CN101369767A - 水下一体化电机推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种水下一体化电机推进器。它包括由定子铁芯、转子构成的直流无刷电动机；定子铁芯安装在固定在基座上的轴上，定子铁芯外表面开槽，电枢绕组位于开槽内；转子支架通过轴承安装在轴上，由永磁材料制成的磁极安装在转子支架上；在基座上固定有密封壳，密封壳的顶部带有套筒安装轴，套筒安装在安装轴上；电枢绕组的电缆线通过密封插头引出。本发明从根本上消除了机械减速机构和输出轴对水下电机推进器性能的影响，尺寸小，重量轻，推进效率高；解决了水下电机推进器的密封问题，避免采用复杂的动密封装置。提高了水下电机推进器的可靠性，即使螺旋桨被水下障碍物缠住或卡住时，推进电机仍能工作，确保推进器不受损坏。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种水下推进装置，具体地说是一种以电机为动力装置的水下推进器。
(二)背景技术
随着电机及其控制技术的发展，各种形式的电机开始作为动力装置应用于水下推进器。但是在目前的电机推进器中，例如中国专利申请号为200620055186.1的专利文件中公开的推进器，产生动力的电机与螺旋桨是相互独立的两个组成部分，两者通过减速器或输出轴联接在一起，导致电机推进器轴向尺寸较长，工作过程中机械损耗大，噪音高。并且螺旋桨的连接方式基本都是直接固定在推进电机或减速器的输出轴上，这样在密封时就不得不采用结构复杂、加工难度大、密封效果差的动密封技术。另外，螺旋桨被水下障碍物(如渔网)缠住时，使电机处于堵转状态，很容易造成电机推进器的损坏。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种轴向尺寸小，重量轻，推进效率高；密封结构简单且密封效果好；可靠性高的水下一体化电机推进器。
本发明的目的是这样实现的：
它包括由定子铁芯、转子构成的直流无刷电动机；定子包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯安装在固定在基座上的轴上，定子铁芯由硅钢片叠加而成，定子铁芯外表面开槽，电枢绕组位于开槽内；转子包括转子支架和磁极，转子支架通过轴承安装在轴上，由永磁材料制成的磁极安装在转子支架上；在基座上固定有由非铁磁材料制成的密封壳，密封壳的顶部带有套筒安装轴，由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上，转子与套筒形成一台感应电机；电枢绕组的电缆线通过密封插头引出。
本发明还可以包括：
1、定子铁芯外表面嵌有转子位置传感器，转子位置传感器的导线也通过密封插头引出。
2、轴上开有过线孔，电枢绕组的电缆线和转子位置传感器的导线通过过线孔与密封插头相连。
3、在套筒和密封壳相接处的端面位置设置有第一橡胶轴承和第二橡胶轴承，其中第二橡胶轴承表面开有引水槽。
4、所述的由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上是通过垫片、弹簧片和弹性卡环将套筒安装在安装轴上。
本发明的核心驱动装置是一个外转子结构的直流无刷电动机，再通过一个类似于实心转子感应电机的结构，将动力传递给螺旋桨。直流无刷电动机的定子铁心16由硅钢片叠加而成，固定在基座1的轴上，定子铁心外表面开槽，槽内放有电枢绕组15，并且在定子铁心外表面嵌有转子位置传感器18。电缆线19包含有电机绕组15和转子位置传感器18的接线，其通过轴上的过线孔20接到水下密封插头2上，再经外部电缆线22与外部的控制装置连接。直流无刷电动机转子支架14通过轴承13实现空间定位，由永磁材料(例如钕铁硼)制成的磁极17固定在支架14上，N、S极交替排列，均匀分布。密封壳7为非铁磁材料且防锈、耐磨，它与基座1之间利用螺钉21固定，为了防止水进入壳体内部，在它们之间放置有密封圈3。套筒5为转动部件，由具有导磁、防锈、耐磨性能的材料(例如2Cr13)制成，利用垫片10、弹簧片11和弹性卡环12将其定位。在套筒5和密封壳7相接处的端面部分，分别利用橡胶轴承4和橡胶轴承7来减小摩擦，其中橡胶轴承7表面开有引水槽9。螺旋桨桨叶6直接与套筒5刚性连接在一起，形成螺旋桨。
工作原理：电枢绕组15通电后产生的磁场与转子上的永磁磁极17相互作用，使转子转动，利用转子位置传感器18的输出信号，控制电枢绕组15不断换相，从而使转子持续旋转。在密封壳7和密封圈3的作用下，水不会进入电机内部。固定在转子上的永磁磁极17跟随转子一起旋转，形成一个旋转磁场，该旋转磁场透过不导磁的密封壳7，进入导磁的套筒5，该磁场和套筒5之间存在相对运动，因此在套筒5的内部产生感应电流即涡流，形成电磁力矩，在电磁力矩的作用下，套筒5跟随转子一起转动，进而带动螺旋桨桨叶6旋转，实现水下推进。在工作的过程中，外部的水通过橡胶轴承9表面的引水槽进入套筒5和密封壳7之间的缝隙，起到润滑的作用。
有益效果：
(1)在本水下一体化电机推进器中，与现有的其它电机推进器不同，采用了独特的两级嵌套电机的传动机构，在电机推进器中无需输出轴和机械减速器，因此可以缩小轴向尺寸，减轻重量、提高推进器的效率，减小工作噪音和振动，提高整体可靠性。
