CN106809360B - 基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法，该装置包括对称设置在螺旋桨两侧结构相同的两个环形电机，两个环形电机均包括空心圆柱状的电机定子，电机定子的外壁上缠绕线圈，电机定子的内壁与轴承外环固连；电机转子由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，内部的筒状结构从轴承的中心穿过，且与轴承的内环固连，外部的筒状结构套在电机定子的外面，且内壁上镶嵌有磁片，电机定子、电机转子和轴承均为对称结构且对称轴重合；H型结构支架的中心穿过电机转子和轴承的中心，两侧与电机定子固连；两个环形电机的电机转子的环形结构底部分别与两个螺旋桨固连；本发明还公开了该装置实现旋转的方法；该装置可以很容易实现多桨共轴设计，并且具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。

Description

基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及螺旋桨技术领域，具体涉及一种基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法。
背景技术
对于水下航行器如果只采用单螺旋桨推进，水的反作用力作用于浆叶，除产生使航行器前行的推动力外，还会产生圆周方向的旋转力矩。因此，航行器的前进姿态亦很难保持，从而影响航行器的前行和系统的整体推进效率。故用螺旋桨推进的鱼雷或远程自航水雷大多异转向双螺旋桨结构，两个螺旋桨位于同一轴线，且特别要求两组螺旋桨以同样的转速和转矩反方向旋转。其主要优点有：后桨可完全或者部分吸收前桨尾流的旋转能量，从而获得较高的推进效率；两个螺旋桨旋转时共同产生使水下航行器前行的推动力，它们产生的圆周方向的旋转力矩互相抵消，从而有效避免了中小型水下航行器的侧滚现象，保证了航行器的前进姿态，提高了系统的运行效率。
在航空方面，用在飞机上的螺旋桨大部分都是对转螺旋桨。这是因为单组桨叶的设计会使飞机因螺旋桨旋转产生的反向扭转力矩而发生偏航，工程师通常是通过调节副翼来“配平”这种翻转力，也就是让飞机左右副翼俯仰角不同，产生一个克服翻转的力，最终使飞机保持水平。但这个翻转力的大小是随着飞行速度、飞行方向甚至风向的变化而变化的，所以副翼必须跟着调节，这就加大了副翼设计的技术难度。采用两组反向螺旋桨同轴串列的设计就可以使这两组螺旋桨产生的扭转力矩互相平衡，飞机就不会受到侧翻的力，从而有助于飞机飞行的稳定性。在对转桨和常规单桨直径相同的情况下，对转桨最佳转速比普通单桨要小很多，对转桨的最佳直径比普通单桨也要小。
目前国内、外所采用的电驱动双螺旋桨装置主要有三类：
1.由两台独立的常规交流或直流电机拖动两个螺旋桨异向旋转，这种驱动方式原理比较简单，但传动系统成本较高。目前此类驱动装置在大型船舶推进系统中广泛使用。
2.由单台常规交流或直流电机+复杂的行星齿轮传动系统拖动对转螺旋桨旋转，其复杂的齿轮减速器传动系统既要实现机械减速，又要完成从一个机械口输入到两个机械口输出的“机械裂变”，然后通过内、外推进轴直接带动对转螺旋桨旋转，导致其机械传动部分比较复杂，且机械传动效率较低。
3.采用特殊结构的永磁直流电动机驱动，目前我国包头长安永磁电机研发有限公司生产的电机，并已经在水下航行器推进系统中应用。电机结构由里向外依次为“内转子、外转子、定子”，机械输出形式为单端双轴同心式输出。该类电机的运行原理与常规永磁直流电机完全相同，只是让常规永磁直流电机的定子也旋转，变成外转子，而在电机的最外面增加了不参与机电能量变换，只用于机械支撑的外机械定子。这是包括鱼雷和远程自航水雷在内的中小型对转螺旋桨水下航行器中用得最多的驱动电机。与前两种情况相比，系统结构得到一定的简化，体积和重量在一定程度上得以减小，然而具有换向器、滑环和两套电刷装置，一方面大大降低了电机的运行可靠性；另一方面电机成本较高，结构仍显复杂，加之纯粹用于机械支撑的外机械定子，使得电机的体积仍然较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供一种基于环形外转子电机的共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法，该装置可以很容易实现多桨共轴设计，并且具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。
