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CN107054597A - 一种新型共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法 - Google Patents

一种新型共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法 Download PDF

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Abstract

一种新型共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法，该装置包括环形电机和普通结构电机各一只，两只电机的旋转轴延长线相互重合；环形电机包括空心环状的电机定子，电机定子的外壁上均匀的缠绕着多个线圈，电机定子的内壁与轴承的外环固连；电机转子由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，内部的筒状结构从轴承的中心穿过，且与轴承的内环固连，外部的筒状结构套在电机定子的外面，且内壁上镶嵌有磁片，电机定子与电机转子为对称结构且对称轴重合；普通结构电机的旋转轴从电机转子内部的筒状结构和轴承的中心穿过；电机转子的环形结构底部与第一螺旋桨固连，普通结构电机的旋转轴与第二螺旋桨固连；本发明还公开了该装置实现旋转的方法；该装置具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。

Description

一种新型共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及螺旋桨技术领域，具体涉及一种新型共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法。
背景技术
对于水下航行器如果只采用单螺旋桨推进，水的反作用力作用于浆叶，除产生使航行器前行的推动力外，还会产生圆周方向的旋转力矩。因此，航行器的前进姿态亦很难保持，从而影响航行器的前行和系统的整体推进效率。故用螺旋桨推进的鱼雷或远程自航水雷大多异转向双螺旋桨结构，两个螺旋桨位于同一轴线，且特别要求两组螺旋桨以同样的转速和转矩反方向旋转。其主要优点有：后桨可完全或者部分吸收前桨尾流的旋转能量，从而获得较高的推进效率；两个螺旋桨旋转时共同产生使水下航行器前行的推动力，它们产生的圆周方向的旋转力矩互相抵消，从而有效避免了中小型水下航行器的侧滚现象，保证了航行器的前进姿态，提高了系统的运行效率。
在航空方面，用在飞机上的螺旋桨大部分都是对转螺旋桨。这是因为单组桨叶的设计会使飞机因螺旋桨旋转产生的反向扭转力矩而发生偏航，工程师通常是通过调节副翼来“配平”这种翻转力，也就是让飞机左右副翼俯仰角不同，产生一个克服翻转的力，最终使飞机保持水平。但这个翻转力的大小是随着飞行速度、飞行方向甚至风向的变化而变化的，所以副翼必须跟着调节，这就加大了副翼设计的技术难度。采用两组反向螺旋桨同轴串列的设计就可以使这两组螺旋桨产生的扭转力矩互相平衡，飞机就不会受到侧翻的力，从而有助于飞机飞行的稳定性。在对转桨和常规单桨直径相同的情况下，对转桨最佳转速比普通单桨要小很多，对转桨的最佳直径比普通单桨也要小。
目前国内、外所采用的电驱动双螺旋桨装置主要有三类：
1.由两台独立的常规交流或直流电机拖动两个螺旋桨异向旋转，这种驱动方式原理比较简单，但传动系统成本较高。目前此类驱动装置在大型船舶推进系统中广泛使用。
2.由单台常规交流或直流电机+复杂的行星齿轮传动系统拖动对转螺旋桨旋转，其复杂的齿轮减速器传动系统既要实现机械减速，又要完成从一个机械口输入到两个机械口输出的“机械裂变”，然后通过内、外推进轴直接带动对转螺旋桨旋转，导致其机械传动部分比较复杂，且机械传动效率较低。
3.采用特殊结构的永磁直流电动机驱动，目前我国包头长安永磁电机研发有限公司生产这种电机，并已经在水下航行器推进系统中应用。电机结构由里向外依次为“内转子、外转子、定子”，机械输出形式为单端双轴同心式输出。该类电机的运行原理与常规永磁直流电机完全相同，只是让常规永磁直流电机的定子也旋转，变成外转子，而在电机的最外面增加了不参与机电能量变换，只用于机械支撑的外机械定子。这是包括鱼雷和远程自航水雷在内的中小型对转螺旋桨水下航行器中用得最多的驱动电机。与前两种情况相比，系统结构得到一定的简化，体积和重量在一定程度上得以减小，然而具有换向器、滑环和两套电刷装置，一方面大大降低了电机的运行可靠性；另一方面电机成本较高，结构仍显复杂，加之纯粹用于机械支撑的外机械定子，使得电机的体积仍然较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供一种新型共轴异向双螺旋桨装置及其实现方法，该装置具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型共轴异向双螺旋桨装置，包括环形电机4和普通结构电机3各一只，两只电机的旋转轴延长线相互重合；所述环形电机4包括空心环状的电机定子1，电机定子1的外壁上均匀的缠绕着多个线圈13，电机定子1的内壁与轴承5的外环固连；电机转子2由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，且两个相互嵌套的筒状结构由环形结构在筒状结构的端部固连在一起，电机转子2内部的筒状结构从轴承5的中心穿过，且与轴承5的内环固连，电机转子2外部的筒状结构套在电机定子1的外面，且内壁上镶嵌有磁片14，电机定子1与电机转子2为对称结构，且对称轴重合；
普通结构电机3的旋转轴11从环形电机4的电机转子2内部的筒状结构和轴承5的中心穿过；
环形电机4的电机转子2的环形结构底部与第一螺旋桨7固连，普通结构电机4的旋转轴11与第二螺旋桨8固连，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8平行设置且第二螺旋桨8位于第一螺旋桨7外部，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8被普通结构电机3的旋转轴11分为两部分，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8的旋转方向相反；环形电机4通过导线与第一电机驱动模块9相连，普通结构电机3通过导线与第二电机驱动模块10相连。
所述电机转子2外环的内壁上嵌有磁片14，磁片14沿圆周方向均匀排列。
所述电机转子2内环与轴承5的内环固连，电机转子2能够随轴承5内环的旋转而旋转。
所述新型共轴异向双螺旋桨装置实现旋转的方法，包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动控制模块9通过导线给环形电机4的电机定子1上的线圈13通电流，线圈13产生磁场并驱动电机转子2旋转，电机转子2带动第一螺旋桨7旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块10通过导线给普通结构电机4通电流，并驱动普通电机4旋转，带动第二螺旋桨8旋转，且旋转方向与第一螺旋桨7的旋转方向相反。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明区别于传统共轴异向双螺旋装置的优点，是利用环形外转子电机转子和定子是空心圆柱状的特点，普通电机旋转轴可以从中穿过，从而实现了一种结构简单的共轴异向双螺旋桨结构，该装置具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。
附图说明
图1本发明共轴异向双螺旋桨装置结构图。
图2本发明环形电机俯视剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种新型共轴异向双螺旋桨装置，包括环形电机4和普通结构电机3各一只，两只电机的旋转轴延长线相互重合；所述环形电机4包括空心环状的电机定子1，电机定子1的外壁上均匀的缠绕着多个线圈13，电机定子1的内壁与轴承5的外环固连；电机转子2由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，且两个相互嵌套的筒状结构由环形结构在筒状结构的端部固连在一起，电机转子2内部的筒状结构从轴承5的中心穿过，且与轴承5的内环固连，电机转子2外部的筒状结构套在电机定子1的外面，且内壁上镶嵌有磁片14，电机定子1与电机转子2为对称结构，且对称轴重合；普通结构电机3的旋转轴11从环形电机4的电机转子2内部的筒状结构和轴承5的中心穿过；环形电机4的电机转子2的环形结构底部与第一螺旋桨7固连，普通结构电机4的旋转轴11与第二螺旋桨8固连，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8平行设置且第二螺旋桨8位于第一螺旋桨7外部，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8被普通结构电机3的旋转轴11分为两部分，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8的旋转方向相反；环形电机4通过导线与第一电机驱动模块9相连，普通结构电机3通过导线与第二电机驱动模块10相连。
所述电机转子2外环的内壁上嵌有磁片14，磁片14沿圆周方向均匀排列。
所述电机转子2内环与轴承5的内环固连，电机转子2能够随轴承5内环的旋转而旋转。
如图1所示，本发明新型共轴异向双螺旋桨装置实现旋转的方法，包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动控制模块9通过导线给环形电机4的电机定子1上的线圈13通电流，线圈13产生磁场并驱动电机转子2旋转，电机转子2带动第一螺旋桨7旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块10通过导线给普通结构电机4通电流，并驱动普通电机4旋转，带动第二螺旋桨8旋转，且旋转方向与第一螺旋桨7的旋转方向相反。

