专利名称：具有横向通量马达的环圈驱动推力器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于船只等的推进系统的环圈驱动推力器(RDT)。更具体地，本发明涉及用于RDT的永磁体无刷马达。
背景技术：
在环圈驱动推力器中，电磁马达整体集成有螺旋桨叶片推进器。在典型的RDT中，转子组件被整体集成在螺旋桨叶片的外直径端部处，并且定子组件被整体集成到围绕螺旋桨叶片的静止环形壳体中。定子组件以电磁方式导致转子组件旋转并且用螺旋桨叶片产生推进性推力。壳体通过柱台(pylon)连接到船只，该柱台绕竖直轴线旋转使得RDT能够以单个单元的方式提供推进和转向。RDT对于浸没操作是有利的，因为电磁马达被从推进器的中心去除。在这种构造中，定子组件的电激活部件被定位在壳体中从而被容易地绝缘。而且，马达被定为成使得最小化液压阻力。具体地，定子组件定位在环形壳体中，并且转子组件定为成紧邻壳体，位于叶片的外直径处。然而，定子和转子组件在被浸没时仍然暴露于液压阻力。因此，希望降低转子和定子组件的厚度以进一步最小化流体动力学损耗。典型的RDT在定子组件中采用常规的带槽定子芯部。然而，在这些设计中，难以将多个绕组容纳在窄且浅的槽中，所述窄且浅的槽被需要以实现有利的厚度尺寸。用于降低定子芯部厚度的另一种提议包括使用无槽定子绕组好螺旋缠绕定子芯部叠片。该定子组件设计昂贵，难以制造并且仅适用于小型马达。因此，需要一种永磁体马达构造，其在能够被容易且便宜制造的构造中具有有利的液压阻力性质。
发明内容
本发明涉及具有横向通量马达的环圈驱动推力器。所述环圈驱动推力器包括环形壳体、推进器组件、磁性转子组件和横向通量定子组件。所述环形壳体限定沿轴线延伸的流动路径。所述推进器组件被支撑在所述环形壳体中并且包括从所述流动路径的所述轴线径向地延伸的多个螺旋桨叶片，所述螺旋桨叶片构造成绕所述轴线旋转。所述磁性转子组件被安装到所述螺旋桨叶片的径向外端。所述横向通量定子组件被安装到所述环形壳体并且构造成给所述磁性转子组件提供电磁扭矩。
图1是连接到水运船只的船体的环圈驱动推力器(RDT)的透视图。图2是在剖面2-2剖切的图1的环圈驱动推力器的船尾视图，示出了转子芯部和定子芯部。图3A是在剖面3-3剖切的图2的环圈驱动推力器的侧剖视图，示出了被环圈轴承支撑的推进器组件。图3B是在剖面3-3剖切的图2的环圈驱动推力器的替代性侧剖视图，示出了被轴轴承支撑的推进器组件。图4是图1-3B的转子组件和定子组件的局部透视图。图5A是在剖面5-5剖切的图4的定子组件的第一实施例的侧剖视图，示出了定子芯部，该定子芯部包括由叠片和轭铁形成的U形芯部。图5B是在剖面5-5剖切的图4的定子组件的第二实施例的侧剖视图，示出了定子芯部，该定子芯部包括U形芯部。图5C是在剖面5B-5B剖切的图5B的剖视图，示出了 U形芯部的叠片层。
具体实施例方式图1是连接到水运船只12的船尾的环圈驱动推力器(RDT) 10的透视图。水运船只12可包括任何常规的船只，例如漂浮船或者水下潜艇。在所示的实施例中，船只12包括船体，该船体具有船尾肋板14和龙骨16。在操作中，船只12定位成使得龙骨16被浸没并且船尾肋板14被部分地浸没在水中或任何其他流体中，从而完全地浸没RDT 10。RDT 10通过柱台18在船尾肋板14的下面和龙骨16的尾部被安装到船只12的船体。RDT 10包括壳体20、螺旋桨22、毂24、环圈26以及前、尾整流罩28A和28B。RDT 10也可被称为是集成的马达螺旋桨αΜΡ)。RDT 10通过螺旋桨22的旋转向船只12提供推进性动力。