为达到以上目的，本发明采样如下技术方案：
一种基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置，包括对称设置在螺旋桨两侧结构相同的第一环形电机3和第二环形电机4，第一环形电机3和第二环形电机4均包括空心圆柱状的电机定子1，电机定子1的外壁上均匀的缠绕着多个线圈13，电机定子1的内壁与轴承5外环固连；电机转子2由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，且两个相互嵌套的筒状结构由环形结构在筒状结构的端部固连在一起，电机转子2内部的筒状结构从轴承5的中心穿过，且与轴承5的内环固连，电机转子2外部的筒状结构套在电机定子1的外面，且内壁上镶嵌有磁片14，电机定子1、电机转子2和轴承5均为对称结构且对称轴重合，H型结构支架11的中心穿过电机转子2和轴承5的中心，两侧与电机定子1固连；
第一环形电机3的电机转子2的环形结构底部与第一螺旋桨7固连，第二环形电机4的电机转子2的环形结构底部与第二螺旋桨8固连，H型结构支架11的中心穿过第一螺旋桨7和第二螺旋桨8的中部，将第一螺旋桨7和第二螺旋桨8分为对称的两部分，所述第一螺旋桨7与第二螺旋桨8的旋转方向相反；第一环形电机3通过电机驱动导线与第一电机驱动模块9相连，第二环形电机4通过电机驱动导线与第二电机驱动模块10相连。
所述电机定子1和电机转子2均为空心结构，使得结构支架11能够从中穿过。所述第一环形电机3和第二环形电机4旋转轴延长线相互重合。
所述H型结构支架11为中空结构，第一环形电机3和第二环形电机4的电机驱动导线能够从中穿过。
所述基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置实现旋转的方法，包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动控制模块9通过电机驱动导线给第一环形电机3的电机定子1上的线圈13通入电流，线圈13产生磁场并驱动电机转子2旋转，电机转子2带动第一螺旋桨7旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块10通过电机驱动导线给第二环形电机4的电机定子1上的线圈13通入电流，线圈13产生磁场并驱动电机转子2旋转，电机转子2带动第二螺旋桨8旋转，且旋转方向与第一螺旋桨7的旋转方向相反。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明区别于传统共轴异向双螺旋装置的优点，是将电机转子和定子设计成空心结构，电机的支撑结构和驱动导线可以从电机转子和定子中穿过，该装置可以很容易实现多桨共轴设计，并且具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。
附图说明
图1本发明共轴异向双螺旋桨装置结构图。
图2螺旋桨结构示意图。
图3本发明环形电机俯视剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明一种基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置，包括对称设置在螺旋桨两侧结构相同的第一环形电机3和第二环形电机4，第一环形电机3和第二环形电机4均包括空心圆柱状的电机定子1，电机定子1的外壁上均匀的缠绕着多个线圈13，电机定子1的内壁与轴承5外环固连；电机转子2由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，且两个相互嵌套的筒状结构由环形结构在筒状结构的端部固连在一起，电机转子2内部的筒状结构从轴承5的中心穿过，且与轴承5的内环固连，电机转子2外部的筒状结构套在电机定子1的外面，且内壁上镶嵌有磁片14，电机定子1、电机转子2和轴承5均为对称结构且对称轴重合，H型结构支架11的中心穿过电机转子2和轴承5的中心，两侧与电机定子1固连；第一环形电机3的电机转子2的环形结构底部与第一螺旋桨7固连，第二环形电机4的电机转子2的环形结构底部与第二螺旋桨8固连，H型结构支架11的中心穿过第一螺旋桨7和第二螺旋桨8的中部，将第一螺旋桨7和第二螺旋桨8分为对称的两部分，所述第一螺旋桨7与第二螺旋桨8的旋转方向相反；第一环形电机3通过电机驱动导线与第一电机驱动模块9相连，第二环形电机4通过电机驱动导线与第二电机驱动模块10相连。
