CN110435864B - 吊舱驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种吊舱驱动器。所述吊舱驱动器包括：壳体；一电动机，安装在壳体内；螺旋桨，能够旋转地设置在壳体的第一端部处，并被构造为与电动机的转子连接；水流引导构件，设置在壳体的与第一端部相对的第二端部处，并被构造为沿与流过壳体的水流在第二端部处形成的涡流的方向相反的方向引导流过壳体的水流。因此，可以固定尾部分离区的尺寸，从而抑制脉动的横向水动力，并因此提升吊舱是驱动器的机动性。

Description

吊舱驱动器
技术领域
本发明涉及一种吊舱驱动器，具体地讲，涉及一种用于船舶的电动吊舱驱动器。
背景技术
吊舱驱动器可以作为船舶的驱动单元。在这样的应用中，吊舱驱动器可以处于船体的外部并位于水面之下，例如，设置在海水中。吊舱驱动器可以包括电动机和通过电动机驱动的螺旋桨，以为船舶提供动力。这样的吊舱驱动器也称为POD驱动器。
这样的吊舱驱动器通常具有流线形状的壳体，以尽可能地减小流过吊舱驱动器的水流的阻力。
此外，在这样的电动吊舱驱动器中，需要以合适的方式对电动机进行散热，以使电动机在可接受的温度条件下运行。
发明内容
本发明旨在解决上述和/或其他技术问题并提供一种吊舱驱动器。
根据示例性实施例，一种吊舱驱动器包括：壳体；电动机，安装在壳体内；螺旋桨，能够旋转地设置在壳体的第一端部处，并被构造为与电动机的转子连接；水流引导构件，设置在壳体的与第一端部相对的第二端部处，并被构造为沿与流过壳体的水流在第二端部处形成的涡流的方向相反的方向引导流过壳体的水流。因此，可以固定尾部分离区的尺寸，从而抑制脉动的横向水动力，并因此提升吊舱是驱动器的机动性。
水流引导构件被构造为具有与螺旋桨的旋转方向相反的引导水流的方向。例如，水流引导构件包括形成在壳体的第二端部的中部中的凹槽。凹槽具有星形形状，并包括中部槽和位于中部槽周围的并与中部槽连通的多个***槽，其中，每个***槽被形成为沿一方向相对于中部槽的中心成预定角度倾斜的等边三角形形状或条形形状。***槽的倾斜的方向与螺旋桨的旋转方向相反。如此，因为水流引导构件可以沿与涡流的方向相反的方向引导水流，从而能够抑制涡流的旋转，并因此减小涡流所导致的阻力并可以降低噪声水平。
此外，水流引导构件包括形成在壳体的第二端部的中部处的涡流发生器，其中，涡流发生器的产生涡流的方向与螺旋桨的旋转方向相反。
壳体包括形成在壳体的内表面上的用于填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中的散热图案和形成在壳体的外表面上的用于减小流过壳体的水流的阻力的减阻图案中的至少一种。根据示例性实施例，散热图案可以填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中，从而将电动机的热传递到壳体以对电动机进行散热。此外，减阻图案可以使得水流在流过壳体时形成湍流边界层，从而降低水流对于壳体的阻力。
减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺形成。壳体与减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺一体化形成。
减阻图案包括多个减阻突起，其中，所述多个减阻突起位于壳体的中部的外表面上，并被构造为沿着壳体的长度(轴向)方向在外表面上绕壳体旋转地延伸。减阻图案被形成为使得壳体的中部的沿壳体的长度方向具有多个最小半径和最大半径。所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为外表面为曲面形状的条形。所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为具有从壳体的外表面突出的预定的高度。因此，水流在流过所述多个突起和在所述多个减阻突起之间的凹进时形成湍流边界层，从而降低水流对于壳体的外表面的阻力。
散热图案包括多个散热突起，其中，所述多个散热突起中的位于壳体的电动机的定子所处的位置处的散热突起被形成为具有与定子的叠压冲片的沟槽的形状相应的形状，从而在电动机安装在壳体中时填充在叠压冲片的沟槽中。因此，可以通过散热图案改善电动机的散热。
