CN107472495A - 一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船舶行业领域，涉及一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置，包括：轮缘式电机、支撑结构和螺旋桨，所述支撑结构包括：轴系和轴承座支撑，所述轴系沿水平方向设置于所述轮缘式电机壳体内侧的中部，所述轴系的两端设置有所述轴承座支撑，所述轴承座支撑与所述轮缘式电机壳体的内壁相连，用于支撑所述轴系；所述螺旋桨位于所述轴系两端的轴承座支撑之间，且所述螺旋桨的毂与所述轴系相连，其叶片与所述轮缘式电机的转子内壁相连，使得所述转子带动所述螺旋桨旋转。本发明使用置于水下的轮缘式永磁同步电机直接驱动螺旋桨，去掉中间的齿轮传动环节，去掉复杂的齿轮箱和吊柱等机构，具有推进效率高、使用寿命长和密封防漏等的特点。

Description

一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置
技术领域
本发明属于船舶行业领域，涉及船舶辅机的艏侧推装置部分，具体涉及一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置。
背景技术
船用艏侧推装置一般应用于船长较长的船舶，或者对机动性/操纵要求较高的船舶，前者如内河或海洋运输船，后者如海洋工程船、公务执法船、军舰等。一般安装于船艏，提供横向推力，起到辅助转向的作用，故叫艏侧推装置。也有船艏船艉都安装侧推装置，达到更好的机动性。有的侧推装置还带有升降和全回转机构，以便起到全方位推进的作用。
传统的艏侧推装置通常由变频电机驱动，变频电机通过联轴器与侧推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，最终带动螺旋桨轴和螺旋桨旋转。变频电机可以改变输入轴的转速和转向，从而改变螺旋桨的推力大小和推力方向，实现船舶往左或往右移动。传统艏侧推装置存在如下问题：1.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；2.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：侧推结构包括了齿轮、输入轴、螺旋桨轴、各种轴承和轴承座、密封和密封座、水下齿轮箱和吊柱等，结构复杂，零件众多；3.二侧推力不平衡：由于螺旋桨装于吊柱和齿轮箱的一侧，当螺旋桨旋转时，有一侧水流是经过吊柱和齿轮箱后才达到螺旋桨，另一侧是直接流向螺旋桨，导致螺旋桨发出的推力不等，以至船舶左右转推力不对称；4.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。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置，本发明使用置于水下的低速大扭矩轮缘式永磁同步电机直接驱动螺旋桨，去掉中间的齿轮传动环节，去掉复杂的齿轮箱和吊柱等机构，电机转子定子由耐腐蚀绝缘外壳包裹，具有推进效率高、使用寿命长和密封防漏等的特点。
为至少解决上述技术问题之一，本发明采取的技术方案为：
本发明提出了一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置，包括：轮缘式电机、支撑结构和螺旋桨，其特征在于，其中，所述支撑结构包括：轴系和轴承座支撑，所述轴系沿水平方向设置于所述轮缘式电机壳体内侧的中部，所述轴系的两端设置有所述轴承座支撑，所述轴承座支撑与所述轮缘式电机壳体的内壁相连，用于支撑所述轴系；所述螺旋桨位于所述轴系两端的轴承座支撑之间，且所述螺旋桨的毂与所述轴系相连，其叶片与所述轮缘式电机的转子内壁相连，使得所述转子带动所述螺旋桨旋转。
进一步的，所述轴承座支撑包括：轴承座、圆形外壳和多个钣金，其中，所述轴承座位于所述轴系的一端，所述多个钣金沿圆周间隔设置，且每个所述钣金的一端与所述轴承座相连，另一端与所述圆形外壳相连，所述圆形外壳固定于所述轮缘式电机壳体的内壁上。
进一步的，所述转子为永磁体，其内圆直径等于所述螺旋桨的外圆直径，使得所述螺旋桨能够沿竖直方向设置于所述转子的内圆中。
进一步的，所述轮缘式电机为永磁同步电机。
进一步的，所述轮缘式电机的壳体采用耐腐蚀绝缘材料。
进一步的，所述螺旋桨为不锈钢质或铜质螺旋桨。
进一步的，所述轮缘式电机的定子固定于所述轮缘式电机壳体上。
进一步的，所述轮缘式电机的定子采用绝缘密封结构。
本发明至少包括以下有益效果：
1）推进效率高：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，同时取消了齿轮箱和吊柱，减小了在水中的阻力，进一步提高效率；
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；
3）本发明具有结构简单、重量轻体积小和可靠性高的特点，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、水下齿轮箱和吊柱等零件。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）本发明所述艏侧推装置的二侧推力平衡：由于取消了螺旋桨一侧的吊柱和齿轮箱，本发明所述螺旋桨的前后两端再无遮挡，来流均匀，二侧推力对称；
5）密封防泄漏：电机直接驱动螺旋桨，取消了螺旋桨轴和轴密封，不再有漏油和进水的问题。
附图说明
图1为本发明轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置的结构示意图。
其中，电机转子101、电机定子102、电机壳体103、毂201、叶片202、轴系301、轴承座302、圆形外壳303、钣金304。
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。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。
根据本发明的实施例，图1为本发明轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置的结构示意图，参照图1所示，本发明所述船用艏侧推装置包括：轮缘式电机、支撑结构和螺旋桨。
根据本发明的一些实施例，本发明所述轮缘式电机为永磁同步电机，包括：转子101、定子102以及电机壳体103，所述电机壳体用于固定及支撑所述定子，本发明所述转子、定子以及电机壳体采用绝缘防腐蚀材料和密封构件进行绝缘防水，所述转子采用永磁体，所述转子的内圆直径等于所述螺旋桨的外圆直径，使得所述螺旋桨能够沿竖直方向设置于所述转子的内圆中；所述定子固定于所述电机壳体上，所述定子绕有线圈，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，转子转速与旋转磁场转速同步，进而由所述转子直接带动所述螺旋桨旋转，电机转速即螺旋桨转速，不需要采用传统的齿轮等传动环节构件。
根据本发明的一些实施例，本发明所述密封构件的具体种类不受限制，只要能够具有密封防水的作用即可。
根据本发明的实施例，参照图1所示，所述支撑结构包括：轴系301和轴承座支撑，所述轴系沿水平方向设置于所述轮缘式电机壳体内侧的中部，所述轴系的两端设置有所述轴承座支撑，所述轴承座支撑包括：轴承座302、圆形外壳303和多个钣金304，其中，所述轴承座位于所述轴系的一端，所述多个钣金沿圆周间隔设置，且每个所述钣金的一端与所述轴承座相连，另一端与所述圆形外壳相连，所述圆形外壳固定于所述轮缘式电机壳体的内壁上，用于固定和支撑所述轴系。
根据本发明的一些实施例，本发明所述钣金的具体个数不受限制，只要能将所述轴承座固定即可。
根据本发明的实施例，参照图1所示，所述螺旋桨位于所述轴系两端的轴承座之间，且所述螺旋桨的毂201与所述轴系301相连，其叶片202与所述轮缘式电机的转子内壁相连，使得所述转子直接带动所述螺旋桨旋转。
根据本发明的一些实施例，本发明所述螺旋桨为不锈钢质或铜质螺旋桨；本发明由于取消了螺旋桨一侧的吊柱和齿轮箱，所述螺旋桨位于所述轴系两端的轴承座之间，使得所述螺旋桨的前后两端再无遮挡，来流均匀，二侧推力对称平衡。
根据本发明的一些实施例，本发明所述船用艏侧推装置的工作原理为：电机定子在通入三相电源后为电机产生旋转磁场，电机转子在旋转磁场的作用下产生旋转同时输出力矩，转子转速与旋转磁场转速同步，进而由所述转子直接带动所述螺旋桨旋转，电机转速即螺旋桨转速，螺旋桨高速旋转后产生推力，螺旋桨产生的推力通过轴承传递到轴承座上，再通过轴承座传递到所述圆形外壳上，进而通过圆形外壳传递到所述电机壳体，再由所述电机壳体传递船体上，推动船体运动。
发明人发现，根据本发明所述的轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置，首先采用永磁同步电机，且将其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，同时取消了齿轮箱和吊柱，减小了在水中的阻力，进一步提高推进效率；其次，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；同时，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、水下齿轮箱和吊柱等零件。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，具有结构简单、重量轻体积小和可靠性高的特点；并且本发明由于取消了螺旋桨一侧的吊柱和齿轮箱，使得所述螺旋桨的前后两端再无遮挡，来流均匀，二侧推力对称平衡；此外，本发明所述电机直接驱动螺旋桨，取消了螺旋桨轴和轴密封，不再有漏油和进水的问题，具有密封防泄漏的特点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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)

