一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置及系统

1.本发明涉及减震降噪技术领域，尤其涉及一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置及系统。

背景技术：

2.随着经济全球化，海运占运输比例越来越大，这使得船舶的地位越来越重要。目前，船舰都采用传统螺旋桨轴系传动，但由于传统推进轴系占据船舱的15％～20％，船舱空间利用率低、结构日渐复杂化，设计和建造成本高、轴系过长对主机传输到推进器的能源效率低，同时带来更多的轴系振动和噪声等危害，所以企业开始采用更加先进的无轴轮缘推进器。虽然无轴轮缘推进器能够很大程度上降低轴系传递所产生振动与噪声，但是无轴轮缘推进器在推进过程中会产生脉动推力且无轴轮缘推进器通过基座与船舰直接连接，所以脉动推力直接传递到船舰上。脉动推力是无用并且有害的。对于水面舰船而言，脉动推力产生的振动会影响其乘坐的舒适性，同时对船体中的设备造成危害；对水下船舰而言，脉动推力造成船体振动产生的辐射噪声是其船体辐射噪声的主要来源，大大降低了水下船舰的声隐身性能。因此研究无轴轮缘推进器的减振具有非常重要的意义。
3.在无轴轮缘推进器所产生的脉动推力中，纵向脉动推力一般是横向脉动推力的数倍甚至数十倍，因此控制无轴轮缘推进器的纵向振动能更有效地降低船舰振动。噪声的控制一般有三种途径，一是从振源来解决，抑制或消除振源从而在根本上消除辐射噪声；二是从振动传递途径进行解决；三是在辐射面上来解决。从无轴轮缘推进器得纵向振动抑制来说，第二种措施，抑制效率最高且经济。
4.目前对于无轴轮缘推进器的振动抑制主要集中在吸振及隔振，例如附加高阻尼钢。因此，现有减振措施均无法适应脉冲推力的激励频率变化，以致于减振效果差的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置及系统，用以解决现有减振措施均无法适应脉冲推力的激励频率变化，以致于减振效果差的问题。
6.本发明提供一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，安装于推进器本体中，所述推进器本体包括壳体和无轴轮缘推进器，所述无轴轮缘推进器内置于所述壳体中，包括安装于无轴轮缘推进器一端或两端的一个或两个电磁作动器；一个或两个所述电磁作动器均包括磁芯骨架、导向环、永磁体骨架以及两个永磁体组，所述磁芯骨架与所述壳体可拆卸连接，所述导向环设置于所述磁芯骨架和所述永磁体骨架之间，所述永磁体骨架与所述无轴轮缘推进器可拆卸连接，两个所述永磁体组分别设置于所述磁芯骨架和所述永磁体骨架相对的一侧，两个所述永磁体组相对的一侧均与所述导向环滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力。
7.进一步的，所述电磁作动器还包括一电磁线圈和一供电设备，所述电磁线圈套设于其中一所述永磁体组上，所述电磁线圈与所述供电设备电性连接，通过改变供电设备的
输出电流的大小，用以调节被套设有所述电磁线圈的所述永磁体组的磁性大小，且两个所述电磁体组之间可形成一作用于所述无轴轮缘推进器的电磁力。
8.进一步的，所述磁芯骨架和所述永磁体骨架均呈环形盘状，所述磁芯骨架、所述导向环以及所述永磁体骨架均与所述无轴轮缘推进器同轴设置。
9.进一步的，每个所述永磁体组均包括沿所述磁芯骨架和/或所述永磁体骨架周向均匀设置的多个永磁体。
10.进一步的，所述导向环上沿其周向均匀开设有多个通孔，每个所述永磁体组中的多个所述永磁体与多个所述通孔一一对应，多个所述永磁体均与对应的所述通孔滑动连接。
11.进一步的，所述导向环与所述壳体固定连接；或
12.所述导向环与所述磁芯骨架固定连接；或
13.所述导向环与所述永磁体骨架固定连接。
14.进一步的，每个所述磁性体均经由一螺钉与所述磁芯骨架和/或所述永磁体骨架可拆卸连接。
15.本发明还提供一种用于无轴轮缘推进器轴向减振系统，包括如上所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，还包括一控制组件，所述控制组件具有一检测端和控制端，所述检测端用以检测所述无轴轮缘推进器的震动状态，所述控制端与所述供电设备连接，用以驱动所述供电设备动作。
16.进一步的，所述检测端包括一位移传感器，所述位移传感器固定设置于所述壳体上，所述位移传感器可检测所述永磁体骨架相对于所述壳体的相对位移，用以得出两个所述永磁体组之间的距离大小。
