本發(fā)明涉及一種推進力大小和方向可控的推進裝置和包括這種推進裝置的運輸設備。

此外，本發(fā)明還涉及一種平板搬運器。

背景技術：

傳統(tǒng)的推進裝置利用螺旋槳旋轉生成的氣流或水流產生向前的推進力，推進力的方向通常是固定的，若要改變前進的方向，通常需要其他機構的輔助。例如，在船舶領域中，螺旋槳的偏航通常需要依靠船舵和推舵裝置來實現(xiàn)，其結構復雜、重量大且操縱不靈活。而且，槳電機、舵電機及其傳動機構布置于螺旋槳上方，造成船體重心上移，在有風浪時容易發(fā)生船體的傾覆。

在船舶領域中，目前研究的熱點是吊艙式電力推進裝置，其推進電機安裝在密封的艙體內，前端裝有固定螺距螺旋槳，艙體吊掛在可360度旋轉的安裝平臺上，安裝平臺固定在船體上。吊艙式推進裝置可以像舵一樣控制推進力的方向，也可以使螺旋槳軸旋轉360度，從而在各個方向上提供推力。但是其結構復雜、造價高、維修昂貴。而且，吊艙和槳軸密封困難，并且其能夠傳遞的功率受到限制。

中國專利文獻cn101607593在背景技術中公開了具有傳動尾槳的直升機，其朝向和軸線是固定的。直升機的升力來自于上方的旋翼，旋翼提供升力的同時，直升機機身會因反扭矩的作用產生反方向旋轉的趨勢。對于單旋翼直升機，需靠尾槳在機身尾部產生抵消反向運動的力矩。直升機完成前進、升降、懸停、轉彎等機動動作是由控制主旋翼來完成的，因此主旋翼機構異常復雜。而尾槳由于軸線固定，產生推進力的方向相對于載體本身是固定不變的，只起到輔助平衡的作用。如果直升機的尾槳軸線可以改變方向，直升機的機動性將大大提高。

另外，中國專利文獻cn101607593公開了一種推進裝置，尤其是一種直升機尾部矢量推進螺旋槳裝置，其直升機的尾槳軸線可以改變方向，可使直升機尾槳產生自旋、滾轉和偏航運動，從而得到大小和方向可控的推進力。這是通過自旋運動電機、滾轉運動電機和偏航運動電機驅動各自的傳動機構實現(xiàn)。自旋運動電機通過帶聯(lián)軸器的自旋運動傳動軸驅動自旋運動一級錐齒輪、自旋運動二級錐齒輪、自旋運動三級錐齒輪進而驅動與自旋運動三級錐齒輪軸接的螺旋槳做自旋運動。滾轉運動電機驅動軸接的滾轉運動小齒輪、滾轉運動大齒輪、轉動支架，最終帶動轉動支架上的中間傳動軸和架設在中間傳動軸上的螺旋槳支架、軸和螺旋槳做滾轉運動。偏航運動電機驅動偏航運動小齒輪、偏航運動大齒輪、偏航運動傳動軸，進而帶動偏航運動一級錐齒輪、二級錐齒輪，最終帶動中間傳動軸上的螺旋槳支架、軸和螺旋槳偏擺，實現(xiàn)偏航運動。但是其自旋、滾轉和偏航運動的傳動鏈發(fā)生了交叉，相互之間存在運動耦合現(xiàn)象。

此外，在現(xiàn)代倉儲領域中，類似于飛機和船舶領域，需要各個車輪能夠自由轉向的平板搬運器，使得平板搬運器能夠沿著任意路徑行進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，利用簡單的結構提供一種能夠克服上述缺陷的推進力大小和方向可控的推進裝置(又稱矢量推進裝置)。

