CN213139105U - 对转桨式环形电力推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种对转桨式环形电力推进器，涉及船用推进器技术领域，能够有效提高推进效率。对转桨式环形电力推进器包括：至少两个同轴串联的推进器单元，且相邻的两个推进器单元的螺旋桨旋向相反、推力方向一致；每个推进器单元中，轴系结构的周向连接有多个均匀分布的螺旋桨叶片，多个螺旋桨叶片共同连接有至少两个周向布置的电机；电机采用轮缘式永磁无刷直线电机，且多个电机的各个定子线圈相互独立、转子为公共转子，多个螺旋桨叶片通过叶梢固定在转子的内圈上；推进器单元在垂直方向的顶端区域和底端区域处没有布置定子线圈，且顶端区域和底端区域采用水平结构，推进器单元在垂直方向的高度小于非顶端区域和底端区域角度处的外径。

Description

对转桨式环形电力推进器

技术领域

本实用新型涉及船用推进器技术领域，尤其涉及一种对转桨式环形电力推进器。

背景技术

随着电力推进技术的发展，船舶电力推进系统越来越多应用在船舶上，取代了传统的柴油机通过齿轮箱驱动轴系和螺旋桨的推进结构，电力推进系统通过柴油发电机组或电池组供电，由电动机驱动螺旋桨推进船舶前进。其中，环形电力推进器是比较新型的一类电力推进器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种对转桨式环形电力推进器，能够有效提高推进效率。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种对转桨式环形电力推进器，包括：至少两个同轴串联的推进器单元，且相邻的两个所述推进器单元的螺旋桨旋向相反、推力方向一致；

每个所述推进器单元，包括：轴系结构，所述轴系结构的周向连接有多个均匀分布的螺旋桨叶片，多个所述螺旋桨叶片共同连接有至少两个周向布置的电机；所述电机采用轮缘式永磁无刷直线电机，且多个所述电机的各个定子线圈相互独立、转子为公共转子，所述公共转子为环状永磁体，多个所述螺旋桨叶片通过叶梢或叶梢法兰固定在所述转子的内圈上；

所述推进器单元在垂直方向的顶端区域和底端区域处没有布置所述定子线圈，且所述顶端区域和所述底端区域采用水平结构，所述推进器单元在垂直方向的高度小于非所述顶端区域和所述底端区域角度处的外径。

实际应用时，所述轴系结构包括：与多个所述螺旋桨叶片的根部连接的螺旋桨轴，所述螺旋桨轴通过轴承组装配在轴承座上，所述轴承座连接有轴系支撑幅板；所述轴系支撑幅板通过端面法兰与电机机壳连接。

其中，所述轴承组采用水润滑；或，所述轴承组采用油润滑，且所述轴承座与所述螺旋桨轴之间设有密封件。

具体地，所述螺旋桨采用有毂式螺旋桨，所述螺旋桨叶片的根部与桨毂连接，所述桨毂装配在所述螺旋桨轴上；或，所述桨毂与所述螺旋桨轴一体成型。

进一步地，所述桨毂的外轮廓与所述轴承座的外轮廓对齐，形成一体化的水动力外形。

更进一步地，所述环状永磁铁为表贴式，或嵌入到定子铁芯内；所述定子铁芯压装在所述电机机壳内，且所述电机机壳为推进器外壳。

再进一步地，所述定子铁芯、所述定子线圈和所述环状永磁铁均通过多层绝缘防腐蚀材料填充包裹。

实际应用时，所述的对转桨式环形电力推进器还包括：节能附体，所述节能附体包括防护罩、稳流板，以及由所述轴系支撑幅板形成的导流板。

其中，最外侧的两个所述推进器单元分别设有用于保护所述电机的所述防护罩，且所述防护罩的外形采用圆弧形结构或流线型结构。

具体地，所述推进器外壳固定有所述稳流板，且所述稳流板与船体的前进方向平行或成角度设置。

相对于现有技术，本实用新型所述的对转桨式环形电力推进器具有以下优势：

本实用新型提供的对转桨式环形电力推进器中，由于相邻的两个推进器单元的螺旋桨旋向相反、推力方向一致，因此后推进器单元的螺旋桨能够吸收前推进器单元的螺旋桨产生的周向旋流能量，从而有效提高推进效率，并起到对转桨的节能效果；由于每个推进器单元的轴系结构的周向连接有多个均匀分布的螺旋桨叶片，多个螺旋桨叶片共同连接有至少两个周向布置的电机，且电机采用轮缘式永磁无刷直线电机，因此电机效率高，同时由于多个电机的各个定子线圈相互独立、转子为公共转子，多个螺旋桨叶片通过叶梢或叶梢法兰固定在转子的内圈上，因此能够由转子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，从而降低了电机到螺旋桨之间的传动损耗，进一步有效提高推进效率；由于推进器单元在垂直方向的高度小于非顶端区域和底端区域角度处的外径，也即推进器单元的垂直高度虽小，但螺旋桨的直径能够更大，通常螺旋桨的直径越大、推进效率越高，因此更有利于提高推进器的推进效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中推进器单元的剖视结构示意图；

