GR1009624B - Προωστηρας θαλασσιου σκαφους αποτελουμενος απο πτυσσομενο στατορα δυο ή περισσοτερων μερων και ροτορα την προπελα που εχει στην περιφερεια της εγκατεστημενους μονιμους μαγνητες - Google Patents

Abstract

Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται σε έναν προωστήρα θαλάσσιων σκαφών για πλευρική μετατόπιση τους. Ο συγκεκριμένος προωστήρας λειτουργεί με μοτέρ συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (BLDC) που αποτελείται από δύο μέρη: τον στάτορα που λειτουργεί ως ηλεκτρομαγνήτης και μία προπέλα, εφοδιασμένη με μόνιμους μαγνήτες περιφερειακά, που λειτουργεί ως ρότορας του μοτέρ και ταυτόχρονα παράγει την ώση του προωστήρα όταν περιστρέφεται. Ο οτάτορας που έχει σχήμα δακτυλίου χωρίζεται σε δύο ή περισσότερα τοξωτά μέρη τα οποία είτε αρθρωτά σε ένα μόνο σημείο είτε όχι, όταν εγκατασταθούν γύρω από τη σήραγγα, ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν πλήρη κύκλο σφιχτά στερεωμένο στο εσωτερικό τμήμα του σκάφους περιμετρικά της σήραγγας. Ο προωστήρας μπορεί να εγκατασταθεί σε οποιοδήποτε θαλάσσιο σκάφος, σε ήδη υπάρχουσες σήραγγες πρύμνης ή πλώρης χωρίς την ανάγκη τροποποίησης ή διάτρησης ή αλλαγής τους.

Description

«ΠΡΟΩΣΤΗΡΑΣ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ ΑΠΟΤΕΛΟΥΜΕΝΟΣ ΑΠΟ ΠΤΥΣΣΟΜΕΝΟ

ΣΤΑΤΟΡΑ ΚΑΙ ΡΟΤΟΡΑΤΗΝ ΠΡΟΠΕΛΑ ΠΟΥ ΕΧΕΙ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑ ΤΗΣ

ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΟΥΣ ΜΟΝΙΜΟΥΣ ΜΑΓΝΗΤΕΣ».

Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται σε έναν πρσωστήρα θαλάσσιων σκαφών yia πλευρική μετατόπιση και τη μέθοδο εγκατάστασης που τον συνοδεύει. Ο συγκεκριμένος προωστήρας λειτουργεί με μοτέρ συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (Brushless Direct Current motor - BLDC) που αποτελείται από δύο μέρη: τον στάτορα (2) που λειτουργεί ως ηλεκτρομαγνήτης και τοποθετείται περιφερειακά της σήραγγας (5) σε δυο μέρη χωρίς αυτή να χρειάζεται διατρήσεις και μία προπέλα (4), εφοδιασμένη με μόνιμους μαγνήτες περιφερειακά (6), που λειτουργεί ως ρότορας του μοτέρ και ταυτόχρονα παράγει την ώση του προωστήρα όταν περιστρέφεται. Λειτουργεί ως προωστήρας σήραγγας για ένα θαλάσσιο σκάφος οποιουδήποτε τύπου.

Οι προωστήρες που είναι εγκατεστημένοι σε ήδη υπάρχουσα σήραγγα (tunnel thrusters) θαλάσσιων σκαφών είναι γνωστοί. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι προωστήρων, όπως α) ο αζιμουθικός προωστήρας (azimuth thruster) που είναι μια συνδυασμένη διάταξη προώθησης και διεύθυνσης που μπορεί να περιστρέφεται για την πραγματοποίηση μανούβρας του θαλάσσιου σκάφους, β) Ο προωστήρας σήραγγας (tunnel thruster) που απαιτεί την τοποθέτηση σήραγγας προωστήρα στο κύτος του σκάφους κάτω από την ίσαλο γραμμή και μια προπέλα στη σήραγγα μπορεί να δημιουργήσει ώθηση προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, γ) Οι εξωτερικά τοποθετημένοι προωστήρες που χρησιμοποιούνται κυρίως για μικρότερα σκάφη, όπου εγκαθίστανται εκ των υστέρων και ο χώρος στο κύτος είναι περιορισμένος και δ) Οι αναδιπλούμενοι προωστήρες (retractable thrusters) που χρησιμοποιούν διάφορους τύπους μηχανισμών για την αναδίπλωσή τους, χαμηλώνονται στο νερό από ένα διαμέρισμα που υπάρχει στο κύτος του σκάφους και παράγουν ώση μόνο όταν χαμηλώνουν και έρθουν σε επαφή με το νερό. Τέτοιοι προωστήρες γ) και δ) αυξάνουν την αντίσταση του σκάφους στην κίνηση προς τα εμπρός εάν είναι κάτω από τη γραμμή νερού κατά την κανονική πρόωση.

