CN112758292A - 一种密封轮缘推进器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、定子及转子，转轴通过轴承活动连接在壳体中，定子固定在壳体上，与转子相对应；转轴呈中空、喇叭状结构，包括有大端部、小端部及渐变部；大端部固定有螺旋桨，渐变部固定有转子；轴承侧边设有密封组件，包括有凹极和凸极，其中之一固定在旋转的转轴上；凹极外侧设有永磁体，内侧设有凹槽；凸极顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成U型间隙；间隙内填充磁流体；磁流体在永磁体内侧磁极提供的磁场作用下积聚在凹槽底部，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极与凹极之间形成U型的密封带。本发明提供了一种摩擦系数低、推进效率密高的密封轮缘推进器。

Description

一种密封轮缘推进器

技术领域

本发明属于动力工程机械领域，尤其涉及一种摩擦系数低、推进效率密高的密封轮缘推进器。

技术背景

近年来，随着海工及水上娱乐事业的发展，对推进器的性能要求也越来越高，传统轴驱式推进器部件多、结构复杂、船舱占用空间大、能量损耗大，振动和噪声控制困难、建造和维护成本高等劣势因素逐渐凸显，已经无法更好地满足工作要求，导致人们逐渐将目光转向更加先进的无轴推进系统。

无轴驱动推进器分为无毂和有毂两种形式，推进器主要包括有电机的定子和转子，转子呈圆柱形，螺旋桨桨叶内置在转子中，转子中的磁极均布在螺旋桨的径向圆周，定子则是直接置于螺旋桨外圈，与磁极相对应，通电后驱动转子带动螺旋桨旋转，无轴推进器有很多优点，但也存在不足：1、这种轮缘推进器从结构上不难发现，其电机定子、转子的安装空间极其有限，而电机的功率与体积有直接的关系，且为了减少水阻，要求转子与壳体之间的厚度尽可能的薄，进一步限制了电机部分的安装空间，因此推进器功率受到极大的限制，成为限制轮缘推进系统大功率化的关键技术瓶颈之一；2、轴承作为支撑转轴的主要部件，既提供了极强的载荷能力，又保证了转轴的回转精度，但在水下运转时，为阻止水和其他杂质进入轴承及电机内部，并防止润滑剂流失，轴承一般采用接触式密封，该种密封方式摩擦系数大，导致额外损耗的功比较高，且产生的大量的热量，极其影响电动机的转化效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种摩擦系数低、推进效率密高的密封轮缘推进器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、定子及转子，转轴通过轴承活动连接在壳体的两侧的端盖中，所述定子固定安装在壳体上，与所述转子相对应；所述转轴呈中空、喇叭状结构，包括有大端部、小端部及连接大端部与小端部的渐变部；所述大端部用于固定安装螺旋桨，所述渐变部用于固定安装转子；所述轴承侧边设有密封组件，所述密封组件包括有凹极和凸极，其中之一固定在旋转的转轴上；所述凹极外侧设有永磁体，内侧设有“U”型或“V”型凹槽；所述凸极顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成“U”型或“V”型间隙；所述间隙内填充磁流体；所述磁流体在永磁体内侧磁极提供的磁场作用下积聚在凹槽底部，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极与凹极之间形成“U”型或“V”型的密封带；其有益效果在于：转轴呈中空、喇叭状的结构，在运行过程中，流体从大端部进入，经过渐变部，速度因为涌流截面积变化地关系而上升，在最窄处时，速度达到最大值，静态压力达到最小值，使得流体从小端部高速喷出，利用了文丘里效应增大了出水口的喷射速度，提高了推进效率，尤其是结合转轴喇叭状的结构特点，渐变的转轴还提供了额外的空间，大大提高了电机的安装空间，可将更多电机部分布置在渐变部，众所周知，电机的功率与电机的体积有很大的关系，在电机体积越大时，所能提供的功率也就越大，该轮缘推进器突破常规设计，合理布局，极好地解决了轮缘推进器中大功率的定、转子与有限的安装空间之间的矛盾，在保证轮缘推进器小体积的同时，大大提高了其推进功率及推进效率；所述凸极及凹极的结构形式共同营造了一个截面呈“U”型的间隙，磁流体被填充在其中；永磁体内侧磁极近距离地对磁流体提供一个径向的磁场，使磁流体两端均产生一个径向外移动的势能，进而促使磁流体积聚在凹槽底部形成密封带，实现流体在U型管中的静压平衡，当磁流体两端存在压差的情况下，密封带整体偏移达到新的平衡，密封面不会被破坏，密封效果不受影响；当处于旋转状态下的凸极或凹极带动磁流体旋转时，会使磁流体产生离心力，离心力的方向亦是径向朝外，磁流体在磁力及离心力的同向叠加作用下增强向凹极底部积聚的势，根据流体在U型管中静压平衡的原理，磁流体两端压差为零时，两端液面高度差为零，当压差不为零时，磁流体在间隙中会整体发生偏移使两端形成液面高度差，以此平衡压差，转速越高，离心力越大，极小的液面高度差就能抵抗极强地外部压差，既能保证极好的动密封效果，还不用担心高速状态下，磁流体因离心力的影响而导致密封厚度拉伸变薄被击穿而导致密封失效的问题，特别是转速越高时，离心力越大，抵抗外部压差的能力越强，适合外界压差随转速增加而增大的工况，自我调节能力强；若轴承外环与内环间距足够大，为简化结构，所述的密封组件可直接集成在轴承的外环与内环之间，组合成密封轴承使用。

