一种新型共轴双旋翼装置及其实现方法技术领域
本发明涉及螺旋桨技术领域，具体涉及一种新型共轴双旋翼装置及其实现方法。
背景技术
对于水下航行器如果只采用单螺旋桨推进，水的反作用力作用于浆叶，除产生使
航行器前行的推动力外，还会产生圆周方向的旋转力矩。因此，航行器的前进姿态亦很难保
持，从而影响航行器的前行和系统的整体推进效率。故用螺旋桨推进的鱼雷或远程自航水
雷大多异转向双螺旋桨结构，两个螺旋桨位于同一轴线，且特别要求两组螺旋桨以同样的
转速和转矩反方向旋转。其主要优点有：后桨可完全或者部分吸收前桨尾流的旋转能量，从
而获得较高的推进效率；两个螺旋桨旋转时共同产生使水下航行器前行的推动力，它们产
生的圆周方向的旋转力矩互相抵消，从而有效避免了中小型水下航行器的侧滚现象，保证
了航行器的前进姿态，提高了系统的运行效率。
在航空方面，用在飞机上的螺旋桨大部分都是对转螺旋桨。这是因为单组桨叶的
设计会使飞机因螺旋桨旋转产生的反向扭转力矩而发生偏航，工程师通常是通过调节副翼
来“配平”这种翻转力，也就是让飞机左右副翼俯仰角不同，产生一个克服翻转的力，最终使
飞机保持水平。但这个翻转力的大小是随着飞行速度、飞行方向甚至风向的变化而变化的，
所以副翼必须跟着调节，这就加大了副翼设计的技术难度。采用两组反向螺旋桨同轴串列
的设计就可以使这两组螺旋桨产生的扭转力矩互相平衡，飞机就不会受到侧翻的力，从而
有助于飞机飞行的稳定性。在对转桨和常规单桨直径相同的情况下，对转桨最佳转速比普
通单桨要小很多，对转桨的最佳直径比普通单桨也要小。
目前国内、外所采用的电驱动双螺旋桨装置主要有三类：
1.由两台独立的常规交流或直流电机拖动两个螺旋桨异向旋转，这种驱动方式原
理比较简单，但传动系统成本较高。目前此类驱动装置在大型船舶推进系统中广泛使用。
2.由单台常规交流或直流电机+复杂的行星齿轮传动系统拖动对转螺旋桨旋转，
其复杂的齿轮减速器传动系统既要实现机械减速，又要完成从一个机械口输入到两个机械
口输出的“机械裂变”，然后通过内、外推进轴直接带动对转螺旋桨旋转，导致其机械传动部
分比较复杂，且机械传动效率较低。
3.采用特殊结构的永磁直流电动机驱动，目前我国包头长安永磁电机研发有限公
司生产这种电机，并已经在水下航行器推进系统中应用。电机结构由里向外依次为“内转
子、外转子、定子”，机械输出形式为单端双轴同心式输出。该类电机的运行原理与常规永磁
直流电机完全相同，只是让常规永磁直流电机的定子也旋转，变成外转子，而在电机的最外
面增加了不参与机电能量变换，只用于机械支撑的外机械定子。这是包括鱼雷和远程自航
水雷在内的中小型对转螺旋桨水下航行器中用得最多的驱动电机。与前两种情况相比，系
统结构得到一定的简化，体积和重量在一定程度上得以减小，然而具有换向器、滑环和两套
电刷装置，一方面大大降低了电机的运行可靠性；另一方面电机成本较高，结构仍显复杂，
加之纯粹用于机械支撑的外机械定子，使得电机的体积仍然较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供一种新型共轴双旋翼装置及其实现
方法，该装置具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型共轴双旋翼装置，包括环形电机4和普通结构电机3各一只，两只电机的
旋转轴延长线相互重合；所述环形电机4包括空心圆柱状的环形电机定子1，环形电机定子1
内端部均匀的缠绕着多个线圈13，环形电机定子1的环形内壁与轴承5外环固连；环形电机
转子2分为环状结构和筒状结构两部分，筒状结构从轴承5的中心穿过，且与轴承5的内环固
连，环形电机转子2的环状结构平行于环形电机定子1缠绕线圈的平面，且环状结构的内壁
上镶嵌有磁片14，环形电机转子2的环状结构和筒状结构在筒状结构的端部固连在一起，且
环形电机转子2的环状结构、筒状结构以及轴承5的对称轴与环形电机定子1的对称轴重合；
普通结构电机3的旋转轴11从环形电机4的环形电机转子2筒状结构部分和轴承5的中心穿
过；
所述环形电机4的环形电机转子2环状结构的外壁与第一螺旋桨7固连，普通结构
