基于鰭板的船只推進系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種包括馬達、慣性質(zhì)量和鰭板的船只。馬達使慣性質(zhì)量圍繞軸線振蕩，由此產(chǎn)生馬達上的扭矩反作用和馬達的振蕩。馬達的振蕩傳遞至鰭板，進而產(chǎn)生推力。
【專利說明】基于鰭板的船只推進系統(tǒng)
相關申請的交叉引用[0001 ] 本申請要求2013年12月4日提交的美國專利申請序列號61/911,888和
2014年2月6日提交的美國專利申請序列號61/936,419的權利，這些申請以全文并入本文中用于各種目的。
【背景技術】
[0002]螺旋槳驅動船只(包括水面船只和潛水艇)的設計涉及很多眾所周知的折衷方案，包括螺旋槳尺寸、發(fā)動機的布置和船體形狀等眾多其他問題。此外，由單個螺旋槳推進的推力流體柱會旋轉。盡管推力流體的旋轉并不產(chǎn)生推力，但推力流體向后移動需要這種旋轉(這的確產(chǎn)生了推力)。通過使用兩個反向旋轉螺旋槳，可消除或至少平衡推力流體的旋轉，但是這會導致螺旋槳表面積翻一倍且(通常)驅動系復雜性也翻一倍，因而會降低效率。另夕卜，高效的螺旋槳驅動船只在推進效率和推力系數(shù)的曲線圖上大致達到0.7，即便如此，速度范圍仍十分窄。例如，圖31，取自在學術研討會上提出的Frank E.Fish、Laurens E.Howle和Mark M.Murray的 “Hydrodynamic Flow Control in Marine Mammals”，以及在2008年I月2日至6日于美國德克薩斯州圣安東尼奧市舉行的綜合與比較生物學學會年度會議上提出的 “Going with the Flow:Ecomorphological Variat1n across Aquatic FlowRegimes”中的曲線圖。效率曲線近似于反演拋物線。以快于或慢于達到峰值效率時的速度行進，并且螺旋槳驅動船只的效率迅速下降。
[0003]另外，螺旋槳驅動船只通常具有驅動軸。當發(fā)動機位于舷內(nèi)時，該驅動軸穿過船體，因而需使用驅動軸密封件(舷外馬達的驅動軸嚴重彎曲，這相對于舷內(nèi)馬達降低了效率)。驅動軸密封件產(chǎn)生了摩擦，需要維護，且使得機械復雜性增加(如艙底栗)。
[0004]可使用電動馬達，其充滿液體，因而降低了驅動軸密封件上的內(nèi)外壓差。這種馬達有時用于潛水艇中；但這種馬達會經(jīng)受更大的摩擦，這是因為轉子在液體而不是空氣中旋轉，且維護更加復雜。
[0005]與螺旋槳相反，鰭(海洋哺乳動物和魚)的效率/推力系數(shù)約為0.8，且效率曲線十分平緩。也請參見圖31。以比峰值效率的速度更快或更慢的速度行進只會導致效率的適度改變。盡管由鰭板推進的推力流體中存在漩渦，但與離開螺旋槳的推力流體柱的旋轉不同，鰭板后的漩渦反向旋轉。漩渦形成了 “反卡門渦街”模式，其中隨著下游漩渦旋轉且隨時間的流逝釋放能量，其似乎將上游漩渦進一步往下游拉動，收集能量并促使整體推進。
[0006]但將馬達連接至鰭板是個復雜的問題，尤其是在海洋環(huán)境中。很多基于鰭板的推進系統(tǒng)已被設計并制造完成，其中有些會進行類似于魚的運動。通常，這類系統(tǒng)具有數(shù)十個、數(shù)百個，甚至數(shù)千個具有緊密公差的復雜加工的零件。通常，這類系統(tǒng)具有多個移動軸承，它們暴露于水中或者需要通過“濕式”密封件(試圖密封移動零件或其軸承，以便隔離水)密封隔離水。通常，這種船只中的軸承會承受不對稱負載，開始在一側上，然后在另一側上。部分此類系統(tǒng)依賴于外來、昂貴及易碎的材料，諸如在電場中收縮或膨脹的材料。
[0007]龐大數(shù)量的零件、移動的零件、密封件以及不對稱負載的軸承降低了這類系統(tǒng)的效率，增加了制造成本并降低了可靠性，導致大多數(shù)基于鰭板的船只推進系統(tǒng)對于商業(yè)用途而言不合實際。
[0008]需要一種廉價、高效、穩(wěn)固的基于鰭板的推進系統(tǒng)。
[0009]公開了一種高效的基于鰭板的推進系統(tǒng)，其僅具有一個被直接驅動的部件。在一些實施例中，該部件被完全密封。
【附圖說明】
[0010]圖1所示為附接至駁船的遠程操作漁船垂直反轉扭矩發(fā)動機(“TRE”)的實施例的透視圖，該駁船承載電源。
[0011]圖2以相同視圖示出了圖1的漁船，進一步示出了水平軸線、垂直軸線、橫向軸線和吃水線。
[0012]圖3A所示為具有沿水平軸線的剖面和對稱索帶的圖1的漁船的透視圖。
[0013]圖3B所示為具有圖3A的相同視圖和剖面但具有不對稱底部索帶的漁船垂直TRE實施例。
[0014]圖3C所示為具有圖3A的相同視圖和剖面但具有不對稱頂部索帶的漁船垂直TRE實施例。
[0015]圖4A以側視平行投影視圖示出了具有剖面的圖3A的漁船實施例。
[0016]圖4B以側視平行投影視圖示出了具有剖面的圖3B的漁船實施例。
[0017]圖4C以側視平行投影視圖示出了具有剖面的圖3C的漁船實施例。
[0018]圖5A所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿水平軸線的剖面的垂直TRE的實施例的特寫透視圖。
