CN117360741A - 螺旋桨驱动布置 - Google Patents

Abstract

一种螺旋桨驱动布置，包括：‑螺旋桨轴，‑螺旋桨轮毂，其包括一个或多个螺旋桨叶片，‑行星齿轮，其包括驱动地连接的第一、第二和第三行星齿轮构件，‑外轴，其与螺旋桨轴同轴布置并在螺旋桨轴的径向外侧，‑齿轮轮组，其将第二行星齿轮构件与外轴连接，外轴连接到一个或多个螺旋桨叶片以改变桨距角，螺旋桨轴在其一端连接到推进单元并在其第二端固定到螺旋桨轮毂，螺旋桨轴固定到第一行星齿轮构件，第二行星齿轮构件经由齿轮轮组通过施加在螺旋桨轴上的驱动扭矩驱动外轴，螺旋桨驱动布置还包括用于控制桨距角的桨距控制致动器，其在第一状态下将第三行星齿轮构件接合到壳体并在第二状态下致动第三行星齿轮构件。还涉及一种船舶。

Description

螺旋桨驱动布置

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨驱动布置。本发明还涉及一种包括螺旋桨驱动布置的船舶。

本发明可以应用于海洋船舶，诸如帆船。

背景技术

海洋船舶可以包括具有螺旋桨轮毂的螺旋桨驱动布置，该螺旋桨轮毂包括一个或多个螺旋桨叶片。螺旋桨叶片的桨距角可以是可调整的。

例如，已知为帆船配备包括上述螺旋桨轮毂的螺旋桨驱动布置。螺旋桨驱动布置可以由诸如电动马达的马达驱动，该马达通过使用电能存储系统提供电力。例如，能量存储系统可以是电池，诸如锂离子电池。

在帆船航行期间，可以对能量存储系统进行电力再生，即，电动马达也可以用作发电机。为此，可以调整一个或多个螺旋桨叶片的桨距角以优化电力再生，例如用于提高能量效率。

另外或替代地，当螺旋桨驱动布置生成推进力时调整桨距角也可能是有利的。

鉴于上述情况，努力开发一种可靠、稳健、紧凑、高效和/或具有成本效益的螺旋桨驱动布置，该螺旋桨驱动布置具有可调螺旋桨叶片桨距角。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的螺旋桨驱动布置，其至少减轻了现有技术的一个缺点或者至少提供了一种合适的替代方案。本发明的另一个目的是提供一种改进的船舶，诸如帆船，其至少减轻了现有技术的一个缺点或者至少提供了一种合适的替代方案。

根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1的螺旋桨驱动布置来实现。

因此，提供了一种螺旋桨驱动布置，其包括：

-螺旋桨轴，

-螺旋桨轮毂，该螺旋桨轮毂包括一个或多个螺旋桨叶片，其中该一个或多个螺旋桨叶片的桨距角是可变的，

-行星齿轮，该行星齿轮包括驱动地连接的第一行星齿轮构件、第二行星齿轮构件和第三行星齿轮构件，

-外轴，该外轴与该螺旋桨轴同轴布置并径向布置在该螺旋桨轴的外侧，

-齿轮轮组，该齿轮轮组将该第二行星齿轮构件与该外轴驱动地连接，

其中该外轴驱动地连接到该一个或多个螺旋桨叶片以改变该桨距角，

其中该螺旋桨轴在其一端被配置为驱动地连接到推进单元，并且在其第二端驱动地固定到该螺旋桨轮毂，其中该螺旋桨轴驱动地固定到该第一行星齿轮构件，并且其中该第二行星齿轮构件被布置成经由该齿轮轮组通过施加在该螺旋桨轴上的驱动扭矩驱动该外轴，并且

-该螺旋桨驱动布置还包括用于控制该一个或多个螺旋桨叶片的桨距角的桨距控制致动器，

其中该桨距控制致动器被布置成在第一状态下将该第三行星齿轮构件接合到壳体，使得该螺旋桨轴和该外轴被布置成以相同的转速旋转，并且在第二状态下致动该第三行星齿轮构件，使得该第三行星齿轮构件相对于该壳体旋转。