Ένας παρόμοιος προωστήρας είναι γνωστός από το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με αρ. US201107329A1 το οποίο παρουσιάζει ένα σύστημα μηχανισμού προώθησης που περιλαμβάνει μια εξωτερική μονάδα κίνησης, υδραυλικής, ηλεκτρικής ή εσωτερικής καύσης, η οποία κινεί ένα σύστημα μετάδοσης και προπέλα τοποθετημένα μέσα σε μια σήραγγα σκάφους. Ο προωστήρας σήραγγας περιλαμβάνει ένα τμήμα προπέλας, πρώτο και δεύτερο κωνικά τμήματα σήραγγας διασυνδεδεμένα μεταξύ τους με την προπέλα, το τμήμα προπέλας και το πρώτο και το δεύτερο κωνικό τμήμα σήραγγας που προσανατολίζονται εγκάρσια στην καρίνα του σκάφους και να δέχεται τη διάταξη μετάδοσης και προπέλας.

Ένας παρόμοιος προωστήρας είναι επίσης γνωστός από το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με αρ. US20140057506A1 το οποίο περιγράφει έναν προωστήρα θαλάσσιων σκαφών που περιλαμβάνει έναν αγωγό, μέσα στον οποίο έχει τοποθετηθεί τουλάχιστον μία προπέλα που είναι λειτουργικά συνδεδεμένη με ένα σύστημα περιστροφικής κίνησης. Ο αγωγός αποτελείται από τρία τμήματα, τα οποία περιλαμβάνουν ένα πρώτο κεντρικό τμήμα και δύο ακραία τμήματα. Το πρώτο κεντρικό τμήμα έχει συγκεκριμένο μήκος και συγκεκριμένη διάμετρο, ενώ τα δύο ακραία τμήματα έχουν συγκεκριμένο μήκος και συγκεκριμένη διάμετρο μεγαλύτερη από τη διάμετρο του κεντρικού τμήματος.

Οι παραπάνω παρόμοιες συσκευές έχουν ως μειονέκτημα το γεγονός ότι αναφέρονται σε σήραγγες με πολύ συγκεκριμένη γεωμετρία και ως εκ τούτου είναι απαραίτητη η διάτρηση ή η τροποποίηση της σήραγγας του σκάφους προκειμένου να συνδεθεί η προπέλα με τον κινητήρα του προωστήρα. Επιπλέον, το μέγεθος της κινητήριας μονάδας δεν λαμβάνεται υπόψη κατά την εγκατάσταση, γεγονός που θα μπορούσε να προκαλέσει πρόβλημα στέγασης σε στενούς χώρους, όπως η καρίνα ενός σκάφους. Επιπλέον, η φύση της κινητήριας μονάδας δεν ορίζεται σαφώς.

Ένας παρόμοιος προωστήρας είναι επίσης γνωστός από το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με αρ. W02017134347 το οποίο ορίζει ένα σύστημα για ασύρματη μετάδοση ισχύος σε έναν προωστήρα με αζιμούθιο, το οποίο περιλαμβάνει ένα σώμα με τουλάχιστον ένα επαγωγέα για να παρέχει ένα μαγνητικό πεδίο, ένα δεύτερο σώμα που περιλαμβάνει τουλάχιστον ένα δεύτερο επαγωγέα για να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα από το μαγνητικό πεδίο, όπου τα σώματα είναι διαμορφωμένα ώστε να είναι μεταξύ τους σχετικά περιστρεφόμενα, όπου τουλάχιστον ο πρώτος επαγωγέας καί ο τουλάχιστον δεύτερος επαγωγέας διαμορφώνονται έτσι ώστε να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα από το μαγνητικό πεδίο σε όλες τις σχετικές περιστροφικές θέσεις, όπου τουλάχιστον ο πρώτος ή οι πρώτοι επαγωγείς συντονίζονται εντός μιας προκαθορισμένης ζώνης συχνοτήτων και όπου τουλάχιστον ο δεύτερος ή ο καθένας από τους δεύτερους επαγωγείς συντονίζονται εντός μιας άλλης μερικώς αλληλεπικαλυπτόμενης προκαθορισμένης ζώνης συχνοτήτων.