[0019]圖5B所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿水平軸線的剖面且部件被部分拆卸的垂直TRE的頂部軸承、慣性質(zhì)量、定子區(qū)域和底部軸承的透視圖。
[0020]圖5C所示為全TRE周期。
[0021]圖6A所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿水平軸線的剖面的垂直TRE的一部分的特寫平行投影視圖。
[0022]圖6B所示為圖6A的TRE部分的視圖，其中慣性質(zhì)量未標示。
[0023]圖6C所示為圖6A的細部。
[0024]圖7所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿橫向軸線的剖面的漁船實施例中的垂直TRE的實施例的正視平行投影視圖。
[0025]圖8A所示為漁船中垂直TRE的示意性實施例的正視平行投影視圖，進一步示出了橫向TRE位置調(diào)整器。
[0026]圖SB所示為漁船中垂直TRE的示意性實施例的側視平行投影視圖，進一步示出了水平TRE位置調(diào)整器。
[0027]圖9A所示為具有沿水平軸線的剖面的垂直TRE實施例的某些電部件和磁部件的平行投影視圖。
[0028]圖9B以線框圖示出了垂直TRE實施例的某些電部件和磁部件的透視圖。
[0029]圖9C以隱藏線示出了圖9B的視圖和部件。
[0030]圖10所示為漁船垂直TRE的實施例的俯視平面平行投影視圖。
[0031]圖1IA所示為第一位置中的錨爪-彎折調(diào)整部件的實施例的平行投影視圖。
[0032]圖1lB所示為圖1lA的視圖和部件，其中錨爪-彎折調(diào)整部件處于第二位置。
[0033]圖12所示為附接至包括電源的流線型電池組的遠程操作漁船垂直TRE的實施例的透視圖。
[0034]圖13所示為漁船水平TRE的實施例的透視圖。
[0035]圖14以相同視圖示出了圖13的漁船，進一步示出了水平軸線、垂直軸線和橫向軸線。
[0036]圖15所示為具有沿水平軸線剖面的圖13的漁船。
[0037]圖16所示為圖13的漁船，進一步示出了具有沿橫向軸線的剖面的漁船內(nèi)的 TRE0
[0038]圖17以側視平行投影視圖示出了圖13的漁船。
[0039]圖18以圖17的側視平行投影視圖示出了圖13的漁船內(nèi)部船體的實施例。
[0040]圖19以圖17的側視平行投影視圖示出了圖13的漁船的定子外殼和主軸的實施例。
[0041]圖20以圖17的側視平行投影視圖示出了具有沿水平軸線的剖面的圖13的漁船的慣性質(zhì)量和轉子的實施例。
[0042]圖21以圖17的側視平行投影視圖示出了具有沿水平軸線的剖面的圖13的漁船的實施例。
[0043]圖22以正視平行投影視圖示出了圖13的漁船。
[0044]圖23以正視平行投影視圖示出了具有沿橫向軸線的剖面的圖13的漁船。
[0045]圖24A所示為鰭板實施例的特寫透視圖。
[0046]圖24B所示為圖24A的鰭板實施例的特寫透視圖，其中鰭板未標示，以示出鰭板-彎折調(diào)整部件的實施例。
[0047]圖25A所示為鰭板實施例的特寫透視圖。
[0048]圖25B所示為圖25A的鰭板實施例的特寫透視圖，其中鰭板未標示，以示出鰭板-彎折調(diào)整部件的實施例。
[0049]圖26A所示為經(jīng)由纜繩附接至駁船的圖13的漁船。
[0050]圖26B所示為經(jīng)由壓帆橫桿附接至駁船的圖13的漁船。
[0051 ]圖27A所示為索帶連接點的實施例的細節(jié)透視圖。
[0052]圖27B所示為圖26A的細節(jié)圖，進一步包括索帶部件。
[0053]圖28A所示為直接驅動船只的實施例。
[0054]圖28B所示為具有穿過水平軸線的剖面的圖27A的直接驅動船只。
[0055]圖29所示為具有穿過水平軸線的剖面的圖26A的直接驅動船只的細部。
[0056]圖30所示為可用來控制TRE和漁船或直接驅動船只的一組電路的實施例。
[0057]圖31所示為螺旋槳和鯨類推力系數(shù)的效率曲線圖。
【具體實施方式】
[0058]意在對于以下所呈現(xiàn)的描述中使用的術語，即使與本技術的特定示例的【具體實施方式】結合使用，也應以其最寬泛的合理方式來解釋。盡管某些術語會在下文被強調(diào)，但以任何限制的方式進行解釋的術語，都會公開并具體地按【具體實施方式】部分那樣進行界定。
[0059]除上下文另有明確要求之外，在整個說明書和權利要求書中，用詞“包含”、
“包括”等應解釋為包括在內(nèi)的含義，與排他或窮舉的含義相反;也就是，“包括，但不限于”的含義。如本文中所使用，術語“連接”、“耦接”或其任何變體指兩個或多個元件之間直接或間接的任何連接或耦接;元件之間的連接件耦接可以是實體的、邏輯的或其組合。此夕卜，用詞“本文”、“上面”、“下面”和具有類似含義的用詞，當用于本申請中時，應指本申請的全部而不是本申請的特定部分。當上下文允許時，使用單數(shù)的用詞還可包括復數(shù)，而使用復數(shù)的用詞還可包括單數(shù)。指兩個或多個項目的列表的用詞“或”涵蓋了該用詞的所有下列解釋:列表中的任何項目、列表中的所有項目，以及列表中的一個或多個項目的任何組合。本文參考了例行程序和子例行程序;通常，應理解例行程序是計算機硬件執(zhí)行的軟件程序并且子例行程序是在另一個例行程序內(nèi)執(zhí)行的軟件程序。但本文中所討論的例行程序可在另一個例行程序內(nèi)執(zhí)行并且子例行程序可獨立執(zhí)行(例行程序可以是子例行程序，反之亦然)。
