CN107888021B - 一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机，包括主电机，所述主电机的动力输入轴一端设置有第一磁力驱动机构，另一端设置有第二磁力驱动机构或端盖。本发明在结构上和功能上可实现全海深的工况，结构简单，且采用同轴性圆筒磁力驱动的驱动方式，节能高效，可谓水下工作机提供安全可靠的动力驱动，对于实现海洋开发，海洋科研等项目意义重大。

Description

一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机

技术领域

本发明涉及深海动力工具领域，具体涉及一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机。

背景技术

随着人类海洋开发活动和深水作业生产、科考等活动的增多，为诸多深水设备提供动力驱动显得尤为重要。目前深海电机发展趋于两个特征方向：一是电机以驱动功率、输出扭矩小型化，转速低型化微特电机方向的发展。诸如小型水下遥控机器人ROV、水下自主机器人RUV、自动万向摄像设备等方面的应用；另一方面是以大功率，大扭矩，高耗能方向的应用与发展，诸如大型推进器，部分疏浚设备，深海钻机，潮汐发电设备等方面的应用。

深海电机要解决的技术难点在于：

要耐受超高水压的极限条件限制：电机罩壳等相关配套件要在重量限制条件下耐受100MPa的超高压，对传统水下电机的成型材质，制造工艺方法，及结构设计要求甚高；

轴伸处水密性的要求高：尤其是以传统的机械端面旋转密封的方式在深海高压、腐蚀工况下，传统密封件易老化，密封效果及使用寿命会大大减弱。且由于机械密封结构复杂，对电机轴的表面粗造度及密封动环，静环的制造精度和尺寸要求较高，故造价相对较高，使用维护的周期短，成本高；

海底电机工作的工况差：海底部分固体沉积物固体颗粒、海水的腐蚀性、对深海电机轴水密性要求高；

深海电机因轴伸处机械密封结构的需要，或需要压力补偿装置，多级多层减压密封，故电机轴整体长度相对较长，增加电机的整体安装外观尺寸、重量，不利于安装。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机，在结构上和功能上可实现全海深的工况，结构简单，且采用同轴性圆筒磁力驱动的驱动方式，节能高效，可谓水下工作机提供安全可靠的动力驱动，对于实现海洋开发，海洋科研等项目意义重大。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机，包括主电机，所述主电机的动力输入轴一端设置有第一磁力驱动机构，另一端设置有第二磁力驱动机构或端盖。

进一步的，所述第一磁力驱动机构与第二磁力驱动机构均设置有隔离套和，所述隔离套的开口部上设置有端板组件，所述动力输出轴穿过端板组件并设置在外部，所述动力输出轴与隔离套之间设置有水润内轴承，所述动力输出轴与端板组件之间设置有水润外轴承。

进一步的，所述隔离套上还设置有安装板，所述安装板与电机壳体端部连接，所述电机壳体包括主机外壳和加长外壳，所述主电机设置在主机外壳内，所述第一磁力驱动机构与第二磁力驱动机构均设置在对应的加长外壳内，所述加长外壳固定设置在主机外壳的端部上，所述安装板固定设置在加长外壳的端部上。

进一步的，所述端板组件内设置有轴承室，所述水润外轴承设置在轴承室内，所述轴承室对应的端板组件表面上设置有多个过水孔，所述过水孔内设置有过滤网，所述端板组件周边设置有锁固板，所述锁固板固定设置在安装板上。

进一步的，所述动力输出轴位于隔离套内的表面上设置有内磁体，所述隔离套外设置有与内磁体配合的外磁体，所述外磁体通过外转子与主电机的动力输入轴连接，所述内磁体设置在水润外轴承和水润内轴承之间，所述水润外轴承与内磁体之间的动力输出轴上还设置有轴套。

进一步的，所述电机壳体内设置有两个支撑板，两个所述支撑板之间设置有主电机，所述主电机的动力输入轴的两端分别穿过对应的支撑板设置，并且动力输入轴与支撑板之间设置有辅助轴承，两个支撑板之间的电机壳体的内壁上还设置有两个阻挡限位部，所述支撑板与对应的阻挡限位部抵接固定设置。

进一步的，所述支撑板上设置有油孔。

本发明的有益效果：

1、由于磁力驱动机构的特性，因此可以采用静密封的密封方式，可以承受深水工作时的极限水压，在全海深水域内均可工作，安全无泄漏，解决了转动轴处跑冒滴漏和机械密封发热，磨损等一系列问题，另外，对水下电机的线圈的绝缘涂层及其它电机内部部件起到全面的绝缘保护；

2、避免了震动的机械传动，实现工作机械平稳运转：因动力输入轴和动力输出轴不直接相连，故不存在刚性连接的问题，当动力输入轴产生震动和扭矩的突变的状况时，都不会传递至动力输出轴上，也不会影响工作机的运转；

