CN117734922A - 磁悬浮转筒帆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转筒帆技术领域，具体涉及一种磁悬浮转筒帆，包括内支撑杆、外转筒、牵引单元、轴向支撑单元和径向支撑单元；内支撑杆的轴线竖直；外转筒罩设于内支撑杆外，能够绕内支撑杆的轴线转动；牵引单元安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生径向磁性牵引力；轴向支撑单元安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生轴向磁性支撑力；径向支撑单元安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生径向磁性支撑力。

Description

磁悬浮转筒帆

技术领域

本发明涉及转筒帆技术领域，具体地，涉及一种磁悬浮转筒帆。

背景技术

转筒帆，通常安装于船体的甲板上，包括轴向竖直设置的转筒，可以随时根据风向调整转速，充分利用风力。相比于传统风帆，转筒帆所占用甲板空间较小，受恶劣风况影响极小，对侧向风效果最明显。转筒帆利用马格努斯效应，利用旋转的转筒，可以带动周围流体旋转，使得转筒的一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。流速增加导致压强减小，流速减小将导致压强增加，如此，形成横向上的压力差，并形成与转筒运动方向相垂直的横向推力，该推力能辅助船体前进或启动。

现有的转筒帆的外转筒直接与驱动电机输出轴固定连接，或通过传动齿轮与驱动电机输出轴连接，或通过传动组件与驱动电机连接，或通过轴承与船体的甲板连接。而海上的风况又较为复杂，构成转筒帆的机械部件之间相互磨损情况较为明显，检修频率较高，制约了现有的转筒帆的使用寿命。