RDT 10在龙骨16后面绕柱台18旋转以使船只12转向。RDT 10在例如从船只12内提供的外部动力源的作用下在柱台18上旋转。整体集成到环圈26和壳体20中的电磁马达使螺旋桨22旋转。定子芯部被安装到壳体20内并且通过柱台18从船只12接收电功率。来自定子芯部的磁性力被传递到安装在环圈26上的转子芯部。环圈26驱动螺旋桨在壳体20内的毂24上旋转。前整流罩28Α和尾整流罩28Β为壳体20、环圈26、定子芯部和转子芯部提供流体动力学防护。RDT 10给船只12提供了流体动力学优势，因为电磁马达被从设置在壳体20中的流动路径移除。这样，毂24对于流体动力学阻力的影响被最小化，并且螺旋桨22的长度得以增大，由此提高推力生成。RDT 10的操作性能取决于马达构造的电磁性能。例如，需要定子和转子芯部之间的大空气间隙以便提供腐蚀防护。无论如何，还希望具有相对于定子芯部的径向厚度的大马达直径以提供更好的电磁扭矩传递，例如通过增大转子磁极的数量。此外，希望具有径向薄的定子和转子芯部以降低RDT 10的液压阻力。本发明的RDT 10采用了横向通量永磁体马达以实现薄的定子芯部，其易于制造并且在大间隙上向定子芯部传递实质扭矩。图2是在剖面2-2剖切的图1的环圈驱动推力器(RDT ) 10的船尾视图，示出了定子组件30以及转子组件32。图2对应于RDT 10在尾整流罩28Β被移除情况下的视图。RDT10还包括壳体20、螺旋桨22、毂24和环圈26。壳体20沿中心线CL轴向地延伸以形成用于由螺旋桨22驱动的水的流动路径。环圈26被轴承以各种构造支撑在壳体20中，如参照图3Α和图3Β所讨论的。毂24被螺旋桨22支撑在环圈26中从而与中心线CL共轴。螺旋桨22从毂24径向地延伸越过流动路径到达环圈26。螺旋桨22包括水翼或叶片，其被成形为当其绕中心线CL旋转时使水加速，如现有技术已知的。环圈26包括连续支撑环，该连续支撑环整体地安装到螺旋桨22的尖端或径向最外部分。转子组件32被附着到环圈26的径向外表面并且包括永磁体磁极对的阵列和铁磁芯部。定子组件30被安装到壳体20的径向内表面并且包括铁磁芯部的阵列和线圈绕组。前整流罩28A和整流罩28B (图1)分别连接到壳体20的前端和尾端，以盖住壳体20、定子组件30、转子组件32和环圈26。定子组件30被安装成使得离开转子组件32小的距离以提供间隙G。间隙G的厚度，以及环圈26、转子组件32、定子组件30和壳体20的厚度在图2中没有按比例绘制。具体地，希望使得间隙G最小化以改善电磁性能。然而，必须提供间隙G以允许定子组件30和转子组件32的封装，以便于抗腐蚀和防水。如参照图3A-5更详细描述的，本发明的定子组件30和转子组件32构造成无刷的永磁体横向通量马达。图3A是在剖面3-3剖切的图2的环圈驱动推力器10的侧剖视图，示出了轴承组件34A和34B，其支撑环圈26处的推进器组件36A。RDT 10包括柱台18、壳体20、前整流罩28A、尾整流罩28B、定子组件30A、30B和30C、转子组件32A、32B和32C以及推进器组件36A。推进器组件36A包括螺旋桨22、毂24、环圈26、轴承组件34A和34B、轴承垫38A和38B以及轴承环圈40A和40B。转子组件32A、32B和32C分别包括转子芯部42A、42B和42C、永磁体44A、44B和44C、永磁体46A、46B和46C、以及空间48A、48B和48C。定子组件30A、30B和30C分别包括定子芯部50A、50B和50C以及线圈绕组52A、52B和52C。环形壳体20通过柱台18连接到船只12 (图1)。柱台18绕竖直轴线VA旋转，这在螺旋桨22旋转时导致RDT 10调整船只12的偏航角。