Το μειονέκτημα με την παραπάνω συσκευή είναι ότι αφορά μόνο προωστήρα με αζιμούθιο και ότι περιγράφεται ως μία μονάδα η οποία διατίθεται στην αγορά ως ένα ενιαίο σύνολο και επομένως δεν προσαρμόζεται σε ένα πλοίο οποιοσδήποτε είδους.

Η παρούσα εφεύρεση συνδυάζει τα πλεονεκτήματα και από τις τρεις παραπάνω αναφορές σε μία μεμονωμένη συσκευή που απαρτίζεται από πολλά συστατικά στοιχεία και επίσης αντιμετωπίζει ως βασικό στόχο την επίλυση των μειονεκτημάτων με τα οποία αυτές σχετίζονται, καθώς μπορεί να εγκατασταθεί σε κάθε θαλάσσιο σκάφος, οποιοδήποτε τύπου ανεξαρτήτως διαστάσεων.

Σύμφωνα με τη φύση της παρούσας εφεύρεσης, ο προωστήρας μπορεί να εγκατασταθεί σε ήδη υπάρχουσες σήραγγες πρύμνης ή πλώρης (5) χωρίς την ανάγκη τροποποίησης ή διάτρησης ή αλλαγής τους. Αυτό οφείλεται στον επαγωγικό χαρακτήρα της κινητήριας μονάδας που προκαλείτην περιστροφή της προπέλας (4) γύρω από τον κεντρικό άξονά του και παράγει πλευρική ώθηση για το σκάφος.

Το πρόβλημα αυτό επιλύεται από το γεγονός ότι η κινητήρια μονάδα αποτελείται από δύο κύρια μέρη: Ένα δακτύλιο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (2) τοποθετημένο στο εξωτερικό τμήμα της σήραγγας πρύμνης ή πλώρης (5) εντός του σκάφους και ένα σύστημα (διάταξη) προπέλας (4) που είναι τοποθετημένο μέσα στη σήραγγα και είναι σε άμεση επαφή με το θαλάσσιο νερό.

Η λύση της μη τροποποίησης/διάτρησης/αλλαγής της σήραγγας, οφείλεται άμεσα στον μηχανισμό πίσω από τον δακτύλιο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (2) που είναι τοποθετημένος γύρω από τον προωστήρα της σήραγγας (στάτορας). Ο στάτορας (2) αποτελείται από πολλαπλούς πόλους που εξέχουν προς τα μέσα σε σχέση με το εξωτερικό οπίσθιο δακτύλιο. Αυτοί οι πόλοι είναι τυλιγμένοι με ηλεκτρικά επαγωγικό πηνίο και στη συνέχεια συνδυάζονται σε τριάδες, δημιουργώντας έτσι τρεις φάσεις ρεύματος. Ο στάτορας που έχει σχήμα δακτυλίου χωρίζεται σε δύο ή περισσότερα τοξωτά μέρη τα οποία είτε αρθρωτά σε ένα μόνο σημείο είτε όχι, όταν εγκατασταθούν γύρω από τη σήραγγα (5), ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν πλήρη κύκλο σφιχτά στερεωμένο στο εσωτερικό τμήμα του σκάφους περιμετρικά της σήραγγας (5).

Το δεύτερο μέρος της συσκευής αφορά ένα σύστημα προπέλας που αποτελείται από την προπέλα με τους περιφερειακά εγκατεστημένους μόνιμους μαγνήτες (4) και δύο πλευρικούς οδηγούς (3) σταθερά τοποθετημένους δεξιά και αριστερά από την προπέλα (4) που μέσω ενός κεντρικού άξονα της επιτρέπουν να περιστρέφεται γύρω από αυτόν ώστε να υπάρχει σταθερότητα/ακαμψία/μη ταλάντωση στο σύστημα.

Τα ανωτέρω αναφερθέντα και άλλα χαρακτηριστικά της παρούσης εφευρέσεως θα παρουσιασθούν καθαρά στην ακολουθούσα λεπτομερή περιγραφή σε συνδυασμό με τα σχέδια.

