CN105416531A - 磁耦合全海深推进器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁耦合全海深推进器，主要包括导管螺旋桨、永磁同步电机、编码器、磁耦合联轴器及电机壳体。其中磁耦合联轴器的外转子设在桨毂凹槽之内，永磁同步电机通过磁耦合联轴器直接驱动螺旋桨旋转。永磁同步电机、磁耦合联轴器的内转子和编码器置于由隔磁套与电机壳体形成的密闭腔体内，整个腔体内充压力补偿液，实现与外界海水的完全隔离。本发明的推进器中螺旋桨的推力传递和支撑通过特制的水润滑推力轴承实现前后方向的推力传递和支撑。本发明结构简单，安装维护方便，噪声低，可靠性高，在水下航行器有很大的应用潜力。

Description

磁耦合全海深推进器

技术领域

本发明涉及水下推进装置，涉及一种推进器，尤其涉及一种磁耦合全海深推进器，其是适用于全海深范围的，永磁同步电机驱动，磁耦合连接的导管螺旋桨推进器，适用于水下航行器或者用于动力定位的电力推进装置。

背景技术

推力系统是广泛用于水面或者水下航行器的动力装置，主要用来推动航行器航行，或提供可控的力和力矩使设备调整处于期望的位置和姿态。

目前作为水下航行器使用的推力系统，通常由单个电机通过轴系连接螺旋桨旋转配合导管组合使用。在工作水深较深的情况下，一般通过电机壳体内部充压力补偿液平衡外部海水压力，并通过轴系旋转密封防止海水进入。这种方式由于机械密封的逐渐磨损会导致内部补偿液泄露，最后可能造成海水漏入而失效。

中国专利申请号201410637179.1公开的“具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器”采用无刷直流电机驱动导管螺旋桨，轴系密封通过一组特殊的旋转集装式机械密封装置实现，相对普通的机械密封的电动推进器而言可以实现在全海深范围内的工作能力，并提高了可靠性。不过该装置轴系密封仍然存在因磨损而导致压力补偿液泄露的可能。

中国专利201210355036.2公开的“一种小型水下磁耦合推进器装置”由一个直流电机带动齿轮箱通过磁耦合联轴器驱动外部螺旋桨，整个电机外壳用O形圈密封。虽然通过密封方式实现了海水和内部电气隔离，然而这种方式可用水深浅，随着外界海水压力增大，需要制作非常厚的隔磁套而变为不现实。另一方面其磁耦合联轴器外转子的轴承设置决定了其只能用于很小的载荷，不能用于较大的推力负载场合。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种磁耦合全海深推进器，该推进器结构简单、集成化程度高，易于安装和维护。

本发明的技术方案如下：

磁耦合全海深推进器，包括电机外壳、分别固定于电机外壳两端的电机前端盖和电机后端盖、固定于电机前端盖上的翼型导管以及磁耦合联轴器，在翼型导管内设置有螺旋桨，电机前端盖与连接法兰固定，螺旋桨桨毂的入流口一端通过推力轴承与连接法兰靠紧实现径向和轴向的支撑，另一端固定有桨毂帽，磁耦合联轴器位于螺旋桨桨毂内，其隔磁套一端与连接法兰固定并通过O形圈密封，由电机外壳、电机前端盖、电机后端盖、连接法兰和隔磁套形成密闭腔体，电机外壳处的密闭腔体内置有永磁同步电机和编码器，电机后端盖上设有液电接头，永磁同步电机与编码器均与液电接头连接；永磁同步电机的转轴通过联轴器与磁耦合联轴器的传动轴连接以传递动力。

上述技术方案中，所述的磁耦合联轴器包括隔磁套、和由隔磁套隔开的内转子和外转子，隔磁套内为内转子，内转子为从内向外同轴设置的传动轴、与传动轴刚性连接的内转子支架、内转子永磁体和内转子轭铁，轭铁和永磁体通过防腐蚀粘合剂粘合；桨毂内壁开有凹槽，其与隔磁套的间隙内从内向外依次安装有外转子永磁体和外转子轭铁，轭铁和永磁体通过防腐蚀粘合剂粘合，构成外转子。

