CN109501988A - 磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，包括：导流罩，前转子，其具有桨叶，且安装于导流罩内侧并由磁力驱动旋转，后转子，其具有桨叶，且安装于导流罩内侧并由磁力驱动旋转，前转子与后转子转向相反。本发明的螺旋桨无需调速齿轮和轴系，无摩擦、震动产生，噪音小，提速快，能耗少，安全风险低。

Description

磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨

技术领域

本发明涉及螺旋桨，特别涉及一种磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨。

背景技术

传统对转螺旋桨的主机与螺旋桨间轴系过长，振动大，反转齿轮机构的结构复杂，对制造精度要求极高，给维护管的带来了相当的难度。主机与传动轴系庞大且结构复杂占用巨大的船体空间，振动大，且依赖冷却系统和润滑系统，安装维修较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需调速齿轮和轴系，无摩擦、震动产生，噪音小，提速快，能耗少，安全风险低的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，包括：

导流罩，

前转子，其具有桨叶，且安装于导流罩内侧并由磁力驱动旋转，

后转子，其具有桨叶，且安装于导流罩内侧并由磁力驱动旋转，

前转子与后转子转向相反。

优选的，前转子包括内侧连接桨叶的支柱，该支柱上下端连接环状轮缘且支柱环状排列于轮缘之间。

优选的，后转子包括内侧连接桨叶的支柱，该支柱上下端连接环状轮缘且支柱环状排列于轮缘之间。

优选的，前转子具有桨叶数量为三个，后转子具有桨叶数量为五个，前后转子的桨叶数通过参考现有相关研究的结果，具有一定的科学性。

优选的，前转子具有的桨叶数量小于后转子具有的桨叶数量。

优选的，导流罩内侧具有用于与轮缘契合的环形凹槽，导流罩内用于限制单个转子的环形凹槽数量为两个，该环形凹槽由两个环心相同，直径不同的环形凹槽组成。

优选的，该凹槽上下端设有用于限制轮缘前后位移的前后限位电磁铁和

用于限制轮缘纵向位移的纵向限位电磁铁，

该凹槽环状槽面后侧设有用于驱动轮缘旋转的驱动电磁铁。

前后限位电磁铁设置于组成凹槽的较小直径的环形凹槽槽面上，纵向限位电磁铁设置于凹槽的较大直径的环形凹槽槽面上。

优选的，前后限位电磁铁和纵向限位电磁铁均由永磁与线圈组成，永磁与线圈间设有一层保护套；

优选的，驱动电磁铁由铁芯与线圈组成，永磁与线圈间设有一层保护套。

优选的，导流罩外侧设有用于连接物体的连接杆，连接杆剖面具有流线型。该物体为船体。

优选的，导流罩与前后限位电磁铁、纵向限位电磁铁、驱动电磁铁通过高强度的卡接连接在一起。

优选的，前转子安装于导流罩前部，后转子安装于导流罩的后部。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的磁悬浮螺旋桨转子通过电磁铁线圈上的电流大小与方向来实现悬浮与驱动的方法取消了复杂又精密的齿轮与轴系，并控制前转子与后转子转向相反，从而实现：

①推进系统结构简单，维修方便，同时配合全密封的导流罩方式避免线路进水受潮；

②无摩擦，能耗低，效率高，无轴系冷却系统和润滑系统的规模将大大减小，释放了船舱空间；

③无需调速齿轮，实现对转桨的无级变速；

④无轴系震动，乘坐舒适度佳；

⑤提速快，推力强，噪音小；

⑥省去了船尾以及连接对转螺旋桨的内外轴间的密封处理，降低安全风险，提高使用寿命；

⑦叶形式的改变，桨叶的末梢设计可更加宽大，叶效增加，强度增强，抗压好，与水流作用产生噪音更低。

附图说明

图1为本发明的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨爆炸分解图；

图2为本发明的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨结构示意图；

图3为本发明的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨俯视图；

图4为本发明的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨侧视图；

图5为本发明的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨剖视图；

图6为图5中a部局部放大图；

图7为本发明的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨内部结构示意图；

图8为本发明的前转子结构示意图；

图9为本发明的前转子俯视图；

图10为本发明的后转子的结构示意图；

图11为本发明的后转子俯视图；

图12为本发明的前转子与后转子配合示意图；

图13为本发明的前转子和/或后转子的受理示意图。

附图标记说明：10.导流罩；11.导流孔；12.凹槽；20.前转子；21.轮缘；22.桨叶；23.支柱；30.后转子；31.轮缘；32.桨叶；33.支柱；40.前后限位电磁铁；50.纵向限位电磁铁；60.驱动电磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