通过提供如本文所公开的螺旋桨驱动布置，实现了改进的螺旋桨驱动布置。例如，本发明是基于如下认识：可以通过使用桨距控制致动器和通过驱动地连接到一个或多个螺旋桨叶片以改变桨距角的仅一个行星齿轮来有效地控制桨距角。由此，实现了紧凑配置，这意味着例如降低了添加另外的齿轮以实现螺旋桨驱动布置的功能的需要。这还意味着更可靠和稳健的配置，因为螺旋桨驱动布置的桨距角功能需要很少部件。

通过如本文所公开的桨距控制致动器来控制桨距角意味着改变或调整一个或多个螺旋桨叶片的桨距角，并且还将一个或多个螺旋桨叶片保持在固定的桨距角。每个螺旋桨叶片的桨距角相对于相应螺旋桨叶片的相应桨距角旋转轴线进行调整。每个螺旋桨叶片的桨距角旋转轴线优选地沿着螺旋桨轴的径向方向延伸。

当螺旋桨轴与外轴以相同的转速旋转时，一个或多个螺旋桨叶片的桨距角是固定的。另外，当第三行星齿轮构件相对于壳体旋转时，调整该一个或多个螺旋桨叶片的桨距角。

行星齿轮的第一、第二和第三行星齿轮构件中的每一者是中心齿轮、承载多个行星齿轮轮的行星齿轮架和环形齿轮中的相应一者。因此，例如，几种不同的组合对于实现如本文所公开的可变桨距角功能是可行的。例如，如果桨距控制致动器用于将环形齿轮接合到壳体，则螺旋桨轴可以驱动地固定到中心齿轮或行星齿轮架。换句话说，已经认识到六种不同的配置或者三倍于两种不同的配置是可行的。

任选地，第一行星齿轮构件是行星齿轮的中心齿轮。这意味着简化配置，其中最靠近行星齿轮的旋转轴线的中心齿轮驱动地固定到螺旋桨轴。

仍然任选地，第二行星齿轮构件是行星齿轮的承载多个行星齿轮轮的行星齿轮架。行星齿轮轮旋转地布置在行星齿轮架上并且驱动地连接中心齿轮和环形齿轮。这也意味着简化的配置，其中行星齿轮架经由齿轮轮组驱动地连接到外轴。例如，行星齿轮架可以包括与齿轮轮组的齿轮齿啮合的齿轮齿。仍然任选地，包括用于齿轮轮组的齿轮齿的行星齿轮架可以制成一个单件，这意味着坚固且紧凑的配置。

仍然任选地，第三行星齿轮构件是行星齿轮的环形齿轮。这意味着行星齿轮与桨距控制致动器之间有便利的连接接口，因为环形齿轮是行星齿轮的最外层构件。例如，环形齿轮可以在环形齿轮的径向外周表面上包括齿轮齿以用于桨距控制致动器。另外或替代地，环形齿轮可以在环形齿轮的轴向侧面(诸如远离一个或多个螺旋桨叶片的轴向侧面)上包括齿轮齿以用于桨距控制致动器。仍然任选地，具有用于桨距控制致动器的齿轮齿的环形齿轮可以制成一个单件，这意味着坚固且紧凑的配置。

任选地，桨距控制致动器是旋转致动器，诸如机电旋转致动器，其被配置为使第三行星齿轮构件相对于壳体旋转。即使桨距控制致动器优选地是机电致动器，但是应当注意也可以使用其他致动器，诸如气动和液压致动器。

任选地，外轴被布置成相对于螺旋桨轴旋转一整圈或多于一整圈。由此，一个或多个螺旋桨叶片的桨距角可以被设定为任何角度，即，相对于相应螺旋桨叶片的桨距角旋转轴线为0至360度的角度。

任选地，桨距控制致动器被布置成在第二状态下相对于壳体沿任何旋转方向致动第三行星齿轮构件。由此，可以沿任何方向调整桨距角，这意味着更快速且更有效的桨距角调整。

任选地，齿轮轮组具有固定齿轮比，其允许当桨距控制致动器被设置为处于第一状态时，螺旋桨轴和外轴以相同的转速旋转。固定齿轮比意味着简化且紧凑的配置。

任选地，该齿轮轮组包括与第二行星齿轮构件的辅助齿轮轮啮合的第一齿轮轮，并且该齿轮轮组还包括第二齿轮轮，该第二齿轮轮旋转地固定到该第一齿轮轮并且与旋转地固定到外轴的外轴齿轮轮啮合。这意味着坚固且紧凑的齿轮轮组。第一齿轮轮和第二齿轮轮可以制成一个单件。辅助齿轮轮可以与第二行星齿轮构件集成，即，制成为一个单件。