电机3的旋转轴11与第二螺旋桨8固连，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8平行设置且第二螺旋桨
8位于第一螺旋桨7外部，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8被普通结构电机3的旋转轴11分为两
部分，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8的旋转方向相反；环形电机4通过导线与第一电机驱动模
块9相连，普通结构电机4通过导线与第二电机驱动模块10相连。
所述环形电机转子2环形结构上嵌有磁片14，磁片14沿圆周方向均匀排列。
环形电机转子2筒状结构与轴承5的内环固连，环形电机转子2能够随轴承5的旋转
而旋转。
所述新型共轴双旋翼装置实现旋转的方法，包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动控制模块9通过导线给环形电机4的环形电机定子1上的线圈
13通入电流，线圈13产生磁场并驱动环形电机转子2旋转，环形电机转子2带动第一螺旋桨7
旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块10通过导线给普通结构电机4通
入电流，并驱动普通结构电机4旋转，带动第二螺旋桨8旋转，且旋转方向与第一螺旋桨7的
旋转方向相反。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明区别于传统共轴双螺旋装置的优点，是环形电机的转子和定子设计成空心
状，普通结构电机的旋转轴可以从环形电机的转子和定子中穿过，从而实现共轴异向双螺
旋桨结构，该装置具有结构简单，可靠性高，易于实现的优点。
附图说明
图1本发明异向双螺旋桨装置结构图。
图2为本发明装置中环形电机结构示意图。
图3为本发明装置中环形电机定子与轴承示意图。
图4为本发明装置中环形电机转子示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种新型共轴双旋翼装置，包括环形电机4和普
通结构电机3各一只，两只电机的旋转轴延长线相互重合；所述环形电机4包括空心圆柱状
的环形电机定子1，环形电机定子1内端部均匀的缠绕着多个线圈13，环形电机定子1的环形
内壁与轴承5外环固连；环形电机转子2分为环状结构和筒状结构两部分，筒状结构从轴承5
的中心穿过，且与轴承5的内环固连，环形电机转子2的环状结构平行于环形电机定子1缠绕
线圈的平面，且环状结构的内壁上镶嵌有磁片14，环形电机转子2的环状结构和筒状结构在
筒状结构的端部固连在一起，且环形电机转子2的环状结构、筒状结构以及轴承5的对称轴
与环形电机定子1的对称轴重合；普通结构电机3的旋转轴11从环形电机4的环形电机转子2
筒状结构部分和轴承5的中心穿过；
所述环形电机4的环形电机转子2环状结构的外壁与第一螺旋桨7固连，普通结构
电机3的旋转轴11与第二螺旋桨8固连，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8平行设置且第二螺旋桨
8位于第一螺旋桨7外部，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8被普通结构电机3的旋转轴11分为两
部分，第一螺旋桨7和第二螺旋桨8的旋转方向相反；环形电机4通过导线与第一电机驱动模
块9相连，普通结构电机4通过导线与第二电机驱动模块10相连。
所述环形电机转子2环形结构上嵌有磁片14，磁片14沿圆周方向均匀排列。
环形电机转子2筒状结构与轴承5的内环固连，环形电机转子2能够随轴承5的旋转
而旋转。
如图1所示，本发明新型共轴双旋翼装置实现旋转的方法，包括如下步骤：
步骤1：第一电机驱动控制模块9通过导线给环形电机4的环形电机定子1上的线圈
13通入电流，线圈13产生磁场并驱动环形电机转子2旋转，环形电机转子2带动第一螺旋桨7
旋转；
步骤2：与步骤1同步启动，第二电机驱动控制模块10通过导线给普通结构电机4通
入电流，并驱动普通结构电机4旋转，带动第二螺旋桨8旋转，且旋转方向与第一螺旋桨7的
旋转方向相反。