CN107472492A - 一种全回转桨驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全回转桨驱动装置，包括：轮缘式电机、螺旋桨、支撑装置和回转装置，其中，所述回转装置固定于船体上，所述回转装置与所述支撑装置轮缘式电机连接，用于通过支撑装置带动所述轮缘式电机和螺旋桨回转变向，本发明具有推进效率高，噪声振动低，结构简单、重量轻体积小、可靠性高以及不必担心水下机构漏水的问题。

Description

一种全回转桨驱动装置

技术领域

本发明属于船舶驱动技术领域，具体涉及一种全回转桨驱动装置。

背景技术

全回转桨是船舶推进器的一种，通常由柴油机或电动机提供原动力，带动齿轮和轴系旋转，驱动螺旋桨产生推力，同时，通过电机或液压马达驱动回转机构，带动水下机构做360°全回转，发出全方位的推力。特别适合于对操纵灵活性和机动性有较高要求的船舶如拖轮、海洋工程船、客船等。

传统的全回转装置通常由变频电机或柴油机驱动，原动机通过联轴器与全回转的输入轴连接在一起，输入轴上有主动齿轮，与螺旋桨轴上的从动齿轮构成减速齿轮副，原动机旋转，经过齿轮副和轴系，最终带动螺旋桨轴和螺旋桨旋转，产生推力驱动船舶。变频电机和柴油机可以调速，从而改变螺旋桨的转速以改变推力的大小。

传统全回转桨存在的问题：推进效率低，首先传统侧推电机普遍变频三相异步电机，此种电机定子励磁为他励，励磁电流大，磁路损耗多，电机效率不高。其次电机与螺旋桨之间通过齿轮传动，产生了机械效率损失，降低传动效率。第三侧推有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，全回转桨传动机构包括了齿轮副、轴系(包括输入轴、中间轴、螺旋桨轴)、各种推力和径向轴承及轴承座、密封和密封座、水下的齿轮箱和吊柱等，结构复杂，零件众多，故障点多，密封容易漏油：螺旋桨轴从充满润滑油的齿轮箱中伸出，带动水里的螺旋桨，在轴上有动密封，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，引起侧推失效。

解决这些问题的重点，在于如何解决将电机到螺旋桨之间的齿轮传动所带来的效率低、结构复杂、故障点多的问题。因此，如何设计一种效率高、齿轮传动简单的全回转桨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全回转桨的新型全回转桨驱动装置，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；电机转子和定子完全置于水中，线圈和铁芯、永磁体等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。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种全回转桨驱动装置，包括：轮缘式电机、螺旋桨、支撑装置和回转装置，其中，

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；

所述螺旋桨的叶片为分体式，每片叶片固定于所述轮缘式电机转子的内圆上；

所述回转装置固定于船体上，所述回转装置通过所述支撑装置与所述轮缘式电机连接，用于通过支撑装置带动所述轮缘式电机和螺旋桨回转变向。

进一步的，所述回转装置包括：安装板、转舵电机转舵齿轮副和支撑法兰，其中，所述安装板固定于船体上，所述转舵电机固定于安装板上，所述转舵电机与所述齿轮副连接，用于带动转舵齿轮副回转，所述齿轮副下端设置有支撑法兰。

进一步的，所述支撑装置为吊柱，所述吊柱一端与所述支撑法兰连接，另一端与所述轮缘式电机连接。

进一步的，还包括不锈钢螺钉和法兰，用于实现吊柱与所述轮缘式电机的连接。

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，所述轮缘式电机的定子和转子外部涂抹有防腐蚀涂层，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)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；然后，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；其次，取消了水下附体如齿轮箱、轴系、桨毂，减小了在水中的阻力，进一步提高效率；最后，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。

(2)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。磁推力轴承为悬浮轴承，无摩擦产生的振动和噪声。

(3)结构简单、重量轻体积小、可靠性高：整个全回转桨水下机构简单到只剩下电机、螺旋桨、以及长度较短的吊柱。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、水下齿轮箱等零件，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。

(4)无密封泄漏之虞：轴承为水润滑，轴承和电机的定子转子均由防腐蚀壳体包裹，与水隔绝并绝缘，水下机构不再存在动密封部位，无漏油和进水之虞。

附图说明

图1为本发明全回转桨驱动装置的侧视图图。

其中，1、轮缘式电机 2、螺旋桨 3、磁推力轴承 4、支撑装置 5、回转装置。

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，本发明提供了一种全会站全回转桨驱动装置，图1为本发明全回转桨驱动装置的侧视图图，如图1所示,包括：轮缘式电机、螺旋桨、支撑装置和回转装置，其中，所述轮缘式电机为轮缘式电机，取代了传统的他励式三相异步电动机，本发明的轮缘式电机包括转子、定子、电机壳体，电机定子绕有线圈，在通入三相电源后产生旋转磁场，转子在旋转磁场的作用下产生旋转同时输出力矩，并且转子转速与旋转磁场转速同步。

