專利名稱：水下航行器推進用內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)永磁同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋槳推進系統(tǒng)的電機，特別涉及一種水下航 行器推進用內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)永磁同步電機。
背景技術(shù)：
目前，公知的水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋槳推進電機為雙轉(zhuǎn)子直流電機，該種電機需要兩套電 刷和滑環(huán)結(jié)構(gòu)，這使得電機的可靠性降低，機械體積、重量、維護難度和成本增加。

實用新型內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有雙轉(zhuǎn)子直流電機作為水下航行器推行電機的不足，本實用新型提供了一種 水下航行器推進用內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)永磁同步電機，該電機去省掉了電刷和滑環(huán)裝置，在 保證輸出同速異向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的同時實現(xiàn)了無刷化，提高了水下航行器推進系統(tǒng)的整體性能。
本實用新型采用如下方案該永磁同步電機包括定子、內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子、外永磁轉(zhuǎn)子、空心 軸、實心軸、定子前端蓋、定子后端蓋、外轉(zhuǎn)子后端蓋、機殼前端蓋、機殼后端蓋、軸承、 前軸承端蓋、機殼、外接線孔等。其中實心軸和空心軸同心，實心軸左端由內(nèi)向外依次裝配 有內(nèi)轉(zhuǎn)軸前軸承、定子前端蓋、外轉(zhuǎn)軸前軸承、空心軸，機殼軸承，機殼軸承前端蓋，實心 軸右端由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)轉(zhuǎn)軸后軸承、定子后端蓋、外轉(zhuǎn)軸后軸承、外轉(zhuǎn)子后端蓋、機 殼后端蓋，實心軸中部沿垂直方向由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子、定子、外永磁轉(zhuǎn)子和機 殼。內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子固定于實心軸上，定子中間穿有一個連接件，起到緊固定子硅鋼片的作用， 該連接件左端固定在定子前端蓋上，右端固定在定子后端蓋上。定子后端蓋靠近軸承處設(shè)置 一個外接線孔，通過該孔變頻器向內(nèi)部的定子繞組直接供電，外永磁轉(zhuǎn)子左端與空心軸相連， 右端和外轉(zhuǎn)軸后端蓋相連，定子和外永磁轉(zhuǎn)子由于采用了兩端固定的方式，增強電機運行時 的機械穩(wěn)定性。
所述電機定子內(nèi)圓壁和外圓壁均勻開槽，嵌放單饋電環(huán)型交叉定子繞組，選取定子內(nèi)側(cè) 槽和外側(cè)槽嵌放的繞組中的任意兩相繞組，在定子端部交叉互換位置形成單饋電環(huán)型交叉定 子繞組。內(nèi)外圓周均勻開徑向槽，嵌放單饋電環(huán)型交叉式三相定子繞組。環(huán)形繞組相比傳統(tǒng) 繞組端部較短，尤其是極數(shù)少半徑大的電機，這樣提高了繞組的利用率，減小了端部漏抗， 使整個電機的性能得到提高。選取定子內(nèi)側(cè)槽和外側(cè)槽嵌放的繞組中的任意兩相繞組，在定 子端部交叉互換它們位置，使得內(nèi)側(cè)繞組和外側(cè)繞組的相序相反，當(dāng)通入一組交流電時，可在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)氣隙和外側(cè)氣隙分別產(chǎn)生同速逆向旋轉(zhuǎn)磁場，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子逆向旋轉(zhuǎn)，又由于該 電機定子兩側(cè)繞組極數(shù)相同，則定子內(nèi)側(cè)氣隙和外側(cè)氣隙磁場旋轉(zhuǎn)速度相同方向相反，所以 內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子和外永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度相同方向相反，而且兩個轉(zhuǎn)子所輸出的機械功率也可以是 不相同的。內(nèi)外轉(zhuǎn)子采用永磁體面貼式(或插入式)結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)子的機械輸出采用單端同 心式雙軸結(jié)構(gòu)。
本實用新型的有益效果是采用內(nèi)外兩個轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳(槳葉傾斜角相反)， 這能使得兩個螺旋槳在產(chǎn)生推進力的同時，互相抵消圓周方向產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，從而有效避 免了水下航行器的側(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。實現(xiàn)了水 下航行器對轉(zhuǎn)螺旋槳推進系統(tǒng)用雙轉(zhuǎn)子電機的無刷化，簡化了應(yīng)用于該領(lǐng)域中雙轉(zhuǎn)子直流電 機的機械結(jié)構(gòu)，提高了運行的可靠性，當(dāng)饋入一組三相對稱交流電即可輸出兩個轉(zhuǎn)速相同轉(zhuǎn) 向相反的機械轉(zhuǎn)矩，并且通過變頻器可以精確的調(diào)節(jié)雙螺旋槳轉(zhuǎn)動的速度，延續(xù)了該種電機 無軸向力矩的優(yōu)點，同時兼具了永磁同步電動機效率高，轉(zhuǎn)矩密度高等優(yōu)點。


