集成一体式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器

技术领域

本发明涉及的是挂桨推进器技术领域，具体涉及集成一体式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器。

背景技术

电动船舶是电动载具的一种，是由电池产生电力推进的船只。电动船舶是在内燃机船舶的基础上发展而来，船上不装配内燃机，所有能量都来自电池，依靠电池电力推进。电动船舶的发展得益于锂离子电池在电动汽车行业的成功，该电池技术也一举成为电动船发展的首要驱动因素。传统柴油机汽油机动力弦外挂机，油机动力体积较大，噪音大，效率较低，环境污染严重。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种集成一体式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器，结构简单，传动效率高，无变速箱油，操作简单，性能可靠；环保零排放，静音效果好，维护需求低，节省了维护时间，营运成本更低，更省钱。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：集成一体式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器，包括水下电机、螺旋桨、中部外壳、固定架旋转座、固定架支架、上部法兰、电机控制器、散热风扇、前操转向销轴、后操手柄、安全钥匙、显示屏、手柄角度调节机构、挂机角度调节机构和固定手柄，水下电机的后端设置有螺旋桨，水下电机通过中部外壳与固定架旋转座相连，固定架旋转座的前端设置有固定架支架，固定架支架上设置手柄角度调节机构，固定架旋转座上端通过上部法兰与电机控制器相连，电机控制器上设置有散热风扇和前操转向销轴，固定架支架上还通过挂机角度调节机构设置有固定手柄相连，电机控制器的前端设置有后操手柄，后操手柄上设置有安全钥匙、显示屏。

作为优选，所述的水下电机包括后轴承、端盖紧固螺钉、转子磁钢、转子铁芯、机壳一体式水翼、前轴承、编码器定子固定螺钉、编码器芯片、编码器磁环、编码器定子、锥形前端盖、编码器低压线束、三相线引出线电缆、机壳、电机主轴、绕组定子铁芯、O型密封圈、后端盖、波形弹簧片和组合式油封，机壳外侧设置有机壳一体式水翼，机壳内部中心设置有电机主轴，电机主轴中部外设置有转子铁芯，转子铁芯外部设置有转子磁钢，由电机主轴、转子铁芯、转子磁钢组成电机转子，电机转子通过前后轴承与前后端盖相联；转子磁钢外部为电机气隙，电机气隙外部、机壳内设置有绕组定子铁芯，绕组定子铁芯与三相线引出线电缆相连，机壳的前后端通过O型密封圈及端盖紧固螺钉分别与锥形前端盖、后端盖密封固定，电机主轴的后端通过后轴承、波形弹簧片和组合式油封与后端盖配合，电机主轴的前端通过前轴承与机壳配合，编码器磁环设置在电机主轴的前端，编码器磁环外部设置有编码器芯片，编码器芯片与编码器定子相连，编码器定子通过编码器定子固定螺钉固定在机壳上，编码器定子与编码器低压线束相连。

作为优选，所述的锥形前端盖采用低水阻式的锥头。

作为优选，所述的机壳设计成出线口与主安装杆一体式机壳。

作为优选，所述的锥形前端盖与机壳内止口采用双密封圈密封装置，并在止口端面涂耐腐蚀密封胶；后端盖与机壳内止口采用双密封圈密封装置，并在止口端面涂耐腐蚀密封胶。

作为优选，所述的电机控制器内设置有电气元件控制模块。电气元件控制模块由:电机控制器、GPS定位系统模块、DC-DC模块、T-BOX船联网模块、VCU模块组成，并集成一体。

作为优选，所述的后操手柄上设置有加速转动手柄。

作为优选，所述的绕组定子铁芯与机壳采用导热硅脂涂装.

作为优选，所述的转子磁钢采用稀土永磁材料，转矩密度更高，同重量下功率更大。

本发明的有益效果：

1、本发明的集成式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器是由水下直驱永磁驱动电机、电机控制器总成、固定架及固定架支架要、操作手柄、挂机固定手柄、挂桨机架、螺旋桨组合一体，外挂在船尾，直驱永磁驱动电机与螺旋桨相联，直接伸入水中，由直驱永磁驱动电机带动螺旋桨旋转，将水推向船后，利用水的反作用力推船前进，螺旋桨构造简单、重量轻、效率高，在水线以下受到很好的保护而经久耐用，可以转动操作手柄，操作手柄与挂浆机架联接，挂浆机架通过旋转轴承与挂浆机架的固定架联接，从而实现固定架不动，操作手柄和直驱永磁驱动电机与螺旋桨可以同时转动。当转动操作手柄时，挂浆机架连同直驱永磁驱动电机与螺旋桨同时转动，从而改变螺旋桨推水的方向，使船转向。另外，电机控制器可以控制电机实现反转，螺旋桨反转，产生相反推力，使船舶倒退行驶。无机械换档装置，没有机械故障，运行可靠性提高，维护方便。

