CN113955063A - 一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下推进器，具体地说是一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器。包括无铁芯永磁电机定子、无铁芯永磁电机转子、前端盖、后端盖、螺旋桨、导叶及轴，其中无铁芯永磁电机转子设置于无铁芯永磁电机定子的内侧，前端盖和后端盖安装在无铁芯电机定子的前、后端，导叶连接在后端盖的外侧；无铁芯电机转子套装在螺旋桨上，螺旋桨通过轴承安装在轴上，轴的后端与导叶定位连接。本发明采用无铁芯永磁电机驱动螺旋桨，电机转子直接套装在螺旋桨上，传动效率高，结构紧凑，无铁芯永磁电机在运行时没有铁损，电磁效率高，无传统有铁芯永磁电机的齿槽转矩效应，振动噪声小，适合高效低噪的水下应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种推进器，具体地说是一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器。
背景技术
水下推进器是实现潜航器、水下机器人等具备航行能力的重要部件，能够满足水下机器人等不同作业工具在不同航速下的推力需求。然而随着水下机器人的应用越来越广泛，对推进器的效率、紧凑型和低噪声特性要求越来越明显。水下运行环境要求推进器具有防水、耐压的能力，在应用到水下机器人上时，要求推进器结构尽量紧凑，便于机器人上其它设备的布置。由于水下机器人上携带的能源有限，要求推进器的效率尽量高，满足水下机器人长时间航行和作业要求，同时水下机器人上携带的声学设备对于推进器产生的自噪声也有一定约束。传统的高效推进器采用永磁电机通过传动轴驱动螺旋桨，进而产生推力，这种方式传动效率低，占用空间大，电机铁损高，尤其在低转速运行时，铁损所占比例大幅增加，电磁效率很低；由于传统永磁电机采用有铁芯的定子，齿槽转矩大，推进器振动噪声明显，影响水下机器人的声学设备工作；为了能够满足水下运行环境，必须对电机输出轴做动密封处理，密封位置需要定期维护。因此，设计一种能够长期在水下环境中工作，并且具有结构紧凑、效率高、噪声低的推进器是很有必要的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，能在水下环境中工作，并且具有结构紧凑、效率高、噪声低等特点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，包括无铁芯永磁电机定子、无铁芯永磁电机转子、前端盖、后端盖、螺旋桨、导叶及轴，其中无铁芯永磁电机转子设置于无铁芯永磁电机定子的内侧，前端盖和后端盖安装在无铁芯电机定子的前、后端，导叶连接在后端盖的外侧；无铁芯电机转子套装在螺旋桨上，螺旋桨通过轴承安装在轴上，轴的后端与导叶定位连接。
所述无铁芯电机定子包括外机壳、绕组和内机壳，其中绕组连接在外机壳和内机壳之间，且通过灌封环氧树脂的方式固定在一起。
所述无铁芯永磁电机转子包括前转子和后转子，前转子和后转子均位于外机壳的内侧，且分别位于所述绕组的前、后端。
所述前转子包括前铁芯和前磁钢，多块前磁钢沿圆周方向均布在前铁芯面向所述绕组的端面上，且采用环氧树脂对前磁钢和前铁芯进行灌封；
所述后转子包括后铁芯和后磁钢，多块后磁钢沿圆周方向均布在后铁芯面向绕组的端面上，并采用环氧树脂对后磁钢和后铁芯进行灌封。
所述前磁钢和所述后磁钢沿轴线方向一一对应，且磁极方向一致。
所述前铁芯和所述后铁芯远离所述绕组的端面上设有减重凹槽，减重凹槽分别与所述前磁钢和所述后磁钢的位置对应。
所述后端盖安装在所述外机壳上，所述导叶通过外部法兰安装在所述后端盖上，所述导叶的中部有锥孔，所述轴通过锥面与所述导叶的锥孔配合，且通过螺钉连接。
所述轴承包括前轴承和后轴承，前轴承和后轴承分别安装在所述螺旋桨的中孔前、后端内，并随所述螺旋桨整体安装在所述轴上，所述轴的前端安装有锁紧盖。
所述前轴承和所述后轴承为水润滑轴承。