[0060]如本文中所使用，“可釋放”、“連接”、“已連接”、“可連接”、“斷
開”、“已斷開”以及“可斷開”指可連接或斷開的兩個或多個結構，其通常在不使用工具(工具的實例包括螺絲刀、鉗子、扳手、鉆頭、鋸、焊接機器、焊炬、熨斗和其它熱源)的情況下且通常以可重復的方式可連接或斷開。如本文中所使用，“附接”、“已附接”或“可附接”指通過使用工具或化學結合或實體結合而附接的兩個或多個結構或部件。如本文中所使用，“固定”、“已固定”或“可固定”指連接或附接的兩個或多個結構或部件。
[0061 ]本文中所描述的是漁船和直接驅動船只。漁船實施例的示例性實例包括漁船垂直TRE 100和漁船水平TRE 1300。直接驅動實施例的實例包括直接驅動水平發(fā)動機270。
[0062]如本文中進一步所描述，漁船是反轉扭矩發(fā)動機(“TRE”)位于船艙內(nèi)的船只，船艙可以是密封的。TRE使船艙圍繞中心軸線在一個方向上然后在另一個方向上周期性反向旋轉。船艙的周期性反向旋轉(本文中也稱為“振蕩”)傳送到船體或固定至且通常環(huán)繞船艙的其它力傳遞元件(本文稱為“船體”)，當TRE在垂直軸線225上定向時，產(chǎn)生振蕩偏航；當TRE在橫向軸線230上定向時，產(chǎn)生振蕩顛簸，以及當TRE在水平軸線235上定向時，產(chǎn)生振蕩搖擺。
[0063]鰭板固定至船體。通過周圍的推力流體，船艙-船體-鰭板的周期性反向旋轉(或振蕩)產(chǎn)生推力。在船體是力傳遞部件(比如梁)的實施例中，除了船體以外，可提供整流裝置，使?jié)O船周圍流體的流動流線化。
[0064]TRE包括轉子和定子。慣性質(zhì)量固定至轉子;轉子和慣性質(zhì)量圍繞旋轉軸線在一個方向上然后在另一個方向上通過定子周期性反向旋轉(或振蕩)。慣性質(zhì)量的周期性反向旋轉使得在定子上出現(xiàn)交替的反轉扭矩。定子固定至或形成船艙的內(nèi)部。定子上的交替反轉扭矩使船艙周期性反向旋轉。慣性質(zhì)量可繞與馬達共享的中心軸線對稱，但在替代實施例中，慣性質(zhì)量關于馬達的中心軸線可以不對稱。
[0065]例如，馬達的中心軸線可以是水平軸線235、垂直軸線225或橫向軸線230(見圖2或圖14中示出的等效軸線)。如果TRE圍繞垂直軸線225定向-如漁船垂直TRE 100的示例性實施例中-那么TRE使?jié)O船圍繞垂直軸線225振蕩偏航且?guī)в写怪倍ㄏ虻奈馋挵宓臐O船像魚一樣行進。如果TRE圍繞橫向軸線230定向，那么TRE使?jié)O船圍繞橫向軸線230振蕩顛簸且?guī)в兴蕉ㄏ虻奈馋挵宓臐O船像海洋哺乳動物一樣行進-如在美國臨時專利申請序列號61/911，888的圖7中的示例性實施例中一樣。如果TRE沿水平軸線235定向，那么TRE使?jié)O船圍繞水平軸線235振蕩搖擺且漁船以周期性反向旋轉(或振蕩)螺絲型運動來行進，如在漁船水平TRE 1300的實施例中一樣。
[0066]馬達可以是“外轉子”式電動馬達，其中中心定子由轉子環(huán)繞并且慣性質(zhì)量固定至轉子。盡管本文使用電動馬達作為TRE的實例，但馬達和慣性質(zhì)量可以由內(nèi)燃機等提供，因為電動馬達在機械結構上簡單，不需要氧化劑或其它化學品流入以及燃燒廢氣或其它反應產(chǎn)物流出TRE，并且由于可實施慣性質(zhì)量寬廣的轉速范圍，電動馬達具有靈活性。在馬達為電動的實施例中，可使用無刷直流馬達。盡管無刷馬達需要較少維護，但可使用機械換向式有刷電動馬達?；谌紵腡RE可使用各種旋轉馬達配置，比如其中活塞(包括旋轉發(fā)動機中的等效結構)在封閉件中周期性地壓縮并點燃氣體和燃料，并且釋放廢氣而使慣性質(zhì)量周期性地振蕩。如上所述，盡管本文中示出的實施例討論了對稱的慣性質(zhì)量，但慣性質(zhì)量可以是不對稱的。
[0067]例如，慣性質(zhì)量可由鉛、鐵和電池組等提供。
[0068]在電動馬達的情況下，可通過電源獲得電力。電源可以在駁船或由漁船拖曳的其它船舶上，或者安裝于漁船內(nèi)部。如果被拖曳在駁船上，那么電源可以是太陽能電池板、電池組、燃料電池或發(fā)動機(風力、化石燃料等)。如果在漁船的內(nèi)部，那么電源可以是電池組或用于內(nèi)燃機的燃料電池。圖12所示為一個實施例，其中電源被拖曳在船舶中，比如流線型電池組205。
[0069]鰭板可以固定至漁船。如果在鰭板位移的中心處固定至漁船(其通常也是寬泛的點，對于典型的翼部橫截面而言，從鰭板的前緣處向后1/3處)，但無任何部件會阻礙旋轉，那么鰭板將會通過推力流體發(fā)現(xiàn)最小阻力的路徑。柔性梁可包括在鰭板和漁船之間的固定器中，使鰭板在推力流體中的偏轉小于在最小阻力的路徑上的偏轉，使鰭板達到足以產(chǎn)生推力的攻角。柔性梁的彎曲模量是可調(diào)整的，以改變鰭板所達到的攻角。盡管由于鰭板平移穿過推動力流體時(允許鰭板基于柔性模量發(fā)現(xiàn)攻角)鰭板所經(jīng)受的力，而導致柔性梁通常被動地鉸接，但柔性梁可包括執(zhí)行機構以彎曲柔性梁或改變?nèi)嵝粤汉痛w之間的法角，這可出于達到所需攻角的目的而進行或可這樣做以使?jié)O船轉向。