1.一种轮缘式永磁电机驱动的船用艏侧推装置，包括：轮缘式电机、支撑结构和螺旋桨，其特征在于，其中，
所述支撑结构包括：轴系和轴承座支撑，所述轴系沿水平方向设置于所述轮缘式电机壳体内侧的中部，所述轴系的两端设置有所述轴承座支撑，所述轴承座支撑与所述轮缘式电机壳体的内壁相连，用于支撑所述轴系；
所述螺旋桨位于所述轴系两端的轴承座支撑之间，且所述螺旋桨的毂与所述轴系相连，其叶片与所述轮缘式电机的转子内壁相连，使得所述转子带动所述螺旋桨旋转。
2.根据权利要求1所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述轴承座支撑包括：轴承座、圆形外壳和多个钣金，其中，所述轴承座位于所述轴系的一端，所述多个钣金沿圆周间隔设置，且每个所述钣金的一端与所述轴承座相连，另一端与所述圆形外壳相连，所述圆形外壳固定于所述轮缘式电机壳体的内壁上。
3.根据权利要求1所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述转子为永磁体，其内圆直径等于所述螺旋桨的外圆直径，使得所述螺旋桨能够沿竖直方向设置于所述转子的内圆中。
4.根据权利要求1所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述轮缘式电机为永磁同步电机。
5.根据权利要求2所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述轮缘式电机的壳体采用耐腐蚀绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述螺旋桨为不锈钢质或铜质螺旋桨。
7.根据权利要求1所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述轮缘式电机的定子固定于所述轮缘式电机壳体上。
8.根据权利要求7所述的船用艏侧推装置，其特征在于，所述轮缘式电机的定子采用绝缘密封结构。
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