稳定装置

1.一种交通工具稳定装置，所述交通工具稳定装置包括：一对支架，所述支架各自支撑于底托上，使得所述支架是大致相互并排的关系，每个所述支架通过一对间隔开的支座支撑一个转子，所述转子被该支座可旋转地支撑以绕第一轴线旋转；驱动装置，所述驱动装置支撑于所述支架上并且连接到各自的转子，以使所述转子能以基本恒定不变的角速度但相反的方向绕各自的第一轴线旋转；每个支架通过旋转枢轴轴承可旋转地支撑于底托上以可绕第二轴线旋转，所述第二轴线垂直于转子旋转的第一轴线；所述底托用于被固定到交通工具以使得当转子旋转时第一轴线和第二轴线的平均定向基本垂直于稳定轴的方向；所述交通工具稳定装置还包括一个控制装置，所述控制装置包括一个与支架互连的控制驱动装置。
2.根据权利要求1所述的交通工具稳定装置，其中在使用中该支架被定位为并排地横向位于交通工具内部。
3.根据权利要求2所述的交通工具稳定装置，其中该第一轴线的平均定向是基本共线的。
4.根据权利要求1所述的交通工具稳定装置，其中在使用中该支架相对于交通工具的纵轴线被并排地纵向定位在交通工具内部。
5.根据权利要求4所述的交通工具稳定装置，其中该第一轴线的平均定向是基本平行的。
6.根据权利要求1所述的交通工具稳定装置，其中在使用中该支架沿安装轴线定位，所述安装轴线位于交通工具的纵轴线和到纵轴线的横向之间的任何位置。
7.根据权利要求1、4、5或6所述的交通工具稳定装置，其中该支架从底托延伸到底托的相对侧。
8.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的交通工具稳定装置，其中，在进动力矩施加到转子的其中一个或两个上时，所述控制装置适于产生彼此大小相等但方向相反的支架进动。
9.根据权利要求8所述的交通工具稳定装置，其中控制装置包括该支架之间的齿轮互连机构。
10.根据权利要求9所述的交通工具稳定装置，其中该齿轮互连机构包括在每个支架上的至少局部圆形的齿轮元件，所述齿轮元件啮合互连。
11.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的交通工具稳定装置，其中至少一个支架连接第二驱动装置，所述第二驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架上时所被施加到支架上的惯性力和/或摩擦力。
12.根据权利要求11所述的交通工具稳定装置，其中第二驱动装置包括一个齿轮，所述齿轮与所述至少一个支架的齿轮元件啮合并且由第二驱动装置驱动，所述第二驱动装置由控制器控制，所述控制器适于检测由转子施加到支架的进动力矩的感应和变化并且适于使第二驱动装置促使支架产生相应移动以克服该支架的惯性。
13.根据权利要求12所述的交通工具稳定装置，其中该齿轮包括一个游星齿轮。
14.根据权利要求12所述的交通工具稳定装置，其中该齿轮包括一个蜗轮齿轮。
15.根据权利要求12所述的交通工具稳定装置，其中该齿轮包括一个螺旋齿轮。
16.根据权利要求12所述的交通工具稳定装置，其中该第二驱动装置适于能够根据控制器的致动而给支架施加阻尼力。
17.根据权利要求8所述的交通工具稳定装置，其中该控制装置包括绕着每个支架并且在每个支架之间延伸的传动绳索。
18.根据权利要求17所述的交通工具稳定装置，其中该绳索可以是柔性细长元件。
19.根据权利要求18所述的交通工具稳定装置，其中该柔性细长元件选自传动带、链索中的任一个。
20.根据权利要求17所述的交通工具稳定装置，其中至少一个支架连接第二驱动装置，所述第二驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架时所被施加到支架上的惯性力和/或摩擦力。
21.根据权利要求1所述的交通工具稳定装置，其中该控制装置包括一个与该支架驱动互连的流体驱动装置。
