无轴推进电机技术应用研究

白刚

摘 要：随着现代科学技术的不断发展，一些新兴的管段技术也开始发展起来。一些可用于市面和水下的航行器的动力传输系统也在不断的发展起来，这其中就包括先进的无轴推进系统，本文通过对无轴推进系统中的电机的重要方面的研究于比较，从而其中得出只有交流永磁同步电机才能胜任无轴推进系统的动力供应的工作。

关键词：无轴推进；电机技术；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.003

0 引言

动力推进技术是体现一个航行器的先进性的重要指标，动力推进技术的先进程度直接影响先进作战理念的实际部署，还会影响最终战术的成功与否。无轴推进系统的显著特点就如他的名称一样，该系统是将螺旋桨和传统的传动轴结合在一起，这样就实现了轴承的去除，这样做不经能够将海水直接与电机相接处实现温度的快速下降，同时因为其结构的紧凑性而为水箱航行器节约出很大的空间，这种优势还能够移植到所有的水下以及水面的航行器的动力推进系统当中。当前的水下无轴推动系统经过一段时间的技术积累已经成为了近20年来研究的重点对象，由于无轴推进系统具有的水面/水下的航行特色和远航能力，对他的研究是具有重要的战略意义。美国对该领域的投入巨大，在最近的几年时间，美国的多家公司都或多或少的设立项目进行无轴推进系统的研发工作。

在无轴推进整个繁杂的系统当中，由于设计必须要做到全面详细和结构的紧凑，所以根据不同的设计需要有不同的电机选择，这其中主要有超导直流单极电机、高温超导交流同步电机、永磁交流同步电机和交流感应电机这4类电机可以让我们进行选择。

1 无轴推进电机技术

航行器的水县推进系统的发展经历了漫长的过程，从最初的最为传统的推进推进电动机然后在科技的发展下到了现在的无轴推进电机：一直在20世纪的中叶，直流电动机实现了大的发展，慢慢的发展到90年代出现了历史性革命的无刷电机，并且由于其有意的表现使得该型号电机得到大规模的普及，进入新时代以后，大部分的研究机构将巨大的精力都投入到盘式电机的科研上。到目前为止，各个国家都投入巨大的人力财力到新型的航行器的推动技术当中，这种型号的推进器拥有其他推进器不能比拟的优势，这其中就包括：能长期运行、新型先进冷却系统、低噪音等。在此基础上逐渐发展出了超导直流单极电机、高温超导交流同步电机、永磁交流同步电机和交流感应电机。

2 应用研究

2.1 超导直流单极电机

（1）特点。超导直流单极电机经常在600V的电压环境下才工作，但是这需要极大的电流作为支撑，为了能够使得电流的问题的问题得到解决，点集中的转子圈数需要得到增多，但是这样做的坏处就导致了里边的布局变得相当复杂，并且需要电刷的工作才能实现。（2）电力变换器。Buck降压电路是超导直流单极电机使用的最为普遍的电力变换器，Buck降压电路可以实现0-600V的电压的调节，不仅如此，该电器能够实现电压下降的同时来将电流得到提升的效果。（3）声学性。从理论上来说，高温超导直流电机关于电流与电磁场没有相应的研究关系，因此在这也方面可能形成了比其他电机更加好的优势，鉴于在整个过程中，电流以及磁场都是在一种稳定的环境中进行的。

2.2 高温超导交流同步电机

（1）与感应电机相比，高温超导交流电机在尺寸方面存在着先天的优势。这其中采用高温超导线圈所表现出来的效果在理论上使得超导电机的磁切应力更大。但是在重量的比较方面，高温超导交流同步电机的降低效果似乎没有很明显。还有在对环境以及零部件的要求较高。（2）电力变换器。该设备采用的是PWM电力变换器。（3）声学性能。声学性能在与感应型电机相比比较低。该电机由于某些技术上的要求所以在极对数上有了折扣：在磁导感应噪声和时间谐波噪声的表现要比其他电机大。

2.3 永磁交流同步电机

（1）特点。具有较大的转矩强度和功率是永磁交流同步电机最为显著的特点。（2）电力交换器。基本上半数的电力变换器都能够在永磁交流同步电机上使用，但是在永磁交流同步电机上使用最为常见的就是PWM电力变换器。（3）声学性。永磁电机的声学性在这当中是表现最好的。永磁交流同步电机得功率以及电极对数都可大可小，较多的极对数能够使得声学性能表现更加突出。

2.4 交流感应电机

（1）特点。感应电机是目前最为成熟的电机，并且在我们的生活中已经出现了很多年。感应电机具有结构简单和鲁棒性强的特点，所以广受市场的青睐。（2）电力变换器要求。多数的变换器都能满足交流感应电机的要求，但是如果能够策略性的选择开关，再加上PWM电力变换器就能够使得该型号电机在声学性上的效果表现的更好。（3）声学性。极对数的超高要求使得感应电机的声学性能表现的不能够那么理想。

3 结语

在对以上几种电机的重要方面的对比后得出：具有与其他电机相比较的多重优势。其中包括：

（1）在与高温超导交流同步电机的比较过程中，永磁同步交流电机有用多电极数和较小的径向尺寸的突出特点，并且表现出更加大的转矩强度和较小的质量。（2）由于较多的极对数的原因，该电机的声学性能边线优异。（3）具有成熟的技术体系，并且该电机已经拥有实际运用案例，其功率能够达到数百千瓦的水平。（4）该技术的可靠性表现更加优异，并且能在商业上被广泛的使用，尤其能够在轻型永磁电机的使用上能够发挥出更好的效果。

从当前的发展情况来说，将永磁同步交流电机作为无轴推进技术的关键部分是最为正确的选择。

以超导技术为支撑的两种电机带有大转矩强度和體积小的特点，跟交流电机相比，超导直流单集电极在噪声方面的表现优异；但是在应用于舰艇的的驱动方面仍然不能表现的很完美，所以超导电机的发展还需要很长的路要走。

参考文献：

[1]马立丽，马金龙.基于Ansoft的无刷直流电动机的设计与仿真[J].云南电力技术，2009，8（04）：54-57.

[2]汪勇，李庆.新型集成电机推进器设计研究[J].中国舰船研究，2011（01）.

[3]张强，程鹏，张敬南.无刷直流电动机在集成电机推进器中的应用及设计[J].微特电机，2010（03）.

[4]谈微中，严新平，刘正林，张聪，黄千稳，田哲.无轴轮缘推进系统的研究现状与展望[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2015（03）.

[5]陈珂，杨显照，李燚航，潘凌风，欧阳武，严新平.无轴轮缘推进器内置电机防护材料与防护工艺综述[J].微特电机，2016（07）.