[0070]還可通過相對于鰭板和船體對TRE的重心重新定位來使?jié)O船轉向。例如，在TRE圍繞垂直軸線225旋轉以產(chǎn)生推力且其中TRE具有位于水平軸線235下方的重心的漁船中，船艙可沿橫向軸線230重新定位，這使?jié)O船搖擺至遠離水平面的角度且導致了轉向力。例如，圖8A和圖SB。還可通過產(chǎn)生更多扭矩且TRE在其周期的一側(比如通過在一個方向上比在另一個方向上進一步反向振蕩TRE)或通過松開一側上的柔性梁來使?jié)O船轉向，這可導致不同側之間的推力之差，從而產(chǎn)生了轉向力。
[0071]漁船包括傳感器以檢測各種部件的相對和/或絕對位置以及/或部件所經(jīng)受的應變。例如，傳感器可存在以感測柔性梁中的彎曲，以檢測船的定向(在搖擺、顛簸和偏航方面)、慣性外殼和轉子相對于定子的位置、TRE的重心相對于船體的定向、鰭板的定向和攻角、定子和轉子的狀態(tài)(比如磁場、電流等)、電源的狀態(tài)等。
[0072 ] 傳感器可以是電子電路的一部分，一些傳感器可形成反饋電路，比如以下電路，其控制對定子供電且旋轉慣性外殼直到船(在慣性外殼的旋轉的相反方向上)偏航、搖擺或顛簸至相對于行進的正常方向的所選位置或直到在柔性梁中達到彎曲角度或直到在鰭板中獲得攻角，反饋電路可在其上使慣性外殼的旋轉減慢且反向直到船在另一個方向上偏航或搖擺至等效位置，慣性外殼在其上的旋轉可再次被減慢且反向等。當漁船處于靜止狀態(tài)時，柔性梁的彎曲模量可以在柔性設置下啟動，且隨著速度的增加，彎曲模量變得更硬。
[0073]直接驅動船只是具有更少移動零件和無慣性質(zhì)量的實施例，但是其需要柔性薄膜，比如薄膜285、濕式密封件或耐水軸承。
[0074]漁船和直接驅動船只在機械結構上簡單，實體上穩(wěn)固，且提供了比螺旋槳驅動船只更高的效率。
[0075]圖1所示為附接至駁船105的遠程操作的漁船垂直TRE100的實施例的透視圖，駁船105承載電源110。本圖中標識出了船首130、尾部135、錨爪215、頂部軸承160、中心管185、對稱索帶115和栓繩120。船首130和尾部135具有大約相同的位移。船首130和尾部135之間的位移是可調(diào)整的，以改變船只的正常顛簸?？稍龃蠡驕p小整個船只的總體位移以改變船只在水中的正常深度。
[0076]圖2以相同視圖示出了圖1的漁船，進一步示出了水平軸線235、垂直軸線
225、橫向軸線230以及吃水線240。如本文中所討論，搖擺是圍繞水平軸線235的旋轉、偏航是圍繞垂直軸線225的旋轉，且顛簸是圍繞橫向軸線230的旋轉。
[0077]圖3A所示為圖1中漁船的透視圖，其具有沿水平軸線235的剖面、對稱索帶115和懸鏈線120。圖1、圖2、圖3A和漁船垂直TRE 100可以逐個頁面和圖式相互之間進行比較。懸鏈線120和對稱索帶115之間的固定點可以沿著對稱索帶115的尾弧上下移動，如用以改變漁船的顛簸。
[0078]圖3B所示為具有圖3A的相同視圖和剖面但具有不對稱底部索帶140的漁船垂直TRE實施例，其大體形成懸鏈線懸垂。
[0079]圖3C所示為具有圖3A的相同視圖和剖面但具有不對稱頂部索帶150和懸鏈線151的漁船垂直TRE實施例。為了改變不對稱底部索帶140或懸鏈線120或懸鏈線151的重量，更多或更少的索帶可以從駁船105釋放或拉回到駁船105。部件可并入對稱索帶115、不對稱底部索帶140或不對稱頂部索帶150之間的附接點，以改變索帶和船舶之間的法角，例如，使?jié)O船顛簸或允許錨爪和索帶之間有更多的空間。
[0080]圖4A以側視平行投影圖示出了具有剖面的圖3A的漁船實施例。
[0081]圖4B以側視平行投影視圖示出了具有剖面的圖3B的漁船實施例。
[0082]圖4C以側視平行投影視圖示出了具有剖面的圖3C的漁船實施例。
[0083]圖5A所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿水平軸線235的剖面的垂直TRE 500的實施例的特寫透視圖。示出的是船首130和尾部135，二者與頂部軸承160和底部軸承165接觸。頂部軸承160和底部軸承165支撐慣性質(zhì)量155，并允許慣性質(zhì)量155繞垂直軸線225旋轉。軸承可以更靠近中心管185。在本實施例中，慣性質(zhì)量155面對永久磁體156。磁體156(可以是永久的)與定子170中的電磁體175相互作用。還示出了整流器178、空間179、電容器180、中心管185和索帶，在本實施例中，為對稱索帶115。中心管185和索帶可以由軸承介接，諸如耐水滾珠軸承組，但也可以由部件之間的軸承接口介接，如黃銅對黃銅接口。在圖26A和圖26B示出的實例中，系留柱345可突出穿過中心管185并與套環(huán)250固定。
