CN201278487Y - 水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

一种水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机，涉及一种用于水下航行器对转螺旋桨推进系统的电机，该永磁同步电机实心轴和空心轴同心，实心轴左端由内向外依次装配有内转轴前轴承、定子前端盖、外转轴前轴承、空心轴，机壳轴承，机壳轴承前端盖，定子中间穿有一个连接件，起到紧固定子硅钢片的作用，该连接件左端固定在定子前端盖上，右端固定在定子后端盖上。本实用新型的有益效果是：采用内外两个转子直接驱动对转螺旋桨，这能使得两个螺旋桨在产生推进力的同时，互相抵消圆周方向产生的旋转力矩，从而有效避免了水下航行器的侧滚现象，保证了航行器的前进姿态，提高了系统的运行效率。

Description

水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及一种用于水下航行器对转螺旋桨推进系统的电机，特别涉及一种水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机。

背景技术

目前，公知的水下航行器对转螺旋桨推进电机为双转子直流电机，该种电机需要两套电刷和滑环结构，这使得电机的可靠性降低，机械体积、重量、维护难度和成本增加。

实用新型内容

为了克服现有双转子直流电机作为水下航行器推行电机的不足，本实用新型提供了一种水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机，该电机去省掉了电刷和滑环装置，在保证输出同速异向旋转转矩的同时实现了无刷化，提高了水下航行器推进系统的整体性能。

本实用新型采用如下方案：该永磁同步电机包括定子、内永磁转子、外永磁转子、空心轴、实心轴、定子前端盖、定子后端盖、外转子后端盖、机壳前端盖、机壳后端盖、轴承、前轴承端盖、机壳、外接线孔等。其中实心轴和空心轴同心，实心轴左端由内向外依次装配有内转轴前轴承、定子前端盖、外转轴前轴承、空心轴，机壳轴承，机壳轴承前端盖，实心轴右端由内向外依次装配有内转轴后轴承、定子后端盖、外转轴后轴承、外转子后端盖、机壳后端盖，实心轴中部沿垂直方向由内向外依次装配有内永磁转子、定子、外永磁转子和机壳。内永磁转子固定于实心轴上，定子中间穿有一个连接件，起到紧固定子硅钢片的作用，该连接件左端固定在定子前端盖上，右端固定在定子后端盖上。定子后端盖靠近轴承处设置一个外接线孔，通过该孔变频器向内部的定子绕组直接供电，外永磁转子左端与空心轴相连，右端和外转轴后端盖相连，定子和外永磁转子由于采用了两端固定的方式，增强电机运行时的机械稳定性。

所述电机定子内圆壁和外圆壁均匀开槽，嵌放单馈电环型交叉定子绕组，选取定子内侧槽和外侧槽嵌放的绕组中的任意两相绕组，在定子端部交叉互换位置形成单馈电环型交叉定子绕组。内外圆周均匀开径向槽，嵌放单馈电环型交叉式三相定子绕组。环形绕组相比传统绕组端部较短，尤其是极数少半径大的电机，这样提高了绕组的利用率，减小了端部漏抗，使整个电机的性能得到提高。选取定子内侧槽和外侧槽嵌放的绕组中的任意两相绕组，在定子端部交叉互换它们位置，使得内侧绕组和外侧绕组的相序相反，当通入一组交流电时，可在转子内侧气隙和外侧气隙分别产生同速逆向旋转磁场，从而驱动转子逆向旋转，又由于该电机定子两侧绕组极数相同，则定子内侧气隙和外侧气隙磁场旋转速度相同方向相反，所以内永磁转子和外永磁转子旋转速度相同方向相反，而且两个转子所输出的机械功率也可以是不相同的。内外转子采用永磁体面贴式(或插入式)结构，两个转子的机械输出采用单端同心式双轴结构。

本实用新型的有益效果是：采用内外两个转子直接驱动对转螺旋桨(桨叶倾斜角相反)，这能使得两个螺旋桨在产生推进力的同时，互相抵消圆周方向产生的旋转力矩，从而有效避免了水下航行器的侧滚现象，保证了航行器的前进姿态，提高了系统的运行效率。实现了水下航行器对转螺旋桨推进系统用双转子电机的无刷化，简化了应用于该领域中双转子直流电机的机械结构，提高了运行的可靠性，当馈入一组三相对称交流电即可输出两个转速相同转向相反的机械转矩，并且通过变频器可以精确的调节双螺旋桨转动的速度，延续了该种电机无轴向力矩的优点，同时兼具了永磁同步电动机效率高，转矩密度高等优点。

附图说明

图1为本实用新型电机结构示意图；

图2为本实用新型电机定子环型交叉绕组端部连线示意图：

图3为本实用新型电机定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图：

(a)电流相位ωt＝0°时定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图

(b)电流相位ωt＝30°时定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图

(c)电流相位ωt＝60°时定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图

(d)电流相位ωt＝90°时定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图

(e)电流相位ωt＝120°时定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图

(f)电流相位ωt＝150°时定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图

图1中：1机壳，2实心轴，3空心轴，4定子前端盖，5机壳轴承前端盖，6内永磁转子，7内转子永磁体，8定子，9机壳前端盖，10定子连接件，11外转子永磁体，12外永磁转子，13外部固定件，14机壳后端盖，15外转子后端盖，16定子后端盖，17外接线孔，18外转轴后轴承，19机壳轴承，20外转子前轴承，21内转子前轴承，22内转轴后轴承。

