本發(fā)明涉及螺旋槳技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形電機(jī)的共軸異向雙螺旋槳裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于水下航行器如果只采用單螺旋槳推進(jìn)，水的反作用力作用于漿葉，除產(chǎn)生使航行器前行的推動(dòng)力外，還會(huì)產(chǎn)生圓周方向的旋轉(zhuǎn)力矩。因此，航行器的前進(jìn)姿態(tài)亦很難保持，從而影響航行器的前行和系統(tǒng)的整體推進(jìn)效率。故用螺旋槳推進(jìn)的魚雷或遠(yuǎn)程自航水雷大多異轉(zhuǎn)向雙螺旋槳結(jié)構(gòu)，兩個(gè)螺旋槳位于同一軸線，且特別要求兩組螺旋槳以同樣的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩反方向旋轉(zhuǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)有：后槳可完全或者部分吸收前槳尾流的旋轉(zhuǎn)能量，從而獲得較高的推進(jìn)效率；兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)共同產(chǎn)生使水下航行器前行的推動(dòng)力，它們產(chǎn)生的圓周方向的旋轉(zhuǎn)力矩互相抵消，從而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。

在航空方面，用在飛機(jī)上的螺旋槳大部分都是對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳。這是因?yàn)閱谓M槳葉的設(shè)計(jì)會(huì)使飛機(jī)因螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反向扭轉(zhuǎn)力矩而發(fā)生偏航，工程師通常是通過調(diào)節(jié)副翼來“配平”這種翻轉(zhuǎn)力，也就是讓飛機(jī)左右副翼俯仰角不同，產(chǎn)生一個(gè)克服翻轉(zhuǎn)的力，最終使飛機(jī)保持水平。但這個(gè)翻轉(zhuǎn)力的大小是隨著飛行速度、飛行方向甚至風(fēng)向的變化而變化的，所以副翼必須跟著調(diào)節(jié)，這就加大了副翼設(shè)計(jì)的技術(shù)難度。采用兩組反向螺旋槳同軸串列的設(shè)計(jì)就可以使這兩組螺旋槳產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩互相平衡，飛機(jī)就不會(huì)受到側(cè)翻的力，從而有助于飛機(jī)飛行的穩(wěn)定性。在對(duì)轉(zhuǎn)槳和常規(guī)單槳直徑相同的情況下，對(duì)轉(zhuǎn)槳最佳轉(zhuǎn)速比普通單槳要小很多，對(duì)轉(zhuǎn)槳的最佳直徑比普通單槳也要小。

目前國(guó)內(nèi)、外所采用的電驅(qū)動(dòng)雙螺旋槳裝置主要有三類：

1.由兩臺(tái)獨(dú)立的常規(guī)交流或直流電機(jī)拖動(dòng)兩個(gè)螺旋槳異向旋轉(zhuǎn)，這種驅(qū)動(dòng)方式原理比較簡(jiǎn)單，但傳動(dòng)系統(tǒng)成本較高。目前此類驅(qū)動(dòng)裝置在大型船舶推進(jìn)系統(tǒng)中廣泛使用。

2.由單臺(tái)常規(guī)交流或直流電機(jī)+復(fù)雜的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，其復(fù)雜的齒輪減速器傳動(dòng)系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)機(jī)械減速，又要完成從一個(gè)機(jī)械口輸入到兩個(gè)機(jī)械口輸出的“機(jī)械裂變”，然后通過內(nèi)、外推進(jìn)軸直接帶動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其機(jī)械傳動(dòng)部分比較復(fù)雜，且機(jī)械傳動(dòng)效率較低。

3.采用特殊結(jié)構(gòu)的永磁直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，目前我國(guó)包頭長(zhǎng)安永磁電機(jī)研發(fā)有限公司生產(chǎn)的電機(jī)，并已經(jīng)在水下航行器推進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用。電機(jī)結(jié)構(gòu)由里向外依次為“內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、定子”，機(jī)械輸出形式為單端雙軸同心式輸出。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)永磁直流電機(jī)的定子也旋轉(zhuǎn)，變成外轉(zhuǎn)子，而在電機(jī)的最外面增加了不參與機(jī)電能量變換，只用于機(jī)械支撐的外機(jī)械定子。這是包括魚雷和遠(yuǎn)程自航水雷在內(nèi)的中小型對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳水下航行器中用得最多的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。與前兩種情況相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到一定的簡(jiǎn)化，體積和重量在一定程度上得以減小，然而具有換向器、滑環(huán)和兩套電刷裝置，一方面大大降低了電機(jī)的運(yùn)行可靠性；另一方面電機(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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種基于環(huán)形外轉(zhuǎn)子電機(jī)的共軸異向雙螺旋槳裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，該裝置可以很容易實(shí)現(xiàn)多槳共軸設(shè)計(jì)，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采樣如下技術(shù)方案：

一種基于環(huán)形電機(jī)的共軸異向雙螺旋槳裝置，包括對(duì)稱設(shè)置在螺旋槳兩側(cè)結(jié)構(gòu)相同的第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4，第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4均包括空心圓柱狀的電機(jī)定子1，電機(jī)定子1的外壁上均勻的纏繞著多個(gè)線圈13，電機(jī)定子1的內(nèi)壁與軸承5外環(huán)固連；電機(jī)轉(zhuǎn)子2由兩個(gè)相互嵌套的筒狀結(jié)構(gòu)和一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，且兩個(gè)相互嵌套的筒狀結(jié)構(gòu)由環(huán)形結(jié)構(gòu)在筒狀結(jié)構(gòu)的端部固連在一起，電機(jī)轉(zhuǎn)子2內(nèi)部的筒狀結(jié)構(gòu)從軸承5的中心穿過，且與軸承5的內(nèi)環(huán)固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子2外部的筒狀結(jié)構(gòu)套在電機(jī)定子1的外面，且內(nèi)壁上鑲嵌有磁片14，電機(jī)定子1、電機(jī)轉(zhuǎn)子2和軸承5均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且對(duì)稱軸重合，H型結(jié)構(gòu)支架11的中心穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子2和軸承5的中心，兩側(cè)與電機(jī)定子1固連；