[0084]電力可通過索帶或通過離開索帶的電力線遞送，并通過能量傳遞回路415(見圖30)進入電容器180。電容器180被標記為“電容器”，但也可以是另一種電力存儲器，諸如電容器、電池等。超級電容器可循環(huán)使用50萬次至100萬次，并且需要很少或幾乎不需要維護。電力離開電容器180并進入電力傳遞回路420，其可以并入或連接到整流器178，亦可將電力(例如三相電力)遞送至TRE或馬達400。整流器178可利用DC-DC升壓以較低速度來提取制動能量。圖30中提供電路圖。能量傳遞回路415的一部分或全部可以位于空間179內(nèi)和/或底部軸承165或頂部軸承160與定子170框架內(nèi)壁之間的腔168或腔169內(nèi)和/或駁船上。電力傳遞回路420可以存在于整流器178和/或腔168或腔169內(nèi)?？刂齐娐?25可以控制馬達400、電力傳遞回路420、能量傳遞回路415，并且可以從傳感器-執(zhí)行機構430獲取信息和/或控制傳感器-執(zhí)行機構430。
[0085]圖5B所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿水平軸線的剖面且部件被部分拆卸的頂部軸承160、慣性質(zhì)量155、定子170和底部軸承165的透視圖(在圖5B中，底部軸承165處在相對于定子170的位置上)?？梢允褂贸Ｒ?guī)的“外轉子”電動扭矩馬達，且慣性質(zhì)量安裝到轉子上。
[0086]圖5C所示為從頂部開始的完整TRE周期，具有如弧181所示的慣性質(zhì)量逆時針方向的加速度，其在定子中產(chǎn)生扭矩反作用而如弧182所示在順時針方向上驅動定子，接著是如弧183所示的慣性質(zhì)量順時針方向的加速度，其在定子中產(chǎn)生扭矩反作用而如弧184所示在逆時針方向驅動定子。
[0087]圖6A所示為大體在圖1至圖4C所示的TRE實施例中存在的具有沿水平軸線235的剖面的垂直TRE 500的一部分的特寫平行投影視圖。圖6B所示為圖6A的垂直TRE 500部分的視圖，其中慣性質(zhì)量155未標示。該圖還標注了頂部軸承162和底部軸承163。軸承162和163被示出為滾珠軸承，但是也可使用另一種形狀的軸承，例如，滾子軸承。圖6C所示為圖6A的細部。圖6A至圖6C—起示出了不會相對于一個移動部件(慣性質(zhì)量155)而移動的部件。圖6C還示出了慣性質(zhì)量155-磁體156和定子170之間的空隙。按照上面的討論，定子170中的電磁體175首先在一個方向然后在另一個方向圍繞垂直軸線225旋轉慣性質(zhì)量155中的磁體156，而在電磁體
175和定子170中產(chǎn)生相對的反轉扭矩。因為電磁體175和定子170被錨固或以其它方式固定到船體中(例如，到船首130和尾部135)，所以電磁體175和定子170中相對的反轉扭矩被傳遞到鰭板上，例如，銷爪215。
[0088]圖7所示為大體在圖1至圖4C所示的實施例中存在的具有沿橫向軸線的剖面以及由數(shù)字標識的許多元件的漁船垂直TRE的實施例的正視平行投影視圖。圖7所示為外殼136和船艙133
[0089]圖8A所示為漁船中垂直TRE的示意性實施例的正視平行投影圖，進一步示出了橫向TRE位置調(diào)整器137。圖SB所示為漁船中垂直TRE的示意性實施例的側視平行投影圖，進一步示出了水平TRE位置調(diào)整器139。橫向TRE位置調(diào)整器137和水平TRE位置調(diào)整器139可用于調(diào)整船艙133的位置，包括TRE?？梢赃M行位置的調(diào)整，以修整船只在水中的定向和/或以提供轉向力。如圖所示，船艙133大致位于位移的中心，并且稍低于水平軸線235。馬達(未標示)可提供動力來驅動橫向TRE位置調(diào)整器137和水平TRE位置調(diào)整器139。
[0090]圖9A所示為具有沿水平軸線的剖面的垂直TRE900實施例的某些電部件和磁部件的平行投影圖。圖9B以線框圖示出了圖9A的垂直TRE的某些電部件和磁部件的透視圖且不具有剖面。圖9C以隱藏線示出了圖9B的視圖、部件和參考數(shù)字(這有助于識別圖9B中的數(shù)字線指向何處)。圖9A至圖9C中標記的是慣性質(zhì)量155、底部軸承165、霍爾效應傳感器和霍爾效應傳感器導線201、電磁體175、整流器178、電容器180和繞組整流器連接導線195。因為整流器可被分成兩個部件(該整流器可以正好在頂部或正好在底部)，所以繞組整流器連接導線195被示出向上和向下延伸?；魻栃獋鞲衅骺梢允腔魻栃獋鞲衅?、光學位置傳感器或其它傳感器，其檢測慣性質(zhì)量155和/或磁體156(或DD轉子280)相對于定子170和電磁體175的位置。
[0091]定子中的電磁體可遵照各種繞組圖案。例如，三通形構造實現(xiàn)低轉速下的高扭矩，但在最高速度時不行，而這可能是本上下文所期望的。
[0092]圖10所示為漁船垂直TRE1000的實施例的俯視平面平行投影圖。箭頭弧指示漁船垂直TRE 1000由于扭矩反作用產(chǎn)生的船尾振蕩。相應的振蕩出現(xiàn)在漁船垂直TRE1000的船頭。
