CN110291005A - 用于对船舶进行推进的推进器 - Google Patents

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Abstract

用于对船舶进行推进的推进器(1)包括在可旋转的螺旋桨轴(13、14)上的至少一个螺旋桨(11、12)和用于通过传动装置来驱动该螺旋桨轴(13、14)的马达(20)，该传动装置特别地是一种包括可旋转的传动轴(31)和设置在传动轴(31)和马达(20)的输出轴(22)之间用于将传动轴(31)联接到马达(20)的输出轴(22)上的连接装置(32)的传动装置。马达(20)是永磁马达，马达(20)的定子本体(21)设置有围绕马达(20)的输出轴(22)的至少一部分的凹进部(23)，并且联接装置(32)至少部分地位于凹进部(23)内，从而获得具有最小结构高度的构型10。

Description

用于对船舶进行推进的推进器
技术领域
本发明涉及一种用于对诸如轮船、小船或潜水艇之类的船舶进行推进的推进器。本发明还涉及一种包括至少一个推进器的船舶。
背景技术
用于对船舶进行推进的推进器是众所周知的设备。一艘船舶可装配有多于一个的推进器。通常，推进器包括湿部分和干部分，即在船舶漂浮在水上/在水中的正常情况下用于从船舶延伸到水中的部分、以及用于可从船舶的内部接近且不与水接触的部分。通常，湿部分包括容置装置和至少一个螺旋桨：所述螺旋桨设置在螺旋桨轴上以在推进器的操作期间旋转；所述容置装置包括齿轮箱部分以及或多或少呈长型的管状容置部分，所述齿轮箱部分用于容纳螺旋桨轴以及包括齿轮传动部件的其他部件，所述管状容置部分在管状容置部分的一侧连接到所述齿轮箱部分，所述管状容置部分用于容纳和围绕用于驱动所述螺旋桨轴的传动轴的一部分。传动轴的一端部延伸到齿轮箱部分中，并且螺旋桨轴通过所述齿轮箱部分中存在的合适的齿轮而联接到传动轴，所述螺旋桨轴垂直于传动轴和马达的输出轴延伸。可选地，推进器在用于包围至少一个螺旋桨的位置处设置有设计成用作喷嘴的中空柱形部件。干部分包括马达和基座部件，所述马达用于通过传动轴来驱动所述螺旋桨轴，所述传动轴通过联接装置联接到马达的输出轴，并且所述基座部件用于支撑马达和干部分的其他部件，并且提供湿部分的部件以及位于干部分与湿部分的界面处的部件所悬挂的基部。此外，为了防止水到达干部分，干部分在该干部分面对湿部分的一侧通过例如合适的片材而被封闭，并且防水密封装置位于干部分与湿部分的界面处。
发明内容
在下文中，为了清楚起见，传动轴和马达的输出轴通常延伸的方向将被称为竖向方向，并且螺旋桨轴通常延伸的方向将被称为水平方向，这些方向不应被理解为本发明限于相应的轴具有精确的竖向和水平定向的情况的含义。此外，本文中使用的诸如“下”和“高”或“上”的指示应被理解为指代推进器的正常操作方向，在该操作方向中，齿轮箱部分和至少一个螺旋桨是位于最低高度位置，并且马达和基座部件位于最高高度位置，但是不应将本发明限制于这种定向。
在装配有一个或多个推进器的船舶中，每个推进器在船舶的船体上的适当位置处被固定附接到该船舶，并且每个推进器具有实现船舶运动的功能。对推进器进行操作涉及使推进器的马达处于工作状态，由此马达的输出轴、传动轴和螺旋桨轴以及与该螺旋桨轴相关联的螺旋桨被旋转。由于旋转螺旋桨与该螺旋桨周围的水的相互作用，实现了螺旋桨在螺旋桨轴延伸的方向上的运动，并且由于推进器固定地附接到船舶，所以整个船舶被移动。通常，推进器设置在船舶的纵向中心线上、和/或成对地以对称的方式设置在纵向中心线的相反两侧。包括单个螺旋桨的推进器是已知的，但是推进器包括两个螺旋桨，特别是包括两个反向旋转的螺旋桨也是实用的选择，在推进器包括两个螺旋桨的情况下，齿轮箱部分被设计成支撑两个螺旋桨并容纳两个螺旋桨轴和将每个螺旋桨轴联接到传动轴的适合的齿轮。