图4（a）-图4(d)为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中轴系结构区域的剖视结构示意图；

图5（a）-图5(e)为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中桨毂和轴承座的外形轮廓结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中节流附体的剖视结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中节流附体的稳流板的结构示意图；

图8（a）-图8（b）为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中节流附体的稳流板的轴向形状的结构示意图；

图9（a）-图9（f）为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中节流附体的稳流板的截面形状的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中螺旋桨的结构示意图。

附图标记：

1-推进器单元；11-顶端区域；12-底端区域；

2-螺旋桨；21-螺旋桨叶片；22-叶梢；23-桨毂；

3-轴系结构；31-螺旋桨轴；32-轴承组；33-轴承座；34-轴系支撑幅板；

4-电机；41-定子线圈；42-转子；43-端面法兰；44-电机机壳；45-定子铁芯；

5-节能附体；51-防护罩；52-稳流板。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器进行详细描述。

本实用新型实施例提供一种对转桨式环形电力推进器，如图1-图3结合图10所示，包括：至少两个同轴串联的推进器单元1，且相邻的两个推进器单元1的螺旋桨2旋向相反、推力方向一致；其中，每个推进器单元1包括：轴系结构3，轴系结构3的周向连接有多个均匀分布的螺旋桨叶片21，多个螺旋桨叶片21共同连接有至少两个周向布置的电机4；电机4采用轮缘式永磁无刷直线电机，且多个电机4的各个定子线圈41相互独立、转子42为公共转子，公共转子为环状永磁体，多个螺旋桨叶片21通过叶梢22或叶梢法兰固定在转子42的内圈上；具体地，推进器单元1在垂直方向的顶端区域11和底端区域12处没有布置定子线圈41，且顶端区域11和底端区域12采用水平结构，推进器单元1在垂直方向的高度小于非顶端区域11和底端区域12角度处的外径。

相对于现有技术，本实用新型实施例所述的对转桨式环形电力推进器具有以下优势：

本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中，由于相邻的两个推进器单元1的螺旋桨2旋向相反、推力方向一致，因此后一个推进器单元1的螺旋桨2能够吸收前一个推进器单元1的螺旋桨2产生的周向旋流能量，从而有效提高推进效率，并起到对转桨的节能效果；由于每个推进器单元1的轴系结构3的周向连接有多个均匀分布的螺旋桨叶片21，多个螺旋桨叶片21共同连接有至少两个周向布置的电机4，且电机4采用轮缘式永磁无刷直线电机，因此电机4的效率较高，同时由于多个电机4的各个定子线圈41相互独立、转子42为公共转子，多个螺旋桨叶片21通过叶梢22或叶梢法兰固定在转子42的内圈上，因此能够由转子42直接带动螺旋桨2转动，电机4的转速即为螺旋桨2的转速，不需要采用齿轮等中间传动环节，从而降低了电机4到螺旋桨2之间的传动损耗，进一步有效提高推进效率；由于推进器单元1在垂直方向的高度小于非顶端区域11和底端区域12角度处的外径，也即推进器单元1的垂直高度虽小，但螺旋桨2的直径能够更大，通常螺旋桨2的直径越大、推进效率越高，因此更有利于提高推进器的推进效率。

其中，周向分布的定子线圈41和（公共）转子42的永磁体之间构成了各个电机的定子-转子，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。

具体地，电机4的数量可以为两个至多个，在此不作限制。根据需要，可以启动其中一个，也可以同时启动两个或更多如三个、四个、五个等。当然，也可以改变电路或线圈的连接方式，让多个电机合并成单个的电机，即电机总数变为一个。

进一步地，转子42的内圆直径应能够容纳螺旋桨2，电机定子（包括定子线圈41和定子铁芯45）在通入三相电源后产生旋转磁场，电机转子中的永磁体在旋转磁场的作用下产生电磁力，转子42旋转并输出力矩，带动螺旋桨2在水中旋转产生推动船舶的推力。

更进一步地，上述转子42的左右二端可以为转子端环，与转子42一起形成转子组件；环状永磁铁可以为表贴式，或嵌入到定子铁芯45内；并且，定子铁芯45可以压装在电机机壳44内，且电机机壳44可以作为推进器外壳。此外，由于推进器单元1在垂直方向的顶端区域11和底端区域12处没有布置定子线圈41，转子42外面就是电机机壳44，因此电机机壳44在上下方向的外表面垂直高度小于其它角度处外表面的电机机壳44的外径，如图1所示。