所述的桨毂帽与隔磁套之间在桨毂帽内壁固定有环形水润滑轴承，与隔磁套外周配合形成滑动副，以提供径向支撑

所述的推力轴承为水润滑推力轴承，包括截面呈凹形的环形推力瓦和和四块截面为L形的四分之一环推力块，推力块通过螺钉固定在螺旋桨的桨毂上组合为一个完整的环形推力环，配合在推力瓦的凹槽内，以提供径向和轴向支撑。

所述的传动轴与内转子支架可以采用键连接或者过盈配合联接。

所述的密闭腔体内充有压力补偿液以实现内外压力平衡。

本发明的推进器螺旋桨桨毂中密封安装了磁耦合联轴器的外转子，由封装在隔磁套内的磁耦合内转子驱动螺旋桨旋转，从而改变流体动量而获得推力。电机壳由O形圈密封并在内部充有压力补偿液，电机由外部驱动器配合磁编码器的反馈信号调速旋转，电机转矩通过传动轴传递给同轴线的磁耦合联轴器，磁耦合的内外转子由隔磁套密封实现外部海水和内部补偿液隔离。螺旋桨通过桨毂前后两端的水润滑轴承实现径向支撑，所产生的推力通过前端的推力轴承传递。整个推进器没有动密封部件，保证了整体的可靠性。

本发明的有益效果在于：

本发明推进器采用磁耦合传递转矩，电气部件密封在充油的壳体内部，并使用一个特制的水润滑推力轴承传递推力。相比现有推进器可以提高可靠性和可维护性。本发明省去了传统一些轴向密封部件和减速器，使整体集成度提高，便于安装和维护，并减少了部分轴系传动的噪声。本发明转矩通过电磁力传递，所有电气部件密封在一个充油压力补偿油的密封腔内，可靠性高。

附图说明

图1是磁耦合全海深推进器的整体内部剖面结构示意图；

图2是磁耦合全海深推进器的磁耦合联轴器的局部放大图；

图3是本发明中推力轴承的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例。

如图1、图2所示，本实施例的磁耦合全海深推进器，包括：永磁同步电机21、磁编码器20、电机外壳22、电机后端盖2、电机前端盖23、液电接头1、联轴器24、连接法兰26、O形圈4、前置定子6、翼型导管7、螺旋桨8、推力轴承5、隔磁套13、水润滑轴承12、桨毂帽15、以及磁耦合联轴器的外转子轭铁10、内转子轭铁18、外转子永磁体11、内转子永磁体19、内转子支架14、传动轴16、轴承25和轴承17。电机前端盖、电机后端盖分别固定于电机外壳两端，翼型导管7和螺旋桨8构成导管螺旋桨，通过前置定子6固定于电机前端盖上，前置定子剖面为翼型，与桨叶向同一个方向偏置一定角度，起导流作用，导管螺旋桨和前置定子为不锈钢制作但不限于此材料，也可为铝合金，铜合金，工程塑料。连接法兰固定于电机后端盖端部，隔磁套一端与连接法兰固定并通过O形圈密封，电机外壳、电机前端盖、电机后端盖、连接法兰和隔磁套形成密闭腔体，

永磁同步电机21、磁编码器20、联轴器24、传动轴16、内转子支架14、内转子轭铁18和内转子永磁体19置于密闭腔体内，里面充压力补偿液并经由水密接头1实现与外部的电气连接。

导管螺旋桨通过前置定子安装固定在电机前端盖，前置定子剖面为翼型，与桨叶向同一个方向偏置一定角度，起导流作用。所述螺旋桨8的桨叶和桨毂由不锈钢一体制成，桨毂9内侧设有凹槽，内置磁耦合联轴器的外转子轭铁10和钕铁硼外转子永磁体11，桨毂9前端设置台阶面并分布轴向螺纹孔用以与水润滑推力轴承5的L形推力块51固定，所述水润滑推力轴承5，如图3所示，由一个截面凹形的环形铜推力瓦50和四块截面为L形的四分之一环形不锈钢推力块51组成。推力瓦50通过螺纹紧固在连接法兰26，推力瓦为铜合金制作，但不限于铜合金，也可以为聚四氟乙烯、赛龙塑料、巴氏合金。四块推力块51由螺钉固定在螺旋桨的桨毂9上并组合为一个完整的环形推力环，配合在推力瓦50的凹槽内。桨毂9后端设有周向螺纹用以固定桨毂帽15，桨毂帽15内部设螺纹用以固定铜合金环状的水润滑轴承12，该轴承截面呈长方形，其内周面与隔磁套底部外周面配合形成滑动副，以提供径向支撑。螺旋桨8通过水润滑推力轴承5、水润滑轴承12提供径向支撑，产生的推力通过水润滑推力轴承5传递。

