CN115140289B - 船用推进器、船用推进器的冷却方法以及船舶 - Google Patents

Abstract

本申请涉及船舶动力领域，公开了一种船用推进器、船用推进器的冷却方法以及船舶。该船用推进器包括：电机，包括定子和转子；第一壳体，设有第一容置腔和第二容置腔，第一容置腔用于存放油液，电机设置于第二容置腔内；空心轴，空心轴的一端与转子固定，空心轴的另一端设置于第一容置腔内；旋转件，与空心轴连接；电机工作时转子带动空心轴转动，且空心轴带动旋转件转动，以使第一容置腔内的油液由空心轴的另一端流入中空腔内，再由空心轴的另一端排出至电机。通过上述方式，船用推进器通过设置包括旋转件的空心轴，无需加装油泵，能够减轻船用推进器的重量，降低其制造成本、使用故障率以及使用成本，且冷却效率较高。

Description

船用推进器、船用推进器的冷却方法以及船舶

技术领域

本申请涉及船舶动力领域，特别是涉及一种船用推进器、船用推进器的冷却方法以及船舶。

背景技术

目前电动船应用前景越来越广泛，电动船利用电机提供动力。普遍的电机冷却方式采用油冷，油冷方式主要是通过在电机内部添加冷却油，让冷却油吸收定子热量后再与电机壳体热交换，从而实现对定子冷却。这种冷却方式冷却效率较低，无法满足冷却要求。

发明内容

本申请提供一种船用推进器、船用推进器的冷却方法以及船舶。

本申请提供一种船用推进器，包括：

电机，包括定子和转子，所述定子与所述第一壳体固定连接，所述转子与所述定子转动连接；

第一壳体，设有第一容置腔和第二容置腔，所述第一容置腔用于存放油液，所述电机设置于所述第二容置腔内；

空心轴，所述空心轴的一端与所述转子固定，所述空心轴的另一端设置于所述第一容置腔内，所述空心轴设有中空腔；

旋转件，设置于所述中空腔内，与所述空心轴连接；

所述电机工作时所述转子带动所述空心轴转动，且所述空心轴带动所述旋转件转动，所述旋转件转动过程中在所述中空腔内产生负压，以使所述第一容置腔内的油液由所述空心轴的另一端流入所述中空腔内，再由所述空心轴的另一端排出至所述电机。

本申请还提供一种船用推进器的冷却方法，应用于船用推进器，所述船用推进器包括控制模块、驱动装置和电机，所述控制模块与所述驱动装置连接，所述驱动装置与所述电机连接，所述方法包括：所述控制模块采集所述船用推进器的所述电机工作温度；所述控制模块判断所述工作温度是否符合预设温度；若判断到所述工作温度不符合所述预设温度，则所述控制模块发送控制信号至所述驱动装置，所述控制信号用于指示所述驱动装置驱动所述电机运行。

本申请还提供一种船舶，包括上述的船用推进器。

本申请所提供的船用推进器通过设置包括旋转件的空心轴，利用电机转子的转动带动空心轴的旋转，从而进行油液循环，无需要加装油泵，能够减轻船用推进器的重量，降低其制造成本并降低船用推进器的使用故障率，且冷却效率较高。同时设置上述空心轴的船用推进器能够更加节能，降低了船用推进器的使用成本。

附图说明

图1是本申请船用推进器第一实施例的结构示意图；

图2是本申请空心轴第一实施例的结构示意图；

图3是本申请空心轴第二实施例的结构示意图；

图4是本申请空心轴第三实施例的结构示意图；

图5是本申请船用推进器油液的流向示意图；

图6是是本申请船用推进器第二实施例的结构示意图；

图7是本申请船用推进器的冷却方法第一实施例的流程示意图；

图8是本申请船舶第一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供一种船用推进器1，请参阅图1至图5，图1是本申请船用推进器1第一实施例的结构示意图；图2是本申请空心轴30第一实施例的结构示意图；图3是本申请空心轴30第二实施例的结构示意图；图4是本申请空心轴30第三实施例的结构示意图；图5是本申请船用推进器1油液的流向示意图。如图1所示，本申请船用推进器1包括第一壳体10、电机20和空心轴30。

