CN102897309A - 一种小型水下磁耦合推进器装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种小型水下磁耦合推进器装置，包括电机组件、磁耦合联轴器组件、螺旋桨组件，所述的磁耦合联轴器组件包括隔套、支撑环、内转子、外转子、磁铁、滚动轴承、弹性挡圈，支撑环安装隔套里，内转子安装在隔套和支撑环上，内转子外侧设置凹槽，第一磁铁安装在凹槽里，外转子安装在隔套上并位于隔套的外部，外转子设置有凹槽且凹槽里安装第二磁铁，滚动轴承的内圈左侧靠在隔套上，右侧靠在弹性挡圈上，滚动轴承的外圈左侧靠在外转子上，右侧靠在螺旋桨组件上，外转子与螺旋桨组件相连，电机组件的输出端伸入内转子并通过键带动内转子旋转。本发明体积小、重量轻、密封性好、加工容易，适用于微小型水下机器人。

Description

一种小型水下磁耦合推进器装置

技术领域

本发明涉及的是一种水下机器人，具体地说是微小型水下机器人的推进器。

背景技术

海洋蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，而人类对海洋的开发和利用，离不开各式各样的水下机器人。螺旋桨推进器作为水下机器人最常用的驱动装置，其动密封问题较难解决，并且作业深度越深，该问题越严重。解决推进器动密封问题常用的方法是机械密封，即在螺旋桨的传动轴上使用格莱圈、油封或者橡胶密封圈，但机械密封在传动过程中摩擦阻力大、传动效率低，而且传动效率受海水压力的影响。

目前，一种基于磁耦合原理来解决推进器动密封问题的方法的研究也较为深入。其基本原理是在主动轴上（一般为电动机输出轴）和被动轴上（一般为螺旋桨传动轴）分别嵌装有若干永磁体。通过合理的布置，使两轴之间产生吸引力，再用隔套将两者隔开，并保证电动机水密。这样就可以通过磁场力使被动轴跟着主动轴同步旋转。

目前，基于磁耦合原理的推进器已有相关专利，如2009年8月19日公开的公开号为CN101508335A，名称为“水下螺旋桨推进模块和包含该模块的水下航行器”的中国专利文件，采用磁耦合技术实现动力传输，采用隔离罩将水与密封舱隔开，采用耐腐蚀材料及陶瓷滚动轴承解决了耐水腐蚀的问题；2011年4月7日公开的公开号为CA2771245（A1），名称为“Drive device forwatercraft”的加拿大专利文件，采用磁性联轴节作为螺旋桨和电动机轴的连接器。

但上述专利所描述的水下磁耦合推进器均以电动机的输出轴连接磁耦合联轴器的外转子，而以磁耦合联轴器的内转子连接螺旋桨，由于电动机以及磁耦合联轴器的外转子需要密封，所以磁耦合联轴器的径向尺寸相对较大，以致水下推进器的整体尺寸也相对较大。伴随着微小型水下机器人的发展，其对螺旋桨推进器的小型化提出了更高要求。此外，对于小型水下推进器的螺旋桨，传统的加工方法不仅费时费力，成本较高，而且精度也较低。

发明内容

本发明的目的在于提供体积小、重量轻、密封性好、加工容易的一种小型水下磁耦合推进器装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：包括电机组件、磁耦合联轴器组件、螺旋桨组件，所述的磁耦合联轴器组件包括隔套、支撑环、内转子、外转子、磁铁、滚动轴承、弹性挡圈，支撑环安装隔套里，内转子安装在隔套和支撑环上，内转子外侧设置凹槽，第一磁铁安装在凹槽里，外转子安装在隔套上并位于隔套的外部，外转子设置有凹槽且凹槽里安装第二磁铁，滚动轴承的内圈左侧靠在隔套上，右侧靠在弹性挡圈上，滚动轴承的外圈左侧靠在外转子上，右侧靠在螺旋桨组件上，外转子与螺旋桨组件相连，电机组件的输出端伸入内转子并通过键带动内转子旋转。

本发明还可以包括：

1、所述的电机组件包括直流电动机、电动机固定端盖、后端盖、电动机密封舱、输出端，电动机固定端盖和后端盖分别位于电动机密封舱的两端，并与电动机密封舱组成密封结构，直流电动机安装在密封结构里，输出端与直流电动机相连并分别位于电动机固定端盖的两侧。

2、还包括O型密封圈，第一O型密封圈安装在电动机密封舱和电动机固定端盖之间，第二O型密封圈安装在电动机密封舱和后端盖之间。

3、所述的螺旋桨组件包括螺旋桨、螺旋桨固定件、螺栓，螺旋桨和螺旋桨固定件通过螺栓进行固定连接，滚动轴承的外圈右侧靠在螺旋桨固定件上，螺旋桨固定件与外转子相连。

4、所述的磁铁为长方体磁铁。

本发明的优势在于：

1、电动机组件的电动机选用普通的直流电动机，不需要额外定制，因此，电动机供货周期短，成本低，更换容易。

2、电动机组件与耦合联轴器组件的隔套共同完成电动机组件的电动机以及磁耦合联轴器组件内转子的密封，由于各处均采用静密封，所以密封可靠。

3、电动机组件的电动机输出轴与耦合联轴器组件的内转子相连，而磁耦合联轴器组件的外转子与螺旋桨固定件相连，因此不用对磁耦合联轴器组件的外转子进行额外的密封，可以减小一层密封结构，进而减小磁耦合联轴器的径向尺寸。

