断开”指可连接或断开的两个或多个结构，其通常在不使用工具(工具的实例包括螺丝刀、钳子、扳手、钻头、锯、焊接机器、焊炬、熨斗和其它热源)的情况下且通常以可重复的方式可连接或断开。如本文中所使用，“附接”、“已附接”或“可附接”指通过使用工具或化学结合或实体结合而附接的两个或多个结构或部件。如本文中所使用，“固定”、“已固定”或“可固定”指连接或附接的两个或多个结构或部件。

本文中所描述的是渔船和直接驱动船只。渔船实施例的示例性实例包括渔船垂直TRE 100和渔船水平TRE 1300。直接驱动实施例的实例包括直接驱动水平发动机270。

如本文中进一步所描述，渔船是反转扭矩发动机(“TRE”)位于船舱内的船只，船舱可以是密封的。TRE使船舱围绕中心轴线在一个方向上然后在另一个方向上周期性反向旋转。船舱的周期性反向旋转(本文中也称为“振荡”)传送到船体或固定至且通常环绕船舱的其它力传递元件(本文称为“船体”)，当TRE在垂直轴线225上定向时，产生振荡偏航；当TRE在横向轴线230上定向时，产生振荡颠簸，以及当TRE在水平轴线235上定向时，产生振荡摇摆。

鳍板固定至船体。通过周围的推力流体，船舱-船体-鳍板的周期性反向旋转(或振荡)产生推力。在船体是力传递部件(比如梁)的实施例中，除了船体以外，可提供整流装置，使渔船周围流体的流动流线化。

TRE包括转子和定子。惯性质量固定至转子；转子和惯性质量围绕旋转轴线在一个方向上然后在另一个方向上通过定子周期性反向旋转(或振荡)。惯性质量的周期性反向旋转使得在定子上出现交替的反转扭矩。定子固定至或形成船舱的内部。定子上的交替反转扭矩使船舱周期性反向旋转。惯性质量可绕与马达共享的中心轴线对称，但在替代实施例中，惯性质量关于马达的中心轴线可以不对称。

例如，马达的中心轴线可以是水平轴线235、垂直轴线225或横向轴线230(见图2或图14中示出的等效轴线)。如果TRE围绕垂直轴线225定向-如渔船垂直TRE 100的示例性实施例中-那么TRE使渔船围绕垂直轴线225振荡偏航且带有垂直定向的尾鳍板的渔船像鱼一样行进。如果TRE围绕横向轴线230定向，那么TRE使渔船围绕横向轴线230振荡颠簸且带有水平定向的尾鳍板的渔船像海洋哺乳动物一样行进-如在美国临时专利申请序列号61/911,888的图7中的示例性实施例中一样。如果TRE沿水平轴线235定向，那么TRE使渔船围绕水平轴线235振荡摇摆且渔船以周期性反向旋转(或振荡)螺丝型运动来行进，如在渔船水平TRE 1300的实施例中一样。

马达可以是“外转子”式电动马达，其中中心定子由转子环绕并且惯性质量固定至转子。尽管本文使用电动马达作为TRE的实例，但马达和惯性质量可以由内燃机等提供，因为电动马达在机械结构上简单，不需要氧化剂或其它化学品流入以及燃烧废气或其它反应产物流出TRE，并且由于可实施惯性质量宽广的转速范围，电动马达具有灵活性。在马达为电动的实施例中，可使用无刷直流马达。尽管无刷马达需要较少维护，但可使用机械换向式有刷电动马达。基于燃烧的TRE可使用各种旋转马达配置，比如其中活塞(包括旋转发动机中的等效结构)在封闭件中周期性地压缩并点燃气体和燃料，并且释放废气而使惯性质量周期性地振荡。如上所述，尽管本文中示出的实施例讨论了对称的惯性质量，但惯性质量可以是不对称的。

例如，惯性质量可由铅、铁和电池组等提供。

在电动马达的情况下，可通过电源获得电力。电源可以在驳船或由渔船拖曳的其它船舶上，或者安装于渔船内部。如果被拖曳在驳船上，那么电源可以是太阳能电池板、电池组、燃料电池或发动机(风力、化石燃料等)。如果在渔船的内部，那么电源可以是电池组或用于内燃机的燃料电池。图12所示为一个实施例，其中电源被拖曳在船舶中，比如流线型电池组205。