根據本發(fā)明的推進裝置包括：槳；主推電機，其作為槳的推進動力源；第一差速器，其包括第一差速器殼體、第一半軸和第二半軸，主推電機驅動第一差速器殼體轉動；第二差速器，其包括第二差速器殼體、第一半軸和第二半軸；第一傳動機構，其設置在第一差速器的第一半軸和第二差速器的第一半軸之間；第二傳動機構，其設置在第一差速器的第二半軸和第二差速器的第二半軸之間；轉向電機，其用于驅動第二差速器殼體轉動；其中，槳軸固定連接至第二差速器的行星齒輪的軸；其中，第一傳動機構的傳動比與第二傳動機構的傳動比大小相同、正負相反。

與現(xiàn)有技術已知的推進裝置相比，根據本發(fā)明的推進裝置結構簡單、成本低廉。而且，主推電機驅動槳圍繞水平軸線旋轉以產生推進力(自旋運動)的傳遞路徑和轉向電機驅動槳圍繞豎直軸線旋轉以實現(xiàn)偏航運動的傳遞路徑互不影響、不存在運動耦合，并且根據本發(fā)明的裝置可實現(xiàn)同時改變推進力的大小和方向。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，主推電機、第一差速器、第二差速器、第一傳動機構、第二傳動機構和轉向電機可基本上與槳布置在同一水平高度上。由此，例如在應用于船舶時，可以降低船體的重心，即便在有大風浪時，船體也能保持穩(wěn)定。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，第一傳動機構可以由相互嚙合的第一齒輪和第二齒輪構成，第二傳動機構可以由第三齒輪、第四齒輪和位于第三齒輪和第四齒輪之間且與第三齒輪和第四齒輪嚙合的惰輪構成，其中，第一齒輪與第二齒輪的齒數比等于第三齒輪與第四齒輪的齒數比。由此，通過簡單的結構實現(xiàn)了傳動比大小相同、正負相反的第一傳動機構和第二傳動機構。

當然，也可以采用其他類型的傳動比大小相同、正負相反的兩個傳動機構作為第一傳動機構和第二傳動機構。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，在第一差速器殼體上可以一體形成有從動齒輪，主推電機可以通過齒輪傳動機構、例如一個與第一差速器殼體上的從動齒輪嚙合的主動齒輪驅動第一差速器殼體。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，在第二差速器殼體上可以一體形成有從動齒輪，轉向電機可以通過另一齒輪傳動機構、例如一個與第二差速器殼體上的從動齒輪嚙合的主動齒輪驅動第二差速器殼體。

根據本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，在第二差速器殼體上可以一體形成有鏈輪，轉向電機可以通過鏈條傳動機構驅動第二差速器殼體。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，推進裝置可以包括控制裝置，一方面，控制裝置可以對主推電機的電機軸的轉速進行控制，從而控制槳的自旋速度，進而控制推進裝置所產生的推進力的大小。另一方面，控制裝置可以對轉向電機的啟動停止以及轉向電機的電機軸的旋轉方向進行控制，以控制槳的偏航運動的方向和角度，從而實現(xiàn)控制推進裝置所產生的推進力的方向。

根據本發(fā)明的另一方面，提出了一種運輸設備，包括根據本發(fā)明的推進裝置。例如，運輸設備可以為船舶，根據本發(fā)明的推進裝置可以應用于船舶的螺旋槳。運輸設備例如還可以為直升機，在此情況下，根據本發(fā)明的推進裝置可以應用于直升機尾槳，可以使直升機尾槳做自旋和/或偏航運動，從而產生大小和方向均可變化的推進力。

根據本發(fā)明的另一方面，提出了一種平板搬運器，其包括動力源和多個行進裝置。每一行進裝置分別包括：第一差速器，其包括第一差速器殼體、第一半軸和第二半軸，動力源驅動第一差速器殼體轉動；第二差速器，其包括第二差速器殼體、第一半軸和第二半軸；第一傳動機構，其設置在第一差速器的第一半軸和第二差速器的第一半軸之間；第二傳動機構，其設置在第一差速器的第二半軸和第二差速器的第二半軸之間；轉向電機，其驅動第二差速器殼體轉動；車輪，其固定連接至第二差速器的行星齒輪的軸；其中，第一傳動機構的傳動比與第二傳動機構的傳動比大小相同、正負相反。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，平板搬運器可以包括四個所述行進裝置。根據本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，平板搬運器可以包括六個所述行進裝置，其中兩個行進裝置作為惰輪。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，平板搬運器可以僅包括一個動力源，動力源的動力通過一個或多個差速器平均分配到各個行進裝置上。