17.进一步的，所述检测端包括一加速度传感器，所述加速度传感器固定设置于所述壳体上，所述加速度传感器可检测所述壳体的轴向加速度大小，用以得出轴向脉冲推力的大小。
18.与现有技术相比，提供一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其中，通过设置与壳体可拆卸连接的磁芯骨架以及与无轴轮缘推进器可拆卸连接的永磁体骨架，当无轴轮缘推进器产生脉冲推力时，可转化为磁芯骨架和永磁体骨架两者之间的相对运动，通过设置两个永磁体组分别设置于磁芯骨架和永磁体骨架相对的一侧，两个永磁体组相对的一侧均与导向环滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力，在非接触式相互作用力下，使该电磁作动器能够有效的吸收脉冲推理，该电磁作动器具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、可靠性高及具有复位功能等优点，可有效减少无轴轮缘推进器脉动推力，从而减小船舰轴向振动；
19.还提供一种用于无轴轮缘推进器轴向减振系统，通过检测端检测无轴轮缘推进器的振动状态，来实施的控制电磁线圈的电流大小，从而实现有效的控制脉冲推力，以减小振动的效果，同时，未被套设有电磁线圈的永磁体组会受到与被套设有电磁线圈的磁性体组大小相同、方向相反的电磁力，并经永磁体骨架可传到无轴轮缘推进器，从而实时控制无轴轮缘推进器所传递到舰身的脉冲推力，最终抑制舰身的轴向振动。
附图说明
20.图1为本发明提供的推进器本体的整体示意图；
21.图2为本发明提供的推进器本体的爆炸示意图；
22.图3为本发明提供的一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置安装于推进器本体的结构示意图；
23.图4为本发明提供的一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置本实施例中整体的结构示意图；
24.图5为本发明提供的一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置两个磁性体组之间的磁性连接示意图；
25.图6为本发明提供的一种用于无轴轮缘推进器轴向减振系统本实施例中整体的结构示意图；
26.图7为本发明提供的一种用于无轴轮缘推进器轴向减振系统的控制原理图。
具体实施方式
27.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
28.为便于理解，先对该轴向减震装置以及减震系统的应用场景进行说明，本发明实施例中的减震装置以及减震系统均安装于推进器本体100中，如图1所示，推进器本体100包括壳体和无轴轮缘推进器140，无轴轮缘推进器140内置于壳体中。
29.具体的，如图2-3所示，壳体包括沿一轴线方向依次首尾连接的法兰110、轮缘基座120以及轴端套筒130，其中，无轴轮缘推进器140内置于轮缘基座120中，需要说明的是，无轴轮缘经由电磁作动器200与轮缘基座120连接，通过电磁作动器200，以减小无轴轮缘推进器140传递至舰身的脉冲推力。
30.需要说明的是，舰身所承受的推力主要有两部分组成：
31.1)该装置外海水对该装置截面的静态推力及无轴轮缘推进器140中静态推力；
32.2)无轴轮缘推进器140通过电磁作动器200、轮缘基座120以及法兰110传递至舰身的脉冲推力。
33.根据上述受力特性，本发明实施例通过电磁作动器200自身的功能来减少无轴轮缘推进器140传递舰身的脉冲推力，从而减小舰身的振动。
34.可以理解的是，为了减小上述脉冲推理，电磁作动器200布置于轮缘基座120的内环中，且电磁作动器200与轮缘基座120的内环存在一定间隙，间隙里面填充润滑散热材料。同理，无轴轮缘推进器140也布置于轮缘基座120的内环中，无轴轮缘推进器140与轮缘基座120内环同样存在一定间隙，间隙里面填充润滑散热材料。其目的在于，电磁作动器200的移动来吸收脉冲推力，从而达到减小震动的效果，同时，无轴轮缘推进器140与轮缘基座120之间不是硬性连接，可将其本身的震动传递至电磁作动器200上。