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，所述磁推力轴承外部涂抹有防腐蚀涂层，使其与水隔绝但并不绝缘。

根据本发明的具体实施例，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；其中，所述的磁推力轴承为滑动式磁推力轴承，浸泡在海水中，海水同时起到冷却电机和轴承的作用，本发明的磁推力轴承可以理解为由两个环形的推力块组成，推力块上包裹有耐腐蚀防腐涂层，涂层之内装有经过特殊设计的永磁体或电磁线圈，磁体所产生的磁力在设计时就设置好(或者通过控制线圈的电流来调节磁力)，在电机运转过程中，磁体产生的斥力使推力块分开，保持一定的间隙，处于非接触式的悬浮状态，避免了推力块之间直接的滑动摩擦，这样就大大减少了发热和磨损，尤其在泥沙较多的水中，泥沙会对传统的水润滑轴承产生研磨作用，大大缩短轴承的使用寿命。本发明使用磁推力轴承，消除推力块的直接摩擦，使轴承不再磨损，大大延长了轴承的寿命和可靠性，解决了轮缘式电机在水中的轴承磨损问题。

根据本发明的具体实施例，所述螺旋桨为铜质或不锈钢质螺旋桨，所述螺旋桨的叶片为分体式，每片叶片固定于所述轮缘式电机转子的内圆上，还包括叶梢法兰，叶梢法兰的作用是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，不再需要轴系，也没有桨毂。转子通过叶梢法兰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。

根据本发明的具体实施例，所述回转装置固定于船体上，所述回转装置与所述支撑装置轮缘式电机连接，用于通过支撑装置带动所述轮缘式电机和螺旋桨回转变向，其中，所述回转装置包括：安装板、转舵电机转舵齿轮副和支撑法兰，其中，所述安装板固定于船体上，所述转舵电机固定于安装板上，所述转舵电机与所述齿轮副连接，用于带动转舵齿轮副回转，所述齿轮副下端设置有支撑法兰。

本发明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、水下齿轮箱等零件，重量大大减轻，零件数量减少，可靠性提高

根据本发明的具体实施例，所述支撑装置为吊住，所述吊柱一端与所述支撑法兰连接，另一端与所述轮缘式电机连接，其中所述吊住与所述轮缘式电机通过不锈钢螺钉和法兰进行连接，当然所述支撑装置的具体结构并无特别限制。

所述回转装置和支撑装置的连接关系具体为：安装板用螺栓紧固在船体上，承受全部的推力和重力以及扭矩；转舵电机安装于安装板上，带动转舵齿轮副回转，齿轮副下端用螺栓连接支撑法兰，吊柱用螺栓吊挂在支撑法兰上；吊柱伸出船壳外面，与电机外壳通过法兰和不锈钢螺栓连接，起到承受螺旋桨推力、转舵力矩、电机和螺旋桨的重力的作用；转舵电机通过回转齿轮副带动吊柱回转，吊柱进而带动轮缘式电机和螺旋桨做360°的全回转，发出全方位推力。

综上所述本发明的全回转桨驱动装置实现了以下优点：

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；然后，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；其次，取消了水下附体如齿轮箱、轴系、桨毂，减小了在水中的阻力，进一步提高效率；最后，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。磁推力轴承为悬浮轴承，无摩擦产生的振动和噪声。

结构简单、重量轻体积小、可靠性高：整个全回转桨水下机构简单到只剩下电机、螺旋桨、以及长度较短的吊柱。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、水下齿轮箱等零件，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。

无密封泄漏之虞：轴承为水润滑，轴承和电机的定子转子均由防腐蚀壳体包裹，与水隔绝并绝缘，水下机构不再存在动密封部位，无漏油和进水之虞。

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 (8)

1.一种全回转桨驱动装置，包括：轮缘式电机、螺旋桨、支撑装置和回转装置，其特征在于，其中，

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；

所述螺旋桨的叶片为分体式，每片叶片固定于所述轮缘式电机转子的内圆上；

所述回转装置固定于船体上，所述回转装置通过所述支撑装置与所述轮缘式电机连接，用于通过支撑装置带动所述轮缘式电机和螺旋桨回转变向。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述回转装置包括：安装板、转舵电机转舵齿轮副和支撑法兰，其中，所述安装板固定于船体上，所述转舵电机固定于安装板上，所述转舵电机与所述齿轮副连接，用于带动转舵齿轮副回转，所述齿轮副下端设置有支撑法兰。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支撑装置为吊柱，所述吊柱一端与所述支撑法兰连接，另一端与所述轮缘式电机连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括不锈钢螺钉和法兰，用于实现吊柱与所述轮缘式电机的连接。

5.根据权利要求1所述的装置，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。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轮缘式电机的定子和转子外部涂抹有防腐蚀涂层，所述磁推力轴承外部涂抹有防腐蚀涂层。

7.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。

8.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。