发明内容

为解决现有的转筒帆的使用寿命较短的问题，本发明提供一种磁悬浮转筒帆。

为实现本发明目的提供的一种磁悬浮转筒帆，包括：

内支撑杆，轴线竖直；

外转筒，罩设于内支撑杆外，能够绕内支撑杆的轴线转动；

牵引单元，安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生径向磁性牵引力；

轴向支撑单元，安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生轴向磁性支撑力；

径向支撑单元，安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生径向磁性支撑力。

在其中一些具体实施例中，轴向支撑单元为两个以上，至少一个安装于内支撑杆的上部和外转筒的上部之间，至少一个安装于内支撑杆的下部和外转筒的下部之间。

在其中一些具体实施例中，每个轴向支撑单元包括：

上隔环，安装于外转筒的内壁上，且所在面与外转筒的轴线相互垂直；

下隔环，安装于外转筒的内壁上，且所在面与外转筒的轴线相互垂直；

第一上磁环，安装于上隔环的底面；

第一下磁环，安装于下隔环的顶面；

第一安装座，套设于内支撑杆上；

第二上磁环，安装于第一安装座的顶面，且与第一上磁环上下正对设置，能够与第一上磁环产生相互排斥力；

第二下磁环，安装于第一安装座的底面，且与第一下磁环上下正对设置，能够与第一下磁环产生相互排斥力。

在其中一些具体实施例中，径向支撑单元包括：

第三下磁环，套设于内支撑杆的底部；

第四下磁环，为多组，轴线均竖直设置，沿外转筒的周向均匀地固定于外转筒的底部；每组第四下磁环与第三下磁环相互产生排斥力。

在其中一些具体实施例中，第四下磁环为6-8组。

在其中一些具体实施例中，牵引单元包括：

第二安装座，套设于内支撑杆的顶端；

感应线圈，为多个，沿第二安装座的周向均匀地安装于第二安装座的侧壁上；每个感应线圈的一端面朝向外转筒的内壁；

磁性套筒，套设于外转筒的顶部的外部或穿设于外转筒的顶部的内部。

在其中一些具体实施例中，还包括：

顶盖，固定于磁性套筒的顶端，底面为弧形结构。

在其中一些具体实施例中，还包括：

驱动器，固定于内支撑杆的顶端，且输出轴朝上设置；

磁性联轴器，一端与顶盖的底面固定连接，另一端与驱动器的输出轴固定连接。

在其中一些具体实施例中，内支撑杆包括：

下支撑段；

上支撑段，底端与下支撑段的顶端可拆卸连接；

外转筒包括：

下筒段；

中筒段，底端与下筒段的顶端可拆卸连接；

上筒段，底端与中筒段的顶端可拆卸连接。

在其中一些具体实施例中，还包括：

底座，顶端与下支撑段的底端可拆卸连接。

本发明的有益效果：本发明的磁悬浮转筒帆通过设置内支撑杆，内支撑杆用于支撑牵引单元、轴向支撑单元、径向支撑单元和驱动器。外转筒罩设于内支撑杆外，能够绕内支撑杆的轴线转动，以形成与转筒运动方向相垂直的横向推力。牵引单元安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生径向磁性牵引力，避免外转筒脱离内支撑杆。轴向支撑单元安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生轴向磁性支撑力，遭遇强风时，能够有效地降低外转筒沿自身轴向移动的幅度，避免外转筒沿自身轴向移动而接触甲板。径向支撑单元安装于内支撑杆和外转筒上，能够对外转筒产生径向磁性支撑力，遭遇强风时，能够有效地降低外转筒沿自身径向移动的幅度，避免外转筒沿自身径向移动而接触内支撑杆。相对于现有的转筒帆，外转筒在空间中始终处于悬浮状态。当外转筒发生转动时，其与驱动电机、内支撑杆、船体的甲板等静止部件之间无直接或间接接触，面对海上复杂的风况，构成转筒帆的机械部件之间几乎无磨损情况，大大降低了检修频率，延长了转筒帆的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种磁悬浮转筒帆一些具体实施例的结构示意图；

图2是图1所示的磁悬浮转筒帆沿A-A的剖视图；

图3是图2中B区域的局部放大图；

图4是图2中C区域的局部放大图；

图5是图2中D区域的局部放大图。

附图中，110、内支撑杆；111、下支撑段；112、上支撑段；120、外转筒；121、下筒段；122、中筒段；123、上筒段；130、牵引单元；131、第二安装座；132、感应线圈；133、磁性套筒；140、轴向支撑单元；141、上隔环；142、下隔环；143、第一上磁环；144、第一下磁环；145、第一安装座；146、第二上磁环；147、第二下磁环；150、径向支撑单元；151、第三下磁环；152、第四下磁环；160、顶盖；170、驱动器；180、磁性联轴器；190、底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴线”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“衔接”、“铰接”等术语应做广义理解，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；可以是直接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如背景技术，现有的转筒帆的外转筒直接与驱动电机输出轴固定连接，或通过传动齿轮与驱动电机输出轴连接，或通过传动组件与驱动电机连接，或通过轴承与船体的甲板连接。而海上的风况又较为复杂，构成转筒帆的机械部件之间相互磨损情况较为明显，检修频率较高，制约了现有的转筒帆的使用寿命。

需要说明的是，对外转筒产生轴向磁性支撑力是指该支撑力的施加方向沿着外转筒的轴向。对外转筒产生径向磁性支撑力是指该支撑力的施加方向沿着外转筒的径向。对外转筒产生径向磁性牵引力是指该牵引力的施加方向沿着外转筒的径向。

为改善上述问题，参照图1、图2、图3、图4和图5，提供了一种磁悬浮转筒帆，包括内支撑杆110、外转筒120、牵引单元130、轴向支撑单元140和径向支撑单元150。内支撑杆110的轴线竖直，用于支撑牵引单元130、轴向支撑单元140、径向支撑单元150和驱动器170。外转筒120罩设于内支撑杆110外，能够绕内支撑杆110的轴线转动，以形成与转筒运动方向相垂直的横向推力。牵引单元130安装于内支撑杆110和外转筒120上，能够对外转筒120产生径向磁性牵引力，避免外转筒120脱离内支撑杆110。轴向支撑单元140安装于内支撑杆110和外转筒120上，能够对外转筒120产生轴向磁性支撑力，遭遇强风时，能够有效地降低外转筒120沿自身轴向移动的幅度，避免外转筒120沿自身轴向移动而接触甲板或脱离内支撑杆110。径向支撑单元150安装于内支撑杆110和外转筒120上，能够对外转筒120产生径向磁性支撑力，遭遇强风时，能够有效地降低外转筒120沿自身径向移动的幅度，避免外转筒120沿自身径向移动而接触内支撑杆110。相对于现有的转筒帆，外转筒120在空间中始终处于悬浮状态。当外转筒120发生转动时，其与驱动电机、内支撑杆110、船体的甲板等静止部件之间无直接或间接接触，面对海上复杂的风况，构成转筒帆的机械部件之间几乎无接触磨损情况，大大降低了检修频率，延长了转筒帆的使用寿命。