3、动力输入轴的两个轴端均可用于输出，因此可以在水下对称布置的设备的驱动方式上实现“一拖多”的驱动：即一台电机驱动二台及以上数量的工作机，避免了部分水下设备因驱动而需要的多级复杂机械传动结构，省去冗余的机械部件，减轻了水下设备的设备总重级设备体积；若不需要上述的双级驱动，也可将其中一侧的磁力驱动机构拆除，换上端盖，灵活方便，不影响电机整体使用，从而节约一定安装空间；

4、可实现工作机的过载保护：因为工作机和动力输入轴无直接刚性连接，而是靠柔性的非接触式连接，故当工作机在过载状况下，传动件之间回应过扭矩而相对滑动，确保工作机的安全，同时对主电机也起到保护。

5、具有结构简单，易于安装维护性：整体连接结构相对简单，仅使用套筒、扳手等常规五金工具即可完成安装和拆卸，无需特殊工具，减少了维护时间和成本。

附图说明

图1是本发明带有第二磁力驱动机构的结构示意图；

图2是本发明带有端盖的结构示意图；

图3是本发明磁力驱动机构截面示意图；

图4是本发明端板组件示意图；

图5是本发明图5中A-A截面示意图。

图中标号说明：1、主电机，2、动力输入轴，3、第一磁力驱动机构，4、第二磁力驱动机构，5、端盖，6、外磁体，7、内磁体，8、外转子，9、隔离套，10、安装板，11、端板组件，12、水润内轴承，13、水润外轴承，14、主机外壳，15、加长外壳，16、过水孔，17、过滤网，18、锁固板，19、轴套，20、支撑板，21、阻挡限位部，22、油孔，23、动力输出轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机的一实施例，包括主电机1，主电机的动力输入轴2一端设置有第一磁力驱动机构3，另一端设置有第二磁力驱动机构4。动力输入轴的两个轴端均用于输出，因此可以在水下对称布置的设备的驱动方式上实现“一拖多”的驱动：即一台电机驱动二台及以上数量的工作机，避免了部分水下设备因驱动而需要的多级复杂机械传动结构，省去冗余的机械部件，减轻了水下设备的设备总重级设备体积；

第一磁力驱动机构和有第二磁力驱动机构的设置，使得动力输入轴和动力输出轴不直接相连，故不存在刚性连接的问题，当动力输入轴产生震动和扭矩的突变的状况时，都不会传递至动力输出轴上，也不会影响工作机的运转，实现工作机械平稳运转；

并且由于磁力驱动的特性，因此可以采用静密封的密封方式，可以承受深水工作时的极限水压，在全海深水域内均可工作，安全无泄漏，解决了转动轴处跑冒滴漏和机械密封发热，磨损等一系列问题，另外，对水下电机的线圈的绝缘涂层及其它电机内部部件起到全面的绝缘保护；其还可实现工作机的过载保护：因为工作机和动力输入轴无直接刚性连接，而是靠柔性的非接触式连接，故当工作机在过载状况下，传动件之间回应过扭矩而相对滑动，确保工作机的安全，同时对主电机也起到保护。

参照图2所示，在一实施例中，主电机的动力输入轴一端设置有端盖5，其将主电机端部密封，能够满足不需要双级驱动情况下的使用，操作灵活方便，不影响电机整体使用，还能够节约一定安装空间。

参照图3至图5所示，在一实施例中，第一磁力驱动机构与第二磁力驱动机构的结构一致，第一磁力驱动机构包括外磁体6和内磁体7，外磁体设置在外转子8上，外转子与主电机的动力输入轴连接，内磁体与动力输出轴23连接，外磁体和内磁体之间设置有隔离套9，内磁体设置在隔离套的内腔中，隔离套的造型结构简单，从很大程度上满足了制造工艺的需要，且隔离套是有高强度的钛合金制成，除有通磁而不导磁最大特点，另外还具有质量轻，屈服强度高等优良特点，满足水下电机耐压，适于磁力驱动的性能要求。

当然，上述的外磁体和内磁体并不局限于上述配合连接关系。

隔离套上还设置有安装板10，安装板与电机壳体端部连接，形成有效的密封；隔离套的开口部上设置有端板组件11，将内磁体和动力输出轴限定空间，动力输出轴穿过端板组件并设置在外部，动力输出轴与隔离套之间设置有水润内轴承12，动力输出轴与端板组件之间设置有水润外轴承13，通过水润内轴承和水润外轴承形成有效的定位。

上述的电机壳体包括主机外壳14和加长外壳15，主电机设置在主机外壳内，第一磁力驱动机构与第二磁力驱动机构均设置在对应的加长外壳内，加长外壳固定设置在主机外壳的端部上，安装板固定设置在加长外壳的端部上，加长外壳便于拆卸，若水下工作机只需要电机一端的动力输出，可将另外一侧的整体输出结构全部拆除，用额外一块盖板与电机壳连接起来。这样在整体上既不增加电机的整体长度，又不影响电机的驱动性能，节约电机安装空间。