应注意，推进器是如前所述的部件的组件，特别是多个固定部件和多个可移动/可旋转部件的组件，并且还包括附加部件，例如传动轴和螺旋桨轴的油管或轴承，本文将不再进一步讨论。
在适用于船舶的推进器的领域中，已知一种称为方位角推进器的推进器类型。除了推进功能之外，方位角推进器还具有转向功能，因此在装配有一个或多个方位角推进器的船舶中，可以省略方向舵。一般而言，方位角推进器包括方位角装置，该方位角装置用于设定螺旋桨轴相对于推进器的固定部件的角位置。众所周知，方位角装置包括回转轴承，该回转轴承包括外环，该外环联接到管状容置部分和齿轮箱部分，使得当所述环的角位置被调整时，所述管状容置部分和齿轮箱部分与所述环一起旋转。为了将回转轴承的外环旋转到任何期望的角位置，所述方位角装置还包括与所述环啮合的至少一个由马达驱动的小齿轮。所述方位角装置带有的系统用于处理转向输入(即与船舶的期望的运动方向相关的输入)、以及控制用于驱动所述至少一个小齿轮的(一个或多个)马达的操作，使得任何时间都可以设定所述回转轴承的外环的适当的角位置，以及由此设定由齿轮箱部分所容纳的螺旋桨轴、齿轮箱部分和管状容置部分的适当角位置。
在某些类型的船舶中，可用空间是有限的。鉴于此，本发明的目的是提供一种推进器，该推进器的在船舶内部中占据空间的部分——即干部分——尽可能低。
根据本发明，提供了一种用于对船舶进行推进的推进器，该推进器包括：至少一个螺旋桨，所述至少一个螺旋桨设置在螺旋桨轴上，从而在所述推进器操作期间旋转；马达，所述马达用于驱动所述螺旋桨轴，所述马达包括可旋转的输出轴；传动装置，所述传动装置将所述螺旋桨轴联接到所述马达的所述输出轴，所述传动装置包括可旋转的传动轴和联接装置，所述联接装置设置在所述传动轴和所述马达的所述输出轴之间以用于将所述传动轴联接到所述马达的所述输出轴，所述传动轴沿与所述马达的所述输出轴大致相同的方向延伸，并且所述螺旋桨轴垂直于所述传动轴和所述马达的所述输出轴两者；以及容置装置，所述容置装置包括齿轮箱部分和管状容置部分，所述齿轮箱部分用于容纳所述螺旋桨轴和包括齿轮传动部件在内的其它部件，所述传动轴的一端部延伸到所述齿轮箱部分中，所述管状容置部分容纳并围绕所述传动轴的一部分，所述管状容置部分在所述管状容置部分的一侧连接到所述齿轮箱部分；其中，所述马达是永磁马达并且包括固定的定子本体和能旋转的转子本体，所述马达的所述输出轴从所述转子本体延伸；并且其中，所述定子本体在所述定子本体的定位有所述传动装置的一侧设置有凹进部，所述凹进部围绕所述马达的所述输出轴的至少一部分，并且所述联接装置至少部分地位于所述凹进部内。
在本发明的范围内，选择特定类型的马达，即永磁马达。与可能使用的其他类型的马达相比，这允许推进器的干部分具有相对紧凑的结构，特别是具有相对低的结构高度。而且，本发明基于以下令人惊讶的见解：永磁马达的使用允许甚至进一步减小结构高度，即通过为定子本体设置有用于接纳所述联接装置的至少一部分的凹进部。因此，当应用本发明时，获得了该推进器的存在于船舶内部的部分的结构高度的减小，其中该减小具有两个方面，即永磁马达的大致紧凑的结构，以及适应于马达的定子本体的设计，以便允许马达尽可能远地定位在联接装置下方。为了完整起见，就后一方面而言，应注意，在常规情况下，马达设置在比联接装置更高的高度位置，而根据本发明，马达的一部分和联接装置的至少一部分在竖向方向上重叠。
