磁悬浮无人快艇的制作方法

1.本发明涉及交通工具技术领域，尤其涉及磁悬浮无人快艇。


背景技术：

2.相关技术中的快艇通常采用常规的动力装置(比如喷气动力装置)产生推力推进快艇行进，而快艇在水中行驶时，水的巨大阻力、水面的随机起伏等因素均会阻碍快艇提高行驶速度，并且会影响快艇的可靠性和安全性。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的磁悬浮无人快艇。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明构造一种磁悬浮无人快艇，包括：
5.船体，包括船头以及与所述船头相对设置的船尾；
6.动力系统，包括流体旋转方向可相反设置的两个磁悬浮离心泵，每一所述磁悬浮离心泵具有一流体出口，两个所述磁悬浮离心泵间隔设置于所述船体上且以所述船头以及船尾的连接线为对称线对称设置，且两个所述磁悬浮离心泵的流体出口均朝与所述船头相反方向设置；
7.飞轮稳定系统，设置于船体中以稳定所述船体。
8.在一些实施例中，所述磁悬浮离心泵包括泵体以及两个定子驱动控制器；所述泵体具有轴向，两个所述定子驱动控制器设置于所述泵体的两相对侧，且与所述泵体同轴设置；
9.所述泵体包括泵壳以及设置于所述泵壳中的叶轮，所述叶轮中嵌设有转子结构，所述转子结构与两个所述定子驱动控制器相互作用以带动所述叶轮转动并且使得所述泵体悬浮设置；
10.所述泵壳具有泵腔体，所述叶轮收容于所述泵腔体中；
11.所述泵壳上设置有流体输入管道以及流体输出管道，所述流体输入管道以及所述流体输出管道分别与所述泵腔体连通，所述流体输入管道与所述叶轮旋转中心相对设置，所述流体输出管道位于所述叶轮转动的圆周轨迹上，所述流体出口形成于所述流体输出管道的一端。
12.在一些实施例中，所述转子结构具有2p个磁极，其中p为极对数；
13.每一所述定子驱动控制器包括定子结构以及设置于所述定子结构上的三相绕组；所述定子结构具有2p+2个磁极，其中p为极对数；所述三相绕组具有三条绕组支路，每一所述绕组支路形成一相绕组，且具有首端以及尾端；每一所述绕组支路通过180度对称设置的两个绕组并联形成，且每个绕组支路的尾端均连接至所述三相绕组的中点；
14.两个所述定子驱动控制器中的两个所述三相绕组以所述叶轮的旋转中心为对称中心镜向对称设置，且并联。
15.在一些实施例中，所述转子结构具有2p个磁极，其中p为极对数；
16.每一所述定子驱动控制器包括定子结构，所述定子结构具有2p+2个磁极，其中p为极对数。
17.在一些实施例中，所述叶轮包括第一涡轮叶片以及与所述第一涡轮叶片层叠设置的第二涡轮叶片，所述转子结构设置于所述第一涡轮叶片与所述第二涡轮叶片之间。
18.在一些实施例中，所述泵腔体中设置有第一流体通道以及第二流体通道；所述第一流体通道以及所述第二流体通道位于所述叶轮的轴向上，且分别设置于所述叶轮的两相对侧。
19.在一些实施例中，所述泵壳包括第一壳体以及与所述第一壳体装配的第二壳体；所述泵腔体形成于所述第一壳体以及所述第二壳体之间；
20.所述流体输入管道设置于所述第一壳体的中轴处，一端与所述泵腔体连通，另一端设置有流体入口；
21.和/或，所述第二壳体的中轴处设置有向远离所述第一壳体的一侧凸出的凸起，所述第二壳体中设有平衡腔，所述平衡腔形成于所述凸起内侧，与所述泵腔体连通。
22.在一些实施例中，所述泵壳包括内层壁以及间隔设置于所述内层壁的外周的外层壁，所述泵腔体通过所述内层壁界定出，所述流体输出管道设置于所述外层壁上，所述内层壁上开设有溢流口，所述溢流口与所述泵腔体连通供所述泵腔体中的流体输出至流体输出管道。
23.在一些实施例中，所述飞轮稳定系统包括磁悬浮飞轮电机；
24.磁悬浮飞轮电机包括定子组件、转子组件、保护轴承组件以及定子绕组；
25.所述定子组件包括同轴设置的至少三段定子铁心，至少三段个定子铁心沿轴向并列设置；所述定子铁心的槽数与相数之比为偶数；
26.所述转子组件部分设置所述定子结构中，且与所述定子结构同轴设置；
27.定子绕组绕制于所述定子组件的所有定子铁心上，具有至少两相绕组，且每相所述绕组具有一条通过180
°
对称分布的绕组并联形成的绕组支路；
28.所述保护轴承组件与所述转子组件之间留设有设定间隙。
29.在一些实施例中，所述磁悬浮飞轮电机包括电机壳，所述电机壳中设置有可真空设置的收容腔，所述定子组件、所述转子组件收容于所述收容腔中。
30.实施本发明磁悬浮无人快艇具有以下有益效果：该磁悬浮无人快艇通过在船体上且以船头以及船尾之间的连接线为对称线对称设置转向可相反的两个磁悬浮离心泵，且将该两个磁悬浮离心泵的流体出口朝向与船头相反方向设置，进而可对快艇产生推力和差动推力，可通过简单提高磁悬浮离心泵的转速，提高磁悬浮离心泵流量和压力，大幅提升快艇的推力，从而提高快艇的行驶速度，提高可靠性；另外通过在船体中设置飞轮稳定系统，进而可形成快艇的船体减摇、轴动的阻尼和整体稳定，进一步提高快艇的可靠性，以及提高快艇的安全性能。
