[發明專利]一種用于水下航行器的大功率差對轉電機

在審

• 申請號: 202011386809.4
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112583221A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 毛昭勇;歐煥宇;田文龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/27;H02K11/215;H02K7/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種用于水下航行器的大功率差對轉電機，包括內轉子、外轉子及內外轉子之間的定子電樞，外轉子永磁體和磁路Ⅰ定子電樞組成磁路Ⅰ，內轉子永磁體和磁路Ⅱ定子電樞組成磁路Ⅱ，內轉子永磁體和磁路Ⅲ定子電樞組成磁路Ⅲ；所述的內轉子在低功率巡航階段由磁路Ⅲ單獨驅動，在高功率階段由磁路Ⅱ、磁路Ⅲ共同驅動，通過內軸驅動水下航行器對轉槳的后槳；磁路Ⅰ驅動外轉子，通過外軸驅動水下航行器的前槳。本發明既能保證以高效率在低功率巡航階段運行，又能保證高功率狀態下運行的用于水下航行器的對轉永磁同步電機。

技術領域

本發明涉及一種電機，特別是一種大功率差對轉永磁同步電機。

背景技術

隨著海洋科技的迅速發展，各種具有特定任務的水下航行器層出不窮。對于某些較大型水下航行器，一方面由于這種水下航行器任務的特殊性，需具備兩個功率狀態，即巡航階段的小功率狀態和執行任務時的高功率狀態，需要說明的是，這兩個功率差別有可能是數量級的，比如幾千瓦和一百千瓦；另一方面，為了抑制其橫滾現象，這種水下航行器常采用對轉電機直接帶動對轉槳的驅動方式。設計者在設計這種特殊水下航行器時，渴望其具備更高的航速和更遠的航程，即如何在一定的體積或者重量限制下使水下航行器達到更遠的航程。在這種水下航行器的電機設計角度，如何使得電機更好地滿足兩個條件(一是低速巡航階段能以較高功率長時間運行；二是短期工作的高功率狀態下能以較高的效率保證所需輸出功率)是提高整體效率，提高航程的重要研究方面。

為滿足上述設計要求，設計者針對性的使電機有兩個輸出軸，即內軸和外軸，分別驅動對轉槳的兩個單槳。在電機設計中，通常采用雙磁路的結構設計，每個磁路按照高功率狀態下的設計使之滿足要求，而在低功率狀態時，通過電機控制的方法降低電機的功率使電機達到低功率的運行狀態。這就導致了按照高功率設計的電機在低功率狀態下運行，根據電機的效率曲線可知電機存在一個最佳功率狀態，而大功率電機長時間以較低功率運行，這必然導致電機工作效率低下。

因此，需要設計一種能在低功率狀態下以較高的效率而同樣滿足高功率狀態的雙轉子對轉電機。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種用于水下航行器的大功率差對轉電機，既能保證以高效率在低功率巡航階段運行，又能保證高功率狀態下運行的用于水下航行器的對轉永磁同步電機。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于水下航行器的大功率差對轉電機，包括內轉子、外轉子及內外轉子之間的定子電樞。

所述的內轉子包括內轉子永磁體、內軸和內轉子殼體，所述的內轉子永磁體表貼于內轉子殼體的外部，內轉子殼體兩端通過軸承安裝在定子殼體上，只允許繞其自身軸線旋轉，內轉子殼體一端面外同軸安裝有內軸；所述的內轉子端部裝有旋轉變壓器，測量內轉子的位置；

所述的外轉子包括外轉子永磁體、外軸和外轉子殼體，所述的外轉子永磁體表貼于外轉子殼體的內部，外轉子殼體兩端通過軸承安裝在電機外殼上，只允許繞其自身軸線旋轉，外轉子殼體一端面外同軸安裝有外軸，外軸為中空柱體，內軸同軸穿過外軸的空腔；所述的外轉子端部裝有旋轉變壓器，測量外轉子的位置；

所述的定子電樞包括磁路Ⅰ定子電樞、磁路Ⅱ定子電樞和磁路Ⅲ定子電樞，安裝在定子殼體上；外轉子永磁體和磁路Ⅰ定子電樞組成磁路Ⅰ，內轉子永磁體和磁路Ⅱ定子電樞組成磁路Ⅱ，內轉子永磁體和磁路Ⅲ定子電樞組成磁路Ⅲ；

所述的內轉子在低功率巡航階段由磁路Ⅲ單獨驅動，在高功率階段由磁路Ⅱ、磁路Ⅲ共同驅動，通過內軸驅動水下航行器對轉槳的后槳；磁路Ⅰ驅動外轉子，通過外軸驅動水下航行器的前槳。

所述的內轉子永磁體和外轉子永磁體根據電機磁路設計成普通表貼陣列方式或者Halbach陣列方式，使得氣隙磁場更加接近正弦分布以提高電機效率。

所述的內轉子永磁體和外轉子永磁體均采用燒結釤鈷永磁體材料。