根据本发明的推进器可以是方位角推进器。在这种情况下，推进器还包括方位角装置，所述方位角装置用于设定所述螺旋桨轴相对于所述推进器的包括所述马达的所述定子本体的固定部件在内的角位置，所述方位角装置包括回转轴承和至少一个由马达驱动的小齿轮，所述回转轴承包括支撑在转向法兰上且固定地连接至所述转向法兰的外环，所述至少一个由马达驱动的小齿轮与所述环啮合，以用于将所述环旋转到所需的角位置，其中，所述管状容置部分在所述管状容置部分的另一侧固定地连接到所述转向法兰，所述管状容置部分在方位角推进器的上下文中被称为转向管。在根据本发明的这种类型的推进器中的定义可以得出，转向管和齿轮箱部分的整体从转向法兰向下延伸。在这种构型中，当回转轴承的外环根据需要旋转到一角位置，并且转向法兰自动地参与该运动时，也可以实现获得转向管和变速箱部分的角位置的变化。
转向法兰可以设计得足够坚固，用于承载与该转向法兰固定连接的推进器的部件，并且还可以用于吸收在推进器用于推进船舶的操作期间由于推进运动而产生的力和扭矩，使得在该推进器中不需要额外的加强和/或承载/支撑部件，这有助于推进器的整体紧凑设计。在一个有利的实际实施方式中，转向法兰具有中央开口，联接装置在所述开口的位置处被部分地容纳在所述转向法兰中，并且所述传动轴部分地延伸通过所述转向法兰，其中，除了凸缘形部分之外，所述转向法兰还包括套筒形部分，所述套筒形部分居中地设置在所述转向法兰中并且沿所述转向管的方向延伸，所述转向管和所述齿轮箱部分悬挂于所述转向法兰的所述套筒形部分上。
马达、回转轴承和转向法兰的构型可以使得外环和内环设置在围绕所述马达的所述定子本体的一部分的高度位置处，所述外环能围绕所述内环旋转，所述转向法兰的所述凸缘形部分处于近距离面对所述马达的位置处。因此，如果根据本发明的推进器是方位角推进器，则设计的紧凑性仍然是最佳的。
有利地，转向法兰的凸缘形部分在凸缘形部分的面对马达的表面处设置有由凹进部和凸出部组成的图案。由此便于制造和操纵该转向法兰。转向法兰的重量在可接受的范围内而不会损害结构强度。鉴于需要转向法兰足够坚固，进一步有利的是，沿着与所述螺旋桨轴相同的方向延伸的凸出部比所述图案的其他凸出部更宽，因为这些凸出部在推进器的操作期间承受最高的负荷。
附图说明
现在将参考附图更详细地解释本发明，在附图中相同或相似的部件由相同的附图标记表示，并且在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的优选实施方式的推进器的透视图；
图2示意性地示出了图1中所示的推进器的分解图；
图3示意性地示出了图2的细节；以及
图4示意性地示出了图1中所示的推进器的剖视图。
具体实施方式
如附图所示的推进器及其各种部件的定向与前述的推进器的正常操作定向相关。再次强调，在本说明书中，参考附图所使用的诸如“竖向”、“水平”、“下”和“更高”或“上”的指示应被理解为正常的操作定向且不应例如以任何方式限制本发明的范围。
图1至图4涉及根据本发明优选实施方式的推进器1。与前面提供的推进器的一般描述相符，注意到，推进器1设计成用于推进船舶，并且设计成在船舶的船体上的适当位置处固定地附接到船舶上，该推进器1具有定位于船舶的船体内部的上部干部分2和从船舶的船体向下延伸的下部湿部分3。
在最低高度位置处，推进器1包括至少一个可旋转的螺旋桨，用于实现使船舶移动所需的推进(的一部分)。在所示的示例中，使用两个反向旋转的螺旋桨11、12，这不会改变本发明也适用于仅包括一个螺旋桨的推进器的事实。如图4中可见，螺旋桨11、12设置在相应的螺旋桨轴13、14上、且位于齿轮箱部分15的两侧，除螺旋桨轴13、14之外，所述齿轮箱部分15容纳多个部件，例如齿轮传动部件16和轴承17。螺旋桨轴13、14在基本相同的方向上延伸、并且处于相同的竖向高度位置处，一个螺旋桨轴13从齿轮箱部分15内的中间位置延伸到齿轮箱部分15的第一侧，并且另一个螺旋桨轴14从齿轮箱部分15内的中间位置延伸到齿轮箱部分15的相反的第二侧。