实施例1：

如图1-13所示，磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，包括：

导流罩10，

前转子20，其具有桨叶22，且安装于导流罩10内侧并由磁力驱动旋转，

后转子30，其具有桨叶32，且安装于导流罩10内侧并由磁力驱动旋转，

前转子20与后转子30转向相反。

本发明通过电磁铁线圈上的电流大小与方向来实现悬浮与驱动的方法取消了复杂又精密的齿轮与轴系，相比于现有技术无需调速齿轮也不会应为轴系产生振动，降低螺旋桨工作时产生的噪音，有效提高乘坐船体的舒适性，也省去了船尾以及连接对转螺旋桨的内外轴间的密封处理，降低安全风险，提高使用寿命。当控制前转子20与后转子30转向相反时，第一，可平衡螺旋桨旋转时形成的扭矩，第二可达到节能效果，由对转螺旋桨的原理决定：对转螺旋桨工作时，前螺旋桨产生的未被有效利用的涡动能量，在后螺旋桨上得到了充分利用，转化为有效推力，第三，获得降低水流与螺旋桨作用产生噪音的效果，在水流先与前转子20接触并产生作用后产生一定数量的涡流，通过后转子30的反转使产生的涡流流向反转与桨叶32进一步作用扩大涡流数量并分化涡流使其涡流大小减小防止涡流冲击导流罩10实现降低噪音。

前转子20包括内侧连接桨叶22的支柱23，该支柱23上下端连接环状轮缘21且支柱23环状排列于轮缘21之间，可实现驱动电磁铁60驱动轮缘21产生旋转进而带动支柱23旋转，支柱23内侧的桨叶由于支柱23产生旋转同步旋转，无需调速齿轮，实现对转桨的无级变速。

后转子30包括内侧连接桨叶32的支柱33，该支柱33上下端连接环状轮缘31且支柱33环状排列于轮缘31之间。可实现驱动电磁铁60驱动轮缘31产生旋转进而带动支柱33旋转，支柱33内侧的桨叶由于支柱33产生旋转同步旋转，无需调速齿轮，实现对转桨的无级变速。

前转子具有桨叶数量为三个，后转子具有桨叶数量为五个，前后转子的桨叶数通过参考现有相关研究的结果，具有一定的科学性。

前转子20具有的桨叶数量小于后转子30具有的桨叶数量，用于实现在短时间内实现推动加速，或获得降低水流与螺旋桨作用产生噪音的效果。

导流罩10内侧具有用于与轮缘21、31契合的环形凹槽12，导流罩10内用于限制单个转子的环形凹槽12数量为两个，该环形凹槽12由两个环心相同，直径不同的环形凹槽组成。以便驱动电磁铁60驱动轮缘21、31在凹槽12内产生旋转，而凹槽12的形状设计可实现前后限位电磁铁40限制轮缘21、31前后位移，纵向限位电磁铁50限制轮缘21、31纵向位移。

该凹槽12上下端设有用于限制轮缘21、31前后位移的前后限位电磁铁40和

用于限制轮缘21、31纵向位移的纵向限位电磁铁50，

该凹槽12环状槽面后侧设有用于驱动轮缘21、31旋转的驱动电磁铁60。

前后限位电磁铁40设置于组成凹槽12的较小直径的环形凹槽槽面上，纵向限位电磁铁50设置于凹槽12的较大直径的环形凹槽槽面上。

前后限位电磁铁40和纵向限位电磁铁50均由永磁与线圈组成，永磁与线圈间设有一层保护套；配合全密封的导流罩方式避免线路进水受潮。

驱动电磁铁60由铁芯与线圈组成，永磁与线圈间设有一层保护套。配合全密封的导流罩方式避免线路进水受潮。

导流罩10外侧设有用于连接物体的连接杆，连接杆剖面具有流线型。该物体为船体。

导流罩10与前后限位电磁铁40、纵向限位电磁铁50、驱动电磁铁60通过高强度的卡接连接在一起。

前转子20安装于导流罩10前部，后转子30安装于导流罩10的后部。

实施例2：

本发明的螺旋桨上与水体接触部件表面均涂覆有耐腐蚀涂料，该防腐涂料由以下制备工艺制成：将成膜树脂、环氧树脂、二氧化钛、丁硫氨酸-亚砜亚胺、和轻质碳酸钙研磨2h，得研磨料，备用。称取一定量的水和十八烷基季铵盐、正丁醇、分散剂放入烧杯中，在磁力搅拌器上分散，搅拌速度为84rpm，时长10min，加入一定量有水性丙烯酸树脂和三仲丁基硼氢化锂，150rpm下分散30min，将研磨料与分散好的乳液混合，在磁力搅拌器上以34rpm条件下搅拌45min后加消泡剂，低速搅拌进行消泡，搅拌速度范围控制在25rpm，充分混合均匀即可制得涂料。分散剂为SK-5040，消泡剂为PA-311。涂料制备过程中可根据需求加入颜料，最终制备的涂料粘度控制在9S～12s，制备完成的涂料在涂覆前对该部件进行前处理，前处理过程包括打磨、除油、冷水洗吹干步骤，完成前处理后，按GB/T1727-1992方法涂覆该涂料，使涂层δ达到(0.25±0.02)mm。

