一种低温升水下推进器

1.本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种低温升水下推进器。


背景技术：

2.随着海洋船舶技术、电力技术、水上贸易的迅速发展，船舶对推进装置的要求越来越高。传统的轴系系统噪声大、能量损耗大、占用空间大，已无法满足现在的水下推进要求。水下推进器的问世很好的解决了这一问题，作为一种新型的推进器，水下推进器可使电机直接驱动桨叶旋转。
3.水下推进器具有高功率密度、高推进效率、高机动性等优点。但推进器导管内部空间有限，电机体积小，损耗密度大，且定子护套存在涡流损耗大及导热系数低的问题，使得推进器电机温度较高。由于定转子间隙流域主要经过有效铁芯部分，在绕组端部的热量不容易散出，使推进器整体温度分部不均匀，极易发生热胀冷缩现象；此外，在一些噪声要求高的场合，定子外表面还需要增加隔热的声学隐身材料等，使得推进器通过机壳散热困难，降低了水下推进器的整体可靠性，影响了水下推进器的综合性能。如cn205652318u和cn213109744u只考虑了间隙内的水流流经有效铁芯部分，并未考虑到对推进器电机端部温度过高的问题，专利cn112849383a利用润滑液冷却电机，但存在结构密封复杂，容易漏液等问题。
4.因此如何降低推进器电机端部温度，均衡推进器整体温度成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种可均衡推进器整体温度的低温升水下推进器，从而克服现有技术的不足。
6.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种低温升水下推进器，包括：导管；永磁电机，位于所述导管内，其包括定子和转子，所述转子位于定子内，且与定子之间形成有第一间隙；轮辋块，位于所述导管内，且位于转子的端部两侧且与所述转子相连，所述轮辋块与所述导管内壁之间形成有第二间隙，所述第二间隙与所述第一间隙相连通形成包裹住所述定子的端部和外侧表面的且供冷却液流动的间隙流道；螺旋桨，位于所述转子内部且与所述转子相连；所述定子在通电后驱动所述转子旋转，所述转子带动所述轮辋块和所述螺旋桨旋转，所述间隙流道的进出口在所述螺旋桨的转动下形成压差，所述冷却液在所述压差的作用下在所述间隙流道内流动对所述定子的端部和外侧表面进行整体散热。
7.在一优选实施例中，所述推进器还包括：润滑轴承，其包括润滑轴向轴承和润滑径向轴承，所述润滑轴向轴承和润滑径向
轴承均固定于导管内壁内且分别位于所述轮辋块的侧方和上方，所述轮辋块的侧边与所述润滑轴向轴承之间、所述轮辋块的上端面与所述润滑径向轴承之间至少形成有所述第二间隙的一部分。
8.在一优选实施例中，所述推进器还包括：散热环，所述散热环设置于所述定子的前后两侧，所述散热环与所述轮辋块之间形成有所述第二间隙的另一部分。
9.在一优选实施例中，所述散热环与第二间隙接触的外壁面上开设有至少一条散热沟槽。
10.在一优选实施例中，所述散热沟槽为多条相同心设置的环状沟槽，每条散热沟槽由散热环与第二间隙接触的外壁面沿轴向凹陷形成，且多条所述散热沟槽在散热环与第二间隙接触的外壁面上沿径向间隔分布。
11.在一优选实施例中，所述散热沟槽为多条在散热环的内壁面上沿周向间隔分布的沟槽，每条所述散热沟槽在散热环的内壁面上沿轴向延伸设置，且每条散热沟槽自散热环的内壁面向外倾斜凹陷设置，且所述散热沟槽的倾斜方向与所述轮辋块的旋转方向相反。
12.在一优选实施例中，所述定子包括定子铁芯和绕制于所述定子铁芯上的定子绕组；所述转子包括永磁体和转子环，所述永磁体嵌在所述转子环上，所述轮辋块与所述转子环相连。
13.在一优选实施例中，所述定子的内表面和所述转子的外表面分别包裹有防水护套，所述防水护套采用防水且抗腐蚀的复合材料。
14.在一优选实施例中，所述螺旋桨包括多个分体的桨叶，每个所述桨叶可拆卸地安装于所述转子环的内壁面上。
15.在一优选实施例中，所述润滑轴向轴承和润滑径向轴承与第二间隙相接触的侧壁面上开设有微沟槽。
16.与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：1、本发明提供了一种新的间隙流道结构形式，间隙水流流经推进器电机的端部，且环绕于电机定子组件的周围，利用螺旋桨在间隙进出口形成的水压差，在所设计的间隙流道内形成环流，进行强迫冷却电机和润滑轴承，整体结构简单，对电机的冷却性能优异，解决了现有技术中大功率推进器电机温升大、推进器整体温度分布不均匀的问题。这种新型间隙的水下推进器能在大功率民用船和军用船上产生较好的预期效果。
