CN108891571A - 一种磁悬浮无轴电磁推进器 - Google Patents

Abstract

一种磁悬浮无轴电磁推进器，涉及一种推进器，所述推进器包括螺旋桨外环（1）、螺旋桨叶片（2）、磁层（3）、电缆层（4）、限位环（5）、环状永磁体（6）、限位磁槽（7）、悬浮磁体（8）。磁悬浮无轴推进器的中心部分为螺旋桨环，螺旋桨环由螺旋桨外环（1）与螺旋桨叶片（2）组成；螺旋桨外环（1）外部表面均匀分布N极向外的永磁层，其内侧均匀固定12组中线指向螺旋桨外环（1）几何中心的螺旋桨叶片（2）。磁悬浮无轴推进器外侧环形部分为驱动与限位单元。该推进器依靠电磁力悬浮驱动叶片来进行推进，通过磁悬浮技术使螺旋桨环与驱动部分分离，依靠电磁隔空驱动，以实现低阻力低噪音的要求。同时通过采取无中心叶片连接轴的方案，达到优化叶片整体结构、消除中心叶尖涡流、增加效率的作用。

Description

一种磁悬浮无轴电磁推进器

技术领域

本发明涉及一种推进器，特别是涉及一种磁悬浮无轴电磁推进器。

背景技术

目前现有的推进器主要有燃气轮机或电机驱动螺旋桨推进与喷水推进（即利用喷出的水的反作用力产生推力）两种。但喷水式推进技术因喷管直径受限、管路及水泵效率不高，致使整个系统运行效率较低，无法得到大规模应用。螺旋桨推进虽结构简单并拥有较高工作效率，但其工作时的巨大噪声与因螺旋桨叶片负荷加重而在船后部不均匀尾流中产生局部不稳定空泡，从而导致其作用于船体的压力、振幅与相位不断变化，产生一系列不良影响。

同时，燃气轮机或电机有轴驱动螺旋桨推进时燃气轮机与电机的稳定性问题仍未有效解决。目前该领域急需一种能大幅度改善以上问题的推进推进器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮无轴电磁推进器，该推进器依靠电磁力悬浮驱动叶片来进行推进，通过磁悬浮技术使螺旋桨环与驱动部分分离，依靠电磁隔空驱动，以实现低阻力低噪音的要求。 同时通过采取无中心叶片连接轴的方案，达到优化叶片整体结构、消除中心叶尖涡流、增加效率的作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种磁悬浮无轴电磁推进器，所述推进器包括螺旋桨外环、螺旋桨叶片、磁层、电缆层、限位环、环状永磁体、限位磁槽；磁悬浮无轴推进器的中心部分为螺旋桨环，螺旋桨环由螺旋桨外环与螺旋桨叶片组成；螺旋桨外环外部表面均匀分布N极向外的永磁层，其内侧均匀固定12组中线指向螺旋桨外环几何中心的螺旋桨叶片；磁悬浮无轴推进器外侧环形部分为驱动与限位单元；其正下部扇形区域为一固定的环状永磁体，其N极均匀指向推进器几何中轴线；里部设计有限位环，其内侧为限位磁槽，限位磁槽宽度略大于螺旋桨外环宽度，深度略大于螺旋桨外环部分厚度；限位环外侧为电缆层，其内部均匀分布垂直于螺旋桨环所在平面的电缆；电缆层外侧为驱动单元，即磁层。

所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，所述磁层为S极均匀指向推进器整体几何中轴线的环状永磁体。

所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，所述磁层外侧即推进器整体最外侧覆盖有陶瓷阻磁材料。

所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，所述螺旋桨环位于外部驱动限位单元内部，利用螺旋桨外环与环状永磁体的磁极间同性排斥设置

所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，所述排斥作用产生的斥力与螺旋桨环于其表面固定的叶片整体总重力相等。

所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，所述螺旋桨环悬浮于外部驱动限位单元所在平面正中央并不与其他任何部件相接触。

本发明的优点与效果是：

本发明磁悬浮无轴电磁推进器，通过磁悬浮技术使螺旋桨环与驱动部分分离，依靠电磁隔空驱动，以实现低阻力低噪音并提高效率的要求。

附图说明

图1为本发明磁悬浮无轴推进器的螺旋桨环图；

图2为本发明磁悬浮无轴推进器外侧环形部分的驱动与限位单元图；

图3为本发明磁悬浮无轴推进器螺旋桨环位于外部驱动限位单元内部图；

图4为本发明磁悬浮无轴推进器桨环的悬浮姿态侧剖图；

图5为本发明磁悬浮无轴推进器的螺旋桨环局部放大图；

图6为本发明磁悬浮无轴推进器的螺旋桨环主视图；

图7为本发明磁悬浮无轴推进器的螺旋桨环左视图。

图中部件：螺旋桨外环1、螺旋桨叶片2、磁层3、电缆层4、限位环5、环状永磁体6、限位磁槽7。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

本发明推进器包括螺旋桨环以及外部驱动限位单元组成；磁悬浮无轴推进器的中心部分为螺旋桨环，如图1。螺旋桨环由螺旋桨外环1与螺旋桨叶片2组成。螺旋桨外环1外部表面均匀分布N极向外的永磁层，其内侧距离均匀固定12组中线指向螺旋桨外环1几何中心的螺旋桨叶片2。

