專利名稱：無軸驅(qū)動式集成電機推進器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶推進器領(lǐng)域，尤其是一種無軸驅(qū)動式集成電機推進器。
背景技術(shù)：
隨著船舶技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對船舶推進裝置的要求也大大提高，傳統(tǒng)的軸驅(qū)式推進器存在諸如噪聲、振動和布局等缺 點，已經(jīng)不能適應(yīng)水面和水下高性能平臺的要求，因而出現(xiàn)了電機與螺旋槳一體的推進器，目前主要存在實心有榖和空心無榖兩種形式。美國專利文件《IntegralMotor Propulsor Unit For Water Vehicles))(US005220231A)是一種有榖空心軸式集成電機推進器，該推進器是一種導管螺旋槳，在導管內(nèi)部安裝電機定子繞組，在轉(zhuǎn)子螺旋槳周向輪緣外部安裝轉(zhuǎn)子永磁體，同時轉(zhuǎn)子螺旋槳安裝在一個空心的非旋轉(zhuǎn)軸上，通過徑向軸承和主、輔推力軸承組合固定轉(zhuǎn)子螺旋槳和傳遞推力。該專利所述的推進器為集成式，其導管、轉(zhuǎn)子螺旋槳和定子支撐臂與空心非旋轉(zhuǎn)軸連接成為一個整體，適用于水面或水下平臺的動力定位推進器，但是其結(jié)構(gòu)形式限制了功率，而且作為主推時無法與艉部線型匹配。空心非旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于形成循環(huán)水流潤滑軸承，但是當功率增大以后會帶來強度和結(jié)構(gòu)振動問題。此外，定子繞組的輸入電源線外置在導管外部，極易發(fā)生電纜纏繞，而且這種外置形式降低了電纜的安全性。美國專利文件《Shaftless Propeller》(US20070126297A1)，以及中國專利《無軸推進器》(CN1897417A)和《水下空心無榖槳推進器》(CN101546939A)均是一種無榖式空心集成電機推進器，該推進器是在圓柱形開口的流道內(nèi)安裝帶環(huán)形永磁體的轉(zhuǎn)子葉片，而且在轉(zhuǎn)子和定子間安裝可傾瓦塊軸承，可以承受相對較高的載荷，空心無榖的結(jié)構(gòu)有利于減小附體阻力和解決防止纏繞問題。但是這種推進器不適用于大功率情況，尤其是當功率達到幾百或幾千千瓦級時，空心無榖結(jié)構(gòu)使每個葉片成為向內(nèi)凸出的懸臂梁，將會帶來嚴重的結(jié)構(gòu)振動和噪聲問題。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人針對上述現(xiàn)有生產(chǎn)中這些缺點，提供一種結(jié)構(gòu)合理的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，從而適用于大功率、高航速、與艉部線型匹配良好、結(jié)構(gòu)強度和振動性能優(yōu)良、無梢渦空泡，且安全可靠。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種無軸驅(qū)動式集成電機推進器，設(shè)置在水面或水下航行器的艇體的尾部，由串聯(lián)排列在實心非旋轉(zhuǎn)軸上的前置定子、轉(zhuǎn)子螺旋槳與后置定子三段組成；前置定子與后置定子的槳榖固定在實心非旋轉(zhuǎn)軸上，槳葉外端固定在導管上；轉(zhuǎn)子螺旋槳設(shè)置在前置定子與后置定子之間，螺旋槳槳榖可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置在實心非旋轉(zhuǎn)軸上，螺旋槳槳葉外周連接在環(huán)形的螺旋槳周向輪緣上，轉(zhuǎn)子永磁體嵌套在螺旋槳周向輪緣內(nèi)；在導管的內(nèi)腔中設(shè)置有定子繞組，轉(zhuǎn)子永磁體與定子繞組均采用水密封，兩者之間設(shè)置間隙形成環(huán)形電機。作為上述技術(shù)方案的進一步改進在螺旋槳槳榖的內(nèi)周設(shè)置環(huán)形軸承，在實心非旋轉(zhuǎn)軸的外周套設(shè)橡膠套，在橡膠套與環(huán)形軸承之間，安裝有前后兩套軸瓦，環(huán)形軸承前端通過前止推軸承與軸承座抵接在前置定子槳榖端面，后端通過后止推軸承抵接在后置定子槳榖端面。