17.2、本发明对靠近电机端部的散热环上与水流接触的外壁面进行开散热沟槽处理，一方面有助于增加散热环与水流的接触面积，加快间隙流道中的水流流速，进而加速电机端部热量散失，另一方面也有助于清理间隙流道中水流的杂质。
18.3、本发明将电机定子、转子的密封防护护套采用防水、质量轻、强度大、绝缘性和抗腐蚀性好的复合材料，极大的减少护套涡流，可以极大的降低电机的整体温度，均衡推进器整体温度，提高水下推进器的整体可靠性。
19.4、本发明将永磁电机与螺旋桨、导管有机结合形成一个模块化单元,且将螺旋桨以每一个桨叶为一个制造单位，以模块化分块的形式加工，装配时将其逐个装配到转子环上，这种螺旋桨加工容易,安装方便，装配性好，灵活性高，易于在水面平台上安装。
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明一典型实施方案中一种低温升水下推进器的剖面示意图；图2为本发明一典型实施方案中一种低温升水下推进器的前轴向侧视图；图3为本发明一典型实施方案中一种低温升水下推进器的前轴向侧视剖面图；图4为图1的k处的局部放大结构示意图；图5a为本发明散热环内壁面散热沟槽的第一种实施例结构示意图；图5b为图5a在a-a方向的剖面示意图；图6a为本发明散热环内壁面散热沟槽的第二种实施例结构示意图；图6b为图6a在b-b方向的剖面示意图；图7a为润滑轴向轴承上设置微沟槽的结构示意图；图7b为润滑径向轴承上设置微沟槽的结构示意图。
22.附图标记：1、前端盖，2-前轴承垫圈，3-前润滑轴向轴承，4-前润滑径向轴承，5-前散热环，511-开槽壁面，512-环形槽，521-开槽壁面，522-斜状槽，6-定子绕组，7-定子防水护套，8-后散热环，9-后轴承垫圈，10-后润滑轴向轴承，11-后轴向轴承挡板，12-后端盖，13-后导罩，14-后轮辋块，15-转子环，16-螺旋桨，17-永磁体，18-转子防水护套，19-前轮辋块，20-前轴向轴承挡板，21-前导罩，22-导管本体，23-前径向轴承挡板，24-后径向轴承挡板，25-后润滑径向轴承，26、第一间隙，27、第二间隙，28、定子铁心，29、定子，30冷却液流动方向。
23.通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
24.本发明所揭示的一种低温升水下推进器，提供了一种新的间隙流道结构形式，间隙水流流经推进器电机的端部，且环绕于电机定子组件的周围，利用螺旋桨在间隙进出口形成的水压差，在所设计的间隙流道内形成环流，进行强迫冷却电机和润滑轴承，整体结构简单，对电机的冷却性能优异。
25.结合图1~图4所示，本发明实施例所揭示的一种低温升水下推进器包括导管及位于导管内的永磁电机、轮辋块、螺旋桨、散热环和润滑轴承，其中，导管包括导管本体22、前端盖1、后端盖12、前导罩21和后导罩13，前端盖1和后端盖12分别位于导管本体22的前后两端，前导罩21和后导罩13分别位于前端盖1的前端和后端盖12的后端。
26.永磁电机具体包括定子29和转子，本实施例中，定子29安装在导管本体22的内壁面上且与导管本体22同轴设置，其具体包括定子铁芯28、定子绕组6和定子防水护套7，其中，定子绕组绕制于定子铁芯上，定子防水护套7包裹在定子29的内表面上。转子整体位于定子29的内侧，且也与导管本体22同轴设置。优选地，转子和定子29之间形成有供冷却液流动的第一间隙26，用于对定子29的外侧表面进行散热。本实施例中，转子具体包括永磁体17、转子环15和转子防水护套18，其中，永磁体17镶嵌于转子环15上，转子防水护套18包裹
于转子环15的外表面上。
27.优选地，定子防水护套7和转子防水护套18采用防水、质量轻、强度大、抗腐蚀性好的复合材料，可以极大的减少护套涡流，减少推进器的整体发热。
28.散热环设置于定子的前后两侧，用于对定子29的两侧端部进行散热，为了便于描述，定义定子前后两侧的散热环分别是前散热环5和后散热环8。
29.轮辋块位于转子的端部两侧且与转子环15相连，具体地，本实施例中，轮辋块具体以搭接的方式与转子环15相连。且本实施例中，轮辋块的径向截面近似呈l型。为了便于描述，定义转子前后两侧的轮辋块分别为前轮辋块19和后轮辋块14，其中，前轮辋块19具体与转子环15的前端相搭接，后轮辋块14具体与转子环15的后端相搭接。
