CN107352007B - 基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置 - Google Patents

基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，安装在水下航行器上，包括轮缘推进器、为轮缘推进器供能的供能电路和为轮缘推进器储能的储能电路，轮缘推进器设在水下航行器的台架上，台架能够改变轮缘推进器的方向，供能电路开启后储能电路断开、供能电路断开后储能电路开启。该装置能将轮缘推进器停机时产生的电能储存，增加了水下航行器的续航能力。

Description

基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置
技术领域
本发明属于船舶推进器领域，具体涉及一种基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置。
背景技术
水下航行器(无人潜航器、水下机器人等)可以民用也可以军用，民用时可以代替潜水员进行沉船打捞、深水勘探以及水下电缆铺设等作业和施工，军用时可以探测海底、可以作为诱饵将敌潜艇诱骗离开舰艇编队并在其他兵器协同下进行围歼、可以对水面和水下目标进行侦察或敌侦察进行反侦察等。
军用的水下航行器需要在水下无声隐藏，因此目前有不少军用的水下航行器采用轮缘推进器进行推进，轮缘推进器可以减少噪声和震动、便于隐藏，但是其自带的电源无法长期使用，因此无法长期稳定工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，该装置能将轮缘推进器停机时产生的电能储存，增加了水下航行器的续航能力。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，安装在水下航行器上，包括轮缘推进器、为轮缘推进器供能的供能电路和为轮缘推进器储能的储能电路，轮缘推进器设在水下航行器的台架上，台架能够改变轮缘推进器的方向，供能电路开启后储能电路断开、供能电路断开后储能电路开启。
进一步地，供能电路包括推进电源，推进电源依次与推进开关、保护电阻、非门电路、线圈、常闭开关和轮缘推进器串联，非门电路和线圈并联有单向导通的二极管，推进开关和保护电阻之间外接有下拉电阻，推进开关经过下拉电阻后还与常闭开关直连；储能电路包括储存电池，储存电池依次与稳压单元、常开开关和轮缘推进器串联；线圈用于控制常闭开关和常开开关，轮缘推进器接地。
进一步地，轮缘推进器包括定子、转子和电磁线圈，定子为两端开口的筒状，转子为两端开口的筒状且位于定子内部，转子外壁中部设有一圈永磁体，电磁线圈固定在定子内壁且与永磁体正对，转子外壁通过永磁体轴向两侧的轴承与定子配合，永磁体轴向两侧的轴承将转子轴向定位，转子内壁固定有绕轴心均匀分布的桨叶，定子两端开口处与转子外壁之间均设有密封件，定子外壁上设有与台架密封连接的法兰，法兰上的开口连通至定子内部，供能电路和储能电路分别伸入法兰上的开口与电磁线圈连接。
进一步地，桨叶直接固定在桨盘上，桨盘通过螺栓固定在转子上。
进一步地，定子两端开口处均设有用于定位轴承一端的挡口部分，转子外壁上设有用于定位轴承另一端的挡肩部分。
进一步地，定子垂直于轴向分为两部分，两部分之间通过凸台定位、凸台上的螺钉连接、凸台上的密封圈密封。
进一步地，定子外壁与法兰为一个整体，定子外壁与法兰之间通过圆角过渡。
进一步地，定子两端设有大倒角。
进一步地，密封件为骨架密封圈。
进一步地，轴承为圆锥滚子轴承。
本发明的有益效果是：
1.供能电路开启后储能电路断开，轮缘推进器开机推动水下航行器运动，供能电路断开后储能电路开启，轮缘推进器可以利用水流推动自身的桨叶旋转发电，并将电量储存至储能电路，该装置有效利用了轮缘推进器本身结构特点和水下工作环境特点，将轮缘推进器停机时产生的电能储存，对储能电路拓展后可以对能量进行加工、为设备功能，增加了水下航行器的续航能力。
2.供能电路由推进电源驱动轮缘推进器进行推进工作，储能电路由储存电池储存轮缘推进器的自发电能，推进开关控制供能电路和储能电路的通断，保护电阻起到减小电流从而保护电路的作用，稳压整流单元用于处理轮缘推进器的自发电能；推进开关闭合时，非门电路输入为高电平、输出为低电平，在二极管的单向导通作用下电流被截止，此时线圈不得电，则常闭开关无法断开、常开开关无法闭合，轮缘推进器正常推进；推进开关断开时，在下拉电阻的作用下，非门电路输入为低电平、输出为高电平，二极管导通，保护电阻短路，线圈得电并且与非门电路、二极管形成回路，线圈自保，此时常闭开关保持断开、保护供能电路不被储能电路干扰，常开开关保持闭合、储存电池储存轮缘推进器的自发电能，直至主推进开关闭合时，轮缘推进器又进入推进状态。