附图说明
31.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
32.图1是本发明一些实施例中磁悬浮无人快艇的结构示意图；
33.图2是图1所示磁悬浮无人快艇的侧视图；
34.图3是图1所示磁悬浮无人快艇的动力系统的剖视图；
35.图4是图3所示动力系统中磁悬浮离心泵的泵体的剖视图；
36.图5是图3所示动力系统中磁悬浮离心泵的泵体的流体流向示意图；
37.图6是图3所示动力系统中磁悬浮离心泵的叶轮与转子结构配合的结构示意图；
38.图7是图3所示动力系统中磁悬浮离心泵的定子驱动控制器的结构示意图；
39.图8是图7所示动力系统中磁悬浮离心泵的定子驱动控制器与泵体中的转子结构配合的结构示意图；
40.图9是图3所示动力系统中磁悬浮离心泵的定子驱动控制器局部剖视图；
41.图10是图3所示动力系统中磁悬浮离心泵的定子驱动控制器上绕组绕制方式示意图；
42.图11是图1所示磁悬浮无人快艇的局部结构示意图；
43.图12是图11所示磁悬浮无人快艇的磁悬浮飞轮稳定系统的局部结构示意图。
具体实施方式
44.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
45.图1及图2示出了发明磁悬浮无人快艇的一些优选实施例。该磁悬浮无人快艇是一种自然电磁磁悬浮ai无人快艇，可克服水的巨大阻力，水面的随机起伏等因素，具有较好的快速性、机动性、稳定性和安全性，且使用寿命长，质量佳。
46.如图1及图2所示，在一些实施例中，该磁悬浮无人快艇包括船体1、动力系统2、飞轮稳定系统3。该船体1包括船头101以及与船头101相对设置的船尾102。船体1内侧形成有船仓103。该动力系统2设置于船体1上，用于产生动力推动船体1行进、转向等。该飞轮稳定系统3设置于船体1中，具体可设置于船仓103中，用于减少船体1摇摆，稳定船体1。该磁悬浮无人快艇还包括电池4，该电池4可为与动力系统2以及飞轮稳定系统3连接，该电池4可位于船体1的底部，也即在一些实施例中，电池4、动力系统2以及飞轮稳定系统3均可安装于水下，进而可降低船体1的重心，并且改善散热。
47.如图3所示，在一些实施例中，动力系统2包括两个磁悬浮离心泵21，该两个磁悬浮离心泵20可间隔设置于船体1上，具体地，两个磁悬浮离心泵20可设置于船底并靠近于船尾102设置。该两个磁悬浮离心泵20可以以船头101以及船尾102的连接线为对称线对称设置，也即可左右设置。该磁悬浮离心泵20为自然电磁磁悬浮涡轮离心泵，该动力系统2可通过对称设置的两个离心泵21对船体1产生推力和差动推力，推动船体1行进，并且可通过简单提高悬浮离心泵21的转速，提高磁悬浮离心泵20流量和压力，大幅度提升快艇的推力，从而提高快艇的行驶速度。两个磁悬浮离心泵20中的流体旋转方向可相反设置，进而可改变推力，实现左右方向快速驱动控制。在一些实施例中，可利用对称设置的两个磁悬浮离心泵20推力的改变，实现左右方向快速驱动控制，利用对称设置的两个磁悬浮离心泵20转速的瞬时变化产生的动量瞬时变化，实现船体1的快速转向控制。
48.如图3至图6所示，在一些实施例中，该磁悬浮离心泵20包括泵体21以及两个定子驱动控制器22，该泵体21可流体进入其中并且输出流体，从而产生动力推动船体10。该两个
定子驱动控制器22设置于该泵体21的两相对侧，且与泵体21同轴设置，用于驱动泵体21中叶轮212转动，进而带动流体运动。
49.进一步地，在一些实施例中，该泵体21可以为独立部件。在一些实施例中，泵体21包括泵壳211、以及叶轮212。该泵壳211内侧形成有泵腔体2110，用于收容叶轮212，且可供流体流入。叶轮212设置于该泵腔体2110中，可通过转动，带动流体转动。在一些实施例中，该叶轮212中嵌设有转子结构213，该转子结构213与两个定子驱动控制器22可相互作用，其可在定子驱动控制器22的配合下转动，进而带动叶轮212转动，并且使得泵体21处于悬浮状态。在一些实施例中，该流体可以为液体，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，流体也可以为气体。
