CN107428404A - 用于弗莱特纳转子的驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种弗莱特纳转子(100)，弗莱特纳转子包括：定子(104)；转子体(102)，绕定子(104)设置并可旋转地耦接至定子；以及驱动机构(300)，包括至少一个驱动轮或辊(202)，其被配置为接合转子体(102)的外表面用以使转子体(102)旋转。

Description

用于弗莱特纳转子的驱动机构

技术领域

本发明总体上但并非排他性地涉及弗莱特纳转子，并且具体地，涉及用于弗莱特纳转子的驱动机构。

背景技术

弗莱特纳转子(也被称为马格努斯转子)可用在水运船舶上用于进行推进。这种转子利用马格努斯效应使船舶推进。

在使用中，弗莱特纳转子通常直立地设置在水运船舶的甲板上。通常，弗莱特纳转子包括绕定子设置的柱形管形式的外转子，转子经由可转动耦接件耦接至定子，转子通常包括朝向定子的顶端的上轴承和在定子下方的下轴承，通常在大约其中点处。定子通常连接到基部上，基部继而连接到船甲板上。转子可以比定子长并在定子上方伸出，使得上轴承可以在转子高度的大约中点处。

在弗莱特纳转子配合于水运船舶的情况下，使转子绕其纵轴线旋转并且当周围的气流在离心头(spinning rotor)上方移动时，转子的自旋体与空气之间的相对运动在空中产生压差。由于转子的表面引起的阻力，旋转到气流中的转子侧使气流局部延缓，然而旋转远离气流的转子侧使气流局部加速。随后，在旋转到气流中的转子侧上形成高压区域并且在旋转远离气流的转子侧上形成低压区域。因此，在转子的低压区域的方向上产生力并且力被传递到船舶，该力可辅助推进船舶。多个弗莱特纳转子可在一个船舶上结合使用。

现今，弗莱特纳转子应用于大型船舶，诸如，货船。在运输期间，弗莱特纳转子与船舶的主推进系统结合使用以便减小主推进系统上的负担。这会导致明显的燃料节约，尤其对于在合适的风况下的长途行程。与主驱动系统相比，弗莱特纳转子可给出船舶推进的更有效的方法，并且因此与没有这样配备的船舶相比，配备有弗莱特纳转子的船舶的环境影响可显著减少。

弗莱特纳转子最常借助于容纳于定子中的驱动机构来驱动。驱动机构通常经由定子与转子之间的可转动耦接件向转子传递旋转力。

借助于沿着传统的上下旋转轴承的定子定位，这种系统可能易于在轴承之间产生交叉耦合效应，从而，在一个轴承处经历的任何径向或轴向运动可能会在另一个轴承以更大或更小的程度经历。例如，如果定子由于上轴承上的径向负载而在其上端处经受偏转，那么在下轴承处也将会‘感受’到已通过偏转定子传递的负载。这可能会导致转子动态行为的复杂度增加以及有害的谐振。

此外，如果转子经由传统的上下旋转轴承在轴向和径向两者上刚性连接到定子，那么这种系统可能易于产生次级耦合效应，由此作用于上轴承上的例如由于温度变化或者由于定子/转子偏转的垂直分量而从残余应力导致的轴向力被传递到下轴承上，反之亦然。

在传统的弗莱特纳转子中，从多个角度看，零部件的维护和替换可能是困难的。在驱动机构容纳在定子内的情况下，物理接近驱动机构可能是困难的，尤其对于较小尺寸的转子。此外，通常必须将下轴承套设在定子上就位，且随后将转子安装在定子上。因此，为了接近下轴承进行维护或替换，必须将转子卸下来，将下轴承升高离开定子并将旧轴承或者替换轴承放回到定子上且将转子放回到定子上。这可能是非常昂贵和耗时的过程。另一考虑是合适尺寸的轴承的可用性和应用的速率。