优选地，所述间隙中设有用于增大与磁流体接触面积的载液条，所述载液条固定在旋转部位上；其有益效果在于：载液条作为凹极或凸极的延申部，间接地增大了凹极或凸极与磁流体的表面接触面积，增强了凹极或凸极带动磁流体旋转的能力，使得磁流体获得更多的能量旋转，产生更大的离心力；所述载液条可由呈海绵结构的材料制作而成，如高密海绵，主要特征为柔性、多孔，流体可以自由穿梭在其孔隙中而不影响自身的流动性，进而不影响流体的密封效果，更加重要的是其海绵结构纵横交错，大大增大了旋转部件带动磁流体旋转的能力；在一般情况下，若为节约成本，所述载液条可用絮状纤维或者羽绒代替。

进一步地，所述永磁体呈环状结构，采用辐射充磁，为单极辐射环，磁极分别位于内外两侧，众所周知，磁极是磁体中磁力最强的部位，磁感线分布最为密集，越靠近环状永磁体内侧磁极的磁场线越呈现出径向分布的状态，凹槽紧贴环状永磁体内侧磁极，处在正中位置，使整个磁流体密封带近距离地处在磁极提供磁场的最佳位置中，可获得最大化的径向磁力，进而促使磁流体积聚在凹槽底部形成密封带，实现流体在U型管中的静压平衡，保证更强的密封性能。需要指出的是，所述永磁体可由多片扇形永磁体交错布置组合而成，对于小半径的环状永磁体可采用辐射环，容易加工，但对于大直径的环状永磁体加工并不是很容易，可采用组合的方式降低加工难度；为使磁场分布的更加均匀，扇形永磁体交错的布置，采用辐射充磁或径向充磁的方式。

