一種低溫升水下推進(jìn)器
1.本發(fā)明涉及船舶與海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫升水下推進(jìn)器。
背景技術(shù)：
2.隨著海洋船舶技術(shù)、電力技術(shù)、水上貿(mào)易的迅速發(fā)展，船舶對推進(jìn)裝置的要求越來越高。傳統(tǒng)的軸系系統(tǒng)噪聲大、能量損耗大、占用空間大，已無法滿足現(xiàn)在的水下推進(jìn)要求。水下推進(jìn)器的問世很好的解決了這一問題，作為一種新型的推進(jìn)器，水下推進(jìn)器可使電機(jī)直接驅(qū)動槳葉旋轉(zhuǎn)。
3.水下推進(jìn)器具有高功率密度、高推進(jìn)效率、高機(jī)動性等優(yōu)點(diǎn)。但推進(jìn)器導(dǎo)管內(nèi)部空間有限，電機(jī)體積小，損耗密度大，且定子護(hù)套存在渦流損耗大及導(dǎo)熱系數(shù)低的問題，使得推進(jìn)器電機(jī)溫度較高。由于定轉(zhuǎn)子間隙流域主要經(jīng)過有效鐵芯部分，在繞組端部的熱量不容易散出，使推進(jìn)器整體溫度分部不均勻，極易發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象；此外，在一些噪聲要求高的場合，定子外表面還需要增加隔熱的聲學(xué)隱身材料等，使得推進(jìn)器通過機(jī)殼散熱困難，降低了水下推進(jìn)器的整體可靠性，影響了水下推進(jìn)器的綜合性能。如cn205652318u和cn213109744u只考慮了間隙內(nèi)的水流流經(jīng)有效鐵芯部分，并未考慮到對推進(jìn)器電機(jī)端部溫度過高的問題，專利cn112849383a利用潤滑液冷卻電機(jī)，但存在結(jié)構(gòu)密封復(fù)雜，容易漏液等問題。
4.因此如何降低推進(jìn)器電機(jī)端部溫度，均衡推進(jìn)器整體溫度成為亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.本發(fā)明的主要目的在于提供一種可均衡推進(jìn)器整體溫度的低溫升水下推進(jìn)器，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
6.為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：一種低溫升水下推進(jìn)器，包括：導(dǎo)管；永磁電機(jī)，位于所述導(dǎo)管內(nèi)，其包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子位于定子內(nèi)，且與定子之間形成有第一間隙；輪輞塊，位于所述導(dǎo)管內(nèi)，且位于轉(zhuǎn)子的端部兩側(cè)且與所述轉(zhuǎn)子相連，所述輪輞塊與所述導(dǎo)管內(nèi)壁之間形成有第二間隙，所述第二間隙與所述第一間隙相連通形成包裹住所述定子的端部和外側(cè)表面的且供冷卻液流動的間隙流道；螺旋槳，位于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部且與所述轉(zhuǎn)子相連；所述定子在通電后驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子帶動所述輪輞塊和所述螺旋槳旋轉(zhuǎn)，所述間隙流道的進(jìn)出口在所述螺旋槳的轉(zhuǎn)動下形成壓差，所述冷卻液在所述壓差的作用下在所述間隙流道內(nèi)流動對所述定子的端部和外側(cè)表面進(jìn)行整體散熱。
7.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述推進(jìn)器還包括：潤滑軸承，其包括潤滑軸向軸承和潤滑徑向軸承，所述潤滑軸向軸承和潤滑徑向
軸承均固定于導(dǎo)管內(nèi)壁內(nèi)且分別位于所述輪輞塊的側(cè)方和上方，所述輪輞塊的側(cè)邊與所述潤滑軸向軸承之間、所述輪輞塊的上端面與所述潤滑徑向軸承之間至少形成有所述第二間隙的一部分。
8.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述推進(jìn)器還包括：散熱環(huán)，所述散熱環(huán)設(shè)置于所述定子的前后兩側(cè)，所述散熱環(huán)與所述輪輞塊之間形成有所述第二間隙的另一部分。
9.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述散熱環(huán)與第二間隙接觸的外壁面上開設(shè)有至少一條散熱溝槽。