所述永磁同步电机21的主轴通过联轴器24和传动轴16相连，传动轴16与磁耦合联轴器的内转子支架14刚性过盈相连。外转子轭铁10为四分之一圆环状的瓦块形，以利于安装入桨毂凹槽，并和瓦块形钕铁硼外转子永磁体11用防腐蚀粘合剂真空粘合安装到槽内。磁耦合联轴器的内外转子通过一个水桶型的不锈钢隔磁套13隔离，隔磁套13通过前端的螺钉固定在连接法兰26上并由O形圈4密封。隔磁套底部内嵌一个滚针轴承17与传动轴16相连，以支撑隔磁套底部的水润滑轴承12。

本发明的工作原理是：通过永磁同步电机控制器结合磁编码器反馈信号控制电机，通过磁耦合器驱动螺旋桨旋转产生推力。螺旋桨通过水润滑推力轴承和水润滑轴承提供径向支撑，其产生的推力通过截面凹字形的环形推力瓦传递给连接法兰。电机壳内部零部件通过外部压力补偿器实现内外压力平衡，实现全海深的工作能力并保证了压力补偿液零泄露。

相比现有技术，本发明实施后的有益效果如下：相比机械密封的导管推进器有更高的可靠性。相比其它的磁耦合推进器可以提供更大的推力并提供更高的集成度。

Claims (6)

1.一种磁耦合全海深推进器，其特征在于，包括电机外壳(22)、分别固定于电机外壳两端的电机前端盖(23)和电机后端盖(2)、固定于电机前端盖上的翼型导管(7)以及磁耦合联轴器，在翼型导管内设置有螺旋桨(8)，电机前端盖与连接法兰(26)固定，螺旋桨桨毂(9)在入流口的一端通过推力轴承(5)与连接法兰连接，另一端固定有桨毂帽(15)，磁耦合联轴器置于螺旋桨桨毂内，磁耦合联轴器的隔磁套(13)一端与连接法兰固定并通过O形圈密封，由电机外壳(22)、电机前端盖(23)、电机后端盖(2)、连接法兰(26)和隔磁套(13)形成密闭腔体，电机外壳处的密闭腔体内置有永磁同步电机(21)和编码器(20)，二者均与电机后端盖上设的液电接头(1)连接；永磁同步电机的主轴通过联轴器(24)与磁耦合联轴器的传动轴(16)连接以传递动力。

2.根据权利要求1所述的磁耦合全海深推进器，其特征在于，所述的磁耦合联轴器包括由隔磁套隔开的内转子和外转子；隔磁套内从内向外同轴置有传动轴(16)、与传动轴刚性连接的内转子支架(14)、内转子轭铁(18)和内转子永磁体(19)，构成内转子；隔磁套外桨毂内壁开有凹槽，凹槽内依次安装有外转子轭铁(10)和外转子永磁体(11)，构成外转子。

3.根据权利要求1所述的磁耦合全海深推进器，其特征在于，所述的桨毂帽与隔磁套之间在桨毂帽内壁固定有环形水润滑轴承(12)，与隔磁套外周配合形成滑动副。

4.根据权利要求1所述的磁耦合全海深推进器，其特征在于，所述的推力轴承为水润滑推力轴承，包括截面呈凹形的环形推力瓦(50)和和四块截面为L形的四分之一环推力块(51)，推力块通过螺钉固定在螺旋桨的桨毂上组合为一个完整的环形推力环，配合在推力瓦的凹槽内。

5.根据权利要求1所述的磁耦合全海深推进器，其特征在于，所述的传动轴与内转子支架采用键连接或者过盈配合联接。

6.根据权利要求1所述的磁耦合全海深推进器，其特征在于，所述的密闭腔体内充有压力补偿液以实现内外压力平衡。