优选地，所述凸极通过支撑环固定在外环上，凹极与永磁体连为一体通过旋转环固定在内环上；其有益效果在于：永磁体与凹极连为一体更进一步地拉近了磁极与磁流体的距离，使磁流体可获得更大的磁力，产生更强的密封性能；将凹极固定在旋转部件上，一方面在于，磁流体在磁场的作用下向凹槽底积聚，磁流体中的磁性微粒在磁场的作用下呈现不均匀的分布，越靠近磁极的部位磁性微粒浓度越稠密，进而导致越靠经磁极的部位，磁流体的黏度越大，相较于凸极，凹极旋转带动磁流体获得离心力的能力更强，使得动密封状态下密封性能更强，且由于靠经凸极的磁流体黏度小，旋转时磁流体与凸极之间的摩擦力小，运转时产生的热量也相对较小；另一方面在于，密封结构上，凹极处在凸极的外圈，凹极与磁流体的表面接触面积大于凸极与磁流体的接触面积，产生的静摩擦力大，传递的能量多，带动磁流体旋转的能力优于凸极，且在旋转时，处于外圈的凹极线速度大于处于内圈的凸极，所产生的离心力更大，更有利于抵抗外界压差；所述凹极优选地采用柔性材料制作，如可塑性强的高弹性聚合物，更具体地如聚四氟乙烯，既耐高温又耐低温，而凹极由柔性材料制作时，所述环状永磁体可作为支架为凹极提供强有力的支撑，保证其在高速运转时不发生变形，进而保证了密封效果，减少零部件的个数；特别需要指出的是，由于永磁体的磁极分别处在在内外侧，内侧磁极为磁流体提供磁场，而外侧磁极也可以提供磁场，若永磁体外侧空间形成有“U”型间隙，可填充磁性润滑脂这种黏度大、成本低的非牛顿磁流体，在离心力的作用下，形成一道辅助密封带。

所述凸极通过支撑环设在外环上，凹极通过旋转环设在内环上，对于小半径地轴承，外环的壁厚小，在外环上直接加工凸极难度比较大，且狭小的空间限制了磁极的厚度，降低了磁极对磁流体的磁力，影响密封的性能，支撑环及旋转环作为外环及内环的延申部，降低了加工难度，增大了磁极的安装空间，需要指出的是，支撑环可与凸极一体化设计。

优选地，所述旋转环外端设有隔离板，所述隔离板固定在外环上，所述旋转环与外环之间填充有润滑脂；其有益效果在于：形成迷宫型密封结构，且在永磁体的外围形成“U”型间隙，在间隙可内填润滑脂，优选为磁性润滑脂，充分利用旋转环运转时产生的离心效应及永磁体的磁极对磁性润滑脂的强大磁吸力形成辅助密封，提高密封性能。

优选地，所述隔离板外端设有甩泥环，所述甩泥环固定在内环上；其有益效果在于：高速旋转的甩泥环可以将水中的泥沙等大颗粒杂质利用离心力的作用甩出，避免杂质进入流体密封带中，影响密封性能。

优选地，所述凹极边沿部与凸极接触形成密封，所述磁流体被限制在凸极与凹极之间形成的“U”型或“V”型间隙中；其有益效果在于：一方面在于，可防止剧烈震动时，磁流体脱离磁力的束缚大量外泄；另一方面在于，可防止外界杂质进入磁流体，影响磁流体的特性，保证密封效果。

优选地，所述凸极设在内环上，所述永磁体与凹极连为一体固定在外环上；其有益效果在于：适用于永磁体外侧需要设置励磁体的场合，方便励磁体上绕组线圈的接线，由旋转的凸极带动磁流体旋转，使流体产生离心力，需要指出的是，在磁极的影响下，磁流体中的磁性微粒向凹极靠拢，导致靠经凸极的磁流体中磁性微粒浓度低，进而导致靠经凸极的磁流体黏度低，带动磁流体旋转获得离心力的能力有限，为增加凸极带动流体旋转的能力，在凸极适当位置需设置叶片或将载液条固定安装在凸极上。

优选地，所述永磁体外侧设有励磁体，所述励磁体上饶有线圈，线圈通电后产生磁场；所述励磁体固定在外套上；其有益效果在于：饶有线圈的励磁体通电后产生磁场，通过改变电流的大小就可控制励磁体产生磁场的强度变化，使得密封强度实现可控，适合有特殊要求的工作场合，进一步地，饶有线圈的励磁体固定安装在凹极外侧的静止部件上，方便电路的连接。

