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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 雙螺旋漿推進(jìn)用新型永磁電機(jī)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本發(fā)明應(yīng)用于水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，是一種具有單電輸入端口、雙機(jī)械輸出端口的全新概念的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)。當(dāng)該電機(jī)通入一組對稱三相電流時(shí)，可使雙兩個(gè)轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)直驅(qū)雙螺旋槳。
- 詳細(xì)介紹：
- 中小型水下航行器是指某些軍用武器(如魚雷)和各類水下勘察機(jī)器人等，近年來在軍事領(lǐng)域和海洋科學(xué)調(diào)查方面得到越來越廣泛應(yīng)用。推進(jìn)裝置是水下航行器最重要的組成部分，其性能直接關(guān)系到航行器的速度、時(shí)間、成本、效率和可靠性等。為克服現(xiàn)有雙螺旋槳推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的種種弊端，本作品提出并設(shè)計(jì)一種雙螺旋漿推進(jìn)用新型永磁電機(jī)，不僅可大大簡化推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、減小體積、降低重量、成本和噪聲，而且沒有電刷滑環(huán)，運(yùn)行更加安全可靠。該電機(jī)采用的交叉式環(huán)形繞組，在只通入一組三相對稱電流時(shí)，可在定子內(nèi)外兩側(cè)分別產(chǎn)生兩個(gè)與內(nèi)外轉(zhuǎn)子相交鏈的異向旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場，此時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)子能夠產(chǎn)生方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，亦是本作品的特色和創(chuàng)新所在。該電機(jī)具有單輸入的電端口和兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械輸出口，是一種完全有別于傳統(tǒng)電機(jī)的新型機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本發(fā)明的目的和基本思路 自主式水下航行器推進(jìn)系統(tǒng)主要采用對轉(zhuǎn)螺旋槳（槳葉傾斜角相反）結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)能有效避免了中小型水下航行器的側(cè)滾現(xiàn)象，保證了航行器的前進(jìn)姿態(tài)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。該種推進(jìn)結(jié)構(gòu)目前采用的傳動(dòng)方式有：常規(guī)電機(jī)+行星齒輪和雙轉(zhuǎn)子永磁直流電機(jī)直驅(qū)。前者由于增加了行星齒輪減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，效率較低；后者具有兩套電刷和滑環(huán)裝置，這使得推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性大大降低。為了解決上述兩種傳動(dòng)方式存在的不足，本作品設(shè)計(jì)了一種水下航行器推進(jìn)用新型異向旋轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，該電機(jī)在只輸入一組三相對稱電流的情況下，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)對轉(zhuǎn)螺旋槳，這不僅可大大簡化機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減小系統(tǒng)體積、降低系統(tǒng)重量和成本，而且沒有電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行更加安全可靠。 創(chuàng)新點(diǎn) 1）雙螺旋槳推進(jìn)用新型永磁電機(jī)具有單輸入的電端口和兩個(gè)獨(dú)立輸出的機(jī)械端口，是一種完全有別于常規(guī)電機(jī)的全新概念電機(jī)。 2）該電機(jī)定子內(nèi)外圓周開槽并嵌放特殊型式的環(huán)型交叉式繞組結(jié)構(gòu)，當(dāng)通入一組三相對稱電流，可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了單電口輸入雙機(jī)械口輸出。 技術(shù)關(guān)鍵 由于本作品與傳統(tǒng)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上有較大不同，目前針對該類電機(jī)尚沒有成熟的設(shè)計(jì)方法，因此，需要對該電機(jī)進(jìn)行合理的電磁設(shè)計(jì)，使得這樣一種特殊結(jié)構(gòu)的新型電機(jī)具有最大的功率與轉(zhuǎn)矩密度，且具有盡可能高的力能指標(biāo)，減輕推進(jìn)系統(tǒng)的重量。 主要技術(shù)指標(biāo) 額定功率：11kW；供電頻率：40Hz；轉(zhuǎn)速：800r/min
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前水下航行器的對轉(zhuǎn)螺旋槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用如下方式： 第一種，單臺常規(guī)電機(jī)+復(fù)雜的行星減速器傳動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)雙螺旋槳旋轉(zhuǎn)，由于具有復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，其機(jī)械傳動(dòng)部分比較復(fù)雜，且機(jī)械傳動(dòng)效率較低。第二種，采用特殊結(jié)構(gòu)的永磁直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。該類電機(jī)的運(yùn)行原理與常規(guī)永磁直流電機(jī)完全相同，只是讓常規(guī)直流電機(jī)的定子也旋轉(zhuǎn)從而變成了外轉(zhuǎn)子。 本作品與上述兩種傳動(dòng)方式相比較具有如下優(yōu)勢： 1，只用單臺電機(jī)就實(shí)現(xiàn)了同速異向旋轉(zhuǎn)的雙機(jī)械量輸出，與第一種方案相比，取消了復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)可直接用于驅(qū)動(dòng)雙螺旋槳；減小了整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的體積和重量，提高了水下航行器的續(xù)航能力，降低了系統(tǒng)成本，同時(shí)降低了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，運(yùn)行更加安全可靠。 2，本電機(jī)的一個(gè)定子和兩個(gè)轉(zhuǎn)子均直接參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，與目前用得較多的水下航行器推進(jìn)用永磁直流電動(dòng)機(jī)相比，取消了純粹用于機(jī)械支撐的外機(jī)械定子，特別是取消了永磁直流電動(dòng)機(jī)所需的換向器和電刷滑環(huán)組件，電機(jī)體積減小，成本降低，而且提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