前后止推軸承的表面開設(shè)溝槽，橡膠套外表面開有螺旋型溝槽。后置定子槳榖通過螺紋連接旋緊在實心非旋轉(zhuǎn)軸上。所述前置定子與后置定子為預旋式，其展向各個剖面的攻角各不 相同；或者是非預旋式，其展向各個剖面相對來流方向攻角為零。導管為長導管，其長度范圍為O. 7 I. O倍螺旋槳直徑，為加速或減速型導管。動力源電纜穿過實心非旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)孔、前置定子與定子繞組連接。螺旋槳周向輪緣與導管之間安裝有水潤滑軸承。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明將永磁電機與螺旋槳和導管有機結(jié)合形成一個模塊化單元，易于在水面和水下平臺上安裝，適用于水面船舶或水下潛器的大功率主推，特別適用于水下高速運載器。模塊化單元結(jié)構(gòu)使電機直徑大大增加，提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩，而且轉(zhuǎn)子的周向設(shè)置有輪緣，使槳葉葉梢結(jié)構(gòu)不是懸臂梁，這種葉梢結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子在外半徑可以承受較大的載荷，同時前后置定子帶預旋的結(jié)構(gòu)形式，不僅提高了推進效率，而且也降低了轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的水動力輻射噪聲。與空心無榖推進器相比，本發(fā)明通過實心非旋轉(zhuǎn)軸、前后兩級定子支撐臂結(jié)構(gòu)和電纜內(nèi)置的設(shè)計，不僅可以與艉部線型保持匹配，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理，可以有效減小轉(zhuǎn)子和導管的振動，同時也省去了復雜的軸系布置，改善了噪聲性能。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子螺旋槳旋轉(zhuǎn)時不會產(chǎn)生梢渦，空泡性能優(yōu)良。本發(fā)明的定子線圈供電電纜內(nèi)置設(shè)計形式，不存在電纜纏繞的可能，大大增加了電纜的安全性。本發(fā)明的多組推進器軸承利用離心力進行水潤滑，省去軸承的密封，整體結(jié)構(gòu)相對簡單，易于經(jīng)常更換。


圖I是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的縱向中剖面視圖。圖3是圖2中的A部放大圖。圖4是圖2中的B部放大圖。圖中1、導管；3、前置定子；31、前置定子槳榖；32、前置定子槳葉；4、轉(zhuǎn)子螺旋槳；41、螺旋槳槳榖；42、螺旋槳槳葉；43、螺旋槳周向輪緣；5、后置定子；51、后置定子槳榖；52、后置定子槳葉；53、螺紋連接；6、周向擋板；7、定子繞組；8、實心非旋轉(zhuǎn)軸；9、動力源電纜；
10、艇體；11、轉(zhuǎn)子永磁體；12、密封環(huán)；13、軸承；14、環(huán)形薄壁件；15、后止推軸承；16、前止推軸承；17、橡膠套；18、軸瓦；19、環(huán)形軸承；20、軸承座；21、緊固件；22、密封膠。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的具體實施方式
。如圖I、圖2所示，本發(fā)明所述的無軸驅(qū)動集成電機推進器設(shè)置在水面或水下航行器的艇體10的尾部，由前置定子3、轉(zhuǎn)子螺旋槳4與后置定子5三段串聯(lián)排列在實心非旋轉(zhuǎn)軸8組成，其中前置定子3與后置定子5的內(nèi)周固定在實心非旋轉(zhuǎn)軸8上，外周通過螺釘?shù)染o固件21固定加速或減速導管1，轉(zhuǎn)子螺旋槳4內(nèi)周可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置在實心非旋轉(zhuǎn)軸8上，夕卜周通過螺旋槳周向輪緣43可回轉(zhuǎn)的配合在導管I內(nèi)。