RU2349494C2 - Rudder propeller with electromagnetic shaftless propulsion device - Google Patents
Rudder propeller with electromagnetic shaftless propulsion device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349494C2 RU2349494C2 RU2005137267/11A RU2005137267A RU2349494C2 RU 2349494 C2 RU2349494 C2 RU 2349494C2 RU 2005137267/11 A RU2005137267/11 A RU 2005137267/11A RU 2005137267 A RU2005137267 A RU 2005137267A RU 2349494 C2 RU2349494 C2 RU 2349494C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- propeller
- propulsion device
- electromagnetic
- rotation
- blades
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к основным элементам судового оборудования, а именно к судовым движителям, и предназначено для пространственного перемещения объектов движения на поверхности или внутри жидкой среды при одновременном обеспечении возможности изменения направления такого перемещения.The invention relates to the basic elements of marine equipment, namely, ship propulsion, and is intended for the spatial movement of objects of motion on the surface or inside a liquid medium while providing the ability to change the direction of such movement.
Известны устройства (каталог фирмы Schottel GmbH & Со. KG. Schottel Transverse Thruster Mainzer Str. 99-D-56322 Spay / Germany e-Mail: info@schottel.de.www.schottel.de.) (см. приложение 1), предназначенные для перемещения судов в виде винторулевых колонок типа "Aquamaster" или "Schottel", осуществляющие поступательное движение произвольного направления за счет энергии двигателя внутреннего сгорания, в частности дизеля. Недостатками таких устройств являются: низкий коэффициент полезного действия, сложность механических передач, участвующих в процессе передачи энергии винту для вращения и поворота его плоскости гидравлическим приводом, очень большой уровень вибраций элементов самого устройства и передача их на конструктивные элементы объекта движения, низкая эксплуатационная надежность.Known devices (catalog of Schottel GmbH & Co. KG. Schottel Transverse Thruster Mainzer Str. 99-D-56322 Spay / Germany e-mail: info@schottel.de.www.schottel.de.) (See Appendix 1), designed to move ships in the form of "Aquamaster" or "Schottel" propeller-driven columns, translating in arbitrary direction due to the energy of an internal combustion engine, in particular a diesel engine. The disadvantages of such devices are: low efficiency, the complexity of the mechanical gears involved in the process of energy transfer to the screw for rotation and rotation of its plane by a hydraulic drive, a very high level of vibration of the elements of the device itself and their transmission to the structural elements of the object of movement, low operational reliability.
Известны устройства (каталог фирмы ABB Azimuthing Electric Propulsion Drive Azipod Oy Laivanrakentajantie 2, 00980 HELSINKI, Finland. Tel. + 35810222030) (см. приложение 2) типа "Azipod", предназначенные для перемещения судов и изменения направления их движения за счет использования электроэнергии двумя электродвигателями - первым, вращающим винт, и вторым, поворачивающим плоскость его вращения на определенный угол. Недостатком таких устройств являются значительные массогабаритные показатели, с одной стороны, ввиду наличия вала между первым электродвигателем и винтом, обеспечивающим вращение последнего, и, с другой стороны, ввиду сложности механической передачи вращения от удаленного второго электродвигателя к гондоле, содержащей первый электродвигатель. Эти недостатки приводят не только к увеличению материальных затрат на изготовление, но и к снижению коэффициента полезного действия винторулевой колонки.Known devices (catalog of the company ABB Azimuthing Electric Propulsion Drive Azipod Oy Laivanrakentajantie 2, 00980 HELSINKI, Finland. Tel. + 35810222030) (see Appendix 2) of the type "Azipod", designed to move ships and change their direction of movement due to the use of electricity by two electric motors - the first, rotating the screw, and the second, turning the plane of its rotation by a certain angle. The disadvantage of such devices is significant weight and size indicators, on the one hand, due to the presence of a shaft between the first electric motor and the screw, which ensures the rotation of the latter, and, on the other hand, due to the complexity of the mechanical transmission of rotation from the remote second electric motor to the nacelle containing the first electric motor. These shortcomings lead not only to an increase in material costs for manufacturing, but also to a decrease in the efficiency of the propeller column.