为了在操作期间使螺旋桨轴13、14进行旋转，推进器1装配有马达20。所述马达20是永磁马达，图4中仅示出了该马达的定子本体21和输出轴22。为了清楚起见，未示出已知为永磁马达的一部分的其他部件，例如转子本体和设置在该转子本体上的绕组。推进器1还包括将螺旋桨轴13、14联接到马达20的输出轴22的传动装置，该传动装置包括可旋转的传动轴31和设置在该传动轴31和马达20的输出轴22之间的联接装置32，所述联接装置32用于在所述联接装置的最高端部处将传动轴31联接到马达20的输出轴22。传动轴31沿着与马达20的输出轴22基本相同的方向延伸，即沿着大体竖向的方向延伸，而相应的螺旋桨轴13、14垂直于传动轴31和马达20的输出轴22，即相应的螺旋桨轴13、14沿基本水平的方向延伸。
如前所述，齿轮箱部分15用于容纳螺旋桨轴13、14和其他部件16、17。传动轴31的下端部33延伸到齿轮箱部分15中，与相应的齿轮啮合，用于在推进器1的操作期间在相应的螺旋桨轴13、14上施加旋转运动。传动轴31的主要部分被容纳在转向管34中并且由该转向管34围绕，所述转向管34在该转向管34的下侧连接到齿轮箱部分15，并且优选地所述转向管34与齿轮箱部分15组合而构成一个整体容置装置。在转向管34的内表面和传动轴31之间设置有合适的轴承35、36。
有利地，为了使推进器1用于确定一旦将该推进器1安装在船舶上的该船舶的运动方向，推进器1装配有方位角装置。在本发明的框架内，推进器1不必具有在船舶上执行转向动作的附加功能。当推进器1包括方位角装置时，如所示示例中的情况，该方位角装置用于设定推进器1中的相应螺旋桨轴13、14的角位置，即相应螺旋桨轴13、14相对于推进器1的固定部件的角位置。因此，当在推进器1中存在有方位角装置时，可以改变螺旋桨轴13、14在水平面中相对于推进器1的固定部件延伸的方向，并且因此，当推进器1安装在船舶上时，可以改变螺旋桨轴13、14在水平面中相对于船舶延伸的方向。特别地，方位角装置被配置和设置成：通过改变齿轮箱部分15和转向管34的组件的水平角位置来改变螺旋桨轴13、14的水平角位置。为此，所述方位角装置包括回转轴承和转向法兰50，所述回转轴承包括外环41和内环42，外环41可围绕内环42旋转，外环41支撑在转向法兰50上并固定连接到该转向法兰50上，并且内环42固定连接到推进器基座61。图2清楚地示出了所示示例中的以下事实，推进器基座61与另一基座部件组合，即与所谓的底部井62组合，该底部井用作反基座部件，推进器基座61固定地连接到该反基座部件。
根据所示实施方式的推进器1包括用于驱动相应的小齿轮45、46的两个电马达43、44，该小齿轮45、46与回转轴承的外环41啮合。马达43、44支撑在承载框架63上，该承载框架63与推进器基座61和底部井62的组合件固定地连接。通过以同步方式控制所述马达43、44的操作，螺旋桨轴13、14的角位置可以根据需要而连续地变化并且由手动转向输入或自动转向输入来决定。为了完整起见，应注意，用于控制回转轴承的外环41的角位置的小齿轮45、46和相关联的马达的数量至少为一个，如图所示，该数量可以是两个，并且该数量也可能多于两个并在特定情况下是适当的。
在所示的示例中，转向法兰50具有中央开口51并且包括凸缘形部分52和套筒形部分53，该套筒形部分53相对于凸缘形部分52向下延伸。在转向法兰50的上侧，联接装置32被部分地容纳在所述转向法兰50中，而所述套筒形部分53位于用于围绕传动轴31的顶端的位置。转向管34和齿轮箱部分15的组件通过联接法兰37而被固定连接到转向法兰50的套筒形部分53。