环形壳体20限定了柱形流动路径，中心线CL通过该柱形流动路径轴向地延伸。螺旋桨22关于中心线CL在毂24和环圈26之间径向地延伸。毂24的中心沿中心线CL共轴地延伸使得推进器组件36A的环圈26被轴承组件34A和34B (当被分别安装在轴承垫38A和38B上时)同心地支撑在壳体20中。前整流罩28A和尾整流罩28B连接到壳体20以给RDT 10提供流体动力学表面。前整流罩28A在前端使用任何合适的附接装置(例如紧固件)连接到壳体20。替代地，前整流罩28A可与壳体20整体集成。前整流罩28A被成形为平滑地引导水在RDT 10上流动，而同时允许水进入壳体20以接合推进器组件36A。前整流罩28A包括位于尾端的轴承垫38B，从而被定位在环圈26附近。尾整流罩28A在尾端使用任何合适的附接装置(例如紧固件)连接到壳体20。尾整流罩28A可从壳体20移除以使得能够接近定子组件30A-30C以及转子组件32A-32C。不过，在其他实施例中，如果能够在其他地方接近的话，则尾整流罩28A可与壳体20整体集成。尾整流罩28B包括位于前端的轴承垫38A，从而被定位在环圈26附近。尾整流罩28B还包括护罩54，其径向向内延伸经过轴承组件34A并沿靠轴承环圈40A。护罩54保护轴承组件34A并且提供流体动力学表面。在其他实施例中，护罩54可从尾整流罩28B省略，如图3所示(这将在下面讨论)，以允许水直接进入轴承组件34A和34B、定子组件30A-30C以及转子组件32A-32C以便用于冷却。环圈26在轴承环圈40A和40B处被轴承组件34A和34B支撑。轴承环圈40A和40B分别包括环圈26的前和尾轴向延伸部。轴承环圈40A和4B可与环圈26整体集成，或者轴承环圈40A和40B可以是被紧固到环圈26的分离的部件。轴承环圈40A和40B增大了环圈26的未用于支撑转子组件32A-32C的可用表面。轴承环圈40A和40B分别轴向地延伸超过定子组件30C和30A，使得径向外表面分别面朝向前整流罩28A和尾整流罩28B。因此，轴承环圈40A和40B包括环形环,轴承组件34A和34B接合抵靠该环形环。前整流罩28A包括轴承垫38B，并且尾整流罩28B包括轴承垫38A。轴承垫38B整体地形成有前整流罩28A，并且轴承垫38A整体地形成有尾整流罩28B。在其他实施例中，轴承垫38A和38B可包括分离的部件，或者可形成为壳体20的一部分。在任何实施例中，轴承垫38A和38B包括环形表面或平台，轴承组件34A和34B接合抵靠该环形表面或平台。因此，轴承组件34A和34B同心地定位在环圈40A和40B以及垫38A和38B之间，以允许推进器组件36A在转子组件32A-32C被定子组件30A-30C激活时在壳体20中旋转。具体地，定子组件30A-30C向转子组件32A-32C施加电磁力以产生螺旋桨22绕中心线CL的旋转。定子组件30A-30C被安装到壳体20的径向向内面对的表面。具体地，定子芯部50A-50C通过任何合适装置连结到壳体20。定子芯部50A-50C包括铁磁材料，其被制作成U形体的形式，该U形体开口朝向环圈26。定子芯部50A-50C各自包括以环状构造绕中心线CL间隔的多个U形体，如图4中更详细示出的。在轴向，定子芯部50A-50C沿着壳体20被均等地间隔，它们之间装配有间隔件56A和56B。间隔件56A和56B包括非导电和非磁性材料的环，其维持空间57。线圈绕组52A-52C分别布置在由定子芯部50A-50C形成的U形体中。线圈绕组52A-52C包括单个环形线圈，其形成导电材料的多个连续环。