根据另一示例性实施例，一种吊舱驱动器包括：一壳体；一电动机，安装在壳体内，其中，壳体包括形成在壳体的内表面上的用于填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中的散热图案和形成在壳体的外表面上的用于减小流过壳体的水流的阻力的减阻图案中的至少一种。因此，散热图案可以填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中，从而将电动机的热传递到壳体以对电动机进行散热。此外，减阻图案可以使得水流在流过壳体时形成湍流边界层，从而降低水流对于壳体的阻力。
减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺形成。例如，壳体与减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺一体化形成。
减阻图案包括多个减阻突起，其中，所述多个减阻突起位于壳体的中部的外表面上，并被构造为沿着壳体的长度(轴向)方向在外表面上绕壳体旋转地延伸。减阻图案被形成为使得壳体的中部的沿壳体的长度方向具有多个最小半径和最大半径。所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为外表面为曲面形状的条形。所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为具有从壳体的外表面突出的预定的高度，以使得水流在流过所述多个突起和在所述多个减阻突起之间的凹进时形成湍流边界层。因此，水流在流过所述多个突起和在所述多个减阻突起之间的凹进时形成湍流边界层，从而降低水流对于壳体的外表面的阻力。
散热图案包括多个散热突起，其中，所述多个散热突起中的位于壳体的电动机的定子所处的位置处的散热突起被形成为具有与定子的叠压冲片的沟槽的形状相应的形状，从而在电动机安装在壳体中时填充在叠压冲片的沟槽中。因此，可以通过散热图案改善电动机的散热。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围，其中，
图1是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的立体图；
图2是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的剖视图；
图3和图4分别是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的尾部的水流引导构件的示图；
图5是示出根据另一示例性实施例的吊舱驱动器的壳体的减阻图案的截面图。
附图标记说明
100壳体 300电动机 500螺旋桨 700水流引导构件
113散热图案 115减阻图案
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
图1是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的立体图，图2是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的剖视图。如图1和图2中所示，根据示例性实施例的吊舱驱动器可以包括壳体100、电动机300、螺旋桨500和水流引导构件700。根据示例性实施例的吊舱驱动器可以安装在船舶的船体的底部并可以位于水面之下，例如，可以浸入在海水中。
壳体100可以具有用于安装电动机300的安装空间。例如，壳体100可以包括中部110和位于中部的侧的第一端部130和第二端部150，并可以由中部110、和端部130、150共同限定安装空间。壳体100可以由诸如钢的材料形成。在一个示例性实施例中，壳体100可以通过增材制造(AM)工艺形成，这将在下面进行详细描述。
电动机300可以安装在壳体100的安装空间中。电动机300可以包括定子310和转子330。电动机300的定子310可以安装在壳体100的中部中。此外，定子310可以包括叠压冲片311。
螺旋桨500可以可旋转地设置在壳体的第一端部130处，并可以与电动机300的转子330连接。因此，当根据示例性实施例的吊舱驱动器浸入在水(例如，海水)中时，电动机330可以驱动螺旋桨500旋转，从而为提供动力。然而，示例性实施例不限于此，根据示例性实施例的吊舱驱动器可以包括多个(例如，两个)螺旋桨，每个螺旋桨可以分别设置在壳体的第一端部和第二端部处，并与电动机300的转子330连接，从而被电动机300驱动而旋转并因此提供动力。
当根据示例性实施例的吊舱驱动器在水中行进时，水流可以沿从第一端部130至第二端部150的方向流过壳体100。因此，在下文中，第二端部150也被称为尾部150。水流引导构件700可以设置在壳体100的第二端部150处，并可以沿与流过壳体100的水流在第二端部150处形成的涡流的方向相反的方向引导流过壳体的水流，从而抑制涡流的强度，并因此可以减小涡流对吊舱驱动器的影响。例如，水流引导构件700可以被构造为具有与螺旋桨500的旋转方向相反的引导水流的方向。