进一步地，所述励磁体包括励磁柱及励磁环，饶有线圈的励磁柱均布在励磁环上；饶有线圈的励磁柱通电提供磁场，励磁环将磁场沿圆周上分布开来，保证磁流体的分布的均匀性，进而保证密封效果；对于大半径的励磁体可采用分片组合、交错布置的形式制作。

优选地，壳体上设有平衡内外压差有气压调节装置；其有益效果在于：对于极端的环境，气压调节装置用于平衡外部与电动机或发电机内部的压差，降低内外压差，到达密封组件所能承载的范围之内，保证密封效果，可采用空气压缩机进行可控调节。

进一步地，所述气压调节装置包括有缸体及活塞，所述缸体两端设有开孔，活塞置于缸体之中；其有益效果在于：缸体固定在静止的部件上，两端开孔联通外部与电动机或发电机内部大气，活塞置于缸体之中，在内外压差的作用下滑动，平衡压差，实现自我调节内外压差的目的。

优选地，密封轴承使得推进器内部空间可制作为封闭状态，内部空间可以填充绝缘液体，优选为绝缘油，以排除内部空间的气体，当密封轴承外部压力变化时，内部液体的强抗压缩能力，使得密封带的液位差基本不会发生变化，保证高强度的密封效果，且绝缘液体也可以起到润滑活动部位及散热的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、该密封轮缘推进器利用文丘里效应增大了出水口的喷射速度，提高了推进效率的同时，又巧妙利用转轴的结构特征，大大增加了电机的安装空间，提高了推进器的功率；2、密封突破常规方法中通过轴向磁拉力将磁流体束缚在磁路气隙中进行密封的做法，而是对磁流体施加一个径向朝外的磁力，利用流体在U型管中静压平衡的原理，促使磁流体形成“U”型密封带，该密封带既保证了磁流体低摩擦副的特性，还消除了磁流体因离心力的作用而导致密封失效的风险；3、将离心力从有害面转变为有利面，转速越高，离心力越大，密封效果越强，具有极强的自我调节能力；4、该密封轮缘推进器结构紧凑，体积小，可集成在船体上。