其中，船用推进器1的第一壳体10设有第一容置腔11和第二容置腔12，第一容置腔11内存放有油液，第二容置腔12内设置有电机20。其中，第一壳体10用于存放油液的部分采用箱体的形式，也可以为其他的用于储存流体的容器形式。电机20包括定子21和转子22，定子21与第一壳体10固定连接，转子22与定子21转动连接，且空心轴30的一端固定于转子22。

进一步地，空心轴30的另一端设置于第一容置腔11内，浸入第一容置腔11的油液内，且空心轴30设有中空腔31。空心轴30的中空腔31内设置有旋转件32，该旋转件32与空心轴30连接，空心轴30远离第一容置腔11的一端设有多个排油孔33，多个排油孔33连通空心轴30的中空腔31与设置有电机20的第二容置腔12。且存放有油液的第一容置腔11与设置有电机20的第二容置腔12之间设有回油通道40。

具体地，电机20工作时电机20中的转子22带动空心轴30转动，进而空心轴30带动旋转件32转动，旋转件32转动过程中在中空腔31内产生负压。在负压的作用下第一容置腔11内的油液由空心轴30浸入第一容置腔11的油液内的一端流入中空腔31内，再由空心轴30的另一端设置的连通中空腔31与第二容置腔12的多个排油孔33排出至电机20。在重力作用下该油液流经电机20中的定子21和转子22，与定子21和转子22进行热量交换，带走电机20运行时定子21和转子22产生的热量，且完成热量交换后的油液通过流通第一容置腔11与第二容置腔12的回油通道40回到第一容置腔11内，从而通过油液的循环实现了对电机20的冷却(如图5所示)。

需要说明的是，完成热量交换后的油液回到第一容置腔11内时与第一容置腔11内的油液进行热量交换，油液循环对电机20进行冷却后第一容置腔11内的油液温度上升，此时需要进一步通过水冷的形式冷却第一容置腔11内的油液。在推进器运行过程中，第一容置腔11的部分下沉于水下，第一容置腔11内的油液可通过第一壳体10与外界的水进行热量交换，实现对第一容置腔11内油液散热降温。在其他实施方式中，对第一容置腔11内的油液进行冷却时还可通过在第一壳体10内设置冷却流道，该冷却流道可以与第一容置腔11相邻并相互隔离，通过设置水泵实现冷却流道中冷却介质的循环流动，冷却流道中的冷却介质流过靠近第一容置腔11的位置时，与第一容置腔11内的油液进行热量交换，能够带走油液的热量，最终冷却流道内的冷却介质通过外部水或者外部空气带走热量。

可选地，如图2所示，图2是本申请空心轴30第一实施例的结构示意图，空心轴30的旋转件32设有螺旋叶片321，螺旋叶片321沿圆柱螺旋曲线延伸，螺旋叶片321与空心轴30的内壁固定连接，随着空心轴30的旋转而旋转。电机20中的转子22带动空心轴30转动时，螺旋叶片321随着空心轴30旋转，第一容置腔11内的油液由空心轴30浸入油液内的螺旋叶片321流入，并随着螺旋叶片321的转动沿螺旋叶片321的一侧流向空心轴30设置有多个排油孔33的一侧，从而通过空心轴30带动螺旋叶片321转动将第一容置腔11中的油液传输至电机20处。

可选地，如图3所示，图3是本申请空心轴30第二实施例的结构示意图，空心轴30的旋转件32设有螺旋叶片321，螺旋叶片321沿圆柱螺旋曲线延伸。旋转件32还设有第一中心轴322，第一中心轴322的轴心与空心轴30的轴心同轴设置，第一中心轴322位于中空腔31内，螺旋叶片321设置于第一中心轴322的周侧随着空心轴30的旋转而旋转。电机20中的转子22带动空心轴30转动时，第一容置腔11内的油液随着螺旋叶片321的转动沿螺旋叶片321的一侧流向空心轴30设置有多个排油孔33的一侧，从而通过空心轴30带动螺旋叶片321转动将第一容置腔11中的油液传输至电机20处。本实施例与上述空心轴30第一实施例相比较，旋转件32设有第一中心轴322，并将螺旋叶片321设置于第一中心轴322的周侧，能够避免螺旋叶片321传送油液的过程中油液从螺旋叶片321中间的间隙回落到第一容置腔11内，造成空心轴30传输油液的效率较低。

