CN212220504U - 一种减摇陀螺 - Google Patents

Abstract

本实新属于船舶减摇技术领域，具体公开了一种减摇陀螺。其中，减摇陀螺包括基座、与基座转动连接的飞轮框架、与飞轮框架转动连接的飞轮，其特征在于，还包括用于向飞轮框架施加制动力矩的扭矩施加装置，扭矩施加装置包括：永磁同步电机，其电机轴与飞轮框架的进动轴同轴连接；电阻负载，永磁同步电机的绕组引出线与电阻负载电连接形成能耗制动电路；控制器，控制器与电阻负载电连接，且控制器被配置为调节电阻负载的阻值以调节所述制动力矩的大小。本实新提供的减摇陀螺和船舶，能够降低减摇陀螺的成本，提高减摇陀螺的安全性和可靠性，提高船舶航行过程中的适航性和乘员舒适性。

Description

一种减摇陀螺

技术领域

本实新涉及船舶减摇技术领域，尤其涉及一种减摇陀螺。

背景技术

减摇陀螺具有减摇效果不受航速影响，结构紧凑，占用空间较小，减摇效果较好等优点，因此越来越广泛地应用于船舶减摇领域。

减摇陀螺内部安装有重型飞轮，高速旋转的飞轮具有动量矩和陀螺的进动物理效应。船体的摇摆运动使旋转中的飞轮产生进动力矩，推动飞轮和飞轮框架一起进动，同时，旋转中的飞轮在进动时产生减摇力矩，减摇力矩通过飞轮框架和基座传递到船体上，抑制船体摇摆。

大多数减摇陀螺的进动角范围在-90°～+90°之间。随着船只摇摆，会推动飞轮及飞轮框架进动。扭矩施加装置用于对飞轮的进动角速度进行控制,同时起着限制进动角范围的作用，防止因进动失控造成的冲击以及进动超范围导致的设备损坏。

目前，减摇陀螺的扭矩施加装置多为可控的液压阻尼系统，其结构复杂，存在漏油风险，降低了减摇陀螺的可靠性。

实用新型内容

本实新的目的在于提供一种减摇陀螺，简化减摇陀螺中扭矩施加装置的结构，提高扭矩施加装置的运行可靠性和安全性。

为实现上述目的，本实新采用下述技术方案：

一种减摇陀螺，包括基座、与所述基座转动连接的飞轮框架、与所述飞轮框架转动连接的飞轮，其特征在于，还包括用于向所述飞轮框架施加制动力矩的扭矩施加装置，所述扭矩施加装置包括：

永磁同步电机，其电机轴与所述飞轮框架的进动轴同轴连接；

电阻负载，所述永磁同步电机的绕组引出线与所述电阻负载电连接形成能耗制动电路；

控制器，所述控制器与所述电阻负载电连接，且所述控制器被配置为调节所述电阻负载的阻值以调节所述制动力矩的大小。

作为一种减摇陀螺的可选技术方案，所述电阻负载包括多个并联在所述能耗制动电路中的制动电阻，所述控制器分别控制所述制动电阻的通断。

作为一种减摇陀螺的可选技术方案，所述扭矩施加装置还包括增速传动装置，所述增速传动装置被配置为将所述飞轮的进动动力增速并降低扭矩传递至所述永磁同步电机。

作为一种减摇陀螺的可选技术方案，所述减摇陀螺还包括与所述控制器电连接的角度传感器和/或位姿传感器，所述角度传感器用于检测所述飞轮的进动角，所述位姿传感器用于检测船体的位姿，所述控制器根据所述角度传感器和/ 或所述位姿传感器的测量值调节所述电阻负载的阻值。

作为一种减摇陀螺的可选技术方案，所述减摇陀螺安装在船上，所述基座与船体固定连接，所述减摇陀螺用于抑制所述船的摇摆运动。

本实新的有益效果在于：

本实新提供的扭矩施加装置，其扭矩施加装置由机电系统组成，并采用能耗制动的方式施加制动力矩，且制动力矩方便调节，不存在漏油等风险，运行安全性及可靠性较高，且结构简单，易于安装维护。