第一環(huán)形電機(jī)3的電機(jī)轉(zhuǎn)子2的環(huán)形結(jié)構(gòu)底部與第一螺旋槳7固連，第二環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子2的環(huán)形結(jié)構(gòu)底部與第二螺旋槳8固連，H型結(jié)構(gòu)支架11的中心穿過第一螺旋槳7和第二螺旋槳8的中部，將第一螺旋槳7和第二螺旋槳8分為對(duì)稱的兩部分，所述第一螺旋槳7與第二螺旋槳8的旋轉(zhuǎn)方向相反；第一環(huán)形電機(jī)3通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊9相連，第二環(huán)形電機(jī)4通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊10相連。

所述電機(jī)定子1和電機(jī)轉(zhuǎn)子2均為空心結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)支架11能夠從中穿過。所述第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4旋轉(zhuǎn)軸延長(zhǎng)線相互重合。

所述H型結(jié)構(gòu)支架11為中空結(jié)構(gòu)，第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線能夠從中穿過。

所述基于環(huán)形電機(jī)的共軸異向雙螺旋槳裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的方法，包括如下步驟：

步驟1：第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊9通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線給第一環(huán)形電機(jī)3的電機(jī)定子1上的線圈13通入電流，線圈13產(chǎn)生磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子2帶動(dòng)第一螺旋槳7旋轉(zhuǎn)；

步驟2：與步驟1同步啟動(dòng)，第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊10通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線給第二環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)定子1上的線圈13通入電流，線圈13產(chǎn)生磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子2帶動(dòng)第二螺旋槳8旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向與第一螺旋槳7的旋轉(zhuǎn)方向相反。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)共軸異向雙螺旋裝置的優(yōu)點(diǎn)，是將電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，電機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線可以從電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子中穿過，該裝置可以很容易實(shí)現(xiàn)多槳共軸設(shè)計(jì)，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1本發(fā)明共軸異向雙螺旋槳裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2螺旋槳結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3本發(fā)明環(huán)形電機(jī)俯視剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種基于環(huán)形電機(jī)的共軸異向雙螺旋槳裝置，包括對(duì)稱設(shè)置在螺旋槳兩側(cè)結(jié)構(gòu)相同的第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4，第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4均包括空心圓柱狀的電機(jī)定子1，電機(jī)定子1的外壁上均勻的纏繞著多個(gè)線圈13，電機(jī)定子1的內(nèi)壁與軸承5外環(huán)固連；電機(jī)轉(zhuǎn)子2由兩個(gè)相互嵌套的筒狀結(jié)構(gòu)和一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，且兩個(gè)相互嵌套的筒狀結(jié)構(gòu)由環(huán)形結(jié)構(gòu)在筒狀結(jié)構(gòu)的端部固連在一起，電機(jī)轉(zhuǎn)子2內(nèi)部的筒狀結(jié)構(gòu)從軸承5的中心穿過，且與軸承5的內(nèi)環(huán)固連，電機(jī)轉(zhuǎn)子2外部的筒狀結(jié)構(gòu)套在電機(jī)定子1的外面，且內(nèi)壁上鑲嵌有磁片14，電機(jī)定子1、電機(jī)轉(zhuǎn)子2和軸承5均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且對(duì)稱軸重合，H型結(jié)構(gòu)支架11的中心穿過電機(jī)轉(zhuǎn)子2和軸承5的中心，兩側(cè)與電機(jī)定子1固連；第一環(huán)形電機(jī)3的電機(jī)轉(zhuǎn)子2的環(huán)形結(jié)構(gòu)底部與第一螺旋槳7固連，第二環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子2的環(huán)形結(jié)構(gòu)底部與第二螺旋槳8固連，H型結(jié)構(gòu)支架11的中心穿過第一螺旋槳7和第二螺旋槳8的中部，將第一螺旋槳7和第二螺旋槳8分為對(duì)稱的兩部分，所述第一螺旋槳7與第二螺旋槳8的旋轉(zhuǎn)方向相反；第一環(huán)形電機(jī)3通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊9相連，第二環(huán)形電機(jī)4通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊10相連。

所述電機(jī)定子1和電機(jī)轉(zhuǎn)子2均為空心結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)支架11能夠從中穿過。

所述第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4旋轉(zhuǎn)軸延長(zhǎng)線相互重合。

所述H型結(jié)構(gòu)支架11為中空結(jié)構(gòu)，第一環(huán)形電機(jī)3和第二環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線能夠從中穿過。

如圖1所示，本發(fā)明基于環(huán)形電機(jī)的共軸異向雙螺旋槳裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的方法：

步驟1：第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊9通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線給第一環(huán)形電機(jī)3的電機(jī)定子1上的線圈13通入電流，線圈13產(chǎn)生磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子2帶動(dòng)第一螺旋槳7旋轉(zhuǎn)；

步驟2：與步驟1同步啟動(dòng)，第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊10通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線給第二環(huán)形電機(jī)4的電機(jī)定子1上的線圈13通入電流，線圈13產(chǎn)生磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子2帶動(dòng)第二螺旋槳8旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向與第一螺旋槳7的旋轉(zhuǎn)方向相反。