CN107444599A - 一种轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置，包括：轴系、轮缘式电机和螺旋桨，其中，所述轮缘式电机设置有两个，分别为正转轮缘式电机和反转轮缘式电机，其沿轴系方向连接，带动各自的所述螺旋桨旋转，两个所述螺旋桨旋向相反，产生相同方向的推力，本发明大大降低了成本，提高了对转桨的可靠性，并具有推进效率高、噪声振动低、结构简单、重量轻体积小的优点。

Description

一种轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置

技术领域

本发明属于船舶推进器领域，具体涉及一种对转螺旋桨驱动装置，特别涉及一种轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置。

背景技术

所谓的对转螺旋桨就是在螺旋桨推进轴线上，一前一后布置有两个螺旋桨，两个螺旋桨的旋转方向相反，推力方向相同，由于前方旋转产生的涡流，可以由后方螺旋桨所吸收，因此在同等功率下，产生的推力更大，效率更高，在船舶推进节能上，有着重要的意义。在传统的对转桨中，由原动机到螺旋桨，必须经过减速齿轮，通常由一个减速齿轮带动两个从动齿轮，产生相反的旋向，而二个从动齿轮分别带动一根轴，轴上装有螺旋桨。两根驱动轴形成轴套轴的型式，外面的是空心的大轴，轴孔里面布置着小轴，两轴相对旋转，各驱动螺旋桨以相反的方向旋转，两轴之间有动密封，阻止水进入推进器。

传统对转桨存在的问题：密封容易失效，引起漏油或进水：两根驱动轴之间的动密封，由于相对旋转速度较快，常因装配误差、轴系跳动、泥沙磨损、橡胶老化等原因引起密封失效、导致漏油或进水，致使轴承和传动机构损坏，引起推进器失效，加工精度高，工艺复杂，成本高昂：为防止动密封失效引起推进器损坏，因此对转桨的轴系加工精度和装配精度非常高，如轴孔内壁必须经过精磨以减少轴孔内壁与密封的磨损，提高密封效果；必须采用高精度的轴承，以及经过精密加工的轴承座，以减少轴系跳动，提高密封效果。同时，传动机构采用高精度的齿轮、及蜗轮蜗杆等，对机加工精度要求高，工艺复杂。这些措施，大大增加了对转桨的加工精度，提高了成本，从而影响了对转桨的应用，推进效率低：电机与螺旋桨之间通过齿轮副传动，产生了机械效率损失，降低传动效率。容纳轴系和齿轮的齿轮箱和吊柱，体积巨大，在水中产生阻力，进一步降低了推进效率；噪声振动大：齿轮传动产生振动并引发噪声，其次水流流经吊柱和齿轮箱后，产生紊流，螺旋桨在紊流中，产生振动，并引发空泡，空泡爆裂产生噪声；结构复杂、重量重体积大、可靠性低：推进系统包括了齿轮、齿轮箱、轴系、各种轴承和轴承座、密封和密封座等，结构复杂，零件众多，可靠性低。

因此，如何设计一种效率高、结构简单、故障点少的对转螺旋桨驱动装置成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种结构完全不同于传统对转螺旋桨结构和原理的新型的轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置，使用置于水下的低速大扭矩轮缘式永磁电机直接驱动螺旋桨，去掉中间的齿轮传动环节，去掉复杂的齿轮箱等机构，电机转子定子由耐腐蚀绝缘外壳包裹，与水隔绝，本发明采用一前一后布置有两个螺旋桨，两个螺旋桨分别由一个轮缘式永磁电机驱动，二个轮缘式永磁电机也是一前一后串列布置，旋向相反，驱动螺旋桨以相反的旋向旋转，产生同样方向的推力，并由布置于后方的螺旋桨吸收了前方螺旋桨尾涡的能量，显著提高了整体推进效率和推力。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置，包括：轴系、轮缘式电机和螺旋桨，其中，

