CN114906308A - 一种用于船舶的电动推进器 - Google Patents

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Abstract

一种用于船舶的电动推进器，包括有机壳、设置于机壳上的螺旋桨以及驱动螺旋桨转动的电机，其特征在于：所述机壳形成有容置所述电机且封闭的电机内腔，该电机内腔中注满润滑油，并且，所述机壳外部还设置有一与所述电机内腔相连通且能伸缩的油腔，该油腔位于水面之上。本发明的优点在于：在外部增加一个油腔或油室，可以使得电机内腔达到自动平衡的效果，电机内部的润滑油既能解决电机的润滑问题，同时又可以避免电机内部结露生锈，电机长时间工作后不会产生油泥，还能很好的解决电机内部清洁问题；另外，由于电机内腔充满润滑油，润滑油作为传递介质，还能起到冷却的作用，使得电机的散热更加快速，使用更为稳定。

Description

一种用于船舶的电动推进器
技术领域
本发明涉及一种推进器设备，特别是一种船用电动推进器。
背景技术
船舶推进器是船舶推进装置中的能量变化器，它将发动机产生的动力转变成船舶行进的推力，以克服船舶在水中航行的阻力，进而推动船的行进。
现有技术中，最常见的是螺旋桨式船舶推进器，已有的如本人在先申请的申请号为202011076024.7的中国发明专利申请《一种船用推进器》就公开了这样一种推进器机构，该推进器包括有动力源、传动机构和螺旋桨，其中传动机构又包含有与输入轴、输出轴以及相互啮合并分别安装在输入轴、输出轴上的第一齿部和第二齿部，其特征在于第一齿部为螺杆，第二齿部为平面齿轮。该专利具有加工要求低，安装方便，传动效率高的优点，并且在不调整其它零件下，只要更换不同齿数的平面齿轮，就可以改变螺旋桨的转速。
考虑到船舶推进器通常都是在水下工作，长时间浸泡在水中，电机的密封显得尤为重要，电机密封一旦失效，不但电机内部的润滑油可能发生泄露，造成水体污染，而且外部的水容易进入到电机内部，使得电机发生故障，甚至发生危险。但是，上述专利中采用普通的油封加密封圈的结构实现电机的密封，而油封又通常是采用机械元件来封住油液，船舶推进器由于长期置于水下环境，这样的油封结构容易发生氧化或被腐蚀，进而造成油封失效，密封结构的使用寿命降低，最终影响电机的整机使用可靠性和安全性。
因此，如何实现船舶推进器的有效密封，在保证封件的可靠性的同时，提高或者延长密封件的使用寿命，是目前船用推进器亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种兼顾润滑和密封且密封可靠性更高、使用寿命更长的用于船舶的电动推进器。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种使用更为安全平稳且振动小的船舶电动推进器。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于船舶的电动推进器，包括有机壳、设置于机壳上的螺旋桨以及驱动螺旋桨转动的电机，其特征在于：所述机壳形成有容置所述电机且封闭的电机内腔，该电机内腔中注满润滑油，并且，所述机壳外部还设置有一与所述电机内腔相连通且能伸缩的油腔或油室，该油腔或油室位于水面之上。
作为优选，所述油腔或油室包括有可弹性收缩的油囊，以及连接油囊与电机内腔的油管。为了方便安装，所述油管可采用硅胶管或尼龙管。
考虑到结构紧凑且便于水下工作，作为优选，所述机壳包括有前端盖、后端盖、筒形的中间端盖以及筒形的转动件，所述中间端盖设置于前端盖和后端盖之间，所述转动件位于前端盖、后端盖之间且容置于中间端盖之中，所述前端盖、后端盖、中间端盖和转动件相互连接形成一圆筒状壳体，该圆筒状壳体包括有形成所述电机内腔的环形封闭腔室，该圆筒状壳体还包括有沿轴向开设的中空孔腔，所述螺旋桨可转动地设置于该中空孔腔内。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：所述螺旋桨包括有转筒和设置于该转筒内的至少两片桨叶，所述转筒与所述转动件配合并可随该转动件转动，所述桨叶的浆根固定于所述转筒的内壁上，所述桨叶的浆尖朝所述转筒的中轴线汇聚，并且，所述桨叶在转筒的中轴线处形成可供水流通过的导流通道。本申请的螺旋桨为无轴螺旋桨，可有效防止水下杂物缠绕在转轴上，还可以有效增大水下推力。