鳍板可以固定至渔船。如果在鳍板位移的中心处固定至渔船(其通常也是宽泛的点，对于典型的翼部横截面而言，从鳍板的前缘处向后1/3处)，但无任何部件会阻碍旋转，那么鳍板将会通过推力流体发现最小阻力的路径。柔性梁可包括在鳍板和渔船之间的固定器中，使鳍板在推力流体中的偏转小于在最小阻力的路径上的偏转，使鳍板达到足以产生推力的攻角。柔性梁的弯曲模量是可调整的，以改变鳍板所达到的攻角。尽管由于鳍板平移穿过推动力流体时(允许鳍板基于柔性模量发现攻角)鳍板所经受的力，而导致柔性梁通常被动地铰接，但柔性梁可包括执行机构以弯曲柔性梁或改变柔性梁和船体之间的法角，这可出于达到所需攻角的目的而进行或可这样做以使渔船转向。

还可通过相对于鳍板和船体对TRE的重心重新定位来使渔船转向。例如，在TRE围绕垂直轴线225旋转以产生推力且其中TRE具有位于水平轴线235下方的重心的渔船中，船舱可沿横向轴线230重新定位，这使渔船摇摆至远离水平面的角度且导致了转向力。例如，图8A和图8B。还可通过产生更多扭矩且TRE在其周期的一侧(比如通过在一个方向上比在另一个方向上进一步反向振荡TRE)或通过松开一侧上的柔性梁来使渔船转向，这可导致不同侧之间的推力之差，从而产生了转向力。

渔船包括传感器以检测各种部件的相对和/或绝对位置以及/或部件所经受的应变。例如，传感器可存在以感测柔性梁中的弯曲，以检测船的定向(在摇摆、颠簸和偏航方面)、惯性外壳和转子相对于定子的位置、TRE的重心相对于船体的定向、鳍板的定向和攻角、定子和转子的状态(比如磁场、电流等)、电源的状态等。

传感器可以是电子电路的一部分，一些传感器可形成反馈电路，比如以下电路，其控制对定子供电且旋转惯性外壳直到船(在惯性外壳的旋转的相反方向上)偏航、摇摆或颠簸至相对于行进的正常方向的所选位置或直到在柔性梁中达到弯曲角度或直到在鳍板中获得攻角，反馈电路可在其上使惯性外壳的旋转减慢且反向直到船在另一个方向上偏航或摇摆至等效位置，惯性外壳在其上的旋转可再次被减慢且反向等。当渔船处于静止状态时，柔性梁的弯曲模量可以在柔性设置下启动，且随着速度的增加，弯曲模量变得更硬。

直接驱动船只是具有更少移动零件和无惯性质量的实施例，但是其需要柔性薄膜，比如薄膜285、湿式密封件或耐水轴承。

渔船和直接驱动船只在机械结构上简单，实体上稳固，且提供了比螺旋桨驱动船只更高的效率。

图1所示为附接至驳船105的远程操作的渔船垂直TRE 100的实施例的透视图，驳船105承载电源110。本图中标识出了船首130、尾部135、锚爪215、顶部轴承160、中心管185、对称索带115和栓绳120。船首130和尾部135具有大约相同的位移。船首130和尾部135之间的位移是可调整的，以改变船只的正常颠簸。可增大或减小整个船只的总体位移以改变船只在水中的正常深度。

图2以相同视图示出了图1的渔船，进一步示出了水平轴线235、垂直轴线

225、横向轴线230以及吃水线240。如本文中所讨论，摇摆是围绕水平轴线235的旋转、偏航是围绕垂直轴线225的旋转，且颠簸是围绕横向轴线230的旋转。

图3A所示为图1中渔船的透视图，其具有沿水平轴线235的剖面、对称索带115和悬链线120。图1、图2、图3A和渔船垂直TRE 100可以逐个页面和图式相互之间进行比较。悬链线120和对称索带115之间的固定点可以沿着对称索带115的尾弧上下移动，如用以改变渔船的颠簸。

