Кольцевое электро-двигательно-движительное устройство
ANNULAR ELECTRIC PROPULSION DEVICE

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях судовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами.
Известно движительное устройство, включающее электродвигатель, установленный на оси водопроточного канала, и гребной винт, закрепленный на валу электродвигателя (см. Э.П. Лебедев и др. «Средства активного управления судами», Ленинград, изд. «Судостроение», 1969 г., стр. 114-115). Недостатком известного устройства является низкая его эффективность из-за высокого гидравлического сопротивления электродвигателя в водопроточном канале.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кольцевое электро- двигательно-движительное устройство (КЭДДУ), включающее электродвигатель, состоящий из кольцевого статора и кольцевого ротора, на котором установлены лопасти (см. патент RU №2187017, кл. F03D 3/00, 2002 г. ). Недостатком известной конструкции является ограниченные функциональные возможности. Данное устройство обеспечивает только создание упора и регулирование его величины в зависимости от частоты вращения лопастей.
Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение его к.п.д.
Указанный результат достигается тем, что в известном кольцевом электро-двигательно-движительном устройстве, включающем электродвигатель, состоящий из кольцевого статора и кольцевого ротора, а также лопастей, связанных с ротором и имеющих одну степень свободы, в нем лопасти установлены с возможностью совершения ими вращательных движений вокруг собственных осей. Лопасти устройства могут быть размещены либо параллельно друг другу и центральной оси устройства или под углом к ней, либо находится в одной плоскости перпендикулярно центральной оси устройства. Во втором случае вершины лопастей направлены в сторону центральной оси устройства или в сторону, противоположную от этой оси. Вращательные движения лопастей могут осуществляться разнонаправленно, например, при помощи самостоятельных приводных устройств, установленных на каждой лопасти в районе ее крепления к ротору и связанных с внешней системой управления. Следует отметить, что вращательные движения могут быть организованы как на определенный угол с последующей фиксацией лопасти в этом положении, так и непрерывные движения лопасти вокруг своей оси без остановки.
Организация разнонаправленных вращательных движений лопастей позволяет изменять вектор упора, создаваемого устройством, что приводит к изменению направления движения плавательного средства, на котором установлено это устройство. Вращательные движения лопастей могут быть созданы при помощи различных механизмов, например, самостоятельных приводных устройств, установленных на каждой лопасти в районе ее крепления к ротору, или при помощи шарнирного механического привода. Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает создание упора и выполняет одновременно роль рулевого устройства.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1, 2 показаны КЭДДУ с лопастями, расположенными перпендикулярно центральной оси устройства, а на фиг. 3, 4 - КЭДДУ с лопастями, установленными параллельно центральной оси устройства и под углом к ней. На данных фигурах использованы следующие обозначения:
1 - кольцевой ротор;
2 - кольцевой статор;
3 - лопасть;
4 - центральная ось устройства;
5 - приводное устройство;
6 - вершина лопасти;
7 - ось лопасти;
8 - ось приводного устройства.
Кольцевое электро- двигательно-движительное устройство состоит (см. фигуры 1-4) из неподвижного статора 1, на котором размещен подвижный ротор 2 с установленными на нем лопастями 3 с возможностью совершения ими вращательных движений вокруг собственных осей. Лопасти в пространстве могут быть расположены, как в одной плоскости (фиг. 1, 2) перпендикулярно центральной оси 4 устройства, так и параллельно друг другу и параллельно центральной оси 4 этого устройства (фиг. 3) или под углом к ней α (фиг. 4). В первом случае вершины 6 лопастей 3 могут быть направлены в сторону центральной оси 4 (фиг. 1) или в сторону, противоположную от центральной оси 4 устройства (фиг. 2). Вращательные движения лопастей 3 могут быть осуществлены с помощью различных механизмов, например, приводных устройств 5, например, электродвигателей, установленных на каждой лопасти 3 в районе ее крепления к ротору 2. Для этого в роторе изготавливается полость, в которой размещена ось приводного устройства 8 и ось лопасти 7. Вращательное движение с оси 8 на ось 7 может передаваться при помощи углового редуктора (на фигуре не показан) или другим способом. При повороте оси 8 приводного устройства 5 поворачивается ось 7 лопасти 3. Подвод электропитания к устройствам 5 производится через скользящий контакт (на фигурах не показан). В качестве приводного устройства может быть использован также шарнирный механический привод, имеющий более сложную конструкцию, в отличие от кольцевого приводного устройства 5.
КЭДДУ работает следующим образом. При подаче питания на КЭДДУ его ротор 2 начинает вращаться вместе с лопастями 3, создавая упор и обеспечивая поступательное движение плавательному средству. При необходимости, подается сигнал на приводные устройство 5, лопасти 3 поворачиваются и за счет изменения угла атаки в потоке создают усилие, вектор которого не совпадает с направлением движения плавательного средства, что обеспечивает изменение направления его движения, то есть КЭДДУ выполняет еще и роль устройства активного управления этим средством. При непрерывном вращении лопастей вокруг своей оси (возможно и разнонаправленное вращение как одной лопасти, так и каждой лопасти) появляется возможность совершения плавательным средством, на котором установлено заявляемое устройство, сложных маневров, обеспечивая непрерывное изменения курса плавательного средства.
Использование предлагаемого технического решения позволяет расширить его функциональные возможности за счет изменения вектора тяги, а также повысить к.п.д. устройства за счет исключения дополнительных рулевых механизмов.