22.根据权利要求8所述的交通工具稳定装置，其中至少一个支架连接制动装置，所述制动装置适于在支架旋转超过预定位置时为该支架提供制动转矩，所述的预定位置从支架的中性位置偏移一定角度。
23.根据权利要求22所述的交通工具稳定装置，其中该制动装置包括该第二驱动装置。
24.根据权利要求23所述的交通工具稳定装置，其中该制动装置适于在由于施加到支架的进动力矩超过期望限制而使支架加速或减速旋转时，为支架提供制动转矩。
25.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的交通工具稳定装置，其中所述支架被基本共面的旋转枢轴轴承支撑于底托上，所述旋转枢轴轴承能够支撑来自基本位于单个平面的单个轴承组件的径向、轴向以及斜向载荷。
26.一种交通工具稳定装置，所述交通工具稳定装置包括：支撑于底托上的一个支架、由一对间隔开的支座支撑于该支架上以被该支座可旋转地支撑用于绕第一轴线旋转的一个转子、连接所述转子以使该转子能以基本恒定不变的角速度绕所述第一轴线旋转的一个驱动装置；该支架通过单个轴承组件可旋转地支撑于底托上以可绕第二轴线旋转，所述第二轴线垂直于转子的旋转的第一轴线，该底托用于被固定到交通工具以使得当转子旋转时第一轴线和第二轴线的平均定向基本垂直于稳定轴的方向。
27.根据权利要求26所述的交通工具稳定装置，其中该支架连接第二驱动装置，所述第二驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架上时所被施加到支架的惯性力和/或摩擦力。
28.根据权利要求26或27所述的交通工具稳定装置，其中所述支架被共面的旋转枢轴轴承支撑于底托上，所述旋转枢轴轴承能够支撑来自基本位于单个平面的单个轴承组件的径向、轴向以及倾斜载荷。
29.根据权利要求28所述的交通工具稳定装置，其中在使用中该第二轴线包括交通工具的直立轴。
30.一种交通工具，具有前述权利要求中的任一权利要求所要求保护的形式的交通工具稳定装置。
31.根据权利要求30所述的交通工具，其中该交通工具包括水上船舶。
32.根据权利要求30所述的交通工具，其中该底托的一侧是最高端。
33.根据权利要求30所述的交通工具，其中该底托的一侧是最低端。
34.根据权利要求30所述的交通工具，其中该底托的一侧是基本直立的。
35.根据权利要求30所述的交通工具，其中该底托的一侧是倾斜的。

稳定装置 \n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种可以用于诸如交通工具这样的移动式平台的稳定装置；在整个说明书中，术语“交通工具”应被认为包括任一种形式的能够在相关介质中移动的水上、陆地或空中的交通工具，并且还应被认为包括基本静止以及基本悬浮的平台，例如，期望保持平台基本静止的水上漂浮平台、空中平台、甚至外太空中的平台。静止平台的一个实例就是在钻井位置保持原位的浮式钻井平台。 \n[0002] 本发明的具体应用涉及一种可以用于水上船舶的稳定装置。根据本发明的稳定装置利用了陀螺系统。过去已提出了陀螺稳定系统，但是因为它们的质量和容纳它们所需的空间，使得它们通常被限制用于大型船舶上。但是，最近，可使用的滚动元件轴承和闭环控制设备都已降低了成本并可能减小了尺寸。所采取的定向限制了轴向轴承载荷，而该载荷将被要求用来支撑转子的重量。正是轴向载荷限制了转子速度并因此限制了所需的转子的重量。在GB243316、US5628267、GB581776、GB1315119中公开了过去已提出的装置实例。 [0003] 一些过去已提出的装置已经提出了：陀螺装置与一组翼片(foil)和/或舵进行主动配合来控制船舶的移动，而包括被动装置的其他装置用来控制交通工具的摇摆。 [0004] 发明内容\n[0005] 在整个说明书中，术语“稳定轴”应被认为包括转子运动所产生的进动力围绕该轴不起作用的轴线。在期望交通工具朝一个方向运动的情况下，“稳定轴”是运动方向。 [0006] 根据本发明的交通工具稳定装置包括：一对支架，所述支架各自支撑于底托上，使得所述支架是大致相互并排的关系，每个所述支架通过一对间隔开的支座支撑一个转子，所述转子被该支座可旋转地支撑以绕第一轴线旋转；驱动装置，所述驱动装置支撑于所述支架上并且连接到各自的转子，以使所述转子能以基本恒定不变的角速度但相 反的方向绕各自的第一轴线旋转；每个支架通过旋转枢轴轴承可旋转地支撑于底托上以可绕第二轴线旋转，所述第二轴线垂直于转子旋转的第一轴线；所述底托用于被固定到交通工具以使得当转子旋转时第一轴线和第二轴线的平均定向基本垂直于稳定轴的方向；所述交通工具稳定装置还包括一个控制装置，所述控制装置包括一个与支架互连的控制驱动装置。 [0007] 根据本发明的一个优选特征，支架以相互并排的关系被支撑，控制装置包括一个与支架互连的控制驱动装置。 \n[0008] 根据本发明的一个优选特征，在使用中，支架位于交通工具里面或上面，以及被定位为并排地横向位于交通工具内部。第一轴线是基本共线的。 \n[0009] 根据本发明的一个优选特征，在使用中，支架位于交通工具里面或上面，以及相对于交通工具的纵轴线被并排地纵向定位在交通工具内部。根据本发明的一个优选特征，第一轴线是基本平行的。 \n[0010] 根据本发明的一个优选特征，在使用中，支架以并排的关系沿安装轴线定位，所述安装轴线位于交通工具的纵轴线和到纵轴线的横向之间的任何位置。 \n[0011] 根据本发明的一个优选特征，支架以彼此相对的关系支撑于底托上，以从底托延伸到底托的相对侧。 \n[0012] 根据本发明的一个优选特征，所述支架连接有控制装置，在进动力矩施加到转子的其中一个或两个上时，所述控制装置适于产生彼此大小相等但方向相反的转子进动。 [0013] 根据本发明的一个优选特征，控制装置包括支架之间的齿轮互连机构。根据本发明的一个优选特征，该齿轮互连机构包括在每个支架上的至少局部圆形的齿轮元件，所述齿轮元件啮合互连。根据本发明的一个优选特征，至少一个支架连接第二驱动装置，所述第二驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架上时所被施加到支架上的惯性力和/或摩擦力。根据本发明的一个优选特征，第二驱动装置包括一个齿轮，所述齿轮与该至少一个支架的齿轮元件啮合并且由第二驱动装置驱动，所述第二驱动装置由控制器控制，所述控制器适于检测由转子施加到支架的进动力矩的感应和变化并且适于使第二驱动装置促 使支架产生相应移动以克服支架的惯性。根据一个实施方案，该齿轮包括一个游星齿轮(pinion gear)。根据另一实施方案，该齿轮包括一个蜗轮齿轮。根据又一实施方案，该齿轮包括一个螺旋齿轮。 \n[0014] 根据本发明的一个优选特征，其中第二驱动装置适于能够根据控制器的致动而给支架施加阻尼力。 \n[0015] 根据本发明的一个优选特征，控制装置包括绕着每个支架并且在每个支架之间延伸的传动绳索。根据本发明的一个优选特征，绳索可选自传动带、链索或类似的柔性细长元件中的任一个或它们的组合。根据本发明的一个优选特征，至少一个支架连接第二驱动装置，所述第二驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架时所被施加到支架上的惯性力和/或摩擦力。 \n[0016] 根据本发明的一个优选特征，控制装置包括一个与每个支架互连的流体驱动装置。根据本发明的一个优选特征，至少一个支架连接第二驱动装置，所述第二驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架上时所被施加到支架的惯性力和/或摩擦力。 [0017] 根据本发明的一个优选特征，该控制装置包括一个与该支架驱动互连的流体驱动装置。 \n[0018] 根据本发明的一个优选特征，至少一个支架连接制动装置，所述制动装置适于在支架旋转超过预定位置时为该支架提供制动转矩，所述的预定位置从支架的中性位置偏移一定角度。