CN202414147U - 一种集成推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成推进器，具体是有轴结构的集成推进器，适用于船舶推进和水下航行器。它包括一个电机系统、一个导流管系统和一个螺旋桨系统；其中：所述电机系统包括机座以及密封在机座内的定子铁心和绕组；所述导流管系统与电机系统转子连接，包括一个大口径的中间有前支撑筋的前导流管和一个小口径的中间有后支撑筋的后导流管；所述螺旋桨系统既是推进器，又是电机转子，包括螺旋桨和与螺旋桨的叶片端部连接为一体的端环、固定在端环上的转子背铁、以及固定在转子背铁上的永磁体、还有与螺旋桨轴孔配合的轴构成电机转子。本实用新型具有结构简单、可靠性好、维修方便、高功率密度、灵活性好和效率高等特点。

Description

一种集成推进器

技术领域

本实用新型涉及一种集成推进器，具体是有轴结构的集成推进器，适用于船舶推进和水下航行器，属于水体推进技术领域。 

背景技术

传统的船舶推进器都是采用干式密封，即推进电机位于舱内，通过传输轴与水中的螺旋桨相连，带动螺旋桨旋转工作。推进电机有自己的转子支架，螺旋桨只作为推进螺旋桨，没有第二个作用，二者在轴向空间和径向空间是相互独立的。电机轴系必须与螺旋桨轴系严格的对准，否则会损坏传输轴。电机与螺旋桨安装好后，轴系的方向是不能改变的，降低了船舶行进的灵活性。 

还有，现有技术的泵用式潜水电机存在以下几个主要问题：首先是电机，而泵用式潜水电机通常是异步电机，异步电机由于转子磁场是被动磁场，功率因数低；其次是保护套的材质，泵用式潜水电机采用不锈钢保护套，具有一定的导电性，会产生较大的涡流损耗，降低了系统效率；同时，不锈钢保护套比较适合做成长而细的保护套，不适合做成短而粗的保护套，因为这样容易变形；最后是工作环境的水质不同，泵用式潜水电机对水质有严格的要求，水质必须较好，因为它所用的轴承是石墨轴承，容易被小颗粒杂质划伤。 

发明内容

本实用新型目的在于，克服传统船舶推进电机与螺旋桨分离导致的空间利用率低的不足和泵用潜水电机功率因数低、水质要求严格、保护套损耗大等方面存在的不足，提供一种集成推进器，实现下述目的：采用静密封，可靠性高；电机的定子和转子由水直接冷却，无需冷却系统，电机的温升低；充分利用空间，提高系统功率密度；无需联结轴，结构独立，建造和维修方便；具有良好线型，提高敞水效率。 

本实用新型的技术方案是： 

一种集成推进器,包括一个电机系统、一个导流管系统和一个螺旋桨系统；其中：所述电机系统包括机座以及密封在机座内的定子铁心和绕组，机座上部与固定在被推进设备躯体上的支架下端固定连接；所述导流管系统与电机系统转子连接，包括一个大口径的中间有前支撑筋的前导流管和一个小口径的中间有后支撑筋的后导流管，两导流管分别通过螺钉固定在机座上，用于导流和用作支撑筋式电机端盖；前支撑筋和后支撑筋一端分别与前导流管和后导流管固定连接或浇铸为整体，另一端与前轴心圆环和后轴心圆环焊接或浇铸为整体；所述螺旋桨系统既是推进器，又是电机转子，包括螺旋桨 和与螺旋桨的叶片端部连接为一体的端环、固定在端环上的转子背铁、以及固定在转子背铁上的永磁体、还有与螺旋桨轴孔配合的轴构成电机转子，该轴的两端分别与前轴心圆环和后轴心圆环固定，中部通过轴向推力轴承和径向支撑轴承与螺旋桨转动连接；定子铁心和绕组的外部有定子保护套；端环和转子背铁以及永磁体外部覆盖有转子保护套。