10.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述散熱溝槽為多條相同心設(shè)置的環(huán)狀溝槽，每條散熱溝槽由散熱環(huán)與第二間隙接觸的外壁面沿軸向凹陷形成，且多條所述散熱溝槽在散熱環(huán)與第二間隙接觸的外壁面上沿徑向間隔分布。
11.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述散熱溝槽為多條在散熱環(huán)的內(nèi)壁面上沿周向間隔分布的溝槽，每條所述散熱溝槽在散熱環(huán)的內(nèi)壁面上沿軸向延伸設(shè)置，且每條散熱溝槽自散熱環(huán)的內(nèi)壁面向外傾斜凹陷設(shè)置，且所述散熱溝槽的傾斜方向與所述輪輞塊的旋轉(zhuǎn)方向相反。
12.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述定子包括定子鐵芯和繞制于所述定子鐵芯上的定子繞組；所述轉(zhuǎn)子包括永磁體和轉(zhuǎn)子環(huán)，所述永磁體嵌在所述轉(zhuǎn)子環(huán)上，所述輪輞塊與所述轉(zhuǎn)子環(huán)相連。
13.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外表面分別包裹有防水護(hù)套，所述防水護(hù)套采用防水且抗腐蝕的復(fù)合材料。
14.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述螺旋槳包括多個分體的槳葉，每個所述槳葉可拆卸地安裝于所述轉(zhuǎn)子環(huán)的內(nèi)壁面上。
15.在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述潤滑軸向軸承和潤滑徑向軸承與第二間隙相接觸的側(cè)壁面上開設(shè)有微溝槽。
16.與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果至少在于：1、本發(fā)明提供了一種新的間隙流道結(jié)構(gòu)形式，間隙水流流經(jīng)推進(jìn)器電機(jī)的端部，且環(huán)繞于電機(jī)定子組件的周圍，利用螺旋槳在間隙進(jìn)出口形成的水壓差，在所設(shè)計(jì)的間隙流道內(nèi)形成環(huán)流，進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻電機(jī)和潤滑軸承，整體結(jié)構(gòu)簡單，對電機(jī)的冷卻性能優(yōu)異，解決了現(xiàn)有技術(shù)中大功率推進(jìn)器電機(jī)溫升大、推進(jìn)器整體溫度分布不均勻的問題。這種新型間隙的水下推進(jìn)器能在大功率民用船和軍用船上產(chǎn)生較好的預(yù)期效果。
17.2、本發(fā)明對靠近電機(jī)端部的散熱環(huán)上與水流接觸的外壁面進(jìn)行開散熱溝槽處理，一方面有助于增加散熱環(huán)與水流的接觸面積，加快間隙流道中的水流流速，進(jìn)而加速電機(jī)端部熱量散失，另一方面也有助于清理間隙流道中水流的雜質(zhì)。
18.3、本發(fā)明將電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的密封防護(hù)護(hù)套采用防水、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、絕緣性和抗腐蝕性好的復(fù)合材料，極大的減少護(hù)套渦流，可以極大的降低電機(jī)的整體溫度，均衡推進(jìn)器整體溫度，提高水下推進(jìn)器的整體可靠性。
19.4、本發(fā)明將永磁電機(jī)與螺旋槳、導(dǎo)管有機(jī)結(jié)合形成一個模塊化單元,且將螺旋槳以每一個槳葉為一個制造單位，以模塊化分塊的形式加工，裝配時將其逐個裝配到轉(zhuǎn)子環(huán)上，這種螺旋槳加工容易,安裝方便，裝配性好，靈活性高，易于在水面平臺上安裝。
20.為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)
有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