附图说明

图1为实施例一中所述密封轮缘推进器的结构示意图；

图2为实施例一中所述转轴的结构示意图；

图3为实施例一中所述密封组件结构示意图；

图4为实施例一中所述凹极及载液条的结构示意图；

图5为实施例一中永磁体为单极辐射环的结构示意图；

图6为实施例一中永磁体采用组合方式的结构示意图；

图7为实施例一中所述密封组件存在压差情况下的平衡状态示意图；

图8为实施例二中所述密封轮缘推进器的结构示意图；

图9为实施例二中所述密封组件的结构示意图；

图10为实施例三中所述密封轮缘推进器的结构示意图；

图11为实施例三中所述密封组件的结构示意图；

图12为实施例三中励磁体为一体化设计的结构示意图；

图13为实施例三中励磁体采用组合形式的结构示意图；

图14为实施例四中所述密封轮缘推进器的结构示意图；

图15为实施例四中所述密封组件的结构示意图；

图中：1、定子；2、转子；2-1、转轴；2-1-1、大端部；2-1-2、小端部；2-1-3、渐变部；3、螺旋桨；4、凸极；5、磁流体；6、凹极；61、半弧环；7、载液条；8、旋转环；9、永磁体；91、永磁瓦；10、隔离板；11、润滑脂；12、支撑环；13、轴承；14、端盖；15、轴套；16、壳体；17、甩泥环；18、活塞；19、缸体；20、填料函；21、密封槽；22、励磁体；22-1、励磁柱；22-2、线圈；22-3、励磁环；23、定位架；24、引线槽；25、防护滤网；26、进水口；27、绝缘油；28、辅助转子；29、辅助定子。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1～7所示，一种密封轮缘推进器，包括有转轴2-1、定子1、转子2、壳体16、端盖14，所述转轴2-1呈中空、喇叭状结构，包括有大端部2-1-1、小端部2-1-2及大端部与小端部之间过渡的渐变部2-1-3；所述大端部2-1-1用于固定安装螺旋桨3，所述渐变部2-1-3用于固定安装转子2，所述转子2呈盘状结构，包括有转子铁芯及均布在转子铁芯上的磁钢基板；端部设有轴套15的所述转轴2-1通过轴承13固定在壳体16两侧的端盖14中，定子1固定在壳体16上为转子2提供轴向旋转磁场，为增大功率，大端部2-1-1设有辅助转子28，与辅助转子相对应的辅助定子29固定在壳体16上，为辅助转子28提供径向旋转磁场；所述轴承13外侧设有密封组件，所述密封组件包括凹极6和凸极4，凹极6与永磁体9连为一体通过旋转环8固定在轴套15端部，所述凹极6上设有“U”型凹槽，所述凹极6有柔性材料浇筑而成，如硅胶、聚四氟乙烯等；所述凸极4通过支撑环12固定在端盖14端部，顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成有“U”型间隙；所述间隙内填充磁流体5；所述永磁体9为环形永磁体，采用辐射方式充磁，为单极辐射环；所述磁流体5在凹极6外侧永磁体9提供的径向磁场作用下克服重力向槽底积聚，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极4与凹极6之间形成“U”型的密封带；运转时，旋转环8带动永磁体9与凹极6一同旋转，处于旋转状态下的凹极6带动磁流体5旋转，使磁流体5产生径向朝外离心力；磁流体5在离心力及磁力的共同作用下积聚在凹极6型槽底；为增大凹极6带动磁流体5旋转的能力，在凹极6上粘结有载液条7，所述载液条7由细密海绵制成；所凸极4与轴套15的间隙处设有填料函20，用于阻止润换脂进入磁流体密封带；所述旋转环8外端设有隔离板10，所述隔离板10固定在端盖14上，所述旋转环8、隔离板10、支撑环12及端盖14之间形成的“U”间隙内填充有磁性润滑脂11；所述隔离板外端设有甩泥环17，利用离心力可将大颗粒的杂质甩；所述端盖14上设有密封槽21。

根据流体在U型管中静压平衡的原理，密封带处在静密封状态时，磁流体5在凹极6正上方磁极的作用下保持平衡；当磁流体5两端无压差时，两端液面高度差h为零，当任一端压力变大时，磁流体5将会整体向压力低的一侧移动，直至液面高度差h达到一定值，在磁力的作用下于外界压差达到新的平衡；密封带处于动密封状态时，旋转的凹极6带动磁流体5旋转，磁流体5不仅受到了磁力作用，还受到离心力的作用，两者同向叠加，共同提供力场来平衡压差，转速越高，离心力越大，极小的液位高度差h就能抵抗极强地外部压差变化，保证极好的动密封效果，不用担心高速状态下，流体因离心力的影响而导致密封厚度拉伸变薄被击穿而导致密封失效地问题。

需要指出的是，磁性润滑脂11被填充在旋转环8、隔离板10及支撑环12之间的间隙处，形成一个简单的U型槽，磁性润滑脂11被永磁体9吸引而不易发生外泄，可有效防止杂质的进入，且在运转时，磁性润滑脂11在旋转环的离心力的作用下，密封效果加强，可对液体进效阻隔，进一步提高了密封效果；呈环状结构的永磁体9可为一体化设计，也可采用若干个扇形永磁瓦91组合而成，为使得磁场的分布更加均匀及更方便安装，永磁瓦91可采用交错布置，对于大直径的轴承来说，可极大减小加工成本。