具体地讲，受螺旋桨滑流的影响，在吊舱驱动器的外部可以形成涡流。形成在尾部的涡流可以改变吊舱驱动器附近的流线形状，从而导致额外的阻力增量。从能量的角度看，涡流带走的动能需要吊舱驱动器产生额外的推力来平衡，即等效于流动阻力的增加。此外，由于非定常流动的影响，吊舱驱动器尾部的分离区的位置时刻发生着变化，由此给吊舱推进器的后端带来了时刻脉动的侧向力，同时也需要位于船体的控制方向的电机***提供额外的扭矩来平衡。另外，尾流中的涡流中可以包含来自螺旋桨叶尖的空泡，可以稳定地向下游传播很远的距离，与传递等干扰后会带来明显的噪声问题。
根据示例性实施例的吊舱驱动器的设置在壳体的处于水流的下游的端部(即，尾部)处的水流引导构件可以固定尾部分离区的尺寸，从而抑制脉动的横向水动力，并因此提升吊舱是驱动器的机动性。
此外，因为水流引导构件可以沿与涡流的方向相反的方向引导水流，从而能够抑制涡流的旋转，并因此减小涡流所导致的阻力并可以降低噪声水平。
图3和图4分别是示出根据示例性实施例的吊舱驱动器的尾部的水流引导构件的示图。水流引导构件700可以包括或被构造为形成在壳体100的第二端部150的中部中的凹槽。这里，凹槽700可以具有星形形状。星形形状的凹槽700可以包括中部槽710和位于中部槽710周围的多个***槽730。中部槽710可以具有圆形形状，并与外部槽730连通。换句话说，中部槽710可以与外部槽730一体化。***槽730中的每个可以具有等边三角形形状，如图3中所示，或者可以具有条形形状，如图4中所示，且这样的等边三角形形状或条形形状的***槽730可以沿一方向相对于中部槽的中心成预定的角度倾斜。这里，***槽730的倾斜的方向可以与螺旋桨的方向相反。例如，当螺旋桨沿顺时针方向旋转时，***槽730的倾斜的方向可以为顺时针方向，如图3和图4中所示，反之亦然。
在以凹槽形式形成水流引导构件700的示例性实施例中，可以通过切削、铣槽等工艺在由诸如钢形成的吊舱驱动器的壳体100的外表面中形成凹槽。通常用于形成壳体100的钢材的厚度可以为约80mm，因此，在这样的壳体100中形成的凹槽的深度可以为壳体100的厚度的1/3～1/2。
虽然在上面参照图3和图4描述了被形成为具有特定形状的凹槽的水流引导构件，但是示例性实施例不限于此，水流引导构件可以根据设计或实际需要而被形成为具有多种形状的凹槽或突起，以沿与在尾部形成的涡流的方向相反的方向引导流过壳体的水流即可。例如，在一个示例性实施例中，水流引导构件可以被形成为涡流发生器。在这样的情况下，涡流发生器的产生涡流的方向可以与螺旋桨的旋转方向相反。
下面将参照图2和图5来描述根据另一示例性实施例的吊舱驱动器，为了简明起见，将省略对于相同或相似元件的重复描述。这里，根据另一示例性实施例的吊舱驱动器可以包括壳体100和安装在壳体100中的电动机300。根据当前的示例性实施例的吊舱驱动器可以安装在船舶的船体的底部并可以位于水面之下，例如，可以浸入在海水中。根据当前是示例性实施例的吊舱驱动器还可以包括设置在壳体100的一端或两端处并与电动机300的转子连接的螺旋桨(未示出)和设置在壳体100的尾部处的水流引导构件。此外，根据当前的示例性实施例的吊舱驱动器也可以不包括水流引导构件。
壳体100可以具有用于安装电动机300的安装空间。例如，壳体100可以包括中部110和位于中部的侧的第一端部130和第二端部150，并可以由中部110、和端部130、150共同限定安装空间。壳体100可以由诸如钢的材料形成。在一个示例性实施例中，壳体100可以通过增材制造(AM)工艺形成，这将在下面进行详细描述。
电动机300可以安装在壳体100的安装空间中。电动机300可以包括定子310和转子330。电动机300的定子310可以安装在壳体100的中部110中。此外，定子310可以包括叠压冲片311。
为了更好地对电动机300的定子310进行散热，壳体100还可以包括形成在壳体100的内表面上的散热图案113。
如图2中所示，散热图案113可以包括多个散热突起。这样的包括多个散热突起的散热图案113可以通过增材制造工艺形成，例如，可以由钢等材料形成。在一个示例性实施例中，当壳体100通过增材制造工艺由例如钢形成时，散热图案113可以通过相同的增材制造工艺与壳体100一体地形成。