Η προπέλα με τους περιφερειακά εγκατεστημένους σταθερούς μόνιμους μαγνήτες (4) λειτουργεί ως ο ρότορας του BLDC μοτέρ που σε συνδυασμό με τον δακτύλιο επαγωγής (2) γύρω από τη σήραγγα (5), που λειτουργεί ως στάτορας του ίδιου μοτέρ, προκαλούν την περιστροφή της προπέλας καιτην παραγωγή της επιθυμητής ώθησης. Το σύστημα προπέλας τοποθετείται στο εσωτερικό της σήραγγας (5) σε άμεση επαφή με το θαλασσινό νερό και ακριβώς στη θέση κάτω από τον στάτορα (2), λόγω της μαγνητικής δύναμης που προκαλείται από τους μαγνήτες. Οι δύο πλευρικοί οδηγοί( 3) στερεώνονται εκατέρωθεν της προπέλας(4) μέσα στη σήραγγα (5), ώστε να εξασφαλίζεται ότι η προπέλα που είναι τοποθετημένη εντός της σήραγγας (5) παραμένει στη θέση της ομόκεντρα και εντός του εξωτερικού δακτυλίου του στάτορα (2). Οπότε το σύστημα προπέλας συνδυάζει μηχανική και επαγωγική στήριξη.

Συνεπώς, λύνεται το ζήτημα της μετάδοσης κίνησης χωρίς την ανάγκη ύπαρξης μηχανικής κατασκευής (μειωτήρας), καθώς το σύστημα κίνησης είναι ο κυκλικός στάτορας (2) γύρω από τη σήραγγα (5) και η προπέλα (4) με τους μαγνήτες περιφερειακά εγκατεστημένους (6) που βρίσκεται εντός της σήραγγας (5). Χωρίς την ύπαρξη μειωτήρα το σύστημα έχει το πλεονέκτημα προστασίας από εξωτερικούς παράγοντες αποσταθεροποίησης (π.χ. τύλιγμα πετονιάς ή σχοινιού, χτυπήματα από ξύλα κ.λπ.).

Οσον αφορά τη μετάδοση ισχύος, η συσκευή χρησιμοποιεί ηλεκτροδυναμική επαγωγή παρόμοια με αυτή που είναι γνωστή ως κινητήρας BLDC (Inrunner Brushless Direct Current).

Η ανέπαφη μετάδοση ισχύος επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ενός ήδη γνωστού ηλεκτρονικού συντονιστή σήματος (οδηγού - Electronics Speed Controller), ο οποίος συνδέεται χωριστά σε καθεμία από τις τρεις φάσεις του στάτορα που με την περιέλιξη συρμάτων λειτουργούν ως πηνία (δεν απεικονίζονται στα σχέδια). Ο οδηγός συνδέεται με τη σειρά του σε μια πηγή ηλεκτρικής τροφοδοσίας. Ο οδηγός καθοδηγείτο πηνία του στάτορα και ρυθμίζει τον παλμό των τριών φάσεων των ηλεκτρομαγνητών.

Μέσω του οδηγού, ενεργοποιείται ολόκληρη η συστοιχία πηνίων (φάση) του στάτορα(2) και με τη σειρά της παράγει ένα ισοδύναμο μαγνητικό πεδίο, για παράδειγμα βόρειο πόλο προς το εσωτερικό του δακτυλίου στάτορα (2). Αυτό το παραγόμενο μαγνητικό πεδίο αλληλοεπιδρά με το στατικό μαγνητικό πεδίο των μόνιμων μαγνητών που είναι εγκατεστημένοι στην προπέλα (4) και έτσι ο ηλεκτρομαγνητικά δημιουργημένος βόρειος πόλος, σε αυτό το παράδειγμα, του (2) το εξωτερικό του δακτυλίου στάτορα (2), ο οποίος θα ευθυγραμμιστεί με τον προηγούμενο. Στη συνέχεια μέσω του οδηγού, θα αλλάξει η πολικότητα του ηλεκτρομαγνήτη ώστε ο νότιος πόλος να είναι προς το εσωτερικό του δακτυλίου, όπως και πριν ο ηλεκτρομαγνητικά δημιουργημένος νότιος πόλος της συστοιχίας των πηνίων θα απωθήσει τον προηγούμενα ευθυγραμμισμένο νότιο πόλο του μαγνήτη της προπέλας και θα έλξει τον πλησιέστερο μόνιμο μαγνήτη με τον βόρειο πόλο προς το εξωτερικό του δακτυλίου στάτορα (2). Εφόσον οι μαγνήτες είναι στερεωμένοι μέσα σε ανοίγματα της προπέλας (6) θα υπάρξει κατά συνέπεια περιστροφή της προπέλας και παραγωγή ώσης σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας της.

