一种船用陀螺减摇器及其减摇陀螺转子系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及船舶减摇技术领域，具体地，设及一种船用巧螺减摇器及其减摇巧螺 转子系统。
【背景技术】
[0002] 在随机海面上航行船舶的横摇会影响船舶的适航性、安全性、船上设备的正常工 作W及乘员的舒适性；对军舰而言，船舶的剧烈横摇严重影响其战斗力。长期W来，为抑制 船舶横摇学界和业界作出了不懈努力。目前业界采用罐减摇、舱减摇、减摇水仓等减摇装 置，运些减摇装置各有特点，工程中普遍采用的罐减摇和舱减摇装置减摇能力与船舶航速 有关，在零航速下难W达到良好减摇效果，而且减摇装置一旦损坏，会对船舶航行产生附件 阻力。减摇水仓虽能在零航速下减摇，但其占用空间大减摇效果不明显，应用受到限制。巧 螺减摇装置由于其高速转子绕自转轴动量矩的存在，在转子低速进动下，即可获得很大的 输出力矩来抑制船舶横摇，而且它安装方便，占用空间小，在船舶零航速下亦可产生很好的 减摇效果，是一种很有前途的船舶减摇方案。
[0003] 船舶巧螺减摇技术几乎在一百年W前就已经开始使用。其原理为当一个高速转子 沿着与自转轴垂直的另一轴向进动时，会在第Ξ轴向输出一个力矩。此力矩即可W用来抵 抗波浪力矩实现船舶减摇。Schlick(1904)建议在船上放置一个巨大的巧螺来抑制船舶横 摇。所设计的巧螺减摇装置在1906年装在一艘德国鱼雷艇上。后来Sperry在此基础上设 计主动控制策略并获得了专利。1922年4月，由Westin曲ouse和Sperry的工程师设计建 造的120吨巧螺减摇装置装载在大型客船Hawkeye State上，运是第一次将巧螺减摇装置 装载在大型客船上。1932年意大利在排水量为41700吨的豪华班轮Conte Di Savoia安装 了主动巧螺减摇装置，运是目前安装巧螺减摇装置最大的船舶。
[0004] 目前巧螺减摇产品主要有Mitsubishi公司生产的ARG减摇巧螺和Seake巧er生 产的减摇巧螺，应用范围主要集中在小型船舶上，实现了巧螺减摇产品的民用化。 阳0化]Seake巧er公司生产的巧螺减摇器其转子工作于真空环境下，转子转速高，但轴承 需要采用真空润滑脂，而且转子腔体需要能够长时间维持真空低压环境。尤其对于内置电 机和转子，工作于真空环境会严重影响其散热能力。轴承在高转速下运转的同时还要承受 很大的减摇力矩，运种高速重载的工况，使得轴承的选用非常困难。目前滚动轴承或滑动轴 承在高速下都难W承受重载，运与巧螺减摇器的工作原理正好相惇，转子转速越高其减摇 力矩输出能力越强。运种转速与载荷同步上升的特点使得在实际的产品设计中只能根据轴 承在相应转速下所能承受的最大载荷进行设计，无法充分发挥转子高转速下的减摇力矩输 出能力。
[0006] Mitsubishi公司生产的ARG巧螺减摇器由于运转在大气环境下，转子转速低功耗 大。转速无法提升导致设备笨重，体积相对较大。设备运转中轴承摩擦产生的巨大热量需 要通过空气对流进行散热，影响其使用范围。
[0007] Mitsubishi公司生产的ARG减摇巧螺和Seakeeper生产的减摇巧螺都采用垂直轴 结构，角接触轴承支撑，整个转子的重量将由一个轴承来支撑，使其运行工况比其他轴承恶 劣，磨损更严重，影响了设备的使用寿命，同时也增大了设备运转的功耗。
[0008] 巧螺减摇产品大型化的技术难点主要集中在减摇巧螺转子系统上，传统的滚动轴 承和滑动轴承难W承受转子高转速下极高的径向载荷，轴承磨损严重，设备功耗很大，使其 难W与减摇罐竞争。运也是巧螺减摇装置难W在大型船舶上广泛使用的主要原因。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种船用巧螺减摇器及其减摇巧螺 转子系统，减轻了轴承载荷，减少了高速旋转的转子主体对轴承的磨损程度，降低了设备功 耗，提高了轴承的使用寿命。
