無軸推進電機技術應用研究

白剛

摘 要：隨著現代科學技術的不斷發展，一些新興的管段技術也開始發展起來。一些可用于市面和水下的航行器的動力傳輸系統也在不斷的發展起來，這其中就包括先進的無軸推進系統，本文通過對無軸推進系統中的電機的重要方面的研究于比較，從而其中得出只有交流永磁同步電機才能勝任無軸推進系統的動力供應的工作。

關鍵詞：無軸推進；電機技術；應用

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

0 引言

動力推進技術是體現一個航行器的先進性的重要指標，動力推進技術的先進程度直接影響先進作戰理念的實際部署，還會影響最終戰術的成功與否。無軸推進系統的顯著特點就如他的名稱一樣，該系統是將螺旋槳和傳統的傳動軸結合在一起，這樣就實現了軸承的去除，這樣做不經能夠將海水直接與電機相接處實現溫度的快速下降，同時因為其結構的緊湊性而為水箱航行器節約出很大的空間，這種優勢還能夠移植到所有的水下以及水面的航行器的動力推進系統當中。當前的水下無軸推動系統經過一段時間的技術積累已經成為了近20年來研究的重點對象，由于無軸推進系統具有的水面/水下的航行特色和遠航能力，對他的研究是具有重要的戰略意義。美國對該領域的投入巨大，在最近的幾年時間，美國的多家公司都或多或少的設立項目進行無軸推進系統的研發工作。

在無軸推進整個繁雜的系統當中，由于設計必須要做到全面詳細和結構的緊湊，所以根據不同的設計需要有不同的電機選擇，這其中主要有超導直流單極電機、高溫超導交流同步電機、永磁交流同步電機和交流感應電機這4類電機可以讓我們進行選擇。

1 無軸推進電機技術

航行器的水縣推進系統的發展經歷了漫長的過程，從最初的最為傳統的推進推進電動機然后在科技的發展下到了現在的無軸推進電機：一直在20世紀的中葉，直流電動機實現了大的發展，慢慢的發展到90年代出現了歷史性革命的無刷電機，并且由于其有意的表現使得該型號電機得到大規模的普及，進入新時代以后，大部分的研究機構將巨大的精力都投入到盤式電機的科研上。到目前為止，各個國家都投入巨大的人力財力到新型的航行器的推動技術當中，這種型號的推進器擁有其他推進器不能比擬的優勢，這其中就包括：能長期運行、新型先進冷卻系統、低噪音等。在此基礎上逐漸發展出了超導直流單極電機、高溫超導交流同步電機、永磁交流同步電機和交流感應電機。

2 應用研究

2.1 超導直流單極電機

（1）特點。超導直流單極電機經常在600V的電壓環境下才工作，但是這需要極大的電流作為支撐，為了能夠使得電流的問題的問題得到解決，點集中的轉子圈數需要得到增多，但是這樣做的壞處就導致了里邊的布局變得相當復雜，并且需要電刷的工作才能實現。（2）電力變換器。Buck降壓電路是超導直流單極電機使用的最為普遍的電力變換器，Buck降壓電路可以實現0-600V的電壓的調節，不僅如此，該電器能夠實現電壓下降的同時來將電流得到提升的效果。（3）聲學性。從理論上來說，高溫超導直流電機關于電流與電磁場沒有相應的研究關系，因此在這也方面可能形成了比其他電機更加好的優勢，鑒于在整個過程中，電流以及磁場都是在一種穩定的環境中進行的。

2.2 高溫超導交流同步電機

（1）與感應電機相比，高溫超導交流電機在尺寸方面存在著先天的優勢。這其中采用高溫超導線圈所表現出來的效果在理論上使得超導電機的磁切應力更大。但是在重量的比較方面，高溫超導交流同步電機的降低效果似乎沒有很明顯。還有在對環境以及零部件的要求較高。（2）電力變換器。該設備采用的是PWM電力變換器。（3）聲學性能。聲學性能在與感應型電機相比比較低。該電機由于某些技術上的要求所以在極對數上有了折扣：在磁導感應噪聲和時間諧波噪聲的表現要比其他電機大。

2.3 永磁交流同步電機

（1）特點。具有較大的轉矩強度和功率是永磁交流同步電機最為顯著的特點。（2）電力交換器。基本上半數的電力變換器都能夠在永磁交流同步電機上使用，但是在永磁交流同步電機上使用最為常見的就是PWM電力變換器。（3）聲學性。永磁電機的聲學性在這當中是表現最好的。永磁交流同步電機得功率以及電極對數都可大可小，較多的極對數能夠使得聲學性能表現更加突出。

2.4 交流感應電機

（1）特點。感應電機是目前最為成熟的電機，并且在我們的生活中已經出現了很多年。感應電機具有結構簡單和魯棒性強的特點，所以廣受市場的青睞。（2）電力變換器要求。多數的變換器都能滿足交流感應電機的要求，但是如果能夠策略性的選擇開關，再加上PWM電力變換器就能夠使得該型號電機在聲學性上的效果表現的更好。（3）聲學性。極對數的超高要求使得感應電機的聲學性能表現的不能夠那么理想。

3 結語

在對以上幾種電機的重要方面的對比后得出：具有與其他電機相比較的多重優勢。其中包括：

（1）在與高溫超導交流同步電機的比較過程中，永磁同步交流電機有用多電極數和較小的徑向尺寸的突出特點，并且表現出更加大的轉矩強度和較小的質量。（2）由于較多的極對數的原因，該電機的聲學性能邊線優異。（3）具有成熟的技術體系，并且該電機已經擁有實際運用案例，其功率能夠達到數百千瓦的水平。（4）該技術的可靠性表現更加優異，并且能在商業上被廣泛的使用，尤其能夠在輕型永磁電機的使用上能夠發揮出更好的效果。

從當前的發展情況來說，將永磁同步交流電機作為無軸推進技術的關鍵部分是最為正確的選擇。

以超導技術為支撐的兩種電機帶有大轉矩強度和體積小的特點，跟交流電機相比，超導直流單集電極在噪聲方面的表現優異；但是在應用于艦艇的的驅動方面仍然不能表現的很完美，所以超導電機的發展還需要很長的路要走。

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