任选地，该螺旋桨驱动布置还包括锥齿轮布置，该锥齿轮布置将外轴驱动地连接到一个或多个螺旋桨叶片。

任选地，该螺旋桨驱动布置包括仅一个行星齿轮。这意味着紧凑配置。

根据本发明的第二方面，该目的通过根据权利要求13的船舶来实现。因此，提供了一种船舶，诸如帆船，其包括根据本发明第一方面的任一实施方案的螺旋桨驱动布置。

本发明的第二方面的优点和效果类似于本发明的第一方面的优点和效果。

本发明的进一步优点和有利特征在具体实施方式和从属权利要求中公开。

附图说明

下文将参考附图更详细地描述作为示例引用的本发明的实施方案。

在附图中：

图1是根据本发明的示例性实施方案的螺旋桨驱动布置的截面图，以及

图2是根据本发明的示例性实施方案的船舶的侧视图。

附图是示意性的并且不一定按比例绘制。应当理解，所示出和描述的实施方案是示例性的并且本公开不限于这些实施方案。还应当注意，为了更好地描述和示出本公开，附图中的一些细节可能被夸大。除非另有说明，否则贯穿附图的相同参考字符指代相同或相似类型的元件。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的示例性实施方案的螺旋桨驱动布置1的截面图。螺旋桨驱动布置1包括螺旋桨轴10。该截面图是包括螺旋桨轴10的旋转轴线A。

该螺旋桨驱动布置1包括：

-螺旋桨轴10，以及

-螺旋桨轮毂20，该螺旋桨轮毂包括一个或多个螺旋桨叶片22、24，其中该一个或多个螺旋桨叶片22、24的桨距角是可变的。

螺旋桨驱动布置1还包括行星齿轮30。行星齿轮30包括驱动地连接的第一行星齿轮构件32、第二行星齿轮构件34和第三行星齿轮构件36。行星齿轮30同轴地布置在螺旋桨轴10上。

在所示实施方案中，第一行星齿轮构件32是中心齿轮，第二行星齿轮构件34是承载多个行星齿轮轮342的行星齿轮架34，并且第三行星齿轮构件36是环形齿轮。行星齿轮轮342旋转地布置在行星齿轮架34上并且驱动地连接中心齿轮32和环形齿轮36。

螺旋桨驱动布置1还包括外轴40，该外轴与螺旋桨轴10同轴布置并径向布置在该螺旋桨轴的外侧。

其还包括齿轮轮组42，该齿轮轮组将第二行星齿轮构件34与外轴40驱动地连接。

外轴40驱动地连接到一个或多个螺旋桨叶片22、24以用于改变桨距角，并且螺旋桨轴10在其一端12被配置为驱动地连接到推进单元(未示出)，并且在其第二端14驱动地固定到螺旋桨轮毂20。

此外，螺旋桨轴10驱动地固定到第一行星齿轮构件32，并且第二行星齿轮构件34被布置成经由齿轮轮组42通过施加在螺旋桨轴10上的驱动扭矩来驱动外轴40，并且螺旋桨驱动布置1还包括用于控制一个或多个螺旋桨叶片22、24的桨距角的桨距控制致动器50。

桨距控制致动器50被布置成在第一状态下将第三行星齿轮构件36接合到壳体(未示出)，使得螺旋桨轴10和外轴40被布置成以相同的转速旋转，并且在第二状态下致动第三行星齿轮构件36，使得第三行星齿轮构件36相对于该壳体旋转。

更具体地，螺旋桨驱动布置1被配置为使得当螺旋桨轴10与外轴40以相同的转速旋转时，一个或多个螺旋桨叶片22、24的桨距角是固定的。另外，其还被配置为使得当第三行星齿轮构件36相对于壳体旋转时，调整一个或多个螺旋桨叶片22、24的桨距角。