转子组件32A-32C被安装到环圈26的径向向外面对的表面。具体地，转子芯部42A-42C通过任何合适装置连结到环圈26。转子芯部42A-42C包括铁磁材料，其被制作成环形环的形式，所述环形环在周围限制环圈26。转子芯部42A-42C沿环圈26均等地间隔以与定子芯部50A-50C对准。永磁体44A-44C、永磁体46A-46C以及间隔件48A-48C被以表面安装构造分别安装到转子芯部42A-42C的径向外表面。在其他实施例中，永磁体44A-44C、永磁体46A-46C以及间隔件48A-48C可被以掩埋构造安装。在又一个实施例中，环圈26被从推进器组件36A省略，并且转子芯部42A-42C被直接安装到螺旋桨22的尖端。如图3A的剖视图所示，永磁体44A-44C被安装到转子芯部42A-42C的轴向前端，并且永磁体46A-46C被安装到转子芯部42A-42C的轴向尾端。然而，如图4所示，永磁体44A-44C和永磁体46A-46C具有相对的磁极取向并且被交替地位于其各自转子芯部42A-42C的前端和尾端。间隔件48A-48C包括非磁性材料并且分别布置在转子芯部42A-42C上位于永磁体44A-44C和永磁体46A-46C之间，以磁性地使转子芯部32A-32C彼此隔离。转子组件32A-32C以及定子组件30A-30C以有利于RDT 10的操作的构造被容易地安装。例如，相比具有平行通量线的常规磁电马达而言，在横向通量马达中，定子组件30A-30C的轴向长度得以缩短。定子组件30A-30C的缩短的尺寸允许容易地整体集成间隔件56A和56B，其沿壳体20散布定子组件30A-30C，以产生空间57。空间57允许水或其他流体来冷却定子组件30A-30C，RDT 10被浸没在所述水或其他流体中。而且，转子组件32A-32C被维持在分别离开定子组件32A-32C间隙距离。该间隙距离适合于允许推进器组件36A旋转并且允许在定子组件30A-30C和转子组件32A-32C上加上腐蚀防护涂层。例如，转子组件32A-32C和定子组件30A-30C可被封装在环氧树脂或某些其他非绝缘且防水的材料中。在其他实施例中，转子组件32A-32C和定子组件30A-30C可并入结构性构件中。例如，定子组件30A-30C可位于壳体20中以提供环境防护。转子组件32A-32C和定子组件30A-30C之间的间隙距离被维持成尽可能小，以适应封装而同时还允许转子芯部32A-32C维持与定子芯部30A-30C的高效电磁相互作用。被如此布置在RDT 10中，定子组件30A-30C和转子组件32A-32C形成了三相、单侧磁电马达。在三相马达中，交流电流被施加到定子芯部52A-52C —百二十度异相，如现有技术已知的。在其他实施例中，可使用其他多相构造，而不是三相。在单侧马达中，来自单个定子芯部的电流被施加到每个转子芯部。在其他实施例中，可使用双侧马达，其中，来自一对定子芯部的电流被施加到每个转子芯部，一个来自外侧，一个来自内侧。交流电流被例如从船只12(图1)中的电源直接供应到线圈绕组52A-52C。可使用常规固态、三相换流器。线圈绕组52A-52C中的电流导致磁通量流动通过定子芯部50A-50C。永磁体44A-44C以及永磁体46A-46C的相对取向的磁极导致磁通量行进通过转子组件32A-32C。间隔件56A和56B分别隔离每对永磁体44A-44C和46A-46C中的磁通量，导致转子芯部32A-32C中的通量路径行进通过转子芯部42A-42C。定子芯部30A-30C的磁通量与永磁体44A-44C以及永磁体46A-46C的磁通量相互作用以向环圈26施加扭矩。轴承组件34A和34B允许环圈26和转子组件36A绕中心线CL平滑地旋转。