Наиболее близким устройством такого же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является винторулевая колонка, известная из патента US 2605606, опублик. 05.08.1952. Она содержит поворотный стол с ротором с безвальным движителем в виде лопастей и механизм поворота плоскости вращения лопастей. Последний содержит электродвигатель, на валу которого имеется шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a helical column, known from patent US 2605606, published. 08/05/1952. It contains a rotary table with a rotor with a shaftless propeller in the form of blades and a mechanism for turning the plane of rotation of the blades. The latter contains an electric motor, on the shaft of which there is a gear gear meshed with the gear wheel.
К колесу жестко прикрепляется станина поворотного стола, служащая одновременно направляющей насадкой винта и корпусом, в котором располагается полый ротор, содержащий внутри лопасти движителя.The bed of the rotary table is rigidly attached to the wheel, which serves simultaneously as the guide nozzle of the screw and the housing in which the hollow rotor is located, containing the propeller blades inside.
Описанная конструкция прототипа содержит следующие недостатки. Использование одного электродвигателя в механизме поворота не только существенно снижает надежность функционирования ввиду увеличенных нагрузок на детали узлов передачи, но и не удовлетворяет требованиям Морского Регистра. Наряду с этим наличие прямозубой передачи межу валом электродвигателя и поворотным столом при отсутствии тормозного устройства приводит к неустойчивости положения плоскости вращения лопастей, а следовательно, и к излишнему рысканию объекта движения на курсе. Кроме описанных недостатков отсутствие поля возбуждения со стороны ротора с лопастями приводит к дополнительному потреблению энергии движителем от источника электроснабжения и снижению коэффициента полезного действия.The described design of the prototype contains the following disadvantages. The use of one electric motor in the rotation mechanism not only significantly reduces the reliability of operation due to increased loads on the parts of the transmission units, but also does not satisfy the requirements of the Maritime Register. In addition, the presence of a spur gear between the motor shaft and the rotary table in the absence of a braking device leads to instability of the position of the plane of rotation of the blades, and therefore to excessive yaw of the object of movement on the course. In addition to the described disadvantages, the absence of an excitation field from the side of the rotor with blades leads to additional energy consumption by the propulsion device from the power supply source and a decrease in the efficiency.
Целью изобретения являются: повышение качества функциональных возможностей устройства и его быстродействия, сокращение времени переходных процессов, повышение коэффициентов мощности и полезного действия, снижение механических нагрузок на рабочие элементы зубчатой передачи.The aim of the invention are: improving the quality of the functional capabilities of the device and its speed, reducing the time of transient processes, increasing power factors and efficiency, reducing mechanical stresses on the working elements of the gear transmission.
Необходимый технический результат достигается новым заявленным устройством следующего вида: винторулевая колонка для пространственного перемещения объекта движения относительно жидкой среды и изменения его направления перемещения, содержащая безвальный винто-лопастной движитель и механизм поворота плоскости вращения лопастей, отличающаяся тем, что механизм поворота плоскости вращения лопастей включает в себя два электродвигателя со встроенными электромагнитными тормозами и наружными шестернями, находящимися в зацеплении с косозубым коническим колесом, к которому жестко прикреплена станина винто-лопастного электромагнитного движителя, служащая одновременно направляющей насадкой винта, причем этот электромагнитный движитель выполнен трехфазным синхронным с возбуждением от постоянных магнитов, находящихся в лопастях винта, при этом корпус электромагнитного движителя выполнен с шихтованным ферромагнитным сердечником статора с трехфазной обмоткой, а внутри сердечника статора на расстоянии от него воздушного зазора по радиальному направлению расположен шихтованный ферромагнитный сердечник ротора с короткозамкнутой пусковой обмоткой.The required technical result is achieved by the new claimed device of the following form: a helical column for spatial movement of an object of movement relative to a liquid medium and changing its direction of movement, containing a shaftless screw-blade propeller and a mechanism for rotating the plane of rotation of the blades, characterized in that the mechanism of rotation of the plane of rotation of the blades includes two electric motors with integrated electromagnetic brakes and external gears meshed with oblique with a bevel gear to which the bed of a screw-blade electromagnetic propulsion device is rigidly attached, serving simultaneously as a screw nozzle, moreover, this electromagnetic propulsion device is made three-phase synchronous with excitation from permanent magnets located in the propeller blades, while the housing of the electromagnetic propulsion device is made with a lined ferromagnetic stator core with a three-phase winding, and inside the stator core at a distance from it an air gap in the radial direction is Towa ferromagnetic rotor core starting with a short-circuited winding.