50.该泵壳211包括第一壳体211a以及第二壳体211b；该第一壳体211a设置于该第二壳体211b上，且与所述第二壳体211b装配。该第一壳体211a以及第二壳体211b可同轴设置，且第一壳体211a以及第二壳体211b均具有开口，该第一壳体211a以及第二壳体211b的开口可拼合设置。泵腔体2110设置于第一壳体211a以及第二壳体211b之间。在一些实施例中，该泵壳211上设置有流体输入管道2111以及流体输出管道2112；具体地，该流体输入管道2111设置于第一壳体211a上，且位于与该第一壳体211a相背于第二壳体211b的端壁，且位于第一壳体211a的中轴处。该流体输入管道2111呈圆柱状，可垂直于第一壳体211a的端壁设置，并与叶轮212旋转中心相对设置。一端与泵腔体2110连通，另一端设置有流体入口2112，该流体入口2112可供外部流体流入流体输入管道2111中，进而经流体输入管道2111输入至泵腔体2110中。该流体输出管道2113设置于该泵壳211的侧壁，具体位于该第一壳体211a以及第二壳体211b的侧壁，且位于叶轮212转动的圆周轨迹上。该流体输出管道2113与泵腔体2110连通，用于供流体输出，从而可产生推力和差动推力作用于船体1，从而推进船体1行进。在一些实施例中，该流体输出管道2113可部分从船尾102伸出至水中，一端设置有流体出口2117，在一些实施例中，两个磁悬浮离心泵的流体出口2117均可朝向与船头101相反方向设置，进而可朝同一方向输出流体，以便于产生推力推动船体1。
51.该泵壳211还包括内层壁211c以及外层壁211d；内层壁211c可形成均压层，外层壁211d设置于内层壁211c的外周；也即第一壳体211a以及第二壳体211b的侧壁均为双层结构，泵腔体2110通过该内层壁211c界定出。在一些实施例中，该内层壁211c可以为圆柱形，内壁面可以为光滑的曲面，也即该泵腔体2110可呈圆柱形，从而使得流体在叶轮212转动时产生的离心力作用下，首先到达内层壁211c，由于内层壁211c为光滑的曲面，则内层壁211c内壁面在圆周方向上受到的离心力时均匀的。该流体输出管道2113部分形成于内层壁211c以及外层壁211d之间。在一些实施例中，该内层壁211c上开设有溢流口2114，该溢流口2114可与泵腔体2110和流体输出管道2113连通，用于供泵腔体2110中的流体输出至流体输出管道2113。该溢流口2114为多个，该多个溢流口2114可沿泵腔体2110的周向间隔设置。叶轮212转动时，流体可沿圆周均布的溢流口2114均匀流出至流体输出管道2113，流出的流体到达外层壁211d后呈传统涡线状，以便于流体流出。由于泵腔体2110为双层结构，离心力是沿圆周均匀受力，因此，叶轮212的高速旋转同时产生径向液体悬浮力，使得叶轮212径向悬浮。需要说明的是，传统的离心泵没有均压层，叶轮212高速旋转同时产生不均匀的径向流体偏心力，导致叶轮212偏向流体输出管道2113，因此需要提供用于恢复偏心的额外的作用力，并且导致一定的功率损耗。
52.在一些实施例中，该第二壳体211b的中轴处设置有凸起2115，该凸起2115，可朝远离第一壳体211a的一侧凸出。该凸起2115的凸出端面可以为外凸的曲面。该凸起2115可在泵体211与其中一个定子驱动控制器22装配时，嵌入位于该定子驱动控制器22对应设置的凹槽220中，从而实现与定子驱动控制器22装配定位，提高装配效率。该第二壳体211b中设置有平衡腔2116，具体地，该平衡腔2116形成于凸起2115内侧，且与泵腔体2110连通，具体地，其与流体输入管道2111同轴设置。由于平衡腔2116的存在，从流体输入管道2111输入的流体可进入平衡腔2116，流体在叶轮212回转的作用下，沿泵壳211的侧壁切向加速流动，并通过位于泵壳211上的流体输出管道2113流出。
53.在一些实施例中，该泵壳211可整体采用工程塑料或非导磁金属材料，也即第一壳体211a、第二壳体211b、流体输入管道2111、流体输出管道2113均可采用工程塑料或非导磁金属材料。其中，工程塑料材料可以是：改性聚四氟乙烯、聚酰亚胺、硅基高分子聚合物材料中的一种或多种。
54.在一些实施例中，叶轮212包括第一涡轮叶片2121以及第二涡轮叶片2122。该第一涡轮叶片2121以及第二涡轮叶片2122分别设置于转子结构213的两相对侧，并与转子结构213形成一体结构。该第一涡轮叶片2122呈圆盘状，可包括具有中心孔的第一盘体212a以及设置于该第一盘体212a上的多个第一叶片本体212b，该多个第一叶片本体212b沿第一盘体212a的周向间隔设置，且沿所述第一盘体212a的轴向向远离转子结构213方向凸出第一盘体212a设置，每一第一叶片本体212b可大致呈弧状。第二涡轮叶片2122与所述第一涡轮叶片2121层叠设置，且包括具有中心孔的第二盘体212c以及设置于该第二盘体212c上的多个第二叶片本体212d，该多个第二叶片本体212d沿第二盘体212c的周向间隔设置，且沿所述第二盘体212c的轴向向远离转子结构213方向凸出第二盘体212c设置，每一第二叶片本体212d可大致呈弧状。该叶轮212采用的是开放式涡叶结构，也即叶轮212与泵壳211之间无连接固定结构，一旦叶轮212回转，流体会同时产生向上的轴向液体推力分量，起到轴向液体悬浮和径向惯性稳定悬浮的作用，其中，轴向液体悬浮力可以克服大部分重力，使得轴向主动自然磁悬浮的能量需求变得很小，几乎不必耗能。