具体地，在示范例中，轴向支撑单元140为两个以上，至少一个安装于内支撑杆110的上部和外转筒120的上部之间，至少一个安装于内支撑杆110的下部和外转筒120的下部之间。位于上部的轴向支撑单元140能够在上方为外转筒120提供轴向磁性支撑力，位于下部的轴向支撑单元140能够在下方为外转筒120提供轴向磁性支撑力，上部的轴向支撑单元140和下部的轴向支撑单元140相互协作，使得外转筒120上下部受力均匀。

具体地，在示范例中，参照图2和图3，每个轴向支撑单元140包括上隔环141、下隔环142、第一上磁环143、第一下磁环144、第一安装座145、第二上磁环146和第二下磁环147。上隔环141安装于外转筒120的内壁上，且所在面与外转筒120的轴线相互垂直。下隔环142安装于外转筒120的内壁上，且所在面与外转筒120的轴线相互垂直。第一安装座145套设于内支撑杆110上，外壁位于上隔环141的底面与下隔环142的顶面之间。第一上磁环143安装于上隔环141的底面。第一下磁环144安装于下隔环142的顶面。第二上磁环146安装于第一安装座145的顶面，且与第一上磁环143上下正对设置，能够与第一上磁环143产生相互排斥力。第二下磁环147安装于第一安装座145的底面，且与第一下磁环144上下正对设置，能够与第一下磁环144产生相互排斥力。第二上磁环146与第一上磁环143产生相互排斥力驱使外转筒120具有向上移动的趋势。第二下磁环147与第一下磁环144产生相互排斥力驱使外转筒120具有向下移动的趋势。向下移动的趋势与向上移动的趋势在外转筒120的轴向上相互平衡，为外转筒120的悬浮提供轴向支撑力。

优选地，在上隔环141的底面、下隔环142的顶面、第一安装座145的顶面和底面分别设置有磁环安装槽。如此，使得轴向支撑单元140占用空间更小，结构更为紧凑。

在极端强风天气时，通过第一安装座145、上隔环141和下隔环142相配合，能够防止外转筒120在轴向上运动幅度过大。同时，为了防止上隔环141或下隔环142撞击第一安装座145受损，可在上隔环141的底面与下隔环142的顶面分别安装橡胶材质的缓冲垫。

具体地，在示范例中，径向支撑单元150包括第三下磁环151和第四下磁环152。第三下磁环151套设于内支撑杆110的底部。第四下磁环152为多组，多组第四下磁环152的轴线均竖直设置，沿外转筒120的周向均匀地固定于外转筒120的底部。每组第四下磁环152与第三下磁环151相互产生排斥力。第四下磁环152为6、7或8组，能够提供六个、七个或八个方位的径向支撑力。六个、七个或八个方位的径向支撑力相互平衡。每组第四下磁环152由3、4或5个第四下磁环152组成。

具体地，在示范例中，牵引单元130包括第二安装座131、多个感应线圈132和磁性套筒133。第二安装座131套设于内支撑杆110的顶端。多个感应线圈132沿第二安装座131的周向均匀地安装于第二安装座131的侧壁的盲孔内。每个感应线圈132的一端面朝向外转筒120的内壁。磁性套筒133套设于外转筒120的顶部的外部或穿设于外转筒120的顶部的内部，材质为磁性材质。向每个感应线圈输入电流时，多个感应线圈在多个方位对磁性套筒133产生径向磁性吸引力，进而在多个方位对外转筒120的顶部产生径向磁性牵引力。