需要补充的是，密封组件使得所述电动机或发电机内部空间可制作为封闭状态，为增加水下电动机或发电机的密封性能，内部空间可以填充绝缘液体，优选为绝缘油27，以排除内部空间的气体，当密封组件外部压力变化时，内部液体的强抗压缩能力，使得密封带的液位差基本不会发生变化，保证了在极端环境中的密封效果，且绝缘液体也可以起到润滑活动部位及散热的作用。

实施例二

如图8～9所示，一种密封轮缘推进器，包括有转轴2-1、定子1、转子2、壳体16、端盖14，所述转轴2-1呈中空、喇叭状结构，包括有大端部2-1-1、小端部2-1-2及大端部与小端部之间过渡的渐变部2-1-3；所述大端部2-1-1用于固定安装螺旋桨3，所述渐变部2-1-3用于固定安装转子2，所述转子2呈盘状结构，包括有转子铁芯及均布在转子铁芯上的磁钢基板；端部设有轴套15的所述转轴2-1通过轴承13固定在壳体16两侧的端盖14中，定子1固定在壳体16上为转子2提供旋转磁场；所述轴承13两侧端均设有密封组件，所述密封组件包括凹极6和凸极4，凹极6与永磁体9连为一体固定在端盖14端部，所述凹极6上设有“U”型凹槽，所述凹极6有柔性材料浇筑而成，如硅胶、聚四氟乙烯等；所述凸极4通固定在轴套15端部，顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成有“V”型间隙；所述间隙内填充磁流体5；所述永磁体9为环形永磁体，采用辐射方式充磁，为单极辐射环；所述磁流体5在凹极6外侧永磁体9提供的径向磁场作用下克服重力向槽底积聚，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极4与凹极6之间形成“V”型的密封带；运转时，旋转环8带动永磁体9与凹极6一同旋转，处于旋转状态下的凹极6带动磁流体5旋转，使磁流体5产生径向朝外离心力；磁流体5在离心力及磁力的共同作用下积聚在凹极6型槽底；为增大凸极4带动磁流体5旋转的能力，在凸极4上粘结有载液条7，所述载液条7由细密海绵制成；所述凹极6边沿部与凸极4轻微接触，形成封闭空间，所述磁流体5被封存在凸极4与凹极6之间的封闭空间，用以效防止外部杂质进入磁流体，亦可在激烈碰撞时，磁流体外泄；所述永磁体9外端设有旋转环8及隔离板10，所述隔离板10固定在端盖14上，旋转环固定在轴套15上，所述旋转环8、隔离板10及永磁体9之间填充有磁性润滑脂11；所述隔离板外端设有甩泥环17，利用离心力可将大颗粒的杂质甩；所述端盖14上设有密封槽21。

需要指出的是，由于凹极6边沿部与凸极4轻微接触，形成封闭空间，在外界压力变化时，边沿接触部位会形成第一道保护，若第一道保护失效，则由磁流体密封带实施第二道保护，双重作用下保证密封效果；且密封轴承两侧的的磁流体密封带将轴承包裹在其中，形成了封闭的空间，端盖上可设进水口26，进水口外侧设有防护滤网25，所述进水口26使得液体进入电动机或发电机内部，使得密封轴承两侧处在同等的压力下，两道磁流体密封带受到外界同等的压力而向内偏移，导致封闭空间气体被压缩，气压增大，最终达到压力平衡，阻止液体进入轴承内部，实现自适应的密封效果，很好的保证了轴承运动时不会受到液体的阻力，降低功率损耗，如在海水中，定子及转子作防护涂层等防腐处理，避免与海水接触，增长使用寿命。