附图说明

图1是本实新实施例提供的减摇陀螺的部分剖视图；

图2是本实新实施例提供的减摇陀螺的剖视图；

图3是本实新实施例提供的扭矩施加装置的电路原理图；

图4是本实新实施例提供的船体与减摇陀螺的部分结构示意图。

图中标记如下：

10-减摇陀螺；20-船体；201-龙骨；

1-飞轮；2-飞轮框架；3-驱动电机；31-电机转子；32-电机定子；4-进动轴；41-轴伸部；42-法兰部；5-基座；6-扭矩施加装置；61-永磁同步电机；62-控制器； 63-电阻负载；631-制动电阻；64-控制开关；65-增速传动装置；66-整流器；

7-第一轴承；8-第二轴承；9-角度传感器；110-位姿传感器；

X-飞轮进动轴线；Y-船的摇摆轴线；Z-飞轮自转轴线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实新作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实新，而非对本实新的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实新相关的部分而非全部结构。

在本实新的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实新中的具体含义。

在本实新中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实新的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图1为本实新实施例提供的减摇陀螺10的结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种减摇陀螺10，其应用于船舶，可减小船的摇晃，提高船的稳定性和舒适性。

具体地，本实施例提供的减摇陀螺10包括飞轮1、飞轮框架2、基座5、驱动电机3及扭矩施加装置6。飞轮1与飞轮框架2通过第一轴承7转动连接，以使飞轮框架2对飞轮1形成转动支撑；驱动电机3为无框电机，其电机定子32 与飞轮框架2固定连接，电机转子31与飞轮1固定连接，驱动电机3可以驱动飞轮1绕自转轴线Z高速旋转；基座5固定在船体上，飞轮框架2与基座5通过第二轴承8转动连接，以使船绕轴线Y摇摆时，高速旋转的飞轮1产生进动力矩，带动飞轮1与飞轮框架2相对基座5绕进动轴线X转动；扭矩施加装置6用于向飞轮框架2施加制动力矩，限制飞轮1的进动角度及角速度。

在本实施例中，优选地，驱动电机3为无框电机，其结构紧凑，所需安装空间较小。

无框电机的结构为本领域的现有结构，在其他实施例中，也可以采用其他结构的电机作为驱动电机3。

飞轮框架2包括具有密封性的两半壳体，可以保护飞轮1不受外部环境腐蚀，同时便于拆装，进一步地，为实现飞轮框架2与基座5的转动连接，飞轮框架2的两侧沿进动轴线X方向各设置有进动轴4，具体地，进动轴4的法兰部42与两壳体固定连接，进动轴4的轴伸部41与基座5通过第二轴承8转动连接。在本实施例中，基座5呈矩形框架结构，并在两侧设置有剖分轴承座结构，便于飞轮框架和第二轴承8的拆装，结构简单，加工方便。

船的摇摆运动推动飞轮1和飞轮框架2一起进动，同时，旋转中的飞轮1 在进动时产生减摇力矩，减摇力矩通过飞轮框架2和基座5传递到船体上，抑制船摇摆。扭矩施加装置6用于对飞轮1的进动角范围和角速度进行控制，防止进动失控造成的冲击以及设备损坏。

图3为本实新实施例提供的扭矩施加装置6的电气原理图，如图1和3所示，所述扭矩施加装置6包括：永磁同步电机61，其电机轴与所述飞轮框架2 的进动轴4同轴连接；电阻负载63，所述永磁同步电机61的绕组引出线与所述电阻负载63电连接形成能耗制动电路；控制器62，所述控制器62与所述电阻负载63电连接，且所述控制器62被配置为调节所述电阻负载63的阻值以调节所述制动力矩的大小。