散热图案113可以包括位于壳体100的电动机的定子310所处的中部110处的内表面上的、形状和位置可以分别与定子310叠压冲片311的沟槽的形状和位置相对应的散热突起。因此，当电动机300安装在壳体100中时，电动机300的定子310可以被安装在壳体100的中部110中，这时，位于对应位置的散热突起可以填充到定子310的叠压冲片311的对应的沟槽中。如此，可以通过填充到叠压冲片311的沟槽中的散热图案113来传递电动机300的热量，从而对电动机300进行散热。
此外，散热图案113还可以包括位于壳体100的电动机300的定子310所处的中部110处的内表面上的、位置和形状与电动机300的绕组头的位置和形状相对应的散热突起。因此，当电动机300安装在壳体100中时，位于对应位置的散热突起可以填充在绕组头与壳体100的中部110的内表面之间的空隙中。如此，如此，可以通过填充到在壳体100的内表面和绕组头之间的空隙中的散热图案113来传递电动机300的热量，从而对电动机300进行散热。
然而，示例性实施例不限于此，散热图案113还可以包括位于壳体100的内表面的其他位置上并在壳体100与电动机300之间的散热突起，这些散热突起可以在电动机300安装在壳体100中是填充在壳体100的内表面与电动机300之间，从而通过这些散热突起来传递电动机300的热量，以改善电动机300的散热。
参照图2，壳体100还可以包括形成在壳体100的外表面上的减阻图案115。
减阻图案115可以位于壳体100的中部110的外表面上，并可以包括多个减阻突起。这样的包括多个减阻突起的减阻图案115可以通过增材制造工艺形成，例如，可以由钢等材料形成。在一个示例性实施例中，当壳体100通过增材制造工艺由例如钢形成时，减阻图案115可以通过相同的增材制造工艺与壳体100一体地形成。
如图2和图5中所示，所述多个减阻突起可以具有沿着壳体100的长度方向(轴向方向)在壳体100的中部110的外表面上绕壳体旋转地延伸。在图5中示出了减阻突起的截面，可以从图5的截面图中看出，减阻突起的曲面形状可以具有二次曲线的形状。换句话说，条形的减阻突起的外表面可以具有二次曲面的形状。例如，减阻图案被形成为使得壳体的中部的沿壳体的长度方向具有多个最小半径Dx和最大半径Dx+Dy。这里，减阻突起的曲线形状可以例如为椭圆曲线，该椭圆曲线的最小半径可以为Dx，最大半径可以为Dx+Dy。此外，每个减阻突起可以具有外表面为曲面形状的条形。例如，具有包括条形的绕壳体旋转地延伸的多个减阻突起的减阻图案的壳体100可以具有与由多束绳扭结而形成的绳索的外观相似的外观。这里，Dx可以为现有的吊舱驱动器的壳体的例如及米的半径，Dy则可以为几厘米或十几厘米的尺寸。
虽然在图5中示出了包括6个减阻突起的示例性实施例，然而，示例性实施例不限于此，并可以根据需要或设计(例如，吊舱驱动器的尺寸、其操作所处的水流环境的情况等)而设置不同数量的减阻突起。此外，减阻突起可以被形成为具有从壳体100的外表面突出的预定的高度Dy。可以根据吊舱驱动器的尺寸、其操作所处的水流环境的情况等来确定减阻突起的高度Dy，从而以使得水流在流过所述多个突起和在所述多个减阻突起之间的凹进时形成湍流边界层，从而降低水流对吊舱驱动器的外表面的阻力。
根据示例性实施例的吊舱驱动器的设置在壳体的处于水流的下游的端部(即，尾部)处的水流引导构件可以固定尾部分离区的尺寸，从而抑制脉动的横向水动力，并因此提升吊舱是驱动器的机动性。此外，因为水流引导构件可以沿与涡流的方向相反的方向引导水流，从而能够抑制涡流的旋转，并因此减小涡流所导致的阻力并可以降低噪声水平。
根据示例性实施例的吊舱驱动器的散热图案可以填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中，从而将电动机的热传递到壳体以对电动机进行散热。这样的散热图案可以通过增材制造工艺形成，例如，与壳体一体化形成。
根据示例性实施例的吊舱驱动器的减阻图案可以使得水流在流过壳体时形成湍流边界层，从而降低水流对于壳体的阻力。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (20)

1.吊舱驱动器，其特征在于，所述吊舱驱动器包括：
一壳体(100)；
一电动机(300)，安装在壳体内；
一螺旋桨(500)，能够旋转地设置在壳体的第一端部(130)处，并被构造为与电动机的转子连接；
一水流引导构件(700)，设置在壳体的与第一端部(130)相对的第二端部(150)处，并被构造为沿与流过壳体的水流在第二端部处形成的涡流的方向相反的方向引导流过壳体的水流，
其中，所述水流引导构件包括形成在壳体的第二端部的中部处的涡流发生器，其中，涡流发生器的产生涡流的方向与螺旋桨的旋转方向相反。
2.如权利要求1所述的吊舱驱动器，其特征在于，水流引导构件被构造为具有与螺旋桨的旋转方向相反的引导水流的方向。
