(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 216252449 U(45)授权公告日 2022.04.08
(21)申请号 202122815967.3(22)申请日 2021.11.17
(73)专利权人 上海舟加科技有限公司
地址 201400 上海市奉贤区莘奉公路4869
号1层(72)发明人 侯明波 姚学富 廖霜玉 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司
11332
代理人 贾爱存(51)Int.Cl.
H02K 11/215(2016.01)H02K 7/02(2006.01)B63B 39/04(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图3页
(54)实用新型名称
一种飞轮系统及减摇陀螺(57)摘要
本实用新型涉及船舶减摇技术领域，具体公开了一种飞轮系统及减摇陀螺，飞轮系统包括外壳、飞轮、轴承、电机、转速检测装置和电机驱动器，外壳具有密闭的容纳腔；飞轮可相对外壳转动，电机用于驱动飞轮转动且位于容纳腔内；转速检测装置包括位于容纳腔内的永磁体和安装于外壳外的磁电传感器，永磁体能够随飞轮转动，并且永磁体的磁场能够穿透外壳且能够被磁电传感器检测到，并可被磁电传感器转换成电信号输出，电机驱动器依据磁电传感器检测的信号驱动电机旋转，电机则可进一步驱动飞轮旋转，实现对飞轮的转速控制，相比现有技术中的飞轮系统，转速传感器的电缆无需穿过外壳，可简化外壳的结构，使外壳便于加工且能够提升密封效果。
CN 216252449 UCN 216252449 U
权 利 要 求 书
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1.一种飞轮系统，其特征在于，包括：外壳(1)，所述外壳(1)具有密闭的容纳腔(11)；飞轮(2)，位于所述容纳腔(11)内；轴承(3)，所述轴承(3)的内圈固定套设于所述飞轮(2)，所述轴承(3)的外圈固定设置于所述外壳(1)；
电机(4)，安装于所述外壳(1)且位于所述容纳腔(11)内，所述电机(4)用于驱动所述飞轮(2)转动；
转速检测装置，包括位于所述容纳腔(11)内的永磁体(51)，以及设置于所述外壳(1)外且安装于所述外壳(1)的磁电传感器(52)，所述永磁体(51)能够随所述飞轮(2)转动，所述永磁体(51)的磁场能够穿透所述外壳(1)且能够被所述磁电传感器(52)检测；
电机驱动器(7)，所述磁电传感器(52)、所述电机(4)均与所述电机驱动器(7)电连接。2.根据权利要求1所述的飞轮系统，其特征在于，所述外壳(1)位于所述磁电传感器(52)和所述永磁体(51)之间的部分由非磁性材料制成。
3.根据权利要求1所述的飞轮系统，其特征在于，所述飞轮系统还包括压盖(8)，所述压盖(8)采用非磁性材料制成，所述压盖(8)套设于所述飞轮(2)，且位于所述飞轮(2)的一侧的轴端，所述永磁体(51)粘贴于所述压盖(8)。
4.根据权利要求3所述的飞轮系统，其特征在于，所述压盖(8)设有凹槽(81)，所述永磁体(51)嵌设于所述凹槽(81)内。
5.根据权利要求1所述的飞轮系统，其特征在于，所述外壳(1)设有安装槽(121)，所述磁电传感器(52)嵌设于所述安装槽(121)内。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的飞轮系统，其特征在于，所述外壳(1)包括第一壳体(12)、第二壳体(13)、第一盖板(14)和第二盖板(15)，所述第一壳体(12)和所述第二壳体(13)密封连接并形成所述容纳腔(11)，所述第一壳体(12)具有连通于所述容纳腔(11)的第一开口(122)，所述第二壳体(13)具有连通于所述容纳腔(11)的第二开口(131)，所述第一盖板(14)和所述第一壳体(12)密封连接且将所述第一开口(122)密封，所述第二盖板(15)和所述第二壳体(13)连接且将所述第二开口(131)密封；
所述飞轮(2)的第一端通过一个所述轴承(3)转动支撑于所述第一壳体(12)，所述飞轮(2)的第二端通过另一个所述轴承(3)转动支撑于所述第二壳体(13)，所述永磁体(51)设置于所述飞轮(2)的第一端，所述磁电传感器(52)设置于所述第一盖板(14)。