圖1為本實用新型電機結(jié)構(gòu)示意圖2為本實用新型電機定子環(huán)型交叉繞組端部連線示意圖
圖3為本實用新型電機定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
(a) 電流相位w戶0。時定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
(b) 電流相位《^=30°時定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
(c) 電流相位w^60。時定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
(d) 電流相位《/=90°時定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
(e) 電流相位ft)^120。時定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
(f) 電流相位cy戶150。時定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖
圖1中1機殼，2實心軸，3空心軸，4定子前端蓋，5機殼軸承前端蓋，6內(nèi)永磁
轉(zhuǎn)子，7內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體，8定子，9機殼前端蓋，10定子連接件，11外轉(zhuǎn)子永磁體，
12外永磁轉(zhuǎn)子，13外部固定件，14機殼后端蓋，15外轉(zhuǎn)子后端蓋，16定子后端蓋，
17外接線孔，18外轉(zhuǎn)軸后軸承，19機殼軸承，20外轉(zhuǎn)子前軸承，21內(nèi)轉(zhuǎn)子前軸承，
22內(nèi)轉(zhuǎn)軸后軸承。 具體設(shè)施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型電機做進一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本實用新型的電機結(jié)構(gòu)示意圖，實心軸2和空心軸3同心，實心軸2左端 由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)轉(zhuǎn)軸前軸承21、定子前端蓋4、外轉(zhuǎn)軸前軸承20、空心軸3，機殼軸 承19,機殼軸承前端蓋5，實心軸2右端由內(nèi)向外依次安裝為內(nèi)轉(zhuǎn)軸后軸承22、定子后端蓋 16、外轉(zhuǎn)軸后軸承18、外轉(zhuǎn)子后端蓋15、機殼后端蓋14,實心軸中部沿垂直方向由內(nèi)向外 依次裝配有內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子6、定子8、外永磁轉(zhuǎn)子12和機殼1，內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子6固定于實心軸2 上，定子8中間穿有一個連接件10，這個連接件10起到緊固定子硅鋼片的作用，該連接件 10左端裝配在定子前端蓋4上，右端裝配在定子后端蓋16上，定子后端蓋16靠近軸承處設(shè) 置一個外接線孔17,通過該孔變頻器向內(nèi)部的定子繞組直接供電。外永磁轉(zhuǎn)子12左端通過 螺釘與空心軸3相連，右端通過螺釘和外轉(zhuǎn)軸后端蓋15相連。定子8、定子前端蓋4、定子 后端蓋16和定子連接件10共同組成定子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，空心軸3、外永磁轉(zhuǎn)子12和外轉(zhuǎn)子后 端蓋15共同組成外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子6和實心軸2共同組成內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)，實心軸2長于空心軸3。
在內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和靜止的定子系統(tǒng)之間分別放置內(nèi)轉(zhuǎn)子前軸承21和內(nèi)轉(zhuǎn)軸后軸承22; 在靜止的定子系統(tǒng)和外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)之間分別放置外轉(zhuǎn)軸前軸承20和外轉(zhuǎn)軸后軸承18;兩 組軸承系統(tǒng)將內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、靜止的定子系統(tǒng)和外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)巧妙地分離開來，保證了 各自獨立穩(wěn)定運行，是實現(xiàn)雙機械口輸出的關(guān)鍵，另外，位于外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和機殼4之間 的機殼軸承起到了支撐和定位外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用。由于定子和外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)均采用兩 組軸承支撐雙端固定的結(jié)構(gòu)，這使得電機整體的穩(wěn)定性得到了極大的提升，可以使電機輸出 較大的功率，并可在較高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行，拓展了該電機的應(yīng)用領(lǐng)域。