再进一步地，上述定子铁芯45、定子线圈41和环状永磁铁均可以通过多层绝缘防腐蚀材料进行填充包裹，从而良好地与水隔绝，进而绝缘性好、耐腐蚀性好。

此处需要补充说明的是，本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中，不仅可以通过二个推进器单元组合形成对转桨，还可以进行更多数量的推进器单元的串列，形成多级联动的推进器组合。每增加一个推进器单元，只要把该推进器单元的前端面法兰紧固在前面一级推进器单元的后端面法兰上，再把后防护罩和后罩盖装配在最后一级推进器单元上即可。也即不仅可以由二个推进器单元组成对转桨，还可以由3个推进器单元形成三级螺旋桨的推进器，4个推进器单元形成四级螺旋桨的推进器等。二个或多个推进器单元之间可以通过螺栓或焊接的方式组合在一起，通过多级推进器的组合，能够达到更大的功率和推力。

实际应用时，如图3所示，上述轴系结构3可以包括：与多个螺旋桨叶片21的根部连接的螺旋桨轴31，螺旋桨轴31可以通过轴承组32装配在轴承座33上，轴承座33可以连接有轴系支撑幅板34；轴系支撑幅板34可以通过端面法兰43与电机机壳44连接。

其中，上述轴承组32可以采用水润滑；或者，上述轴承组32可以采用油润滑。当采用油润滑时，轴承座33与螺旋桨轴31之间设有密封件，从而良好地防止油脂漏出及海水进入。

具体地，上述螺旋桨2可以为金属质螺旋桨，也可以为复合材料螺旋桨，螺旋桨2为整体式，叶片数根据水动力性能而定，可以为二叶、或者三叶、四叶、五叶甚至更多叶等。每片螺旋桨叶片21可以通过叶梢22或叶梢法兰与转子42连接，转子42通过叶梢22或叶梢法兰直接带动螺旋桨2转动，电机4的转速即为螺旋桨2的转速，不需要采用齿轮等传动环节。

进一步地，上述螺旋桨2可以采用有毂式螺旋桨，螺旋桨叶片21的根部可以与桨毂23连接，该桨毂23可以装配在螺旋桨轴31上，如图4（c）-图4(d)所示；或，桨毂23可以与螺旋桨轴31一体成型，如图4（a）-图4(b)所示。

更进一步地，为了降低阻力，提高水动力性能的需要，如图5（a）-图5(c)所示，上述桨毂23的外轮廓与轴承座33的外轮廓可以优选为对齐，也即桨毂23与轴承座33的直径相近或一致，从而形成一体化的水动力外形。当然，上述桨毂23与轴承座33的外轮廓也可以采用纺锤形外轮廓或水滴形外轮廓，如图5（d）-图5(e)所示。

再进一步地，本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器中，轴系结构3承受转子组件和螺旋桨2的重量，同时承受螺旋桨2的推力。具体地，轴承组32包括径向轴承和推力轴承，径向轴承支撑转子42和螺旋桨2的重量，推力轴承承受螺旋桨2的正反推力和电机4的电磁力，并通过轴承座33和轴系支撑辐板34传递到电机4的端面法兰43或电机机壳44上，进而传递到船体上。

实际应用时，本实用新型实施例所述的对转桨式环形电力推进器还可以包括：节能附体5，如图6所示，该节能附体5可以包括防护罩51、稳流板52，以及由轴系支撑幅板34形成的导流板。

其中，导流板同时也是轴系支撑辐板34，可以布置在前后螺旋桨中间，也可布置在前螺旋桨的前端和后螺旋桨的后端，起到导流和支撑轴承座33的作用。根据水动力性能计算来确定导流板的截面、导流板数量、导流板与水流的角度等参数；优化导流板的数量、截面、角度等参数，可以改善螺旋桨的来流流场和尾流流场，提高水动力效率。

具体地，如图2结合图6所示，最外侧的两个推进器单元1可以分别设有用于保护电机4的防护罩51，且该防护罩51的外形可以采用圆弧形结构或流线型结构，从而有效降低水阻力，提高水动力性能。

进一步地，如图7所示，上述推进器外壳（也即电机机壳44）可以固定有稳流板52，且该稳流板52与船体的前进方向平行或成角度设置，从而将来自船尾的紊流进行整流，使得水流流向更加集中和一致，与推进器内径的水流形成类似流经机翼的压力差，其中向前的压力分量成为额外的推力，起到提升推进器效率的作用。

更进一步地，上述稳流板52的轴向形状可以为S型或直线型，如图8（a）-图8（b）所示；相应地，上述稳流板52的截面形状可以有多种选择，如图9（a）-图9（f）所示。此外，当船只航行在较低的航速状态下时，也可以取消稳流板52的设置。