图3B是在剖面3-3剖切的图2的环圈驱动推力器10的替代性侧剖视图，示出了轴承组件34C和34D在轴58处支撑推进器组件36B。RDT 10包括定子组件30A-30C和转子组件32A-32C，其包括与参照图3A所描述的相同的结构。这样，为了简明起见，省略参照图3B对于定子组件30A-30C和转子组件32A-32C的讨论。RDT 10也包括柱台18、壳体20、螺旋桨22、毂24、环圈26、前整流罩28A和尾整流罩28B，如参照图3A的推进器组件36A所讨论的。推进器组件36B包括支撑托架60A、60B、60C和60D。支撑托架60A和60B从尾整流罩28B径向向内延伸，笔直地朝向支撑环62A。支撑托架60A和60B包括在尾整流罩28B内间隔一百二十度的三个支撑托架中的两个(第三个在图3B的剖面中不可见)。支撑托架60C和60D从前整流罩28A径向向内延伸，笔直地朝向支撑环62B。支撑托架60C和60D包括在前整流罩28A内间隔一百二十度的三个支撑托架中的两个(第三个在图3B的剖面中不可见)。在其他实施例中，支撑托架60A-60D直接从壳体20而不是整流罩28A和28B延伸。支撑托架60A-60D提供用于用支撑环62A和62B来支撑轴58的结构。轴承组件34C和34D分别装配在支撑环62A和62B中。轴承组件34C和34D接收轴58的相对的端部。轴58从轴承组件34C延伸，穿过毂24并进入轴承组件34D。毂24例如用压配合绕轴58装配，使得毂24和轴58 —致地旋转。这样，当定子组件30A-30C向转子组件32A-32C施加扭矩时，螺旋桨22被允许随着轴58在轴承组件34C和34D中旋转而绕中心线CL旋转。图4是图1-3B的定子组件30A和转子组件32A的局部透视图。定子组件30A包括定子芯部50A和线圈绕组52A。定子芯部50A包括U形芯部64。在所示实施例中，定子芯部50A由二十八个U形芯部64组成，如图4示出定子组件30A的四分之一部分。转子组件30A包括转子芯部42A、间隔件48A以及多个永磁体44A和46A。如图4所示，永磁体44A构造成具有径向向外延伸的磁极取向，并且永磁体46A构造成具有径向向内延伸的磁极取向。永磁体44A和永磁体46A以交替的形式沿间隔件48A的前和尾表面布置,使得前表面处的永磁体44A与尾表面处的永磁体46A轴向对准。当操作成电动机时，定子芯部30A和转子芯部32A磁性地相互作用，导致转子组件30A绕中心线CL旋转。交流电流被施加到线圈绕组52A，其导致磁通量MF流动通过U形芯部64。磁通量MF在所施加的电流交变时反转方向。磁通量MF行进通过由每个U形芯部64形成的平面，并且电流在线圈绕组52A中垂直于该平面行进。U形芯部64中感生的磁通量MF与永磁体44A和46A的磁极取向相互作用，从而产生力矢量F。力矢量F被对准在切向于转子组件32A的方向。具体地，力矢量F垂直于磁通量MF的平面，这导致扭矩被施加到转子芯部42A和推进器组件36A或36B的其余部分。
RDT 10的性能获益于定子组件30A和转子组件32A的构造。定子组件30A仅需要由线圈绕组52A提供的单个线圈。而且，定子组件30A的尺寸可在轴向增大，使得高度可减小。这些构造允许定子组件30A在径向上薄。定子组件30A的薄的构造使得RDT 10的直径增大，这允许转子芯部42A直径增大以包括更多数量的永磁体44A和46A。永磁体44A和46A所带来的增大数量的磁极允许更好的扭矩传递以及其他益处。图5是在剖面5-5剖切的图4的定子组件30A的第二实施例的侧剖视图，示出了定子芯部50A，该定子芯部50A包括由叠片66A叠片66B和轭铁68形成的U形芯部64。