(2)初级驱动电机选择了直流无刷电机，与其他种类电机相比较，具有结构简单、调速范围宽，易于控制、功率密度高等优点。虽然在电枢绕组里通以对称交流电也可以形成旋转磁场，从而省去直流无刷电机的转子部分，但是这种结构功率密度低，控制复杂，与本发明相比，在输出功率相同的情况下，其定子铁心和电枢绕组体积大、质量重、控制复杂，不具备实用性。
(3)直流无刷电机的转子与外面的套筒又形成了一台感应电机，通过磁耦合的方式将能量传递给螺旋桨，解决了传统动力装置水下密封的难题。当螺旋桨被水下障碍物缠住和卡住时，密封壳内的直流无刷电机仍能工作，只是此时套筒内的涡流过大，产生大量的热量，但产生的热量很容易在水下散发出去，避免了推进器受到损坏。
(四)附图说明
图1是本发明水下一体化电机推进器的结构示意图；
图2是一体化电机推进器与控制器结合在一起的示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
具体实施方式一：结合图1，外部控制器经过外部电缆线22、水下密封插头2和电缆线19获得转子位置传感器18的输出信号，进而控制电枢绕组15的各相绕组依次通电，电枢磁场与转子上的永磁磁极17相互作用，使转子持续转动，转子旋转磁场透过不导磁的密封壳7，进入导磁的套筒5，由于该磁场和套筒5之间存在相对运动，因此在套筒5的内部产生感应电流即涡流，形成电磁力矩，在电磁力矩的作用下，套筒5跟随转子一起转动，进而带动螺旋桨桨叶6旋转，实现水下推进。在工作的过程中，外部的水通过橡胶轴承9表面的引水槽进入套筒5和密封壳7之间的缝隙，起到润滑的作用。为了使一体化电机推进器能够安装到其它设备上，在不破坏密封的条件下，可以在基座1上采取增加安装孔等措施。
具体方式二：结合图2，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点是：为了使用方便，将经过密封处理后的外部控制器24直接与一体化电机推进器23固定在一起，再经过工作电缆25获得工作电源和调速指令等信号。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
Claims (9)
1.一种水下一体化电机推进器，它包括由定子铁芯、转子构成的直流无刷电动机；其特征是：定子包括定子铁芯和电枢绕组，定子铁芯安装在固定在基座上的轴上，定子铁芯由硅钢片叠加而成，定子铁芯外表面开槽，电枢绕组位于开槽内；转子包括转子支架和磁极，转子支架通过轴承安装在轴上，由永磁材料制成的磁极安装在转子支架上；在基座上固定有由非铁磁材料制成的密封壳，密封壳的顶部带有套筒安装轴，由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上，转子与套筒形成一台感应电机；电枢绕组的电缆线通过密封插头引出。
2.根据权利要求1所述的水下一体化电机推进器，其特征是：定子铁芯外表面嵌有转子位置传感器，转子位置传感器的导线也通过密封插头引出。
3.根据权利要求1或2所述的水下一体化电机推进器，其特征是：轴上开有过线孔，电枢绕组的电缆线和转子位置传感器的导线通过过线孔与密封插头相连。
4.根据权利要求1或2所述的水下一体化电机推进器，其特征是：在套筒和密封壳相接处的端面位置设置有第一橡胶轴承和第二橡胶轴承，其中第二橡胶轴承表面开有引水槽。
5.根据权利要求3所述的水下一体化电机推进器，其特征是：在套筒和密封壳相接处的端面位置设置有第一橡胶轴承和第二橡胶轴承，其中第二橡胶轴承表面开有引水槽。
6.根据权利要求1或2所述的水下一体化电机推进器，其特征是：所述的由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上是通过垫片、弹簧片和弹性卡环将套筒安装在安装轴上。
7.根据权利要求3所述的水下一体化电机推进器，其特征是：所述的由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上是通过垫片、弹簧片和弹性卡环将套筒安装在安装轴上。
8.根据权利要求4所述的水下一体化电机推进器，其特征是：所述的由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上是通过垫片、弹簧片和弹性卡环将套筒安装在安装轴上。
9.根据权利要求5所述的水下一体化电机推进器，其特征是：所述的由导磁材料制成的套筒安装在安装轴上是通过垫片、弹簧片和弹性卡环将套筒安装在安装轴上。
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Assignee: Institute for Engineering Technology Design, College of Shipbuilding Engineering Assignor: Harbin Engineering Univ. Contract record no.: 2011230000143 Denomination of invention: Underwater integrated electric motor thruster Granted publication date: 20100908 License type: Exclusive License Open date: 20090218 Record date: 20110810 |
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