CN212709918U - 一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器，包括：壳体、电机驱动单元、轴系组件和螺旋桨。本实用新型为由轴系组件支撑的、多个直线电机联合驱动的环形电力推进器，其原理和结构简单、推进效率高、振动噪声低、安全性和冗余度高、启动电流低，可应用在电动船舶上，尤其适合于内河和湖泊浅吃水环境限制的船舶。

Description

一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器

技术领域

本实用新型属于船舶轮机推进器技术领域，具体涉及一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器。

背景技术

随着电力推进技术的发展，电力推进系统越来越多地应用于船舶上。常见的电力推进系统包括变速齿轮箱、轴系（含轴、联轴器、各种轴承和轴承座、艉管密封）、螺旋桨等；电力推进系统的推进方式是由电动机带动变速齿轮箱减速后，驱动轴系和螺旋桨旋转，产生船舶前进或后退的推力。这种推进方式存在以下问题：结构复杂，零件众多，故障率高、占用空间大、重量重；推进效率低：电机与螺旋桨之间通过齿轮、轴系等部件传动，齿轮啮合产生能量损失，同时轴承通常为滑动轴承，摩擦力大，摩擦功耗大；以上传动环节，产生了中间传动损耗，降低了系统的推进效率；传动齿轮啮合产生振动并引发噪声，其次，水流流经轴系和水下附体后，产生紊流，螺旋桨在紊流中旋转，产生激振和空泡，空泡爆裂产生噪声。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器，其为由轴系组件支撑的、多个直线电机联合驱动的环形电力推进器，本实用新型推进器原理和结构简单、推进效率高、振动噪声低、安全性和冗余度高、启动电流低，可应用在电动船舶上，尤其适合于内河和湖泊浅吃水环境限制的船舶。

为至少解决上述技术问题之一，本实用新型采取的技术方案为：

一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器，包括：壳体、电机驱动单元、轴系组件和螺旋桨，其中，

所述电机驱动单元包括：公共转子组件、多个定子组件和端面法兰，所述公共转子组件设置于所述壳体的内侧，所述多个定子组件沿所述壳体周向间隔环布于所述壳体内且与所述公共转子组件形成多定子-单转子副，所述壳体的两端分别设有所述端面法兰；

所述轴系组件包括：螺旋桨轴、轴承组、轴承座和支撑辐条，所述螺旋桨轴的一端与所述螺旋桨相连，所述螺旋桨轴的另一端通过轴承组设置于所述轴承座上，所述轴承座通过支撑辐条与所述端面法兰相连；

所述螺旋桨与所述公共转子组件相连。

进一步的，所述定子组件固定于两端的所述端面法兰的内侧台阶的上方，所述公共转子组件位于所述定子组件的内侧且位于两端的所述端面法兰之间。

进一步的，所述轴承组装配于所述轴承座内，所述螺旋桨轴与轴承座之间采用水润滑或油润滑方式中的一种或几种。

进一步的，采用油润滑方式时，所述螺旋桨轴与轴承座之间具有密封件。

进一步的，所述壳体在上下方向的垂直高度小于其它角度处的壳体的外径。

本实用新型的有益效果至少包括：

1）成本降低：采用轴系加滑动轴承（或滚动轴承），降低了成本，另外，由于结构更加简单，可靠性也提高了，最后，消除了磁轴承涡流损耗带来效率下降的缺点；

2）刚度提高：采用了有毂式螺旋桨，替代了无毂式螺旋桨，提高了螺旋桨-转子组件的刚度，减少了转子的变形，确保了电机气隙均匀，保证了电机的高效率；

3）推进效率高：永磁直线电机转子采用永磁体代替线圈，相比传统的他励式电动机，减少了电流损耗，提高了电机效率和功率因数；其次电机直接驱动螺旋桨，消除了齿轮传动环节，减少了机械效率损失；