每个螺旋桨叶片22、24的桨距角相对于相应螺旋桨叶片22、24的相应桨距角旋转轴线A2、A3进行调整。每个螺旋桨叶片22、24的桨距角旋转轴线A2、A3沿着螺旋桨轴10的径向方向延伸。

即使所示配置可能是优选配置，但是应当注意其他配置也是可行的。更具体地，通过使用行星齿轮30，已经认识到六种不同的组合是可能的，这取决于外轴40与行星齿轮30的哪个构件驱动地连接，并且还取决于桨距控制致动器50被配置为致动行星齿轮30的哪个其他构件。

如图1所示，桨距控制致动器50可以是旋转致动器，在本文中是机电旋转致动器，其被配置为使第三行星齿轮构件36相对于壳体旋转。更具体地，在所示实施方案中，旋转致动器50包括轴52，该轴被布置成相对于旋转致动器50的旋转轴线A1旋转。旋转致动器50的旋转轴线A1在所示实施方案中与螺旋桨轴10的旋转轴线A平行设置。这意味着紧凑配置。然而应当注意，其他配置是可行的，诸如提供具有轴的旋转致动器，该轴具有垂直于螺旋桨轴10的旋转轴线A的旋转轴线，诸如旋转致动器的与螺旋桨轴10的径向方向对准的旋转轴线。

旋转致动器50包括设置在轴52上的致动器齿轮轮54。致动器齿轮轮54的齿轮齿与环形齿轮36的齿轮齿362啮合。在所示实施方案中，齿轮齿362设置在环形齿轮36的径向外周表面上。

此外，在所示实施方案中，外轴40被布置成相对于螺旋桨轴10旋转一整圈或多于一整圈。换言之，在所示实施方案中，外轴40可相对于螺旋桨轴10自由旋转。外轴40可以由设置在螺旋桨轴10与外轴40之间的轴承(未示出)支撑。轴承可以是滚珠轴承或滚子轴承。

桨距控制致动器50可以被布置成在第二状态下相对于壳体沿任何旋转方向致动第三行星齿轮构件36。因此，桨距控制致动器50可以被布置成在第二状态下相对于旋转轴线A沿任何旋转方向(即，沿顺时针和逆时针方向)致动第三行星齿轮构件36。这是通过使轴52围绕旋转轴线A1沿顺时针或逆时针方向旋转来实现的。由此，螺旋桨叶片22、24的桨距角可以沿任何方向进行调整。因此，桨距角由此可以例如在两个不同的角位置之间快速地来回调整。桨距控制致动器50可以由控制单元(未示出)控制，该控制单元向桨距控制致动器50发出控制信号。

如图1所示的齿轮轮组42具有固定齿轮比，其允许当桨距控制致动器50被设置为处于第一状态时，螺旋桨轴10和外轴40以相同的转速旋转。更具体地，如图所示，齿轮轮组42可以包括与第二行星齿轮构件34的辅助齿轮轮341啮合的第一齿轮轮421，并且齿轮轮组42还可以包括第二齿轮轮422，该第二齿轮轮旋转地固定到第一齿轮轮421并且与旋转地固定到外轴40的外轴齿轮轮401啮合。在所示实施方案中，第一齿轮轮421和第二齿轮轮422制成为一个单件。在所示实施方案中，第一齿轮轮421、第二齿轮轮422和外轴齿轮轮401中的每一者包括设置在相应的径向外周表面上的相应齿轮齿。

如图1所示的螺旋桨驱动布置1还包括锥齿轮布置44，该锥齿轮布置将外轴40驱动地连接到一个或多个螺旋桨叶片22、24。因此，围绕外轴40的轴线A相对于螺旋桨轴10的旋转运动可以被转化为螺旋桨叶片22、24相对于桨距角旋转轴线A2、A3的旋转运动。

如图1进一步所示，螺旋桨驱动布置1优选地仅包括一个行星齿轮30，由此实现紧凑、重量轻且具有成本效益的配置。

图2描绘了根据本发明的示例性实施方案的船舶100的侧视图。船舶100是海洋船舶，并且更具体地是包括至少一个帆具110的帆船。船舶100还包括根据本发明的实施方案的螺旋桨驱动布置1，诸如图1所示的螺旋桨驱动布置1。螺旋桨驱动布置1可以用于通过推进单元120(诸如电动马达)生成推进力。当船舶100使用帆具110生成推进力时，螺旋桨驱动布置1还可以用于向能量存储系统(未示出)例如电池再生电力。通过在船舶100的使用期间改变桨距角，例如可以优化再生发电和/或推进力以提高能量效率。