35.如图3-4所示，本实施例中的一种用于无轴轮缘推进器140轴向减振装置，包括安装于无轴轮缘推进器140一端或两端的一个或两个电磁作动器200；一个或两个电磁作动器200均包括磁芯骨架210、导向环220、永磁体骨架230以及两个永磁体组240，磁芯骨架210与壳体可拆卸连接，导向环220设置于磁芯骨架210和永磁体骨架230之间，永磁体骨架230与
无轴轮缘推进器140可拆卸连接，两个永磁体组240分别设置于磁芯骨架210和永磁体骨架230相对的一侧，两个永磁体组240相对的一侧均与导向环220滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力。
36.其中，通过设置与壳体可拆卸连接的磁芯骨架210以及与无轴轮缘推进器140可拆卸连接的永磁体骨架230，当无轴轮缘推进器140产生脉冲推力时，可转化为磁芯骨架210和永磁体骨架230两者之间的相对运动，通过设置两个永磁体组240分别设置于磁芯骨架210和永磁体骨架230相对的一侧，两个永磁体组240相对的一侧均与导向环220滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力，在非接触式相互作用力下，使该电磁作动器200能够有效的吸收脉冲推理，该电磁作动器200具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、可靠性高及具有复位功能等优点，可有效减少无轴轮缘推进器140脉动推力，从而减小船舰轴向振动。
37.为了进一步适应上述复杂的脉冲推力，在一个优选的实施例中，电磁作动器200还包括一电磁线圈250和一供电设备，电磁线圈250套设于其中一永磁体组240上，电磁线圈250与供电设备电性连接，通过改变供电设备的输出电流的大小，用以调节被套设有电磁线圈250的永磁体组240的磁性大小，即可根据两个永磁体组240之间的距离大小，施加给电磁线圈250相应的电流大小，以良好的吸收或释放上述脉冲推力，且两个电磁体组之间可形成一作用于无轴轮缘推进器140的电磁力。
38.在一个优选的实施例中，磁芯骨架210和永磁体骨架230均呈环形盘状，磁芯骨架210、导向环220以及永磁体骨架230均与无轴轮缘推进器140同轴设置。
39.为了使磁芯骨架210和/或永磁体骨架230受力均匀，在一个优选的实施例中，每个永磁体组240均包括沿磁芯骨架210和/或永磁体骨架230周向均匀设置的多个永磁体。需要说明的是，每个永磁体组240中的永磁体的数量不受限制，根据具体情况而定。本实施方案中的每个永磁体组240中的永磁体的数量为六个。
40.为了便于限制磁芯骨架210和永磁体骨架230之间的相对移动方向，在一个优选的实施例中，导向环220上沿其周向均匀开设有多个通孔221，每个永磁体组240中的多个永磁体与多个通孔221一一对应，多个永磁体均与对应的通孔221滑动连接。
41.当然，在其它优选的实施例中，导向环220还可以采用其他形式的滑动结构来实现。应当说明的是，导向环220的结构不应当影响两个磁性体组之间的斥力。
42.在一个优选的实施例中，导向环220与壳体固定连接，可以理解的是，导向环220也可以与磁芯骨架210固定连接，或导向环220与永磁体骨架230固定连接。导向环220只要能够起到限制磁芯骨架210和永磁体骨架230之间的相对移动方向的功能即可。
43.在一个优选的实施例中，每个磁性体均经由一螺钉与磁芯骨架210和/或永磁体骨架230可拆卸连接。
44.当然，磁性体也可以采用其他的连接方式来实现与磁芯骨架210和/或永磁体骨架230之间的可拆卸连接。
45.本发明还提供一种用于无轴轮缘推进器140轴向减振系统，包括如上的用于无轴轮缘推进器140轴向减振装置，还包括一控制组件300，如图6所示。
46.其中，通过检测端检测无轴轮缘推进器140的振动状态，来实施的控制电磁线圈250的电流大小，从而实现有效的控制脉冲推力，以减小振动的效果。
47.在一个优选的实施例中，检测端包括一位移传感器320，位移传感器320固定设置
于壳体上，位移传感器320可检测永磁体骨架230相对于壳体的相对位移，用以得出两个永磁体组240之间的距离大小。
48.在一个优选的实施例中，检测端包括一加速度传感器330，加速度传感器330固定设置于壳体上，加速度传感器330可检测壳体的轴向加速度大小，用以得出轴向脉冲推力的大小。
49.具体实施时，无轴轮缘推进器140产生推力推动永磁体骨架230在轮缘基座120的内环中运动，布置轮缘基座120上的位移传感器320实时测量永磁体骨架230与轮缘基座120的轴向相对位移信号，布置轮缘基座120上的加速器传感器实时测量轮缘基座120的加速度信号，传感器测量出信号后实时反馈给控制器310(即控制端)。