21.圖1為本發(fā)明一典型實(shí)施方案中一種低溫升水下推進(jìn)器的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明一典型實(shí)施方案中一種低溫升水下推進(jìn)器的前軸向側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明一典型實(shí)施方案中一種低溫升水下推進(jìn)器的前軸向側(cè)視剖面圖；圖4為圖1的k處的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a為本發(fā)明散熱環(huán)內(nèi)壁面散熱溝槽的第一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b為圖5a在a-a方向的剖面示意圖；圖6a為本發(fā)明散熱環(huán)內(nèi)壁面散熱溝槽的第二種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6b為圖6a在b-b方向的剖面示意圖；圖7a為潤滑軸向軸承上設(shè)置微溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7b為潤滑徑向軸承上設(shè)置微溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
22.附圖標(biāo)記：1、前端蓋，2-前軸承墊圈，3-前潤滑軸向軸承，4-前潤滑徑向軸承，5-前散熱環(huán)，511-開槽壁面，512-環(huán)形槽，521-開槽壁面，522-斜狀槽，6-定子繞組，7-定子防水護(hù)套，8-后散熱環(huán)，9-后軸承墊圈，10-后潤滑軸向軸承，11-后軸向軸承擋板，12-后端蓋，13-后導(dǎo)罩，14-后輪輞塊，15-轉(zhuǎn)子環(huán)，16-螺旋槳，17-永磁體，18-轉(zhuǎn)子防水護(hù)套，19-前輪輞塊，20-前軸向軸承擋板，21-前導(dǎo)罩，22-導(dǎo)管本體，23-前徑向軸承擋板，24-后徑向軸承擋板，25-后潤滑徑向軸承，26、第一間隙，27、第二間隙，28、定子鐵心，29、定子，30冷卻液流動方向。
23.通過應(yīng)連同所附圖式一起閱讀的以下具體實(shí)施方式將更完整地理解本發(fā)明。本文中揭示本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，應(yīng)理解，所揭示的實(shí)施例僅具本發(fā)明的示范性，本發(fā)明可以各種形式來體現(xiàn)。因此，本文中所揭示的特定功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為具有限制性，而是僅解釋為權(quán)利要求書的基礎(chǔ)且解釋為用于教示所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在事實(shí)上任何適當(dāng)詳細(xì)實(shí)施例中以不同方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
24.本發(fā)明所揭示的一種低溫升水下推進(jìn)器，提供了一種新的間隙流道結(jié)構(gòu)形式，間隙水流流經(jīng)推進(jìn)器電機(jī)的端部，且環(huán)繞于電機(jī)定子組件的周圍，利用螺旋槳在間隙進(jìn)出口形成的水壓差，在所設(shè)計(jì)的間隙流道內(nèi)形成環(huán)流，進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻電機(jī)和潤滑軸承，整體結(jié)構(gòu)簡單，對電機(jī)的冷卻性能優(yōu)異。
25.結(jié)合圖1~圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例所揭示的一種低溫升水下推進(jìn)器包括導(dǎo)管及位于導(dǎo)管內(nèi)的永磁電機(jī)、輪輞塊、螺旋槳、散熱環(huán)和潤滑軸承，其中，導(dǎo)管包括導(dǎo)管本體22、前端蓋1、后端蓋12、前導(dǎo)罩21和后導(dǎo)罩13，前端蓋1和后端蓋12分別位于導(dǎo)管本體22的前后兩端，前導(dǎo)罩21和后導(dǎo)罩13分別位于前端蓋1的前端和后端蓋12的后端。