如圖2所示，前置定子3的前置定子槳榖31固定在實心非旋轉(zhuǎn)軸8上，前置定子槳葉32的外端通過緊固件21鎖緊連接導管I。同樣，后置定子5的后置定子槳榖51通過螺紋連接53旋緊在實心非旋轉(zhuǎn)軸8上，后置定子槳葉52的外端通過緊固件21鎖緊連接導管I。前置定子3與后置定子5為預旋式葉片，其展向各個剖面的攻角各不相同；前置定子3也可為非預旋式，展向各個剖面相對來流方向攻角為零，剖面翼型為NACA (美國國家航空咨詢委員會National Advisory Council for Aeronautics)形式。導管I為長導管，其長度范圍為O. 7 I. O倍螺旋槳直徑，可以為加速型導管，也可以為減速型導管。轉(zhuǎn)子螺旋槳4設(shè)置在前置定子3與后置定子5之間，如圖4所示，環(huán)形軸承19通 過螺栓連接在螺旋槳槳榖41的內(nèi)周形成一體，在實心非旋轉(zhuǎn)軸8的外周套設(shè)橡膠套17，在橡膠套17與環(huán)形軸承19之間，安裝有前后兩套軸瓦18，環(huán)形軸承19前端通過前止推軸承16與軸承座20抵接在前置定子槳榖31端面，后端通過后止推軸承15抵接在后置定子槳榖51端面。前后止推軸承的表面開溝槽，橡膠套17外表面開有螺旋型溝槽，工作時水流在離心力的作用下，被推動并依次通過前止推軸承16、橡膠套17、后止推軸承15形成循環(huán)水流，起到散熱和浸潤軸承的作用。軸瓦18由具有堅硬覆蓋層的金屬或金屬合金制造，環(huán)形軸承19可由塑料材料或金屬塑料合成材料制造，且其與軸瓦18的接觸面采用低摩擦系數(shù)的材料覆蓋。液體動壓止推軸承可采用高分子塑性材料或者是金屬塑料合成材料制造。轉(zhuǎn)子螺旋槳4的螺旋槳槳葉42外周連接在環(huán)形的螺旋槳周向輪緣43上，轉(zhuǎn)子永磁體11嵌套在螺旋槳周向輪緣43的外周凹槽內(nèi)，并采用環(huán)形薄壁件14將轉(zhuǎn)子永磁體11與海水隔離，環(huán)形薄壁件14外表面可采用波紋面形式。在導管I的內(nèi)腔中設(shè)置有定子繞組7，定子繞組7利用密封膠22進行灌膠密封，并利用密封環(huán)12、周向擋板6與海水隔離，動力源電纜9穿過實心非旋轉(zhuǎn)軸8的內(nèi)孔、前置定子3與定子繞組7連接，工作時，通電的定子繞組7與轉(zhuǎn)子永磁體11形成環(huán)形電機，通過電磁場相互作用，驅(qū)動轉(zhuǎn)子螺旋槳4在水中以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。環(huán)形薄壁件14和密封環(huán)12采用對磁場不產(chǎn)生影響的非導磁性材料，并且容易散熱。環(huán)形薄壁件14與密封環(huán)12之間有小的氣隙，其作用主要有兩個，一是使轉(zhuǎn)子永磁體11在定子繞組7的電磁作用下自由旋轉(zhuǎn)，二是方便定子繞組7產(chǎn)生的熱量通過氣隙內(nèi)流動的水流來散熱。螺旋槳周向輪緣43與導管I之間安裝有水潤滑軸承13，不僅可以避免轉(zhuǎn)子螺旋槳4高速旋轉(zhuǎn)時因振動而與導管內(nèi)壁直接接觸，而且還可以通過該軸承13使轉(zhuǎn)子螺旋槳4承擔一部分導管I重量。工作時，海水通過轉(zhuǎn)子螺旋槳4與導管I內(nèi)壁之間的小的間隙，不僅可以帶走定子繞組7產(chǎn)生的熱量，為軸承13提供水潤滑，而且轉(zhuǎn)子螺旋槳4的葉梢結(jié)構(gòu)不需要滿足壓力庫塔條件，因此可以承受較大的載荷，提高了該推進器的效率。
實際工作時，首先動力源通過動力源電纜9向定子繞組7供電，再通過控制器控制三相電流的相位變化，從而形成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子永磁體11形成轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子螺旋槳4旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生水動力，并通過徑向軸承和推力軸承向?qū)嵭姆切D(zhuǎn)軸8傳遞動力。