4）噪声振动更低：消除了传统推进器采用齿轮传动所带来的噪声和振动；

5）提高了推进器的安全性和冗余度：推进器内沿周向布置有为多组独立的直线电机，每个电机能单独控制，当有电机损坏时，另外的电机依然在运行并驱动转子和螺旋桨，使得推进器能继续运行，避免了电机损坏导致推进器停转，无法继续驱动船舶推进带来的海上安全隐患；

6）降低了启动电流，减少了对电气元件的规格要求：每个直线电机均有一个独立的控制器驱动和控制，当推进器启动时，只需要驱动某1-2个直线电机，而不必同时启动所有电机，这就降低了电机启动电流，减少了电机控制电路元件的过流压力，降低了电路元件的规格和成本，也减少了启动过程中，对船用电网的负荷和冲击；

7）减小了推进器垂直方向的高度，尤其适应内河内湖浅水环境的吃水限制：由于推进器的结构是多个直线电机沿周向独立分开布置，在内河或内湖吃水受限的情况下，为降低推进器在垂直方向的高度限制，在推进器周向的上下方，可以不布置电机定子，这样就降低了推进器的垂直高度，这种结构避免了轮环式推进器由于外径过大而低于船底，当碰到硬物时损坏轮环式推进器的情况。

附图说明

图1为本实用新型推进器结构示意图一。

图2为本实用新型推进器结构示意图二。

图3为图1的C-C向剖视图。

图4为本实用新型桨毂与螺旋桨轴一体结构示意图一。

图5为本实用新型桨毂与螺旋桨轴一体结构示意图二。

图6为本实用新型桨毂与螺旋桨轴分体结构示意图一。

图7为本实用新型桨毂与螺旋桨轴分体结构示意图二。

其中，壳体1、螺旋桨2、桨毂201、叶梢法兰202、桨叶203、公共转子组件3、定子组件4、端面法兰5、螺旋桨轴6、轴承组7、轴承座8、支撑辐条9、密封件10。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

参照图1-3所示，本实用新型所述一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器，主要包括：壳体、电机驱动单元、轴系组件和螺旋桨。

其中，与传统电机所不同的是，本实用新型中电机的定子组件在周向不是连续的，在垂直方向的上方和下方处，各有一段弧度，没有布置定子组件。由于没有布置定子组件，公共转子组件外面就是机壳，因此电机在上下方向的机壳外表面垂直高度H小于其它角度处电机的外径D，减小了推进器垂直方向的高度，尤其适应内河内湖浅水环境的吃水限制。

本实用新型采用周向布置的多个永磁无刷直线电机，电机由定子组件、转子组件、机壳、端面法兰等组成，所述定子组件固定于两端的所述端面法兰的内侧台阶的上方，所述公共转子组件位于所述定子组件的内侧且位于两端的所述端面法兰之间。各电机定子组件互相独立，沿周向间隔布置于机壳内。转子为公共转子，环状，永磁体为表贴式，或嵌入到转子铁芯内。周向分布的定子组件的线圈和公共转子组件的永磁体之间构成了各个电机的定子-转子副，各个电机由独立的控制器控制和调速，各个控制器控制三相电源通入对应的定子体后，产生旋转磁场，与每个定子长度对应的一段转子体在旋转磁场的作用下产生旋转同时输出力矩。电机数量为2个至多个，数量为2、3、4、5、6或更多。根据需要，可以启动其中1个，也可以同时启动2个或更多如3个、4个、5个等。

当然也可以通过改变电路或线圈连接方式，让多电机合并成为单个的电机，即电机总数量变为1个。

转子的内圆直径大，可以容纳螺旋桨，螺旋桨通过叶梢法兰固定在转子组件内圆上，由转子组件直接带动螺旋桨转动，电机转速即螺旋桨转速，不需要采用齿轮等中间传动环节。螺旋桨高速旋转后产生推力。电机转子组件和定子组件完全置于水中，线圈和铁芯、永磁体等经过多层绝缘和防腐蚀材料包裹，与水隔绝，绝缘性好，耐腐蚀。转子左右二端为转子端环，与转子一起形成转子组件。定子铁芯压装在电机机壳内，电机机壳为推进器外壳，机壳连接端面法兰。

