叶的叶背与叶面相对安装，即前桨叶的叶面对着后桨叶的叶背，或者前桨叶的叶面背对着后桨叶的叶面。
[0033]上述的前转子组件和后转子组件中，其前转子环8和后转子环10装在导管组件的壳体3的内腔中，在该内腔轴向相邻且形成锥形配副，即前转子环锥形面29与后转子环锥形面30形成摩擦配副，前、后转子环外壁中所嵌入的永磁体极性相反。定子绕组通电后，与前后转子环上的永磁体同时形成磁性相反的磁场，即单定子驱动双转子旋转，形成双转子环形电机工作时，定子驱动前后转子进行相反方向旋转，带动前后桨叶同时产生同方向推力，该力作用在转子环端部的滑动轴承上，最后经过与导管连接的旋转件作用在船体上，进而推进船舶前进。在前后转子环锥形配副的一个面上均开设有螺旋槽，起到润滑和传递推力的作用，减少磨损。前转子环8与后转子环10相对旋转时，两个锥形面之间形成动压水膜，一方面可传递轴向推力，另一方面可承受径向力。以开设在后转子环锥形面30上的螺旋槽为例，本发明给出了两种实施例:矩形槽和人字槽，分别对应图3和图4。矩形槽包括矩形浅腔38和矩形槽封水面39。人字槽包括人字形浅腔40和人字槽封水面41。相对而言，人字槽比矩形槽承载能力更强，但加工难度更大。也可根据性能需要设计组合槽，例如多排矩形槽或矩形槽与人字槽组合等。
[0034]所述的导管组件，包括壳体3、前盖板4、前导罩5、后导罩14、后盖板15、旋转件17以及相关密封件和紧固件等。前盖板4、后盖板15分别安装在壳体3的前后两端，与盖板相结合的壳体面上开设有环形槽，此环形槽中安装有壳体前密封件18。壳体与前盖板螺纹连接处19采用沉头螺钉连接。前导罩5安装在前盖板4上，前导罩与前盖板外螺纹连接处20和前导罩与前盖板内螺纹连接处23均采用沉头螺钉连接。前导罩5与壳体3的圆周结合处平齐、无台阶。后盖板15、后导罩14和壳体3的连接方式与前盖板4、前导罩5和壳体3的连接方式相似，在此不赘述。旋转件与壳体螺纹连接处34采用螺栓连接。
[0035]所述的定子绕组I为环形的成组电机定子绕组，其安装在导管组件的壳体3的内壁中。壳体3由定子防护层32封闭，封闭部位设置有定子防护层密封圈21 ;封闭前腔内灌有可固化的材料进行填充，该可固化的材料可以采用环氧树脂或密封胶。定子防护层32用于隔离海水对电机的定子绕组I的侵蚀，要求该防护层对磁场不产生负面影响、厚度不能太大且易于散热。动力源的电缆35穿过壳体3的孔后经过旋转件17的管道接入到船体。
[0036]所述的轴承组件，包括前轴承组件和后轴承组件。参见图1和图2，双转子桨叶旋转形成的推力由转子环端部的轴承承担。以前轴承组件为例，包括前轴瓦6、前转子承载件
7。前轴瓦6、前转子承载件7的径向截面均呈“L”形，这种结构即可承受径向力又可承受轴向力。前盖板与前轴瓦组水平螺纹连接处22、前盖板与前轴瓦组竖直螺纹连接处24、前转子承载件与前转子环竖直螺纹连接处25和前转子承载件与前转子环水平螺纹连接处26均采用沉头螺钉连接。后轴承组件包括后轴瓦13和后转子承载件12，后轴承组件的安装方式与前轴承组件类似，在此不赘述。轴承采用高承载能力的类型，例如动静压轴承或弹性垫支撑的可倾瓦轴承，前者的承载能力更高，但因为需要水栗而新增了噪声源，可用于大功率民用船舶中。轴瓦含径向瓦和推力瓦，轴瓦基体均采用不锈钢，轴瓦表面(例如前径向瓦面42和前推力瓦面43)采用橡胶或高分子材料。转子承载件采用青铜或者金属合金。
[0037]本发明提供的对转无轴轮缘驱动推进器为无毂式对转无轴轮缘驱动推进器，若在其技术方案中加入轮毂，则可以形成有毂式对转无轴轮缘驱动推进器，推力主要由轮毂处的轴承承担。这种实施例有利于增加轴承承载面积，缺点是轮毂会带来迎面阻力，降低推进效率。
[0038]本发明提供的对转无轴轮缘驱动推进器，其工作时，通电的定子绕组I分别与前永磁体2和后永磁体16形成两个环形电机，在电磁场的作用下，单定子绕组I同时驱动前转子环8和后转子环10绕水平轴线37进行相反方向旋转，带动前、后桨叶对转，分别产生方向相同的轴向推力。当推力指向后轴承时，后轴瓦13将推力传递到壳体2上，该推力再由旋转件17传导到船体上推进船舶行进。旋转件17上端设置回转机构，实现推进器可绕竖直轴线36进行360°的全方位旋转。
[0039]由上述实施例提供的对转无轴轮缘驱动推进器可知，该对转无轴轮缘驱动推进器是一种由导管中的单定子同时驱动带桨叶的无轮毂双转子对转的新型推进器，可以实现对转的核心结构是在前后两个转子环外壁中分别嵌入了极性相反的永磁体，且前后转子环之间形成锥形摩擦副。该对转无轴轮缘驱动推进器与已有推进器相比具有以下的突出效果:
[0040]1.传统的无轴轮缘驱动推进器为单转子，功率有限。而本发明的双转子可以大幅提高功率和效率。
[0041]2.传统的对转螺旋桨由两根转轴分别驱动，两轴由两个独立动力分别驱动或者由一个动力经过复杂的转化后同时驱动，结构非常复杂，设计、安装和维护成本高；并且其桨毂带来阻力较大、容易缠绕杂物等问题。而本发明由一个定子同时驱动两个转子，无桨毂，结构简单、紧凑。
