CN114455049A - 一种轮缘推进器 - Google Patents

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代潞
陈炼
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Abstract

本发明公开了一种轮缘推进器，包括定子和转子，所述的定子包括定子壳体以及设置在定子壳体内的定子电枢和水润滑轴承，定子壳体前端开口的内圆壁面设置有一个或多个定子回转凹槽，所述的转子包括位于定子壳体前端开口处的转子外环、设置在转子外环内的永磁体和连接在转子外环上的螺旋桨，所述转子外环外圆壁面设置有转子回转凹槽，通过该回转凹槽可以强化气隙内的流体局部涡流强度，当轮缘推进器工作时由于转子前后的流体压差促使气隙内的流体产生轴向流动，本发明可以降低此时气隙内流体的轴向流动速度，进而降低轮缘推进器转子的粘性摩擦损耗。通过该发明可提高轮缘推进器的整体效率。

Description

一种轮缘推进器
技术领域
本发明属于船舶推进技术领域，具体涉及一种轮缘推进器。
背景技术
轮缘推进器作为一种高度集成化的推进器装置，取消了传统推进方式的轴系驱动，实现了电机和螺旋桨的一体化集成，使得装置整体结构简单紧凑、体积小巧、安装灵活。
轮缘推进器的转子通常是浸在水（或其他流体介质）中，当轮缘推进器工作时，流体受离心力和转子轴向的压差力作用，会在气隙内流动，转子所有与流体介质接触的壁面会因为流体粘性摩擦产生功率损耗，该损耗会极大影响轮缘推进器的整体效率。
目前常规轮缘推进器的气隙处均将定子内壁面和转子外圆部分设计成平整壁面，这种设计结构简单，加工难度低，但是采用该常规结构的转子粘性摩擦损耗较高，使得轮缘推进器的系统效率低。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种轮缘推进器，针对其气隙处的结构做出优化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轮缘推进器，包括定子和转子，所述的定子包括定子壳体以及设置在定子壳体内的定子电枢和水润滑轴承，定子壳体前端开口的内圆壁面设置有一个或多个定子回转凹槽，最多可布满整个轴向空间，所述的转子包括位于定子壳体前端开口处的转子外环、设置在转子外环内的永磁体和连接在转子外环上的螺旋桨，定转子之间存在气隙，气隙处沿轴向方向为非均匀结构，所述转子外环外圆壁面设置有转子回转凹槽，定子回转凹槽和转子回转凹槽可仅设置在转子外环外圆壁面或定子壳体内圆壁面中的一处，另一个为平整壁面。
所述的一种轮缘推进器结构，其定子壳体上还通过导流叶片连接有桨毂，所述的螺旋桨末端连接有转子内环，所述的转子内环通过水润滑轴承与桨毂连接。
所述的一种轮缘推进器结构，其定子回转凹槽和转子回转凹槽的截面形状为V字形、U字形或其他类型形状。
所述的一种轮缘推进器结构，其定子回转凹槽和转子回转凹槽均匀排布在定子壳体内圆壁面和转子外环外圆壁面，相邻两个凹槽之间的最小间隔为0。
所述的一种轮缘推进器结构，其定子回转凹槽和转子回转凹槽槽深不超过气隙的径向宽度，回转槽的槽宽不超过气隙的径向宽度。
本发明的有益效果是：本发明在定转子间隙处设置了定子回转凹槽和转子回转凹槽，降低了气隙内流体的轴向流动速度，进而降低轮缘推进器转子的粘性摩擦损耗，提高了轮缘推进器的系统效率。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图；
图2为本发明第二实施例的结构示意图；
图3为本发明第二实施例定子的结构示意图；
图4为本发明第二实施例转子的结构示意图；
图5为本发明气隙处局部的示意图；
图6为本发明气隙处局部的另一实施例示意图。
各附图标记为：1—定子，11—定子壳体，12—定子电枢，13—定子回转凹槽，14—导流叶片，15—水润滑轴承，16—桨毂，2—转子，21—转子回转凹槽，22—永磁体，23—转子外环，24—螺旋桨，25—转子内环。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管附图中的各个构件以特定比例绘制，但是这些比例关系仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“轴向”、“内”、“外”等指示方向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，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对发明的限制。
本发明轮缘推进器由转子2与定子1组成，在轮缘推进器工作时，接入外部电源的定子电枢12产生旋转磁场，驱动转子2旋转，位于转子2的螺旋24桨旋转产生推力。转子2的推力及径向载荷由水润滑轴承15传递至定子壳体11，从而推动航行器前进。