图3B所示为具有图3A的相同视图和剖面但具有不对称底部索带140的渔船垂直TRE实施例，其大体形成悬链线悬垂。

图3C所示为具有图3A的相同视图和剖面但具有不对称顶部索带150和悬链线151的渔船垂直TRE实施例。为了改变不对称底部索带140或悬链线120或悬链线151的重量，更多或更少的索带可以从驳船105释放或拉回到驳船105。部件可并入对称索带115、不对称底部索带140或不对称顶部索带150之间的附接点，以改变索带和船舶之间的法角，例如，使渔船颠簸或允许锚爪和索带之间有更多的空间。

图4A以侧视平行投影图示出了具有剖面的图3A的渔船实施例。

图4B以侧视平行投影视图示出了具有剖面的图3B的渔船实施例。

图4C以侧视平行投影视图示出了具有剖面的图3C的渔船实施例。

图5A所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿水平轴线235的剖面的垂直TRE 500的实施例的特写透视图。示出的是船首130和尾部135，二者与顶部轴承160和底部轴承165接触。顶部轴承160和底部轴承165支撑惯性质量155，并允许惯性质量155绕垂直轴线225旋转。轴承可以更靠近中心管185。在本实施例中，惯性质量155面对永久磁体156。磁体156(可以是永久的)与定子170中的电磁体175相互作用。还示出了整流器178、空间179、电容器180、中心管185和索带，在本实施例中，为对称索带115。中心管185和索带可以由轴承介接，诸如耐水滚珠轴承组，但也可以由部件之间的轴承接口介接，如黄铜对黄铜接口。在图26A和图26B示出的实例中，系留柱345可突出穿过中心管185并与套环250固定。

电力可通过索带或通过离开索带的电力线递送，并通过能量传递回路415(见图30)进入电容器180。电容器180被标记为“电容器”，但也可以是另一种电力存储器，诸如电容器、电池等。超级电容器可循环使用50万次至100万次，并且需要很少或几乎不需要维护。电力离开电容器180并进入电力传递回路420，其可以并入或连接到整流器178，亦可将电力(例如三相电力)递送至TRE或马达400。整流器178可利用DC-DC升压以较低速度来提取制动能量。图30中提供电路图。能量传递回路415的一部分或全部可以位于空间179内和/或底部轴承165或顶部轴承160与定子170框架内壁之间的腔168或腔169内和/或驳船上。电力传递回路420可以存在于整流器178和/或腔168或腔169内。控制电路425可以控制马达400、电力传递回路420、能量传递回路415，并且可以从传感器-执行机构430获取信息和/或控制传感器-执行机构430。

图5B所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿水平轴线的剖面且部件被部分拆卸的顶部轴承160、惯性质量155、定子170和底部轴承165的透视图(在图5B中，底部轴承165处在相对于定子170的位置上)。可以使用常规的“外转子”电动扭矩马达，且惯性质量安装到转子上。

图5C所示为从顶部开始的完整TRE周期，具有如弧181所示的惯性质量逆时针方向的加速度，其在定子中产生扭矩反作用而如弧182所示在顺时针方向上驱动定子，接着是如弧183所示的惯性质量顺时针方向的加速度，其在定子中产生扭矩反作用而如弧184所示在逆时针方向驱动定子。

图6A所示为大体在图1至图4C所示的TRE实施例中存在的具有沿水平轴线235的剖面的垂直TRE 500的一部分的特写平行投影视图。图6B所示为图6A的垂直TRE 500部分的视图，其中惯性质量155未标示。该图还标注了顶部轴承162和底部轴承163。轴承162和163被示出为滚珠轴承，但是也可使用另一种形状的轴承，例如，滚子轴承。图6C所示为图6A的细部。图6A至图6C一起示出了不会相对于一个移动部件(惯性质量155)而移动的部件。图6C还示出了惯性质量155-磁体156和定子170之间的空隙。按照上面的讨论，定子170中的电磁体175首先在一个方向然后在另一个方向围绕垂直轴线225旋转惯性质量155中的磁体156，而在电磁体

175和定子170中产生相对的反转扭矩。因为电磁体175和定子170被锚固或以其它方式固定到船体中(例如，到船首130和尾部135)，所以电磁体175和定子170中相对的反转扭矩被传递到鳍板上，例如，锚爪215。

图7所示为大体在图1至图4C所示的实施例中存在的具有沿横向轴线的剖面以及由数字标识的许多元件的渔船垂直TRE的实施例的正视平行投影视图。图7所示为外壳136和船舱133