为了避免垃圾堵塞，同时为了进一步增强推力，作为进一步优选，所述桨叶有五片且沿转筒的周向内壁均布，每一所述桨叶自所述浆根朝浆尖方向的宽度依次变小，所述桨叶在转筒的中轴线处形成的导流通道的孔径范围为15～25mm。于是，桨叶在旋转工作时，导通流道中间形成一个水流柱，可以增加推力，又可以让水中的垃圾进入后顺利流出，防止堵塞。
为了便于安装固定，同时保证轴向和径向的定位，确保使用的安全可靠，作为优选，所述电机包括有定子组件、转子组件以及磁钢，其中，所述转子组件连接于所述转动件上且可驱动该转动件同步转动，所述磁钢设置于定子组件与转子组件之间，所述定子组件轴向限位于所述中间端盖上，所述转子组件两端还设置有可轴向限位该转子组件的转子端板。
为了保证电机的正常工作，同时防止电机进水和漏油，作为优选，所述机壳的前端盖与转动件之间以及后端盖与转动件之间还分别设置有轴承，并且，每一所述轴承的外端设置有可密封所述电机内腔的密封件。
作为进一步优选，所述密封件为一环形密封垫，该密封垫的横截面包括有骨架和双层密封膜片，相邻密封膜片之间形成可注入水封润滑脂的凹槽，相应地，所述转动件具有可与密封膜片相紧抵的密封摩擦面。本申请的密封垫采用单边双唇密封结构，可以外防水流进入电机内部，又可以内防油液外漏，确保电机在水下使用的安全性和环保性。
为了减小船舶运行时的水下阻力，作为进一步优选，所述机壳还包括有分别设置于前端盖和后端盖的外侧的导流罩。
为了方便检测电机内腔的油液使用情况，以及时通知用户从外部向电机内腔添加油料，作为优选，所述机壳上还设置有可检测电机内腔中润滑油的液位高低的液位传感器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在电机内腔注满润滑油，润滑油随着电机内工作温度的变化热胀冷缩，在外部增加一个油腔或油室，可以使得电机内腔达到自动平衡的效果，电机内部的润滑油既能解决电机的润滑问题，同时又可以避免电机内部结露生锈，如选定具有自挥发性的特殊油料作为润滑油，电机长时间工作后不会产生油泥，还能很好的解决电机内部清洁问题；另外，由于电机内腔充满润滑油，润滑油作为传递介质，还能起到冷却的作用，使得电机的散热更加快速，使用更为稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的电动推进器的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的电动推进器的剖视图之一(沿机壳的横截面方向)。
图3为本发明实施例的电动推进器的剖视图之二(沿机壳的纵截面方向)。
图4为本发明实施例的密封件立体结构示意图。
图5为本发明实施例的密封件剖视图。
图6为图5所示的I部局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～图6所示，本实施例涉及一种用于船舶的电动推进器，该推进器包括有机壳、设置于机壳上的螺旋桨以及驱动螺旋桨转动的电机。
考虑到结构紧凑且便于水下工作，机壳包括有前端盖11、后端盖12、筒形的中间端盖13以及筒形的转动件2，参见图3，中间端盖13设置于前端盖11和后端盖12之间，转动件2位于前端盖11、后端盖12之间且容置于中间端盖13之中，前端盖11、后端盖12、中间端盖13和转动件2相互连接形成一圆筒状壳体，该圆筒状壳体包括有可容置电机的电机内腔9，电机内腔9呈环形封闭腔室，该圆筒状壳体还包括有沿轴向开设的中空孔腔，螺旋桨可转动地设置于该中空孔腔内；为了减小船舶运行时的水下阻力，机壳还包括有分别设置于前端盖11和后端盖12的外侧的导流罩14。
本实施例在电机内腔9中注满润滑油，并且，机壳外部还设置有一与电机内腔9相连通且能伸缩的油腔或油室，该油腔或油室设置于水面之上，便于船舶上的工作人员操作。
其中，油腔或油室可以采用可弹性收缩的油囊31，油囊31与电机内腔9之间设置有油管32，为了方便安装，机壳顶部安装有可与船体连接的外壳件8，该外壳件8与电机内腔9相连通，且外壳件8上设置有用于电控连接的接线板81、导线接柱82和信号线接柱83，油管32可以采用硅胶管或尼龙管，油管32一端连接在外壳件8上，另一端连接油囊31；初始使电机内处于负压状态，润滑油随着电机内工作温度的变化(热胀冷缩)，受热后自由膨胀，受冷后自由收缩，通过油管32连接的油囊31具有自动收缩的功能，使得电机内腔9和油囊31之间可形成一个自动平衡的效果。