磁悬浮无轴推进器外侧环形部分为驱动与限位单元，如图2。其正下部扇形区域为一固定的环状永磁体6，其N极均匀指向推进器几何中轴线。推进器最里部设计有限位环5，其内侧为限位磁槽7，限位磁槽7宽度略大于螺旋桨外环1宽度，深度略大于螺旋桨外环1部分厚度。在限位环5外侧为电缆层4，其内部均匀分布垂直于螺旋桨环所在平面的电缆。在电缆层4外侧为驱动单元，即磁层3。磁层3为S极均匀指向推进器整体几何中轴线的环状永磁体。在磁层3外侧即图2推进器整体最外侧覆盖有陶瓷阻磁材料。

在推进器整体方面，螺旋桨环位于外部驱动限位单元内部，如图3。利用螺旋桨外环1与环状永磁体6的磁极间同性排斥作用，同时控制其排斥作用产生的斥力与螺旋桨环于其表面固定的叶片整体总重力相等，使螺旋桨环悬浮于外部驱动限位单元所在平面正中央并不与其他任何部件相接触。利用限位磁槽7与螺旋桨环1表面磁层间的斥力，稳定螺旋桨环1的悬浮姿态，在保证其位于自身指定工作位置的同时，减小震动并抑制其横向偏移，从而增强推进器整体的稳定性，其结构可见图4（侧剖图）。（本推进器中的磁体建议使用牌号为H以上的钕铁硼材料且皆需通过表面磁控溅射技术进行沉积铝镀层处理，以增强其表面强度及抗腐蚀性）。

在推进器运行方面，电缆层4每根缆线都会暴露于螺旋桨环1表面磁层的N极与磁层3的S极间形成的磁场中，当对电缆层4中缆线通入电流时，根据通电导体在磁场中做切割磁感线运动原理，电缆层4中通电缆线会受到一个沿螺旋桨环所在平面圆切线方向的安培力，但由于电缆层4为固定部件，因此螺旋桨环1上的磁极作为一个可活动的施力点会受到相应的反作用力，从而使螺旋桨整体在悬浮位置旋转起来，进而产生推力。

在推进器控制方面，可通过对电缆层4通入的电流大小及方向的改变来间接对螺旋桨的转速及顺逆时针转动方向进行控制。由于其受力点位于整个螺旋桨环外侧表面，因此相比于受力点位于螺旋桨中心的传统推进系统而言，该推进技术具有优异的启动特性与调速特性。同时本推进器放弃了原有有轴推进系统将电机或燃气轮机等驱动模块置于螺旋桨中心的布局，而将驱动模块与螺旋桨部分分割开，以一种互不接触的状态达到一种高速稳定运转模式。

相较现有驱动模块置于螺旋桨中心依靠轴来传动的推进系统来说，该系统的运动模块叶片自身无任何电力原件，故在长时间高速转动时，叶片自身除结构故障外无其他故障来源，而结构故障（即几何性变形以及材料疲劳问题）可通过优化生产工艺和提高材料质量来解决。本推进器在噪音控制方面有极大优势，同时也拥有极高的效率与能源利用率。基于电机驱动模式下，该技术解决了因电刷与机械转向器寿命使电机过载能力受限问题，同时也解决了因空间问题而无法配备完善冷却系统导致推进器散热困难，进而使电机转矩质量比的提高的负面影响。同时推进系统不存在燃气轮机与电机的定期维护，后期经济投入低，便于广泛应用。同时磁悬浮反转电磁推进技术因无轴穿破船体以及耐压壳，因此对密封要求更低，便于船内结构的优化。因本推进器为悬浮性工作状态，无需齿轮传动与轴泵等机械部件，故可从根本上消除因机械转动而产生的振动、噪音以及功率限制，是一种完全没有机械噪音的推进器，这是任何机械转动类推进器所无法实现的。

Claims (6)

1.一种磁悬浮无轴电磁推进器，其特征在于，所述推进器包括螺旋桨外环（1）、螺旋桨叶片（2）、磁层（3）、电缆层（4）、限位环（5）、环状永磁体（6）、限位磁槽（7）；磁悬浮无轴推进器的中心部分为螺旋桨环，螺旋桨环由螺旋桨外环（1）与螺旋桨叶片（2）组成；螺旋桨外环（1）外部表面均匀分布N极向外的永磁层，其内侧均匀固定12组中线指向螺旋桨外环（1）几何中心的螺旋桨叶片（2）；磁悬浮无轴推进器外侧环形部分为驱动与限位单元；其正下部扇形区域为一固定的环状永磁体（6），其N极均匀指向推进器几何中轴线；里部设计有限位环（5），其内侧为限位磁槽（7），限位磁槽（7）宽度略大于螺旋桨外环（1）宽度，深度略大于螺旋桨外环（1）部分厚度；限位环（5）外侧为电缆层（4），其内部均匀分布垂直于螺旋桨环所在平面的电缆；电缆层（4）外侧为驱动单元，即磁层（3）。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，其特征在于，所述磁层（3）为S极均匀指向推进器整体几何中轴线的环状永磁体。

3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，其特征在于，所述磁层（3）外侧即推进器整体最外侧覆盖有陶瓷阻磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，其特征在于，所述螺旋桨环位于外部驱动限位单元内部，利用螺旋桨外环（1）与环状永磁体（6）的磁极间同性排斥设置。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，其特征在于，所述排斥作用产生的斥力与螺旋桨环于其表面固定的叶片整体总重力相等。

6.根据权利要求5所述的一种磁悬浮无轴电磁推进器，其特征在于，所述螺旋桨环悬浮于外部驱动限位单元所在平面正中央并不与其他任何部件相接触。