根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，平板搬運器還可以包括控制裝置，通過控制行進裝置的動力源和/或轉向電機來控制各個車輪的轉速和/或轉向。

本發(fā)明的這種平板搬運器能夠以一種非常簡單的結構實現(xiàn)完全沒有轉彎半徑的全方位平移運動，例如沿成直角的路徑行進，其尤其適于現(xiàn)代的黑燈(無人操作)車間，搬運空間要求很小，操作非常靈活。

附圖說明

下面根據附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。附圖中：

圖1示意性地示出了根據本發(fā)明的推進裝置的一種優(yōu)選實施方式；

圖2示出了在僅主推電機驅動時在圖1所示的推進裝置中的示意性動力傳遞路徑；

圖3示出了在僅轉向電機驅動時在圖1所示的推進裝置中的示意性動力傳遞路徑；

圖4示意性地示出了根據本發(fā)明的平板搬運器的一種優(yōu)選實施方式。

具體實施方式

圖1示出了根據本發(fā)明的推進力大小和方向可控的推進裝置1(又稱矢量推進裝置)的一種優(yōu)選實施方式。推進裝置1包括作為推進動力源的主推電機8、在主推電機8的驅動下可圍繞水平軸線x旋轉、即自旋的槳7以及驅動槳7做偏航運動、即圍繞豎直軸線y旋轉的轉向電機6。

推進裝置1還包括位于主推電機8和槳7之間的第一差速器2和第二差速器3。第一差速器2和第二差速器3可以使用目前已知的各種差速器或者差速傳動機構。

在圖1所示的優(yōu)選實施方式中，以第一差速器2為例，對所使用的差速器的結構做簡單描述。第一差速器2包括第一半軸21、第二半軸22和第一差速器殼體23。第一差速器2還包括與第一半軸21一體形成的第一錐形齒輪201、與第二半軸22一體形成的第二錐形齒輪202、位于第一錐形齒輪201和第二錐形齒輪202之間并且同時與這兩個錐形齒輪嚙合的多個行星齒輪203以及支撐這些行星齒輪203的行星齒輪架204。第一差速器殼體23包圍著上述構件并與行星齒輪架204一體形成。在第一差速器殼體23上一體形成有主推從動齒輪，主推電機8通過齒輪傳動機構、例如主推主動齒輪9驅動主推從動齒輪旋轉，從而驅動第一差速器殼體23旋轉，此時在第一差速器2的第一半軸21和第二半軸22處輸出大小相同、方向相同的旋轉。差速器的其他具體結構和詳細工作原理對于本領域技術人員來說是熟知的，在此不再另做贅述。可以選擇與第一差速器2結構相同的差速器作為第二差速器3。

推進裝置1還包括設置在第一差速器2的第一半軸21和第二差速器3的第一半軸31之間的第一傳動機構4和設置在第一差速器2的第二半軸和22和第二差速器3的第二半軸23之間的第二傳動機構5。在本實施方式中，第一傳動機構4由相互嚙合的第一齒輪41和第二齒輪42構成，第一齒輪41固定在第一差速器2的第一半軸21上，第二齒輪42固定在第二差速器3的第一半軸31上。第二傳動機構5由第三齒輪51、第四齒輪53和位于第三齒輪51和第四齒輪53之間且與第三齒輪51和第四齒輪53嚙合的惰輪52構成，第三齒輪51固定在第一差速器2的第二半軸22上，第四齒輪53固定在第二差速器3的第二半軸32上。第一齒輪41與第二齒輪42的齒數比等于第三齒輪51與第四齒輪53的齒數比，即兩個傳動機構的傳動比大小相同，但是由于第二齒輪傳動機構中惰輪的存在，兩個傳動機構的傳動比正負相反。當然，第一傳動機構4和第二傳動機構5也可以采用其他類型的傳動機構，只要第一傳動機構的傳動比i1和第二傳動機構的傳動比i2滿足如下關系：i1＝-i2。