55.在一些实施例中，该转子结构213设置于第一涡轮叶片2121以及第二涡轮叶片2122之间，且与第一涡轮叶片2121以及第二涡轮叶片2122紧密连接形成一体结构。在本实施例中，该转子结构213可以为圆环形的永磁片，用于传递力矩。通过将永磁片封闭于叶轮212中，进而可避免永磁片被泵腔体2110中的流体腐蚀。在一些实施例中，永磁片的材料可以为烧结钕铁硼、粘接钕铁硼材料或其它高磁能积永磁体，且该永磁片无需背铁，进而可使得转子结构213重量减轻。
56.在一些实施例中，该转子结构213具有2p个磁极，其中p为极对数，具体地在一些实施例中，p可以为2，也即该转子结构可具有四个磁极，n极和s极可交替设置。当然，可以理解地，在其他一些实施例中，p不限于等于2。
57.在一些实施例中，该泵腔体2110中设置有第一流体通道214以及第二流体通道215。该第一流体通道214以及第二流体通道215设置于叶轮212的轴向上，且分别设置于叶轮212的两相对侧，具体地，第一流体通道214位于叶轮212与第一壳体211a的端壁之间；第二流体通道215位于叶轮212与第二壳体211b的端壁之间，第一流体通道214以及第二流体通道215对称设置，且流速以及流向几乎相同，因此，叶轮212在高速旋转时产生上下两个对
称的流体流，同时产生上下对称的但是方向相反的轴向流体悬浮力，比如轴向液体悬浮力或气体悬浮力，进而使得叶轮212轴向悬浮。
58.如图7至图10所示，在一些实施例中，两个定子驱动控制器22包括第一定子驱动控制器22a以及第二定子驱动控制器22b；其中，第二定子驱动控制器22b中的一个可设置于泵体21设有第二壳体211b的一侧，该凸起2116可部分嵌入安装于第二定子驱动控制器22b中心轴处设置的凹槽220中。第一定子驱动控制器22a可套设于泵体21的第一壳体211a上，该流体输入管道2111可从该定子驱动控制器22穿出。两个定子驱动控制器22可通过设置简易的锁紧结构锁紧，在一些实施例中，该锁紧结构可以为卡扣结构、螺纹结构或者其他常规锁紧结构。
59.具体地，在一些实施例中，每一定子驱动控制器22可包括机壳221、设置于该机壳221中的定子结构222以及设置于该定子结构222上的三相绕组223。该机壳221为具有装配口2211的敞口结构，内侧形成有容置腔2212，用于容置定子结构222。该定子驱动控制器22与泵体21装配时，该装配口2211可朝向泵体21设置。两个定子驱动控制器22中的两个定子结构222可与转子结构213配合，用于驱动转子结构213转动，进而驱动叶轮212转动，可构成双定子轴向磁路电机。两个定子结构222的绕组电流相同，共用一个转子结构222产生切向力矩。该定子结构222可大致呈圆形，该定子结构222的直径与转子结构213的直径重合，使得定子结构222与转子结构213之间的径向被动磁悬浮，也就是定子结构222与转子结构213之间拥有保持同心的恢复能力。通过在定子结构222上设置具有特定绕制方式的三相绕组223，可使得转子结构213具有径向主动自然磁悬浮的功能。该两个定子驱动控制器22中的两个三相绕组223以叶轮212的旋转中心为对称中心镜向对称设置，且并联，从而使得转子结构213具有轴向主动自然磁悬浮的功能。也即该泵体21中的叶轮212可径向磁悬浮以及轴向磁悬浮，进而可使得叶轮212主动地、自然地、均匀地恢复或稳定在中心位置，也即可提高整个磁悬浮离心泵的可靠性，无需安装在轴承，降低磁悬浮离心泵的制造成本。另外，通过设置两个定子驱动控制器22共同驱动位于泵腔体2110中的叶轮213旋转，并形成磁悬浮离心泵，使得该磁悬浮离心泵的空间利用率高，有利于使得整体形状趋向于扁平状，进而有利于扩大场景适用范围。
