CN1897417A - 无轴推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无轴推进器，其被制造成可与液体协同作用，该推进器包括具有圆形开口的定子和安装在所述开口内的转子，该转子包括环形转子体，并具有向内凸出的多个推进器叶片，其特征在于：位于所述转子和定子之间的轴承包括可倾瓦块轴承。这种类型的推进器适于相对高的载荷，并且可以用于推进舰船，用于泵送流体，或用于从液体流中产生能量。

Description

无轴推进器
技术领域
本发明涉及一种无轴推进器，其被制造成可与液体协同作用，该推进器包括具有圆形开口的定子和安装在所述开口内的转子，该转子包括环形转子体，并具有向内凸出的多个推进器叶片。
背景技术
这种类型的推进器可以从WO03/082669A中得知。这种已知的无轴推进器用于螺旋桨推进器，并且它具有超越安装在轴上的传统螺旋桨推进器的特殊优点，这些将在下文中说明。
带有从轮毂径向向外伸出的推进器叶片的传统螺旋桨推进器的输出，可以通过将所述叶片置于喷嘴中，使推进器叶片梢端紧贴着喷嘴的内壁运动而得以改进。这种构造的一个缺点就是，由于推进器叶片梢端和喷嘴内壁之间的间隙处的压力差而可能在推进器叶片梢端处产生空蚀现象。空蚀现象不仅降低了推进器的输出，而且会导致振动和噪音。传统推进器在使用时的另一个缺点就是，轮毂上的中央驱动装置会妨碍流体穿过喷嘴。再一个缺点就是诸如海藻或类似的物质有可能会缠绕在以这种方式构造的推进器上。
克服此类问题的螺旋桨推进器是已知的。在这些已知的推进器中，推进器叶片从环形转子体的内壁向内伸出。这种情况下，环形转子体的内壁形成喷嘴的至少一部分，从而在推进器叶片和喷嘴之间没有间隙。在周边处，该转子体安装在定子的圆形开口内，并且在其周边进行驱动，从而可以省去轮毂。在靠近推进器的中心线附近，喷嘴允许无阻碍的持续通过，因此也会使物体缠绕到推进器上的可能性降低。
这种类型推进器的驱动装置优选为电力的，在转子的周边提供有永磁体，并且在定子的开口周围提供有定子绕组，用于与磁体一同驱动所述转子。此类型的驱动装置具有运动部件少的优点，并且所述部件在其构造中相对地更加紧凑。
一种用于水下舰艇的无轴电力驱动螺旋桨推进器，如上所述，可由WO03/082669得知。在该专利中描述的推进器的轴承包括转子的塑料材料轴承面和与第一轴承面协同作用并由节段构造而成的定子塑料材料轴承面。该轴承是水润滑的，从而省去了轴承密封。该推进器具有大约7.5kW的功率，并且其峰值推进力接近200kgm。
该推进器的缺点在于它仅仅适合于相对较低的功率，这是由于所使用的轴承仅仅承受较低负载的事实造成的。前述这种推进器因此不适合用于轮船的船艏推进器。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种适用于较高功率的无轴推进器，例如高于20kW。特别地，本发明的目的是提供一种适合于用作轮船的船艏推进器的电力驱动螺旋桨推进器。
该目的实现是因为转子和定子之间的轴承包括可倾瓦块轴承。这种类型的轴承适于相对高的负荷，例如功率大于20kW时所产生的负荷。
该类型的轴承可以用环绕水进行润滑，从而可省去轴承密封。从而获得了一种相对简单的结构。此外，该环绕水可以冷却该轴承和发动机。
所述可倾瓦块轴承包括可倾转地连接在定子上的多个轴承瓦块，和与所述轴承瓦块协同作用的转子轴承表面。
优选地，轴承瓦块的轴承面相对坚硬，而转子的轴承面相对柔软。该轴承瓦块可以由具有坚硬覆盖层的、例如金属或金属合金构成，用于形成轴承面。该轴承瓦块可由例如硬质不锈钢或钛构成，而该覆盖层可以由例如氮化钛或类金刚石(DLC)构成。转子的轴承面可以由例如塑料材料构成。