优选地，在第二安装座131的相对四侧外壁上分别安装有缓冲垫块，当外转筒120与第二安装座131发生碰撞时，缓冲垫块能够大幅度降低外转筒120遭受损坏的可能性。

具体地，在示范例中，磁悬浮转筒帆还包括顶盖160，顶盖160固定于磁性套筒133的顶端，底面为弧形结构。需要说明的是，外转筒120在转动时，顶盖受升力影响，具有向上移动的趋势。因此，将顶盖160的底面设计成弧形结构，可以利用伯努利原理使得顶盖160有下压趋势。

具体地，在示范例中，磁悬浮转筒帆还包括驱动器170和磁性联轴器180。驱动器170固定于内支撑杆110的顶端，且输出轴朝上设置。磁性联轴器180一端与顶盖160的底面固定连接，另一端与驱动器170的输出轴固定连接。由驱动器170驱使顶盖160和外转筒120绕内支撑杆110的轴线转动。

优选地，驱动器170为驱动电机或伺服电机。

在其中一些实际应用中，每个轴向支撑单元140包括上隔环141、下隔环142、第一上感应线圈、第一下感应线圈、第一安装座145、第二上感应线圈和第二下感应线圈。上隔环141安装于外转筒120的内壁上，且所在面与外转筒120的轴线相互垂直。下隔环142安装于外转筒120的内壁上，且所在面与外转筒120的轴线相互垂直。第一安装座145套设于内支撑杆110上，外壁位于上隔环141的底面与下隔环142的顶面之间。第一安装座145的顶面与上隔环141的底面之间预留有5cm间距。在第一安装座145的底面与下隔环142的底面之间预留有5cm间距。在上隔环141的底面、下隔环142的顶面、第一安装座145的顶面和底面分别设置有感应线圈安装槽。第一上感应线圈安装于上隔环141的底面的感应线圈安装槽内。第一下感应线圈安装于下隔环142的顶面的感应线圈安装槽内。第二上感应线圈安装于第一安装座145的顶面的感应线圈安装槽内，且与第一上感应线圈上下正对设置，能够与第一上感应线圈产生相互排斥力。第二下感应线圈安装于第一安装座145的底面的感应线圈安装槽内，且与第一下感应线圈上下正对设置，能够与第一下感应线圈产生相互排斥力。利用向第一上感应线圈、第二上感应线圈、第一下感应线圈和第二下感应线圈输入的电流的实时大小能够调整排斥力的实时强度。同时，在上隔环141的底面和下隔环142的顶面分别安装有距离传感器，分别用于实时检测第一安装座145的顶面与上隔环141的底面之间的间距、第一安装座145的底面与下隔环142的底面之间的间距。径向支撑单元150包括第三下感应线圈和第四下感应线圈。第三下感应线圈为多个，沿内支撑杆110的周向均匀地安装于支撑杆110的底部，且每个第三下感应线圈的一端朝向外转筒120的内壁。第四下感应线圈为多个，沿外转筒120的周向均匀地固定于外转筒120的底部的内壁上。多个第四下感应线圈与多个第三下感应线圈一一正对设置。每个第三下感应线圈与一个第四下感应线圈相互产生排斥力。利用向每个第三下感应线圈与每个第四下感应线圈输入的电流的实时大小能够调整排斥力的实时强度。在外转筒120的底部的四侧内壁上分别设有距离传感器，分别用于实时检测外转筒120的四侧内壁与内支撑杆110的四侧外壁之间的间距。第二安装座131的外壁与外转筒120的内壁之间预留有5cm间距。在外转筒120的顶部的四侧内壁上分别设有距离传感器，分别用于实时检测外转筒120的四侧内壁与第二安装座131的四侧外壁之间的间距。磁悬浮转筒帆还包括控制器，控制器分别与每个第一上感应线圈、每个第一下感应线圈、每个第二上感应线圈、每个第二下感应线圈、每个第三下感应线圈、每个第四下感应线圈、牵引单元130的每个感应线圈132、驱动器170、安装于上隔环141的底面的距离传感器、安装于下隔环142的顶面的距离传感器、安装于外转筒120的顶部的每个距离传感器、安装于外转筒120的底部的每个距离传感器电性连接。控制器能够接收安装于上隔环141的底面的距离传感器、安装于下隔环142的顶面的距离传感器、安装于外转筒120的顶部的每个距离传感器以及安装于外转筒120的底部的每个距离传感器检测到的距离信号，根据距离信号控制输入每个第一上感应线圈、每个第一下感应线圈、每个第二上感应线圈、每个第二下感应线圈、每个第三下感应线圈、每个第四下感应线圈及牵引单元130的每个感应线圈132电流大小，以使外转筒120稳定地悬浮。同时，控制器能够控制驱动器170工作，以使外转筒120进行工作。