3.电磁线圈通可控的交流电时，产生可控的变化磁场，与永磁体相互作用产生力矩，使得转子带动桨叶旋转，产生推进力，由于转子直接与水接触，所以可采用海水进行直接冷却，节能减排；通过法兰与台架连接，结构简单，强度高，拆卸方便，密封性能好，可以承推进过程中的复杂应力。
4.桨叶与桨盘为一个整体，通过螺栓固定在转子上，减少了传递损失，在任何桨叶损伤或者需要调整进程比的时候，能够快速更换桨叶，同时对于桨叶的保养也特别有利。
5.轴承通过挡口和挡肩实现定位后即可将转子轴向定位。
6.凸台定位、螺钉连接满足传递力矩要求，定子垂直于轴向分为两部分，便于装配和整修检查。
7.圆角过渡可以减轻机械应力，防止工作时折断。
8.大倒角可以降低水流阻力。
9.骨架密封圈进行动密封效果显著。
10.圆锥滚子轴承承载能力大，极限转速低，能够承受一个方向的轴向载荷，能够限制一个方向的轴向位移。
附图说明
图1是本发明实施例工作时的示意图。
图2是本发明实施例的电路原理图。
图3是本发明实施例中轮缘推进器的剖视图。
图4是本发明实施例中轮缘推进器内桨叶和桨盘的俯视图。
图中：1-法兰；2-定子；3-轴承；4-密封件；5-转子；6-桨盘；7-桨叶；8-螺栓；9-密封圈；10-凸台；11-永磁体；12-电磁线圈；13-推进电源；14-推进开关；15-下拉电阻；16-保护电阻；17-非门电路；18-线圈；19-二极管；20-常闭开关；21-轮缘推进器；22-接地端；23-常开开关；24-稳压单元；25-储存电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，安装在水下航行器上，包括轮缘推进器21(轮缘推进器21的控制单元利用现有频率调速控制器控制转速和功率的大小)、为轮缘推进器21供能的供能电路和为轮缘推进器21储能的储能电路，轮缘推进器21设在水下航行器的台架上，台架能够改变轮缘推进器21的方向，供能电路开启后储能电路断开、供能电路断开后储能电路开启。
供能电路开启后储能电路断开，轮缘推进器21开机推动水下航行器运动，供能电路断开后储能电路开启，轮缘推进器21可以利用水流推动自身的桨叶7旋转发电，并将电量储存至储能电路，该装置有效利用了轮缘推进器21本身结构特点和水下工作环境特点，将轮缘推进器21停机时产生的电能储存，对储能电路拓展后可以对能量进行加工、为设备功能，增加了水下航行器的续航能力。
如图2所示，在本实施例中，供能电路包括推进电源13，推进电源13依次与推进开关14、保护电阻16、非门电路17、线圈18、常闭开关20和轮缘推进器21串联，非门电路17和线圈18并联有单向导通的二极管19，推进开关14和保护电阻16之间外接有下拉电阻15，推进开关14经过下拉电阻15后还与常闭开关20直连；储能电路包括储存电池25，储存电池25依次与稳压单元24、常开开关23和轮缘推进器21串联；线圈18用于控制常闭开关20和常开开关23，轮缘推进器21接地。
供能电路由推进电源13驱动轮缘推进器21进行推进工作，储能电路由储存电池25储存轮缘推进器21的自发电能，推进开关14控制供能电路和储能电路的通断，保护电阻16起到减小电流从而保护电路的作用，稳压整流单元用于处理轮缘推进器21的自发电能；推进开关14闭合时，非门电路17输入为高电平、输出为低电平，在二极管19的单向导通作用下电流被截止，此时线圈18不得电，则常闭开关20无法断开、常开开关23无法闭合，轮缘推进器21正常推进；推进开关14断开时，在下拉电阻15的作用下，非门电路17输入为低电平、输出为高电平，二极管19导通，保护电阻16短路，线圈18得电并且与非门电路17、二极管19形成回路，线圈18自保，此时常闭开关20保持断开、保护供能电路不被储能电路干扰，常开开关23保持闭合、储存电池25储存轮缘推进器21的自发电能，直至主推进开关14闭合时，轮缘推进器21又进入推进状态。
如图3所示，在本实施例中，轮缘推进器21包括定子2、转子5和电磁线圈12，定子2为两端开口的筒状，转子5为两端开口的筒状且位于定子2内部，转子5外壁中部设有一圈永磁体11，电磁线圈12固定在定子2内壁且与永磁体11正对，转子5外壁通过永磁体11轴向两侧的轴承3与定子2配合，永磁体11轴向两侧的轴承3将转子5轴向定位，转子5内壁固定有绕轴心均匀分布的桨叶7，定子2两端开口处与转子5外壁之间均设有密封件4，定子2外壁上设有与台架密封连接的法兰1，法兰1上的开口连通至定子2内部，供能电路和储能电路分别伸入法兰1上的开口与电磁线圈12连接。