本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器，主要具有以下几点优势：

一、提高了推进效率：

首先，采用了永磁无刷电机，电机效率高；其次，电机转子直接驱动螺旋桨转动，不再需要任何中间传动环节，降低了传动损耗；再次，采用对转桨型式，后桨吸收前桨周向能量，效率进一步提高；最后，电机垂直高度小，螺旋桨更大，推进效率更高；

二、提高了可靠性和安全性：

每个螺旋桨由沿周向布置的多个电机驱动，一旦某个电机出现故障，其余电机依然能够驱动螺旋桨，使得推进器不致于停止运行，提高了推进器的可靠性和船舶的安全性；

三、垂直高度小：

由于周向布置的定子在垂直高度的上下方各有一段空缺，此地方的电机直径可以做小，降低了推进器的垂直高度，适合应用在吃水受到限制的环境条件下；

四、噪声振动降低：

由于转子直接驱动螺旋桨，消除了传统推进型式中齿轮箱齿轮啮合带来的振动与噪声；

五、结构更简单、可靠性提高、占用舱内空间少：

电机直接驱动螺旋桨，取消了中间传动环节，结构更加简单，可靠性更高；另外，由于电机置于水下，节省了舱内空间；

六、功率密度高：

采用了二台电机和二个螺旋桨，即二级推进器单元，功率密度更高；另外，还可以通过更多级推进器的组合，达到更高的功率密度和更大的推力。

综上所述，本实用新型实施例提供的对转桨式环形电力推进器，取消了传统的电力推进系统中电机到螺旋桨之间的各个传动环节，而是采用永磁无刷电机直接驱动螺旋桨，因此效率高、结构简单、可靠性高；采用二组沿周向布置的电机组驱动对转桨或多组沿周向布置的电机组驱动更多的螺旋桨，从而效率提高、功率密度大；采用垂直高度低的电机布置型式，适合应用航行在吃水受到限制的水域条件的船舶，如内河或浅滩水域航行的船舶。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种对转桨式环形电力推进器，其特征在于，包括：至少两个同轴串联的推进器单元，且相邻的两个所述推进器单元的螺旋桨旋向相反、推力方向一致；

每个所述推进器单元，包括：轴系结构，所述轴系结构的周向连接有多个均匀分布的螺旋桨叶片，多个所述螺旋桨叶片共同连接有至少两个周向布置的电机；所述电机采用轮缘式永磁无刷直线电机，且多个所述电机的各个定子线圈相互独立、转子为公共转子，所述公共转子为环状永磁体，多个所述螺旋桨叶片通过叶梢或叶梢法兰固定在所述转子的内圈上；

所述推进器单元在垂直方向的顶端区域和底端区域处没有布置所述定子线圈，且所述顶端区域和所述底端区域采用水平结构，所述推进器单元在垂直方向的高度小于非所述顶端区域和所述底端区域角度处的外径。

2.根据权利要求1所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述轴系结构包括：与多个所述螺旋桨叶片的根部连接的螺旋桨轴，所述螺旋桨轴通过轴承组装配在轴承座上，所述轴承座连接有轴系支撑幅板；

所述轴系支撑幅板通过端面法兰与电机机壳连接。

3.根据权利要求2所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述轴承组采用水润滑；

或，所述轴承组采用油润滑，且所述轴承座与所述螺旋桨轴之间设有密封件。

4.根据权利要求2所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述螺旋桨采用有毂式螺旋桨，所述螺旋桨叶片的根部与桨毂连接，所述桨毂装配在所述螺旋桨轴上；

或，所述桨毂与所述螺旋桨轴一体成型。

5.根据权利要求4所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述桨毂的外轮廓与所述轴承座的外轮廓对齐，形成一体化的水动力外形。

6.根据权利要求2所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述环状永磁体为表贴式，或嵌入到定子铁芯内；

所述定子铁芯压装在所述电机机壳内，且所述电机机壳为推进器外壳。

7.根据权利要求6所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述定子铁芯、所述定子线圈和所述环状永磁体均通过多层绝缘防腐蚀材料填充包裹。

8.根据权利要求6所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，还包括：节能附体，所述节能附体包括防护罩、稳流板，以及由所述轴系支撑幅板形成的导流板。

9.根据权利要求8所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，最外侧的两个所述推进器单元分别设有用于保护所述电机的所述防护罩，且所述防护罩的外形采用圆弧形结构或流线型结构。

10.根据权利要求8或9所述的对转桨式环形电力推进器，其特征在于，所述推进器外壳固定有所述稳流板，且所述稳流板与船体的前进方向平行或成角度设置。

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