推进器1的各种部件，诸如齿轮箱部分15、转向管34、转向法兰50的套筒形部分53和推进器基座61，具有覆盖旋转部件并防止水到达位于内部的部件的功能。推进器1设置有两个密封装置71、72，一个密封装置71设置在推进器1的干部分2和湿部分3的界面处，并且另一个密封装置72设置在转向法兰50和联接装置32之间。
通过使马达20处于作用状态，即马达20的输出轴22旋转的状态，使推进器1工作。马达20的输出轴22的旋转运动通过联接装置32、传动轴31和齿轮箱部分15中存在的且由传动轴31的下端部33啮合的齿轮来一直向下传递到螺旋桨轴13、14和螺旋桨11、12。通过借助于为此目的而设置的马达43、44旋转与回转轴承的外环41啮合的小齿轮45、46，获得所希望的对螺旋桨轴13、14的角位置的调节。当环41的位置被调节超过一定角度时，转向法兰50、联接法兰37、转向管34和包括螺旋桨轴13、14的齿轮箱部分15的位置也以同样的方式被调节。
根据本发明的推进器1的显着特征在于推进器1具有紧凑的设计。特别地，由于马达20是永磁马达并且该马达20的设计被选择成使得马达20被设置在推进器1的位于下面的部件上的尽可能低的位置，所以推进器1的干部分2的高度尽可能低。事实是，马达20的定子本体21在其底侧设置有凹进部23。凹进部23的形状适配于联接装置32的形状，使得该联接装置32可以部分地定位于该凹进部23内。此外，在马达20相对于联接装置32的这个低位置，转向法兰50的凸缘形部分52在马达的正下方延伸，并且包括外环41和内环42(外环41可围绕内环42旋转)的回转轴承位于围绕马达20的定子本体21的一部分的高度位置处。相对于推进器的常规设计，马达20、传动装置的顶部部分和方位角装置的部件被更紧密地定位在一起，而不会损害推进器的主要功能。
在本发明的框架内，转向法兰50可以是大型部件，但是优选的是，转向法兰50的凸缘形部分52在凸缘形部分52的上表面设置有由凹进部55和凸出部56组成的图案54，所述上表面即面对马达20的表面，如所示示例中的情况，使得转向法兰50可以具有有限的重量并且仍然具有足够的结构强度。在这样的图案54中，有利的是，与螺旋桨轴13、14在相同方向上延伸的凸出部56a比图案54中的其他凸出部56更宽，正如在所示示例中的情况。
本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于前面讨论的示例，而是在不脱离所附权利要求所限定的发明的范围的情况下可以对本发明进行的若干修改和改进。虽然已经在附图和说明书中详细示出和描述了本发明，但是这样的图示和描述仅被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。
根据本发明的推进器1的各个部件可以由包括金属材料和塑料材料的任何合适的材料制成。
根据本发明的推进器1的干部分2的紧凑设计可以与推进器1的湿部3的任何合适的设计相结合。例如，当与干部分2相比时，湿部分3可以具有比附图中所示的更大的长度，其中可以应用本身已知的大致渐缩形状的装置，其可以用于在推进器1是方位角推进器的情况下对回转轴承提供轴承支撑。

Claims (7)

1.一种推进器(1)，所述推进器(1)用于对船舶进行推进，所述推进器(1)包括：
-至少一个螺旋桨(11、12)，所述螺旋桨(11、12)设置在螺旋桨轴(13、14)上，从而在所述推进器(1)操作期间旋转；
-马达(20)，所述马达(20)用于驱动所述螺旋桨轴(13、14)，所述马达(20)包括可旋转的输出轴(22)；