线圈绕组52A在叠片66A和66B之间延伸通过U形芯部64。轭铁68被附接到壳体20(图2)的内表面，使得U形芯部64开口朝向转子组件32A (图4)。轭铁68从第一端部轴向地延伸到第二端部，叠片66A附接到第一端部处，叠片66B附接到第二端部处。叠片66A和66B从轭铁68径向地延伸。叠片66A—起形成了臂70A，并且叠片66B—起形成了臂70B。轭铁68、叠片66A和叠片66B形成了 U形通道，该U形通道形成了磁路径。U形通道形成平面磁回路，当电流被施加到线圈绕组52A时，磁通量通过该平面磁回路流动。臂70A、臂70B和轭铁68被以任何合适方式组装到一起。封装层72围绕定子芯部50A的暴露表面以保护臂70A、臂70B和轭铁68免受腐蚀以及RDT 10的操作环境的影响。叠片66A和66B从轭铁68径向地延伸，使得它们平行于U形芯部64中的磁通量MF (图4)，这维持了定子组件30A的横向通量本质。叠片66A和66B以及轭铁68由铁磁材料构成，例如钴合金、硅钢、镍、铁或其他类似材料。叠片66A和66B包括实心铁磁材料的薄板，其可被容易地从原材料冲压或切割出来，以有利于容易的制造。轭铁68由被机加工成适当形状的实心材料件构成。轭铁68也可由沿轴向延伸(在第一臂70A和第二臂70B之间)并在切向(在图5的纸平面中)堆叠的叠片形成，以避免叠片垂直于轭铁68中的磁通量MF延伸。轭铁68也可由烧结粉末构成。类似地，在未使用叠片的实施例中，臂70A和70B可由烧结粉末构成。在授予Giera并转让给伊利诺伊州Rockford的Hamilton Sundstrand公司的美国专利申请2010/0052467 Al中更详细地描述了适于用在本发明中的U形芯部，该专利申请通过引用并入本文中。图5B是在剖面5-5剖切的图4的定子组件30A的第二实施例的侧剖视图，示出了定子芯部50A，该定子芯部50A包括U形芯部64。图5C是在剖面5B-5B剖切的图5B的剖视图，示出了 U形芯部64的叠片层72A-72F，图5C与图5B同时讨论。定子组件30A也包括如同参照图5A讨论的线圈绕组52A。叠片72A-72F包括U形叠片，其被安装到壳体20。叠片72A-72F各自包括一对纵向延伸部分，该一对纵向延伸部分连接横向延伸部分。纵向和横向部分沿切向(在图5B的纸平面中)堆叠以形成磁通量路径，其类似于图5A的臂70A、70B和轭铁68的磁通量路径。如同前面描述的实施例，叠片72A-72F由易于成形的铁磁材料件构成，例如例如钴合金、硅钢、镍、铁或其他类似材料。横向通量马达给环圈驱动推力器和整体集成的马达螺旋桨提供了优势。具体地，横向通量马达提供内置的电磁传递的逐步减低，使得例如可由气体涡轮发动机提供的高频输入电流被转变为低的轴速度。较高频率输入电流允许较小的马达具有较高的功率密度。通过增大由横向通量机器提供的永磁体磁极的数量来进一步实现较高的功率密度。横向通量机器还允许间隙G(图2)的尺寸增大，这允许定子和转子组件的更好的密封和封装。所描述的横向通量机器的构造是简单的，仅包括单个定子绕组和简单的转子芯部叠片。另外，多相构造中的每个定子和转子组件是相同的，从而降低了部件数量以及相关联的制造成本。使用横向通量机器的环圈驱动推力器可提供从千瓦高至兆瓦范围的功率输出。虽然已经参照(一个或多个)示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明范围的情况下可作出各种变化并且可用等同物来替代其元件。另外，在不偏离本发明实质范围的情况下，可在本发明的教导下进行许多修改以适应具体情形或者材料。