2、本发明的集成式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器，直驱永磁驱动电机直接进入水中或海水中，冷却性最优，冷却效果优异，电机的散热好，功率密度大大提高，相比同功率永磁电机，体积小重量轻效率更高。水下直驱，没有减速机构，系统效率更高，噪音更低，可靠性更高。同时采用高导磁不等气隙磁路，功率密度更高，可使螺旋浆产生更大推力。直驱永磁驱动电机设有编码器，可以提高效率达到节能效果。编码器理论在整个调速范围内都能准确提供电机转子位置信息，控制系统能以最优角度驱动电机从而获取最大转矩电流比。直驱永磁驱动电机的控制器主板上的并联驱动管采用5个，整机带载能力更强，温升更低，效率更高。

3、直驱永磁驱动电机前端设计成低水阻式的锥头，电机机壳设计成出线口与主安装杆一体式机壳，前端盖为锥头式端盖，可以大大减小船行阻力。前端盖与机壳内止口采用双密封圈密封装置，并在止口端面涂耐腐蚀密封胶。同样的后端即螺旋浆端，后端盖与机壳内止口采用双密封圈密封装置，并在止口端面涂耐腐蚀密封胶，密封性能优异。

4、在电机控制器总成内设置有电气元件控制模块。电气元件控制模块由:电机控制器、GPS定位系统模块、DC-DC(12VDC/5VDC)模块、T-BOX船联网模块、VCU模块组成，并集成一体。另外，外置显示屏、散热风扇、DC-DC(64VDC/12VDC)模块。形成高集成化，空间占用少，结构紧凑，整个外壳由薄钢板成形防护，屏蔽效果好，抗干扰能力强，系统运行可靠安全。

5、本发明的集成一体式大推力水下直驱永磁驱动电机挂浆推进器做到了小型化、轻量化，可以在一艘船上同时挂二个推进器，最高航速可提高一倍，或可驱动更大的电动船。同样机以同时挂四个推进器，航速更高，或可驱动更大的电动船。动力系统可模块化，可实现规模化生产，制造成本大大降低，产品可靠性提高，同时，动力系统拆卸方便，更便于电动船的装备、维护保养。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的水下电机结构剖视图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-5，本具体实施方式采用以下技术方案：集成一体式高功率密度水下直驱永磁驱动电机挂桨推进器，包括水下电机1、螺旋桨2、中部外壳3、固定架旋转座4、固定架支架5、上部法兰6、电机控制器7、散热风扇8、前操转向销轴9、后操手柄10、安全钥匙11、显示屏12、手柄角度调节机构13、挂机角度调节机构14和固定手柄15，水下电机1的后端设置有螺旋桨2，水下电机1通过中部外壳3与固定架旋转座4相连，固定架旋转座4的前端设置有固定架支架5，固定架支架5上设置手柄角度调节机构13，固定架旋转座4上端通过上部法兰6与电机控制器7相连，电机控制器7上设置有散热风扇8和前操转向销轴9，固定架支架5上还通过挂机角度调节机构14设置有固定手柄15相连，电机控制器7的前端设置有后操手柄10，后操手柄10上设置有安全钥匙11、显示屏12。