图8A所示为渔船中垂直TRE的示意性实施例的正视平行投影图，进一步示出了横向TRE位置调整器137。图8B所示为渔船中垂直TRE的示意性实施例的侧视平行投影图，进一步示出了水平TRE位置调整器139。横向TRE位置调整器137和水平TRE位置调整器139可用于调整船舱133的位置，包括TRE。可以进行位置的调整，以修整船只在水中的定向和/或以提供转向力。如图所示，船舱133大致位于位移的中心，并且稍低于水平轴线235。马达(未标示)可提供动力来驱动横向TRE位置调整器137和水平TRE位置调整器139。

图9A所示为具有沿水平轴线的剖面的垂直TRE 900实施例的某些电部件和磁部件的平行投影图。图9B以线框图示出了图9A的垂直TRE的某些电部件和磁部件的透视图且不具有剖面。图9C以隐藏线示出了图9B的视图、部件和参考数字(这有助于识别图9B中的数字线指向何处)。图9A至图9C中标记的是惯性质量155、底部轴承165、霍尔效应传感器和霍尔效应传感器导线201、电磁体175、整流器178、电容器180和绕组整流器连接导线195。因为整流器可被分成两个部件(该整流器可以正好在顶部或正好在底部)，所以绕组整流器连接导线195被示出向上和向下延伸。霍尔效应传感器可以是霍尔效应传感器、光学位置传感器或其它传感器，其检测惯性质量155和/或磁体156(或DD转子280)相对于定子170和电磁体175的位置。

定子中的电磁体可遵照各种绕组图案。例如，三通形构造实现低转速下的高扭矩，但在最高速度时不行，而这可能是本上下文所期望的。

图10所示为渔船垂直TRE 1000的实施例的俯视平面平行投影图。箭头弧指示渔船垂直TRE 1000由于扭矩反作用产生的船尾振荡。相应的振荡出现在渔船垂直TRE1000的船头。

图11A所示为第一位置处的柔性梁调整部件的实施例的平行投影视图。图11B所示为图11A的视图和部件，其中锚爪-弯折调整部件处于第二位置。在这些图所示的实施例中，锚爪215固定到柔性梁217，例如，这可以是由碳纤维或另一种柔性材料制成的杆件。柔性梁可延伸到尾部135内一根管的内部，该管的内径仅比柔性梁217的外径略大，使得柔性梁217在尾部135内的管内来回滑动。锚爪延长器245可包括马达、齿条齿轮系统和液压系统等等，使柔性梁217可在尾部135内的管内来回滑动。当柔性梁217被延长时，如图11B所示，锚爪215将在渔船绕垂直轴线225偏航时比柔性梁216收回在尾部135内管的内侧时进一步偏转。这是用于改变或调整柔性梁弯曲模量的部件的一个示例性实施例，当船只来回偏航时，其在TRE的驱动下将改变由锚爪215达到的攻角。

柔性延长器245可在逻辑上通过偏转传感器-执行机构连接器247连接到控制电路425，将关于柔性梁217的延伸长度、关于柔性梁217的偏转、关于柔性梁217相对于船体的定向等信息提供给控制电路425。

柔性梁217可在水平面内绕着与尾部135的连接点旋转，例如通过马达的运行，该马达可以在尾部135内来回拉动柔性延长器245，从而允许使用柔性梁217和锚爪215来提供转向力(例如，对于替代性实施例而言，参见美国临时专利申请序列号61/911,888中的图10A和图10B，其中，转向盘位于锚爪和尾部之间的连接点)。

图12所示为附接至包括电源(例如电池)的流线型电池组205的远程操作渔船垂直TRE 1200的实施例的透视图。流线型电池组205的位置可以被调整，如沿对称索带115的尾弧上下调整，以改变渔船的颠簸。流线型电池组205也可用于让渔船1200转向。流线型电池组205可以与不对称的索带一起使用。

图13所示为渔船水平TRE 1300的实施例的透视图。标识出的是转盘船体300、右舷鳍板305A、左舷鳍板305B和传感器孔301。在这些图中，转盘船体300上绘制了螺旋线以提供可视化参考。

图14以相同视图示出了图13的渔船，进一步示出了水平轴线320、垂直轴线310和横向轴线315。吃水线大体位于渔船1300的水平之上，而渔船大体可以完全淹没在水中或在很深的深度进行操作，因为没有驱动轴贯穿转盘船体300。

