基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置

本发明属于航母电磁弹射与阻拦，尤其是涉及一种基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置。

背景技术：

1、航母弹射与阻拦装置是航母上重要的航空保障特种装备。舰载机的弹射和着舰过程十分危险，为了使舰载机在有限长度的甲板上实现安全起飞和着舰，必须通过弹射和阻拦系统使舰载机在有限的距离内实现弹射起飞和停止。目前，现役航母弹射装置大多采用蒸汽弹射和电磁弹射。相比蒸汽弹射，电磁弹射拥有体积小、动力充足、损耗低和维护成本低等优点。电磁弹射主要有线圈弹射和直线电机弹射。然而线圈弹射和直线电机弹射具有结构复杂、占用空间大、可靠性低、成本高和维护难度大等缺点。

2、阻拦索系统大多采用液压缓冲式阻拦装置，例如美国现役航母上配置的mk7-3型阻拦装置，该阻拦装置由阻拦索、滑轮缓冲系统、阻拦机系统、钢索系统、钢索末端缓冲系统、定长冲跑控制系统、复位系统、油液冷却系统、阻拦索支撑系统等组成。另外，美国的“福特”级航母装备了以水涡轮机和感应电机为主要吸能部件的先进阻拦装置。然而，液压缓冲式阻拦装置存在结构复杂、重量大、可靠性低、控制困难、成本高和油液作功产生的大量热量严重影响密封件寿命与系统可靠性等缺点。以水涡轮机和感应电机为主的先进阻拦装置需要各个旋转构件共轴连接，因此该装置对装配精度要求较高。并且该装置也具有体积大、响应慢、结构复杂和可靠性低等缺点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，以提供一种兼备弹射与拦截以及对装配精度要求低、体积小、可靠性高和响应迅速的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，包括双转子电机部分和电涡流制动器部分，所述电涡流制动器部分包括空心轴及其两侧对称安装的固定桩，每个固定桩外部固定套接一个电涡流制动器定子，电涡流制动器定子外部设有若干定子磁极，每个定子磁极外部均绕制电涡流制动器励磁线圈，定子磁极上还设有喷液孔；所述双转子电机部分包括自内向外依次套接的定子、内转子和外转子，外转子与内转子之间分别安装左励磁线圈和右励磁线圈，定子固定在非转动的空心轴上，内转子的内圈安装永磁体，定子的励磁绕组通过空心轴上的出线孔与外部电源实现连接；空心轴的两端分别安装一个电涡流制动器的转子，两个电涡流制动器的转子之间安装外转子，三者形成一体化构造。电涡流制动器的转子与电涡流制动器的定子之间设有气隙，使得电涡流制动器励磁线圈通电时形成磁路。

4、进一步的，所述电涡流制动器部分包括空心轴及其两侧固定安装的左固定桩和右固定桩，右固定桩外部固定套接右电涡流制动器定子，左固定桩外部固定套接左电涡流制动器定子，左电涡流制动器定子外部设有若干左电涡流制动器的定子磁极，每个左电涡流制动器的定子磁极外部绕制一个左电涡流制动器的励磁线圈，左电涡流制动器的定子磁极上还设有喷液孔。