本发明的在涂料制备过程中通过加入二氧化钛、丁硫氨酸-亚砜亚胺等研磨料在搅拌过程中与环氧树脂产生交联反应形成网状结构的高聚物，三仲丁基硼氢化锂与二氧化钛、丁硫氨酸-亚砜亚胺等产生协同作用使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键同时增强含环氧树脂成分涂料在成膜中内应力，提高涂料的附着力，并且最终制备的涂料在涂覆部件表面固化成膜后成三维网状结构，大大提高其耐腐蚀性和耐油类物质浸渍的效果。

使溶液中的丙烯酸单体数量增加导致制备的涂料在金属表面成膜阶段过程中乳胶粒子边界层通过聚合物分子链的内部扩散速度提升，阻止在成膜过程中产生划痕、针孔及裂纹从而解决在潮湿环境下水分子通过形成的涂膜上的划痕、针孔及裂纹扩散到涂膜内部与丙烯酸分子上的羟基发生缔合作用降低涂料的防腐作用的问题，进一步的在涂覆涂料前通过对金属部件表面进行加温处理再以冷水洗吹后再涂覆涂料时金属表面并未完全冷却的情况下进一步加速成膜阶段并避免涂料在涂覆过程中起泡。

上述涂料的成分及其重量份范围为：膜树脂35-48份、环氧树脂14-22份、二氧化钛7-9份、丁硫氨酸-亚砜亚胺4-6份、轻质碳酸钙10-14份、水80-180份、十八烷基季铵盐6-13份、正丁醇4-7份、分散剂7-10份、水性丙烯酸树脂3-6份、三仲丁基硼氢化锂0.4-0.7份、消泡剂3-8份。

实施例3：

本发明在工作时，由航行器为导流罩10内的线圈供电实现电磁铁的磁力。限位磁铁在不通电的情况下由永磁为螺旋桨转子提供悬浮的磁力以实现航行器在停泊或断电时螺旋桨的悬浮；在通电情况下，采用自检测磁悬浮螺旋桨系统的方法，通过检测电磁铁线圈上的电流或电压信号，并经过提取处理而得到螺旋桨转子21和/或31的位移，实时改变限位磁铁上的电流，以保证螺旋桨转子的稳定转动状态。驱动电磁依靠改变输入到导流罩10电磁铁线圈上的电流波交变频率和波形，来改变电磁铁的极性和磁力大小。导流罩10内侧驱动电磁铁呈圆环密集环绕排列，通过驱动电磁铁对轮缘最外侧的永磁环阵的力的作用，由此螺旋桨产生转动进而产生推力并实现无级变速。

本发明所采用的电磁铁技术为现有技术应为本领域技术人员所知晓，在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，包括：

导流罩(10)，

前转子(20)，其具有桨叶(22)，且安装于导流罩(10)内侧并由磁力驱动旋转，

后转子(30)，其具有桨叶(32)，且安装于导流罩(10)内侧并由磁力驱动旋转，

前转子(20)与后转子(30)转向相反。

2.如权利要求1所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，前转子(20)包括内侧连接桨叶(22)的支柱(23)，该支柱(23)上下端连接环状轮缘(21)且支柱(23)环状排列于轮缘(21)之间。

3.如权利要求1所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，后转子(30)包括内侧连接桨叶(32)的支柱(33)，该支柱(33)上下端连接环状轮缘(31)且支柱(33)环状排列于轮缘(31)之间。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，前转子(20)具有桨叶数量为三个，后转子(30)具有桨叶数量为五个。

5.如权利要求1-3任一权利要求所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，前转子(20)具有的桨叶数量小于后转子(30)具有的桨叶数量。

6.如权利要求1-3任一权利要求所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，导流罩(10)内侧具有用于与轮缘(21、31)契合的环形凹槽(12)，该环形凹槽(12)由两个环心相同，直径不同的环形凹槽组成。

7.如权利要求6所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，

该凹槽(12)上下端设有用于限制轮缘(21、31)前后位移的前后限位电磁铁(40)和

用于限制轮缘(21、31)纵向位移的纵向限位电磁铁(50)，

该凹槽(12)环状槽面后侧设有用于驱动轮缘(21、31)旋转的驱动电磁铁(60)。

8.如权利要求7所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，

优选的，前后限位电磁铁(40)和纵向限位电磁铁(50)均由永磁与线圈组成，永磁与线圈间设有一层保护套；

优选的，驱动电磁铁(60)由铁芯与线圈组成，永磁与线圈间设有一层保护套。

9.如权利要求1所述的磁悬浮轮缘驱动式无轴对转螺旋桨，其中，导流罩(10)外侧设有用于连接物体的连接杆，连接杆剖面具有流线型。