一种气体减阻支撑的对转式电力推进器的制作方法

本实用新型属于船舶轮机中船用推进器技术领域，具体涉及一种气体减阻支撑的对转式电力推进器。

背景技术：

随着电力推进技术的发展，电力推进系统越来越多地应用于船舶上。常见的电力推进系统包括变速齿轮箱、轴系（含轴、联轴器、各种轴承和轴承座、艉管密封）、螺旋桨等；电力推进系统的推进方式是由电动机带动变速齿轮箱减速后，驱动轴系和螺旋桨旋转，产生船舶前进或后退的推力。这种推进方式存在以下问题：结构复杂，零件众多，故障率高、占用空间大、重量重；推进效率低：电机与螺旋桨之间通过齿轮、轴系等部件传动，齿轮啮合产生能量损失，同时轴承通常为滑动轴承，摩擦力大，摩擦功耗大；以上传动环节，产生了中间传动损耗，降低了系统的推进效率；传动齿轮啮合产生振动并引发噪声，其次，水流流经轴系和水下附体后，产生紊流，螺旋桨在紊流中旋转，产生激振和空泡，空泡爆裂产生噪声。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种气体减阻支撑的对转式电力推进器，采用一前一后同轴布置的二个轮缘式永磁无刷电机，各驱动一个螺旋桨，形成电力驱动的组合式对转螺旋桨，旋向相反，但是推力方向一致，共同推动船舶前进。布置于后方的螺旋桨吸收了前方螺旋桨尾涡的能量，提高了整体的推进效率，起到对转桨的效果。电机置于水中，直接带动螺旋桨转动，省去了电机到螺旋桨之间的传动环节，转子和螺旋桨由轴系支撑，并将推力传递到电机和船体上。

为至少解决上述技术问题之一，本实用新型采取的技术方案为：

一种气体减阻支撑的对转式电力推进器，其特征在于，包括：环形壳体和推进单元，所述推进单元包括：轮缘式电机、气体减阻系统、螺旋桨和轴系组件，所述气体减阻系统用于将气体导入至所述轮缘式电机的定子组件与转子组件的气隙中，所述螺旋桨的一端与所述转子组件相连，所述螺旋桨的另一端与所述轴系组件相连，所述轴系组件与所述环形壳体相连；

正转推进单元和反转推进单元前后同轴并列设置于所述环形壳体内；

所述正转推进单元的螺旋桨与所述反转推进单元的螺旋桨的旋向相反，用于产生同样方向的推力。

进一步的，所述轮缘式电机包括：定子组件、转子组件和端面法兰，所述定子组件的两端分别设有所述端面法兰，所述端面法兰固定于所述环形壳体上，且所述定子组件固定于两端的所述端面法兰的内侧台阶的上方，所述转子组件位于所述定子组件的内侧且位于两端的所述端面法兰之间。

进一步的，所述气体减阻系统包括：气路和气阀，所述气路设置于所述端面法兰的内部，且所述气路的进气口与位于所述环形壳体上的气阀相连通，所述气路的出气口分别与所述气隙和所述转子组件与端面法兰之间的间隙相连通。

进一步的，所述气阀连接有供气装置。

进一步的，所述轴系组件包括：螺旋桨轴、轴承组、轴承座和支撑辐条，所述螺旋桨轴的一端与所述螺旋桨相连，所述螺旋桨轴的另一端通过轴承组设置于所述轴承座上，所述轴承座通过支撑辐条与所述端面法兰相连。

进一步的，所述轴承组装配于所述轴承座内，所述螺旋桨轴与轴承座之间采用水润滑或油润滑方式中的一种或几种。

进一步的，采用油润滑方式时，所述螺旋桨轴与轴承座之间具有密封件。

进一步的，所述对转式电力推进器还包括节能附体，其包括：防护罩和稳流板，所述环形壳体的两端分别设有所述防护罩，所述稳流板设置于所述环形壳体上且与前进方向平行或呈一定角度设置。

进一步的，所述正转推进单元和反转推进单元分别包括：多级所述推进单元。

进一步的，所述轮缘式电机为轮缘式永磁无刷电机。

本实用新型的有益效果至少包括：

1）首先，本实用新型采用了永磁无刷电机，电机效率高；其次，电机转子直接驱动螺旋桨转动，不再需要任何中间传动环节，降低了传动损耗；第三，采用对转桨型式，后桨吸收前桨周向能量，效率进一步提高；第四、采用了气体减阻系统，降低了推进器与水的摩擦功耗，以上措施，均提高了推进效率；