3.如权利要求1所述的吊舱驱动器，其特征在于，水流引导构件包括形成在壳体的第二端部的中部中的凹槽。
4.如权利要求3所述的吊舱驱动器，其特征在于，凹槽具有星形形状，并包括中部槽和位于中部槽周围的并与中部槽连通的多个***槽，其中，每个***槽被形成为沿一方向相对于中部槽的中心成预定角度倾斜的等边三角形形状或条形形状。
5.如权利要求4所述的吊舱驱动器，其特征在于，***槽的倾斜的方向与螺旋桨的旋转方向相反。
6.如权利要求1所述的吊舱驱动器，其特征在于，壳体包括形成在壳体的内表面上的用于填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中的散热图案(113)和形成在壳体的外表面上的用于减小流过壳体的水流的阻力的减阻图案(115)中的至少一种。
7.如权利要求6所述的吊舱驱动器，其特征在于，减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺形成。
8.如权利要求7所述的吊舱驱动器，其特征在于，壳体与减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺一体化形成。
9.如权利要求6所述的吊舱驱动器，其特征在于，减阻图案包括多个减阻突起，其中，所述多个减阻突起位于壳体的中部的外表面上，并被构造为沿着壳体的长度方向在外表面上绕壳体旋转地延伸。
10.如权利要求6所述的吊舱驱动器，其特征在于，减阻图案被形成为使得壳体的中部的沿壳体的长度方向具有多个最小半径和最大半径。
11.如权利要求9所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为外表面为曲面形状的条形。
12.如权利要求11所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为具有从壳体的外表面突出的预定的高度，以使得水流在沿着壳体流过时形成湍流边界层。
13.如权利要求6所述的吊舱驱动器，其特征在于，散热图案包括多个散热突起，其中，所述多个散热突起中的位于壳体的电动机的定子所处的位置处的散热突起被形成为具有与定子的叠压冲片的沟槽的形状相应的形状，从而在电动机安装在壳体中时填充在叠压冲片的沟槽中。
14.吊舱驱动器，其特征在于，所述吊舱驱动器包括：
一壳体(100)；
一电动机(300)，安装在壳体内，
一螺旋桨(500)，能够旋转地设置在壳体的第一端部(130)处，并被构造为与电动机的转子连接；
一水流引导构件(700)，设置在壳体的与第一端部(130)相对的第二端部(150)处，并被构造为沿与流过壳体的水流在第二端部处形成的涡流的方向相反的方向引导流过壳体的水流，
其中，所述水流引导构件包括形成在壳体的第二端部的中部处的涡流发生器，其中，涡流发生器的产生涡流的方向与螺旋桨的旋转方向相反，
其中，壳体包括形成在壳体的内表面上的用于填充在壳体的内表面与电动机之间的空隙中的散热图案(113)和形成在壳体的外表面上的用于减小流过壳体的水流的阻力的减阻图案(115)中的至少一种，
减阻图案包括多个减阻突起，其中，所述多个减阻突起位于壳体的中部的外表面上，并被构造为沿着壳体的长度方向在外表面上绕壳体旋转地延伸。
15.如权利要求14所述的吊舱驱动器，其特征在于，减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺形成。
16.如权利要求15所述的吊舱驱动器，其特征在于，壳体与减阻图案和散热图案中的至少一种通过增材制造工艺一体化形成。
17.如权利要求14所述的吊舱驱动器，其特征在于，减阻图案被形成为使得壳体的中部的沿壳体的长度方向具有多个最小半径和最大半径。
18.如权利要求14所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为外表面为曲面形状的条形。
19.如权利要求18所述的吊舱驱动器，其特征在于，所述多个减阻突起中的每个减阻突起被形成为具有从壳体的外表面突出的预定的高度，以使得水流在流过所述多个突起和在所述多个减阻突起之间的凹进时形成湍流边界层。
20.如权利要求19所述的吊舱驱动器，其特征在于，散热图案包括多个散热突起，其中，所述多个散热突起中的位于壳体的电动机的定子所处的位置处的散热突起被形成为具有与定子的叠压冲片的沟槽的形状相应的形状，从而在电动机安装在壳体中时填充在叠压冲片的沟槽中。
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