CN103935500B - 船外机油门档位自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供船外机油门档位自动控制装置，油门调节器和档位调节器接收到控制指令后，通过各自的摇杆摆动来分别拉动油门线和档位线，实现对船外机的油门和档位的控制。位置指针随着摇杆摆动，通过箱体上的表盘指示出油门和档位的状态。控制器可以通过内置天线将船外机油门和档位的状态信息发送给岸基监控站。本发明采用双定子驱动，可产生较大扭矩；动作快速、平稳，位置精度高；轴向尺寸短，结构紧凑；采用反馈凸轮，可实时获得准确的摇杆位置信息。

Description

船外机油门档位自动控制装置

技术领域

本发明涉及的是一种船外机控制装置。

背景技术

使用船外机作为推进装置的水面无人艇具有广泛的应用前景，其关键技术之一就是实现船外机油门和档位的自动控制。船外机的油门和档位一般采用纯机械的控制方式，通过拉动油门线和档位线来分别调节油门和档位。现有的油门档位自动控制装置主要采用滚珠丝杠或齿轮齿条的结构形式。

滚珠丝杠式换挡致动器已有相关产品。通过滚珠丝杠将螺杆的转动转化为为螺母的直线运动，从而拉动档位线实现换挡操作。这种结构的优点是精度高、推力大、动作平稳，缺点是速度慢、传动距离短。

专利号US5352138公开了一种船外机油门档位遥控装置，它采用了齿轮齿条的结构形式。此装置的遥控器与齿轮齿条结构连接，操作人员操作时拉动齿条带动齿轮转动，系统检测到齿轮的转动量后控制电机转动，再通过一个齿轮齿条结构拉动油门线或档位线。这种结构的优点是承载力大、传动距离长、结构简单，缺点是对加工和安装精度要求较高，若加工安装精度差，传动噪音大、磨损大。

综上所述，目前需要寻求一种动作快速、平稳，位置精度高的船外机油门档位自动控制装置。

发明内容

本发明的目的在于提供能够快速平稳地调节船外机油门和档位的船外机油门档位自动控制装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船外机油门档位自动控制装置，其特征是：包括油门调节器、档位调节器，油门调节器包括箱体、箱盖、定子铁芯、转子支架、永磁体单元、驱动轴、摇杆、位置指针，箱盖安装在箱体的右侧，定子铁芯包括第一定子铁芯和第二定子铁芯、分别固定在箱体左侧内壁上和箱盖内壁上，第一定子铁芯为圆盘结构，圆盘结构下层为实心结构，圆盘结构上层为辦式结构，每个瓣上均缠绕电磁线圈，第一定子铁芯和第二定子铁芯结构相同、对称布置，转子支架设置在第一定子铁芯和第二定子铁芯中间，永磁体单元包括辦式结构的永磁体，相邻永磁体之间磁极相反，永磁体单元安装在转子支架上，永磁体单元的磁极在转子支架的两侧，驱动轴穿过第一定子铁芯、第二定子铁芯、转子支架，转子支架与驱动轴固连，驱动轴分别通过轴承和箱体、箱盖相配合，驱动轴的一端安装位置指针和摇杆，驱动轴的另一端安装反馈凸轮，箱体外壁与位置指针对应的位置设置标度盘，箱盖上安装采集反馈凸轮位置的距离传感器；档位调节器和油门调节器结构相同，油门调节器和档位调节器的摇杆分别通过油门线和档位线连接船外机。

本发明还可以包括：

1、反馈凸轮的一端设置齿槽，箱盖上位于齿槽的上方设置制动电磁铁。

2、驱动轴上安装复位弹簧。

3、第一定子铁芯和第二定子铁芯上的电磁线圈反向绕制并串联，转子支架两侧安装用于给电磁线圈供电的电刷。

4、箱体、箱盖、驱动轴、转子支架、反馈凸轮均为非导磁材料。

本发明的优势在于：本发明采用双定子驱动，可产生较大扭矩；动作快速、平稳，位置精度高；轴向尺寸短，结构紧凑；采用反馈凸轮，可实时获得准确的摇杆位置信息。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的油门调节器和档位调节器的结构示意图；