因此，本发明意图在于不限于所公开的(一个或多个)具体实施例，本发明而是将会包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种环圈驱动推力器，包括: 环形壳体，所述环形壳体限定沿轴线延伸的流动路径； 推进器组件，所述推进器组件被支撑在所述环形壳体中，所述推进器组件包括多个螺旋桨叶片，所述螺旋桨叶片从所述流动路径的所述轴线径向地延伸并且构造成绕所述轴线旋转； 第一磁性转子组件，所述第一磁性转子组件被安装到所述螺旋桨叶片的径向外端；和第一横向通量定子组件，所述第一横向通量定子组件被安装到所述环形壳体并且构造成给所述第一磁性转子组件提供电磁扭矩。
2.如权利要求1所述的环圈驱动推力器，其中: 所述第一横向通量定子组件包括具有磁路径的芯部组件，使得磁通量在从所述轴线并沿所述轴线径向延伸的平面中从所述第一磁性转子组件行进到所述第一横向通量定子组件并且从所述第一横向通量定子组件行进到所述第一磁性转子组件；并且 来自所述第一横向通量组件的电磁力矢量沿垂直于所述平面的方向作用在所述第一磁性转子组件上。
3.如权利要求2所述的环圈驱动推力器，其中，所述芯部组件包括: 多个U形铁磁芯部，其形成径向向内开口向所述第一磁性转子组件的通道；和 单个线圈绕组，其延伸通过所述通道并且在周围限制所述第一磁性转子组件。
4.如权利要求3所述的环圈驱动推力器，其中，所述U形铁磁芯部的每个包括: 伸长的轭铁，其被连接 到所述环形壳体并且沿所述轴线的方向从第一端部延伸到第二端部； 第一臂，其从所述第一端部径向向内延伸；和 第二臂，其从所述第二端部径向向内延伸。
5.如权利要求4所述的环圈驱动推力器，其中，所述轭铁、所述第一臂和所述第二臂包括分离部件的组件，其被连结以形成通过所述U形铁磁芯部的磁性回路。
6.如权利要求4所述的环圈驱动推力器，其中，所述轭铁、所述第一臂和所述第二臂由烧结粉末铁磁材料构成。
7.如权利要求4所述的环圈驱动推力器，其中，所述轭铁、所述第一臂和所述第二臂由铁磁置片构成。
8.如权利要求4所述的环圈驱动推力器，其中，所述第一磁性转子组件包括: 环形铁磁芯部，其被连接到所述螺旋桨叶片；和 多个磁性转子磁极对，其被安装到所述环形铁磁芯部的外直径表面以面对所述单个线圈绕组。
9.如权利要求8所述的环圈驱动推力器，其中，所述多个磁性转子磁极对包括: 第一永磁体，其被连接到所述环形铁磁芯部，与U形铁磁芯部的第一臂相对并具有径向向外延伸的磁极取向； 第二永磁体，其被连接到所述环形铁磁芯部，与U形铁磁芯部的第二臂相对并具有径向向内延伸的磁极取向；和 间隔件，其定位在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间。
10.如权利要求1所述的环圈驱动推力器，其中，所述推进器组件还包括:毂，所述螺旋桨叶片从所述毂延伸； 支撑环圈，所述支撑环圈在所述环形壳体内围绕所述推进器叶片；和 多个轴承，所述轴承在所述支撑环圈和所述环形壳体之间支撑所述推进器组件。
11.如权利要求1所述的环圈驱动推力器，其中，所述推进器组件还包括: 毂，所述螺旋桨叶片从所述毂延伸； 轴，所述轴延伸通过所述毂； 多个支撑托架，所述支撑托架从所述环形壳体延伸朝向所述轴以支撑所述推进器组件；和 多个轴承，所述轴承定位在所述轴和所述支撑托架之间。
12.如权利要求1所述的环圈驱动推力器，还包括: 第二和第三磁性转子组件，其被安装到所述螺旋桨叶片的径向外端；和 第二和第三横向通量定子组件，其被安装到所述环形壳体； 其中，所述第一、第二和第三磁性转子组件分别与所述第一、第二和第三横向通量定子组件对准，以形成构造成三相电磁马达的三个芯部对。
