集成电机推进装置应用综述
发布时间：2021-06-13 21:42
综合电力技术是舰船动力系统的一次重大变革,其以模块化、集成化为技术思想,构造了新一代高性能舰船动力系统平台,并逐步成为舰船动力重要的发展方向。集成电机推进装置随着综合电力技术的发展应运而生,在进一步实现电力推进的高功率密度、高效率、低噪声和高机动性能等方面,将起到重要作用。该文从集成电机推进装置的工作原理和特点出发,分析其关键技术研究现状和主要应用构型,并对其应用发展趋势进行探讨。
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
集成电机推进装置结构示意图(Schottel公司)Fig.1StructureoftheIMP(Schottel)
第11期王东等：集成电机推进装置应用综述3655推进轴系(a)舰船传统推进装置发电机集成化推进电机电缆无轴推进器控制器(b)舰船集成电机推进装置图2传统推进与集成电机推进装置对比Fig.2Comparationbetweentheintegratedpropulsionandtraditionalpropulsion和推进电机等设备，集成电机浸泡在海水中自循环冷却，不仅节省了舱内大量空间，有利于船体总体结构优化设计，且推进效率高。2）振动噪声低[4]。集成电机推进装置取消了旋转轴系，消除了轴系振动噪声，以及将推进电机移到舱外，进一步削弱了舱室内噪声。3）优异的机动性和操纵性。集成电机推进装置可采用全回转的方式代替传统的舵，进而具备“舵–桨–车”合一的功能，可大幅提高了舰船机动性和操纵性。集成电机推进装置因高度集成、结构复杂、组件偶联和跨学科门类多等原因，使得其设计、制造难度大，初期研制成本远高于传统推进装置，这也是制约其性能充分发挥和工程化进度缓慢的主要原因。2集成电机推进装置关键技术及进展2.1集成化推进电机及其无位置传感器控制技术集成电机推进装置中电机定子融合于导管内部，取消了传统的机壳和基座结构，转子与桨叶集成为一体，并借助桨叶做功产生压力，为电机冷却气隙内水循环流动提供动力，导管内主流方向与电机冷却气隙内流动方向相反[5-6]，如图3所示。集成电机定子电机转子来流方向桨叶气隙进流气隙出流轴线前支撑轴承前推力轴承后支撑轴承后推力轴承图3集成电机布置和结构示意图Fig.3SketchmapoftheIMP化电机的特殊安装结构，要求其在径向方向尽可能薄和轴向方向尽可能短，以减小导管阻力，且电磁气隙?
筒僮菪浴?集成电机推进装置因高度集成、结构复杂、组件偶联和跨学科门类多等原因，使得其设计、制造难度大，初期研制成本远高于传统推进装置，这也是制约其性能充分发挥和工程化进度缓慢的主要原因。2集成电机推进装置关键技术及进展2.1集成化推进电机及其无位置传感器控制技术集成电机推进装置中电机定子融合于导管内部，取消了传统的机壳和基座结构，转子与桨叶集成为一体，并借助桨叶做功产生压力，为电机冷却气隙内水循环流动提供动力，导管内主流方向与电机冷却气隙内流动方向相反[5-6]，如图3所示。集成电机定子电机转子来流方向桨叶气隙进流气隙出流轴线前支撑轴承前推力轴承后支撑轴承后推力轴承图3集成电机布置和结构示意图Fig.3SketchmapoftheIMP化电机的特殊安装结构，要求其在径向方向尽可能薄和轴向方向尽可能短，以减小导管阻力，且电磁气隙要大，用于容纳气隙内定/转子防腐蚀护套[7]。最早公开的集成电机推进方案是德国汉诺威LuwigKort于1940年授权的一项专利[7]，如图4所示。在此基础上，1976年出现了采用鼠笼式转子感应电机结构的集成电机推进装置样机[8]，如图5所示，并于1989年完成了7.5kW原理样机研制[9]，样机测试发现了轴承摩擦损耗和定子护套涡流损耗过大的问题。紧接着，英国华威大学于1992年[10]等提出了磁阻式集成电机结构，采用3相6极电磁方案完成了5kW样机设计[11]。但是，上述采用集成感应电机和磁阻式电机方案，均存在电机径向厚度过大而导致导管尺寸大和推进器水动力效率低的问题，以及电机结构为了在气隙中容纳定转子护套和防腐蚀保护层，造成气隙尺寸大
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双dq空间的永磁同步电机无位置传感器起动策略[J]. 刘计龙,肖飞,麦志勤,张伟伟,连传强. 电工技术学报. 2018(12)
[2]永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述[J]. 刘计龙,肖飞,沈洋,麦志勤,李超然. 电工技术学报. 2017(16)
[3]轮缘驱动无轴推进器冷却方案设计与多物理场耦合计算[J]. 胡鹏飞,靳栓宝,沈洋,魏应三,兰任生,庄双江. 船电技术. 2016(03)
[4]美国舰艇水润滑尾轴承材料研究进展[J]. 闫志敏,周新聪,袁成清,张湘军,温小飞,李同兰. 船舶工程. 2015(03)
[5]美国核潜艇推进系统减振降噪技术发展分析[J]. 王汉刚. 舰船科学技术. 2013(07)
[6]Tango-Bravo 跨越潜艇设计障碍[J]. 王华荣. 现代舰船. 2007(07)
[7]电力集成技术[J]. 马伟明. 电工技术学报. 2005(01)