上述端板组件内设置有轴承室，水润外轴承设置在轴承室内，轴承室对应的端板组件表面上设置有多个过水孔16，过水孔内设置有过滤网17，确保密封室的通透性，防止了水下沉积物颗粒进入水润性轴承内对轴承造成损坏，同时也使得密封室内热水流与室外冷水进行热交换，带走磁力驱动所产生热量，从很大程度上保护内磁转子的永磁体不因高温而退磁；端板组件周边设置有锁固板18，锁固板固定设置在安装板上，锁固板与端板组件焊接为整体结构，然后用螺栓与安装板结合在一起，在一定程度上增强了隔离套耐压性。

内磁体设置在水润外轴承和水润内轴承之间的动力输出轴上，水润外轴承与内磁体之间的动力输出轴上还设置有轴套19，轴套起到固定水润外轴承和内磁体的双重作用，能够提高水润外轴承在高水下的耐压性，也避免水润外轴承和内磁体移位，提供稳定的转动动力。

电机壳体内设置有两个支撑板20，主电机设置在两个支撑板之间，主电机的动力输入轴的两端分别穿过对应的支撑板设置，并且动力输入轴与支撑板之间设置有辅助轴承，便于转动，两个支撑板之间的电机壳体的内壁上还设置有两个阻挡限位部21，支撑板与对应的阻挡限位部抵接固定设置，从而将支撑板时可拆卸的，此支撑板方便了电机磁极线圈及其它部件安装拆卸，并且支撑板在内部的支撑，能够提高电机壳在高水下的耐压性，也可以降低主机外壳的厚度设置；支撑板上设置有油孔22，主电机可外接润滑油冷却系统，通过油孔设置，油液可以在加长外壳和主机外壳之间流动，从而起到整体润滑和冷却的效果，提高整体寿命。

上述的水下电机对工作机动力输入端水密性要求具有可选择性：若工作机的动力输入端为全封闭结构，水密性符合要求，可直接将动力输出轴和工作机动力输入端直接连接起来，连接处全部敞开直接触水，让水带走磁力驱动产生的热量；若工作机动力输入端为敞开式结构，可让工作机的罩壳的法兰直接与端板组件相连接，其间采用静密封结构。

该水下电机结构简单，易于安装维护性：电机结构相对简单，仅使用套筒，扳手等常规五金工具即可完成安装和拆卸，无需特殊工具，减少了维护时间和成本；整个电机设备具有易于制造的特性：电机造型制造以回转面为主，附带部分焊接制造工艺，无其它特殊结构；易于加工制造；具有良好的密封性：因采用磁力驱动方式，电机主体密封方式以静密封为主，可以做到良好的密封性，确保电机的安全性；且易于搭载其它传感器：若需要，此结构可以搭载油温传感器，电机转速编码器，绝缘电阻等设备，方便智能控制。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机，其特征在于，包括主电机，所述主电机的动力输入轴一端设置有第一磁力驱动机构，另一端设置有第二磁力驱动机构；

所述第一磁力驱动机构与第二磁力驱动机构均设置有隔离套，所述隔离套的开口部上设置有端板组件，动力输出轴穿过端板组件并设置在端板组件的外部，所述动力输出轴与隔离套之间设置有水润内轴承，所述动力输出轴与端板组件之间设置有水润外轴承；

所述隔离套上还设置有安装板，所述安装板与电机壳体端部连接，所述电机壳体包括主机外壳和加长外壳，所述主电机设置在主机外壳内，所述第一磁力驱动机构与第二磁力驱动机构均设置在对应的加长外壳内，所述加长外壳固定设置在主机外壳的端部上，所述安装板固定设置在加长外壳的端部上；

所述端板组件内设置有轴承室，所述水润外轴承设置在轴承室内，所述轴承室对应的端板组件表面上设置有多个过水孔，所述过水孔内设置有过滤网，所述端板组件周边设置有锁固板，所述锁固板固定设置在安装板上；

所述动力输出轴位于隔离套内的表面上设置有内磁体，所述隔离套外设置有与内磁体配合的外磁体，所述外磁体通过外转子与主电机的动力输入轴连接，所述内磁体设置在水润外轴承和水润内轴承之间，所述水润外轴承与内磁体之间的动力输出轴上还设置有轴套；

所述电机壳体内设置有两个支撑板，两个所述支撑板之间设置有主电机，所述主电机的动力输入轴的两端分别穿过对应的支撑板设置，并且动力输入轴与支撑板之间设置有辅助轴承，两个支撑板之间的电机壳体的内壁上还设置有两个阻挡限位部，所述支撑板与对应的阻挡限位部抵接固定设置。

2.如权利要求1所述的适用于全海深的同轴性磁驱动的双轴伸水下电机，其特征在于，所述支撑板上设置有油孔。