4、耦合联轴器组件的内转子和外转子的凹槽内嵌有条状的长方体的强力磁铁，与依照凹槽弧面加工的弧形磁铁相比，长方形的磁铁加工容易，供货周期短，且通用性好，对于不同直径的内、外转子，均可使用同一尺寸的长方体磁铁。

5、外转子的支撑采用耐腐蚀的陶瓷滚动轴承和摩擦系数较小的聚四氟乙烯滑动轴承的组合实现，这种组合的优点是，合理利用联轴器的结构空间，在适当的位置使用滚动轴承减小摩擦力，而在另一适当的位置使用滑动轴承减小径向尺寸。

6、螺旋桨组件由螺旋桨和螺旋桨固定件组成，螺旋桨采用特种加工方法制造，首先用快速成型方法加工出螺旋桨外形，然后采用在螺旋桨表面覆盖一层碳纤维的方法来增强螺旋桨整体的强度和刚度，此种加工方法成本低，加工周期短，且加工精度高。

7、该装置为独立模块，便于安装和更换，也可以通过安装不同的螺旋桨，而分别作为垂向推进器、侧向推进器以及主推进器来使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电动机组件结构简图；

图3为本发明的磁耦合联轴器组件结构简图；

图4为本发明的螺旋桨组件结构简图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明主要由电动机组件、磁耦合联轴器组件、螺旋桨组件三部分组成。

如图2所示，电动机电缆1从水密头2中引出，水密头2安装在后端盖3上，后端盖3与电动机密封舱4之间通过O型圈26进行端面密封，直流电动机5通过螺钉25固定在电动机固定端盖7上，电动机固定端盖7与电动机密封舱4之间通过O型圈24进行端面密封。

如图1所示，磁耦合联轴器组件的隔套8与电动机组件的电动机密封舱4的法兰、电动机固定端盖7用螺栓6进行连接，其中，电动机固定端盖7与隔套8之间通过O型圈23进行角密封，至此，即完成了直流电动机5以及磁耦合联轴器的内转子20的密封；直流电动机5的输出轴与内转子20通过键11进行传动。

如图3所示，磁耦合联轴器的内转子20通过轴承22和轴承18的支撑安装在支撑环21和隔套8上，内转子20的凹槽内粘嵌有条状的长方体强力磁铁19；磁耦合联轴器的外转子12通过聚四氟乙烯滑动轴承9和陶瓷滚动轴承17安装在隔套8上，其中滑动轴承9外圆与外转子12为过盈配合，滑动轴承9内圆与隔套8为间隙配合，外转子12的凹槽内粘嵌有与磁铁19相对应的条状的长方体强力磁铁10，陶瓷滚动轴承17的内圈左侧靠在隔套8上，右侧靠在轴用弹性挡圈16上，陶瓷滚动轴承17的外圈左侧靠在外转子12上，右侧靠在螺旋桨固定件13上，如图1所示。

如图4所示，螺旋桨15和螺旋桨固定件13通过螺栓14进行固定连接，完成动力传递。其中，螺旋桨采用特种加工方法，首先用快速成型方法加工出螺旋桨外形，然后采用在螺旋桨表面覆盖一层碳纤维的方法来增强螺旋桨15整体的强度和刚度。

本发明的工作原理：

电动机驱动器驱动直流电动机5运动，电动机5通过键11连接带动磁耦合联轴器的内转子20旋转，内转子20通过磁耦合力带动外转子12旋转，外转子12与螺旋桨组件固定连接，从而带动螺旋桨15转动，产生推力。

Claims (6)

1.一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：包括电机组件、磁耦合联轴器组件、螺旋桨组件，所述的磁耦合联轴器组件包括隔套、支撑环、内转子、外转子、磁铁、滚动轴承、弹性挡圈，支撑环安装隔套里，内转子安装在隔套和支撑环上，内转子外侧设置凹槽，第一磁铁安装在凹槽里，外转子安装在隔套上并位于隔套的外部，外转子设置有凹槽且凹槽里安装第二磁铁，滚动轴承的内圈左侧靠在隔套上，右侧靠在弹性挡圈上，滚动轴承的外圈左侧靠在外转子上，右侧靠在螺旋桨组件上，外转子与螺旋桨组件相连，电机组件的输出端伸入内转子并通过键带动内转子旋转。

2.根据权利要求1所述的一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：所述的电机组件包括直流电动机、电动机固定端盖、后端盖、电动机密封舱、输出端，电动机固定端盖和后端盖分别位于电动机密封舱的两端，并与电动机密封舱组成密封结构，直流电动机安装在密封结构里，输出端与直流电动机相连并分别位于电动机固定端盖的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：还包括O型密封圈，第一O型密封圈安装在电动机密封舱和电动机固定端盖之间，第二O型密封圈安装在电动机密封舱和后端盖之间。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：所述的螺旋桨组件包括螺旋桨、螺旋桨固定件、螺栓，螺旋桨和螺旋桨固定件通过螺栓进行固定连接，滚动轴承的外圈右侧靠在螺旋桨固定件上，螺旋桨固定件与外转子相连。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：所述的磁铁为长方体磁铁。

6.根据权利要求4任一所述的一种小型水下磁耦合推进器装置，其特征是：所述的磁铁为长方体磁铁。

Images