26.永磁電機(jī)具體包括定子29和轉(zhuǎn)子，本實(shí)施例中，定子29安裝在導(dǎo)管本體22的內(nèi)壁面上且與導(dǎo)管本體22同軸設(shè)置，其具體包括定子鐵芯28、定子繞組6和定子防水護(hù)套7，其中，定子繞組繞制于定子鐵芯上，定子防水護(hù)套7包裹在定子29的內(nèi)表面上。轉(zhuǎn)子整體位于定子29的內(nèi)側(cè)，且也與導(dǎo)管本體22同軸設(shè)置。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子和定子29之間形成有供冷卻液流動的第一間隙26，用于對定子29的外側(cè)表面進(jìn)行散熱。本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子具體包括永磁體17、轉(zhuǎn)子環(huán)15和轉(zhuǎn)子防水護(hù)套18，其中，永磁體17鑲嵌于轉(zhuǎn)子環(huán)15上，轉(zhuǎn)子防水護(hù)套18包裹
于轉(zhuǎn)子環(huán)15的外表面上。
27.優(yōu)選地，定子防水護(hù)套7和轉(zhuǎn)子防水護(hù)套18采用防水、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、抗腐蝕性好的復(fù)合材料，可以極大的減少護(hù)套渦流，減少推進(jìn)器的整體發(fā)熱。
28.散熱環(huán)設(shè)置于定子的前后兩側(cè)，用于對定子29的兩側(cè)端部進(jìn)行散熱，為了便于描述，定義定子前后兩側(cè)的散熱環(huán)分別是前散熱環(huán)5和后散熱環(huán)8。
29.輪輞塊位于轉(zhuǎn)子的端部兩側(cè)且與轉(zhuǎn)子環(huán)15相連，具體地，本實(shí)施例中，輪輞塊具體以搭接的方式與轉(zhuǎn)子環(huán)15相連。且本實(shí)施例中，輪輞塊的徑向截面近似呈l型。為了便于描述，定義轉(zhuǎn)子前后兩側(cè)的輪輞塊分別為前輪輞塊19和后輪輞塊14，其中，前輪輞塊19具體與轉(zhuǎn)子環(huán)15的前端相搭接，后輪輞塊14具體與轉(zhuǎn)子環(huán)15的后端相搭接。
30.潤滑軸承具體包括潤滑軸向軸承和潤滑徑向軸承，其中，潤滑軸向軸承包括前潤滑軸向軸承3和后潤滑軸向軸承10，前潤滑軸向軸承3安裝于一前軸向軸承擋板20上且位于前輪輞塊19的前方，后潤滑軸向軸承10安裝于一后軸向軸承擋板11上且位于后輪輞塊14的后方，前軸向軸承擋板20固定于前端蓋1的內(nèi)側(cè)面上，后軸向軸承擋板11安裝于后端蓋12的內(nèi)側(cè)面上；潤滑徑向軸承包括前潤滑徑向軸承4和后潤滑徑向軸承25，前潤滑徑向軸承4安裝于一前徑向軸承擋板23上且位于前輪輞塊19前側(cè)的上方，后潤滑徑向軸承25安裝于一后徑向軸承擋板24上且位于后輪輞塊14后側(cè)的上方，前徑向軸承擋板23固定于導(dǎo)管本體22的內(nèi)側(cè)面上，后徑向軸承擋板24安裝于導(dǎo)管本體22的內(nèi)側(cè)面上。且優(yōu)選地，前輪輞塊19的側(cè)邊與前潤滑軸向軸承2之間、前輪輞塊19的上端面與前潤滑徑向軸承4之間、前輪輞塊19與前散熱環(huán)5之間以及后輪輞塊14的側(cè)邊與后潤滑軸向軸承10之間、后輪輞塊14的上端面與后潤滑徑向軸承25之間、后輪輞塊14與后散熱環(huán)8形成第二間隙27，第二間隙27與第一間隙26相連通形成一間隙流道，該間隙流道包裹住定子29的端部和外側(cè)表面，本實(shí)施例中，間隙流道近似呈環(huán)繞定子的環(huán)狀“凹”字形，間隙流道內(nèi)用于供冷卻液（如冷卻水）流動，冷卻水經(jīng)間隙流道流經(jīng)定子29的端部和外側(cè)面。與現(xiàn)有只設(shè)置第一間隙26相比，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種新的間隙流道結(jié)構(gòu)形式，對定子29的端部和外側(cè)面均進(jìn)行冷卻，從而均衡推進(jìn)器整體溫度，有效解決了水下推進(jìn)器電機(jī)端部溫升過高的問題，適合于大功率的船舶推進(jìn)。另外，前潤滑軸向軸承3和前潤滑徑向軸承4上還安裝有前軸承墊圈2，后潤滑軸向軸承10和后潤滑徑向軸承25上還安裝有后軸承墊圈9。
31.更優(yōu)選地，上述潤滑軸向軸承（包括前潤滑軸向軸承3和后潤滑軸向軸承4）與第二間隙27相接觸的側(cè)壁面上、潤滑徑向軸承（包括前潤滑徑向軸承4和后潤滑徑向軸承25）與第二間隙27相接觸的側(cè)壁面上均開設(shè)有微溝槽30。結(jié)合圖7a和圖7b所示，潤滑軸向軸承與潤滑徑向軸承的微溝槽30至少有一條，且均勻的排布在軸承與第二間隙的接觸面上。