实施例三

如图10～13所示，一种密封轮缘推进器，包括有转轴2-1、定子1、转子2、壳体16、端盖14，所述转轴2-1呈中空、喇叭状结构，包括有大端部2-1-1、小端部2-1-2及大端部与小端部之间过渡的渐变部2-1-3；所述大端部2-1-1用于固定安装螺旋桨3，所述渐变部2-1-3用于固定安装转子2，所述转子2呈盘状结构，包括有转子铁芯及均布在转子铁芯上的磁钢基板；为推进器增大功率，所述大端部也布置有转子2；端部设有轴套15的所述转轴2-1通过轴承13固定在壳体16两侧的端盖14中，定子1固定在壳体16上为转子2提供轴向旋转磁场；所述轴承13外侧设有密封组件，所述密封组件包括凹极6和凸极4，凹极6与永磁体9及励磁体22由内到外依次连为一体固定在定位架23上，所述定位架23固定在端盖14端部，所述凹极6上设有“V”型凹槽，所述凹极6由硬质材料制成的半弧环61组合而成；所述凸极4通固定在轴套15端部，顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成有“V”型间隙；所述间隙内填充磁流体5；所述永磁体9为环形永磁体，采用辐射方式充磁；所述磁流体5在凹极6外侧永磁体9提供的径向磁场作用下克服重力向槽底积聚，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极4与凹极6之间形成“U”型的密封带；运转时，旋转环8带动永磁体9与凹极6一同旋转，处于旋转状态下的凹极6带动磁流体5旋转，使磁流体5产生径向朝外离心力；磁流体5在离心力及磁力的共同作用下积聚在凹极6型槽底；为增大凸极4带动磁流体5旋转的能力，在凸极4上粘结有载液条7，所述载液条7由细密海绵制成；所述凹极6与轴套15的间隙处设有填料函20，用于阻止润换脂进入磁流体密封带；所述永磁体9外端设有旋转环8及隔离板10，所述隔离板10固定在端盖14上，旋转环固定在轴套15上，所述旋转环8、隔离板10及永磁体9之间填充有磁性润滑脂11；所述隔离板外端设有甩泥环17，利用离心力可将大颗粒的杂质甩；所述端盖14上设有密封槽21。

需要指出的是，所述励磁体22为环状结构，采用一体化设计，包括有励磁柱22-1、线圈22-2及磁磁环22-3，饶有线圈22-2的励磁柱22-1均布在励磁环22-3上，所述线圈22-2通电产生的磁场与永磁体的磁场同向叠加，使得施加在磁流体上的磁场总强度随电流的增加而增大，进而使密封性能可根据需要变得可控；端盖14上设有线圈22-2的引线槽24。

需要说明的是，所述励磁体22还可由若干励磁单元组合而成，所述励磁单元包括励磁柱22-1、线圈22-2及励磁瓦22-4，饶有线圈22-2的励磁柱22-1固定在励磁瓦22-4上。