图15所示为具有沿水平轴线320的剖面的渔船1300，例如，提供了转盘惯性质量330、转盘马达325、前轴承331以及后轴承332的视图。类似于沿垂直轴线定向的TRE，其中TRE沿水平轴线320定向，转盘马达325保持固定并且附接到转盘船体300。转盘马达325与转盘惯性质量330相互作用，围绕水平轴线320首先在一个方向上、然后向在另一方向上旋转转盘惯性质量330，从而产生抵抗转盘马达325的交替扭矩反作用，转盘马达325附接到转盘船体300，转盘船体300固定至鳍板305A和305B。转盘惯性质量330可以不直接接触转盘马达325，而是可以由前轴承331和后轴承332支撑在转盘马达325上。

除了允许转盘惯性质量330绕水平轴线320旋转之外，前轴承331和后轴承332还可以在转盘惯性质量330和转盘马达325以及可控制转盘马达325的部件(等效于图30中所示的部件)之间传输电能，该转盘惯性质量可包括电池。例如，电接触件可以设置在转盘马达325的后端部或前端部上，电接触件可以用以给转盘惯性质量330中的电池充电和/或给渔船1300提供或获得电力。

本文所示的任何渔船实施例可以位于移动的水流中、固定至绳索等，并且可以由推力流体在鳍板上方的移动产生动力。在这种情况下，柔性梁固定鳍板可以被偏置以使鳍板与推力流体呈现交替攻角，以使得渔船振荡多达其在净动力供应至TRE(而非由TRE产生)时的振荡。

感应主体可以在任何TRE中使用来感应不一定具有直接电连接的部件中的电流和/或磁场。例如，永久磁体或电磁体可以存在于转盘惯性质量和转盘马达325中的一个或两个中。TRE可以是或并入具有变频驱动的多相双笼式交流感应马达。

图16所示为渔船1300，进一步示出了具有沿TRE的横向轴线315的剖面的渔船1300内的TRE。已标记的是转盘惯性质量330、转盘马达325和传感器孔301，其可以延伸至渔船1300中甚至穿过渔船1300。传感器、相机或类似物可以位于传感器孔301中。

图17以侧视平行投影视图示出了渔船1300，其中标记有转盘船体300和左舷鳍板305B。

图18以图17的侧视平行投影视图示出了具有沿水平轴线320的剖面的船体300的实施例，其示出了船体300的内部。应当注意的是，外部的图形螺旋线继续存在于内部。

图19以图17的侧视平行投影视图示出了图13的渔船内的转盘马达325、前轴承331和后轴承332的实施例。

图20以图17的侧视平行投影视图示出了具有沿着水平轴线的剖面的渔船1300的惯性质量330的实施例。为了持续性起见，示出并且标记了前轴承331和后轴承332。

图21以图17的侧视平行投影视图示出了具有沿着水平轴线的剖面的渔船1300，示出且标记了其它部分所讨论的部件。转盘马达325与转盘惯性质量330之间的空隙可见。

图22以正视平行投影视图示出了渔船1300。

图23以正视平行投影视图示出了具有沿着横向轴线315的剖面的渔船1300。

图24A所示为鳍板305B实施例的特写透视图。图24B所示为图24A的特写透视图，其中鳍板305B未标示，以示出鳍板-弯折调整部件的实施例。类似于柔性梁，鳍板-弯折调整部件允许鳍板达到产生推力的攻角。在图24A和图24B所示的实施例中，转盘鳍板杆335大体在转盘船体300的位移中心处附接至转盘船体300。转盘鳍板杆335大体在鳍板305B的位移中心处穿透鳍板305B。在本说明中，鳍板305B大体以低阻力、大体沿箭头342围绕转盘鳍板杆335旋转。这可以由轴承实现，该轴承可包括介于鳍板305B与转盘鳍板杆335之间的简易黄铜对黄铜轴承表面。当转盘船体300围绕水平轴线320先在一个方向上然后在另一个方向上摇摆时(对当转盘马达325旋转转盘惯性质量330时由转盘马达325产生的扭矩作出反应)，鳍板305B将围绕转盘鳍板杆335旋转且将发现通过推力流体(水)的最小阻力的路径且将不会产生推力。但如果鳍板305B也固定至转盘鳍板弹簧340，则转盘鳍板弹簧340延缓了偏转，并防止鳍板305B跟随最小阻力的路径，且引起鳍板305B产生推力。转盘鳍板弹簧340的弯曲模量可能是可调整的。鳍板305B到转盘鳍板杆335的附接位置可能是可调整的，以便相对于转盘鳍板杆335向前和向后移动鳍板305B，可进行这一动作以改变由鳍板305B达到的攻角。

