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基本信息
- 項目名稱：
- 雙螺旋漿推進用新型永磁電機
- 小類：
- 機械與控制
- 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)螺旋槳推進系統(tǒng)，是一種具有單電輸入端口、雙機械輸出端口的全新概念的雙轉(zhuǎn)子電機。當(dāng)該電機通入一組對稱三相電流時，可使雙兩個轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)直驅(qū)雙螺旋槳。
- 詳細介紹：
- 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、時間、成本、效率和可靠性等。為克服現(xiàn)有雙螺旋槳推進電機系統(tǒng)的種種弊端，本作品提出并設(shè)計一種雙螺旋漿推進用新型永磁電機，不僅可大大簡化推進系統(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)，運行更加安全可靠。該電機采用的交叉式環(huán)形繞組，在只通入一組三相對稱電流時，可在定子內(nèi)外兩側(cè)分別產(chǎn)生兩個與內(nèi)外轉(zhuǎn)子相交鏈的異向旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場，此時兩個轉(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。該電機具有單輸入的電端口和兩個獨立的機械輸出口，是一種完全有別于傳統(tǒng)電機的新型機電能量轉(zhuǎn)換裝置。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、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姿態(tài)，提高了系統(tǒng)的運行效率。該種推進結(jié)構(gòu)目前采用的傳動方式有：常規(guī)電機+行星齒輪和雙轉(zhuǎn)子永磁直流電機直驅(qū)。前者由于增加了行星齒輪減速傳動結(jié)構(gòu)，使得整個系統(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，這使得推進系統(tǒng)運行可靠性大大降低。為了解決上述兩種傳動方式存在的不足，本作品設(shè)計了一種水下航行器推進用新型異向旋轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子永磁電機，該電機在只輸入一組三相對稱電流的情況下，可實現(xiàn)內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳，這不僅可大大簡化機械推進系統(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)，運行更加安全可靠。 創(chuàng)新點 1）雙螺旋槳推進用新型永磁電機具有單輸入的電端口和兩個獨立輸出的機械端口，是一種完全有別于常規(guī)電機的全新概念電機。 2）該電機定子內(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)動兩個轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了單電口輸入雙機械口輸出。 技術(shù)關(guān)鍵 由于本作品與傳統(tǒng)電機在結(jié)構(gòu)上有較大不同，目前針對該類電機尚沒有成熟的設(shè)計方法，因此，需要對該電機進行合理的電磁設(shè)計，使得這樣一種特殊結(jié)構(gòu)的新型電機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、先進性
- 目前水下航行器的對轉(zhuǎn)螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)一般采用如下方式： 第一種，單臺常規(guī)電機+復(fù)雜的行星減速器傳動系統(tǒng)拖動雙螺旋槳旋轉(zhuǎn)，由于具有復(fù)雜的齒輪傳動系統(tǒng)，其機械傳動部分比較復(fù)雜，且機械傳動效率較低。第二種，采用特殊結(jié)構(gòu)的永磁直流電動機驅(qū)動。該類電機的運行原理與常規(guī)永磁直流電機完全相同，只是讓常規(guī)直流電機的定子也旋轉(zhuǎn)從而變成了外轉(zhuǎn)子。 本作品與上述兩種傳動方式相比較具有如下優(yōu)勢： 1，只用單臺電機就實現(xiàn)了同速異向旋轉(zhuǎn)的雙機械量輸出，與第一種方案相比，取消了復(fù)雜的機械傳動機構(gòu)，電機可直接用于驅(qū)動雙螺旋槳；減小了整個推進系統(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，同時降低了機械傳動系統(tǒng)運行維護費用，運行更加安全可靠。 2，本電機的一個定子和兩個轉(zhuǎn)子均直接參與機電能量轉(zhuǎn)換，與目前用得較多的水下航行器推進用永磁直流電動機相比，取消了純粹用于機械支撐的外機械定子，特別是取消了永磁直流電動機所需的換向器和電刷滑環(huán)組件，電機體積減小，成本降低，而且提高了電機運行的可靠性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
作品所處階段
- 目前處在實驗室研究階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 樣機實物、現(xiàn)場演示、錄像、圖紙、圖片。
使用說明,技術(shù)特點和優(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性能指標(biāo)，而本作品恰恰對這兩個重要的性能指標(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、雙機械口輸出的新概念電機（即雙轉(zhuǎn)子電機）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)外電機領(lǐng)域新的研究熱點之一。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；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，但他們所研制的電機均為同向旋轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機，無法作為水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋漿驅(qū)動系統(tǒng)的推進電機。目前所公開的異向旋轉(zhuǎn)電機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)動系統(tǒng)，而能實現(xiàn)單端同心式輸出的電機大多采用兩組（或多組）電源對兩套（或多套）繞組供電，實現(xiàn)雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)輸出。 國內(nèi)對雙轉(zhuǎn)子電機的研究起步較晚，現(xiàn)有的研究工作主要針對傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)的改進，即定子作為外轉(zhuǎn)子實現(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)電動機模型；2005年華南理工大學(xué)鄧志君等人針對汽車用雙轉(zhuǎn)子永磁電機進行了研究?，F(xiàn)有對轉(zhuǎn)螺旋槳電動力推進系統(tǒng)所采用的雙轉(zhuǎn)子電機為我國包頭長安永磁電機研發(fā)有限公司生產(chǎn)的雙轉(zhuǎn)子永磁直流電動機，該電機就是將直流電機的定子作為外轉(zhuǎn)子，因此具有換向器、滑環(huán)和兩套電刷裝置，電機的運行可靠性大大降低了，同時也使得電機成本較高、結(jié)構(gòu)仍顯復(fù)雜，加之純粹用于機械支撐的外機械定子，使得電機的體積仍然較大。可以預(yù)見未來水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋漿的推進系統(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)情報研究所（國家一級）對本作品同類研究進行查新得出如下結(jié)論：以“采用單電口輸入，電機定子內(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)，同時在電機的內(nèi)外氣隙中產(chǎn)生同速異向的電樞旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動兩個轉(zhuǎn)子同速異向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了單電口輸入雙機械口輸出”為查新特點的“雙螺旋漿推進用永磁電機”，在國內(nèi)外文獻檢索中未見報道。