7.一种减摇陀螺，其特征在于，包括权利要求1‑6任一项所述的飞轮系统。
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说 明 书
一种飞轮系统及减摇陀螺
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技术领域
[0001]本实用新型涉及船舶减摇技术领域，尤其涉及一种飞轮系统及减摇陀螺。背景技术
[0002]减摇陀螺具有减摇效果不受航速影响，结构紧凑，占用空间较小，减摇效果较好等优点，因此越来越广泛地应用于船舶减摇领域。[0003]减摇陀螺内部安装有重型飞轮，高速旋转的飞轮具有动量矩和陀螺的进动物理效应。船体的摇摆运动使旋转中的飞轮产生进动力矩，推动飞轮和飞轮框架一起进动，同时，旋转中的飞轮在进动时产生减摇力矩，减摇力矩通过飞轮框架和基座传递到船体上，抵抗船体摇摆。
[0004]减摇陀螺的飞轮系统，在工作时，电机驱动飞轮高速旋转。现有技术方案中，为了防止飞轮、电机被盐雾腐蚀，外壳被制造成全密封形式，飞轮、电机及转速传感器等件置于外壳的腔内；为了减小风阻，外壳内腔抽真空。[0005]现有技术中，转速传感器的电缆穿过外壳壁。为了保持外壳真空密封，转速传感器的电缆穿过外壳壁时必须做密封措施，密封措施包括加装真空电缆连接器、灌密封胶等，但上述密封措施会使外壳结构变得复杂，制造变得困难，并且难以完全避免缓慢泄漏或失效风险。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于：提供一种飞轮系统及减摇陀螺，以解决相关技术中飞轮系统中转速传感器的电缆穿过外壳壁必须做密封措施，导致外壳结构变得复杂，制造变得困难，并且难以完全避免缓慢泄漏或失效风险的问题。[0007]一方面，本实用新型提供一种飞轮系统，该飞轮系统包括：[0008]外壳，所述外壳具有密闭的容纳腔；[0009]飞轮，位于所述容纳腔内；[0010]轴承，所述轴承的内圈固定套设于所述飞轮，所述轴承的外圈固定设置于所述外壳；
[0011]电机，安装于所述外壳且位于所述容纳腔内，所述电机用于驱动所述飞轮转动；[0012]转速检测装置，包括位于所述容纳腔内的永磁体，以及设置于所述外壳外且安装于所述外壳的磁电传感器，所述永磁体能够随所述飞轮转动，所述永磁体的磁场能够穿透所述外壳且能够被所述磁电传感器检测；[0013]电机驱动器，所述磁电传感器、所述电机均与所述电机驱动器电连接。[0014]作为飞轮系统的优选技术方案，所述外壳位于所述磁电传感器和所述永磁体之间的部分由非磁性材料制成。
[0015]作为飞轮系统的优选技术方案，所述飞轮系统还包括压盖，所述压盖采用非磁性材料制成，所述压盖套设于所述飞轮，且位于所述飞轮的一侧的轴端，所述永磁体粘贴于所
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述压盖。
[0016]作为飞轮系统的优选技术方案，所述压盖设有凹槽，所述永磁体嵌设于所述凹槽内。
[0017]作为飞轮系统的优选技术方案，所述外壳设于安装槽，所述磁电传感器嵌设于所述安装槽内。
[0018]作为飞轮系统的优选技术方案，所述外壳包括第一壳体、第二壳体、第一盖板和第二盖板，所述第一壳体和所述第二壳体密封连接并形成所述容纳腔，所述第一壳体具有连通于所述容纳腔的第一开口，所述第二壳体具有连通于所述容纳腔的第二开口，所述第一盖板和所述第一壳体密封连接且将所述第一开口密封，所述第二盖板和所述第二壳体连接且将所述第二开口密封；
[0019]所述飞轮的第一端通过一个所述轴承转动支撑于所述第一壳体，所述飞轮的第二端通过另一个所述轴承转动支撑于所述第二壳体，所述永磁体设置于所述飞轮的第一端，所述磁电传感器设置于所述第一盖板。[0020]另一方面，本实用新型提供一种减摇陀螺，包括上述任一方案中的飞轮系统。[0021]本实用新型的有益效果为：
