[发明专利]一种用于水下航行器的大功率差对转电机

说明书

本发明提供了一种用于水下航行器的大功率差对转电机，包括内转子、外转子及内外转子之间的定子电枢，外转子永磁体和磁路Ⅰ定子电枢组成磁路Ⅰ，内转子永磁体和磁路Ⅱ定子电枢组成磁路Ⅱ，内转子永磁体和磁路Ⅲ定子电枢组成磁路Ⅲ；所述的内转子在低功率巡航阶段由磁路Ⅲ单独驱动，在高功率阶段由磁路Ⅱ、磁路Ⅲ共同驱动，通过内轴驱动水下航行器对转桨的后桨；磁路Ⅰ驱动外转子，通过外轴驱动水下航行器的前桨。本发明既能保证以高效率在低功率巡航阶段运行，又能保证高功率状态下运行的用于水下航行器的对转永磁同步电机。

技术领域

本发明涉及一种电机，特别是一种大功率差对转永磁同步电机。

背景技术

随着海洋科技的迅速发展，各种具有特定任务的水下航行器层出不穷。对于某些较大型水下航行器，一方面由于这种水下航行器任务的特殊性，需具备两个功率状态，即巡航阶段的小功率状态和执行任务时的高功率状态，需要说明的是，这两个功率差别有可能是数量级的，比如几千瓦和一百千瓦；另一方面，为了抑制其横滚现象，这种水下航行器常采用对转电机直接带动对转桨的驱动方式。设计者在设计这种特殊水下航行器时，渴望其具备更高的航速和更远的航程，即如何在一定的体积或者重量限制下使水下航行器达到更远的航程。在这种水下航行器的电机设计角度，如何使得电机更好地满足两个条件(一是低速巡航阶段能以较高功率长时间运行；二是短期工作的高功率状态下能以较高的效率保证所需输出功率)是提高整体效率，提高航程的重要研究方面。

为满足上述设计要求，设计者针对性的使电机有两个输出轴，即内轴和外轴，分别驱动对转桨的两个单桨。在电机设计中，通常采用双磁路的结构设计，每个磁路按照高功率状态下的设计使之满足要求，而在低功率状态时，通过电机控制的方法降低电机的功率使电机达到低功率的运行状态。这就导致了按照高功率设计的电机在低功率状态下运行，根据电机的效率曲线可知电机存在一个最佳功率状态，而大功率电机长时间以较低功率运行，这必然导致电机工作效率低下。

因此，需要设计一种能在低功率状态下以较高的效率而同样满足高功率状态的双转子对转电机。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于水下航行器的大功率差对转电机，既能保证以高效率在低功率巡航阶段运行，又能保证高功率状态下运行的用于水下航行器的对转永磁同步电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于水下航行器的大功率差对转电机，包括内转子、外转子及内外转子之间的定子电枢。

所述的内转子包括内转子永磁体、内轴和内转子壳体，所述的内转子永磁体表贴于内转子壳体的外部，内转子壳体两端通过轴承安装在定子壳体上，只允许绕其自身轴线旋转，内转子壳体一端面外同轴安装有内轴；所述的内转子端部装有旋转变压器，测量内转子的位置；

所述的外转子包括外转子永磁体、外轴和外转子壳体，所述的外转子永磁体表贴于外转子壳体的内部，外转子壳体两端通过轴承安装在电机外壳上，只允许绕其自身轴线旋转，外转子壳体一端面外同轴安装有外轴，外轴为中空柱体，内轴同轴穿过外轴的空腔；所述的外转子端部装有旋转变压器，测量外转子的位置；

所述的定子电枢包括磁路Ⅰ定子电枢、磁路Ⅱ定子电枢和磁路Ⅲ定子电枢，安装在定子壳体上；外转子永磁体和磁路Ⅰ定子电枢组成磁路Ⅰ，内转子永磁体和磁路Ⅱ定子电枢组成磁路Ⅱ，内转子永磁体和磁路Ⅲ定子电枢组成磁路Ⅲ；

所述的内转子在低功率巡航阶段由磁路Ⅲ单独驱动，在高功率阶段由磁路Ⅱ、磁路Ⅲ共同驱动，通过内轴驱动水下航行器对转桨的后桨；磁路Ⅰ驱动外转子，通过外轴驱动水下航行器的前桨。

所述的内转子永磁体和外转子永磁体根据电机磁路设计成普通表贴阵列方式或者Halbach阵列方式，使得气隙磁场更加接近正弦分布以提高电机效率。

所述的内转子永磁体和外转子永磁体均采用烧结钐钴永磁体材料。