60.在一些实施例中，定子结构222包括第一定子铁心2221、第二定子铁心2222以及芯柱2223；第一定子铁心2221可采用高硅钢片叠压形成。该第一定子铁心2221可呈圆环状。该第二定子铁心2222大致呈扇形，且为片状。该第二定子铁心2222为多个。在一些实施例中，该第二定子铁心2222可以为六个。该芯柱2223可呈柱状，横截面大致呈扇形，径向尺寸小于第二定子铁心2222的径向尺寸，该芯柱2223可采用高硅钢片卷绕而成。该芯柱2223可以为多个，具体地，在一些实施例中，芯柱2223为六个，六个芯柱2223可沿第一定子铁心2221的周向间隔设置于第一定子铁心2221上，并且该芯柱2223的高度方向与第一定子铁心2221所在的平面垂直。该芯柱2223与第二定子铁心2222一一对应设置，也即芯柱2223的一端与第一定子铁心2221相接，另一端与第二定子铁心2222相接。可以理解地，在其他一些实施例中，该第二定子铁心2222以及芯柱2223不限于为六个。
61.在一些实施例中，该定子结构222具有2p+2个磁极,其中p为极对数。在一些实施例中，p可以等于2，也即该定子结构222可具有6个磁极。当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该定子结构222不限于具有6个磁极，p不限于等于2。该两个定子结构222与叶轮212中的
转子结构213构成双定子轴向磁路电机，该电机为分散槽集中绕组电机，例如：2p＝4极，z＝6槽电机，其中z为齿槽数，定位力矩小，效率、功率密度、可靠性高。在一些实施例中，该定子结构222磁极直径可小于转子结构213磁极直径，从而使得该叶轮212径向被动磁悬浮是径向稳定的被动磁悬浮。
62.在一些实施例中，该定子结构222的极弧为(0.9～0.75)τd/z＝(0.9～0.75)360
°
/6＝(0.9～0.75)60
°
；该转子结构213的极弧为(1.0～0.85)τr/2p＝(1.0～0.85)360
°
/4＝(1.0～0.85)90
°
。定子结构222的极弧导致相邻定子结构222极弧之间存在间隙，该间隙中可以增加绝缘材料，使定子结构222极弧表面平整和光滑，以便减小磁悬浮离心泵中流体阻力。
63.在一些实施例中，两个定子驱动控制器22的两个定子结构222都对叶轮212中的转子结构213具有轴向吸引力，只有当转子结构213与两个定子结构222同轴，并居中设置于两个定子结构222之间，每个定子结构222与转子结构213之间的吸引力与另一定子结构222与转子结构213之间的吸引力相等。当转子结构213两侧的气隙存在任何偏差，转子结构213就会被吸向气隙小的一侧，因此，在磁悬浮离心泵处于静态和初始状态时，转子结构213会被随机吸向气隙小的一侧，也即转子结构213轴向是不稳定的，则有必要保证转子结构213在轴向主动磁悬浮。该定子驱动控制器22中两个定子结构222上的三相绕组223以叶轮的旋转中心为对称中心镜向对称设置并并联起来，可使得转子结构213两侧气隙中，气隙小的一侧三相绕组223的反电势变大，三相电流变小，相反，气隙大的一侧三相绕组223的反电势变小，三相电流变大，于是气隙大的一侧轴向拉力变大，气隙小的一侧轴向拉力变小，必然导致轴向气隙向偏差变小的方向变化，并且使气隙偏差稳定下来，所以叶轮212旋转起来后，即可拥有轴向自然磁悬浮功能。
64.在一些实施例中，三相绕组223绕制于定子结构222的芯柱2223上，该三相绕组223具有三条绕组支路，每一绕组支路形成一相绕组，且具有首端以及尾端，每一所述绕组支路可通过180度对称设置的两个绕组并联形成，且每个绕组支路的尾端均连接至三相绕组223的中点。具体地，定子结构222上的u1、u2并联成为u相，也即将u相180
°
对称的两个绕组u1和u2首端连接，尾端连接三相绕组223的中点o形成u相绕组的一条并联支路；定子结构222的v3、v4，并联成为v相，也即，将v相180
°
对称的两个绕组v3和v4绕组首端连接，尾端连接至三相绕组223的中点o形成v相绕组的一条并联支路；定子结构222的w4、w5，并联成为w相，也即可将w相180
°
对称的w5和w6两个绕组首端连接，尾端连接至三相绕组223的中点o形成w相绕组的一条并联支路；如此，u、v、w三相绕组，每相都有一条180
°
对称并联支路。当气隙均匀时，任何一条180
°
对称并联支路中电流相同，当气隙发生偏差时，某条180
°
对称并联支路之间的气隙发生偏差，气隙小的一方反电势变大，气隙大的一方反电势变小，于是气隙小的一方支路中电流变小，而气隙大的一方支路中电流变大，这会导致电流变小一方电磁拉力变小，电流变大一方电磁拉力变大。于是就会促使转子结构213向恢复气隙均匀的方向做径向运动，起到自然电磁磁悬浮的作用。三相绕组223每相都有一条180
°
对称并联支路，形成特殊的三相绕组，该三相绕组，在电机旋转时，可以从径向的z＝6个均布的位置上主动地、自然地、均匀地将转子结构213恢复或稳定在中心位置。这就是“径向自然电磁磁悬浮”作用。
65.两个定子结构222使用同一个转子结构213，且两个三相绕组223以叶轮213的旋转中心为对称中心镜向对称设置，并且并联形成特殊的双定子三相绕组，该双定子三相绕组，