本实用新型采用了有毂式螺旋桨，替代了无毂式螺旋桨。有毂式螺旋桨为金属质螺旋桨，也可为复合材料螺旋桨，螺旋桨为整体式，叶数根据水动力性能而定，可以为2叶、或者3叶、4叶、5叶等。每片叶片通过叶梢或叶梢法兰与公共转子组件连接，公共转子组件通过叶梢法兰直接带动螺旋桨转动，电机转速即螺旋桨转速，不需要采用齿轮等传动环节。

本实用新型采用轴系组件（包括轴承组）承受公共转子组件和螺旋桨的重量，同时承受螺旋桨的推力，并将推力传递至船体。

参照图4和5所示，螺旋桨的桨毂与螺旋桨轴为一体结构，图4示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为水润滑方式，即所述轴承座与螺旋桨轴之间具有间隙设置，便于水流入，图5示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为油润滑方式，轴承座与螺旋桨轴之间有密封件，防止油脂漏出和水进入。

参照图6和7所示，螺旋桨的桨毂与螺旋桨轴为分体结构，螺旋桨的桨叶叶根部分与桨毂连接，桨毂装配在螺旋桨轴上，螺旋桨轴装配在轴承组上，轴承组装配在轴承座内，轴承座通过支撑辐条固定在电机端面法兰上；螺旋桨轴、轴承组、轴承座、支撑辐条等构成了轴系组件。轴承组包含径向轴承和推力轴承，径向轴承支撑转子组件和螺旋桨的重量，推力轴承承受螺旋桨的正反推力和电机的电磁力，并通过轴承座和支撑辐条，进而传递到电机端面法兰和环形壳体上，进而传递到船体上；图6示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为水润滑方式，即所述轴承座与螺旋桨轴之间具有间隙设置，便于水流入；图7示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为油润滑方式，轴承座与螺旋桨轴之间有密封件，防止油脂漏出和水进入。

综上所述，本实用新型为由轴系组件支撑的、多个直线电机联合驱动的环形电力推进器，本实用新型推进器原理和结构简单、推进效率高、振动噪声低、安全性和冗余度高、启动电流低，可应用在电动船舶上，尤其适合于内河和湖泊浅吃水环境限制的船舶。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (5)

1.一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器，其特征在于，包括：壳体、电机驱动单元、轴系组件和螺旋桨，其中，

所述电机驱动单元包括：公共转子组件、多个定子组件和端面法兰，所述公共转子组件设置于所述壳体的内侧，所述多个定子组件沿所述壳体周向间隔环布于所述壳体内且与所述公共转子组件形成多定子-单转子副，所述壳体的两端分别设有所述端面法兰；

所述轴系组件包括：螺旋桨轴、轴承组、轴承座和支撑辐条，所述螺旋桨轴的一端与所述螺旋桨相连，所述螺旋桨轴的另一端通过轴承组设置于所述轴承座上，所述轴承座通过支撑辐条与所述端面法兰相连；

所述螺旋桨与所述公共转子组件相连。

2.根据权利要求1所述的环形电力推进器，其特征在于，所述定子组件固定于两端的所述端面法兰的内侧台阶的上方，所述公共转子组件位于所述定子组件的内侧且位于两端的所述端面法兰之间。

3.根据权利要求1所述的环形电力推进器，其特征在于，所述轴承组装配于所述轴承座内，所述螺旋桨轴与轴承座之间采用水润滑或油润滑方式中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的环形电力推进器，其特征在于，采用油润滑方式时，所述螺旋桨轴与轴承座之间具有密封件。

5.根据权利要求1所述的环形电力推进器，其特征在于，所述壳体在上下方向的垂直高度小于其它角度处的壳体的外径。

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