[发明专利]对转无轴轮缘驱动推进器

说明书

技术领域

本发明属于船舶推进器领域，特别涉及由导管中的单定子同时驱动带桨叶的无轮毂双转子对转，而形成的一种高效率、大推力、稳定性好和集成度高的新型推进器，亦即所谓的对转无轴轮缘驱动推进器。

背景技术

近年来，随着海军国防建设需要和水上贸易的发展，船舶推进装置性能的要求越来越高，传统的轴驱式推进器的劣势逐渐凸显，已经无法更好地满足工作要求。例如传统轴驱式推进器部件多、结构复杂、船舱占用空间大、能量损耗大，振动和噪声控制困难、建造和维护成本高等，这些缺陷导致人们逐渐将目光转向更加先进的无轴推进系统。

目前无轴轮缘驱动推进器为单转子，分为无毂和有毂两种形式。欧洲专利《Shaftless Propeller》(EP1739007A1)、中国专利《船用永磁电机推进器螺旋桨》(CN104326073A)和中国专利《水下空心无榖桨推进器》(CN101546939A)均为单转子无毂式轮缘驱动推进器，这种推进将电机定子设置在圆柱形壳体中，螺旋桨桨叶与电机转子相连后安装在壳体中空部位，电机通电后转子带动桨叶旋转产生推力。这种无毂结构有利于减小阻力和解决杂物或线缆缠绕的问题，但受电机尺寸限制，推进器功率有限。而且桨叶产生的推力一般由转子两端的水润滑动压轴承承担，轴承承载面积受壳体厚度限制，承载能力较小，也限制了大功率无轴推进器的发展。中国专利《无轴驱动式集成电机推进器》(CN102632982A)是一种单转子有毂式轮缘驱动推进器，该推进器还保留有轮毂，安装在轮毂中的轴不旋转，而用于安装支撑轴承和传递推力；这种结构虽然有利于提高轴承的承载能力，但无法消除桨毂和船体的迎面阻力。

为了提高螺旋桨的推进效率，传统的轴驱式推进器也发展了对转螺旋桨，是将两个普通螺旋桨分别装于同心的两根轴上，并以等速或不等速的相反方向旋转。这种结构虽然有利于减小尾流的旋转损失，提高推进效率，但存在轴系复杂，制造难度大，制造和维修费用高等明显缺点。而且这种对转螺旋桨叶梢部位存在较明显的空泡现象。相对与此，本发明提出了一种对转无轴轮缘驱动推进器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了提高无轴轮缘推进器的效率和功率，提供一种由导管中的单定子同时驱动带桨叶的无轮毂双转子对转，形成的一种高效率、大推力、稳定性好和集成度高的对转无轴轮缘驱动推进器。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的对转无轴轮缘驱动推进器，设有导管组件，其壳体的内腔中装有定子绕组、前转子组件、后转子组件。其中：两转子组件中的转子环在轴向形成锥形配副，嵌入此两转子环外壁中的永磁体极性相反；定子绕组通电后，与所述永磁体同时形成磁性相反的磁场，即单定子驱动双转子旋转，形成双转子环形电机。

所述的前转子组件，包括前永磁体、前转子环、前桨叶、前桨叶板、前永磁体防护层，其中：前转子环外壁等间距开设方形槽，前永磁体镶嵌在该方形槽中；前桨叶、前桨叶板固连在一起；与定子绕组相对的前永磁体的一面安装有用于隔离海水对永磁体的侵蚀前永磁体防护层，该防护层外表面可设置波纹或微沟槽。

所述的前桨叶和后转子组件中的后桨叶向内伸出，前、后桨叶的叶背与叶面相对安装，即前桨叶的叶面对着后桨叶的叶背，或者前桨叶的叶面背对着后桨叶的叶面。

所述的后转子组件，包括后永磁体、后转子环、后桨叶、后桨叶板、后永磁体防护层，其中：后永磁体镶嵌在后转子环外壁的槽中，与定子绕组相对的后永磁体的磁极与前永磁体的磁极相反，这样定子与两个转子之间可形成极性相反的磁场；定子防护层与前永磁体防护层和后永磁体防护层之间均存在间隙；工作时，海水经过间隙冷却双转子环形电机。

所述的前转子组件和后转子组件，分别由安装在导管组件两端的轴承组件支撑。

所述的定子绕组，其内壁与前转子组件和后转子组件的外壁相对；定子绕组内壁和与之相对的永磁体面上均设置有防护层。

本发明中，定子绕组通电后，与前后转子环上的永磁体同时形成磁性相反的磁场，即单定子驱动双转子旋转，形成双转子环形电机工作时，定子驱动前后转子进行相反方向旋转，带动前后桨叶同时产生同方向推力，该力作用在转子环端部的滑动轴承上，最后经过与导管连接的旋转件作用在船体上，进而推进船舶前进。

在所述的锥形配副的一个面上开设有利于润滑和减少磨损的呈矩形或人字形螺旋槽；当两转子组件中的转子环相对旋转时，两个锥形面之间形成动压水膜，一方面可传递轴向推力，另一方面可承受径向力。