32.優(yōu)選地，散熱環(huán)與第二間隙27接觸的外壁面上開設(shè)有至少一條散熱溝槽。散熱溝槽的開槽方式包括兩種，一種是開同心環(huán)形槽512，結(jié)合圖5a和圖5b所示，具體地，散熱溝槽為多條相同心設(shè)置的環(huán)狀溝槽，每條散熱溝槽由散熱環(huán)與第二間隙接觸的外壁面511沿軸向凹陷形成，且多條散熱溝槽在散熱環(huán)與第二間隙27接觸的外壁面上沿徑向間隔一定距離分布。結(jié)合圖6a和圖6b所示，一種是在散熱環(huán)與第二間隙27接觸的外壁面521上開斜狀槽522，具體地，散熱溝槽為多條在散熱環(huán)的內(nèi)壁面上沿周向間隔一定距離分布的溝槽，每條散熱溝槽在散熱環(huán)的內(nèi)壁面上沿軸向延伸設(shè)置，且每條散熱溝槽自散熱環(huán)的內(nèi)壁面向外傾斜凹陷設(shè)置，且散熱溝槽的傾斜方向與對應(yīng)的輪輞塊的旋轉(zhuǎn)方向相反，使得散熱溝槽的傾
斜方向與水流方向相同，散熱溝槽的形狀為矩形或者弧形窄槽。本發(fā)明實(shí)施例通過設(shè)計(jì)一種合理的包裹電機(jī)定子的環(huán)狀“凹”字形間隙水道，并且在散熱環(huán)內(nèi)壁開散熱溝槽等處理，可以極大的帶走了定子6中產(chǎn)生的熱量。
33.螺旋槳16位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部且與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子環(huán)15相連。具體地，本實(shí)施例中，螺旋槳16包括多個分體的槳葉，每個槳葉可拆卸地安裝于轉(zhuǎn)子環(huán)15的內(nèi)壁面上，即螺旋槳16以每一個槳葉為一個制造單位以模塊化分塊的形式加工，裝配時將其逐個裝配到轉(zhuǎn)子環(huán)15上。
34.本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明提供了一種新的間隙流道結(jié)構(gòu)形式，間隙水流流經(jīng)推進(jìn)器電機(jī)的端部，且環(huán)繞于電機(jī)定子組件的周圍，利用螺旋槳在間隙進(jìn)出口形成的水壓差，在所設(shè)計(jì)的間隙流道內(nèi)形成環(huán)流，進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻電機(jī)和潤滑軸承，整體結(jié)構(gòu)簡單，對電機(jī)的冷卻性能優(yōu)異，解決了現(xiàn)有技術(shù)中大功率推進(jìn)器電機(jī)溫升大、推進(jìn)器整體溫度分布不均勻的問題。這種新型間隙的水下推進(jìn)器能在大功率民用船和軍用船上產(chǎn)生較好的預(yù)期效果。2、本發(fā)明對靠近電機(jī)端部的散熱環(huán)上與水流接觸的外壁面進(jìn)行開散熱溝槽處理，一方面有助于增加散熱環(huán)與水流的接觸面積，加快間隙流道中的水流流速，進(jìn)而加速電機(jī)端部熱量散失，另一方面也有助于清理間隙流道中水流的雜質(zhì)。3、本發(fā)明將電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的密封防護(hù)護(hù)套采用防水、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、絕緣性和抗腐蝕性好的復(fù)合材料，極大的減少護(hù)套渦流，可以極大的降低電機(jī)的整體溫度，均衡推進(jìn)器整體溫度，提高水下推進(jìn)器的整體可靠性。4、本發(fā)明將永磁電機(jī)與螺旋槳、導(dǎo)管有機(jī)結(jié)合形成一個模塊化單元,且將螺旋槳以每一個槳葉為一個制造單位，以模塊化分塊的形式加工，裝配時將其逐個裝配到轉(zhuǎn)子環(huán)上，這種螺旋槳加工容易,安裝方便，裝配性好，靈活性高，易于在水面平臺上安裝。
35.本發(fā)明的各方面、實(shí)施例、特征及實(shí)例應(yīng)視為在所有方面為說明性的且不打算限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書界定。在不背離所主張的本發(fā)明的精神及范圍的情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了其它實(shí)施例、修改及使用。
36.在本發(fā)明案中標(biāo)題及章節(jié)的使用不意味著限制本發(fā)明；每一章節(jié)可應(yīng)用于本發(fā)明的任何方面、實(shí)施例或特征。