所述后端盖上设有减重凹槽和加强筋。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明采用无铁芯永磁电机驱动螺旋桨，相对于传统有铁芯的永磁电机，无铁损，电机电磁效率高，无齿槽转矩效应，振动噪声低。
2.本发明的无铁芯永磁电机转子直接套装在螺旋桨上，传动效率高，经紧凑。
3.本发明的无铁芯永磁电机定子和转子采用环氧树脂灌封的方式实现定转子的防护，能够适应水下恶劣的工作环境。
4.本发明采用水润滑轴承支撑螺旋桨，噪声小，易维护，满足水下长期稳定运行的需求。
附图说明
图1为本发明一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器的轴测图；
图2为本发明一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器的前视图；
图3为本发明一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器的后视图；
图4为本发明一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器的剖视图；
图5为本发明中无铁芯电机电磁部分的局部剖视图；
图6为本发明去除外机壳和前端盖的轴测图；
图7为本发明去除外机壳和前端盖的侧视图；
图中：1为外机壳，2为前端盖，3为前铁芯，4为前磁钢,5为绕组，6为锁紧盖，7为前轴承，8为后轴承，9为螺旋桨，10为后端盖，11为后铁芯，12为后磁钢，13为导叶，14为轴，15为内机壳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-4所示，本发明提供的一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，包括无铁芯永磁电机定子、无铁芯永磁电机转子、前端盖2、后端盖10、螺旋桨9、导叶13及轴14，其中无铁芯永磁电机转子设置于无铁芯永磁电机定子的内侧，前端盖2和后端盖10安装在无铁芯电机定子的前、后端，导叶13连接在后端盖10的外侧；无铁芯电机转子套装在螺旋桨9上，螺旋桨9通过轴承安装在轴14上，轴14的后端与导叶13定位连接。
如图4-5所示，本发明的实施例中，无铁芯电机定子包括外机壳1、绕组5和内机壳15，其中绕组5连接在外机壳1和内机壳16之间，通过灌封环氧树脂的方式固定在一起，并实现绕组5的水下防护。无铁芯永磁电机转子包括前转子和后转子，前转子和后转子均位于外机壳1的内侧，且分别位于绕组5的前、后端，将绕组5夹在中部，与绕组5有一定间隙。
如图6-7所示，本发明的实施例中，前转子包括前铁芯3和前磁钢4，多块前磁钢4沿圆周方向均布在前铁芯3面向绕组5的端面上，且采用环氧树脂对前磁钢4和前铁芯3进行灌封。后转子包括后铁芯11和后磁钢12，多块后磁钢12沿圆周方向均布在后铁芯11面向绕组5的端面上，并采用环氧树脂对后磁钢12和后铁芯11进行灌封。具体地，前磁钢4和后磁钢12采用粘贴的方式分别固定在前铁芯3和后铁芯11上，磁钢固定后，采用环氧树脂灌封的方式对磁钢和铁芯做防护处理。
进一步地，前磁钢4和后磁钢12沿推进器轴线方向一一对应，装配时保证轴向对应的磁钢磁力线方向相同，同一个铁芯上的相邻磁钢磁力线方向相反。前铁芯3和后铁芯11远离绕组5的端面上设有减重凹槽，减重凹槽分别与前磁钢4和后磁钢12的位置对应。
本发明的实施例中，后端盖10安装在外机壳1上，导叶13通过外部法兰安装在后端盖10上，导叶13的中部有锥孔，轴14通过锥面与导叶13的锥孔配合，且通过螺钉连接，螺旋桨9由轴14支撑。
如图4所示，本发明的实施例中，轴承包括前轴承7和后轴承8，前轴承7和后轴承8分别安装在螺旋桨9的中孔前、后端内，并随螺旋桨9整体安装在轴14上，可在轴14上自由运转。轴14的前端安装有锁紧盖6，前轴承7和后轴承8的端面分别于锁紧盖6和轴14的端面形成摩擦副，约束螺旋桨9的轴向运动，并将螺旋桨9上产生的推力依次转移到轴14、导叶13、后端盖10和外机壳1上。后端盖10为主要承力构件，设有减重凹槽和加强筋，采用厚板并配合端面上的减重凹槽结构，满足强度和减重的双重需求。优选地，前轴承7和后轴承8为水润滑轴承，无需特殊防护机壳在水下长期稳定运行。