实施例四

如图14～15所示，一种密封轮缘推进器，包括有转轴2-1、定子1、转子2、壳体16、端盖14，所述转轴2-1呈中空、喇叭状结构，包括有大端部2-1-1、小端部2-1-2及大端部与小端部之间过渡的渐变部2-1-3；所述大端部2-1-1用于固定安装螺旋桨3，所述渐变部2-1-2用于固定安装转子2，所述转子2呈盘状结构，包括有转子铁芯及均布在转子铁芯上的磁钢基板；端部设有轴套15的所述转轴2-1通过轴承13固定在壳体16两侧的端盖14中，定子1固定在壳体16上为转子2提供轴向旋转磁场；为增大推进器的功率，大端部也设有转子2；所述轴承13外侧设有密封组件，所述密封组件包括凹极6和凸极4，凹极6通过旋转环8固定在轴套15端部，所述凹极6上设有“U”型凹槽，所述凹极6有柔性材料浇筑而成，如硅胶、聚四氟乙烯等；所述凸极4通过支撑环12固定在端盖14端部，顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成有“U”型间隙；所述间隙内填充磁流体5；所述永磁体9为环形永磁体，采用辐射方式充磁，为单极辐射环，固定在凹极6外侧的端盖的安装槽中，并于凹极6之间形成间隙；所述磁流体5在永磁体9内侧磁极提供的径向磁场作用下克服重力向槽底积聚，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极4与凹极6之间形成“U”型的密封带；运转时，旋转环8带动永磁体9与凹极6一同旋转，处于旋转状态下的凹极6带动磁流体5旋转，使磁流体5产生径向朝外离心力；磁流体5在离心力及磁力的共同作用下积聚在凹极6型槽底；为增大凹极6带动磁流体5旋转的能力，在凹极6上粘结有载液条7，所述载液条7由细密海绵制成；所凸极4与轴套15的间隙处设有填料函20，用于阻止润换脂进入磁流体密封带；所述旋转环8外端设有隔离板10，所述隔离板10固定在端盖14上，所述旋转环8、隔离板10、支撑环12及永磁体9之间形成的“U”间隙内填充有磁性润滑脂11；所述隔离板外端设有甩泥环17，利用离心力可将大颗粒的杂质甩；所述端盖14上设有密封槽21；所述外壳上固定有气压调节装置,所述气压调节装置包括缸体19及活塞18，所述缸体19两端开口，分别连通推进器内部与外界环境，活塞18置于缸体内，自我调节内外压差，保证推进器与外界压差平衡，减轻密封轴承的负担，进一步保证整个推进器的密封性能，特别适合内外压差较大的环境中使用。

需要指出的是，此时凹极6的内侧及外侧均形成了“U”型密封带，凹极6旋转时，内外两道密封带均在离心力及磁力的同向叠加下抵抗外部压差，双重保证密封性能；所述旋转环8优选为采用导磁材料制成，以便减小磁漏，间接地提高永磁体9对磁流体5的磁力；若不计成本，磁性润滑脂11可换成磁流体5。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、定子及转子，转轴通过轴承活动连接在壳体的两侧的端盖中，所述定子固定安装在壳体上，与所述转子相对应，其特征在于：所述转轴呈中空、喇叭状结构，包括有大端部、小端部及连接大端部与小端部的渐变部；所述大端部用于固定安装螺旋桨，所述渐变部用于固定安装转子；所述轴承侧边设有密封组件，所述密封组件包括有凹极和凸极，其中之一固定在旋转的转轴上；所述凹极外侧设有永磁体，内侧设有“U”型或“V”型凹槽；所述凸极顶部置于凹槽内，并与凹槽之间形成“U”型或“V”型间隙；所述间隙内填充磁流体；所述磁流体在永磁体内侧磁极提供的磁场作用下积聚在凹槽底部，并利用流体在U型管中静压平衡的原理，在凸极与凹极之间形成“U”型或“V”型的密封带。

2.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述间隙中设有用于增大与磁流体接触面积的载液条，所述载液条固定在旋转部位上。

3.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述凸极通过支撑环固定在端盖上，凹极与永磁体连为一体通过旋转环固定在轴套上。

4.根据权利要求3所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述旋转环外端设有隔离板，所述隔离板固定在端盖上，所述支撑环、旋转环及隔离板之间形成的间隙处填充有润滑脂。

5.根据权利要求4所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述隔离板外端设有甩泥环，所述甩泥环固定在轴套上。

6.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述凸极设在轴套上，所述永磁体与凹极连为一体固定在端盖上。

7.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述凹极边沿部与凸极接触形成密封，所述磁流体被限制在凸极与凹极之间形成的“U”型或“V”型间隙中。

8.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述永磁体外侧设有励磁体，所述励磁体上饶有线圈，线圈通电后产生磁场；所述励磁体固定在壳体的端盖上。

9.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：壳体上设有平衡内外压差的气压调节装置。

10.根据权利要求9所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于：所述气压调节装置包括有缸体及活塞，所述缸体固定在壳体上，两端设有开孔，活塞置于缸体之中。

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