Отличительными признаками заявленного изобретения от прототипа являются:Distinctive features of the claimed invention from the prototype are:
1. введение в механизм поворота плоскости вращения лопастей двух электродвигателей вместо одного;1. introduction to the mechanism of rotation of the plane of rotation of the blades of two electric motors instead of one;
2. введение в механизм поворота плоскости вращения лопастей в каждом из электродвигателей встроенных электромагнитных тормозов;2. introduction to the mechanism of rotation of the plane of rotation of the blades in each of the electric motors built-in electromagnetic brakes;
3. замена в механизме поворота плоскости вращения лопастей прямозубого зацепления шестерни и колеса на косозубое;3. replacement in the mechanism of rotation of the plane of rotation of the spur gears of the spur gears and wheels on helical gears;
4. введение вовнутрь лопастей движителя постоянных магнитов высокой коэрцитивной силы из спекаемых порошковых материалов с редкоземельными элементами.4. the introduction into the blades of the propeller of permanent magnets of high coercive force from sintered powder materials with rare earth elements.
Введение в механизм поворота плоскости вращения лопастей двух электродвигателей вместо одного приводит к уменьшению нагрузки на зубья шестерни зацепления с колесом, что повышает надежность работы механизма.The introduction into the mechanism of rotation of the plane of rotation of the blades of two electric motors instead of one leads to a decrease in the load on the gear teeth of the gearing with the wheel, which increases the reliability of the mechanism.
Одновременно с этим распределение одной нагрузки на две шестерни двух электродвигателей, каждый из которых по мощности меньше, чем один заменяемый, приводит к повышению быстродействия и сокращению времени протекания переходных процессов (пуск, торможение, реверс) за счет снижения моментов инерции. Наряду с этим удовлетворяются требования Морского Регистра судоходства.At the same time, the distribution of one load on two gears of two electric motors, each of which is less than one replaceable in power, leads to an increase in speed and a reduction in the duration of transient processes (starting, braking, reverse) due to a decrease in the moments of inertia. Along with this, the requirements of the Maritime Register of Shipping are satisfied.
Введение в механизм поворота плоскости вращения лопастей в каждом из электродвигателей встроенных электромагнитных тормозов повышает точность фиксации положения плоскости вращения винтовых лопастей при ее поворотах на заданный угол и устраняет причину рысканья объекта движения.The introduction into the mechanism of rotation of the plane of rotation of the blades in each of the electric motors of built-in electromagnetic brakes increases the accuracy of fixing the position of the plane of rotation of the screw blades when it is rotated by a given angle and eliminates the cause of yaw of the object of movement.
Замена в механизме поворота плоскости вращения лопастей прямозубого зацепления шестерни и колеса на косозубую делает передачу самотормозящейся, что повышает точность фиксации положения плоскости вращения винтовых лопастей при отключениях электродвигателей.Replacing in the mechanism of rotation of the plane of rotation of the spur gears of the gear and wheel gears on the helical gear makes the transmission self-braking, which increases the accuracy of fixing the position of the plane of rotation of the helical blades when the motors are turned off.
Введение вовнутрь лопастей движителя постоянных магнитов высокой коэрцитивной силы из спекаемых порошковых материалов с редкоземельными элементами создает для движителя или винтовых лопастей синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов. Последний исключает потребление реактивной мощности из системы электроснабжения, создавая опережающий коэффициент мощности и повышая коэффициет полезного действия.The introduction into the blades of the propeller of permanent magnets of high coercive force from sintered powder materials with rare earth elements creates a synchronous electric motor for the propeller or screw blades with excitation from permanent magnets. The latter eliminates the consumption of reactive power from the power supply system, creating a leading power factor and increasing the efficiency.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлен схематический разрез устройства в вертикальной плоскости вращения винтовых лопастей, на фиг.2 - разрез в аналогичной поперечной плоскости.The invention is illustrated by graphic materials, where figure 1 shows a schematic section of a device in the vertical plane of rotation of the screw blades, figure 2 is a section in a similar transverse plane.