因此，需要提供一种用于弗莱特纳转子的改进的驱动机构和轴承布置；具体地，其中在一种改进中，上下轴承处的负载与径向和轴向运动彼此分离，并且在一种改进中，维护的容易性得以改进。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种弗莱特纳转子，弗莱特纳转子包括：定子；转子体，绕定子设置并可旋转地耦接至定子；以及驱动机构，包括至少一个驱动轮或辊，该至少一个驱动轮或辊被配置为接合转子体的外表面用以使转子体旋转。

这种弗莱特纳转子的优点是当驱动机构位于定子和转子的外部时容易接近驱动机构进行修理和维护。

至少一个驱动轮或辊可以耦接至用于使其旋转的相关联的电机。

至少一个驱动轮或辊可以包括第一和第二驱动轮或辊。

第一和第二驱动轮或辊可以在转子体的沿直径相对的侧部处接合转子体。

驱动轮或辊可以包括轮缘和安装在轮缘上的轮胎。

驱动轮或辊可以包含橡胶材料。

弗莱特纳转子可以进一步包括被配置为接合转子体的外表面的至少一个导轮或辊。

弗莱特纳转子可以包括被配置为接合转子体的外表面的多个导轮和/或辊。

多个导轮和/或辊可以绕转子体在周向上设置。

第一和第二驱动轮或辊中的每一个可以设置在两个导轮和/或辊之间。

至少一个导轮或辊可以包括轮缘和轮胎。

至少一个导轮或辊可以无间隙的方式接合转子体的外表面。

至少一个导轮或辊中的每一个可以包括关联的偏压臂，该关联的偏压臂用于将所述至少一个导轮或辊偏压抵靠在转子体的外表面上。

驱动机构可被配置为在转子体的基部处接合转子体的外表面。

驱动机构可以包括至少一个偏压臂并且驱动机构可以通过偏压臂被偏压抵靠在转子体的外表面上。

在使用中，驱动机构可使转子体通过驱动机构与转子体的外表面之间产生的摩擦力而相对于定子旋转。

根据本发明的第二方面，提供一种用于弗莱特纳转子的驱动机构，包括被配置为接合转子体的外表面使转子体旋转的至少一个驱动轮或辊。

至少一个驱动轮或辊可以耦接至使其旋转的相关联的电机。

至少一个驱动轮或辊可以包括第一和第二驱动轮或辊。

第一和第二驱动轮或辊可被配置为在转子体的沿直径相对的侧部处接合弗莱特纳转子的转子体。

驱动轮或辊可以包括轮缘和安装在轮缘上的轮胎。

驱动轮或辊可以包含橡胶材料。

驱动机构可被配置为在转子体的基部处接合转子体的外表面。

驱动机构可以包括至少一个偏压臂并且驱动机构可以通过偏压臂被偏压抵靠在转子体的外表面上。

驱动机构可被配置为使转子体通过在驱动机构与转子体的外表面之间产生的摩擦力而相对于弗莱特纳转子的定子旋转。

附图说明

现将参照附图仅以实例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：

图1描绘了示例性弗莱特纳转子；

图2描绘了图1的弗莱特纳转子的基部，其中上盖移除以显示容纳于基座内的根据本发明的一个实施方式的驱动器和导轮机构；

图3a示出了示例性驱动轮组件；

图3b是图3a的部件的分解图；

图4a是示例性导轮组件的立体图；以及

图4b是从图4a的示例性导轮组件下面看的立体图。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的示例性弗莱特纳转子100，包括转子102(显示为透明的使得位于其中的元件可见)、定子104、基座106、上轴承108以及下轴承110。如在本领域中已知的，转子可由顶部圆盘112覆盖用以改进空气动力特性。顶部圆盘112通常可具有是转子102两倍的直径。转子102可以进一步包括附加圆盘，或者用于空气动力学增强的其他特征。

转子102绕定子104设置并且通过上轴承108和下轴承110可旋转地耦接至定子104。定子104的基部端位于基座106上并被固定到该基座上并且转子102的基部端位于基座106内。下轴承110在其基部端限制转子的径向运动。如以下更详细地说明，下轴承110包括驱动机构200(最好参见图2)，其使转子102绕定子104旋转并限制转子102相对于定子104的径向运动。