在轮缘推进器的定子1和转子2之间存在气隙，气隙处沿轴向方向为非均匀结构，如图1所示，本发明在气隙处转子2的外圆壁面和定子1的内圆壁面带有一系列回转槽，即定子壳体11前端开口的内圆壁面设置有一个或多个定子回转凹槽13，最多可布满整个轴向空间，转子外环23外圆壁面设置有转子回转凹槽21，定子回转凹槽13和转子回转凹槽21可仅设置在转子外环23外圆壁面或定子壳体11内圆壁面中的一处，另一个为平整壁面。定子回转凹槽13和转子回转凹槽21向内凹陷，其形状为V形、U形或其他类似形状。定子回转凹槽13和转子回转凹槽21均匀排布在转子2外圆壁面或定子1内壁面，相邻回转槽之间的最小间隔为0。回转槽的槽深不超过气隙的径向宽度，回转槽的槽宽不超过气隙的径向宽度。本实施例的水润滑轴承15包含在定子1中。
在轮缘推进器的转子2旋转时气隙内的流体由于离心力的作用存在着泰勒库特流流动，当轮缘推进器工作时由于转子2前后的流体压差促使气隙内的流体产生轴向流动，该轴向流动速度越大，转子2的粘性摩擦损耗就越大，通过本发明所提出位于气隙处的回转凹槽结构可以强化气隙内的流体局部涡流强度，从而阻碍气隙内流体的轴向流动，虽然增大了转子2与流体的接触面积，但是综合来看总的转子2粘性摩擦损耗得到了降低，从而实现轮缘推进器效率的提升。
如图2所示，作为本发明的另一实施例，定子壳体11上还通过导流叶片14连接有桨毂16，所述的螺旋桨24末端连接有转子内环25，所述的转子内环25通过水润滑轴承15与桨毂16连接。在轮缘推进器工作时，接入外部电源的定子电枢12产生旋转磁场，驱动转子2旋转，位于转子2的螺旋桨24旋转产生推力。转子2的推力及径向载荷由水润滑轴承15传递至桨毂16上，再通过导流叶片14将载荷传递到定子壳体11，从而推动航行器前进。
如图3所示，所述的定子1包括定子壳体11、定子电枢12、定子回转凹槽13、导流叶片14、水润滑轴承15、桨毂16；定子电枢12包含于定子壳体11内部的密封空间内，水润滑轴承15与桨毂16连接固定，导流叶片14将定子壳体11与桨毂16连接起来并起到支撑作用，定子回转凹槽13位于定子壳体11的内圆壁面。
如图4所示，所述的转子2包括转子回转凹槽21、永磁体22、转子外环23、螺旋桨24、转子内环25。永磁体22位于转子外环23之内，转子回转凹槽21位于转子外环23的外圆壁面上，螺旋桨24与转子外环23、转子内环25相连接。
图5所示为本发明轮缘推进器的气隙处的局部示意图，在定子内壁面和转子外圆表面开槽，形成一系列连续的向内凹陷的表面回转槽—定子回转凹槽13和转子回转凹槽21。回转槽的数量最少为1个，最多可布满整个轴向空间。回转槽均匀排布在转子外圆壁面及定子内壁面，相邻回转槽之间的最小间隔为0。
回转槽可仅设置在转子外环23外圆壁面或定子壳体11内圆壁面中的一处，另一个为常规壁面。
当轮缘推进器需要正反双向工作时（例如作为需要正反转的侧推进器时），气隙内的流体在轴向的流动方向不固定，此时定子回转凹槽13和转子回转凹槽21采用轴向对称结构，即单个回转槽的几何中心线与轴向方向垂直；当轮缘推进器仅单向工作时（例如作为不需要反转的主推进器时），气隙内的流体在轴向的流动方向固定，所述定子回转凹槽13和转子回转凹槽21可以采用非对称结构，其槽口的中心与槽底中心的连线与流体轴向流动方向成一锐角，如图6所示为本发明采用非对称结构时的轮缘推进器气隙处局部的实施例示意图，针对轮缘推进器单向工作时该实施例可以更加明显的降低转子的粘性摩擦损耗，提升推进器整体效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种轮缘推进器，包括定子（1）和转子（2），其特征在于：所述的定子（1）包括定子壳体（11）以及设置在定子壳体（11）内的定子电枢（12）和水润滑轴承（15），定子壳体（11）前端开口的内圆壁面设置有一个或多个定子回转凹槽（13），所述的转子（2）包括位于定子壳体（11）前端开口处的转子外环（23）、设置在转子外环（23）内的永磁体（22）和连接在转子外环（23）上的螺旋桨（24），所述转子外环（23）外圆壁面设置有转子回转凹槽（21）。
2.根据权利要求1所述的一种轮缘推进器结构，其特征在于，所述的定子壳体（11）上还通过导流叶片（14）连接有桨毂（16），所述的螺旋桨（24）末端连接有转子内环（25），所述的转子内环（25）通过水润滑轴承（15）与桨毂（16）连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种轮缘推进器结构，其特征在于，所述的定子回转凹槽（13）和转子回转凹槽（21）的截面形状为V字形或U字形。
4.根据权利要求1或2所述的一种轮缘推进器结构，其特征在于，所述的定子回转凹槽（13）和转子回转凹槽（21）均匀排布，相邻两个凹槽之间的最小间隔为0。
5.根据权利要求1或2所述的一种轮缘推进器结构，其特征在于，所述的定子回转凹槽（13）和转子回转凹槽（21）槽深不超过气隙的径向宽度，槽宽不超过气隙的径向宽度。
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