所述轴系连接固定于所述轮缘式电机外壳内部，所述螺旋桨设置于所述轴系上；所述螺旋桨的叶片与所述轮缘式电机的转子固定连接；

所述轮缘式电机的转子为永磁体，所述转子的两侧设置有磁推力轴承，用于防止转子的轴向窜动；

所述轮缘式电机设置有两个，分别为正转轮缘式电机和反转轮缘式电机，其沿轴系方向连接，带动各自的所述螺旋桨旋转，两个所述螺旋桨旋向相反，产生相同方向的推力。

进一步的，还包括叶梢法兰，所述叶梢法兰用于将所述旋转桨的叶片固定于所述轮缘式电机转子的内圆上。

进一步的，还包括钣金，用于将所述轴系固定于所述轮缘式电机外壳内部的中心处。

进一步的，所述轮缘式电机的定子和转子外部涂抹有防腐蚀涂层。

进一步的，所述磁推力轴承为永磁体或电磁线圈，所述磁推力轴承外部涂抹有防腐蚀涂层。

进一步的，所述轮缘式电机为永磁同步电机。

进一步的，所述螺旋桨为铜质或不锈钢质螺旋桨。

本发明的有益效果在于：

(1)从根本上消除了以往对转桨存在的密封问题及带来的生产成本高昂的问题：通过一前一后串列式的螺旋桨，螺旋桨轴系互相独立，前后布置，不需要再采用轴套轴的型式，也就不再需要设置轴与轴之间的动密封，从而也就不再需要高精度的加工和装配工艺，大大降低了成本，提高了对转桨的可靠性。

(2)推进效率高：首先，永磁同步电机转子采用永磁体代替线圈，减少了磁耗，提高了电机效率和功率因数；其次轮缘式电机直接驱动螺旋桨，消除了齿轮传动环节，减少了机械效率损失；然后，轴承为非接触式的磁轴承，轴承副处于悬浮状态，摩擦系数几乎为零，再次提高了机械传动效率。

(3)噪声振动大大降低：消除了齿轮传动及其带来的噪声，螺旋桨来流均匀，桨叶振动小，消除了传统螺旋桨的梢涡空泡及其带来的噪声。

(4)结构简单、重量轻体积小、可靠性高：整个推进器简单到只剩下电机、螺旋桨和支撑、外壳，取消了以往存在的齿轮、输入轴、螺旋桨轴、各种轴承和轴承座、密封和密封座、齿轮箱等零件，重量大大减轻，零件数量减少，可靠性提高；且电机完全置于水下，节省了船内空间。

附图说明

图1为本发明轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置剖视图。

其中，1、正转轮缘式电机 2、反转轮缘式电机 3、正转螺旋桨 4、反转螺旋桨 5、轴系。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种自导向全封闭式圆形机床导轨防护罩，图1为本发明轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置剖视图，如图1所示,主要包括正转轮缘式电机、反转轮缘式电机、正转螺旋桨、反转螺旋桨、轴系。

根据本发明的具体实施方式，所述轴系连接固定于所述轮缘式电机外壳内部，所述螺旋桨设置于所述轴系上；所述螺旋桨的叶片与所述轮缘式电机的转子固定连接；在本发明的一些实施例中，使用了钣金，用于将所述轴系固定于所述轮缘式电机外壳内部的中心处，当然也可以使用其他的机构达到固定轴系与轮缘式电机外壳的目的，本发明对此并不做特别的限制，钣金是本发明的一些具体实施方式中的优选项。

根据本发明的具体实施方式，还包括叶梢法兰，所述叶梢法兰用于将所述旋转桨的叶片固定于所述轮缘式电机转子的内圆上，其中，叶梢法兰只是本发明在一些具体实施方式中的优选项，本发明对此并无特别限制，允许采用多种方式实现二者的有效固定连接。

根据本发明的具体实施例，所述的螺旋桨的材质为铜质或不锈钢，本发明对于螺旋桨的材质并无特别限制，考虑到螺旋桨长期处于水下，本发明中的一些优选的实施例中，采用了铜质或者不锈钢材质的螺旋桨。

根据本发明具体实施例，本发明的轮缘式电机均采用永磁同步电机，取代了传统的他励式三相异步电动机，转子为永磁体，而非三相异步电动机的线圈，转子的内圆直径大，可以容纳螺旋桨，螺旋桨通过叶梢固定在转子内圆上，由转子直接带动螺旋桨转动，电机转速即螺旋桨转速，不需要采用齿轮等传动环节，电机定子体在通入三相电源后为电机产生旋转磁场，电机转子体在旋转磁场的作用下产生旋转同时输出力矩，螺旋桨高速旋转后产生推力，推动船体向前运动。