30.润滑轴承具体包括润滑轴向轴承和润滑径向轴承，其中，润滑轴向轴承包括前润滑轴向轴承3和后润滑轴向轴承10，前润滑轴向轴承3安装于一前轴向轴承挡板20上且位于前轮辋块19的前方，后润滑轴向轴承10安装于一后轴向轴承挡板11上且位于后轮辋块14的后方，前轴向轴承挡板20固定于前端盖1的内侧面上，后轴向轴承挡板11安装于后端盖12的内侧面上；润滑径向轴承包括前润滑径向轴承4和后润滑径向轴承25，前润滑径向轴承4安装于一前径向轴承挡板23上且位于前轮辋块19前侧的上方，后润滑径向轴承25安装于一后径向轴承挡板24上且位于后轮辋块14后侧的上方，前径向轴承挡板23固定于导管本体22的内侧面上，后径向轴承挡板24安装于导管本体22的内侧面上。且优选地，前轮辋块19的侧边与前润滑轴向轴承2之间、前轮辋块19的上端面与前润滑径向轴承4之间、前轮辋块19与前散热环5之间以及后轮辋块14的侧边与后润滑轴向轴承10之间、后轮辋块14的上端面与后润滑径向轴承25之间、后轮辋块14与后散热环8形成第二间隙27，第二间隙27与第一间隙26相连通形成一间隙流道，该间隙流道包裹住定子29的端部和外侧表面，本实施例中，间隙流道近似呈环绕定子的环状“凹”字形，间隙流道内用于供冷却液（如冷却水）流动，冷却水经间隙流道流经定子29的端部和外侧面。与现有只设置第一间隙26相比，本发明通过设计一种新的间隙流道结构形式，对定子29的端部和外侧面均进行冷却，从而均衡推进器整体温度，有效解决了水下推进器电机端部温升过高的问题，适合于大功率的船舶推进。另外，前润滑轴向轴承3和前润滑径向轴承4上还安装有前轴承垫圈2，后润滑轴向轴承10和后润滑径向轴承25上还安装有后轴承垫圈9。
31.更优选地，上述润滑轴向轴承（包括前润滑轴向轴承3和后润滑轴向轴承4）与第二间隙27相接触的侧壁面上、润滑径向轴承（包括前润滑径向轴承4和后润滑径向轴承25）与第二间隙27相接触的侧壁面上均开设有微沟槽30。结合图7a和图7b所示，润滑轴向轴承与润滑径向轴承的微沟槽30至少有一条，且均匀的排布在轴承与第二间隙的接触面上。
32.优选地，散热环与第二间隙27接触的外壁面上开设有至少一条散热沟槽。散热沟槽的开槽方式包括两种，一种是开同心环形槽512，结合图5a和图5b所示，具体地，散热沟槽为多条相同心设置的环状沟槽，每条散热沟槽由散热环与第二间隙接触的外壁面511沿轴向凹陷形成，且多条散热沟槽在散热环与第二间隙27接触的外壁面上沿径向间隔一定距离分布。结合图6a和图6b所示，一种是在散热环与第二间隙27接触的外壁面521上开斜状槽522，具体地，散热沟槽为多条在散热环的内壁面上沿周向间隔一定距离分布的沟槽，每条散热沟槽在散热环的内壁面上沿轴向延伸设置，且每条散热沟槽自散热环的内壁面向外倾斜凹陷设置，且散热沟槽的倾斜方向与对应的轮辋块的旋转方向相反，使得散热沟槽的倾
斜方向与水流方向相同，散热沟槽的形状为矩形或者弧形窄槽。本发明实施例通过设计一种合理的包裹电机定子的环状“凹”字形间隙水道，并且在散热环内壁开散热沟槽等处理，可以极大的带走了定子6中产生的热量。
33.螺旋桨16位于转子内部且与转子的转子环15相连。具体地，本实施例中，螺旋桨16包括多个分体的桨叶，每个桨叶可拆卸地安装于转子环15的内壁面上，即螺旋桨16以每一个桨叶为一个制造单位以模块化分块的形式加工，装配时将其逐个装配到转子环15上。
34.本发明具有以下优点：1、本发明提供了一种新的间隙流道结构形式，间隙水流流经推进器电机的端部，且环绕于电机定子组件的周围，利用螺旋桨在间隙进出口形成的水压差，在所设计的间隙流道内形成环流，进行强迫冷却电机和润滑轴承，整体结构简单，对电机的冷却性能优异，解决了现有技术中大功率推进器电机温升大、推进器整体温度分布不均匀的问题。这种新型间隙的水下推进器能在大功率民用船和军用船上产生较好的预期效果。2、本发明对靠近电机端部的散热环上与水流接触的外壁面进行开散热沟槽处理，一方面有助于增加散热环与水流的接触面积，加快间隙流道中的水流流速，进而加速电机端部热量散失，另一方面也有助于清理间隙流道中水流的杂质。3、本发明将电机定子、转子的密封防护护套采用防水、质量轻、强度大、绝缘性和抗腐蚀性好的复合材料，极大的减少护套涡流，可以极大的降低电机的整体温度，均衡推进器整体温度，提高水下推进器的整体可靠性。4、本发明将永磁电机与螺旋桨、导管有机结合形成一个模块化单元,且将螺旋桨以每一个桨叶为一个制造单位，以模块化分块的形式加工，装配时将其逐个装配到转子环上，这种螺旋桨加工容易,安装方便，装配性好，灵活性高，易于在水面平台上安装。
35.本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
36.在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。