[0093]圖1lA所示為第一位置處的柔性梁調(diào)整部件的實施例的平行投影視圖。圖1lB所示為圖1lA的視圖和部件，其中錨爪-彎折調(diào)整部件處于第二位置。在這些圖所示的實施例中，錨爪215固定到柔性梁217，例如，這可以是由碳纖維或另一種柔性材料制成的桿件。柔性梁可延伸到尾部135內(nèi)一根管的內(nèi)部，該管的內(nèi)徑僅比柔性梁217的外徑略大，使得柔性梁217在尾部135內(nèi)的管內(nèi)來回滑動。錨爪延長器245可包括馬達、齒條齒輪系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等等，使柔性梁217可在尾部135內(nèi)的管內(nèi)來回滑動。當柔性梁217被延長時，如圖1IB所示，錨爪215將在漁船繞垂直軸線225偏航時比柔性梁216收回在尾部135內(nèi)管的內(nèi)側時進一步偏轉。這是用于改變或調(diào)整柔性梁彎曲模量的部件的一個示例性實施例，當船只來回偏航時，其在TRE的驅動下將改變由錨爪215達到的攻角。
[0094]柔性延長器245可在邏輯上通過偏轉傳感器-執(zhí)行機構連接器247連接到控制電路425，將關于柔性梁217的延伸長度、關于柔性梁217的偏轉、關于柔性梁217相對于船體的定向等信息提供給控制電路425。
[0095]柔性梁217可在水平面內(nèi)繞著與尾部135的連接點旋轉，例如通過馬達的運行，該馬達可以在尾部135內(nèi)來回拉動柔性延長器245，從而允許使用柔性梁217和錨爪215來提供轉向力(例如，對于替代性實施例而言，參見美國臨時專利申請序列號61/911,888中的圖1OA和圖1OB，其中，轉向盤位于錨爪和尾部之間的連接點)。
[0096]圖12所示為附接至包括電源(例如電池)的流線型電池組205的遠程操作漁船垂直TRE 1200的實施例的透視圖。流線型電池組205的位置可以被調(diào)整，如沿對稱索帶115的尾弧上下調(diào)整，以改變漁船的顛簸。流線型電池組205也可用于讓漁船1200轉向。流線型電池組205可以與不對稱的索帶一起使用。
[0097]圖13所示為漁船水平TRE1300的實施例的透視圖。標識出的是轉盤船體300、右舷鰭板305A、左舷鰭板305B和傳感器孔301。在這些圖中，轉盤船體300上繪制了螺旋線以提供可視化參考。
[0098]圖14以相同視圖示出了圖13的漁船，進一步示出了水平軸線320、垂直軸線310和橫向軸線315。吃水線大體位于漁船1300的水平之上，而漁船大體可以完全淹沒在水中或在很深的深度進行操作，因為沒有驅動軸貫穿轉盤船體300。
[0099]圖15所示為具有沿水平軸線320的剖面的漁船1300，例如，提供了轉盤慣性質(zhì)量330、轉盤馬達325、前軸承331以及后軸承332的視圖。類似于沿垂直軸線定向的TRE，其中TRE沿水平軸線320定向，轉盤馬達325保持固定并且附接到轉盤船體300。轉盤馬達325與轉盤慣性質(zhì)量330相互作用，圍繞水平軸線320首先在一個方向上、然后向在另一方向上旋轉轉盤慣性質(zhì)量330，從而產(chǎn)生抵抗轉盤馬達325的交替扭矩反作用，轉盤馬達325附接到轉盤船體300，轉盤船體300固定至鰭板305A和305B。轉盤慣性質(zhì)量330可以不直接接觸轉盤馬達325，而是可以由前軸承331和后軸承332支撐在轉盤馬達325上。
[0100]除了允許轉盤慣性質(zhì)量330繞水平軸線320旋轉之外，前軸承331和后軸承332還可以在轉盤慣性質(zhì)量330和轉盤馬達325以及可控制轉盤馬達325的部件(等效于圖30中所示的部件)之間傳輸電能，該轉盤慣性質(zhì)量可包括電池。例如，電接觸件可以設置在轉盤馬達325的后端部或前端部上，電接觸件可以用以給轉盤慣性質(zhì)量330中的電池充電和/或給漁船1300提供或獲得電力。
[0101]本文所示的任何漁船實施例可以位于移動的水流中、固定至繩索等，并且可以由推力流體在鰭板上方的移動產(chǎn)生動力。在這種情況下，柔性梁固定鰭板可以被偏置以使鰭板與推力流體呈現(xiàn)交替攻角，以使得漁船振蕩多達其在凈動力供應至TRE(而非由TRE產(chǎn)生)時的振蕩。
[0102]感應主體可以在任何TRE中使用來感應不一定具有直接電連接的部件中的電流和/或磁場。例如，永久磁體或電磁體可以存在于轉盤慣性質(zhì)量和轉盤馬達325中的一個或兩個中。TRE可以是或并入具有變頻驅動的多相雙籠式交流感應馬達。
[0103]圖16所示為漁船1300，進一步示出了具有沿TRE的橫向軸線315的剖面的漁船1300內(nèi)的TRE。已標記的是轉盤慣性質(zhì)量330、轉盤馬達325和傳感器孔301，其可以延伸至漁船1300中甚至穿過漁船1300。傳感器、相機或類似物可以位于傳感器孔301中。
[0104]圖17以側視平行投影視圖示出了漁船1300，其中標記有轉盤船體300和左舷鰭板305Bo
[0105]圖18以圖17的側視平行投影視圖示出了具有沿水平軸線320的剖面的船體300的實施例，其示出了船體300的內(nèi)部。應當注意的是，外部的圖形螺旋線繼續(xù)存在于內(nèi)部。
[0106]圖19以圖17的側視平行投影視圖示出了圖13的漁船內(nèi)的轉盤馬達325、前軸承331和后軸承332的實施例。
[0107]圖20以圖17的側視平行投影視圖示出了具有沿著水平軸線的剖面的漁船1300的慣性質(zhì)量330的實施例。為了持續(xù)性起見，示出并且標記了前軸承331和后軸承332。