为了方便检测电机内腔9的油液使用情况，本实施例在机壳上还设置有可检测电机内腔9中润滑油的液位高低的液位传感器4，该液位传感器4可以监测电机内腔9的油量多少，在油液少于警戒值时及时亮灯报警，以通知用户从外部向电机内腔9添加油料。
本实施例中，电机内腔9中的润滑油采用特殊油料，本实施例采用以高级缝纫机油为基础油的改性油，此种油料具有自挥发性，长时间工作不会产生油泥，能够很好的解决电机内部清洁问题；同时，该油料还具有较好的抗氧化性、防锈性和润滑性，且无腐蚀性，电机内腔9注满润滑油，一方面解决了电机的润滑问题，另一方面还能够避免电机内部结露生锈，同时，能够解决电机冷却问题，使得散热更快速，工作更加稳定。
电机包括有定子组件91、转子组件92以及磁钢93，为了便于安装固定，同时保证轴向和径向的定位，确保使用的安全可靠，其中，转子组件92通过不锈钢键94与传动件2实现键连接，且可驱动该转动件2同步转动，磁钢93设置于定子组件91与转子组件92之间，定子组件91轴向限位于中间端盖13上，转子组件92两端还设置有可轴向限位该转子组件92的转子端板95。
为了保证电机的正常工作，机壳的前端盖11与转动件2之间以及后端盖12与转动件2之间还分别设置有轴承6，同时为防止电机进水和漏油，每一所述轴承6的外端设置有可密封电机内腔9的密封件。
本实施例的密封件(俗称“油封”)为一环形密封垫5，参见图4～图6，该密封垫5的横截面包括有呈L形的骨架50和位于该骨架50内侧的双层密封膜片51，相邻密封膜片51之间形成凹槽52，可注入以PAO为基础油的水封润滑脂，为了提高密封可靠性，每一密封膜片51的底部具有弯曲的折边511，该折边511与转动件2的外周壁相紧抵，由于转动件2在工作时是一直转动的，转动件2与密封膜片51之间有相对滑动摩擦，为了提高耐磨性，减缓转动件2的磨损，转动件2与密封膜片51的折边511相紧抵的外周壁称之为密封摩擦面21，该密封摩擦面21上还涂覆有耐磨涂层。
本实施例的密封垫5采用单边双唇密封结构，可以外防水流进入电机内部，又可以内防油液外漏，起到双重的密封和润滑作用，确保电机在水下使用的安全性和环保性。
本实施例密封垫5的骨架50采用金属材料，起到有效的支撑和定位作用，而密封膜片51则采用四氟乙烯合成材料制成，具有记忆性，定型后可一直保持相同的抱紧力，磨损后可自动补偿；而且，本实施例的密封膜片51的自润滑性好，可以在无润滑条件下工作，寿命长达8000h，工作温度可以高达260℃，并能承受1Mpa的密封压力，线速度达到25m/s；另外，密封摩擦面21上有特殊的耐磨涂层(本实施例主要采用陶瓷材料)覆盖，表面硬度可高达HV1000以上，表面光洁度小于0.2um，耐磨性好、摩擦阻力小，配合密封膜片51，大大延长了零件使用寿命，降低了电机的启动阻力和工作时的能量损耗。
本实施例的螺旋桨为无轴螺旋桨，该螺旋桨包括有转筒71和设置于该转筒71内的至少两片桨叶72，转筒71与转动件2配合并可随该转动件2转动，桨叶72的浆根固定于转筒71的内壁上，桨叶72的浆尖朝转筒71的中轴线汇聚，并且，桨叶72在转筒71的中轴线处形成可供水流通过的导流通道73。为了实现螺旋桨的轴向定位，转筒71的一端限位于转动件2的内壁上，另一端限位于螺旋桨固定环74上，该螺旋桨固定环74设置于转动件2之内并可随转动件一起转动。
为了兼顾推力和工作平稳性，同时减小振动，具体地，本实施例的桨叶72有五片且沿转筒71的周向内壁均布，每一桨叶72自浆根朝浆尖方向的宽度依次变小，即桨叶72的根部最大，桨尖最小，这种桨叶72结构易于导流，且直径最大的根部也是最结实的地方，提高了桨叶72的寿命。
五个桨叶72中心没有封闭，桨叶72在转筒71的中轴线处形成的导流通道73的孔径范围为15～25mm，优选地以20mm为最佳。于是，桨叶72在旋转工作时，导通流道中间形成一个水流柱，既可以有效防止水下杂物缠绕在转轴上，让水中的垃圾进入后顺利流出，防止垃圾堵塞，还可以有效增大水下推力；另外，桨叶72设置在转筒71的内部，安全性更高，桨叶72转动时不容易伤到水中生物和操作人员。
通过实验测试验证，相比较于普通螺旋桨打水时推力分散多，无法形成水柱推力，同时产生很多空泡的缺点，本实施例的无轴螺旋桨结构，不但桨叶72能够提供推力，转筒71也提供一定的推力，可形成水柱推力，推力比较集中，空泡很少；而且，同等体积的无轴螺旋桨和传统的螺旋桨相比，推进效率高出20％左右，但是整体噪音却要小15分贝以上。