电磁线圈12通可控的交流电时，产生可控的变化磁场，与永磁体11相互作用产生力矩，使得转子5带动桨叶7旋转，产生推进力，由于转子5直接与水接触，所以可采用海水进行直接冷却，节能减排；通过法兰1与台架连接，结构简单，强度高，拆卸方便，密封性能好(安装法兰1时要求两个法兰1保持平行、法兰1的密封面不能碰伤，并且要清理干净)，可以承推进过程中的复杂应力。
如图3和图4所示，在本实施例中，桨叶7直接固定在桨盘6上，桨盘6通过螺栓8固定在转子5上。桨叶7与桨盘6为一个整体，通过螺栓8固定在转子5上，减少了传递损失，在任何桨叶7损伤或者需要调整进程比的时候，能够快速更换桨叶7，同时对于桨叶7的保养也特别有利。
如图3所示，在本实施例中，定子2两端开口处均设有用于定位轴承3一端的挡口部分，转子5外壁上设有用于定位轴承3另一端的挡肩部分。轴承3通过挡口和挡肩实现定位后即可将转子5轴向定位。
如图3所示，在本实施例中，定子2垂直于轴向分为两部分，两部分之间通过凸台10定位、凸台10上的螺钉连接、凸台10上的密封圈9密封。凸台10定位、螺钉连接满足传递力矩要求，定子2垂直于轴向分为两部分，便于装配和整修检查。
如图3所示，在本实施例中，定子2外壁与法兰1为一个整体，定子2外壁与法兰1之间通过圆角过渡。圆角过渡可以减轻机械应力，防止工作时折断。
如图3所示，在本实施例中，定子2两端设有大倒角。大倒角可以降低水流阻力。
如图3所示，在本实施例中，密封件4为骨架密封圈9。骨架密封圈9进行动密封效果显著。
在本实施例中，轴承3为圆锥滚子轴承3。圆锥滚子轴承3承载能力大，极限转速低，能够承受一个方向的轴向载荷，能够限制一个方向的轴向位移。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：安装在水下航行器上，包括轮缘推进器、为轮缘推进器供能的供能电路和为轮缘推进器储能的储能电路，轮缘推进器设在水下航行器的台架上，台架能够改变轮缘推进器的方向，供能电路开启后储能电路断开、供能电路断开后储能电路开启；
供能电路包括推进电源，推进电源依次与推进开关、保护电阻、非门电路、线圈、常闭开关和轮缘推进器串联，非门电路和线圈并联有单向导通的二极管，推进开关和保护电阻之间外接有下拉电阻，推进开关经过下拉电阻后还与常闭开关直连；储能电路包括储存电池，储存电池依次与稳压单元、常开开关和轮缘推进器串联；线圈用于控制常闭开关和常开开关，轮缘推进器接地。
2.如权利要求1所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：轮缘推进器包括定子、转子和电磁线圈，定子为两端开口的筒状，转子为两端开口的筒状且位于定子内部，转子外壁中部设有一圈永磁体，电磁线圈固定在定子内壁且与永磁体正对，转子外壁通过永磁体轴向两侧的轴承与定子配合，永磁体轴向两侧的轴承将转子轴向定位，转子内壁固定有绕轴心均匀分布的桨叶，定子两端开口处与转子外壁之间均设有密封件，定子外壁上设有与台架密封连接的法兰，法兰上的开口连通至定子内部，供能电路和储能电路分别伸入法兰上的开口与电磁线圈连接。
3.如权利要求2所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：桨叶直接固定在桨盘上，桨盘通过螺栓固定在转子上。
4.如权利要求2所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：定子两端开口处均设有用于定位轴承一端的挡口部分，转子外壁上设有用于定位轴承另一端的挡肩部分。
5.如权利要求4所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：定子垂直于轴向分为两部分，两部分之间通过凸台定位、凸台上的螺钉连接、凸台上的密封圈密封。
6.如权利要求2所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：定子外壁与法兰为一个整体，定子外壁与法兰之间通过圆角过渡。
7.如权利要求2所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：定子两端设有大倒角。
8.如权利要求2所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：密封件为骨架密封圈。
9.如权利要求2所述的基于轮缘驱动的推进与能量收集一体化装置，其特征在于：轴承为圆锥滚子轴承。
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