Согласно формуле изобретения в механизме поворота плоскости вращения лопастей 5 имеются два электродвигателя 7 со встроенными электромагнитными тормозами.According to the claims, in the mechanism of rotation of the plane of rotation of the
Двигатели жестко крепятся к корпусу 6, связанному жестко с корпусом объекта движения. На валу этих двигателей имеются шестерни 9, которые находятся в зацеплении с одним косозубым коническим колесом 10. К колесу жестко крепится станина винтолопастного движителя с корпусом 1, служащим одновременно направляющей насадкой винта. Станина опирается на подшипник скольжения 8 и имеет возможность, благодаря косозубому зацеплению и электродвигателям, поворачиваться вокруг вертикальной оси, изменяя положение плоскости вращения лопастей.The engines are rigidly attached to the housing 6, rigidly connected with the housing of the object of movement. On the shaft of these engines there are gears 9, which are meshed with one
Электромагнитный движитель выполнен в виде синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов, находящихся внутри лопастей 5 винта. Указанный электродвигатель внутри станины имеет шихтованный ферромагнитный сердечник 2 статора с трехфазной обмоткой. Внутри этого сердечника ввиду подшипника скольжения 3 находится шихтованный сердечник ротора 4 с короткозамкнутой пусковой обмоткой.2The electromagnetic mover is made in the form of a synchronous electric motor with excitation from permanent magnets located inside the
Предлагаемая винторулевая колонка работает следующим образом. При определенном положении косозубого конического колеса 10 (аналог пера руля на судне) от источника электроэнергии объекта движения запускается электродвигатель движителя 2, 4, 5 и осуществляется пространственное перемещение объекта движения (судна или аппарата).The proposed throttle column operates as follows. At a certain position of the helical bevel wheel 10 (an analogue of the rudder blade on the ship) from the power source of the moving object, the
При необходимости смены направления перемещения объекта без отключения электродвигателя движителя включаются от того же источника на короткое время один или два одновременно расторможенных электродвигателя 7 механизма поворота. Этим самым изменяется положение плоскости вращения винтовых лопастей на заданный угол и осуществляется смена направления перемещения объекта движения.If it is necessary to change the direction of movement of the object without turning off the propulsion motor, one or two simultaneously braked rotation motor 7 are turned on from the same source for a short time. This thereby changes the position of the plane of rotation of the screw blades by a predetermined angle and the direction of movement of the object of movement is changed.
Согласно требованиям Морского Регистра число электродвигателей 7 механизма поворота должно быть не менее двух с условием, что каждый из них обеспечивает поворот плоскости вращения винта на определенный угол за определенное время. При больших массах перемещаемых объектов и тяжелых условиях плавания (льды) число электродвигателей механизма поворота увеличивают, устанавливая всегда их четное число, а также на одном объекте движения применяют несколько винторулевых колонок.According to the requirements of the Maritime Register, the number of electric motors 7 of the rotation mechanism must be at least two, provided that each of them provides rotation of the plane of rotation of the screw by a certain angle in a certain time. With large masses of moving objects and difficult sailing conditions (ice), the number of electric motors of the rotation mechanism is increased, always setting their even number, and several propeller-driven columns are also used on the same object of movement.
В динамических операциях замедления скорости перемещения объекта или его движения по инерции обмотка статора движителя может служить источником электроэнергии. Эту энергию через современный полупроводниковый управляемый преобразователь можно возвращать в бортовую электросеть объекта движения. Отмеченное повышает эффективность преобразования энергии на объекте движения и коэффициент полезного действия винторулевой колонки.In dynamic operations of slowing down the speed of movement of an object or its inertia, the winding of the stator of the mover can serve as a source of electricity. This energy through a modern semiconductor controlled converter can be returned to the on-board electrical network of the object of motion. The aforementioned increases the efficiency of energy conversion at the object of motion and the efficiency of the propeller column.
Тот же управляемый преобразователь может по определенному закону осуществлять изменение частоты и напряжения питания для обмотки статора движителя, и тем самым будет осуществляться регулирование частоты вращения винтовых лопастей, а значит, и скорости перемещения объекта движения.The same controlled converter can, according to a certain law, change the frequency and supply voltage for the stator winding of the propulsion device, and thereby control the frequency of rotation of the screw blades, and hence the speed of movement of the object of movement.