本发明采用无铁芯永磁电机驱动螺旋桨，电机转子直接套装在螺旋桨上，结构紧凑，传动效率高，便于布置；在使用过程中电机无铁损、无齿槽转矩效应，电磁效率高，具有高效、低振动噪声的特点；采用环氧树脂灌封对定转子防护，能够保护定子绕组，并且抵御深水中的外界压力；结合水润滑轴承的使用能够保证本发明长期、高效、低噪的工作在水下环境中。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：包括无铁芯永磁电机定子、无铁芯永磁电机转子、前端盖(2)、后端盖(10)、螺旋桨(9)、导叶(13)及轴(14)，其中无铁芯永磁电机转子设置于无铁芯永磁电机定子的内侧，前端盖(2)和后端盖(10)安装在无铁芯电机定子的前、后端，导叶(13)连接在后端盖(10)的外侧；无铁芯电机转子套装在螺旋桨(9)上，螺旋桨(9)通过轴承安装在轴(14)上，轴(14)的后端与导叶(13)定位连接。
2.根据权利要求1所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述无铁芯电机定子包括外机壳(1)、绕组(5)和内机壳(15)，其中绕组(5)连接在外机壳(1)和内机壳(16)之间，且通过灌封环氧树脂的方式固定在一起。
3.根据权利要求2所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述无铁芯永磁电机转子包括前转子和后转子，前转子和后转子均位于外机壳(1)的内侧，且分别位于所述绕组(5)的前、后端。
4.根据权利要求3所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述前转子包括前铁芯(3)和前磁钢(4)，多块前磁钢(4)沿圆周方向均布在前铁芯(3)面向所述绕组(5)的端面上，且采用环氧树脂对前磁钢(4)和前铁芯(3)进行灌封；
所述后转子包括后铁芯(11)和后磁钢(12)，多块后磁钢(12)沿圆周方向均布在后铁芯(11)面向绕组(5)的端面上，并采用环氧树脂对后磁钢(12)和后铁芯(11)进行灌封。
5.根据权利要求4所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述前磁钢(4)和所述后磁钢(12)沿轴线方向一一对应，且磁极方向一致。
6.根据权利要求4所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述前铁芯(3)和所述后铁芯(11)远离所述绕组(5)的端面上设有减重凹槽，减重凹槽分别与所述前磁钢(4)和所述后磁钢(12)的位置对应。
7.根据权利要求2所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述后端盖(10)安装在所述外机壳(1)上，所述导叶(13)通过外部法兰安装在所述后端盖(10)上，所述导叶(13)的中部有锥孔，所述轴(14)通过锥面与所述导叶(13)的锥孔配合，且通过螺钉连接。
8.根据权利要求1所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述轴承包括前轴承(7)和后轴承(8)，前轴承(7)和后轴承(8)分别安装在所述螺旋桨(9)的中孔前、后端内，并随所述螺旋桨(9)整体安装在所述轴(14)上，所述轴(14)的前端安装有锁紧盖(6)。
9.根据权利要求8所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述前轴承(7)和所述后轴承(8)为水润滑轴承。
10.根据权利要求1所述的采用无铁芯永磁电机驱动的轮缘推进器，其特征在于：所述后端盖(10)上设有减重凹槽和加强筋。
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