根据本发明的一个优选特征，制动装置包括该第二驱动装置。根据本发明的一个优选特征，制动装置适于在由于施加到支架的进动力矩超过期望限制而使支架加速或减速旋转时，为支架提供制动转矩。根据本发明的一个优选特征，制动装置包括一个或多个连接到一个或多个支架的线性致动器。 \n[0019] 根据本发明的一个优选特征，所述支架被基本共面的旋转枢轴轴承支撑于底托上，所述旋转枢轴轴承能够支撑来自基本位于单个平面的单个轴承组件的径向、轴向以及斜向载荷。 \n[0020] 根据另一个方面，本发明涉及一种交通工具稳定装置，所述交通工具稳定装置包括：支撑于底托上的一个支架、由一对间隔开的支座支撑于该支架上以被支座可旋转地支撑用于绕第一轴线旋转的一个转子、连接所述转子以使该转子能以基本恒定不变的角速度绕所述第一 轴线旋转的一个驱动装置；支架通过单个轴承组件可旋转地支撑于底托上以可绕第二轴线旋转，所述第二轴线垂直于转子的旋转的第一轴线，该底托用于被固定到交通工具以使得当转子旋转时第一轴线和第二轴线的平均定向(mean orientation)基本垂直于稳定轴的方向。 \n[0021] 根据本发明的一个优选特征，支架连接驱动装置，所述驱动装置适于克服在进动力矩被转子施加到支架上时所被施加到支架的惯性力和/或障擦力。 \n[0022] 根据本发明的一个优选特征，所述支架被基本共面的旋转枢轴轴承支撑于底托上，所述旋转枢轴轴承能够支撑来自基本位于单个平面的单个轴承组件的径向、轴向以及倾斜载荷。 \n[0023] 根据本发明的一个优选特征，在使用中，第二轴线基本包括交通工具的直立轴。 [0024] 根据另一个方面，本发明涉及具有上述形式的交通工具稳定装置的交通工具。 [0025] 根据本发明的一个优选特征，交通工具包括水上船舶。 \n[0026] 根据本发明的一个优选特征，底托的一侧是最高端。 \n[0027] 根据本发明的一个优选特征，底托的一侧是最低端。 \n[0028] 根据本发明的一个优选特征，其中底托的一侧是基本直立的。 [0029] 根据本发明的一个优选特征，其中底托的一侧是倾斜的。 \n[0030] 根据本发明的一个优选特征，其中该第二驱动装置包括一个齿轮，所述齿轮与另一个设置在至少一个支架上的齿轮元件啮合并且由第二驱动装置驱动，所述第二驱动装置由控制器控制，所述控制器适于检测由转子施加到支架的进动力矩的感应和变化并且适于使该第二驱动装置促使支架产生相应移动以克服支架的惯性。 \n[0031] 通过下面对若干具体实施方案的说明，会更全面地理解本发明。 [0032] 附图说明\n[0033] 参考附图进行说明，其中： \n[0034] 图1是根据第一实施方案的稳定装置的立体图； \n[0035] 图2是根据第一实施方案的稳定装置去除转子盖的立体图； \n[0036] 图3是根据第一实施方案的稳定装置的侧视图； \n[0037] 图4是根据第一实施方案的稳定装置的端视图；以及 \n[0038] 图5是第一实施方案的稳定装置沿图4的线5-5的侧视截面图； \n[0039] 图6是根据第二实施方案的稳定装置的立体图； \n[0040] 图7是根据第二实施方案的稳定装置去除转子盖的立体图； \n[0041] 图8是根据第二实施方案的稳定装置的侧视图； \n[0042] 图9是根据第二实施方案的稳定装置的端视图； \n[0043] 图10是第二实施方案的稳定装置沿图9的线5-5的侧视截面图。 [0044] 图11是本发明的第三实施方案的立体图； \n[0045] 图12是本发明的第四实施方案的示意性俯视图；以及 \n[0046] 图13是本发明的第五实施方案俯视图。 \n具体实施方式\n[0047] 实施方案各自涉及与机动游艇、商业运输船或者军用船舶联合使用的稳定装置。\n过去，由于陀螺系统的质量和该系统所占用的空间以及维修该系统转子的困难，所以将利用了该陀螺系统的稳定装置应用到机动游艇中是不切实际的。