-传动装置，所述传动装置将所述螺旋桨轴(13、14)联接到所述马达(20)的所述输出轴(22)，所述传动装置包括可旋转的传动轴(31)和联接装置(32)，所述联接装置(32)设置在所述传动轴(31)与所述马达(20)的所述输出轴(22)之间以用于将所述传动轴(31)联接到所述马达(20)的所述输出轴(22)，所述传动轴(31)沿着与所述马达(20)的所述输出轴(22)大致相同的方向延伸，并且所述螺旋桨轴(13、14)垂直于所述传动轴(31)和所述马达(20)的所述输出轴(22)两者；以及
-容置装置，所述容置装置包括齿轮箱部分(15)和管状容置部分(34)，所述齿轮箱部分(15)用于容纳所述螺旋桨轴(13、14)和包括齿轮传动部件(16)在内的其它部件，所述传动轴(31)的端部(33)延伸到所述齿轮箱部分(15)中，所述管状容置部分(34)容纳并围绕所述传动轴(31)的一部分，所述管状容置部分(34)在所述管状容置部分(34)的一侧连接到所述齿轮箱部分(15)；
-其中，所述马达(20)是永磁马达并且包括固定的定子本体(21)和可旋转的转子本体，所述马达(20)的所述输出轴(22)从所述转子本体延伸；以及
-其中，所述定子本体(21)在所述定子本体(21)的定位有所述传动装置的一侧设置有凹进部(23)，所述凹进部(23)围绕所述马达(20)的所述输出轴(22)的至少一部分，并且所述联接装置(32)至少部分地位于所述凹进部(23)内。
2.根据权利要求1所述的推进器(1)，还包括方位角装置，所述方位角装置用于设定所述螺旋桨轴(13、14)相对于所述推进器(1)的包括所述马达(20)的所述定子本体(21)在内的固定部件的角位置，所述方位角装置包括回转轴承和至少一个由马达驱动的小齿轮(45、46)，所述回转轴承包括支撑在转向法兰(50)上且固定地连接至所述转向法兰(50)的外环(41)，所述至少一个由马达驱动的小齿轮(45、46)与所述环(41)啮合以用于使所述环(41)旋转到所需的角位置，其中，所述管状容置部分(34)在所述管状容置部分(34)的另一侧固定地连接到所述转向法兰(50)。
3.根据权利要求2所述的推进器(1)，其中，所述转向法兰(50)具有中央开口(51)，所述联接装置(32)在所述开口(51)的位置处被部分地接纳在所述转向法兰(50)中，并且所述传动轴(31)部分地延伸穿过所述转向法兰(50)，并且其中，除了凸缘形部分(52)之外，所述转向法兰(50)还包括套筒形部分(53)，所述套筒形部分(53)居中地设置在所述转向法兰(50)中并且沿着所述管状容置部分(34)的方向延伸，所述管状容置部分(34)和所述齿轮箱部分(15)悬挂于所述转向法兰(50)的所述套筒形部分(53)上。
4.根据权利要求3所述的推进器(1)，其中，所述回转轴承的所述外环(41)和所述回转轴承的内环(42)设置在围绕所述马达(20)的所述定子本体(21)一部分的高度位置处，其中所述回转轴承的所述外环(41)能围绕所述回转轴承的所述内环(42)旋转，所述转向法兰(50)的所述凸缘形部分(52)处于近距离面对所述马达(20)的位置处。
5.根据权利要求3或4所述的推进器(1)，其中，所述转向法兰(50)的所述凸缘形部分(52)在所述凸缘形部分(52)的面对所述马达(20)的表面处设置有由凹进部(55)和凸出部(56)组成的图案(54)。
6.根据权利要求5所述的推进器(1)，其中，沿着与所述螺旋桨轴(13、14)相同的方向延伸的凸出部(56a)比所述图案的其他凸出部(56)更宽。
7.一种船舶，所述船舶包括至少一个根据权利要求1至6中的任一项所述的推进器(1)。
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