本实施例的一个优点是，它表现出良好的启动性能。作为转子的柔软表面适合于轴承瓦块的坚硬表面的结果，即使在低速下也可形成一层润滑膜。这种良好的启动性能在用于船艏推进器时是尤其重要的，这是考虑到船艏推进器在操作中经常改变其旋转方向。在高速状态下，润滑膜的形成是轴承瓦块的倾转导致在轴承之间的间隙内压力聚积的结果。
此外，转子的轴承面优选地由低摩擦系数的材料构成，且轴承瓦块的轴承面例如由高密度聚乙烯构成。该类型的实施例的一个优点是，在润滑膜形成之前，轴承面之间的滑动摩擦被限制在一个低速状态下。
该实施例的另一个优点在于，由于轴承瓦块的轴承面相对坚硬而转子的轴承面相对柔软，因此该轴承对于杂质不敏感。当轴承由环绕水润滑时，掺杂在水中的颗粒物，例如砂砾，可能会进入轴承中。但由于柔软的材料可以嵌埋颗粒物，因此轴承的功能不会受到影响或几乎不受影响。
转子经常会很长一段时间不工作，特别是当本发明用作船艏推进器时。当转子不工作时，转子的自身重量会倚靠在轴承较低一侧的部分上。塑料材料的轴承面上的持续静载荷可能导致蠕变，而且对于润滑膜的形成具有有害作用。该塑料材料的轴承面因此优选地连接在转子上，这样，当转子不工作时，并不总是塑料材料轴承面的同一部分承受载荷，这是因为转子不会每次都停在相同的位置。蠕变的影响从而在整个轴承面区域分散开了，从而延缓了任何问题的产生。
轴承瓦块优选地由载体元件承载，该载体元件由一种弹性材料构成，例如橡胶。这种类型的实施例提供了一种将轴承瓦块与定子进行可倾转连接的简单方法。
根据本发明的轴承优选地同时用作转子的轴向和径向轴承。
本发明在上文中是参照舰艇的推进装置的推进器形成部件来说明的。本发明因此涉及一种包括此种类型推进器的推进器/发动机单元，在其周边具有永磁体，和布置在定子开口周围、用于配合所述磁体驱动转子的定子绕组。
本发明还包括一种具有上文中描述的推进器的推进器/发电机，其中，所述转子可以由流过转子的液体流驱动，定子绕组布置在定子的开口周围，用于在转子被驱动时在定子绕组中产生电流。
最后，本发明还涉及一种泵，该泵包括具有泵腔的泵壳，以及连接到所述泵腔上的供给装置和排放装置，如上文中描述的推进器/发动机位于所述泵腔中；并且涉及一种发电机，该发电机包括发电机壳，以及连接到所述发动机壳上的供给装置和排放装置，如上文中描述的推进器/发电机位于所述发电机壳中。
附图说明
本发明将在下文中参照下列附图中描述的实施例进行说明，这些附图为：
图1a是根据本发明的螺旋桨推进器的部分分解视图；
图1b是沿螺旋桨推进器的轴线方向的视图；
图2是螺旋桨推进器的局部剖视图，其中轴承是可见的；
图3是定子的透视图，其中轴承瓦块的构造清晰可见；
图4a和4b是径向轴承的轴承瓦块的剖视图；以及
图5a和5b是轴向轴承的轴承瓦块的剖视图。
具体实施方式
图1a和1b显示了根据本发明的螺旋桨推进器1。该推进器1包括具有圆形开口3的定子2。在该开口中安装着转子4，该转子4包括环形转子体16和从所述转子体向内伸出的推进器叶片5。优选地，推进器叶片5可拆卸地连接在转子体16上，这样，它们的更换将会相对容易。环形转子体具有沿其周边构造的永磁体13，该永磁体13与定子2的开口周围的定子绕组14相协同作用以驱动转子4。
图2是转子4和定子2的横断面，轴承清晰可见。环形的成组定子绕组14连接在定子壳体17中。在定子绕组14面对转子4的一侧，定子壳体17由环形壁18封闭，其中该壁18由对磁场不会产生负面作用的材料(例如合成材料)构成。该定子壳体17通过由螺栓20紧固在定子壳体17上的可移开环形盖23进行封闭。在定子壳体17被盖23封闭之前，将一种可固化的材料充入其中，例如环氧树脂，然后该材料发生固化。这为定子绕组14提供了一种隔绝外部影响的可靠保护。通过使用电流来激活定子绕组，可以有利地使注入定子壳体内的可自由流动环氧树脂发生固化。接着，定子绕组中的热量散发使这些树脂固化。在转子4的周边提供有相对着定子绕组14的永磁体13，并且该永磁体13与外界环境密封隔离。