图3为本发明的永磁体转子磁极的示意图；

图4为本发明电磁线圈与磁极的位置对应图；

图5为本发明定子铁芯和电磁线圈绕组的示意图；

图6为本发明反馈凸轮的示意图。

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1～6，本发明包括控制器1、油门调节器2和档位调节器3。控制器1可同时控制油门调节器2和档位调节器3的动作以及监视其工作状态，并且内置接收/发送天线，可根据船外机实际操作需求，切换遥控或自动控制模式。遥控模式下，控制器1通过内置天线接收控制指令后分别控制油门调节器2和档位调节器3完成相应动作；自动模式下，控制器1可根据所处航行环境及预设的航行路径自动判断所需控制量，对调节器进行控制。调节器接收到控制指令后，通过摇杆8摆动来分别拉动油门线4和档位线5，实现对船外机6的油门和档位的控制。位置指针7随着摇杆8摆动，通过箱体上的表盘指示出油门和档位的状态。控制器1还可以通过内置天线将船外机油门和档位的状态信息发送给岸基监控站。

油门调节器2和档位调节器3的结构完全相同，采用双定子盘式电机驱动，图2是其结构剖视图，其组成包括：位置指针7，摇杆8，端盖9和22，轴承10和24，定子固定螺钉11和19，定子铁芯12和18，电磁线圈13和16，永磁体14，转子支架15，箱盖17，距离传感器20，制动电磁铁21，驱动轴23，反馈凸轮25，转子固定螺钉26，箱体27，复位弹簧28。定子铁芯12通过定子固定螺钉11固定在箱体27内，定子铁芯18通过定子固定螺钉19固定在箱盖17上，两个定子对称安装。定子铁芯12和18的结构完全相同，铁芯的一侧有嵌线槽，电磁线圈13和16沿周向均布在线槽内。转子位于两个定子中间，由永磁体14制成的磁极组成，磁体沿周向均布在非导磁材料制成的转子支架15上，每块磁体的磁极在转子支架15的两面，且相邻两个磁体的磁极方向相反（如图3所示）。转子支架15与驱动轴23通过转子固定螺钉26固定。驱动轴23通过轴承10和24支承，摇杆8和位置指针7安装在驱动轴23末端。

如图4所示，是电磁线圈与磁极的位置对应图。电磁线圈13通电时，所产生的磁场将对永磁体14制成的转子产生扭矩作用。按图4所示的，永磁体14旋转到与电磁线圈13重合的位置即停止转动，为实现转子的连续旋转，用多个电磁线圈制成盘状绕组，绕制在定子铁芯12和18的嵌线槽内（如图5所示）。电磁线圈13和16反向绕制并串联，保证通电时产生的磁场力方向相同。两侧电磁线圈绕组按一定顺序通电时，将对永磁体14制成的转子产生同向的扭矩，进而驱动轴23带动摇杆8和位置指针7摆动。转子支架15两侧有电刷，可在旋转过程中为两侧电磁线圈供电。上述双定子的结构形式，可大幅提高转子的扭矩，保证摇杆8有足够的拉力。

驱动轴23上安装了反馈凸轮25和复位弹簧28。距离传感器20沿反馈凸轮25的径向安装在箱盖17上。反馈凸轮25随驱动轴23转动的过程中，与距离传感器20之间的距离不断改变，通过测量二者之间的距离即可推算出摇杆8摆动的角度。反馈凸轮25的一侧有用于制动的齿槽（如图6所示），制动电磁铁21位于齿槽上方，安装在箱盖17上。电磁线圈13和16通电，制动电磁铁21失电时，驱动轴23正常转动。电磁线圈13和16失电，制动电磁铁21通电时，电磁铁一端的推杆插入反馈凸轮25的齿槽内，对驱动轴23制动。因此，电磁线圈13、16和制动电磁铁21不可同时通电。当整个装置失电时，复位弹簧28将驱动轴23复位到停止位置。