在机动游艇中，静止状态或低速移动占用了它们的大部分的运行时间，在这些情况下，由海面环境施于船舶的摇摆运动会是非常令人讨厌的。因而，期望最小化施于船舶的摇摆运动量。 \n[0048] 如图1至5所示的第一实施方案包括稳定装置，所述稳定装置用于安装在稳定轴平行于船舶纵轴线的机动游艇、商业运输船或者军用船舶中。稳定装置包括一对外壳11和\n13，并且每个外壳都设有支撑于底托17的转子盖15。每个转子盖罩有具有一对耳轴的转子\n19，所述耳轴可转动地支撑于支架23上。支架23包括一对支撑于底座31上的直立的支座\n25。沿支架的底座31，支座25被间隔开定位并且位于转子19的每一侧。每个直立的支座的上端设有容纳合适的轴承的轴颈27，所述轴承接收转子的耳轴21以使得转子在直立的支座25上绕第一轴线自由旋转，所述第一轴线位于每个转子的中心。每个转子连接支撑于直立的支座25上的液压马达29，以使得转子在支架23上旋转。在第一实施方案的情况下，每个底座31支撑于底托17上，并且底托以并排的关系相互连接，以使得运转中转子旋转的第一轴线的平均定向是基本共线的。尽管转子以相反的方向旋转，但是由每个马达29提供的驱动会使每个转子绕第一轴线以大小基本相等且恒定不变的角速度旋转。 [0049] 每个支架支撑于各自的底托17上以能够在底托上绕旋转的第二轴线旋转，所述旋转的第二轴线垂直于转子各自的第一轴线并且与各自转子19的第一轴线交叉。每个底托上底座的旋转支撑是由旋转枢轴轴承33提供的。底托17以并排的关系固定，以使得转子\n19旋转的第 一轴线共线，并且该实施方案安装在船舶内，使得第一轴线是船身的正横向。 [0050] 每个支架23通过两条传动带35相互连接，每条所述传动带都绕过两个支架，而且在支架之间交叉。由于这种带轮的布置，使得一个支架的旋转会引起另一个支架的方向相反但大小相等的旋转。 \n[0051] 另外，每个支架连接第二驱动装置(未示出)，所述第二驱动装置连接传感器以及相应的控制器，所述控制器能够检测何时支架可能受到由各自转子19施于支架的进动转矩并且能够提供转矩大小的指示。传感器本身可包括陀螺仪。使用第二驱动装置是为了克服在施加来自各自转子19的进动转矩时所被施加到支架的惯性力和/或摩擦力，以及为了使支架的运动能及时对任何这种进动转矩的施加作出响应，以及为了克服进动力的影响已消失时还包含在支架里的动量。 \n[0052] 另外，每个支架连接一个制动装置(未示出)，当支架的进动转动使得支架移动超出预定位置和/或被引起以高于期望的速率运动时，所述制动装置适于对支架施加制动转矩，所述预定位置与支架的中性位置有一定角度间隔。 \n[0053] 如图6至10所示的第二实施方案(对于对应的元件，使用如在第一实施方案中使用的相同的参考数字表示)包括稳定装置，所述稳定装置用于安装在稳定轴平行于船舶的纵轴线的机动游艇、商业运输船或者军用船舶中。稳定装置包括外壳11，所述外壳罩有一对转子19，每个所述转子具有一对耳轴，所述耳轴可转动地支撑于它们各自的支架23上。支架23各自包括一对支撑于底座31上的直立的支座25。沿支架的底座31，支座25被间隔开定位并且位于转子19的每一侧。每个直立的支座的上端设有容纳合适轴承的轴颈27，所述轴承接收转子的耳轴21以使得转子在直立的支座25上绕第一轴线自由旋转，所述第一轴线位于每个转子的中心。每个转子连接液压马达29，所述液压马达支撑于直立的支座25上并通过皮带轮传动连接各自的转子，以使得转子在支架23上旋转。在第二实施方案的情况下，每个底座31以并排的关系支撑于共同的底托17上，使得运转时转子旋转的第一轴线的平均定向是基本共线的。尽管转子以相反的方向旋转，但是由每个马达29提供的驱动会使每个转子绕第一轴线以大小基本相等且恒定不变的角速度旋转。 \n[0054] 每个支架支撑于底托上以能够绕旋转的第二轴线旋转，所述旋转的第二轴线垂直于转子各自的第一轴线并且与各自转子19的第一轴线交叉。