所述轴承包括用于径向安装转子4的轴承瓦块11和用于轴向安装转子4的轴承座12。转子的轴承面28a、28b、29a、29b相对着轴承瓦块。该轴承面定位于固定在转子相对侧上的环形轴承部件19a、19b上。
这些轴承部件19a、19b具有环形部分21a、21b，该环形部分21a、21b上具有正对着轴承瓦块11用于径向安装转子的轴承面28a、28b。该轴承部件19a、19b还具有从所述环形部件21a、21b延伸而出的凸缘22a、22b，以及具有面对着轴承瓦块12用于轴向安装转子的轴承面29a、29b。轴承瓦块11、12与转子的轴承面之间的空间是敞开地连接到外部环境，允许水浸润所述空间并润滑所述轴承。
轴承部件19a和19b可以由多个段(图中不可见)构造而成，例如沿45°的圆弧延伸的四段。以分段的形式制造该轴承可使它们更易于生产和操作；这对于相对较大直径的推进器，例如大于450mm的情况，是尤其重要的。
图2中所示的横断面示出了定子2的一侧，在附图所示的左手侧，仅仅可以看到轴向轴承瓦块12，而在定子2的另一侧，附图所示的右手测，仅仅可以看到径向的轴承瓦块11。但是，两种类型的轴承瓦块分别定位在定子的两侧，这在图3中可以看出。
图3示出了定子2一侧的径向和轴向轴承瓦块11、12的构造。该轴承瓦块是沿着其周边可倾转地紧固在定子2上的。轴承瓦块11、12远离轴承面的一侧相应地分别具有突出部24、25。这些突出部24、25可以分别在图4a、4b和图5a、5b中看出。
图4a是沿平行于转子4的中心线方向看去的、用于径向轴承的可倾瓦块11的横断面。图4b示出了该可倾瓦块11沿A-A线方向的横断面。该可倾瓦块由钢制轴承瓦块26构成，其中所述瓦块26具有一硬化的轴承面27，该轴承面27的曲率半径与和所述第一轴承面27协同运作的转子轴承面28a、28b的曲率半径基本上相对应。板条29从与轴承面27相对着的轴承瓦块26一侧基本上垂直伸出。通过例如使用粘接剂被紧固在轴承瓦块的凹槽内的方式，该板条固定在轴承瓦块26上。板条29还在轴承瓦块的大致整体长度上、大致沿着基本平行于可倾瓦块的倾转轴线的方向延伸(在图4a中，垂直于附图平面)。在轴承面27的相反侧，可倾瓦块具有由橡胶构成的衬套32，其中，该衬套32具有大约45°肖氏硬度。该衬套32也环绕着板条29。由此形成的所述突出部24在其远离轴承瓦块26的端部具有基本上圆柱形的变厚部分30，其中心线基本平行于所述可倾瓦块的倾转轴线。在将可倾瓦块11紧固到转子4的过程中，该圆柱形变厚部分30插入到转子4的关联孔31中。该孔31的中心线沿基本平行于转子4中心线的方向延伸，并且沿定位于定子开口3附近的、用于接收突出部24的区域的某一部分而敞开。
图5a是用于轴向轴承的可倾瓦块12的横断面。图5b显示了该可倾瓦块12沿A-A线的横断面。该可倾瓦块由钢制轴承瓦块33构成，其中，该瓦块33具有硬化平坦的轴承面34。销35基本上垂直地从与轴承面34相反的轴承瓦块33一侧伸出。通过例如使用粘接剂紧固在轴承瓦块的槽中的方式，该销固定在轴承瓦块33上。在与轴承面34相反的一侧上，可倾瓦块具有由橡胶构成的衬套36，其中该衬套36具有大约45°肖氏硬度。该衬套同样围绕着销35。在紧固所述可倾瓦块12的过程中，由此形成的突出部25插入到转子4上的孔37中。该孔的中心线基本平行于转子4的中心线进行延伸。