在第二差速器3的殼體33上同樣一體形成有轉向從動齒輪，轉向電機6通過齒輪傳動機構、例如轉向主動齒輪10驅動轉向從動齒輪旋轉，從而驅動第二差速器殼體33旋轉。槳7的水平軸與第二差速器3的錐形齒輪303的軸固定連接，錐形齒輪的軸支撐在行星齒輪架上，進而支撐在與行星齒輪架一體形成的第二差速器殼體33上。

圖2示出了在僅主推電機8驅動時在圖1所示的推進裝置1中的示意性動力傳遞路徑。為了清晰起見，在圖2中省去了與圖1中相同的各個部件的附圖標記。此外，在圖2中繪出了各個齒輪的旋轉方向，表示齒輪的旋轉方向從圖紙外向圖紙內，表示齒輪的旋轉方向從圖紙內向圖紙外。

當主推電機8驅動時，主推電機8的旋轉經由主推主動齒輪9和與之嚙合的在第一差速器殼體23上一體形成的主推從動齒輪被傳遞至第一差速器殼體23，帶動第一差速器殼體23旋轉。根據第一差速器2的工作原理，此時

n0＝n1＝n2，

其中，n0表示第一差速器殼體23的轉速，n1表示第一差速器2的第一半軸21的轉速，n2表示第一差速器2的第二半軸22的轉速。第一差速器2的第一半軸21和第二半軸22以大小相同、方向相同的轉速旋轉。繼而，第一差速器2的第一半軸21的旋轉經由第一齒輪傳動機構4的相互嚙合的第一齒輪41、第二齒輪42傳遞至第二差速器3的第一半軸31；同時，第一差速器2的第二半軸22的旋轉經由第二齒輪傳動機構5的第三齒輪51、惰輪52和第四齒輪53傳遞至第二差速器3的第二半軸32。如圖所示，此時，在第二差速器3的第一半軸31處和第二半軸32處的旋轉方向相反。另外，由于第一齒輪傳動機構4的傳動比與第二齒輪傳動機構5的傳動比大小相同，即第一齒輪41(齒數為z1)與第二齒輪42(齒數為z2)的齒數比等于第三齒輪51(齒數為z3)與第四齒輪53(齒數為z4)的齒數比，即所以在第二差速器3的第一半軸31處和第二半軸32處的旋轉大小相同。第一半軸31和第二半軸32處的旋轉經由與第一半軸31一體形成的第一錐形齒輪301和與第二半軸32一體形成的第二錐形齒輪302帶動行星齒輪303旋轉，進而帶動槳7圍繞水平軸線旋轉，即做自旋運動。

另外，與此同時，根據第二差速器3的工作原理，

n0'＝(n1'+n2')/2＝0，

其中，n0’表示第二差速器殼體33的轉速，n1’表示第二差速器3的第一半軸31的轉速，n2’表示第二差速器3的第二半軸32的轉速，此時，在第二差速器殼體33處的轉速n0’為零。主推電機的輸入不會影響到轉向電機。

若推進裝置用于船舶中，則槳7圍繞水平軸線x的自旋運動產生推動整個推進裝置沿水平軸線x前進的水流；若推進裝置用于飛行器中，則槳7圍繞水平軸線x的自旋運動產生推動整個推進裝置沿水平軸線x前進的氣流。通過控制主推電機8的電機軸的轉速，可以控制槳7圍繞水平軸線x的轉速，進而可以控制推進裝置所產生的推進力的大小。

圖3示意性地示出了在僅轉向電機6驅動時在圖1所示的推進裝置1中的動力傳遞路徑。為了清晰起見，在圖3中省去了與圖1中相同的各個部件的附圖標記。此外，在圖3中繪出了各個齒輪的旋轉方向，表示齒輪的旋轉方向從圖紙外向圖紙內，表示齒輪的旋轉方向從圖紙內向圖紙外。

