CN108847765B - 磁耦合推进器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述磁耦合推进器及其控制方法，针对内外转子磁极进行改进，以期有效提高电机输出轴与叶轮驱动轴之间的同步性能、实现精确地冲量控制的设计目的。磁耦合推进器包括有一筒体，在筒体两端分别固定有前端盖和后端盖；在后端盖与电机架之间固定有伺服电机，叶轮贯穿连接于前端盖。在伺服电机的驱动轴端部连接有外转子，在外转子内壁上设置有一组外转子永磁块；在叶轮的输出轴端部连接有内转子，内转子具有用以套设于输出轴端部的内套轴，在内套轴与内转子内壁上分别设置有一组内转子永磁块；外转子永磁块与每一组内转子永磁块的数量相等；沿圆周方向，每一个外转子永磁块两侧分别有一个内套轴上的内转子永磁块、一个内转子内壁上的内转子永磁块。
Description
技术领域
本发明是一种水下推进器，具体地涉及采用磁耦合装置而适用于深水范围内的螺旋桨推进器，属于水下航行与电力推进技术领域。
背景技术
目前在水面或水下深水区域进行科学研究、矿产探测过程中，通常会使用以电力为驱动的推进动力装置，如于水面或者水下航行器。其电推装置主要用来推动航行器航行，或提供可控的力矩以控制科研设备调整至需要位置与角度等。常见航行器使用的推力系统，是由电机通过轴系连接螺旋桨旋转以配合导管组合使用。
如公开以下内容的在先专利申请，申请号CN201510800000.4，磁耦合全海深推进器，其种磁耦合全海深推进器，其特征在于，包括电机外壳、分别固定于电机外壳两端的电机前端盖和电机后端盖、固定于电机前端盖上的翼型导管以及磁耦合联轴器，在翼型导管内设置有螺旋桨，电机前端盖与连接法兰固定，螺旋桨桨毂在入流口的一端通过推力轴承与连接法兰连接，另一端固定有桨毂帽，磁耦合联轴器置于螺旋桨桨毂内，磁耦合联轴器的隔磁套一端与连接法兰固定并通过O形圈密封，由电机外壳、电机前端盖、电机后端盖、连接法兰和隔磁套形成密闭腔体，电机外壳处的密闭腔体内置有永磁同步电机和编码器，二者均与电机后端盖上设的液电接头连接；永磁同步电机的主轴通过联轴器与磁耦合联轴器的传动轴连接以传递动力。
如上所此的现有螺旋桨推进器，由电机经磁力耦合驱动器以驱动叶轮旋转,由于内外磁转子存在轴向转动的位移差，特别是初始启动、或是顺时针/逆时针转换时，电机输出轴与叶轮驱动轴之间难以同步旋转，即总有一定的相对滑移量,输出转矩不能保持在恒定范围之内。基于此类磁耦合器现有技术的限制，若是增加内外转子的磁极数量,虽有所改善但同时却会直接减小输出转矩数值，并不利于保持驱动力冲量的控制而降低推进器整体的操控灵活性。
有鉴于此，特提出本专利申请。
发明内容
本发明所述的磁耦合推进器及其控制方法，在于解决上述现有技术存在的问题而针对磁力耦合装置的内外转子磁极进行改进，以期有效提高电机输出轴与叶轮驱动轴之间的同步性能、实现精确地冲量控制的设计目的。
为实现上述设计目的，所述的磁耦合推进器主要包括有：
一筒体，
在筒体两端分别固定有前端盖和后端盖；
在后端盖与电机架之间固定有伺服电机，叶轮贯穿连接于前端盖。
与现有技术的区别之处在于，在伺服电机的驱动轴端部连接有外转子，在外转子内壁上设置有一组外转子永磁块；
在叶轮的输出轴端部连接有内转子，内转子具有用以套设于输出轴端部的内套轴，在内套轴与内转子内壁上分别设置有一组内转子永磁块；
外转子永磁块与每一组内转子永磁块的数量相等；
沿圆周方向，每一个外转子永磁块两侧分别有一个内套轴上的内转子永磁块、一个内转子内壁上的内转子永磁块；
在筒体内部、外转子与内转子之间套设有耦合套，耦合套从外向内被前端盖挤压于电机架。
如上述基本方案，通过耦合套，内、外转子之间形成磁力耦合。伺服电机的输出力矩传递至叶轮，叶轮的输出轴伴随伺服电机的驱动轴同步转动，最终通过控制伺服电机输出轴的转向与力矩大小，实现推进器的位移推进与姿态调整。
内转子的内、外圈2组永磁块,把外转子永磁块夹持在一个较小的角度范围内。无论在静态/动态转换、还是在顺时针/逆时针转换时，内、外圈内转子永磁块能够始终从两个方向同时与外转子永磁块发生磁力耦合，迫使永磁块带动所处转子的旋转姿态，所以能够实现叶轮与电机的同步转动。
为平衡上述静态/动态、顺时针/逆时针转换过程中形成的耦合磁力，进一步的优化方案是，沿圆周方向，每一个外转子永磁块与其两侧内转子永磁块的夹角相同，夹角可取值7-11°之间。
针对密封效果的优选改进方案是，在筒体内壁设置有台阶，电机架通过耦合套从外向内紧固于台阶。
基于相同的设计理念，在应用上述磁耦合结构的基础上，本申请同时提出一种磁耦合推进器的控制方法。即在内转子的内壁和内套轴上分别设置一组内转子永磁块；
内转子的内壁、内套轴上的内转子永磁块形成内、外圈磁体；
外转子永磁块与每一组内转子永磁块的数量相等；
