[发明专利]无轴驱动式集成电机推进器

说明书

技术领域

本发明涉及船舶推进器领域，尤其是一种无轴驱动式集成电机推进器。

背景技术

随着船舶技术的飞速发展，人们对船舶推进装置的要求也大大提高，传统的轴驱式推进器存在诸如噪声、振动和布局等缺点，已经不能适应水面和水下高性能平台的要求，因而出现了电机与螺旋桨一体的推进器，目前主要存在实心有榖和空心无榖两种形式。

美国专利文件《Integral Motor Propulsor Unit For Water Vehicles》(US005220231A)是一种有榖空心轴式集成电机推进器，该推进器是一种导管螺旋桨，在导管内部安装电机定子绕组，在转子螺旋桨周向轮缘外部安装转子永磁体，同时转子螺旋桨安装在一个空心的非旋转轴上，通过径向轴承和主、辅推力轴承组合固定转子螺旋桨和传递推力。该专利所述的推进器为集成式，其导管、转子螺旋桨和定子支撑臂与空心非旋转轴连接成为一个整体，适用于水面或水下平台的动力定位推进器，但是其结构形式限制了功率，而且作为主推时无法与艉部线型匹配。空心非旋转轴结构设计有利于形成循环水流润滑轴承，但是当功率增大以后会带来强度和结构振动问题。此外，定子绕组的输入电源线外置在导管外部，极易发生电缆缠绕，而且这种外置形式降低了电缆的安全性。

美国专利文件《Shaftless Propeller》(US20070126297A1)，以及中国专利《无轴推进器》(CN1897417A)和《水下空心无榖桨推进器》(CN101546939A)均是一种无榖式空心集成电机推进器，该推进器是在圆柱形开口的流道内安装带环形永磁体的转子叶片，而且在转子和定子间安装可倾瓦块轴承，可以承受相对较高的载荷，空心无榖的结构有利于减小附体阻力和解决防止缠绕问题。但是这种推进器不适用于大功率情况，尤其是当功率达到几百或几千千瓦级时，空心无榖结构使每个叶片成为向内凸出的悬臂梁，将会带来严重的结构振动和噪声问题。

发明内容

本申请人针对上述现有生产中这些缺点，提供一种结构合理的无轴驱动式集成电机推进器，从而适用于大功率、高航速、与艉部线型匹配良好、结构强度和振动性能优良、无梢涡空泡，且安全可靠。

本发明所采用的技术方案如下：

一种无轴驱动式集成电机推进器，设置在水面或水下航行器的艇体的尾部，由串联排列在实心非旋转轴上的前置定子、转子螺旋桨与后置定子三段组成；前置定子与后置定子的桨榖固定在实心非旋转轴上，桨叶外端固定在导管上；转子螺旋桨设置在前置定子与后置定子之间，螺旋桨桨榖可枢转地设置在实心非旋转轴上，螺旋桨桨叶外周连接在环形的螺旋桨周向轮缘上，转子永磁体嵌套在螺旋桨周向轮缘内；在导管的内腔中设置有定子绕组，转子永磁体与定子绕组均采用水密封，两者之间设置间隙形成环形电机。

作为上述技术方案的进一步改进：在螺旋桨桨榖的内周设置环形轴承，在实心非旋转轴的外周套设橡胶套，在橡胶套与环形轴承之间，安装有前后两套轴瓦，环形轴承前端通过前止推轴承与轴承座抵接在前置定子桨榖端面，后端通过后止推轴承抵接在后置定子桨榖端面。

前后止推轴承的表面开设沟槽，橡胶套外表面开有螺旋型沟槽。

后置定子桨榖通过螺纹连接旋紧在实心非旋转轴上。

所述前置定子与后置定子为预旋式，其展向各个剖面的攻角各不相同；或者是非预旋式，其展向各个剖面相对来流方向攻角为零。

导管为长导管，其长度范围为0.7～1.0倍螺旋桨直径，为加速或减速型导管。

动力源电缆穿过实心非旋转轴的内孔、前置定子与定子绕组连接。

螺旋桨周向轮缘与导管之间安装有水润滑轴承。

本发明的有益效果如下：

本发明将永磁电机与螺旋桨和导管有机结合形成一个模块化单元，易于在水面和水下平台上安装，适用于水面船舶或水下潜器的大功率主推，特别适用于水下高速运载器。模块化单元结构使电机直径大大增加，提高了电机的输出转矩，而且转子的周向设置有轮缘，使桨叶叶梢结构不是悬臂梁，这种叶梢结构使转子在外半径可以承受较大的载荷，同时前后置定子带预旋的结构形式，不仅提高了推进效率，而且也降低了转子产生的水动力辐射噪声。