在转子结构213旋转时，可以在定子结构222相对转子结构213存在偏心时，自动调整各自的定子结构222电流，气隙小的，反电势大，定子结构222电流变小，气隙大的，反电势小，定子结构222电流变大，从轴向主动地、自然地、均匀地将转子恢复或稳定在轴向中心位置。这就是“轴向自然电磁磁悬浮”作用。在一些实施例中，该三相绕组223的绕组系数k
w1
＝0.866。
66.在一些实施例中，该定子驱动控制器22中内含驱动与控制电路，对外仅有三根连线(例如：电源+、电源地、usb)，可靠性高。扁平磁悬浮离心泵可以独立运行，也可以通过三线接口，与外部系统控制系统相连,通过usb串行口接口读取:电压、电流、转子转速、压力、流量等等参数，供智慧控制系统使用。磁悬浮离心泵结构紧凑和简单，具有可靠性高、控制性能高和智能诊断等功能。
67.如11及图12所示，在一些实施例中，该飞轮稳定系统3包括飞轮稳定器以及磁悬浮飞轮电机30，该磁悬浮飞轮电机30可安装于船仓103中，与飞轮稳定器连接。
68.该磁悬浮飞轮电机30为内转子飞轮电机，且为分数槽集中绕组电机，包括电机壳31、定子组件32、转子组件34、定子绕组33。该电机壳31中设置有可真空设置的收容腔310，也即该收容腔310可以为真空腔体，定子组件32以及转子组件34可收容于该收容腔310中，也即该定子组件32以及转子组件34可密封安装于真空腔体中。该定子组件32可与转子组件34配合，驱动转子组件34转动。该定子绕组33绕制于定子组件32上。该转子组件34可通过转动提供动量。在一些实施例中，该转子组件34包括转子铁心341、穿设于该转子铁心341上的永磁体342。该转子铁心341位于定子组件32中，且与定子组件32同轴设置。该永磁体342的两端从所述转子铁心341的两端穿出，形成轴部。在一些实施例中，该磁悬浮飞轮电机还包括保护轴承组件，该保护轴承组件可包括两个保护轴承35；两个保护轴承35设置于电机壳31的两相对设置的端壁，且可分别与该永磁体342的两个轴部一一对应设置。每一保护轴承35可套设于每一轴部的外周，该保护轴承组件与转子组件34之间留设有设定间隙，具体地，该每一保护轴承与永磁体342在径向方向上留设有设定间隙，该设定间隙的宽度可以为0.05～1.0mm。在一些实施例中，该保护轴承35可以为常规轴承。
69.在一些实施例中，该定子组件32包括同轴设置的五段定子铁心321，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该定子铁心321不限于为五段，可以为三段、四段或大于五段。通过将定子组件32分为三段或三段以上，可便于位于定子组件32中的转子组件34获得轴向被动磁悬浮能力。在一些实施例中，该五段定子铁心321可一体成型，可由一个定子铁心321预制件切割形成。可以理解地，在其他一些实施例中，该五段定子铁心321也可以为独立的且呈片状的定子铁心321。
70.在一些实施例中，该定子绕组33绕制于所有定子铁心321上，也即定子绕组33不必随定子铁心分段而分段，位于在轴向并列的同一排齿槽可共用一绕组。该磁悬浮飞轮电机的定子铁心321的槽数与相数之比z/m为偶数，该定子绕组为三相绕组，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该定子绕组不限于为三相绕组，该相数可以为两相、四相或者大于四相。因此该类电机的每相绕组均具有一条通过180
°
对称分布的绕组并联形成的绕组支路，可以产生180
°
对称的力偶力矩。定子绕组33被分成沿圆周180
°
对称分布的多对绕组，每相最大绕组对数为kpm＝z/(2m)，将每相全部180
°
对称分布绕组并联成为对称并联支路绕组，并联的原则是：当极对数p为偶数时，两并联支路绕组按首尾端(异名端)并联，当p为奇数时，两并联支路绕组按首首和尾尾端(同名端)并联，两并联支路绕组的一端作为相绕组的
中点，该磁悬浮飞轮电机的定子绕组33均按此方法分别形成180
°
对称的并联支路，如此，产生定子绕组的三相端口和一个定子绕组的中点。也即最终形成特殊的180
°
对称并联的并联支路。该磁悬浮飞轮电机的每相绕组，都有一对或多对180
°
对称的并联支路，这些180
°
对称的并联支路中的电流，在定子组件32、转子组件34气隙无偏差时，原理上是相同。