本实施例提供的扭矩施加装置6，当飞轮1进动时，进动动力通过飞轮框架2传递至永磁同步电机61，驱动永磁同步电机61转动，永磁同步电机61将机械能转换成电能并通过能耗制动电路中的电阻负载63发热消耗，同时永磁同步电机61在该过程中产生制动力矩，制动力矩通过飞轮框架2传递至飞轮1。此处，能耗制动的原理为电力拖动技术领域的公知常识，此处不再赘述。通过控制器62改变电阻负载63的阻值，改变能耗制动电路的电流，从而改变永磁同步电机61产生的制动力矩。当阻值越大，永磁同步电机61产生的制动力矩越小；阻值越小，永磁同步电机61产生的制动力矩越大。

进一步地，电阻负载63包括多个并联设置在能耗制动电路中的制动电阻 631，控制器62可以分别控制所述每个制动电阻631的通断。但实新并不限于改变接入能耗制动电路的制动电阻631的个数的方式改变电阻负载63的阻值，还可以采用其他方式改变电阻负载63的阻值，如将电阻负载63设置成可变电阻形式，如滑动变阻器、压敏电阻等。可以根据飞轮1进动的状态实时调控阻值以调节制动力矩的大小，从而控制飞轮的进动角度和角速度，减摇效果更好，且调节简单方便。在本实施例中，每个制动电阻631所在的电路支路中均设置有控制该电路支路通断的控制开关64，控制开关64与控制器62电连接。该种控制电路的控制方式，结构简单，控制方便。

在本实施例中，并联在能耗制动电路中的制动电阻631的个数为三个，且阻值相等，可以进行3档位调节。在其他实施例中，并联的制动电阻631的个数可以为两个或更多个，各制动电阻631的阻值可以相同，也可以不同。其可根据需求进行自行设定，制动电阻631的数量越多，可调控的档位越多。而档位越多，制动力矩的调节越精细。进一步，在本实施例中，控制开关64为继电器。在其他实施例中，控制开关64还可以为三级管或其他能够控制电路通断的电器元件，采用控制器控制电路中电阻的通断为公知常识，此处不再进行赘述。

在本实施例中，能耗制动电路中还连接有用于将交流电转换成直流电的整流器66，永磁同步电机61的三相绕组(U、V和W)引出线分别与整流器66 的三个输入端(A、B和C)连接，整流器66的输出端与电阻负载63电连接。能耗制动电路有很多种，在其他实施例中，可以采用其他能耗制动电路，可以不需要整流器，此处不作限定。

在本实施例中，由于飞轮1进动的角速度相对较低而进动的扭矩相对较大，为更好地与永磁同步电机61动力匹配，扭矩施加装置6还包括增速传动装置65，增速传动装置65被配置为将飞轮1的进动动力增速并降低扭矩传递至所述永磁同步电机61。增速传动装置65的低速端与进动轴4同轴连接，增速传动装置 65的高速端与永磁同步电机61的电机轴同轴连接。通过设置增速传动装置65，能够提高永磁同步电机61的转速同时降低扭矩，使永磁同步电机61的适配性更好。优选地，在本实施例中，增速传动装置65采用行星齿轮传动装置，行星齿轮传动装置具有结构紧凑、传递扭矩较大等优点。但本实新并不限于采用行星齿轮传动装置作为增速传动装置65，增速传动装置65还可以采用其他齿轮传动装置、摆线针轮式传动装置、蜗轮蜗杆式传动装置、链式或带式传动装置或者多种形式复合的多级传动装置等，本实新并不对增速传动装置65的具体结构进行限制。

进一步地，减摇陀螺10还包括角度传感器9，角度传感器9与控制器62电连接，用于实时测量飞轮1的进动角度和角速度。控制器62根据角度传感器9 的测量值实时调控电阻负载63的阻值，以调节制动力矩的大小，从而控制飞轮的进动角度和角速度，优化减摇效果。