[0022]本实用新型提供一种飞轮系统及减摇陀螺，该飞轮系统包括外壳、飞轮、轴承、电机、转速检测装置和电机驱动器，外壳具有密闭的容纳腔；轴承的外圈固定设置于外壳，轴承的内圈固定套设于飞轮，飞轮可通过轴承相对外壳转动，电机安装于外壳且位于容纳腔内，电机用于驱动飞轮转动；转速检测装置包括永磁体和磁电传感器，其中，永磁体位于容纳腔内，磁电传感器设置于外壳外且安装于外壳，永磁体能够随飞轮转动，并且永磁体的磁场能够穿透外壳且能够被磁电传感器检测到，并可被磁电传感器转换成电信号输出，以反馈飞轮的实际转速，相比现有飞轮系统中的转速传感器，磁电传感器位于外壳外部，从而电缆无需穿过外壳，可简化外壳的结构，使外壳便于加工且能够提升密封效果。磁电传感器和电机均和电机驱动器电连接，电机驱动器依据磁电传感器检测的信号驱动电机旋转，电机则可进一步驱动飞轮旋转，实现对飞轮的转速控制。附图说明
[0023]图1为本实用新型实施例中飞轮系统的结构示意图；[0024]图2为本实用新型实施例中飞轮系统的部分结构示意图；[0025]图3为本实用新型实施例中飞轮系统的外壳的结构示意图。[0026]图中：[0027]1、外壳；11、容纳腔；12、第一壳体；121、安装槽；122、第一开口；13、第二壳体；131、第二开口；14、第一盖板；15、第二盖板；16、密封圈；[0028]2、飞轮；[0029]3、轴承；[0030]4、电机；41、转子；42、定子；[0031]51、永磁体；52、磁电传感器；[0032]61、第一线缆；62、电缆连接器；63、第二线缆；[0033]7、电机驱动器；
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8、压盖；81、凹槽；
具体实施方式
[0035]下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0036]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的。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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0037]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0038]下面详细描述本实用新型的实施例，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标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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的。
[0039]减摇陀螺的飞轮系统，在工作时，电机驱动飞轮高速旋转。现有技术方案中，为了防止飞轮、电机被盐雾腐蚀，外壳被制造成全密封形式，飞轮、电机及转速传感器等件置于外壳腔内；为了减小风阻，外壳腔内抽真空。现有技术中的转速传感器安装于外壳腔内，且转速传感器的电缆穿过外壳壁。为了保持外壳真空密封，转速传感器的电缆穿过外壳壁时必须做密封措施，导致外壳结构变得复杂，制造变得困难，并且难以完全避免缓慢泄漏或失效风险。
[0040]如图1至图3所示，本实施例提供一种飞轮系统，该飞轮系统包括外壳1、飞轮2、轴承3、电机4、转速检测装置和电机驱动器7。其中，外壳1具有密闭的容纳腔11；轴承3的外圈固定设置于外壳1，轴承3的内圈固定套设于飞轮2，飞轮2可通过轴承3相对外壳1转动，电机4安装于外壳1且位于容纳腔11内，电机4用于驱动飞轮2转动；转速检测装置包括永磁体51和磁电传感器52，其中，永磁体51位于容纳腔11内，磁电传感器52设置于外壳1外且安装于外壳1，永磁体51能够随飞轮2转动，并且永磁体51的磁场能够穿透外壳1且能够被磁电传感器52检测到，磁电传感器52和电机4均电连接于电机驱动器7，磁电传感器52可将检测到的磁场转换成电信号输出给电机驱动器7，以反馈飞轮2的实际转速，电机驱动器7依据该电信