为防止两侧电磁线圈产生的磁场互相干扰，箱体27、箱盖17、端盖9和22、驱动轴23、转子支架15、转子固定螺钉26、定子固定螺钉11和19、反馈凸轮25均为非导磁材料。

船外机油门档位自动控制装置，包括油门调节器、档位调节器和控制器。

控制器用于控制油门调节器和档位调节器的动作以及监视其工作状态，并且内置接收/发送天线，可以根据船外机的实际操作需求，在遥控和自动两种工作模式之间切换。控制器还可以通过内置天线将船外机油门和档位的状态信息发送给岸基监控站。

油门调节器和档位调节器的结构完全相同，采用双定子盘式电机驱动，其组成包括：箱体，箱盖，端盖，摇杆，驱动轴，轴承，转子支架，永磁体转子，转子固定螺钉，一对定子铁芯，绕制在铁芯上的电磁线圈，定子固定螺钉，反馈凸轮，距离传感器，制动电磁铁，复位弹簧及位置指针。一对定子铁芯分别用螺钉对称地固定在箱体内，铁芯的一侧有嵌线槽，线槽内沿周向均布多个电磁线圈。转子位于两个定子中间，由永磁体制成的磁极组成，磁体沿周向均布在非导磁材料制成的转子支架上，每块磁体的磁极在转子支架的两面，且相邻两个磁体的磁极方向相反，转子支架与驱动轴用螺钉固定。驱动轴通过轴承支承在箱体中，轴上安装了复位弹簧和反馈凸轮，沿凸轮的径向安装了距离传感器。反馈凸轮的一侧有用于制动的齿槽，齿槽上方安装了制动电磁铁。摇杆和位置指针安装在驱动轴的末端。

箱体，箱盖，端盖，驱动轴，转子支架，转子固定螺钉，定子固定螺钉和反馈凸轮均为非导磁材料。

本发明的工作原理是：

控制器发出控制指令后，使电磁线圈通电，两侧电磁线圈产生的磁场将对永磁体转子产生同向的扭矩，进而驱动轴带动摇杆摆动，通过摇杆的摆动拉动油门线和档位线。改变电磁线圈中的电流方向即可改变摇杆的摆动方向。位置指针随摇杆摆动，可指示出船外机油门和档位的状态。

反馈凸轮随驱动轴转动的过程中，与距离传感器之间的距离不断改变，通过距离传感器测量其距离值即可推算出摇杆摆动的角度。反馈凸轮一侧有制动齿槽，制动电磁铁通电时，电磁铁一端的推杆插入齿槽内，对驱动轴进行制动。制动电磁铁和定子的电磁线圈不可同时通电。当装置失电时，复位弹簧可将驱动轴复位到停止位置。

船外机油门档位自动控制装置，包括：控制器、油门调节器和档位调节器。

控制器可同时控制油门调节器和档位调节器的动作以及监视其工作状态，并且内置接收/发送天线，可根据船外机实际操作需求，切换遥控或自动控制模式。遥控模式下，控制器通过内置天线接收控制指令后分别控制油门调节器和档位调节器完成相应动作；自动模式下，控制器可根据所处航行环境及预设的航行路径自动判断所需控制量，对调节器进行控制。