[0108]圖21以圖17的側視平行投影視圖示出了具有沿著水平軸線的剖面的漁船1300，示出且標記了其它部分所討論的部件。轉盤馬達325與轉盤慣性質(zhì)量330之間的空隙可見。
[0109]圖22以正視平行投影視圖示出了漁船1300。
[0110]圖23以正視平行投影視圖示出了具有沿著橫向軸線315的剖面的漁船1300。
[0111]圖24A所示為鰭板305B實施例的特寫透視圖。圖24B所示為圖24A的特寫透視圖，其中鰭板305B未標示，以示出鰭板-彎折調(diào)整部件的實施例。類似于柔性梁，鰭板-彎折調(diào)整部件允許鰭板達到產(chǎn)生推力的攻角。在圖24A和圖24B所示的實施例中，轉盤鰭板桿335大體在轉盤船體300的位移中心處附接至轉盤船體300。轉盤鰭板桿335大體在鰭板305B的位移中心處穿透鰭板305B。在本說明中，鰭板305B大體以低阻力、大體沿箭頭342圍繞轉盤鰭板桿335旋轉。這可以由軸承實現(xiàn)，該軸承可包括介于鰭板305B與轉盤鰭板桿335之間的簡易黃銅對黃銅軸承表面。當轉盤船體300圍繞水平軸線320先在一個方向上然后在另一個方向上搖擺時(對當轉盤馬達325旋轉轉盤慣性質(zhì)量330時由轉盤馬達325產(chǎn)生的扭矩作出反應)，鰭板305B將圍繞轉盤鰭板桿335旋轉且將發(fā)現(xiàn)通過推力流體(水)的最小阻力的路徑且將不會產(chǎn)生推力。但如果鰭板305B也固定至轉盤鰭板彈簧340，則轉盤鰭板彈簧340延緩了偏轉，并防止鰭板305B跟隨最小阻力的路徑，且引起鰭板305B產(chǎn)生推力。轉盤鰭板彈簧340的彎曲模量可能是可調(diào)整的。鰭板305B到轉盤鰭板桿335的附接位置可能是可調(diào)整的，以便相對于轉盤鰭板桿335向前和向后移動鰭板305B，可進行這一動作以改變由鰭板305B達到的攻角。
[0112]圖25A所示為鰭板2500實施例的透視圖。圖25B所示為圖25A的透視圖，且未標示鰭板2500以示出鰭板-彎折調(diào)整部件的另一實例，其并未涉及軸承表面(位于鰭板和轉盤鰭板桿之間)。在圖25A和圖25B示出的實施例中，鰭板2500可附接至鰭板的位移中心向前的轉盤船體，例如在轉盤鰭板-彈簧-桿341處。轉盤鰭板-彈簧-桿341包括彎曲模量。鰭板跟隨與以上所述相同類似的路徑(通過轉盤鰭板-彈簧-桿341將防止它跟隨最小阻力的路徑)，且大體沿著箭頭342產(chǎn)生推力。轉盤鰭板-彈簧-桿341的彎曲模量可能是可調(diào)整的，這樣推力的大小可能有所不同。
[0113]圖26A所示為圖13的經(jīng)由纜繩附接至駁船的漁船。漁船與纜繩之前的固定件可包括軸承，以允許漁船以更小的阻力振蕩。圖26B所示為經(jīng)由壓帆橫桿附接至駁船的圖13的漁船。纜繩或壓帆橫桿可供應動力至漁船。
[0114]圖27A所示為突出穿過漁船實施例的位移的近似中心的系留柱345的實施例。圖27B所示為固定至系留柱345的索帶355上的套環(huán)350的實施例。當將漁船固定至索帶時，索帶355的彎曲模量可足以適應漁船的周期性反向旋轉(“振蕩”)。為便于此操作，索帶可包括例如柔性繩、帶和鏈等部分，這些部分固定至系留柱345或等效結構。
[0115]圖28A所示為直接驅動船只270的實施例。圖28B所示為圖28A的具有通過水平軸線的剖面的直接驅動船只270。圖29所示為具有穿過水平軸線的剖面的圖28A的直接驅動船只的細部。以下直接驅動船只270中的部件被標記成:直接驅動(“DD”)定子275、DD轉子280、薄膜285和索帶288 JD定子275和DD轉子280由間隙隔開。軸承(未標示)相對于DD定子275支撐作為DD轉子280部分的部件。薄膜285可以保護DD定子275與DD轉子280之間的間隙。薄膜285必須是柔性的，以承受DD轉子280相對于索帶288的振蕩。
[0116]圖30所示為可用于控制TRE和漁船或直接驅動船只的電路或一組電路的實施例。馬達400包括TRE、或者例如DD定子275和DD轉子280。電源110與其它地方討論的電源是等效的，例如，可以是發(fā)電機和電池等。
[0117]來自電源110的電力可通過索帶或通過退出索帶的供電線連接至能量傳遞回路415，或者例如，當慣性質(zhì)量包括電源或電容器時，其通過前軸承331和后軸承332或通過為此目的而提供的接觸件來連接。在能量傳遞回路415與電力傳輸回路420之間為電容器180，如其它地方所述，其可以是電容器、電池或另一電儲存器。電力離開電容器180并進入電力傳遞回路420，其可以并入或連接到整流器178，亦可將電力(例如三相電力)遞送至TRE或馬達400。在圖30中示出三條線以表示三相電力。三相電力可以以脈沖編碼調(diào)制信號的形式被傳送，該脈沖編碼調(diào)制信號由控制電路425調(diào)整且由電力傳輸回路420輸出。傳感器-執(zhí)行機構430可包括，例如，霍爾傳感器201、偏轉傳感器-執(zhí)行機構247、轉盤鰭板-彈簧桿341內(nèi)的應變、彎曲或偏轉傳感器(等等)、位置-方位傳感器、以及電源、轉向機構中的傳感器和執(zhí)行機構等。