可选地，如图4所示，图4是本申请空心轴30第三实施例的结构示意图，空心轴30的旋转件32设有第二中心轴323，且围绕第二中心轴323设置有多个螺旋扇叶324，多个螺旋扇叶324沿第二中心轴323均匀分布。其中，本实施例中设置螺旋扇叶324的数量为至少一个，多个螺旋扇叶324随空心轴30旋转时产生负压。在多个螺旋扇叶324绕第二中心轴323的轴心旋转时中空腔31内的压强变小，第一容置腔11内的压强不变，进而通过第一容置腔11与中空腔31之间的压强差第一容置腔11内的油液通过中空腔31进入第二容置腔12内，以对电机20进行冷却。本实施例与上述空心轴30第一实施例和空心轴30第二实施例中空心轴30的旋转件32设置螺旋叶片321相比较，通过多个螺旋扇叶324随空心轴30旋转产生负压将油液传输至排油孔33的难度更大，对螺旋扇叶324的转速要求较高，当电机20中转子22转速较低，转子22带动空心轴30转动时螺旋扇叶324随空心轴30旋转产生的负压难以将第一容置腔11中的油液传输至空心轴30远离第一容置腔11一端的排油孔33，进而对电机20的冷却效率降低，上述实施例通过设置沿圆柱螺旋曲线延伸的螺旋叶片321，提高了空心轴30传输油液的效率。

通过上述旋转件32的设置，在油液对电机20进行冷却的过程中无需在船用推进器1中设置油泵，而通过电机20运行时转子22带动空心轴30转动产生的负压直接将油液传输至电机20处，便能够实现对电机20的冷却。且在船用推进器1中取消油泵的设置，能够减轻船用推进器1的重量，并降低其制造成本。同时由于油泵驱动油液流动时需要船用推进器1提供能量，因此取消油泵设置的船用推进器1更加节能，能够降低船用推进器1的使用成本。

进一步地，船用推进器1还包括驱动装置50，驱动装置50与电机20连接。驱动装置50工作时驱动电机20中的定子21产生旋转磁场，与定子21传动连接的转子22在旋转磁场作用下获得转动力矩，从而带动空心轴30转动，基于空心轴30转动空心轴30内的旋转件32转动，产生负压，进而在负压的作用下将第一容置腔11内的油液带入电机20中。

进一步地，船用推进器1还包括输出轴60和螺旋桨70，输出轴60设置于空心轴30的垂直方向。输出轴60的一端与空心轴30远离电机20的一端传动连接，输出轴60的另一端与螺旋桨70连接。转子22在旋转磁场作用下获得转动力矩带动空心轴30转动时，空心轴30带动输出轴60转动，从而带动船用推进器1的螺旋桨70转动，使船用推进器1能够提供船舶2(图8所示)行进时的推力，以克服船舶2在水中航行的阻力，推动船舶2的行进。

区别于现有技术，本实施例船用推进器1包括：电机20，包括定子21和转子22，定子21与第一壳体10固定连接，转子22与定子21转动连接；第一壳体10，设有第一容置腔11和第二容置腔12，第一容置腔11用于存放油液，电机20设置于第二容置腔12内；空心轴30，空心轴30的一端与转子22固定，空心轴30的另一端设置于第一容置腔11内，空心轴30设有中空腔31；旋转件32，设置于中空腔31内，与空心轴30连接；电机20工作时转子22带动空心轴30转动，且空心轴30带动旋转件32转动，旋转件32转动过程中在中空腔31内产生负压，以使第一容置腔11内的油液由空心轴30的另一端流入中空腔31内，再由空心轴30的另一端排出至电机20。通过上述方式，船用推进器1进行电机20油冷时通过设置包括旋转件32的空心轴30，利用电机20转子22的转动带动空心轴30的旋转，从而进行油液循环，提高其冷却效率，且无需要加装油泵，能够减轻船用推进器1的重量，降低其制造成本并降低船用推进器1的使用故障率。同时设置上述空心轴30的船用推进器1能够更加节能，降低了船用推进器1的使用成本。

请参阅图6和图7，图6是是本申请船用推进器1第二实施例的结构示意图，图7是本申请船用推进器1的冷却方法第一实施例的流程示意图。如图6所示，船用推进器1包括控制模块80、驱动装置50和电机20，控制模块80与驱动装置50连接，驱动装置50与电机20连接，船用推进器1的具体结构如上述实施例所阐述的，在此不再赘述。控制模块80为集成控制电路板，主要由控制芯片、集成电路和印刷电路板构成，驱动装置50为功率电路板，主要由MOS管、集成电路、印刷电路板构成。控制模块80和驱动装置50可以封装在控制箱壳体中，控制模块80和驱动装置50固定在推进器的机架顶部上，并通过线缆与电机20电连接。当然，其他实施方式中，控制模块50和驱动装置50也可以固定在推进器的机架底部。