Claims (4)

1.一种新型共轴异向双螺旋桨装置，其特征在于：包括环形电机(4)和普通结构电机(3)各一只，两只电机的旋转轴延长线相互重合；所述环形电机(4)包括空心环状的电机定子(1)，电机定子(1)的外壁上均匀的缠绕着多个线圈(13)，电机定子(1)的内壁与轴承(5)的外环固连；电机转子(2)由两个相互嵌套的筒状结构和一个环形结构组成，且两个相互嵌套的筒状结构由环形结构在筒状结构的端部固连在一起，电机转子(2)内部的筒状结构从轴承(5)的中心穿过，且与轴承(5)的内环固连，电机转子(2)外部的筒状结构套在电机定子(1)的外面，且内壁上镶嵌有磁片(14)，电机定子(1)与电机转子(2)为对称结构，且对称轴重合；
普通结构电机(3)的旋转轴(11)从环形电机(4)的电机转子(2)内部的筒状结构和轴承(5)的中心穿过；
环形电机(4)的电机转子(2)的环形结构底部与第一螺旋桨(7)固连，普通结构电机(4)的旋转轴(11)与第二螺旋桨(8)固连，第一螺旋桨(7)和第二螺旋桨(8)平行设置且第二螺旋桨(8)位于第一螺旋桨(7)外部，第一螺旋桨(7)和第二螺旋桨(8)被普通结构电机(3)的旋转轴(11)分为两部分，第一螺旋桨(7)和第二螺旋桨(8)的旋转方向相反；环形电机(4)通过导线与第一电机驱动模块(9)相连，普通结构电机(3)通过导线与第二电机驱动模块(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种新型共轴异向双螺旋桨装置，其特征在于：所述电机转子(2)外环的内壁上嵌有磁片(14)，磁片(14)沿圆周方向均匀排列。
3.根据权利要求1所述的一种新型共轴异向双螺旋桨装置，其特征在于：所述电机转子(2)内环与轴承(5)的内环固连，电机转子(2)能够随轴承(5)内环的旋转而旋转。
4.权利要求1至3任一项所述的新型共轴异向双螺旋桨装置实现旋转的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动控制模块(9)通过导线给环形电机(4)的电机定子(1)上的线圈(13)通电流，线圈(13)产生磁场并驱动电机转子(2)旋转，电机转子(2)带动第一螺旋桨(7)旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块(10)通过导线给普通结构电机(4)通电流，并驱动普通电机(4)旋转，带动第二螺旋桨(8)旋转，且旋转方向与第一螺旋桨(7)的旋转方向相反。
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