图25A所示为鳍板2500实施例的透视图。图25B所示为图25A的透视图，且未标示鳍板2500以示出鳍板-弯折调整部件的另一实例，其并未涉及轴承表面(位于鳍板和转盘鳍板杆之间)。在图25A和图25B示出的实施例中，鳍板2500可附接至鳍板的位移中心向前的转盘船体，例如在转盘鳍板-弹簧-杆341处。转盘鳍板-弹簧-杆341包括弯曲模量。鳍板跟随与以上所述相同类似的路径(通过转盘鳍板-弹簧-杆341将防止它跟随最小阻力的路径)，且大体沿着箭头342产生推力。转盘鳍板-弹簧-杆341的弯曲模量可能是可调整的，这样推力的大小可能有所不同。

图26A所示为图13的经由缆绳附接至驳船的渔船。渔船与缆绳之前的固定件可包括轴承，以允许渔船以更小的阻力振荡。图26B所示为经由压帆横杆附接至驳船的图13的渔船。缆绳或压帆横杆可供应动力至渔船。

图27A所示为突出穿过渔船实施例的位移的近似中心的系留柱345的实施例。图27B所示为固定至系留柱345的索带355上的套环350的实施例。当将渔船固定至索带时，索带355的弯曲模量可足以适应渔船的周期性反向旋转(“振荡”)。为便于此操作，索带可包括例如柔性绳、带和链等部分，这些部分固定至系留柱345或等效结构。

图28A所示为直接驱动船只270的实施例。图28B所示为图28A的具有通过水平轴线的剖面的直接驱动船只270。图29所示为具有穿过水平轴线的剖面的图28A的直接驱动船只的细部。以下直接驱动船只270中的部件被标记成：直接驱动(“DD”)定子275、DD转子280、薄膜285和索带288。DD定子275和DD转子280由间隙隔开。轴承(未标示)相对于DD定子275支撑作为DD转子280部分的部件。薄膜285可以保护DD定子275与DD转子280之间的间隙。薄膜285必须是柔性的，以承受DD转子280相对于索带288的振荡。

图30所示为可用于控制TRE和渔船或直接驱动船只的电路或一组电路的实施例。马达400包括TRE、或者例如DD定子275和DD转子280。电源110与其它地方讨论的电源是等效的，例如，可以是发电机和电池等。

来自电源110的电力可通过索带或通过退出索带的供电线连接至能量传递回路415，或者例如，当惯性质量包括电源或电容器时，其通过前轴承331和后轴承332或通过为此目的而提供的接触件来连接。在能量传递回路415与电力传输回路420之间为电容器180，如其它地方所述，其可以是电容器、电池或另一电储存器。电力离开电容器180并进入电力传递回路420，其可以并入或连接到整流器178，亦可将电力(例如三相电力)递送至TRE或马达400。在图30中示出三条线以表示三相电力。三相电力可以以脉冲编码调制信号的形式被传送，该脉冲编码调制信号由控制电路425调整且由电力传输回路420输出。传感器-执行机构430可包括，例如，霍尔传感器201、偏转传感器-执行机构247、转盘鳍板-弹簧杆341内的应变、弯曲或偏转传感器(等等)、位置-方位传感器、以及电源、转向机构中的传感器和执行机构等。

马达400、电力传输回路420、能量传递回路415、电源110、电容器180和传感器-执行机构430可与控制电路425通信或在它们之间形成控制电路425。控制电路425可将电力提供至马达400，从而首先在一个方向上然后在另一个方向上旋转惯性质量。