在上述技术方案的基础上更进一步的技术方案是： 

所述的集成推进器，其前导流管为圆环状，通过前支撑筋与前轴心圆环固接，形成车轮状整体；后导流管为圆环状，通过后支撑筋与后轴心圆环固接，形成车轮状整体；前导流管通过圆环状机座与后导流管用螺钉连接，构成整体导流通道。

所述的集成推进器，其前导流管和后导流管，以及前支撑筋和后支撑筋横截面为流线形。 

所述的集成推进器，其轴中部前、后各有一个轴向推力轴承和推力挡板，还套有径向支撑轴承；轴的两端通过锁紧螺母进行轴向固定；径向支撑轴承通过低温冷套方式套在螺旋桨上。 

所述的集成推进器，其螺旋桨13的叶片端部的端环为截面凹形的圆环，端环内依次嵌有转子背铁和永磁体；端环和转子保护套位于导流管T形槽的“1”形部位； 

所述的集成推进器，其永磁体用环氧胶粘在转子背铁上，圆周方向用转子保护套固定。

所述的集成推进器，其定子铁心为圆环形，绕组嵌入定子铁心槽内构成定子，所述定子位于前导流管和后导流管的T形槽的“一”形部位；定子铁心槽内及端部填充环氧密封胶；定子铁心内圆具有玻璃纤维布做成的定子保护套。 

所述的集成推进器，其径向支撑轴承和轴向推力轴承均为开式水润滑轴承。 

所述的集成推进器，其径向支撑轴承内侧沿着轴向具有均匀分布的沟道，轴向推力轴承与轴中心部分的配合面在径向具有均匀分布的沟道。 

所述的集成推进器，其机座上还有绕组引出线，该绕组引出线伸到被推进设备躯体上的支架里，与外部电源通过航插连接。 

结合本实用新型的原理和结构对本实用新型的效果说明如下： 

集成推进器结构型式是推进器本身就是电动机的一部分，电动机的定子集成在导管结构内，而转子形成一个环形围绕着推进器的轮缘。目前绝大部分水下航行器推进系统的电机和推进器都是分体结构，其质量和体积大，总效率低，噪声大。集成推进器在电机转子上的叶片直接产生推力，省去了常规驱动方式的驱动轴和联轴节；电机的转子和定子分别进行绝缘和密封处理，整个电机工作在水中，电机的散热问题得解决，电机无需额外的辅助冷却系统；电机转子和螺旋桨设计为一个整体，磁钢安装在转子轮缘上，电机的定子和推进器的外罩设计为一体。集成推进器（IMP分为有轴和无轴结构。有轴推进器电机与螺旋桨连接方便，轴承直径相对较小，线速度低，容易选定轴承。但是，增加了加强筋和圆心端环两个部件，重量增加，对水动力有影响，效率降低。无轴推进器使螺旋桨与电机的连接变成了径向连接，降低水流动时的阻力，提高效率，导管只起到导流作用而不受力，采用密度比较小的碳纤维材料，重量可以减轻。但是，螺旋桨与电机转子连接结构相对复杂，同时轴承直径变大，线速度较高，将对轴承的选型带来困难，本实用新型采用的是有轴结构的推进器。

综上，1、本实用新型的永磁电机定子固定在导流管桨中，转子与螺旋桨集成，转子转动带动螺旋桨旋转，二者都直接浸泡在海水中，采用环氧密封胶和玻璃纤维布对定子和转子进行密封。2、 本实用新型没有与控制器、电源放在一起，是通过电缆给电机供电同时通过信号线把位置信号等控制信号传回给控制器，采用水密封电缆和信号线，而且信号线和电缆的接插件都采用水密封器件。控制器根据转子位置信号传感器传来的转子位置信号，触发电源系统相对应的电力电子开关器件，产生需要的电流波形，使本实用新型电机转子转动，继而带动螺旋桨旋转产生前或后的推力驱动船等设备。3、本实用新型全部采用静密封，可靠性高；电机的定子和转子由海水直接冷却，无需冷却系统，电机的温升低；充分利用空间，提高了系统功率密度；无需联结轴，结构独立，建造和维修方便；具有良好的线型，提高了敞水效率；特别适合于船舶的推进以及水下航行器。 