2）由于转子直接驱动螺旋桨，消除了传统推进型式中齿轮箱齿轮啮合带来的振动与噪声；

3）电机直接驱动螺旋桨，取消了中间传动环节，结构更加简单，可靠性更高，另外，由于电机置于水下，节省了舱内空间；

4）本实用新型采用了二台电机和二套螺旋桨，即二级推进单元，功率密度更高；另外，还可以通过更多级推进单元的组合，达到更高的功率密度和更大的推力。

附图说明

图1为本实用新型对转式电力推进器立体图。

图2为图1的主视图。

图3为图2的a-a向剖视图。

图4为本实用新型气体减阻系统结构示意图。

图5为本实用新型桨毂与螺旋桨轴一体结构示意图一。

图6为本实用新型桨毂与螺旋桨轴一体结构示意图二。

图7为本实用新型桨毂与螺旋桨轴分体结构示意图一。

图8为本实用新型桨毂与螺旋桨轴分体结构示意图二。

图9为本实用新型节能附体结构示意图。

图10为本实用新型多种不同横截面形状的稳流板结构示意图a-f。

图11为本实用新型的多级推进单元的电力推进器结构示意图。

其中，环形壳体1，推进单元2，定子组件及转子组件301，端面法兰302，气体减阻系统4，气路401，气阀402，气路元件403，螺旋桨5，桨毂501，桨叶502，叶梢法兰503，螺旋桨轴6，轴承组7，轴承座8，支撑辐条9，密封件10，防护罩11，稳流板12。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

图1为本实用新型对转式电力推进器立体图，图2为图1的主视图，图3为图2的a-a向剖视图，参照图1-3所示，本实用新型所述一种气体减阻支撑的对转式电力推进器，主要包括：环形壳体和推进单元，所述推进单元包括：轮缘式电机、气体减阻系统、螺旋桨和轴系组件，所述气体减阻系统用于将气体导入至所述轮缘式电机的定子组件与转子组件的气隙中，所述螺旋桨的一端与所述转子组件相连，所述螺旋桨的另一端与所述轴系组件相连，所述轴系组件与所述环形壳体相连；正转推进单元和反转推进单元前后同轴并列设置于所述环形壳体内；所述正转推进单元的螺旋桨与所述反转推进单元的螺旋桨的旋向相反，用于产生同样方向的推力。

在本实用新型的该实施例中，二台电机前后串列，同轴布置，各驱动一个螺旋桨。前桨正转，后桨反转，且前后螺旋桨的旋向相反，使得推力方向一致，后桨吸收前桨的周向涡流能量，形成对转桨，提高了推进效率，前后螺旋桨的叶数和螺距分布等桨叶参数，需要进行水动力优化设计来确定。

如图3所示，本实用新型采用轮缘式永磁无刷电机，取代了传统的他励式三相异步电动机。所述轮缘式电机由定子组件、转子组件、机壳和端面法兰组成。电机定子组件为铁芯和线圈组成，整体灌封密封绝缘胶，与水隔绝并起到绝缘的作用，转子内含永磁体并灌封密封，防止水进入转子内部腐蚀永磁体，且转子左右二端为转子端环，与转子一起形成转子组件，定子铁芯压装在电机机壳内，机壳即为推进器的环形外壳，机壳左右二端连接电机的端面法兰，更具体的：所述定子组件的两端分别设有所述端面法兰，所述端面法兰固定于所述环形壳体上，且所述定子组件固定于两端的所述端面法兰的内侧台阶的上方，所述转子组件位于所述定子组件的内侧且位于两端的所述端面法兰之间。

本实用新型转子内圆直径大，可以容纳螺旋桨，螺旋桨通过叶梢固定在转子组件内圆上，由转子组件直接带动螺旋桨转动，电机转速即螺旋桨转速，不需要齿轮等中间传动环节。电机定子在通入三相电源后产生旋转磁场，电机转子中的永磁体在旋转磁场的作用下产生电磁力，转子旋转并输出力矩，带动螺旋桨在水中旋转产生推动船舶的推力。

本实用新型螺旋桨为金属质螺旋桨，也可为复合材料螺旋桨，螺旋桨为整体式，叶数根据水动力性能而定，可以为2叶、或者3叶、4叶、5叶等。每片叶片通过叶梢或叶梢法兰与转子组件连接，转子组件通过叶梢法兰直接带动螺旋桨转动，电机转速即螺旋桨转速，不需要采用齿轮等传动环节。

图4为本实用新型气体减阻系统结构示意图，如图4所示，本实用新型所述气体减阻系统起到降低转子组件在水中旋转时与水产生的摩擦阻力的作用，所述气体减阻系统包括：气路和气阀，所述气路设置于所述端面法兰的内部，且所述气路的进气口与位于所述环形壳体上的气阀相连通，所述气路的出气口分别与所述气隙和所述转子组件与端面法兰之间的间隙相连通，所述气阀连接有供气装置。