作品所處階段
- 目前處在實(shí)驗(yàn)室研究階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 樣機(jī)實(shí)物、現(xiàn)場演示、錄像、圖紙、圖片。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品可應(yīng)用在各種水下航行器及小型水面船只中，大大簡化推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、減小體積、降低重量、從而提高水下航行器的續(xù)航能力；另外，本作品采用逆變電源直接對定子繞組供電，沒有電刷滑環(huán)裝置，可以減小噪聲，并使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。眾所周知，續(xù)航能力和可靠性是水下航行器最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)，而本作品恰恰對這兩個(gè)重要的性能指標(biāo)有明顯的改善，因此，可以相信本作品將會具有非常廣闊的應(yīng)用前景，以及重大的經(jīng)濟(jì)效益，而在軍事安全、科學(xué)探索等重要領(lǐng)域的應(yīng)用所產(chǎn)生社會效益將會是更加巨大。
同類課題研究水平概述
- 最近幾年，具有單電量輸入、雙機(jī)械口輸出的新概念電機(jī)（即雙轉(zhuǎn)子電機(jī)）受到越來越多的關(guān)注,具有非常廣泛的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為國內(nèi)外電機(jī)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)之一。2002年德國Esslingen大學(xué)的Eugen Nolle教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，研制了一種內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)；同年美國Wisconsin大學(xué)的Thomas A. Lipo教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組也研制了一種內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，但他們所研制的電機(jī)均為同向旋轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，無法作為水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋漿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)電機(jī)。目前所公開的異向旋轉(zhuǎn)電機(jī)均不是單一電端口輸入形式的，部分采用雙軸非同心式輸出，所以也無法應(yīng)用在對轉(zhuǎn)螺旋槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而能實(shí)現(xiàn)單端同心式輸出的電機(jī)大多采用兩組（或多組）電源對兩套（或多套）繞組供電，實(shí)現(xiàn)雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)輸出。 國內(nèi)對雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的研究起步較晚，現(xiàn)有的研究工作主要針對傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，即定子作為外轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)“雙轉(zhuǎn)子”結(jié)構(gòu)。例如，杭州工業(yè)大學(xué)的馮浩等人在2002年提出了一種外定子內(nèi)雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型；2005年華南理工大學(xué)鄧志君等人針對汽車用雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)進(jìn)行了研究?，F(xiàn)有對轉(zhuǎn)螺旋槳電動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)所采用的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)為我國包頭長安永磁電機(jī)研發(fā)有限公司生產(chǎn)的雙轉(zhuǎn)子永磁直流電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)就是將直流電機(jī)的定子作為外轉(zhuǎn)子，因此具有換向器、滑環(huán)和兩套電刷裝置，電機(jī)的運(yùn)行可靠性大大降低了，同時(shí)也使得電機(jī)成本較高、結(jié)構(gòu)仍顯復(fù)雜，加之純粹用于機(jī)械支撐的外機(jī)械定子，使得電機(jī)的體積仍然較大?？梢灶A(yù)見未來水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋漿的推進(jìn)系統(tǒng)將會向著結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、體積更小、性能更好的方向發(fā)展，而本作品符合這種發(fā)展的需求。 我們委托遼寧省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所（國家一級）對本作品同類研究進(jìn)行查新得出如下結(jié)論：以“采用單電口輸入，電機(jī)定子內(nèi)外圓周開槽并嵌放特殊型式的環(huán)型交叉式繞組結(jié)構(gòu)，同時(shí)在電機(jī)的內(nèi)外氣隙中產(chǎn)生同速異向的電樞旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了單電口輸入雙機(jī)械口輸出”為查新特點(diǎn)的“雙螺旋漿推進(jìn)用永磁電機(jī)”，在國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索中未見報(bào)道。