5、进一步的，所述左电涡流制动器的转子通过左转子支撑轴承固定连接至空心轴，右电涡流制动器的转子通过右转子支撑轴承固定连接至空心轴。

6、进一步的，所述永磁体镶嵌在内转子的内圈中，相邻的两个永磁体之间形成永磁体槽。

7、进一步的，所述内转子外部设有若干内转子凸极。

8、进一步的，所述固定桩下方设有水槽，上方设有公共水腔，水槽、公共水腔和喷液孔联通。

9、进一步的，所述定子与内转子之间设有第一气隙；内转子与外转子之间设有第二气隙。

10、进一步的，所述空心轴上设有外转子电机励磁绕组的出线孔。

11、进一步的，所述外转子为锥形鼓轮，且外表面设有导向槽。

12、相对于现有技术，本发明所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置具有以下优势：

13、(1)本发明所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，兼备弹射与拦截两种功能；并且采用储能双转子电机构造大幅度降低了电机的功率，尺寸和重量以及对电源的冲击；在弹射方面，与直线电机弹射和线圈弹射相比，该装置体积小、结构简单可靠、成本低、维护方便、控制简单、适用于不同规格的舰载机；在拦截方面，以水涡轮机和感应电机为主的先进阻拦装置相比，该装置通过将双转子电机、电涡流制动器和锥形鼓轮一体化单轴构造设计，大幅降低了装置的体积与重量以及对装配精度的要求。并且电涡流制动器转动惯量较小，通过调节励磁电流实现对制动力矩的控制，适用于不同规格的舰载机，具有结构简单可靠、响应迅速和控制简单、灵活等优点；相较于液压缓冲式阻拦装置，该装置具有体积小、重量轻、响应迅速、结构简单、可靠性高和无需密封等优势。

技术特征：

1.基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：包括双转子电机部分和电涡流制动器部分，所述电涡流制动器部分包括空心轴及其两侧对称安装的固定桩，每个固定桩外部固定套接一个电涡流制动器定子，电涡流制动器定子外部设有若干定子磁极，每个定子磁极外部均绕制电涡流制动器励磁线圈；所述双转子电机部分包括自内向外依次套接的定子、内转子和外转子，外转子与内转子之间安装左励磁线圈和右励磁线圈，定子固定在非转动的空心轴上，内转子的内圈安装永磁体，定子的励磁绕组通过空心轴上的出线孔与外部电源实现连接；空心轴的两端分别安装一个电涡流制动器的转子，两个电涡流制动器的转子之间安装外转子，三者形成一体化构造，电涡流制动器的转子与电涡流制动器的定子之间设有气隙，使得电涡流制动器励磁线圈通电时形成磁路。

2.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：所述电涡流制动器部分包括空心轴及其两侧固定安装的左固定桩和右固定桩，右固定桩外部固定套接右电涡流制动器定子，左固定桩外部固定套接左电涡流制动器定子，左电涡流制动器定子外部设有若干左电涡流制动器的定子磁极，每个左电涡流制动器的定子磁极外部绕制一个左电涡流制动器的励磁线圈，左电涡流制动器的定子磁极上还设有喷液孔。

3.根据权利要求2所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：左电涡流制动器的转子通过左转子支撑轴承固定连接至空心轴，右电涡流制动器的转子通过右转子支撑轴承固定连接至空心轴。

4.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：永磁体镶嵌在内转子的内圈中，相邻的两个永磁体之间形成永磁体槽。

5.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：内转子外部设有若干内转子凸极。

6.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：固定桩下方设有水槽，上方设有公共水腔，水槽、公共水腔和喷液孔联通。

7.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：定子与内转子之间设有第一气隙；内转子与外转子之间设有第二气隙。

8.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：空心轴上设有外转子电机励磁绕组的出线孔。

9.根据权利要求1所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，其特征在于：外转子为锥形鼓轮，且外表面设有导向槽。

技术总结
本发明提供了一种基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，包括双转子电机部分和电涡流制动器部分，电涡流制动器部分包括空心轴及其两侧对称安装的固定桩，固定桩外部套接电涡流制动器定子，电涡流制动器定子外部设有若干定子磁极，定子磁极外部绕制电涡流制动器励磁线圈，双转子电机部分包括自内向外依次套接的定子、内转子和外转子，外转子与内转子之间安装励磁线圈，定子固定在空心轴上，空心轴的两端分别安装一个电涡流制动器的转子，两个电涡流制动器的转子之间安装外转子，三者形成一体化构造。本发明所述的基于储能双转子电机的单轴构造航母电磁弹射与阻拦装置，对装配精度要求低、体积小、可靠性高。

技术研发人员：李德胜,赵童
受保护的技术使用者：清华大学天津高端装备研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13