具体地，在示范例中，内支撑杆110包括下支撑段111和上支撑段112。上支撑段112，底端与下支撑段111的顶端通过法兰盘和螺栓可拆卸连接。外转筒120包括下筒段121、中筒段122和上筒段123。中筒段122的底端与下筒段121的顶端通过螺栓可拆卸连接。上筒段123的底端与中筒段122的顶端通过螺栓可拆卸连接。将内支撑杆110与外转筒120拆分成多个零部件，以便于运输、拆卸更换和安装使用。

具体地，在示范例中，还包括底座190，顶端与下支撑段111的底端通过螺栓可拆卸连接。底座190通过螺栓与甲板固定连接。当然，下支撑段111的底端也可以通过转轴直接与甲板转动连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、“一个具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮转筒帆，其特征在于，包括：

内支撑杆，轴线竖直；

外转筒，罩设于所述内支撑杆外，能够绕所述内支撑杆的轴线转动；

牵引单元，安装于所述内支撑杆和所述外转筒上，能够对所述外转筒产生径向磁性牵引力；

轴向支撑单元，安装于所述内支撑杆和所述外转筒上，能够对所述外转筒产生轴向磁性支撑力；

径向支撑单元，安装于所述内支撑杆和所述外转筒上，能够对所述外转筒产生径向磁性支撑力。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，所述轴向支撑单元为两个以上，至少一个安装于所述内支撑杆的上部和所述外转筒的上部之间，至少一个安装于所述内支撑杆的下部和所述外转筒的下部之间。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，每个所述轴向支撑单元包括：

上隔环，安装于所述外转筒的内壁上，且所在面与所述外转筒的轴线相互垂直；

下隔环，安装于所述外转筒的内壁上，且所在面与所述外转筒的轴线相互垂直；

第一上磁环，安装于所述上隔环的底面；

第一下磁环，安装于所述下隔环的顶面；

第一安装座，套设于所述内支撑杆上；

第二上磁环，安装于所述第一安装座的顶面，且与所述第一上磁环上下正对设置，能够与所述第一上磁环产生相互排斥力；

第二下磁环，安装于所述第一安装座的底面，且与所述第一下磁环上下正对设置，能够与所述第一下磁环产生相互排斥力。

4.根据权利要求1至3任一项所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，所述径向支撑单元包括：

第三下磁环，套设于所述内支撑杆的底部；

第四下磁环，为多组，轴线均竖直设置，沿所述外转筒的周向均匀地固定于所述外转筒的底部；每组所述第四下磁环与所述第三下磁环相互产生排斥力。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，所述第四下磁环为6-8组。

6.根据权利要求1至3任一项所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，所述牵引单元包括：

第二安装座，套设于所述内支撑杆的顶端；

感应线圈，为多个，沿所述第二安装座的周向均匀地安装于所述第二安装座的侧壁上；每个所述感应线圈的一端面朝向所述外转筒的内壁；

磁性套筒，套设于所述外转筒的顶部的外部或穿设于所述外转筒的顶部的内部。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，还包括：

顶盖，固定于所述磁性套筒的顶端，底面为弧形结构。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，还包括：

驱动器，固定于所述内支撑杆的顶端，且输出轴朝上设置；

磁性联轴器，一端与所述顶盖的底面固定连接，另一端与所述驱动器的输出轴固定连接。

9.根据权利要求1至3任一项所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，所述内支撑杆包括：

下支撑段；

上支撑段，底端与所述下支撑段的顶端可拆卸连接；

所述外转筒包括：

下筒段；

中筒段，底端与所述下筒段的顶端可拆卸连接；

上筒段，底端与所述中筒段的顶端可拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮转筒帆，其特征在于，还包括：

底座，顶端与所述下支撑段的底端可拆卸连接。