當轉向電機6驅動時，一方面，轉向電機6的旋轉經由轉向主動齒輪10傳遞至與轉向主動齒輪10嚙合的一體形成于第二差速器殼體33上的轉向從動齒輪，帶動第二差速器殼體33圍繞豎直軸線y旋轉，進而帶動支撐于第二差速器殼體33上的行星齒輪軸、亦即槳7的軸圍繞豎直軸線y旋轉，由此使槳7圍繞豎直軸線y做偏航運動，改變槳7的偏航角度。通過控制轉向電機6的電機軸的旋轉方向以及轉向電機6的啟動和停止，可以控制槳7的偏航角度的大小和方向，從而實現(xiàn)控制推進裝置所產生的推進力的方向。

另一方面，根據第二差速器3的工作原理，此時，

n0’＝n1’＝n2’，

可知，第二差速器3的第一半軸31和第二半軸32以大小相同、方向相同的轉速旋轉。繼而，第二差速器3的第一半軸31的旋轉經由第一齒輪傳動機構4的第二齒輪42、第一齒輪41傳遞至第一差速器2的第一半軸21；同時，第二差速器3的第二半軸32的旋轉經由第二齒輪傳動機構5的第四齒輪53、惰輪52和第三齒輪51傳遞至第一差速器2的第二半軸22。如圖所示，此時，在第一差速器2的第一半軸21處和第二半軸22處的旋轉方向相反。另外，如上所述，由于第一齒輪傳動機構4的傳動比與第二齒輪傳動機構5的傳動比大小相同，所以在第一差速器2的第一半軸21處和第二半軸22處的旋轉大小相同。根據第一差速器2的工作原理，

n0＝(n1+n2)/2＝0，

可知，在第一差速器殼體23處的轉速n0為零。轉向電機的輸入不會影響主推電機。

由以上根據圖2和圖3的分析可知，主推電機8可驅動槳7圍繞水平軸線x做自旋運動，轉向電機6可驅動槳7圍繞豎直軸線y做偏航運動，并且主推電機8和轉向電機6的輸入互不影響。當同時啟動主動電機8和轉向電機6時，槳7既圍繞水平軸線x做自旋運動又圍繞豎直軸線y做偏航運動，在產生推進力的同時改變推進力的方向。

具體地，當推進裝置用于船舶或飛行器時，主推電機8驅動槳7圍繞水平軸線x旋轉，產生水流或氣流推動整個裝置前進。在此過程中，可在任一時刻啟動轉向電機6，使槳7同時圍繞豎直軸線y轉動，從而改變推進力的方向。

圖4示出了根據本發(fā)明的平板搬運器的一種優(yōu)選實施方式。平板搬運器包括多個行進裝置，除了不使用槳而是使用車輪(以便在路面上行駛)之外，行進裝置的結構與上述推進裝置相同。

平板搬運器包括四個行進裝置13，分別作為位于前車橋上的左前輪、右前輪和位于后車橋上的左后輪和右后輪。四個行進裝置13由一個動力源12驅動，動力源12的動力經由一個差速器11均勻地分配至前車橋和后車橋。平板搬運器還可包括控制裝置，控制各個車輪的轉速和轉向。

當然，平板搬運器也可包括六個行進裝置，其中，位于左右兩側中間的車輪不受驅動，僅跟隨轉動。

同理，還可以根據需要設置2ⁿ個行進裝置，經由多個差速器將動力均勻地分配至各個行進裝置上。

所示出和描述的每個裝置以及所示出和描述的裝置的每個元件可以單獨地應用和/或可以與至少一個其他元件組合地應用并且應理解為在此已經做出描述。此外，本發(fā)明不局限于這里描述的示例性實施方案。其他多種變型方案也是可能的。這種變型方案對于本領域技術人員來說是清楚的，并且應理解為在本發(fā)明的保護范圍內。