В заключение можно утверждать, что заявленное устройство приводит к повышению качества функциональных возможностей, например устранению излишнего рыскания объекта движения на курсе. В устройстве снижены механические нагрузки на рабочие элементы зубчатой передачи, сокращены времена переходных процессов, повышены быстродействие, коэффициенты мощности и полезного действия.In conclusion, it can be argued that the claimed device leads to an increase in the quality of functionality, for example, eliminating unnecessary yaw of a moving object on a course. The device has reduced mechanical loads on the working elements of the gear transmission, reduced transient times, increased speed, power factors and efficiency.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005137267/11A RU2349494C2 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Rudder propeller with electromagnetic shaftless propulsion device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005137267/11A RU2349494C2 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Rudder propeller with electromagnetic shaftless propulsion device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005137267A RU2005137267A (en) | 2007-06-10 |
RU2349494C2 true RU2349494C2 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=38312149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005137267/11A RU2349494C2 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Rudder propeller with electromagnetic shaftless propulsion device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2349494C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107298160A (en) * | 2017-05-18 | 2017-10-27 | 苏州横海信息科技有限公司 | Ship's propeller |
RU179428U1 (en) * | 2017-08-01 | 2018-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Deep-sea propeller-driven electromagnetic propulsion |
RU2663194C2 (en) * | 2015-06-09 | 2018-08-02 | Леонид Александрович Тарасов | Blade multi-phase electromagnetic propulsor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109941414A (en) * | 2019-05-14 | 2019-06-28 | 李僖年 | A kind of unpowered axis electromagnetic cylinder formula screw propeller |
-
2005
- 2005-11-30 RU RU2005137267/11A patent/RU2349494C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2663194C2 (en) * | 2015-06-09 | 2018-08-02 | Леонид Александрович Тарасов | Blade multi-phase electromagnetic propulsor |
CN107298160A (en) * | 2017-05-18 | 2017-10-27 | 苏州横海信息科技有限公司 | Ship's propeller |
RU179428U1 (en) * | 2017-08-01 | 2018-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Deep-sea propeller-driven electromagnetic propulsion |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005137267A (en) | 2007-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9476311B2 (en) | Variable-pitch propeller or repeller | |
EP3595967B1 (en) | Electrical underwater jet motor with multiple stator for sea vehicles | |
CN106672186B (en) | A kind of full open model binary is to turning underwater propulsion system | |
US5306183A (en) | Propulsion systems for submarine vessels | |
EP3168968B1 (en) | Variable gear ratio electrical machine | |
RU2349494C2 (en) | Rudder propeller with electromagnetic shaftless propulsion device | |
CN102474157A (en) | Motor yaw drive system for a wind turbine | |
JP2014507329A (en) | Device for supplying propulsion power to a steering and propulsion system | |
CN107521646A (en) | A kind of motor-driven co-axial contra rotating propeller drive device of magnetic bearing rim | |
CN103448898B (en) | Marine integral electric steering gear | |
CN203318673U (en) | Direct driving type electric driving steering gear device of ship | |
CN114726177A (en) | Permanent magnet contra-rotating propulsion motor and aircraft | |
CN209467308U (en) | Ship podded propeller | |
US20070046131A1 (en) | Boat drive | |
RU2387573C1 (en) | Propeller screw with turning blades | |
CN109436268A (en) | Ship podded propeller | |
CN102358410A (en) | Three-dimensional vector thrusting device for submersible | |
EP0867361A2 (en) | Nautical propulsor with ducted rotor propeller | |
EP1840025B1 (en) | Electrical traction system | |
CN202226050U (en) | Three-dimensional vector propulsion device for submersible | |
RU2583125C1 (en) | Marine propulsion installation | |
CN107444599A (en) | A kind of motor-driven co-axial contra rotating propeller drive device of rim | |
Holt et al. | High efficiency, counter-rotating ring thruster for underwater vehicles | |
RU2349493C1 (en) | Rudder propeller of direct drive system | |
TWI461618B (en) | Coaxial wind turbine, motor and ventilation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091201 |