[8]舰船动力发展的方向——综合电力系统[J]. 马伟明. 海军工程大学学报. 2002(06)
博士论文
[1]水润滑橡胶合金轴承混合润滑分析与动力学性能优化[D]. 周广武.重庆大学 2013
本文编号：3228393
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
集成电机推进装置结构示意图(Schottel公司)Fig.1StructureoftheIMP(Schottel)
第11期王东等：集成电机推进装置应用综述3655推进轴系(a)舰船传统推进装置发电机集成化推进电机电缆无轴推进器控制器(b)舰船集成电机推进装置图2传统推进与集成电机推进装置对比Fig.2Comparationbetweentheintegratedpropulsionandtraditionalpropulsion和推进电机等设备，集成电机浸泡在海水中自循环冷却，不仅节省了舱内大量空间，有利于船体总体结构优化设计，且推进效率高。2）振动噪声低[4]。集成电机推进装置取消了旋转轴系，消除了轴系振动噪声，以及将推进电机移到舱外，进一步削弱了舱室内噪声。3）优异的机动性和操纵性。集成电机推进装置可采用全回转的方式代替传统的舵，进而具备“舵–桨–车”合一的功能，可大幅提高了舰船机动性和操纵性。集成电机推进装置因高度集成、结构复杂、组件偶联和跨学科门类多等原因，使得其设计、制造难度大，初期研制成本远高于传统推进装置，这也是制约其性能充分发挥和工程化进度缓慢的主要原因。2集成电机推进装置关键技术及进展2.1集成化推进电机及其无位置传感器控制技术集成电机推进装置中电机定子融合于导管内部，取消了传统的机壳和基座结构，转子与桨叶集成为一体，并借助桨叶做功产生压力，为电机冷却气隙内水循环流动提供动力，导管内主流方向与电机冷却气隙内流动方向相反[5-6]，如图3所示。集成电机定子电机转子来流方向桨叶气隙进流气隙出流轴线前支撑轴承前推力轴承后支撑轴承后推力轴承图3集成电机布置和结构示意图Fig.3SketchmapoftheIMP化电机的特殊安装结构，要求其在径向方向尽可能薄和轴向方向尽可能短，以减小导管阻力，且电磁气隙?
筒僮菪浴?集成电机推进装置因高度集成、结构复杂、组件偶联和跨学科门类多等原因，使得其设计、制造难度大，初期研制成本远高于传统推进装置，这也是制约其性能充分发挥和工程化进度缓慢的主要原因。2集成电机推进装置关键技术及进展2.1集成化推进电机及其无位置传感器控制技术集成电机推进装置中电机定子融合于导管内部，取消了传统的机壳和基座结构，转子与桨叶集成为一体，并借助桨叶做功产生压力，为电机冷却气隙内水循环流动提供动力，导管内主流方向与电机冷却气隙内流动方向相反[5-6]，如图3所示。集成电机定子电机转子来流方向桨叶气隙进流气隙出流轴线前支撑轴承前推力轴承后支撑轴承后推力轴承图3集成电机布置和结构示意图Fig.3SketchmapoftheIMP化电机的特殊安装结构，要求其在径向方向尽可能薄和轴向方向尽可能短，以减小导管阻力，且电磁气隙要大，用于容纳气隙内定/转子防腐蚀护套[7]。最早公开的集成电机推进方案是德国汉诺威LuwigKort于1940年授权的一项专利[7]，如图4所示。在此基础上，1976年出现了采用鼠笼式转子感应电机结构的集成电机推进装置样机[8]，如图5所示，并于1989年完成了7.5kW原理样机研制[9]，样机测试发现了轴承摩擦损耗和定子护套涡流损耗过大的问题。紧接着，英国华威大学于1992年[10]等提出了磁阻式集成电机结构，采用3相6极电磁方案完成了5kW样机设计[11]。但是，上述采用集成感应电机和磁阻式电机方案，均存在电机径向厚度过大而导致导管尺寸大和推进器水动力效率低的问题，以及电机结构为了在气隙中容纳定转子护套和防腐蚀保护层，造成气隙尺寸大
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双dq空间的永磁同步电机无位置传感器起动策略[J]. 刘计龙,肖飞,麦志勤,张伟伟,连传强. 电工技术学报. 2018(12)
[2]永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述[J]. 刘计龙,肖飞,沈洋,麦志勤,李超然. 电工技术学报. 2017(16)
[3]轮缘驱动无轴推进器冷却方案设计与多物理场耦合计算[J]. 胡鹏飞,靳栓宝,沈洋,魏应三,兰任生,庄双江. 船电技术. 2016(03)
[4]美国舰艇水润滑尾轴承材料研究进展[J]. 闫志敏,周新聪,袁成清,张湘军,温小飞,李同兰. 船舶工程. 2015(03)
[5]美国核潜艇推进系统减振降噪技术发展分析[J]. 王汉刚. 舰船科学技术. 2013(07)
[6]Tango-Bravo 跨越潜艇设计障碍[J]. 王华荣. 现代舰船. 2007(07)
[7]电力集成技术[J]. 马伟明. 电工技术学报. 2005(01)
[8]舰船动力发展的方向——综合电力系统[J]. 马伟明. 海军工程大学学报. 2002(06)
博士论文
[1]水润滑橡胶合金轴承混合润滑分析与动力学性能优化[D]. 周广武.重庆大学 2013
本文编号：3228393
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