圖2為定子環(huán)型交叉繞組端部連線示意圖，以6極36槽電機為例，畫出了該電機環(huán)型交 叉繞組端部接線，圖中A-X、 B-Y、 C-Z分別為三相繞組的接頭，上層槽和下層槽分別為定子 內(nèi)圓壁表面的開槽和外圓壁表面的開槽，從圖中可以看出，上層槽和下層槽中的B和C相繞 組在定子端部處交叉互換位置，這使得上層槽和下層槽中繞組相序相反，也就是定子內(nèi)圓壁 和外圓壁槽內(nèi)的繞組相序相反。這樣當(dāng)饋入一組三相對稱交流電時，在定子兩側(cè)的氣隙中可 以產(chǎn)生兩個異向同速旋轉(zhuǎn)的磁場，從而驅(qū)動兩轉(zhuǎn)子從兩個機械口輸出異向轉(zhuǎn)矩。
圖3為定子單饋電環(huán)型交叉繞組所產(chǎn)生的異向旋轉(zhuǎn)磁場分布圖。以6極電機為例，當(dāng)定 子繞組通入三相對稱電流時，隨電流相位(或時間)改變，在定子內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的磁場方向(短 粗箭頭)以順時針旋轉(zhuǎn)，而定子外側(cè)產(chǎn)生的磁場方向(細(xì)長箭頭)以逆時針旋轉(zhuǎn)，且兩個旋 轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度相同。
權(quán)利要求1.一種水下航行器推進用內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)永磁同步電機，包括定子(8)、內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子(6)、外永磁轉(zhuǎn)子(12)、空心軸(3)、實心軸(2)、定子前端蓋(4)、定子后端蓋(16)、外轉(zhuǎn)子后端蓋(15)、機殼前端蓋(9)、機殼后端蓋(14)、軸承、前軸承端蓋(5)、機殼(1)和外接線孔(17)，其特征是所述的實心軸(2)和所述的空心軸(3)同心，實心軸(2)左端由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)轉(zhuǎn)軸前軸承(21)、定子前端蓋(4)、外轉(zhuǎn)軸前軸承(20)、空心軸(3)，機殼軸承(19)和機殼軸承前端蓋(5)，實心軸(2)右端由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)轉(zhuǎn)軸后軸承(22)、定子后端蓋(16)、外轉(zhuǎn)軸后軸承(18)、外轉(zhuǎn)子后端蓋(15)和機殼后端蓋(14)，實心軸(2)中部沿垂直方向由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子(6)、定子(8)、外永磁轉(zhuǎn)子(12)和機殼(1)，所述的內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子(6)固定于實心軸(2)上；所述的定子(8)中間穿有一個連接件(10)，該連接件(10)左端固定在定子前端蓋(4)上，右端固定在定子后端蓋(16)上；所述的外永磁轉(zhuǎn)子(12)左端與空心軸(3)相連，右端和外轉(zhuǎn)軸后端蓋(15)相連；所述的定子(8)內(nèi)圓壁和外圓壁均勻開槽，嵌放單饋電環(huán)型交叉定子繞組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器推進用內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)永磁同步電機，其特征是所 述的單饋電環(huán)型交叉定子繞組，選取定子(8)內(nèi)側(cè)槽和外側(cè)槽嵌放的繞組中的任意兩相 繞組，在定子(8)端部交叉互換位置形成單饋電環(huán)型交叉定子繞組。
專利摘要一種水下航行器推進用內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)永磁同步電機，涉及一種用于水下航行器對轉(zhuǎn)螺旋槳推進系統(tǒng)的電機，該永磁同步電機實心軸和空心軸同心，實心軸左端由內(nèi)向外依次裝配有內(nèi)轉(zhuǎn)軸前軸承、定子前端蓋、外轉(zhuǎn)軸前軸承、空心軸，機殼軸承，機殼軸承前端蓋，定子中間穿有一個連接件，起到緊固定子硅鋼片的作用，該連接件左端固定在定子前端蓋上，右端固定在定子后端蓋上。本實用新型的有益效果是采用內(nèi)外兩個轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳，這能使得兩個螺旋槳在產(chǎn)生推進力的同時，互相抵消圓周方向產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，從而有效避免了水下航行器的側(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。
文檔編號H02K16/02GK201278487SQ20082021824
公開日2009年7月22日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者鑫 劉, 劉光偉, 張鳳閣, 陳進華 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)