13.如权利要求12所述的环圈驱动推力器，还包括定位在所述芯部对之间的间隔件以形成槽。
14.如权利要求1所述的环圈驱动推力器，还包括第一和第二腐蚀防护涂层，其分别覆盖所述第一磁性转子组件和所述第一横向通量定子组件。
15.一种环圈驱动推力器，包括: 环形壳体，所述环形壳体限定轴向流动路径； 推进器组件，所述推进器组件包括: 毂，所述毂被共轴地安装在所述环形壳体中；和 多个螺旋桨叶片，所述多个螺旋桨叶片从所述毂径向向外延伸； 转子组件，所述转子组件包括: 环形转子芯部，所述环形转子芯部连接到所述多个螺旋桨叶片；和 多个永磁体，所述多个永磁体绕所述环形转子芯部布置；和 定子组件，所述定子组件包括: 多个铁磁芯部，所述多个铁磁芯部被安装到所述环形壳体，所述多个永磁体具有径向延伸的磁通量路径；和 单个线圈绕组，所述单个线圈绕组沿切向垂直于所述磁通量路径延伸通过所述多个铁磁芯部。
16.如权利要求15所述的环圈驱动推力器，其中，所述铁磁芯部的每个包括: 伸长的轭铁，其被连接到所述环形壳体并且从第一端部轴向地延伸到第二端部； 第一臂，其从所述第一端部径向向内延伸；和 第二臂，其从所述第二端部径向向内延伸； 其中，所述伸长的轭铁、所述第一臂和所述第二臂形成径向向内开口向所述第一磁性转子组件的U形通道，并且所述磁通量路径沿由所述第一臂、第二臂和轭铁形成的平面径向延伸。
17.如权利要求16所述的环圈驱动推力器，其中，所述多个永磁体的每个包括:第一永磁体，其被连接到所述环形转子芯部，与铁磁芯部的第一臂相对并具有径向向外延伸的磁极取向； 第二永磁体，其被连接到所述环形转子芯部，与铁磁芯部的第二臂相对并具有径向向内延伸的磁极取向；和 间隔件，其定位在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间。
18.如权利要求16所述的环圈驱动推力器，其中，所述轭铁、所述第一臂和所述第二臂由烧结粉末铁磁材料构成。
19.如权利要求16所述的环圈驱动推力器，其中，所述轭铁、所述第一臂和所述第二臂由铁磁置片构成。
20.如权利要求15所述的环圈驱动推力器，其中，所述推进器组件还包括: 支撑环圈，所述支撑环圈在所述环形壳体内围绕所述推进器叶片；和 多个轴承，所述轴承在所述支撑环圈和所述环形壳体之间支撑所述推进器组件。
21.如权利要求15所述的环圈驱动推力器，其中，所述推进器组件还包括: 轴，所述轴延伸通过所述毂； 多个支撑托架，所述支撑托架从所述环形壳体延伸朝向所述轴以支撑所述推进器组件；和 多个轴承，所述轴承定 位在所述轴和所述支撑托架之间。
全文摘要
本发明涉及具有横向通量马达的环圈驱动推力器，具体地，一种环圈驱动推力器包括环形壳体、推进器组件、磁性转子组件和横向通量定子组件。所述环形壳体限定沿轴线延伸的流动路径。所述推进器组件被支撑在所述环形壳体中并且包括从所述流动路径的所述轴线径向地延伸的多个螺旋桨叶片，所述螺旋桨叶片构造成绕所述轴线旋转。所述磁性转子组件被安装到所述螺旋桨叶片的径向外端。所述横向通量定子组件被安装到所述环形壳体并且构造成给所述磁性转子组件提供电磁扭矩。
文档编号B63H5/14GK103158847SQ20111040820
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者J.F.吉拉斯, G.I.罗斯曼 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司