如图7所示，本申请船用推进器1的冷却方法包括以下步骤：

S101：控制模块80采集船用推进器1的电机20工作温度。

电机20在驱动器的驱动下运行时，船用推进器1的控制模块80采集电机20的工作温度。

可选地，通过在船用推进器1中设置与电机20连接的温度传感器或其他用于检测温度的装置采集电机20的工作温度，控制模块80通过与检测温度的装置连接以获取电机20工作温度，从而实现控制模块80对电机20工作温度的实时监测。

S102：控制模块80判断工作温度是否符合预设温度。

船用推进器1的控制模块80判断电机20的工作温度是否符合预设温度。其中，电机20的预设温度为电机20在正常工作时的温度，通过收集电机20的工作温度的数据，并收集电机20在不同工作温度下的能量转换与运行状态的数据，基于上述数据建立数据库，并将该数据库存储于与控制模块80连接的存储器中，同时设置电机20能量转换效率较高且处于正常工作状态时所对应的温度为预设温度，预设温度可以为一个具体的温度值或一个温度范围，电机20工作时其工作温度处于该温度值或是该温度范围时，均处于正常工作状态。在电机20运行时，若电机20的工作温度过高，易造成电机20运行故障，产生设备损坏；若电机20的工作温度过低，电机20未能处于最佳工作状态，此时电机20的能量转换效率较低。控制模块80判断工作温度是否符合预设温度时，通过读取存储器中的预设温度，以获取预设温度，将电机20的工作温度与预设温度相比较，从而判断工作温度是否符合预设温度。

需要说明的是，一般情况下，在电机20中：绕组接触的铁心温升应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度，温升是指电机20中的各个部件高出环境的温度；滚动轴承温度应不超过95℃，滑动轴承的温度应不超过80℃，因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜；绝缘材料易受到高温的影响而加速老化并损坏，采用不同的绝缘材料电机20工作的最高温度不同。船用推进器1中电机20内部的使用材料、装置型号的不同和电机20外部环境温度的不同将影响电机20的预设温度设置，基于电机20内部的使用材料、装置型号的不同和电机20外部环境温度实时调整电机20的预设温度，电机20工作温度处于该温度值或该温度范围时，电机20使用过程中不会加速其老化或损坏。

S103：控制模块80发送控制信号至驱动装置50，控制信号用于指示驱动装置50驱动电机20运行。

若船用推进器1的控制模块80判断到电机20的工作温度不符合预设温度，则控制模块80基于电机20的工作温度不符合预设温度产生控制信号，并发送该控制信号至驱动装置50，驱动装置50基于该控制信号驱动电机20运行，调节电机20的转速，进而调节电机20的工作温度。

可选地，控制信号包括降低转速指令，若船用推进器1的控制模块80判断到电机20的工作温度大于预设温度，则控制模块80产生的控制信号为降低转速指令，控制模块80发送该降低转速指令至驱动装置50，以指示驱动装置50根据降低转速指令控制电机20的转速降低，从而降低电机20产生的热量，调节电机20温度的工作温度降低至预设温度。

可选地，控制信号包括增加转速指令，若船用推进器1的控制模块80判断到电机20的工作温度小于预设温度，则控制模块80产生的控制信号为增加转速指令，控制模块80发送该增加转速指令至驱动装置50，以指示驱动装置50根据增加转速指令控制电机20的转速增加，从而增加电机20产生的热量，调节电机20温度的工作温度增加至预设温度。

区别于现有技术，本实施例船用推进器1的冷却方法包括：控制模块80采集船用推进器1的电机20工作温度；控制模块80判断工作温度是否符合预设温度；若判断到工作温度不符合预设温度，则控制模块80发送控制信号至驱动装置50，控制信号用于指示驱动装置50驱动电机20运行。通过上述方式，通过与驱动装置50连接的控制模块80采集船用推进器1的电机20工作温度，根据电机20的工作温度产生控制信号以指示驱动装置50驱动电机20运行，调节电机20的转速，进而调节电机20的工作温度，使得电机20能够处于最佳工作状态，以提高船用推进器1的电机20能量转换效率。