50.其中，控制器310根据永磁体骨架230与轮缘基座120的轴向相对位移信号得出两个永磁体组240之间的相对距离，控制器310根据轮缘基座120的加速度信号得出无轴轮缘推进器140的加速度信号。
51.控制器310根据无轴轮缘推进器140的加速度信号以及两个永磁体组240之间的相对距离信号，可输出到相应的功率放大器，从而控制电磁线圈250的电流，电磁线圈250电流改变后，被套设有电磁线圈250的磁性体组在磁场中可产生电磁力。根据牛顿第三定律，未被套设有电磁线圈250的永磁体组240会受到与被套设有电磁线圈250的磁性体组大小相同、方向相反的电磁力，并经永磁体骨架230可传到无轴轮缘推进器140，从而实时控制无轴轮缘推进器140所传递到舰身的脉冲推力，最终抑制舰身的轴向振动。
52.因此，改变电磁作动器200的电磁激励力(即上述电磁力)只需改变两个磁性体组之间的距离(磁芯骨架210和永磁体骨架230之间距离)以及电磁线圈250的电流带下，操作方便。
53.在一个优选的实施例中，两个磁性体组相对一侧的磁极同名，如图5所示，其磁场沿中心轴均匀分布，以便当电磁线圈250通电时，永磁体能够受到与无轴轮缘推进器140脉冲推力相反的电磁激励力。
54.在一个优选的实施例中，电磁作动器200中的两个磁性体组的磁极同盟布置，并用于产生电磁排斥力。该排斥力随着磁性体组之间间隙和电磁线圈250通电电流的变化而变化，该系统的刚度也可以改变，以达到半主动控制的目。
55.如图7所示，该装置原理是该系统可等效为一个单自由度隔振系统，无轴轮缘推进器140的激励力为：
56.f＝f0sinωt，
57.其中，隔振系统受到激励力为f0sinωt，传到舰身的幅值为f1，无轴轮缘推进器140激励频率为ω，隔振系统受到的初始激励力为f0。
58.根据上述作用于无轴轮缘推进器140的激励力为f0sinωt，即可得到一激励位移x，可推出主动隔振系数为：
[0059][0060]
其中，c表示系统阻尼系数，m表示系统质量，在不同的无轴轮缘推进器140激励频率为ω的情况下，电磁作动器200可适当调整刚度k从而减低主动隔振系数，从而改善隔振效果。
[0061]
需要说明的是，系统刚度k主要通过调节两个磁性体组之间距离δ及电磁线圈250的通电电流大小来实现。在两个磁性体组之间距离δ一定的情况下，电磁线圈250的通电电流越大，对应的系统刚度越大；在电磁线圈250的通电电流一定的情况下，两个磁性体组之间距离δ越小，对应的系统刚度越大，即通过调节电磁线圈250的电流大小以及两个磁性体组之间距离δ可以实现宽带电磁刚度范围调整。
[0062]
需要说明的是，两个磁性体组之间存在均匀气隙，以便能够产生轴向电磁激励力，气隙大小由所需电磁激励力而定。
[0063]
与现有技术相比：提供一种用于无轴轮缘推进器140轴向减振装置，其中，通过设置与壳体可拆卸连接的磁芯骨架210以及与无轴轮缘推进器140可拆卸连接的永磁体骨架230，当无轴轮缘推进器140产生脉冲推力时，可转化为磁芯骨架210和永磁体骨架230两者之间的相对运动，通过设置两个永磁体组240分别设置于磁芯骨架210和永磁体骨架230相对的一侧，两个永磁体组240相对的一侧均与导向环220滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力，在非接触式相互作用力下，使该电磁作动器200能够有效的吸收脉冲推理，该电磁作动器200具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、可靠性高及具有复位功能等优点，可有效减少无轴轮缘推进器140脉动推力，从而减小船舰轴向振动；
[0064]
还提供一种用于无轴轮缘推进器140轴向减振系统，通过检测端检测无轴轮缘推进器140的振动状态，来实施的控制电磁线圈250的电流大小，从而实现有效的控制脉冲推力，以减小振动的效果，同时，未被套设有电磁线圈250的永磁体组240会受到与被套设有电磁线圈250的磁性体组大小相同、方向相反的电磁力，并经永磁体骨架230可传到无轴轮缘推进器140，从而实时控制无轴轮缘推进器140所传递到舰身的脉冲推力，最终抑制舰身的轴向振动。
[0065]