图2示出了图1的基座106，其中上盖被移去以显示容纳在基座106内的驱动机构200。还示出了延伸到基座106中的转子102和定子104的下部的截面。定子104相对于基座106固定，而转子102能够相对于基座106自由旋转。

图2所示的驱动机构200包括弹性偏压抵靠转子102的外表面的两个沿直径相对的驱动轮202。

在其他实施方式中，驱动机构200可以仅包括弹性偏压抵靠转子102的外表面的单个驱动轮202，或者驱动机构200可以包括弹性偏压抵靠转子102的外表面的三个以上的驱动轮202。

如图2所示，下轴承110还包括绕转子102的外周设置在两个驱动轮202之间的八个导轮204。因此，导轮204与驱动轮202一起可被认为是包括下轴承110，因为它们在其基部限制转子102的径向运动以确保转子相对于定子同心旋转而不抑制转子的任何轴向运动或变形。

在其他实施方式中，可能存在更多或更少数量的导轮204。例如，在仅存在单个驱动轮202的实施方式中，在驱动轮202的两侧可存在绕转子102的外周设置的九个导轮204。在存在三个以上的驱动轮202的实施方式中，驱动轮202之间可存在绕转子102的外周设置的少于八个的导轮204。驱动轮202之间还可以存在绕转子102的外周设置的多于八个的导轮204，以提供增加的转动稳定性。

驱动轮202包括轮缘206、绕轮缘206设置的轮胎208、以及具有轮安装部分308的短轴(stub axle)306。导轮204各自包括轮缘206、绕轮缘206设置的轮胎208以及轴承毂412。轮胎208可以是道路车辆使用的传统的气动型，这意味着备用零件将容易获得。轮胎208可以包含传统的橡胶复合材料。轮缘206和关联轴承毂412也可以是传统的容易获得的类型。

驱动轮202通过直接驱动耦合装置各自连接到相关联的电机301(最好参见图3a和图3b)。当驱动轮202旋转时在驱动轮202与转子102的外表面之间产生的摩擦力使转子102绕定子104旋转并绕其轴线旋转。导轮204与转子102是无间隙的关系并在转子旋转时借助于在转子102的外表面与导轮204之间产生的摩擦力被动地旋转。

将理解，代替轮缘206和轮胎208，导轮204和驱动轮202可用任何合适形式的轮或辊来替换。

在其他实施方式中，可以提供多排驱动轮和/或导轮，借此每个驱动轮或导轮包括彼此上下竖直地安装在一公共轴上的两个或更多个轮。

图3a示出了包括直接安装到电机301上的驱动轮202的示例性驱动轮组件300。电机301连接到驱动安装板302上，驱动安装板经由与基座板310铰接连接而可枢转地安装到基座106(图3a和图3b中未示出)。为了控制由于驱动扭矩引起的轮/轮胎在转子102的外表面上的滑动，可通过将驱动安装板302枢转安装到基座106上而使驱动轮202以预定力偏压抵靠在转子102的外表面上。液压致动器304(在图2中示出)可以连接在基座106与驱动安装板302之间，使得驱动轮202保持以所述预定力抵靠转子102的外表面。例如，由于转子操作的条件，预定力可以是恒定的或者可以是可变的但确定的。液压致动器304还可以用于使驱动轮202与转子102的外表面脱离。

图3b是图3a的示例性驱动轮组件300的分解图，其示出了驱动轮202的轮缘206如何能够通过具有轮安装部分308的短轴306安装到电机301上以及安装板302如何安装到电机301上。驱动安装板302设置为允许在安装板302与基座板310之间的铰接连接处例如通过使用合适厚度的垫片或填充物而使电机301竖直定向及径向定位，使得驱动轮半径和宽度的范围可以用于具有电机301的驱动轮202。