所述气体减阻系统的工作原理为：通过外设的气体压缩机或气瓶或等其它供气装置，以及气阀、气路和气路元件，将气体导入到定子和转子组件的气隙以及所述转子组件与端面法兰之间的间隙中，使得电机气隙充满或部分充满气体，转子组件的外表面在旋转时，更多地与气体进行摩擦，减少与水的摩擦，由于转子组件在气体中旋转受到的摩擦阻力大大低于在水中旋转产生的摩擦阻力，因而大幅度降低了转子组件旋转时的摩擦功耗，提高了推进器的效率。

根据本实用新型的该实施例，本实用新型气体可以为气体、或其它特殊气体如经过冷却的柴油机尾气，或者气体与其它气体的混合气体。

本实用新型所述气体减阻系统对于高转速环形推进器的减阻效果较为显著，对于低转速的环形推进器减阻效果并不显著，对于低转速环形推进器，可以取消或关闭该功能。

参照图5和6所示，螺旋桨的桨毂与螺旋桨轴为一体结构，图5示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为水润滑方式，即所述轴承座与螺旋桨轴之间具有间隙设置，便于水流入，图6示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为油润滑方式，轴承座与螺旋桨轴之间有密封件，防止油脂漏出和水进入。

参照图7和8所示，螺旋桨的桨毂与螺旋桨轴为分体结构，螺旋桨的桨叶叶根部分与桨毂连接，桨毂装配在螺旋桨轴上，螺旋桨轴装配在轴承组上，轴承组装配在轴承座内，轴承座通过支撑辐条固定在电机端面法兰上；螺旋桨轴、轴承组、轴承座、支撑辐条等构成了轴系组件。轴承组包含径向轴承和推力轴承，径向轴承支撑转子组件和螺旋桨的重量，推力轴承承受螺旋桨的正反推力和电机的电磁力，并通过轴承座和支撑辐条，进而传递到电机端面法兰和环形壳体上，进而传递到船体上；图7示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为水润滑方式，即所述轴承座与螺旋桨轴之间具有间隙设置，便于水流入；图8示出所述轴承座与螺旋桨轴之间为油润滑方式，轴承座与螺旋桨轴之间有密封件，防止油脂漏出和水进入。

参照图9所示，所述对转式电力推进器还包括节能附体，其主要包括防护罩、导流板、稳流板等。

前防护罩装在环形壳体前端，后防护罩安装在环形壳体后端，起着保护电机的作用，前后防护罩外形可以做成圆弧形或流线型，可以降低水阻力，提高水动力性能。

导流板（图中未示出）设置在前后螺旋桨之间，分别与所述轴承座和环形壳体连接，起到轴承座支撑的作用；根据水动力性能计算来确定导流板的截面、导流板数量、导流板与水流的角度等参数。优化导流板的数量、截面、角度等参数，可以改善后螺旋桨的来流流场，提高水动力效率。

参照图2所示，本实用新型所述稳流板固定在推进器的外壳上，与前进方向平行或成一定角度，将来自船尾的紊流进行整流，使得水流流向更加集中和一致，与推进器内径的水流形成类似流经机翼的压力差，其中向前的压力分量成为额外的推力，起到提升推进器效率的作用，当船只航行在较低的航速状态下时，稳流板增效的效果不显著，在此情况下，也可以取消稳流板；本实用新型所述稳流板的形状可以为多种多样，具体如图10中a-f所示。

参照图11所示，根据本实用新型的另一实施例，本实用新型可以进行多推进器单元的串列，形成多级联动的推进器组合。每增加一套推进器单元，只要把该推进器单元的前端面法兰紧固在前面一级推进器单元的后端面法兰上，再把后防护罩和后罩盖装配在最后一级推进器单元上即可。也即不仅可以由二套推进器单元组成对转桨，还可以由3套推进器单元形成3级螺旋桨的推进器，4套推进器单元形成4级螺旋桨的推进器，以及5级、6级、7级......等，以此类推。通过多级推进器的组合，可以达到更大的功率和推力。

综上所述，本实用新型采用了永磁无刷电机，电机效率高；其次，电机转子直接驱动螺旋桨转动，不再需要任何中间传动环节，降低了传动损耗；第三，采用对转桨型式，后桨吸收前桨周向能量，效率进一步提高；第四、采用了气体减阻系统，降低了推进器与水的摩擦功耗，以上措施，均提高了推进效率；由于转子直接驱动螺旋桨，消除了传统推进型式中齿轮箱齿轮啮合带来的振动与噪声；电机直接驱动螺旋桨，取消了中间传动环节，结构更加简单，可靠性更高，另外，由于电机置于水下，节省了舱内空间；本实用新型采用了二台电机和二套螺旋桨，即二级推进单元，功率密度更高；另外，还可以通过更多级推进单元的组合，达到更高的功率密度和更大的推力。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。