71.众所周知，定子组件32与转子组件34之间存在吸引力，如果该磁悬浮飞轮电机有轴承，可以保持定子组件32与转子组件34之间的气隙相等，吸引力沿圆周处处相等，轴承使得磁悬浮飞轮电机气隙内的径向吸引力处处相等而且互相抵消。但是假设磁悬浮飞轮电机旋转，而本实施例中磁悬浮飞轮电机无机械轴承，转子组件34两相对侧气隙存在偏差时，转子组件34就会被吸向气隙小的一侧，而气隙小的一侧并联支路的反电势变大，电流变小，相反气隙大的一侧并联支路的反电势变小，电流变大，于是气隙大的一侧径向拉力变大，气隙小的一侧径向拉力变小，必然导致气隙向偏差变小的方向变化，并且使气隙偏差稳定下来。所以磁悬浮飞轮电机旋转起来后，该转子组件34拥有径向自然磁悬浮恢复对中的能力。由于当磁悬浮飞轮电机未启动，初始状态时，转子组件34会被随机吸向气隙小的一侧，磁悬浮飞轮电机未启动时，转子组件34径向不稳定，因此，磁悬浮飞轮电机使用启动保护轴承35。磁悬浮飞轮电机在不附件任何传感器和控制器的情况下，采用传统电机驱动方法就拥有完善的动态径向自然电磁磁悬浮和被动轴向磁悬浮功能。
72.在一些实施例中，该磁悬浮飞轮电机30上设置有飞轮稳定器机械接口36，该飞轮稳定器机械接口36可位于该电机壳31的一个端壁上，且向外凸出该端壁设置，位于电机壳31的中轴处，与永磁体342同轴设置。在一些实施例中，该磁悬浮飞轮电机30上设置有电气接口38，该电气接口38与定子绕组33连接，用于与外置电源连接。
73.磁悬浮飞轮电机机械结构和控制电路简单可靠，内含：径向主动自然磁悬浮技术、轴向被动磁悬浮技术，两者的磁悬浮共同作用，确保飞轮具有足够强大的自然悬浮的能力。在一些具体应用中：磁悬浮飞轮电机的额定转速可以为15000rpm，角动量可以为1000nms，减摇力矩可以为2500nm，储能能力可以为150wh，储能速度可以为10w/s，储能放电时间可以为0.1-7200s，磁悬浮飞轮电机可连接智能监控保护模块。旋转的转子组件34有维持其转轴位置不变的倾向。磁悬浮飞轮电机可使得船体1具有减摇作用，可以抑制船体1横摇。在一些具体实施例中：转子铁心341的半径可以为260mm，转子铁心341的高度可以为50mm，转子铁心341的转速每分钟2万转，转子铁心341恢复力矩为1820kg.m。
74.通过增加飞轮稳定系统，可快速回收磁悬浮无人快艇转速变化(制动、转向、减速)时的能量，并且存储该能量，用于磁悬浮无人快艇的加速，大幅度优化能量利用和管理。
75.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种磁悬浮无人快艇，其特征在于，包括：船体(1)，包括船头(101)以及与所述船头(101)相对设置的船尾(102)；动力系统(2)，包括流体旋转方向可相反设置的两个磁悬浮离心泵(20)，每一所述磁悬浮离心泵(20)具有一流体出口(2117)，两个所述磁悬浮离心泵(20)间隔设置于所述船体(1)上且以所述船头(101)以及船尾(102)的连接线为对称线对称设置，且两个所述磁悬浮离心泵(20)的流体出口(2117)均朝与所述船头(101)相反方向设置；飞轮稳定系统(3)，设置于船体(1)中以稳定所述船体(1)。2.根据权利要求1所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述磁悬浮离心泵(20)包括泵体(21)以及两个定子驱动控制器(22)；所述泵体(21)具有轴向，两个所述定子驱动控制器(22)设置于所述泵体(21)的两相对侧，且与所述泵体(21)同轴设置；所述泵体(21)包括泵壳(211)以及设置于所述泵壳(211)中的叶轮(212)，所述叶轮(212)中嵌设有转子结构(213)，所述转子结构(213)与两个所述定子驱动控制器(22)相互作用以带动所述叶轮(212)转动并且使得所述泵体(21)悬浮设置；所述泵壳(211)具有泵腔体(2110)，所述叶轮(212)收容于所述泵腔体(2110)中；所述泵壳(211)上设置有流体输入管道(2111)以及流体输出管道(2113)，所述流体输入管道(2111)以及所述流体输出管道(2113)分别与所述泵腔体(2110)连通，所述流体输入管道(2111)与所述叶轮(212)旋转中心相对设置，所述流体输出管道(2113)位于所述叶轮(212)转动的圆周轨迹上，所述流体出口(2117)形成于所述流体输出管道(2113)的一端。3.根据权利要求2所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述转子结构(213)具有2p个磁极，其中p为极对数；每一所述定子驱动控制器(22)包括定子结构(222)以及设置于所述定子结构(222)上的三相绕组(223)；所述定子结构(222)具有2p+2个磁极，其中p为极对数；所述三相绕组(223)具有三条绕组支路，每一所述绕组支路形成一相绕组，且具有首端以及尾端；每一所述绕组支路通过180度对称设置的两个绕组并联形成，且每个绕组支路的尾端均连接至所述三相绕组的中点；两个所述定子驱动控制器(22)中的两个所述三相绕组(223)以所述叶轮(212)的旋转中心为对称中心镜向对称设置，且并联。