在存在两个驱动轮组件300的情况下，驱动轮组件300可以定位成沿直径相对以便使下轴承装置正交。

在存在多于一个的驱动轮组件和导轮组件的情况下，组件可绕转子的周向对称设置以便使下轴承行为在所有的方向上类似。

有利地，由于设置在基座106内的转子的外部，因此容易接近驱动轮组件300以便维护。

此外，由于定子104内没有容纳驱动机构，定子104内部堵塞更少，因此更容易接近上轴承108以便维护。

图4a和图4b各自示出了示例性导轮组件400，导轮组件包括导轮204、摆动臂403、扭力杆404、控制臂406、控制支柱408以及两个衬套安装板410。

导轮组件400控制导轮204在基座106内相对于转子102的外表面的径向位置。导轮组件400还允许导轮204收起，使得其摆动离开转子102的外表面。

图4a和图4b所示的导轮204包括轮缘206、轮胎208以及轴承毂412。轴承毂412固定到摆动臂402上，摆动臂固定地耦接至扭力杆404。扭力杆404在扭力杆404上的两个位置处安装在衬套安装板410内。衬套安装板410可以各自被固定到基座106上。衬套安装板410包含允许扭力杆404在其中绕其轴且相对于基座106旋转的衬套。因此，当扭力杆404旋转时，摆动臂402和导轮204能够自由绕扭力杆404的轴旋转。

基座106可以包括衬套安装板410的多个固定点使得衬套安装板可相对于转子102设置在各个不同的径向位置。这使导轮组件400能够容纳不同的导轮204直径范围。摆动臂402的对准可设置为平行于转子102的外表面在导轮接触点处的切线，以用于一个范围内的导轮半径。

扭力杆404在其另一端可移除地耦接至控制臂406并且控制臂406的相对角可以调整。如在图4a和图4b中可以看出，控制臂406耦接至控制支柱408。控制支柱408进而连接到基座106。因此，导轮204的任何移动被传递到摆动臂402并且进而经由扭力杆404传递到控制臂406和控制支柱408。控制支柱408可以设置为使得其垂直于控制臂406。

控制支柱408可从控制臂406上拆卸下来以便允许导轮204完全收回且不需要拆卸控制臂406。这允许对导轮204进行维护和替换。

导轮204可以是车轮，包括轮缘206、轮胎208以及轴承毂412。为了确保兼容性，轮胎208、轮缘206、以及轴承毂412可源于特定的优选广泛可获得的制造商或车辆。

扭力杆404的轴线可与轮204的轴线平行并且还与转子101的轴线平行。这将会在导轮与转子的外表面之间接触时实现零束角(toe angle)和外倾角(camber angle)。

每个导轮组件400的控制支柱408确定当负载通过转子102的外表面朝向导轮204的移动而施加到组件400上时以及当负载通过转子102远离导轮组件400的移动而从组件400移除时每个组件400如何反应。

控制支柱408的固定长度可通过将螺丝扣用作控制支柱408来设定。

控制支柱408还可以配置为使得其可延长，使得当通过转子102远离导轮组件400的相对移动而从导轮组件400移除负载时，控制支柱408延长，并且由于控制支柱408的延长导致导轮组件400的其余部件绕扭力杆404旋转，所以导轮204仍与转子102的外表面接触。

控制支柱408因此可以包括气缸内的杆和弹簧(未示出)，弹簧可以是软簧，设置在气缸内，使得杆移动通过气缸，从而控制支柱408可以延长。

在控制支柱408的最小长度是由螺丝扣设定的情况下，一旦控制支柱408已达到其最小长度，那么当转子102被推动朝向导轮组件400移动时导轮组件400相对于施加到导轮组件400上的任何进一步的负载有效地是刚性系统。系统中唯一进一步的偏转将会是导轮204的变形(即，轮胎208的偏转)。弹簧(如果存在)将会使控制支柱408延伸，从而最终当转子102的外表面移动远离导轮组件400使导轮204的轮胎208保持与转子102的外表面接触时，朝向转子102的外表面向后推动导轮204。