应当理解，本发明不限于上文描述和附图中所示的实施方案；相反，本领域技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。

Claims (13)

1.一种螺旋桨驱动布置(1)，其包括：

-螺旋桨轴(10)，

-螺旋桨轮毂(20)，所述螺旋桨轮毂包括一个或多个螺旋桨叶片(22、24)，其中所述一个或多个螺旋桨叶片的桨距角是可变的，

-行星齿轮(30)，所述行星齿轮包括驱动地连接的第一行星齿轮构件(32)、第二行星齿轮构件(34)和第三行星齿轮构件(36)，

-外轴(40)，所述外轴与所述螺旋桨轴(10)同轴布置并径向布置在所述螺旋桨轴的外侧，

-齿轮轮组(42)，所述齿轮轮组将所述第二行星齿轮构件(34)与所述外轴(40)驱动地连接，

其中所述外轴(40)驱动地连接到所述一个或多个螺旋桨叶片(22、24)以改变所述桨距角，

其中所述螺旋桨轴(10)在其一端(12)被配置为驱动地连接到推进单元，并且在其第二端(14)驱动地固定到所述螺旋桨轮毂(20)，其中所述螺旋桨轴(10)驱动地固定到所述第一行星齿轮构件(32)，并且其中所述第二行星齿轮构件(34)被布置成经由所述齿轮轮组(42)通过施加在所述螺旋桨轴(10)上的驱动扭矩驱动所述外轴(40)，并且

-所述螺旋桨驱动布置(1)还包括用于控制所述一个或多个螺旋桨叶片(22、24)的所述桨距角的桨距控制致动器(50)，

其中所述桨距控制致动器(50)被布置成在第一状态下将所述第三行星齿轮构件(36)接合到壳体，使得所述螺旋桨轴(10)和所述外轴(40)被布置成以相同的转速旋转，并且在第二状态下致动所述第三行星齿轮构件(36)，使得所述第三行星齿轮构件(36)相对于所述壳体旋转。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述第一行星齿轮构件是所述行星齿轮(30)的中心齿轮(32)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述第二行星齿轮构件是所述行星齿轮(30)的行星齿轮架(34)，所述行星齿轮架承载多个行星齿轮轮(342)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述第三行星齿轮构件是所述行星齿轮(30)的环形齿轮(36)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述桨距控制致动器(50)是旋转致动器，诸如机电旋转致动器，所述旋转致动器被配置为使所述第三行星齿轮构件(36)相对于所述壳体旋转。

6.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述外轴(40)被布置成相对于所述螺旋桨轴(10)旋转一整圈或多于一整圈。

7.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述桨距控制致动器(50)被布置成在所述第二状态下相对于所述壳体沿任何旋转方向致动所述第三行星齿轮构件(36)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述齿轮轮组(42)具有固定齿轮比，所述固定齿轮比允许当所述桨距控制致动器(50)被设置为处于所述第一状态时，所述螺旋桨轴(10)和所述外轴(40)以所述相同的转速旋转。

9.根据权利要求8所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述齿轮轮组(42)包括与所述第二行星齿轮构件(34)的辅助齿轮轮(341)啮合的第一齿轮轮(421)，并且其中所述齿轮轮组(42)还包括第二齿轮轮(422)，所述第二齿轮轮旋转地固定到所述第一齿轮轮(421)并且与旋转地固定到所述外轴(40)的外轴齿轮轮(401)啮合。

10.根据权利要求9所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述第一齿轮轮(421)和所述第二齿轮轮(422)制成为一个单件。

11.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其还包括锥齿轮布置(44)，所述锥齿轮布置将所述外轴(40)驱动地连接到所述一个或多个螺旋桨叶片(22、24)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)，其中所述螺旋桨驱动布置(1)仅包括一个行星齿轮(30)。

13.一种船舶(100)，诸如帆船，其包括根据前述权利要求中任一项所述的螺旋桨驱动布置(1)。