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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：为解决目前用于提升水下推进电机在工作区内的综合效率而采用的高、低功率组合式推进电机系统具有系统冗杂，电气控制复杂的问题，本发明提供一种大功率跨度的变速水下推进电机及其设计方法、水下装备。本发明提出了变速器总成和高速电机总成结合的变速水下推进电机的思路，并结合水下装备的特点和总技术指标要求对变速器总成和高速电机总成进行联合优化，在水下装备的巨大功率跨度和有限空间重量的约束下，实现水下装备分别在低速巡航状态和高速航行运行状态下时，通过自主切换变速器挡位，使变速水下推进电机运行在最佳工作转速上，有利于在尽可能保证变速水下推进电机高功率输出能力的同时提高低速效率，提升水下推进电机在工作区内的综合效率。

主权项：1.大功率跨度的变速水下推进电机的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将水下装备对动力推进系统要求的总设计指标分解为高速电机总成和变速器总成的设计指标；步骤2：基于步骤1分解到的高速电机总成的设计指标，进行高速电机总成设计；步骤2.1：根据水下装备的空间约束和高速电机总成的加工制造工艺难度，预取高速电机总成的高功率转速；步骤2.2：根据预取的高速电机总成的高功率转速，结合步骤1分解到的高速电机总成的设计指标，确定高速电机总成中电磁结构的参数取值范围，同时设定参数选取步长；步骤2.3：基于所述参数选取步长，从步骤2.2确定的电磁结构的参数取值范围内选取一组高速电机总成的电磁结构参数；步骤2.4：判断当前电磁结构参数下，高速电机总成的尺寸是否满足步骤1分解到的高速电机总成的设计指标，若是，则进入步骤2.5；否则，在步骤2.2确定的电磁结构的参数取值范围内调整当前电磁结构参数，直至高速电机总成的尺寸满足步骤1分解到的高速电机总成的设计指标后，再进入步骤2.5；步骤2.5：进行电磁性能计算，判定高速电机总成的效率和重量是否都满足步骤1分解得到的高速电机总成的设计指标，若是，则进入步骤2.6；否则，在步骤2.2确定的电磁结构的参数取值范围内调整当前电磁结构参数，返回步骤2.4；步骤2.6：计算高速电机总成的效率Map图，在效率Map图上寻找低功率状态下高速电机总成效率最佳的转速，将该效率最佳的转速作为高速电机总成的低功率状态下的输出转速，进入步骤3；步骤3：基于步骤1确定的变速器总成的设计指标，进行变速器总成设计；步骤3.1：计算减速比；根据步骤2.1预取的高速电机总成的高功率转速和步骤1中所述总设计指标中要求的高速工况下的输出转速，计算高速下变速器总成需要实现的减速比；根据步骤2.6确定的高速电机总成的低功率状态下的输出转速和步骤1中所述总设计指标中要求的低速工况下的输出转速，计算低速下变速器总成需要实现的减速比；步骤3.2：根据步骤1分解到的变速器总成的设计指标以及步骤3.1计算的减速比，采用两个2Z-X型行星齿轮机构中的二级行星齿轮系设计变速器总成，并确定二级行星齿轮系的结构参数取值范围，同时设定结构参数选取步长；步骤3.3：基于所述结构参数选取步长，从步骤3.2得到的二级行星齿轮系的结构参数取值范围内选取一组结构参数；步骤3.4：计算当前结构参数下二级行星齿轮系的尺寸，判断当前尺寸是否满足步骤1分解到的变速器总成的设计指标，若满足，则进入步骤3.5；若不满足，则在步骤3.2确定的二级行星齿轮系的结构参数取值范围内调整当前结构参数，直至二级行星齿轮系的尺寸满足变速器总成的设计指标后，再进入步骤3.5；步骤3.5：对二级行星齿轮系进行齿形参数设计，所述齿形参数包括压力角和齿高；步骤3.6：对二级行星齿轮系进行强度校核，若强度满足预设要求，则进入步骤3.7；若强度不满足预设要求，则调整二级行星齿轮系的齿形参数直至强度满足预设要求后，再进入步骤3.7；步骤3.7：估算整个变速器总成的效率和重量，若效率和重量均满足步骤1分解得到的变速器总成的设计指标要求，则输出当前设计得到的高速电机总成和变速器总成的结构设计参数作为设计样本点，进入步骤4；若否，则在步骤3.2确定的二级行星齿轮系的结构参数取值范围内调整当前结构参数和二级行星齿轮系的齿形参数后，返回步骤3.4；步骤4：总性能计算和样本点采集；步骤4.1：根据步骤3.7得到的设计样本点，综合计算变速水下推进电机的总效率和总重量，并保存当前设计样本点及其对应的总效率和总重量，进入步骤4.2；步骤4.2：判断当前是否已遍历步骤2.2中电磁结构的参数取值范围和步骤3.2中二级行星齿轮系的结构参数取值范围，若是，则进入步骤5；若否，则返回步骤2.3继续进行设计样本点及其对应的总效率和总重量的采集，直至遍历后，进入步骤5；步骤5：智能优化；对所有设计样本点，采用神经网络或者粒子群算法，以低速总效率最大和总重量最轻为优化目标，进行总体优化，得到满足总设计指标的最优Pareto解集，根据对总效率和总重量的重视程度，从所述最优Pareto解集中选择最优设计解。

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百度查询： 西北工业大学 大功率跨度的变速水下推进电机及其设计方法、水下装备