值得注意的是，所述的水下电机1包括后轴承1-1、端盖紧固螺钉1-2、转子磁钢1-3、转子铁芯1-4、机壳一体式水翼1-5、前轴承1-6、编码器定子固定螺钉1-7、编码器芯片1-8、编码器磁环1-9、编码器定子1-10、锥形前端盖1-11、编码器低压线束1-12、三相线引出线电缆1-13、机壳1-14、电机主轴1-15、绕组定子铁芯1-16、O型密封圈1-17、后端盖1-18、波形弹簧片1-19和组合式油封1-20，机壳1-14外侧设置有机壳一体式水翼1-5，机壳1-14内部中心设置有电机主轴1-15，电机主轴1-15中部外设置有转子铁芯1-4，转子铁芯1-4外部设置有转子磁钢1-3，由电机主轴1-15、转子铁芯1-4、转子磁钢1-3组成电机转子，电机转子通过前后轴承与前后端盖相联；转子磁钢1-3外部为电机气隙，电机气隙外部、机壳1-14内设置有绕组定子铁芯1-16，绕组定子铁芯1-16与三相线引出线电缆1-13相连，机壳1-14的前后端通过O型密封圈1-17及端盖紧固螺钉1-2分别与锥形前端盖1-11、后端盖1-18密封固定，电机主轴1-15的后端通过后轴承1-1、波形弹簧片1-19和组合式油封1-20与后端盖1-18配合，电机主轴1-15的前端通过前轴承1-6与机壳1-14配合，编码器磁环1-9设置在电机主轴1-15的前端，编码器磁环1-9外部设置有编码器芯片1-8，编码器芯片1-8与编码器定子1-10相连，编码器定子1-10通过编码器定子固定螺钉1-7固定在机壳1-14上，编码器定子1-10与编码器低压线束1-12相连。有绕组定子铁芯与机壳采用导热硅脂涂装，消除铁芯冲片与机壳间的间隙，使铁芯的损耗热量更快速的通过机壳传到机壳外面的海水或河水中。优化的槽极配合，余弦气隙磁路，气隙磁场谐波更小，谐波损耗小，效率高，功率密度高。

值得注意的是，所述的锥形前端盖1-11采用低水阻式的锥头。

值得注意的是，所述的机壳1-14设计成出线口与主安装杆一体式机壳。

值得注意的是，所述的锥形前端盖1-11与机壳1-14内止口采用双密封圈密封装置，并在止口端面涂耐腐蚀密封胶；后端盖1-18与机壳1-14内止口采用双密封圈密封装置，并在止口端面涂耐腐蚀密封胶。

值得注意的是，所述的电机控制器7内设置有电气元件控制模块。电气元件控制模块由:电机控制器、GPS定位系统模块、DC-DC模块、T-BOX船联网模块、VCU模块组成，并集成一体。

值得注意的是，所述的后操手柄10上设置有加速转动手柄。

值得注意的是，所述的绕组定子铁芯1-16与机壳1-14采用导热硅脂涂装.

此外，所述的转子磁钢1-3采用高性能稀土永磁材料，转矩密度更高，同重量下功率更大。

本具体实施方式在操控手柄上设有加速转动手柄(加速油门)、控制屏幕。控制屏幕可以实现多种操作功能，包括启动，转向，停止，角度调整和倾斜。停船后，在使用后，可将螺旋桨提升到水面以上。根据船只选择合适轴长度的机架。螺旋桨的顶部应该在水下100毫米至150毫米之间。集成一体式水下直驱永磁驱动电机挂浆推进器设备应安装在船只中心线上，当电池连接良好并打开时，旋转手柄把手，以增加电机转速和输出功率。本发明电机默认最大前进功率3kw，最大倒退功率1.5kw。可以通过手把顺或逆时针旋转来控制前进或后退。初次运行时，将手柄握把转到零度位置。将电池连接到设备。打开电源主开关。慢慢转动手柄握把，启动设备。如果不能马上使用设备，需将尾轴螺旋桨提升至水面以上，否则可能会发生侵蚀。另外，还建议涂上保护涂层。

本具体实施方式的操控手柄上设有加速转动手柄，加速转动手柄内提供控制信号给电机控制器，达到可控制电机正反转，从而达到螺旋浆的正反转，实现电动船的前进和倒退车。通过转动加速手柄手把顺或逆时针旋转来控制前进或后退可灵活加减速，同时方便转动操控手柄，控制船行方向。永磁驱动电机设有正反转，通过手把逆时针旋转，可以反转倒车，这点优于柴油机、汽油机的弦外挂机。柴油机、汽油机的弦外挂机只能一个方向转动，需要换向机构来实现螺旋浆反转倒车。

传联网T-BOX模块，又称为电动船远程信息处理器，传联网T-BOX模块的作用，将采集到的电推数据，存入这个T-BOX硬件中，通过船联网系统，上传到大数据库中，可以远程时时监控到船行数据，具有智能调度管理、远程监控三电、远程控制、增加小程序、云平台、电动船队管理等功能，还可以和气象地图等融合，可以拓展更多所需功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。