[0118]馬達400、電力傳輸回路420、能量傳遞回路415、電源110、電容器180和傳感器-執(zhí)行機構430可與控制電路425通信或在它們之間形成控制電路425。控制電路425可將電力提供至馬達400，從而首先在一個方向上然后在另一個方向上旋轉慣性質(zhì)量。
[0119]控制電路425可通過驅動相位和制動相位來控制馬達400，這些相位被重復以產(chǎn)生推力。例如，控制電路425可檢測鰭板的攻角或攻角的標識(例如，柔性梁中的彎曲)以及，基于攻角可指示電力傳輸回路420來驅動馬達400而在驅動相位中加速慣性質(zhì)量，引起了抵抗定子的扭矩反作用，其是被傳遞至鰭板的扭矩(例如經(jīng)由船體)，其可以引起鰭板的攻角的增加(或者柔性梁中彎曲的增加)，直到達到期望的鰭板攻角，在該點處，控制電路425可指示電力傳輸回路420將電子制動應用至制動相位中的慣性質(zhì)量，引起抵抗定子的扭矩反作用，其與在驅動相位期間經(jīng)受的扭矩相反，該扭矩被傳遞至鰭板，這可以引起鰭板的攻角減小。例如，當攻角相對于所期望的船只行進方向返回至正常值時，驅動相位可以與返回至在該段落起始處所述的過程相接合。在電子制動的應用過程中，電力傳輸回路420和馬達400可產(chǎn)生電力，該電力被傳遞至電容器180用于存儲。在驅動相位的過程中，可以使用來自電容器180和電源110的電力?？刹捎闷渌暮?或附加的反饋回路，例如基于電容器180中有效電力的反饋回路，其可以經(jīng)由控制電路425來控制能量傳遞回路415以及由電源110產(chǎn)生或供應的電力。
[0120]驅動相位可使慣性質(zhì)量的轉速高達X，而制動相位可將轉速降低至Y，其中Y保持為正數(shù)(制動相位不會讓慣性質(zhì)量完全停止)。
[0121]這里有使用直流馬達、無刷馬達或其它類型馬達的四種可能的運行模式或象限。在速度對扭矩的X-Y曲線圖中，象限I是向前速度和正向扭矩。扭矩以向前的方向推進馬達。相反地，象限III是反向速度和反向扭矩?，F(xiàn)在馬達以反向方向“運轉”，在反向扭矩下向后旋轉。象限II中，馬達前向旋轉，但扭矩被反向施加。扭矩用于“制動”馬達，而此時馬達因此產(chǎn)生電力。最后，象限IV是完全相反的。馬達反向旋轉，但扭矩以向前方向被施加。同樣，扭矩被施加以試圖減慢馬達并改變其方向以再次向前。于是，馬達再次產(chǎn)生電力。
【主權項】
1.一種船只，包括鰭板、馬達和慣性質(zhì)量，其中所述馬達周期性地反向旋轉所述慣性質(zhì)量且經(jīng)受因此引起的扭矩反作用，其中所述馬達上的所述扭矩反作用被傳遞至所述鰭板，導致所述鰭板通過周圍推力流體而平移，所述鰭板通過所述周圍推力流體的平移產(chǎn)生推力。2.根據(jù)權利要求1所述的船只，其中所述馬達圍繞水平軸線、垂向軸線以及橫向軸線中的一個軸線旋轉所述慣性質(zhì)量。3.根據(jù)權利要求1所述的船只，其中所述船只還包括船體，并且所述馬達和慣性質(zhì)量位于所述船體內(nèi)。4.根據(jù)權利要求3所述的船只，其中所述馬達附接至船體并且所述慣性質(zhì)量由軸承圍繞軸線支撐。5.根據(jù)權利要求3所述的船只，其中所述馬達為電動馬達。6.根據(jù)權利要求5所述的船只，其中所述電動馬達由電路控制來周期性地反向旋轉所述慣性質(zhì)量，所述電路交替地施加電力以使所述慣性質(zhì)量加速且施加電子制動以使所述慣性質(zhì)量減速。7.根據(jù)權利要求6所述的船只，其中所述電子制動產(chǎn)生電力。8.根據(jù)權利要求7所述的船只，其中所述電路進一步包括電力存儲器，并且由所述電子制動產(chǎn)生的所述電力存儲在所述電力存儲器中。9.根據(jù)權利要求6所述的船只，其中所述電路進一步接收與所述鰭板通過所述推力流體的攻角相關的傳感器信息，并且其中所述電路至少部分地響應于所述傳感器信息來周期性地反向旋轉所述慣性質(zhì)量。10.根據(jù)權利要求3所述的船只，其中所述馬達包括定子和轉子，并且所述慣性質(zhì)量附接至所述轉子。11.根據(jù)權利要求1所述的船只，其中所述鰭板由柔性梁固定至所述馬達。12.根據(jù)權利要求11所述的船只，其中所述柔性梁的彎曲模量可以調(diào)整。13.根據(jù)權利要求1所述的船只，其中所述慣性質(zhì)量包括電池。14.根據(jù)權利要求1所述的船只，其進一步包括用于所述馬達的電源，所述電源由所述船只牽引。15.根據(jù)權利要求14所述的船只，其中所述電源為發(fā)電機。16.根據(jù)權利要求14所述的船只，其中所述電源在水面駁船上或潛水船中進行牽引。17.根據(jù)權利要求14所述的船只，其進一步包括纜繩，所述纜繩固定所述船只和電源。18.根據(jù)權利要求1所述的船只，其進一步包括轉向機構和壓艙物調(diào)整機構。19.根據(jù)權利要求18所述的船只，其中所述轉向機構相對于所述船只偏置所述鰭板的法向角。20.根據(jù)權利要求1所述的船只，其進一步包括第二鰭板。
【文檔編號】B63H1/36GK105939925SQ201480074737
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月4日
【發(fā)明人】馬丁·加思韋特, 內(nèi)森·艾貝爾, 斯蒂芬·海爾里格爾
【申請人】馬丁·加思韋特