在本发明的说明书及权利要求书中使用了表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“侧”、“顶”、“底”等，用来描述本发明的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，是基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。

Claims (10)

1.一种用于船舶的电动推进器，包括有机壳、设置于机壳上的螺旋桨以及驱动螺旋桨转动的电机，其特征在于：所述机壳形成有容置所述电机且封闭的电机内腔(9)，该电机内腔(9)中注满润滑油，并且，所述机壳外部还设置有一与所述电机内腔(9)相连通且能伸缩的油腔，该油腔位于水面之上。
2.根据权利要求1所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述油腔包括有可弹性收缩的油囊(31)，以及连接油囊(31)与电机内腔(9)的油管(32)。
3.根据权利要求1所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述机壳包括有前端盖(11)、后端盖(12)、筒形的中间端盖(13)以及筒形的转动件(2)，所述中间端盖(13)设置于前端盖(11)和后端盖(12)之间，所述转动件(2)位于前端盖(11)、后端盖(12)之间且容置于中间端盖(13)之中，所述前端盖(11)、后端盖(12)、中间端盖(13)和转动件(2)相互连接形成一圆筒状壳体，该圆筒状壳体包括有形成所述电机内腔(9)的环形封闭腔室，该圆筒状壳体还包括有沿轴向开设的中空孔腔，所述螺旋桨可转动地设置于该中空孔腔内。
4.根据权利要求3所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述螺旋桨包括有转筒(71)和设置于该转筒(71)内的至少两片桨叶(72)，所述转筒(71)与所述转动件(2)配合并可随该转动件(2)转动，所述桨叶(72)的浆根固定于所述转筒(71)的内壁上，所述桨叶(72)的浆尖朝所述转筒(71)的中轴线汇聚，并且，所述桨叶(72)在转筒(71)的中轴线处形成可供水流通过的导流通道(73)。
5.根据权利要求4所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述桨叶(72)有五片，每一所述桨叶(72)自所述浆根朝浆尖方向的宽度依次变小，所述桨叶(72)在转筒(71)的中轴线处形成的导流通道(73)的孔径范围为15～25mm。
6.根据权利要求3所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述电机包括有定子组件(91)、转子组件(92)以及磁钢(93)，其中，所述转子组件(92)连接于所述转动件(2)上且可驱动该转动件(2)同步转动，所述磁钢(93)设置于定子组件(91)与转子组件(92)之间，所述定子组件(91)轴向限位于所述中间端盖(13)上，所述转子组件(92)两端还设置有可轴向限位该转子组件(92)的转子端板(95)。
7.根据权利要求3所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述机壳的前端盖(11)与转动件(2)之间以及后端盖(12)与转动件(2)之间还分别设置有轴承(6)，并且，每一所述轴承(6)的外端设置有可密封所述电机内腔(9)的密封件。
8.根据权利要求7所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述密封件为一环形密封垫(5)，该密封垫(5)的横截面包括有骨架(50)和双层密封膜片(51)，相邻密封膜片(51)之间形成可注入水封润滑脂的凹槽(52)，相应地，所述转动件(2)具有可与密封膜片(51)相紧抵的密封摩擦面(21)。
9.根据权利要求3所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述机壳还包括有分别设置于前端盖(11)和后端盖(12)的外侧的导流罩(14)。
10.根据权利要求1所述的用于船舶的电动推进器，其特征在于：所述机壳上还设置有可检测电机内腔(9)中润滑油的液位高低的液位传感器(4)。
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