[0042]总之，本发明充分吸收了已有的无轴轮缘驱动推进器和对转螺旋桨的优点，克服了它们的缺陷。
【主权项】
1.对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是设有导管组件，其壳体的内腔中装有定子绕组、前转子组件、后转子组件；两转子组件中的转子环在轴向形成锥形配副，嵌入此两转子环外壁中的永磁体极性相反；定子绕组通电后，与所述永磁体同时形成磁性相反的磁场，即单定子驱动双转子旋转，形成双转子环形电机。2.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是所述的前转子组件，包括前永磁体(2)、前转子环(8)、前桨叶(9)、前桨叶板(28)、前永磁体防护层(33)，其中:前转子环(8)外壁等间距开设方形槽，前永磁体(2)镶嵌在该方形槽中；前桨叶(9)、前桨叶板(28)固连在一起；与定子绕组(I)相对的前永磁体(2)的一面安装有用于隔离海水对永磁体的侵蚀前永磁体防护层(33)，该防护层外表面可设置波纹或微沟槽。3.根据权利要求2所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是所述的前桨叶(9)和后转子组件中的后桨叶(11)向内伸出，前、后桨叶的叶背与叶面相对安装，即前桨叶的叶面对着后桨叶的叶背，或者前桨叶的叶面背对着后桨叶的叶面。4.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是所述的后转子组件，包括后永磁体(16)、后转子环(10)、后桨叶(11)、后桨叶板、后永磁体防护层(31)，其中:后永磁体(16)镶嵌在后转子环(10)外壁的槽中，与定子绕组(I)相对的后永磁体(16)的磁极与前永磁体(2)的磁极相反，这样定子与两个转子之间可形成极性相反的磁场；定子防护层(32)与前永磁体防护层(33)和后永磁体防护层(31)之间均存在间隙；工作时，海水经过间隙冷却双转子环形电机。5.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是所述的前转子组件和后转子组件，分别由安装在导管组件两端的轴承组件支撑。6.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是所述的定子绕组，其内壁与前转子组件和后转子组件的外壁相对；定子绕组内壁和与之相对的永磁体面上均设置有防护层。7.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是定子绕组通电后，与前后转子环上的永磁体同时形成磁性相反的磁场，即单定子驱动双转子旋转，形成双转子环形电机工作时，定子驱动前后转子进行相反方向旋转，带动前桨叶、后桨叶同时产生同方向推力，该力作用在转子环端部的滑动轴承上，最后经过与导管连接的旋转件作用在船体上，进而推进船舶前进。8.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是在所述的锥形配副的一个面上开设有利于润滑和减少磨损的呈矩形或人字形螺旋槽；当两转子组件中的转子环相对旋转时，两个锥形面之间形成动压水膜，一方面可传递轴向推力，另一方面可承受径向力。9.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是所述的轴承组件，包括前轴承组件和后轴承组件，其中:前轴承组件包括前轴瓦￠)、前转子承载件(7)，它们的径向截面均呈“L”形；后轴承组件包括后轴瓦(13)和后转子承载件(12)，它们的径向截面均呈“L”形。10.根据权利要求1所述的对转无轴轮缘驱动推进器，其特征是在该对转无轴轮缘驱动推进器的基础上，在其单定子驱动双转子桨叶的对转方案中加入轮毂，形成对转有毂式轮缘驱动推进器；所述轮毂含不转的轴、径向轴承和推力轴承。
【专利摘要】本发明公开了一种对转无轴轮缘驱动推进器，该推进器设有导管组件，其壳体的内腔中装有定子绕组、前转子组件、后转子组件；两转子组件中的转子环在轴向形成锥形配副，嵌入此两转子环外壁中的永磁体极性相反；定子绕组通电后，与所述永磁体同时形成磁性相反的磁场，即单定子驱动双转子旋转，形成双转子环形电机，带动前桨叶和后桨叶对转，产生推力推动船舶前进。本发明具有占用空间小、推进效率高、推力大、横向稳定性好和振动小等优点，特别适合军用舰船和现代民用船舶的推进以及海上平台定位。
【IPC分类】B63H1/18, H02K16/02
【公开号】CN105109650
【申请号】CN201510585429
【发明人】严新平, 欧阳武, 刘正林, 梁兴鑫
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月15日