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号对电机4的转速进行控制，电机4则可进一步驱动飞轮2转动，以实现对飞轮2转速的控制；并且磁电传感器52、电机驱动器7和电机4之间可组建闭环控制系统，当电机驱动器7判断飞轮2的转速偏大时，可减小电机4的转速，当飞轮2的转速偏小时，可增大电机4的转速。[0041]由于本实施例中的磁电传感器52位于外壳1外部，从而电缆无需穿过外壳1，可简化外壳1的结构，使外壳1便于加工且能够提升密封效果。[0042]具体地，如图1所示，飞轮系统还包括连接电机4的第一线缆61，以及与第一线缆61连接的电缆连接器62，电缆连接器62通过电缆连接电机驱动器7，电机驱动器7位于外壳1外，电缆连接器62穿设于外壳1且与外壳1密封连接，第一线缆61位于容纳腔11内。其中，电缆连接器62可采用真空电缆连接器62，当容纳腔11内抽真空后，真空电缆连接器62可保证容纳腔11内的真空环境不会发生泄漏。优选地，飞轮系统还包括第二线缆63，第二线缆63连接电机驱动器7和磁电传感器52。[0043]本实施例中，外壳1至少位于磁电传感器52和永磁体51之间的部分由非磁性材料制成，以便永磁体51的磁场向外壳1外部发散时不受磁性物质导磁影响。其中，磁电传感器52有多种，例如磁编码器、霍尔角度传感器、霍尔开关等。[0044]为了保证检测的准确性，在布置永磁体51和磁电传感器52时，永磁体51和磁电传感器52的相互位置尽量靠近。如图3所示，本实施例中，外壳1包括第一壳体12、第二壳体13、第一盖板14和第二盖板15，第一壳体12和第二壳体13密封连接并形成容纳腔11，第一壳体12具有连通于容纳腔11的第一开口122，第二壳体13具有连通于容纳腔11的第二开口131，第一盖板14和第一壳体12密封连接且将第一开口122密封，第二盖板15和第二壳体13连接且将第二开口131密封；飞轮2的第一端通过一个轴承3转动支撑于第一壳体12，飞轮2的第二端通过另一个轴承3转动支撑于第二壳体13，永磁体51设置于飞轮2的第一端，磁电传感器52设置于第一盖板14。[0045]具体地，沿飞轮2的轴向，永磁体51和磁电传感器52间隔设置于第一壳体12的两侧，如此设置，永磁体51和磁电传感器52之间的间距，仅比第一壳体12的壁厚稍厚，以保证检测的准确性。其中，可将第一壳体12采用非磁性材料制作，例如铝、铜、不锈钢等，以便永磁体51的磁场向第一壳体12外部发散时，第一壳体12不会产生干扰，对于第二壳体13的材质可不做限定。
[0046]本实施例中，第一壳体12和第二壳体13之间，第一盖板14和第一壳体12之间以及第二盖板15和第二壳体13之间均设有密封圈16，且第一壳体12和第二壳体13之间，第一盖板14和第一壳体12之间，以及第二盖板15和第二壳体13之间均通过螺栓连接，可保证容纳腔11的密封性能。[0047]可选地，如图1和图2所示，飞轮系统还包括压盖8，压盖8采用非磁性材料制成，压盖8套设于飞轮2，且位于飞轮2的一侧的轴端，永磁体51粘贴于压盖8。优选地，压盖8设有凹槽81，永磁体51嵌设于凹槽81内，如此可通过压盖8对永磁体51进行稳定固定，且可对其进行防护。需要注意的是，本实施例中的压盖8设有两个，飞轮2的两个轴端分别套设有一个压盖8，压盖8和飞轮2可通过螺栓固定，两个压盖8分别抵压于两个轴承3，以对两个轴承3进行轴向限位，永磁体51设置于邻近于第一壳体12的压盖8上。[0048]可选地，如图2所示，外壳1设有安装槽121，磁电传感器52嵌设于安装槽121内。具体地，本实施例中，外壳1的第一壳体12上设置有安装槽121，通过设置安装槽121，一方面可
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对磁电传感器52进行防护，另一方面可降低第一壳体12的局部壁厚且不会影响第一壳体12的整体腔体，通过降低第一壳体12的局部壁厚，可保证永磁体51的磁场在穿透第一壳体12后损失较小，以保证磁电传感器52检测信号的准确性。[0049]可选地，电机4包括转子41和定子42，转子41固定套设于飞轮2，定子42套设于转子41且固定于外壳1。本实施例的电机4采用无框直驱电机，定子42、转子41和飞轮2同轴设置，如此设置可无需采用齿轮等传动部件，并且电机4的体积可设计的比较小，有利于减小飞轮系统的整体体积。当然，在其他的实施例中，电机4也可根据需要采用普通的带框电机，带框电机的输出轴通过齿轮传动组件、带传动组件或链传动组件与飞轮2传动连接。[0050]本实施例还提供一种减摇陀螺，包括任一上述方案中的飞轮系统，减摇陀螺可用于减少船舶的摇摆。[0051]显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
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