附图说明

图1为本实用新型主视剖视图； 

图2为图1缩小后有局部剖的右视示意图。   

图中标记：后导流管 1，螺钉2、绕组3、机座4，定子铁心 5，支架 6，定子侧环氧密封胶填充层 7，前导流管8、定子保护套9、转子保护套10，永磁体 11，转子背铁 12，螺旋桨 13，轴向推力轴承14，锁紧螺母15，轴 16，径向支撑轴承 17，推力挡板 18，后支撑筋 19，前支撑筋 21，端环 22，后轴心圆环 23，前轴心圆环 24。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明。 

如图1、2所示，一种集成推进器,包括一个电机系统01、一个导流管系统02和一个螺旋桨系统03；其中：所述电机系统01包括机座4以及密封在机座4内的定子铁心5和绕组３，机座4上部与固定在被推进设备躯体上的支架6下端固定连接；所述导流管系统02与电机系统01转子连接，包括一个大口径的中间有前支撑筋21的前导流管(8)和一个小口径的中间有后支撑筋19的后导流管(1)，两导流管分别通过螺钉2固定在机座4上，用于导流和用作支撑筋式电机端盖；前支撑筋21和后支撑筋19一端分别与前导流管8和后导流管1固定连接或浇铸为整体，另一端与前轴心圆环24和后轴心圆环23焊接或浇铸为整体；所述螺旋桨系统03既是推进器，又是电机转子，包括螺旋桨13 和与螺旋桨的叶片端部连接为一体的端环22、固定在端环22上的转子背铁12、以及固定在转子背铁12上的永磁体11、还有与螺旋桨13轴孔配合的轴16构成电机转子，该轴16的两端分别与前轴心圆环24和后轴心圆环23固定，中部通过轴向推力轴承14和径向支撑轴承17与螺旋桨13转动连接；定子铁心5和绕组３的外部有定子保护套9；端环22和转子背铁12以及永磁体11外部覆盖有转子保护套10。所述的前导流管8为圆环状，通过前支撑筋21与前轴心圆环24固接，形成车轮状整体；后导流管1为圆环状，通过后支撑筋19与后轴心圆环23固接，形成车轮状整体；前导流管8通过圆环状机座4与后导流管1用螺钉2连接，构成整体导流通道。前导流管8和后导流管1，以及前支撑筋21和后支撑筋19横截面为流线形。轴16中部前、后各有一个轴向推力轴承14和推力挡板18，还套有径向支撑轴承17；轴16的两端通过锁紧螺母15进行轴向固定；径向支撑轴承17通过低温冷套方式套在螺旋桨13上。螺旋桨13的叶片端部的端环22为截面凹形的圆环，端环22内依次嵌有转子背铁12和永磁体11；端环22和转子保护套10位于导流管T形槽的“1”形部位； 永磁体11用环氧胶粘在转子背铁12上，圆周方向用转子保护套10固定。定子铁心5为圆环形，绕组3嵌入定子铁心5槽内构成定子，所述定子位于前导流管8和后导流管1的T形槽的“一”形部位；定子铁心5槽内及端部填充环氧密封胶7；定子铁心5内圆具有玻璃纤维布做成的定子保护套9。径向支撑轴承17和轴向推力轴承14均为开式水润滑轴承。径向支撑轴承17内侧沿着轴向具有均匀分布的沟道，轴向推力轴承14与轴16中心部分的配合面在径向具有均匀分布的沟道。轴16的材料为耐磨的蒙奈尔合金400，选自于UNS N04400或MCu-28-1.5-1.8 或Ni68Cu28Fe。机座4上还有绕组引出线，该绕组引出线伸到被推进设备躯体上的支架6里，与外部电源通过航插连接。 

    本实用新型的权利要求保护范围不限于上述实施例。 

Claims (10)