[0010] 根据本发明提供的一种减摇巧螺转子系统，安装于巧螺减摇器的进动轴上，包括： 转子主体、定位轴承、磁悬浮式轴承、转子框架；
[0011] 所述转子主体通过所述定位轴承、磁悬浮式轴承与所述转子框架连接，所述转子 框架通过所述定位轴承实现对所述转子主体径向的刚性支撑，所述转子框架通过所述磁悬 浮式轴承实现对所述转子主体径向的磁力补充支撑，所述转子框架与所述进动轴连接。在 转子主体高速旋转并向外输出进动力矩和减摇力矩的过程中，由定位轴承实现转子主体的 精确定位，由磁悬浮式轴承承载转子的输出载荷，本发明将两类轴承的优势相结合，从而规 避了彼此的弱势，最终实现轴承寿命的延长。
[0012] 作为一种优化方案，所述磁悬浮式轴承的外圈与所述转子框架固定连接，内圈与 所述转子主体固定连接；
[0013] 所述外圈包括环形恒磁结构或环形分布的若干可控电磁铁，所述内圈包括环形恒 磁结构，所述环形恒磁结构沿径向朝内和朝外都成单一极性。
[0014] 作为一种优化方案，所述环形恒磁结构为永磁环，或环形分布的若干永磁单体，或 环形分布的若干恒磁电磁铁，所述恒磁电磁铁周围为恒定磁场。
[0015] 作为一种优化方案，外圈上的所述环形分布的若干可控电磁铁进一步包括：分布 在所述进动轴轴向上的第一类进动电磁铁和第二类进动电磁铁，W及分布在垂直所述进动 轴轴向上的第一类减摇电磁铁和第二类减摇电磁铁；
[0016] 所述第一类进动电磁铁、第二类进动电磁铁、第一类减摇电磁铁、第二类减摇电磁 铁的电流控制相互独立。
[0017] 作为一种优化方案，所述定位轴承包括滚动轴承，或滑动轴承。
[0018] 作为一种优化方案，所述磁悬浮式轴承的外圈与所述转子框架固定连接，内圈与 所述转子主体固定连接；
[0019] 所述外圈包括环形分布的若干可控电磁铁，所述内圈包括环形分布的软磁性材 料。
[0020] 作为一种优化方案，所述转子主体的两末端都设有所述定位轴承，且所述定位轴 承相对于所述磁悬浮式轴承靠近所述转子主体末端。
[0021] 基于同一发明构思，本发明还提出了一种船用巧螺减摇器，包括所述的减摇巧螺 转子系统。
[0022] 基于同一发明构思，本发明还提出了一种船用巧螺减摇器，包括：控制箱、进动轴 和所述的减摇巧螺转子系统；
[0023] 所述减摇巧螺转子系统安装在所述进动轴上，所述减摇巧螺转子系统W所述进动 轴轴屯、为旋转中屯、在进动方向摆动，所述控制箱用于根据所述减摇巧螺转子系统在进动方 向摆动的角度和船体横摇角度控制所述外圈中电磁铁的电流输入。
[0024] 作为一种优化方案，所述外圈上的所述环形分布的若干可控电磁铁进一步包括： 分布在所述进动轴轴向上的第一类进动电磁铁和第二类进动电磁铁，W及分布在垂直所述 进动轴轴向上的第一类减摇电磁铁和第二类减摇电磁铁； 阳025] 所述第一类进动电磁铁、第二类进动电磁铁、第一类减摇电磁铁、第二类减摇电磁 铁的电流控制相互独立；
[00%] 所述控制箱控制所述外圈中电磁铁电流输入的过程包括：
[0027] 根据所述转子主体的减摇力矩输出空制所述第一类减摇电磁铁、第二类减摇电 磁铁的电磁力输出，实现所述磁悬浮式轴承对所述转子主体减摇力矩的径向支撑控制，
[0028] 根据所述转子主体的进动力矩输出Mp控制所述第一类进动电磁铁、第二类进动电 磁铁的电磁力输出，实现所述磁悬浮式轴承对所述转子主体进动力矩的径向支撑控制；
[0029] 其中，所述控制箱控制所述第一类减摇电磁铁和第二类减摇电磁铁输出的电磁力 分别都大于所述第一类进动电磁铁和第二类进动电磁铁的电磁力；
[0030] 所述控制箱计算减摇巧螺转子系统的减摇力矩输出Mr为：
[0031]
[0032] 所述β为所述减摇巧螺转子系统在进动方向摆动的角度，所述/j为所述减摇巧螺 转子系统在进动方向摆动的角速度，所述W为当前时刻所述转子主体自转的转速，所述J为 所述转子主体相对于自转轴的转动惯量，
[0033] 所述控制箱计算减摇巧螺转子系统的进动力