控制电路425可通过驱动相位和制动相位来控制马达400，这些相位被重复以产生推力。例如，控制电路425可检测鳍板的攻角或攻角的标识(例如，柔性梁中的弯曲)以及，基于攻角可指示电力传输回路420来驱动马达400而在驱动相位中加速惯性质量，引起了抵抗定子的扭矩反作用，其是被传递至鳍板的扭矩(例如经由船体)，其可以引起鳍板的攻角的增加(或者柔性梁中弯曲的增加)，直到达到期望的鳍板攻角，在该点处，控制电路425可指示电力传输回路420将电子制动应用至制动相位中的惯性质量，引起抵抗定子的扭矩反作用，其与在驱动相位期间经受的扭矩相反，该扭矩被传递至鳍板，这可以引起鳍板的攻角减小。例如，当攻角相对于所期望的船只行进方向返回至正常值时，驱动相位可以与返回至在该段落起始处所述的过程相接合。在电子制动的应用过程中，电力传输回路420和马达400可产生电力，该电力被传递至电容器180用于存储。在驱动相位的过程中，可以使用来自电容器180和电源110的电力。可采用其它的和/或附加的反馈回路，例如基于电容器180中有效电力的反馈回路，其可以经由控制电路425来控制能量传递回路415以及由电源110产生或供应的电力。

驱动相位可使惯性质量的转速高达X，而制动相位可将转速降低至Y，其中Y保持为正数(制动相位不会让惯性质量完全停止)。

这里有使用直流马达、无刷马达或其它类型马达的四种可能的运行模式或象限。在速度对扭矩的X-Y曲线图中，象限I是向前速度和正向扭矩。扭矩以向前的方向推进马达。相反地，象限III是反向速度和反向扭矩。现在马达以反向方向“运转”，在反向扭矩下向后旋转。象限II中，马达前向旋转，但扭矩被反向施加。扭矩用于“制动”马达，而此时马达因此产生电力。最后，象限IV是完全相反的。马达反向旋转，但扭矩以向前方向被施加。同样，扭矩被施加以试图减慢马达并改变其方向以再次向前。于是，马达再次产生电力。

Claims (20)

1.一种船只，包括鳍板、马达和惯性质量，其中所述马达周期性地反向旋转所述惯性质量且经受因此引起的扭矩反作用，其中所述马达上的所述扭矩反作用被传递至所述鳍板，导致所述鳍板通过周围推力流体而平移，所述鳍板通过所述周围推力流体的平移产生推力。

2.根据权利要求1所述的船只，其中所述马达围绕水平轴线、垂向轴线以及横向轴线中的一个轴线旋转所述惯性质量。

3.根据权利要求1所述的船只，其中所述船只还包括船体，并且所述马达和惯性质量位于所述船体内。

4.根据权利要求3所述的船只，其中所述马达附接至船体并且所述惯性质量由轴承围绕轴线支撑。

5.根据权利要求3所述的船只，其中所述马达为电动马达。

6.根据权利要求5所述的船只，其中所述电动马达由电路控制来周期性地反向旋转所述惯性质量，所述电路交替地施加电力以使所述惯性质量加速且施加电子制动以使所述惯性质量减速。

7.根据权利要求6所述的船只，其中所述电子制动产生电力。

8.根据权利要求7所述的船只，其中所述电路进一步包括电力存储器，并且由所述电子制动产生的所述电力存储在所述电力存储器中。

9.根据权利要求6所述的船只，其中所述电路进一步接收与所述鳍板通过所述推力流体的攻角相关的传感器信息，并且其中所述电路至少部分地响应于所述传感器信息来周期性地反向旋转所述惯性质量。

10.根据权利要求3所述的船只，其中所述马达包括定子和转子，并且所述惯性质量附接至所述转子。

11.根据权利要求1所述的船只，其中所述鳍板由柔性梁固定至所述马达。

12.根据权利要求11所述的船只，其中所述柔性梁具有可调整的弯曲模量。

13.根据权利要求1所述的船只，其中所述惯性质量包括电池。

14.根据权利要求1所述的船只，其进一步包括用于所述马达的电源，所述电源由所述船只牵引。

15.根据权利要求14所述的船只，其中所述电源为发电机。

16.根据权利要求14所述的船只，其中所述电源在水面驳船上或潜水船中进行牵引。

17.根据权利要求14所述的船只，其进一步包括缆绳，所述缆绳固定所述船只和电源。

18.根据权利要求1所述的船只，其进一步包括转向机构和压舱物调整机构。

19.根据权利要求18所述的船只，其中所述转向机构相对于所述船只偏置所述鳍板的法向角。

20.根据权利要求1所述的船只，其进一步包括第二鳍板。