在其他实施方式中，控制支柱408可包括一个或多个液压缸(未示出)。在这种实施方式中，可经由合适的液压控制来控制导轮204的位置和位移。

例如，液压缸的长度可由控制系统(未示出)设定。可致动控制系统以同时收起所有的导轮204或者根据来自转子的表面的预定图案使导轮收缩，以便例如允许维护接近。同样地，协议可以颠倒以将导轮重新接合至转子表面。此外，控制系统还允许对导轮204的位置进行主动控制以便在其旋转时能够主动对转子的位置和相关联的径向负载做响应。可以通过连接到控制系统的传感器确定转子102的位置。

转子102可以包括附接到转子102的基部上的基座圈(未示出)。例如，基座圈可以是位于转子102的基部处的环形且完全焊接的钢制造物，使得其构成组装式转子102的最低部分。基座圈可以包括外柱形板，通过外柱形板与驱动机构200的驱动轮202之间产生的摩擦向该外柱形板施加驱动扭矩。

如以上概述的，本发明的弗莱特纳转子100的转子102和定子104经由上轴承108可旋转地耦接。转子102和定子104还经由下轴承110耦接。然而，转子102仅通过下轴承110被径向限制而非轴向限制。因此，转子102和定子104在下轴承110处彼此轴向脱离。

有利地，这意味着，转子102和定子104中的一个或两者的尺寸上的任何轴向改变(例如，由于温度上的改变)不会导致弗莱特纳转子100的任何构成部件上的应力增加。

Claims (17)

1.一种弗莱特纳转子，所述弗莱特纳转子包括：

定子；

转子体，绕所述定子设置并能旋转地耦接至所述定子；以及

驱动机构，包括至少一个驱动轮或辊，所述至少一个驱动轮或辊被配置为接合所述转子体的外表面以使所述转子体旋转。

2.根据权利要求1所述的弗莱特纳转子，其中，所述至少一个驱动轮或辊耦接至相关联的电机，以使所述至少一个驱动轮或辊旋转。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的弗莱特纳转子，其中，所述至少一个驱动轮或辊包括第一驱动轮或辊和第二驱动轮或辊。

4.根据权利要求3所述的弗莱特纳转子，其中，所述第一驱动轮或辊和所述第二驱动轮或辊在所述转子体的沿直径相对的侧部处接合所述转子体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，所述驱动轮或辊包括轮缘和安装在所述轮缘上的轮胎。

6.根据权利要求5所述的弗莱特纳转子，其中，所述驱动轮或辊包含橡胶材料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的弗莱特纳转子，还包括被配置为接合所述转子体的外表面的至少一个导轮或辊。

8.根据权利要求7所述的弗莱特纳转子，包括被配置为接合所述转子体的外表面的多个导轮和/或辊。

9.根据权利要求8所述的弗莱特纳转子，其中，所述多个导轮和/或辊绕所述转子体沿周向设置。

10.根据权利要求9所述的弗莱特纳转子，当从属于权利要求3至6中任一项时，其中，所述第一驱动轮或辊和所述第二驱动轮或辊中的每一个驱动轮或辊设置在两个所述导轮和/或辊之间。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，所述至少一个导轮或辊包括轮缘和轮胎。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，所述至少一个导轮或辊以无间隙的方式接合所述转子体的外表面。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，所述至少一个导轮或辊中的每一个导轮或辊包括关联的偏压臂，所述关联的偏压臂用于将所述至少一个导轮或辊偏压抵靠在所述转子体的外表面上。

14.根据前述权利要求中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，所述驱动机构被配置为在所述转子体的基部处接合所述转子体的外表面。

15.根据前述权利要求中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，所述驱动机构包括至少一个偏压臂并且所述驱动机构通过所述驱动机构所包括的所述偏压臂被偏压抵靠在所述转子体的外表面上。

16.根据前述权利要求中任一项所述的弗莱特纳转子，其中，在使用中，

所述驱动机构使所述转子体通过所述驱动机构与所述转子体的外表面之间产生的摩擦力而相对于所述定子旋转。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的驱动机构。