油门调节器和档位调节器的结构完全相同，采用双定子盘式电机驱动，其组成包括：箱体，箱盖，端盖，摇杆，驱动轴，轴承，转子支架，永磁体转子，转子固定螺钉，一对定子铁芯，绕制在铁芯上的电磁线圈，定子固定螺钉，反馈凸轮，距离传感器，制动电磁铁，复位弹簧及位置指针。一对定子铁芯分别用螺钉对称地固定在箱体内，铁芯的一侧有嵌线槽，线槽内沿周向均布多个电磁线圈绕组。转子位于两个定子中间，由永磁体制成的磁极组成，磁体沿周向均布在非导磁材料制成的转子支架上，每块磁体的磁极在转子支架的两面，且相邻两个磁体的磁极方向相反，转子支架与驱动轴用螺钉固定。驱动轴通过轴承支承在箱体中，轴上安装了复位弹簧和反馈凸轮，沿凸轮的径向安装了距离传感器。反馈凸轮的一侧有用于制动的齿槽，齿槽上方安装了制动电磁铁。摇杆和位置指针安装在驱动轴的末端。

通过摆动摇杆来分别拉动油门线和档位线。位置指针随摇杆摆动，通过箱体上的表盘指示出船外机油门和档位的状态。

两侧的电磁线圈绕组反向绕制并串联。

转子支架两侧有电刷，用于给两个电磁线圈绕组供电。

反馈凸轮随驱动轴转动，通过所述距离传感器测量其径向尺寸即可推算出摇杆摆动的角度。

制动电磁铁通电时，电磁铁一端的推杆插入反馈凸轮的齿槽内，对驱动轴进行制动。

复位弹簧能够在装置失电时将驱动轴复位到停止位置。

箱体，箱盖，端盖，驱动轴，转子支架，转子固定螺钉，定子固定螺钉和反馈凸轮均为非导磁材料。

Claims (9)

1.船外机油门档位自动控制装置，其特征是：包括油门调节器、档位调节器，油门调节器包括箱体、箱盖、定子铁芯、转子支架、永磁体单元、驱动轴、摇杆、位置指针，箱盖安装在箱体的右侧，定子铁芯包括第一定子铁芯和第二定子铁芯、分别固定在箱体左侧内壁上和箱盖内壁上，第一定子铁芯为圆盘结构，圆盘结构下层为实心结构，圆盘结构上层为瓣式结构，每个瓣上均缠绕电磁线圈，第一定子铁芯和第二定子铁芯结构相同、对称布置，转子支架设置在第一定子铁芯和第二定子铁芯中间，永磁体单元包括瓣式结构的永磁体，相邻永磁体之间磁极相反，永磁体单元安装在转子支架上，永磁体单元的磁极在转子支架的两侧，驱动轴穿过第一定子铁芯、第二定子铁芯、转子支架，转子支架与驱动轴固连，驱动轴分别通过轴承和箱体、箱盖相配合，驱动轴的一端安装位置指针和摇杆，驱动轴的另一端安装反馈凸轮，箱体外壁与位置指针对应的位置设置标度盘，箱盖上安装采集反馈凸轮位置的距离传感器；档位调节器和油门调节器结构相同，油门调节器和档位调节器的摇杆分别通过油门线和档位线连接船外机。

2.根据权利要求1所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：反馈凸轮的一端设置齿槽，箱盖上位于齿槽的上方设置制动电磁铁。

3.根据权利要求1或2所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：驱动轴上安装复位弹簧。

4.根据权利要求1或2所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：第一定子铁芯和第二定子铁芯上的电磁线圈反向绕制并串联，转子支架两侧安装用于给电磁线圈供电的电刷。

5.根据权利要求3所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：第一定子铁芯和第二定子铁芯上的电磁线圈反向绕制并串联，转子支架两侧安装用于给电磁线圈供电的电刷。

6.根据权利要求1或2所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：箱体、箱盖、驱动轴、转子支架、反馈凸轮均为非导磁材料。

7.根据权利要求3所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：箱体、箱盖、驱动轴、转子支架、反馈凸轮均为非导磁材料。

8.根据权利要求4所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：箱体、箱盖、驱动轴、转子支架、反馈凸轮均为非导磁材料。

9.根据权利要求5所述的船外机油门档位自动控制装置，其特征是：箱体、箱盖、驱动轴、转子支架、反馈凸轮均为非导磁材料。