根据本发明的具体实施例，所述转子的两侧设置有磁推力轴承，用于防止转子的轴向窜动；所述磁推力轴承为滑动式磁推力轴承，所述磁推力轴承采用永磁体或电磁线圈，当然本发明的磁推力轴承的类型以及采用的材料或实现方式并无特别限制，允许选择多种类型的磁轴承。

根据本发明的具体实施例，所述轮缘式电机的定子和转子外部涂抹有防腐蚀涂层，电机转子和定子完全置于水中，线圈和铁芯经过多层绝缘和防腐蚀材料包裹，与水隔绝、绝缘性好，寿命长，所述轮缘式电机的定子和转子外部涂抹有防腐蚀涂层，相应的，所述磁推力轴承外部涂抹有防腐蚀涂层，所述磁推力轴承为永磁体或电磁线圈。

根据本发明的具体实施例，所述轮缘式电机设置有两个，一前一后串接设置，分别为正转轮缘式电机和反转轮缘式电机，其沿轴系方向连接，带动各自的所述螺旋桨旋转，两个所述螺旋桨旋向相反，产生相同方向的推力，彻底消除了传统推进系统存在的缺陷和高昂的成本，使得高效率的对转桨得以广泛应用，轮缘式电机置于水下，由高分子物质绝缘和包裹，密封性好，不存在绝缘和密封的问题。

综上所述本发明实现了以下优点：

从根本上消除了以往对转桨存在的密封问题及带来的生产成本高昂的问题：通过一前一后串列式的螺旋桨，螺旋桨轴系互相独立，前后布置，不需要再采用轴套轴的型式，也就不再需要设置轴与轴之间的动密封，从而也就不再需要高精度的加工和装配工艺，大大降低了成本，提高了对转桨的可靠性。

推进效率高：首先，永磁同步电机转子采用永磁体代替线圈，减少了磁耗，提高了电机效率和功率因数；其次轮缘式电机直接驱动螺旋桨，消除了齿轮传动环节，减少了机械效率损失；然后，轴承为非接触式的磁轴承，轴承副处于悬浮状态，摩擦系数几乎为零，再次提高了机械传动效率。

噪声振动大大降低：消除了齿轮传动及其带来的噪声，螺旋桨来流均匀，桨叶振动小，消除了传统螺旋桨的梢涡空泡及其带来的噪声。

结构简单、重量轻体积小、可靠性高：整个推进器简单到只剩下电机、螺旋桨和支撑、外壳，取消了以往存在的齿轮、输入轴、螺旋桨轴、各种轴承和轴承座、密封和密封座、齿轮箱等零件，重量大大减轻，零件数量减少，可靠性提高；且电机完全置于水下，节省了船内空间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (7)

1.一种轮缘式电机驱动的对转螺旋桨驱动装置，其特征在于，包括：轴系、轮缘式电机和螺旋桨，其中，

所述轴系连接固定于所述轮缘式电机外壳内部，所述螺旋桨设置于所述轴系上；所述螺旋桨的叶片与所述轮缘式电机的转子固定连接；

所述轮缘式电机的转子为永磁体，所述转子的两侧设置有磁推力轴承，用于防止转子的轴向窜动；

所述轮缘式电机设置有两个，分别为正转轮缘式电机和反转轮缘式电机，其沿轴系方向连接，带动各自的所述螺旋桨旋转，两个所述螺旋桨旋向相反，产生相同方向的推力。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括叶梢法兰，所述叶梢法兰用于将所述旋转桨的叶片固定于所述轮缘式电机转子的内圆上。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括钣金，用于将所述轴系固定于所述轮缘式电机外壳内部的中心处。

4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述轮缘式电机的定子和转子外部涂抹有防腐蚀涂层。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁推力轴承为永磁体或电磁线圈，所述磁推力轴承外部涂抹有防腐蚀涂层。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轮缘式电机为永磁同步电机。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺旋桨为铜质或不锈钢质螺旋桨。