以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種無軸驅(qū)動式集成電機推進器，設(shè)置在水面或水下航行器的艇體(10)的尾部，其特征在于由串聯(lián)排列在實心非旋轉(zhuǎn)軸(8)上的前置定子(3)、轉(zhuǎn)子螺旋槳(4)與后置定子(5)三段組成； —前置定子(3)與后置定子(5)的槳榖固定在實心非旋轉(zhuǎn)軸(8)上，槳葉外端固定在導管(I)上； —轉(zhuǎn)子螺旋槳(4)設(shè)置在前置定子(3)與后置定子(5)之間，螺旋槳槳榖(41)可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置在實心非旋轉(zhuǎn)軸(8)上，螺旋槳槳葉(42)外周連接在環(huán)形的螺旋槳周向輪緣(43)上，轉(zhuǎn)子永磁體(11)嵌套在螺旋槳周向輪緣(43)內(nèi)；在導管(I)的內(nèi)腔中設(shè)置有定子繞組(7)，轉(zhuǎn)子永磁體(11)與定子繞組(7)均采用水密封，兩者之間設(shè)置間隙形成環(huán)形電機。
2.按照權(quán)利要求I所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于在螺旋槳槳榖(41)的內(nèi)周設(shè)置環(huán)形軸承(19)，在實心非旋轉(zhuǎn)軸(8)的外周套設(shè)橡膠套(17)，在橡膠套(17)與環(huán)形軸承(19)之間，安裝有前后兩套軸瓦(18)，環(huán)形軸承(19)前端通過前止推軸承(16 )與軸承座(20 )抵接在前置定子槳榖(31)端面，后端通過后止推軸承(15)抵接在后置定子槳榖(51)端面。
3.按照權(quán)利要求2所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于前后止推軸承的表面開設(shè)溝槽，橡膠套(17)外表面開有螺旋型溝槽。
4.按照權(quán)利要求I所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于后置定子槳榖(51)通過螺紋連接(53)旋緊在實心非旋轉(zhuǎn)軸(8)上。
5.按照權(quán)利要求I所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于所述前置定子(3)與后置定子(5)為預旋式，其展向各個剖面的攻角各不相同；或者是非預旋式，其展向各個剖面相對來流方向攻角為零。
6.按照權(quán)利要求I所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于導管(I)為長導管，其長度范圍為O. 7 I. O倍螺旋槳直徑，為加速或減速型導管。
7.按照權(quán)利要求I所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于動力源電纜(9)穿過實心非旋轉(zhuǎn)軸(8)的內(nèi)孔、前置定子(3)與定子繞組(7)連接。
8.按照權(quán)利要求I所述的無軸驅(qū)動式集成電機推進器，其特征在于螺旋槳周向輪緣(43)與導管(I)之間安裝有水潤滑軸承(13)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無軸驅(qū)動式集成電機推進器，設(shè)置在水面或水下航行器的艇體的尾部，由串聯(lián)排列在實心非旋轉(zhuǎn)軸上的前置定子、轉(zhuǎn)子螺旋槳與后置定子三段組成，螺旋槳槳葉外周連接在環(huán)形的螺旋槳周向輪緣上，轉(zhuǎn)子永磁體嵌套在螺旋槳周向輪緣內(nèi)；在導管的內(nèi)腔中設(shè)置有定子繞組，轉(zhuǎn)子永磁體與定子繞組均采用水密封，兩者之間設(shè)置間隙形成環(huán)形電機。本發(fā)明將永磁電機與螺旋槳和導管有機結(jié)合形成一個模塊化單元，易于在水面和水下平臺上安裝，適用于水面船舶或水下潛器的大功率主推，結(jié)構(gòu)合理，推進效率高，水動力輻射噪聲低，空泡性能優(yōu)良，且安全可靠。
文檔編號B63H23/24GK102632982SQ201210129358
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者曹慶明, 董鄭慶, 趙文峰 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所