在本实施例中，角度传感器9与进动轴4同轴连接，且角度传感器9可采用现有技术中任意用于检测角度的装置，本实新对此不做任何限制。

更为优选地，减摇陀螺10还包括位姿传感器110，位姿传感器110与控制器62电连接，用于实时检测船体的摇摆位姿，控制器62根据位姿传感器110 检测值，实时调控电阻负载63的阻值，以调节制动力矩的大小，从而控制飞轮 1的进动角度和角速度，优化减摇效果。由于基座5与船体固定连接，因此位姿传感器110可以安装在基座5上也可以直接安装在船体上，可采用现有技术中任意用于检测位姿的装置，本实新对此不做任何限制。在本实施例中，通过设置角度传感器9实时检测飞轮进动状态和位姿传感器110实时检测船的摇摆姿态，控制器62根据角度传感器9和位姿传感器110的测量值综合判断，实时调节制动力矩，调控更精确，减摇效果更好。在其他实施例中，也可以仅设置角度传感器9或位姿传感器110。

需要说明的是，减摇陀螺根据飞轮的安装形式分为两种结构，竖直轴结构和水平轴结构。本实施例中为竖直轴结构。本实新同样适用于水平轴结构的减摇陀螺，对于本领域的技术人员来说这是容易理解的，此处不再进行赘述。

图4为本实新实施例提供的减摇陀螺10与船体20的安装示意图，如图4 所示，减摇陀螺10安装在船体20上，用于减船的横摇。如图4所示，减摇陀螺10的基座5与龙骨201通过螺栓螺纹连接，进动轴线X垂直于船的中纵剖面，可以减船的横摇。在其他实施例中，当减摇陀螺10的进动轴线X平行于船的中纵剖面安装时，可以减船的纵摇。

减摇陀螺的减摇原理及在船上的应用为本领域的现有技术，此处不再赘述。

注意，上述仅为本实新的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实新不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实新的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实新进行了较为详细的说明，但是本实新不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实新构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实新的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种减摇陀螺，包括基座(5)、与所述基座(5)转动连接的飞轮框架(2)、与所述飞轮框架(2)转动连接的飞轮(1)，其特征在于，还包括用于向所述飞轮框架(2)施加制动力矩的扭矩施加装置(6)，所述扭矩施加装置(6)包括：

永磁同步电机(61)，其电机轴与所述飞轮框架(2)的进动轴(4)同轴连接；

电阻负载(63)，所述永磁同步电机(61)的绕组引出线与所述电阻负载(63)电连接形成能耗制动电路；

控制器(62)，所述控制器(62)与所述电阻负载(63)电连接，且所述控制器(62)被配置为调节所述电阻负载(63)的阻值以调节所述制动力矩的大小。

2.根据权利要求1所述的减摇陀螺，其特征在于，所述电阻负载(63)包括多个并联在所述能耗制动电路中的制动电阻(631)，所述控制器(62)分别控制所述制动电阻(631)的通断。

3.根据权利要求1所述的减摇陀螺，其特征在于，所述扭矩施加装置(6)还包括增速传动装置(65)，所述增速传动装置(65)被配置为将所述飞轮(1)的进动动力增速并降低扭矩传递至所述永磁同步电机(61)。

4.根据权利要求1所述的减摇陀螺，其特征在于，所述减摇陀螺还包括与所述控制器(62)电连接的角度传感器(9)和/或位姿传感器(110)，所述角度传感器(9)用于检测所述飞轮(1)的进动角，所述位姿传感器(110)用于检测船体的位姿，所述控制器(62)根据所述角度传感器(9)和/或所述位姿传感器(110)的测量值调节所述电阻负载(63)的阻值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的减摇陀螺，其特征在于，所述减摇陀螺安装在船上，所述基座(5)与船体固定连接，所述减摇陀螺用于抑制船的摇摆运动。

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