具体设施方式

下面结合附图对本实用新型电机做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的电机结构示意图，实心轴2和空心轴3同心，实心轴2左端由内向外依次装配有内转轴前轴承21、定子前端盖4、外转轴前轴承20、空心轴3，机壳轴承19，机壳轴承前端盖5，实心轴2右端由内向外依次安装为内转轴后轴承22、定子后端盖16、外转轴后轴承18、外转子后端盖15、机壳后端盖14，实心轴中部沿垂直方向由内向外依次装配有内永磁转子6、定子8、外永磁转子12和机壳1，内永磁转子6固定于实心轴2上，定子8中间穿有一个连接件10，这个连接件10起到紧固定子硅钢片的作用，该连接件10左端装配在定子前端盖4上，右端装配在定子后端盖16上，定子后端盖16靠近轴承处设置一个外接线孔17，通过该孔变频器向内部的定子绕组直接供电。外永磁转子12左端通过螺钉与空心轴3相连，右端通过螺钉和外转轴后端盖15相连。定子8、定子前端盖4、定子后端盖16和定子连接件10共同组成定子系统的结构，空心轴3、外永磁转子12和外转子后端盖15共同组成外转子旋转系统的结构。内永磁转子6和实心轴2共同组成内转子旋转系统的结构，实心轴2长于空心轴3。

在内转子旋转系统和静止的定子系统之间分别放置内转子前轴承21和内转轴后轴承22；在静止的定子系统和外转子旋转系统之间分别放置外转轴前轴承20和外转轴后轴承18；两组轴承系统将内转子旋转系统、静止的定子系统和外转子旋转系统巧妙地分离开来，保证了各自独立稳定运行，是实现双机械口输出的关键，另外，位于外转子旋转系统和机壳4之间的机壳轴承起到了支撑和定位外转子旋转系统的作用。由于定子和外转子旋转系统均采用两组轴承支撑双端固定的结构，这使得电机整体的稳定性得到了极大的提升，可以使电机输出较大的功率，并可在较高的转速下稳定运行，拓展了该电机的应用领域。

图2为定子环型交叉绕组端部连线示意图，以6极36槽电机为例，画出了该电机环型交叉绕组端部接线，图中A-X、B-Y、C-Z分别为三相绕组的接头，上层槽和下层槽分别为定子内圆壁表面的开槽和外圆壁表面的开槽，从图中可以看出，上层槽和下层槽中的B和C相绕组在定子端部处交叉互换位置，这使得上层槽和下层槽中绕组相序相反，也就是定子内圆壁和外圆壁槽内的绕组相序相反。这样当馈入一组三相对称交流电时，在定子两侧的气隙中可以产生两个异向同速旋转的磁场，从而驱动两转子从两个机械口输出异向转矩。

图3为定子单馈电环型交叉绕组所产生的异向旋转磁场分布图。以6极电机为例，当定子绕组通入三相对称电流时，随电流相位(或时间)改变，在定子内侧产生的磁场方向(短粗箭头)以顺时针旋转，而定子外侧产生的磁场方向(细长箭头)以逆时针旋转，且两个旋转磁场的旋转速度相同。

Claims (2)

1.一种水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机，包括定子(8)、内永磁转子(6)、外永磁转子(12)、空心轴(3)、实心轴(2)、定子前端盖(4)、定子后端盖(16)、外转子后端盖(15)、机壳前端盖(9)、机壳后端盖(14)、轴承、前轴承端盖(5)、机壳(1)和外接线孔(17)，其特征是所述的实心轴(2)和所述的空心轴(3)同心，实心轴(2)左端由内向外依次装配有内转轴前轴承(21)、定子前端盖(4)、外转轴前轴承(20)、空心轴(3)，机壳轴承(19)和机壳轴承前端盖(5)，实心轴(2)右端由内向外依次装配有内转轴后轴承(22)、定子后端盖(16)、外转轴后轴承(18)、外转子后端盖(15)和机壳后端盖(14)，实心轴(2)中部沿垂直方向由内向外依次装配有内永磁转子(6)、定子(8)、外永磁转子(12)和机壳(1)，所述的内永磁转子(6)固定于实心轴(2)上；所述的定子(8)中间穿有一个连接件(10)，该连接件(10)左端固定在定子前端盖(4)上，右端固定在定子后端盖(16)上；所述的外永磁转子(12)左端与空心轴(3)相连，右端和外转轴后端盖(15)相连；所述的定子(8)内圆壁和外圆壁均匀开槽，嵌放单馈电环型交叉定子绕组。

2.根据权利要求1所述的水下航行器推进用内外双转子异向旋转永磁同步电机，其特征是所述的单馈电环型交叉定子绕组，选取定子(8)内侧槽和外侧槽嵌放的绕组中的任意两相绕组，在定子(8)端部交叉互换位置形成单馈电环型交叉定子绕组。

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