Με την χρονικά κατάλληλη διέγερση των φάσεων του στάτορα (2) (μέσω του οδηγού) επιτυγχάνεται δημιουργία μαγνητικού πεδίου και ομαλή αλληλεπίδραση με τους μόνιμα εγκατεστημένους μαγνήτες της προπέλας προκαλώντας έτσι την περιστροφή της και την παραγωγή της επιθυμητής ώθησης.

Για την αποσαφήνιση της λειτουργίας της παρούσας εφεύρεσης αυτή απεικονίζεται στα σχέδια ως ακολούθως.

Δεικνύεται στο:

Σχέδιο 1 ο προωστήρας ως σύνολο: κάτοψη και τομή Α-Α της παρούσας εφεύρεσης εγκατεστημένη στη σήραγγα (5) της πρύμνης ή πλώρης του κύτους θαλάσσιου σκάφους (1), ο δακτύλιος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (στάτορας) (2), οι δύο πλευρικοί οδηγοί (3) σταθερά τοποθετημένοι δεξιά και αριστερά από την προπέλα (4) και οι θέσεις για την εγκατάσταση των μόνιμων μαγνητών στην προπέλα (6).

Σχέδιο 2 ΑΠΟΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΜΕΝΑ: ο δακτύλιος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής χωρισμένος σε δυο ημίσεα (2), εμπρόσθιος πλευρικός οδηγός (3) σταθερά τοποθετημένος στη σήραγγα (5) της πρύμνης ή πλώρης του κύτους θαλάσσιου σκάφους, μπροστά από την προπέλα (4) και OL θέσεις για την εγκατάσταση των μόνιμων μαγνητών στην προπέλα (6).

Σχέδιο 3 ΑΠΟΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΜΕΝΑ: η σήραγγα (5) της πρύμνης ή πλώρης του κύτους θαλάσσιου σκάφους, δύο πλευρικοί οδηγοί (3) σταθερά τοποθετημένοι δεξιά και αριστερά από την προπέλα (4), ο δακτύλιος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (2) και οι θέσεις για την εγκατάσταση των μόνιμων μαγνητών στην προπέλα (6).

Σχέδιο 4 ΛΕΠΤΟΜΕΡΙΑ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ η προπέλα της παρούσας εφεύρεσης (4), με τον περιφερικό ενιαίο δακτύλιο και τις θέσεις για την εγκατάσταση των μόνιμων μαγνητών (6).

Claims (6)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Προωστήρας θαλάσσιου σκάφους αποτελούμενος από πτυσσόμενο στάτορα (2) δύο ή περισσοτέρων μερών και ρότορα την προπέλα (4) που έχει στην περιφέρεια της εγκατεστημένους μόνιμους μαγνήτες (6).

2. Προωστήρας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου ο πτυσσόμενος στάτορας (2) χωρίζεται σε δύο ή περισσότερα τοξοτά μέρη τα οποία ενώνονται μεταξύ τους είτε αρθρωτά σε ένα μόνο σημείο είτε σε περισσότερα, για να σχηματίσουν έναν πλήρη κύκλο σφιχτά στερεωμένο στο εσωτερικό τμήμα του σκάφους (1).

3. Προωστήρας σύμφωνα με την αξίωση 1 και 2 που αποτελείται από ένα δακτύλιο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (στάτορα) (2) τοποθετημένο περιμετρικά στο εξωτερικό τμήμα της σήραγγας εντός του σκάφους (5).

4. Προωστήρας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου η προπέλα (4) λειτουργεί ως ρότορας ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες έχοντας μόνιμους μαγνήτες εμφυτευμένους σε θήκες κατασκευασμένες στην περιφέρεια της (6).

5. Προωστήρας σύμφωνα με την αξίωση 1 και 4 με σύστημα προπέλας (4) που προστατεύεται και εδράζει μέσω άξονα σε δύο πλευρικούς οδηγούς τοποθετημένους εκατέρωθεν της προπέλας (3).

6. Σύστημα (διάταξη) προπέλας (4) προωστήρα σύμφωνα με τις αξιώσεις 1, 4 και 5 που είναι τοποθετημένη μέσα στη σήραγγα (5) και είναι σε άμεση επαφή με το θαλάσσιο νερό χωρίς την ανάγκη ύπαρξης μηχανικής διάταξης μετάδοσης κίνησης σε αυτήν.