[實用新型]基于環(huán)形電機的共軸異向雙螺旋槳裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720235710.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN206598968U
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫劍;徐飛;陳世通;王欽禾;楊浴光
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B63H5/10
• 分類號: B63H5/10;B63H21/17;H02K1/12;H02K1/22;H02K1/27
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 何會俠

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及螺旋槳技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形電機的共軸異向雙螺旋槳裝置。

背景技術(shù)

對于水下航行器如果只采用單螺旋槳推進，水的反作用力作用于槳葉，除產(chǎn)生使航行器前行的推動力外，還會產(chǎn)生圓周方向的旋轉(zhuǎn)力矩。因此，航行器的前進姿態(tài)亦很難保持，從而影響航行器的前行和系統(tǒng)的整體推進效率。故用螺旋槳推進的魚雷或遠程自航水雷大多異轉(zhuǎn)向雙螺旋槳結(jié)構(gòu)，兩個螺旋槳位于同一軸線，且特別要求兩組螺旋槳以同樣的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩反方向旋轉(zhuǎn)。其主要優(yōu)點有：后槳可完全或者部分吸收前槳尾流的旋轉(zhuǎn)能量，從而獲得較高的推進效率；兩個螺旋槳旋轉(zhuǎn)時共同產(chǎn)生使水下航行器前行的推動力，它們產(chǎn)生的圓周方向的旋轉(zhuǎn)力矩互相抵消，從而有效避免了中小型水下航行器的側(cè)滾現(xiàn)象，保證了航行器的前進姿態(tài)，提高了系統(tǒng)的運行效率。

在航空方面，用在飛機上的螺旋槳大部分都是對轉(zhuǎn)螺旋槳。這是因為單組槳葉的設(shè)計會使飛機因螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反向扭轉(zhuǎn)力矩而發(fā)生偏航，工程師通常是通過調(diào)節(jié)副翼來“配平”這種翻轉(zhuǎn)力，也就是讓飛機左右副翼俯仰角不同，產(chǎn)生一個克服翻轉(zhuǎn)的力，最終使飛機保持水平。但這個翻轉(zhuǎn)力的大小是隨著飛行速度、飛行方向甚至風(fēng)向的變化而變化的，所以副翼必須跟著調(diào)節(jié)，這就加大了副翼設(shè)計的技術(shù)難度。采用兩組反向螺旋槳同軸串列的設(shè)計就可以使這兩組螺旋槳 產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩互相平衡，飛機就不會受到側(cè)翻的力，從而有助于飛機飛行的穩(wěn)定性。在對轉(zhuǎn)槳和常規(guī)單槳直徑相同的情況下，對轉(zhuǎn)槳最佳轉(zhuǎn)速比普通單槳要小很多，對轉(zhuǎn)槳的最佳直徑比普通單槳也要小。

目前國內(nèi)、外所采用的電驅(qū)動雙螺旋槳裝置主要有三類：

1.由兩臺獨立的常規(guī)交流或直流電機拖動兩個螺旋槳異向旋轉(zhuǎn)，這種驅(qū)動方式原理比較簡單，但傳動系統(tǒng)成本較高。目前此類驅(qū)動裝置在大型船舶推進系統(tǒng)中廣泛使用。

2.由單臺常規(guī)交流或直流電機+復(fù)雜的行星齒輪傳動系統(tǒng)拖動對轉(zhuǎn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，其復(fù)雜的齒輪減速器傳動系統(tǒng)既要實現(xiàn)機械減速，又要完成從一個機械口輸入到兩個機械口輸出的“機械裂變”，然后通過內(nèi)、外推進軸直接帶動對轉(zhuǎn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其機械傳動部分比較復(fù)雜，且機械傳動效率較低。

3.采用特殊結(jié)構(gòu)的永磁直流電動機驅(qū)動，目前我國包頭長安永磁電機研發(fā)有限公司生產(chǎn)的電機，并已經(jīng)在水下航行器推進系統(tǒng)中應(yīng)用。電機結(jié)構(gòu)由里向外依次為“內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、定子”，機械輸出形式為單端雙軸同心式輸出。該類電機的運行原理與常規(guī)永磁直流電機完全相同，只是讓常規(guī)永磁直流電機的定子也旋轉(zhuǎn)，變成外轉(zhuǎn)子，而在電機的最外面增加了不參與機電能量變換，只用于機械支撐的外機械定子。這是包括魚雷和遠程自航水雷在內(nèi)的中小型對轉(zhuǎn)螺旋槳水下航行器中用得最多的驅(qū)動電機。與前兩種情況相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到一定的簡化，體積和重量在一定程度上得以減小，然而具有換向器、滑環(huán)和兩套電刷裝置，一方面大大降低了電機的運行可靠性；另一方面電機成本較高，結(jié)構(gòu)仍顯復(fù)雜，加之純粹用于機械支撐的外機械定 子，使得電機的體積仍然較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本實用新型的目的是在于提供一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機的共軸異向雙螺旋槳裝置，該裝置可以很容易實現(xiàn)多槳共軸設(shè)計，并且具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，易于實現(xiàn)的優(yōu)點。

為達到以上目的，本實用新型采樣如下技術(shù)方案：

一種基于環(huán)形電機的共軸異向雙螺旋槳裝置，包括

對稱設(shè)置在螺旋槳兩側(cè)結(jié)構(gòu)相同的第一環(huán)形電機3和第二環(huán)形電機4，第一環(huán)形電機3和第二環(huán)形電機4均包括空心圓柱狀的電機定子1，電機定子1的外壁上均勻的纏繞著多個線圈13，電機定子1的內(nèi)壁與軸承5外環(huán)固連；電機轉(zhuǎn)子2由兩個相互嵌套的筒狀結(jié)構(gòu)和一個環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，且兩個相互嵌套的筒狀結(jié)構(gòu)由環(huán)形結(jié)構(gòu)在筒狀結(jié)構(gòu)的端部固連在一起，電機轉(zhuǎn)子2內(nèi)部的筒狀結(jié)構(gòu)從軸承5的中心穿過，且與軸承5的內(nèi)環(huán)固連，電機轉(zhuǎn)子2外部的筒狀結(jié)構(gòu)套在電機定子1的外面，且內(nèi)壁上鑲嵌有磁片14，電機定子1、電機轉(zhuǎn)子2和軸承5均為對稱結(jié)構(gòu)且對稱軸重合，H型結(jié)構(gòu)支架11的中心穿過電機轉(zhuǎn)子2和軸承5的中心，兩側(cè)與電機定子1固連；

第一環(huán)形電機3的電機轉(zhuǎn)子2的環(huán)形結(jié)構(gòu)底部與第一螺旋槳7固連，第二環(huán)形電機4的電機轉(zhuǎn)子2的環(huán)形結(jié)構(gòu)底部與第二螺旋槳8固連，H型結(jié)構(gòu)支架11的中心穿過第一螺旋槳7和第二螺旋槳8的中部，將第一螺旋槳7和第二螺旋槳8分為對稱的兩部分，所述第一螺旋槳7與第二螺旋槳8的旋轉(zhuǎn)方向相反；第一環(huán)形電機3通過電機驅(qū) 動導(dǎo)線與第一電機驅(qū)動模塊9相連，第二環(huán)形電機4通過電機驅(qū)動導(dǎo)線與第二電機驅(qū)動模塊10相連。