Claims (17)

1、一种无轴推进器(1)，其被制造成可与液体协同作用，该推进器包括具有圆形开口(3)的定子(2)和安装在所述开口内的转子(4)，该转子(4)包括环形转子体(16)，并具有向内凸出的多个推进器叶片(5)，其特征在于：位于所述转子和定子之间的轴承包括可倾瓦块轴承(6)。
2、根据权利要求1所述的推进器，其中，所述可倾瓦块轴承(6)包括可倾转地连接在定子上的多个轴承瓦块(11、12)，和与所述轴承瓦块协同作用的转子的轴承表面(28a、28b、29a、29b)。
3、根据前述权利要求中的任一个所述的推进器，其中，所述可倾瓦块轴承采用环绕水进行润滑。
4、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，所述轴承瓦块(11、12)的轴承面(27，34)相对较硬，而转子的轴承面(28a、28b、29a、29b)相对较软。
5、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，所述轴承瓦块(11、12)的轴承面(27，34)与所述转子的轴承面(28a、28b、29a、29b)之间的摩擦系数相对较低。
6、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，所述轴承瓦块(11、12)由金属或金属合金组成，例如硬质不锈钢或钛；并且，所述轴承瓦块的轴承面(27，34)例如通过由氮化钛或类金刚石组成的覆盖层来进行硬化。
7、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，转子的轴承面(28a、28b、29a、29b)由塑料材料例如高密度聚乙烯构成。
8、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，所述轴承瓦块(11、12)由承载元件(32，36)承载，该承载元件由弹性材料例如橡胶构成。
9、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，所述轴承包括径向轴承(11)。
10、根据前述权利要求中的一个所述的推进器，其中，所述轴承包括轴向轴承(12)。
11、一种包括前述权利要求中的一个所述的推进器的推进器/发动机单元，其中在转子的周边提供有永磁体(13)，并且在定子的开口周围提供有定子绕组(14)，以和所述磁体协同作用来驱动所述转子。
12、根据权利要求11所述的推进器/发动机单元，其中，所述磁体和定子绕组之间的间隙(15)相对较大，例如大于3mm。
13、根据权利要求11或12所述的推进器/发动机单元，其构造为一用于推进舰艇的螺旋桨推进器。
14、根据权利要求11或12所述的推进器/发动机单元，其构造为一用于泵送液体的泵。
15、一种包括权利要求1-10中的一项所述的推进器的推进器/发电机单元，其中，转子(4)可以由流过转子的液体流驱动，定子绕组(14)布置在定子开口的周围，并且永磁体(13)布置在转子的周边，用于当转子被驱动时产生电流。
16、一种泵，包括具有泵腔的泵壳和连接到所述泵腔上的供给装置和排放装置，其特征在于：一种根据权利要求14所述的推进器/发动机单元位于所述泵腔之中。
17、一种发电机，其具有发电机壳和连接在所述发电机壳上的供给装置和排放装置，其特征在于：一种根据权利要求15所述的推进器/发电机单元位于所述发电机壳中。
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