请参阅图8，图8是本申请船舶2第一实施例的结构示意图。如图8所示，本申请的船舶2包括上述船用推进器1和船体3，船用推进器1固定于船体3，船用推进器1的螺旋桨70转动，提供船舶2行进时的推力，以克服船舶2在水中航行的阻力，推动船舶2的船体3行进。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种船用推进器，其特征在于，包括：

电机，包括定子和转子，所述定子与第一壳体固定连接，所述转子与所述定子转动连接；

第一壳体，设有间隔的第一容置腔和第二容置腔，所述第一容置腔用于存放油液，所述电机设置于所述第二容置腔内；

空心轴，所述空心轴的一端设置于所述第一容置腔内，所述空心轴的另一端与所述转子固定，所述空心轴设有中空腔；

旋转件，设置于所述中空腔内，与所述空心轴连接；

所述电机工作时所述转子带动所述空心轴转动，且所述空心轴带动所述旋转件转动，所述旋转件转动过程中在所述中空腔内产生负压，以使所述第一容置腔内的油液由所述空心轴的一端流入所述中空腔内，再由所述空心轴的另一端排出至所述电机；

所述船用推进器还包括输出轴和螺旋桨，所述输出轴的一部分位于第一容置腔腔内，与所述空心轴远离所述电机的一端传动连接，所述输出轴的另一部分与所述螺旋桨连接；

其中，所述第一容置腔与所述第二容置腔之间设有回油通道，所述第二容置腔内的所述油液可经所述回油通道流到所述第一容置腔内；

在所述船用推进器运行的过程中，所述第一容置腔部分位于水下，所述第一容置腔内的油液通过所述第一壳体与外界的水进行热量交换，其中，所述外界的水是指能够在所述船用推进器的螺旋桨旋转接触下提供反作用力的水。

2.根据权利要求1所述的船用推进器，其特征在于，所述旋转件设有螺旋叶片，所述螺旋叶片沿圆柱螺旋曲线延伸。

3.根据权利要求2所述的船用推进器，其特征在于，所述旋转件还设有第一中心轴，所述第一中心轴的轴心与所述空心轴的轴心同轴设置，所述第一中心轴位于所述中空腔内，所述螺旋叶片设置于所述第一中心轴的周侧。

4.根据权利要求1所述的船用推进器，其特征在于，所述旋转件设有第二中心轴和围绕所述第二中心轴设置的多个螺旋扇叶，所述多个螺旋扇叶绕所述第二中心轴的轴心旋转过程中产生负压。

5.根据权利要求1所述的船用推进器，其特征在于，所述空心轴远离所述第一容置腔的一端设有多个排油孔，所述多个排油孔与所述中空腔连通，用以排出所述油液至所述定子。

6.根据权利要求1所述的船用推进器，其特征在于，所述船用推进器还包括驱动装置，所述驱动装置与所述电机连接，用于驱动所述电机运行。

7.根据权利要求1所述的船用推进器，其特征在于，所述输出轴设置于所述空心轴的垂直方向。

8.一种船用推进器的冷却方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的船用推进器，所述船用推进器还包括控制模块和驱动装置，所述控制模块与所述驱动装置连接，所述驱动装置与所述电机连接，所述方法包括：

所述控制模块采集所述船用推进器的所述电机工作温度；

所述控制模块判断所述工作温度是否符合预设温度；

若判断到所述工作温度不符合所述预设温度，则所述控制模块发送控制信号至所述驱动装置，所述控制信号用于指示所述驱动装置驱动所述电机运行。

9.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，

所述控制信号包括降低转速指令，所述驱动装置根据所述降低转速指令控制所述电机的转速降低。

10.根据权利要求9所述的冷却方法，其特征在于，

若判断到所述工作温度大于所述预设温度，则所述控制模块发送所述降低转速指令至所述驱动装置，以指示所述驱动装置根据所述降低转速指令控制所述电机的转速降低。

11.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，

所述控制信号包括增加转速指令，所述驱动装置根据所述增加转速指令控制所述电机的转速增加。

12.根据权利要求11所述的冷却方法，其特征在于，

若判断到所述工作温度小于所述预设温度，则所述控制模块发送所述增加转速指令至所述驱动装置，以指示所述驱动装置根据所述增加转速指令控制所述电机的转速增加。

13.一种船舶，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的船用推进器。