底托上的每个底座的旋转支撑是由在各个底座和底托之间的旋转枢轴轴承33提供的。支架以并排的关系固定，以使得运转时转子19的旋转的第一轴线的平均定向共线，并且该实施方案安装在船舶内，使得第一轴线的平均定向是船身的正横向。 \n[0055] 每个支架的底座设有与第二轴线同心的环形齿轮41，并且支架23的环形齿轮啮合互连。由于支架通过环形齿轮啮合互连，因此一个支架的旋转会使得另一个支架发生方向相反但大小相等的旋转。 \n[0056] 另外，每个支架连接第二驱动装置43，所述第二驱动装置连接传感器以及相应的控制器，所述控制器能够检测何时支架可能受到由各自转子19施于支架的进动转矩并且能够提供转矩大小的指示。传感器本身可包括陀螺仪。第二驱动装置可操作地连接正齿轮\n45，所述正齿轮啮合接合环形齿轮中的一个，因此当致动第二驱动装置时，正齿轮被驱动以使得支架旋转。使用第二驱动装置是为了克服在施加来自各自转子19的进动转矩时所被施加到支架的惯性力和/或摩擦力，以及为了使支架的运动能及时对任何这种进动转矩的施加作出响应。另外，第二驱动装置能充当制动装置来控制在动量的影响下所引起的支架的连续旋转，该动量是在停止对支架施加进动力时随着转子的进动而被引入支架的。 [0057] 另外，每个支架连接一个制动装置(未示出)，当支架的进动转动使得支架移动超出预定位置和/或被引起以高于期望的速率运动时，所述制动装置适于对支架施加制动转矩，所述预定位置与支架的中性位置有一定角度间隔。该制动装置用于补充由正齿轮45施加的制动。 \n[0058] 如图11所示的第三实施方案包括单个转子，所述转子对应于第二实施方案的一个转子，其中船的稳定轴平行于船舶的纵轴线。运转时，转子的第一轴线的平均定向基本垂直于稳定轴。 \n[0059] 如图12所示的第四实施方案为第二实施方案的变体，其中虽然转子19以并排的关系沿船身的中心纵轴线定位，但是转子的旋转的第一轴线是平行的并沿船舶的正横向取向。稳定轴平行于船舶的纵轴线。 \n[0060] 如图13所示的第五实施方案为第二实施方案的变体，其中虽然转子19以并排的关系定位，但是它们安装到共同的底托17上，以使得支架支撑于该共同的底托的相对侧面上并使得转子的旋转的第一轴线平行。 \n[0061] 根据本发明的第六实施方案，第二轴线(是在各自底座上的支架的旋转轴线)正横向取向，并且旋转的第一轴线(是转子的旋转轴线)相对于船身是直立的。 [0062] 根据每个上述实施方案的替代实施方案，转子由电动机驱动。 [0063] 应当理解，每个实施方案的底托能够围绕稳定轴定位在其最低端或最高端，或者被定位在该最低端和最高端之间的任何角度位置。 \n[0064] 当把每个上述的实施方案用于水上船舶时，其中稳定轴包括平行于船舶纵轴线的轴线，使用方向相反但大小基本相等的角速度旋转的转子确保了在船舶受到绕船舶纵轴线的摇摆作用的情况下，该摇摆作用会部分地被转子的相应进动抵消。另外，在船舶进行绕直立轴的旋转运动(例如转向)的情况下，产生的转矩在转子之间是大小相等但方向相反的，因而相抵消。另外，在船舶进行绕垂直于稳定轴的水平轴的旋转运动的情况下，合成的转子进动运动将互相抵消，结果对该旋转或在其他轴上的稳定基本没有影响。 [0065] 每个实施方案的结构提供一种稳定装置，所述稳定装置与所有已知的现有技术不同之处在于，由于对转子的支撑位于转子的旋转轴的一侧，它有减小的外形。另外，这种布置便于转子的维护以及转子和马达的更换。因此，根据本实施方案的稳定装置能够应用在比现有技术稳定装置所应用的船舶更小的船舶上。 \n[0066] 整个说明书中，除上下文另有要求，措辞“包括(comprise)”或如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变体，应当理解为意味着包括所记载的整体或整体组，但不排除任何其他的整体或整体组。 \n[0067] 应当理解，本发明的范围不限制在上述实施方案中的具体布置或应用。