4.根据权利要求2所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述转子结构(213)具有2p个磁极，其中p为极对数；每一所述定子驱动控制器(22)包括定子结构(222)，所述定子结构(222)具有2p+2个磁极，其中p为极对数。5.根据权利要求2所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述叶轮(212)包括第一涡轮叶片(2121)以及与所述第一涡轮叶片(2121)层叠设置的第二涡轮叶片(2122)，所述转子结构(213)设置于所述第一涡轮叶片(2121)与所述第二涡轮叶片(2122)之间。6.根据权利要求2所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述泵腔体(2110)中设置有第一流体通道(214)以及第二流体通道(215)；所述第一流体通道(214)以及所述第二流体通道(215)位于所述叶轮(212)的轴向上，且分别设置于所述叶轮(212)的两相对侧。7.根据权利要求2所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述泵壳(211)包括第一壳体(211a)以及与所述第一壳体(211a)装配的第二壳体(211b)；所述泵腔体(2110)形成于所述
第一壳体(211a)以及所述第二壳体(211b)之间；所述流体输入管道(2111)设置于所述第一壳体(211a)的中轴处，一端与所述泵腔体(2110)连通，另一端设置有流体入口(2112)；和/或，所述第二壳体(211b)的中轴处设置有向远离所述第一壳体(211a)的一侧凸出的凸起，所述第二壳体(211b)中设有平衡腔(2116)，所述平衡腔(2116)形成于所述凸起内侧，与所述泵腔体(2110)连通。8.根据权利要求2所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述泵壳(211)包括内层壁(211c)以及间隔设置于所述内层壁(211c)的外周的外层壁(211d)，所述泵腔体(2110)通过所述内层壁(211c)界定出，所述流体输出管道(2113)设置于所述外层壁(211d)上，所述内层壁(211c)上开设有溢流口(2114)，所述溢流口(2114)与所述泵腔体(2110)连通供所述泵腔体(2110)中的流体输出至流体输出管道(2113)。9.根据权利要求1所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述飞轮稳定系统(3)包括磁悬浮飞轮电机(30)；磁悬浮飞轮电机(30)包括定子组件(32)、转子组件(34)、保护轴承组件以及定子绕组(33)；所述定子组件(32)包括同轴设置的至少三段定子铁心(321)，至少三段个定子铁心(321)沿轴向并列设置；所述定子铁心(321)的槽数与相数之比为偶数；所述转子组件(34)部分设置所述定子结构(222)中，且与所述定子结构(222)同轴设置；定子绕组(33)绕制于所述定子组件(32)的所有定子铁心(321)上，具有至少两相绕组，且每相绕组具有一条通过180
°
对称分布的绕组并联形成的绕组支路；所述保护轴承组件与所述转子组件(34)之间留设有设定间隙。10.根据权利要求9所述的磁悬浮无人快艇，其特征在于，所述磁悬浮飞轮电机(30)包括电机壳(31)，所述电机壳(31)中设置有可真空设置的收容腔(310)，所述定子组件(32)、所述转子组件(34)收容于所述收容腔(310)中。

技术总结
本发明涉及一种磁悬浮无人快艇，其包括：船体，包括船头以及与所述船头相对设置的船尾；动力系统，包括流体旋转方向可相反设置的两个磁悬浮离心泵，每一所述磁悬浮离心泵具有一流体出口，两个所述磁悬浮离心泵间隔设置于所述船体上且以所述船头以及船尾的连接线为对称线对称设置，且两个所述磁悬浮离心泵的流体出口均朝与所述船头相反方向设置；飞轮稳定系统，设置于船体中以稳定所述船体。该磁悬浮无人快艇通过两个磁悬浮离心泵可对快艇产生推力和差动推力，提高可靠性；另外通过在船体中设置飞轮稳定系统，进而可形成快艇的船体减摇、阻尼和整体稳定，进一步提高快艇的可靠性，以及提高快艇的安全性能。以及提高快艇的安全性能。以及提高快艇的安全性能。


技术研发人员：李天行 李铁才
受保护的技术使用者：浙江博望科技发展有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/4