白剛

摘 要：隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新興的管段技術(shù)也開始發(fā)展起來。一些可用于市面和水下的航行器的動力傳輸系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展起來，這其中就包括先進的無軸推進系統(tǒng)，本文通過對無軸推進系統(tǒng)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(tǒng)的動力供應的工作。

關(guān)鍵詞：無軸推進；電機技術(shù)；應用

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

0 引言

動力推進技術(shù)是體現(xiàn)一個航行器的先進性的重要指標，動力推進技術(shù)的先進程度直接影響先進作戰(zhàn)理念的實際部署，還會影響最終戰(zhàn)術(shù)的成功與否。無軸推進系統(tǒng)的顯著特點就如他的名稱一樣，該系統(tǒng)是將螺旋槳和傳統(tǒng)的傳動軸結(jié)合在一起，這樣就實現(xiàn)了軸承的去除，這樣做不經(jīng)能夠?qū)⒑Ｋ苯优c電機相接處實現(xiàn)溫度的快速下降，同時因為其結(jié)構(gòu)的緊湊性而為水箱航行器節(jié)約出很大的空間，這種優(yōu)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(tǒng)當中。當前的水下無軸推動系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的技術(shù)積累已經(jīng)成為了近20年來研究的重點對象，由于無軸推進系統(tǒng)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(zhàn)略意義。美國對該領(lǐng)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(tǒng)的研發(fā)工作。

在無軸推進整個繁雜的系統(tǒng)當中，由于設計必須要做到全面詳細和結(jié)構(gòu)的緊湊，所以根據(jù)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(shù)

航行器的水縣推進系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程，從最初的最為傳統(tǒng)的推進推進電動機然后在科技的發(fā)展下到了現(xiàn)在的無軸推進電機：一直在20世紀的中葉，直流電動機實現(xiàn)了大的發(fā)展，慢慢的發(fā)展到90年代出現(xiàn)了歷史性革命的無刷電機，并且由于其有意的表現(xiàn)使得該型號電機得到大規(guī)模的普及，進入新時代以后，大部分的研究機構(gòu)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(shù)當中，這種型號的推進器擁有其他推進器不能比擬的優(yōu)勢，這其中就包括：能長期運行、新型先進冷卻系統(tǒng)、低噪音等。在此基礎上逐漸發(fā)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(jīng)常在600V的電壓環(huán)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(zhuǎn)子圈數(shù)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(xiàn)。（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(xiàn)0-600V的電壓的調(diào)節(jié)，不僅如此，該電器能夠?qū)崿F(xiàn)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(guān)于電流與電磁場沒有相應的研究關(guān)系，因此在這也方面可能形成了比其他電機更加好的優(yōu)勢，鑒于在整個過程中，電流以及磁場都是在一種穩(wěn)定的環(huán)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(yōu)勢。這其中采用高溫超導線圈所表現(xiàn)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(huán)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(shù)上的要求所以在極對數(shù)上有了折扣：在磁導感應噪聲和時間諧波噪聲的表現(xiàn)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(zhuǎn)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?；旧习霐?shù)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(xiàn)最好的。永磁交流同步電機得功率以及電極對數(shù)都可大可小，較多的極對數(shù)能夠使得聲學性能表現(xiàn)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(jīng)出現(xiàn)了很多年。感應電機具有結(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)，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(xiàn)的更好。（3）聲學性。極對數(shù)的超高要求使得感應電機的聲學性能表現(xiàn)的不能夠那么理想。

3 結(jié)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(yōu)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(shù)和較小的徑向尺寸的突出特點，并且表現(xiàn)出更加大的轉(zhuǎn)矩強度和較小的質(zhì)量。（2）由于較多的極對數(shù)的原因，該電機的聲學性能邊線優(yōu)異。（3）具有成熟的技術(shù)體系，并且該電機已經(jīng)擁有實際運用案例，其功率能夠達到數(shù)百千瓦的水平。（4）該技術(shù)的可靠性表現(xiàn)更加優(yōu)異，并且能在商業(yè)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(fā)揮出更好的效果。

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

以超導技術(shù)為支撐的兩種電機帶有大轉(zhuǎn)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(xiàn)優(yōu)異；但是在應用于艦艇的的驅(qū)動方面仍然不能表現(xiàn)的很完美，所以超導電機的發(fā)展還需要很長的路要走。

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