1.一种集成推进器,其特征在于，包括一个电机系统（01）、一个导流管系统（02）和一个螺旋桨系统（03）；其中：

所述电机系统（01）包括机座（4）以及密封在机座（4）内的定子铁心（5）和绕组（３），机座（4）上部与固定在被推进设备躯体上的支架（6）下端固定连接；

所述导流管系统（02）与电机系统（01）转子连接，包括一个大口径的中间有前支撑筋（21）的前导流管(8)和一个小口径的中间有后支撑筋（19）的后导流管(1)，两导流管分别通过螺钉（2）固定在机座（4）上，用于导流和用作支撑筋式电机端盖；

前支撑筋（21）和后支撑筋（19）一端分别与前导流管(8)和后导流管(1)固定连接或浇铸为整体，另一端与前轴心圆环(24）和后轴心圆环(23）焊接或浇铸为整体；

所述螺旋桨系统（03）既是推进器，又是电机转子，包括螺旋桨(13） 和与螺旋桨的叶片端部连接为一体的端环(22）、固定在端环(22）上的转子背铁(12)、以及固定在转子背铁(12)上的永磁体(11)、还有与螺旋桨(13)轴孔配合的轴(16)构成电机转子，该轴(16)的两端分别与前轴心圆环(24）和后轴心圆环(23）固定，中部通过轴向推力轴承(14）和径向支撑轴承(17）与螺旋桨(13）转动连接；定子铁心（5）和绕组（３）的外部有定子保护套(9)；端环(22)和转子背铁(12)以及永磁体(11)外部覆盖有转子保护套(10)。

2.如权利要求1所述的集成推进器，其特征在于，前导流管(8)为圆环状，通过前支撑筋(21）与前轴心圆环(24）固接，形成车轮状整体；后导流管(1）为圆环状，通过后支撑筋(19)与后轴心圆环(23）固接，形成车轮状整体；前导流管(8)通过圆环状机座(4 ）与后导流管(1)用螺钉（2）连接，构成整体导流通道。

3.如权利要求2所述的集成推进器，其特征在于，前导流管(8)和后导流管(1），以及前支撑筋(21)和后支撑筋(19)横截面为流线形。

4.如权利要求1所述的集成推进器，其特征在于，轴(16)中部前、后各有一个轴向推力轴承(14)和推力挡板(18)，还套有径向支撑轴承(17)；轴(16)的两端通过锁紧螺母(15)进行轴向固定；径向支撑轴承(17)通过低温冷套方式套在螺旋桨(13)上。

5.如权利要求1所述的集成推进器，其特征在于，螺旋桨（13）的叶片端部的端环(22)为截面凹形的圆环，端环(22)内依次嵌有转子背铁(12)和永磁体(11)；端环(22)和转子保护套(10)位于导流管T形槽的“1”形部位。

6.如权利要求5所述的集成推进器，其特征在于，永磁体（11）用环氧胶粘在转子背铁（12）上，圆周方向用转子保护套（10）固定。

7.如权利要求1所述的集成推进器，其特征在于，定子铁心(5)为圆环形，绕组(3)嵌入定子铁心(5)槽内构成定子，所述定子位于前导流管(8)和后导流管(1)的T形槽的“一”形部位；定子铁心(5)槽内及端部填充环氧密封胶(7)；定子铁心(5)内圆具有玻璃纤维布做成的定子保护套(9)。

8.如权利要求1所述的集成推进器，其特征在于，径向支撑轴承(17)和轴向推力轴承(14)均为开式水润滑轴承。

9.如权利要求1或8所述的集成推进器，其特征在于，径向支撑轴承(17)内侧沿着轴向具有均匀分布的沟道，轴向推力轴承(14)与轴(16)中心部分的配合面在径向具有均匀分布的沟道。

10.如权利要求1所述的集成推进器，其特征在于，机座（4）上还有绕组引出线，该绕组引出线伸到被推进设备躯体上的支架（6）里，与外部电源通过航插连接。

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