所述电机定子1和电机转子2均为空心结构，使得结构支架11能够从中穿过。
所述第一环形电机3和第二环形电机4旋转轴延长线相互重合。
所述H型结构支架11为中空结构，第一环形电机3和第二环形电机4的电机驱动导线能够从中穿过。
如图1所示，本发明基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置实现旋转的方法：
步骤1：第一电机驱动控制模块9通过电机驱动导线给第一环形电机3的电机定子1上的线圈13通入电流，线圈13产生磁场并驱动电机转子2旋转，电机转子2带动第一螺旋桨7旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块10通过电机驱动导线给第二环形电机4的电机定子1上的线圈13通入电流，线圈13产生磁场并驱动电机转子2旋转，电机转子2带动第二螺旋桨8旋转，且旋转方向与第一螺旋桨7的旋转方向相反。

Claims (2)

1.一种基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置，其特征在于：包括对称设置在螺旋桨两侧结构相同的第一环形电机(3)和第二环形电机(4)，第一环形电机(3)和第二环形电机(4)均包括空心圆柱状的电机定子(1)，电机定子(1)的外壁上均匀的缠绕着多个线圈(13)，电机定子(1)的内壁与轴承(5)外环固连；电机转子(2)由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，且两个相互嵌套的筒状结构由环形结构在筒状结构的端部固连在一起，电机转子(2)内部的筒状结构从轴承(5)的中心穿过，且与轴承(5)的内环固连，电机转子(2)外部的筒状结构套在电机定子(1)的外面，且内壁上镶嵌有磁片(14)，电机定子(1)、电机转子(2)和轴承(5)均为对称结构且对称轴重合；H型结构支架(11)的中心穿过电机转子(2)和轴承(5)的中心，两侧与电机定子(1)固连；所述第一环形电机(3)和第二环形电机(4)旋转轴延长线相互重合；
第一环形电机(3)的电机转子(2)的环形结构底部与第一螺旋桨(7)固连，第二环形电机(4)的电机转子(2)的环形结构底部与第二螺旋桨(8)固连，H型结构支架(11)的中心穿过第一螺旋桨(7)和第二螺旋桨(8)的中部，将第一螺旋桨(7)和第二螺旋桨(8)分为对称的两部分，所述第一环形电机(3)和所述第二环形电机(4)设置在所述第一螺旋桨(7)与第二螺旋桨(8)的两侧，所述第一螺旋桨(7)与第二螺旋桨(8)的旋转方向相反；第一环形电机(3)通过电机驱动导线与第一电机驱动模块(9)相连，第二环形电机(4)通过电机驱动导线与第二电机驱动模块(10)相连；
所述电机定子(1)和电机转子(2)均为空心结构，使得H型结构支架(11)能够从中穿过，所述H型结构支架(11)为中空结构，第一环形电机(3)和第二环形电机(4)的电机驱动导线能够从中穿过。
2.权利要求1所述的基于环形电机的共轴异向双螺旋桨装置实现旋转的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动模块(9)通过电机驱动导线给第一环形电机(3)的电机定子(1)上的线圈(13)通入电流，线圈(13)产生磁场并驱动电机转子(2)旋转，电机转子(2)带动第一螺旋桨(7)旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动模块(10)通过电机驱动导线给第二环形电机(4)的电机定子(1)上的线圈(13)通入电流，线圈(13)产生磁场并驱动电机转子(2)旋转，电机转子(2)带动第二螺旋桨(8)旋转，且旋转方向与第一螺旋桨(7)的旋转方向相反。
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