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技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，安装于推进器本体中，所述推进器本体包括壳体和无轴轮缘推进器，所述无轴轮缘推进器内置于所述壳体中，其特征在于，包括安装于无轴轮缘推进器一端或两端的一个或两个电磁作动器；一个或两个所述电磁作动器均包括磁芯骨架、导向环、永磁体骨架以及两个永磁体组，所述磁芯骨架与所述壳体可拆卸连接，所述导向环设置于所述磁芯骨架和所述永磁体骨架之间，所述永磁体骨架与所述无轴轮缘推进器可拆卸连接，两个所述永磁体组分别设置于所述磁芯骨架和所述永磁体骨架相对的一侧，两个所述永磁体组相对的一侧均与所述导向环滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力。2.根据权利要求1所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其特征在于，所述电磁作动器还包括一电磁线圈和一供电设备，所述电磁线圈套设于其中一所述永磁体组上，所述电磁线圈与所述供电设备电性连接，通过改变供电设备的输出电流的大小，用以调节被套设有所述电磁线圈的所述永磁体组的磁性大小，且两个所述电磁体组之间可形成一作用于所述无轴轮缘推进器的电磁力。3.根据权利要求1所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其特征在于，所述磁芯骨架和所述永磁体骨架均呈环形盘状，所述磁芯骨架、所述导向环以及所述永磁体骨架均与所述无轴轮缘推进器同轴设置。4.根据权利要求1所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其特征在于，每个所述永磁体组均包括沿所述磁芯骨架和/或所述永磁体骨架周向均匀设置的多个永磁体。5.根据权利要求4所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其特征在于，所述导向环上沿其周向均匀开设有多个通孔，每个所述永磁体组中的多个所述永磁体与多个所述通孔一一对应，多个所述永磁体均与对应的所述通孔滑动连接。6.根据权利要求1所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其特征在于，所述导向环与所述壳体固定连接；或所述导向环与所述磁芯骨架固定连接；或所述导向环与所述永磁体骨架固定连接。7.根据权利要求4所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，其特征在于，每个所述磁性体均经由一螺钉与所述磁芯骨架和/或所述永磁体骨架可拆卸连接。8.一种用于无轴轮缘推进器轴向减振系统，其特征在于，包括如权利要求2中所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振装置，还包括一控制组件，所述控制组件具有一检测端和控制端，所述检测端用以检测所述无轴轮缘推进器的震动状态，所述控制端与所述供电设备连接，用以驱动所述供电设备动作。9.根据权利要求8所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振系统，其特征在于，所述检测端包括一位移传感器，所述位移传感器固定设置于所述壳体上，所述位移传感器可检测所述永磁体骨架相对于所述壳体的相对位移，用以得出两个所述永磁体组之间的距离大小。10.根据权利要求8所述的用于无轴轮缘推进器轴向减振系统，其特征在于，所述检测端包括一加速度传感器，所述加速度传感器固定设置于所述壳体上，所述加速度传感器可检测所述壳体的轴向加速度大小，用以得出轴向脉冲推力的大小。

技术总结

本发明涉及一种用于无轴轮缘推进器轴向减振装置及系统，安装于推进器本体中，推进器本体包括壳体和无轴轮缘推进器，无轴轮缘推进器内置于壳体中，其中，轴向减振装置包括安装于无轴轮缘推进器一端或两端的一个或两个电磁作动器；一个或两个电磁作动器均包括磁芯骨架、导向环、永磁体骨架以及两个永磁体组，磁芯骨架与壳体可拆卸连接，导向环设置于磁芯骨架和永磁体骨架之间，永磁体骨架与无轴轮缘推进器可拆卸连接，两个永磁体组分别设置于磁芯骨架和永磁体骨架相对的一侧，两个永磁体组相对的一侧均与导向环滑动连接、且之间形成相互排斥的磁性力；解决现有减振措施均无法适应脉冲推力的激励频率变化，以致于减振效果差的问题。题。题。