沿圆周方向，每个外转子永磁块被两侧不同组的内转子永磁块夹持；在内、外转子磁力耦合作用下，伺服电机的驱动轴与叶轮的输出轴同步转动。
进一步地优化手段是，沿圆周方向，每一个外转子永磁块与其两侧内转子永磁块的夹角相同，夹角可取值7-11°之间。
综上内容，本申请所述磁耦合推进器及其控制方法具有以下优点：
1、实现了电机输出轴与叶轮驱动轴之间的同步转动，通过精确的冲量控制以提高推进器整体操控灵活性能，实现精确的位移推进、速度增量给定、以及姿态平衡调整等控制手段。
2、无需增加过多的磁极数量，既有利于控制制造成本，又可保证一定数值大小的输出转矩。
附图说明
图1是所述磁耦合深水推进器的剖面结构示意图；
图2是图1中的A部放大示意图；
图3是内转子结构示意图；
图4是图3另一侧面的示意图；
图5是外转子结构示意图；
图6是图5另一侧面的示意图；
如图1至图6所示，筒体1、前端盖2、后端盖3、电机架4、伺服电机5、叶轮6、外转子7、内转子8、耦合套9、台阶11、驱动轴51、输出轴61、轴承62、外套轴71、外转子永磁块75、内套轴81、内转子永磁块85。
具体实施方式
实施例1，下面结合附图对本申请作进一步地详细描述。
根据图1至图6，一种新型的磁耦合推进器包括有：
一中空的筒体1；
在筒体1的前后两端，分别通过内外螺纹安装有前端盖2和后端盖3；
在后端盖3与电机架4之间固定有伺服电机5，叶轮6贯穿连接于前端盖2；
在伺服电机5的驱动轴51端部，连接有外转子7；外转子7包括套设于驱动轴51端部的外套轴71；
在叶轮6的输出轴61端部，连接有内转子8；内转子8包括套设于输出轴61端部的内套轴81；
外转子7与内转子8之间套设有耦合套9，耦合套9从外向内被前端盖2挤压于电机架4；在筒体1内壁上设置有台阶11，电机架4从外向内紧固于台阶11；
在外转子7内壁上设置有一组外转子永磁块75；
在内套轴81与内转子8内壁上分别设置有一组内转子永磁块85；
外转子永磁块75与每一组内转子永磁块85的数量均是4个；
沿圆周方向，每一个外转子永磁块75两侧分别有一个内套轴81上的内转子永磁块85、一个内转子8内壁上的内转子永磁块85；并且，每一个外转子永磁块75与其两侧内转子永磁块85的夹角均为8°。
针对上述磁耦合推进器的控制方法包括：
在筒体1两端分别安装前端盖2和后端盖3，在后端盖3与电机架4之间固定连接伺服电机5，叶轮6贯穿连接于前端盖2。其中，
在内转子8的内壁和内套轴81上分别设置一组内转子永磁块85；
内转子8的内壁、内套轴81上的内转子永磁块85形成内、外圈磁体；
外转子永磁块75与每一组内转子永磁块85的数量均为4个；并且，每一个外转子永磁块75与其两侧内转子永磁块85的夹角均为8°；
沿圆周方向，每个外转子永磁块75被两侧不同组的内转子永磁块85夹持；在内、外转子磁力耦合作用下，伺服电机5的驱动轴51与叶轮6的输出轴61同步转动。
如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明的结构的方案内容，依据本发明的技术实质对以上描述所作的任何部件形状、尺寸、连接方式和安装结构的修改、等同变化与修饰及各组成部件位置和结构的轻微调整，均仍属于本发明技术方案的权利范围。
Claims (4)
1.一种磁耦合推进器，包括有筒体(1)，分别固定于筒体(1)两端的前端盖(2)和后端盖(3)，在后端盖(3)与电机架(4)之间固定有伺服电机(5)，叶轮(6)贯穿连接于前端盖(2)，其特征在于：在伺服电机(5)的驱动轴(51)端部连接有外转子(7)，外转子(7)包括套设于驱动轴(51)端部的外套轴(71)，在外转子(7)内壁上设置有一组外转子永磁块(75)；
在叶轮(6)的输出轴(61)端部连接有内转子(8)，内转子(8)具有用以套设于输出轴(61)端部的内套轴(81)，在内套轴(81)与内转子(8)内壁上分别设置有一组内转子永磁块(85)；
外转子永磁块(75)与每一组内转子永磁块(85)的数量相等；沿圆周方向，每一个外转子永磁块(75)两侧分别有一个内套轴(81)上的内转子永磁块(85)、一个内转子(8)内壁上的内转子永磁块(85)；
在筒体(1)内部、外转子(7)与内转子(8)之间套设有耦合套(9)，耦合套(9)从外向内被前端盖(2)挤压于电机架(4)。
2.根据权利要求1所述的磁耦合推进器，其特征在于：沿圆周方向，每一个外转子永磁块(75)与其两侧内转子永磁块(85)的夹角相同。
3.根据权利要求1或2所述的磁耦合推进器，其特征在于：在筒体(1)内壁设置有台阶(11)，电机架(4)通过耦合套(9)从外向内紧固于台阶(11)。
4.如权利要求1至3任一所述磁耦合推进器的控制方法，其特征在于：在内转子(8)的内壁和内套轴(81)上分别设置一组内转子永磁块(85)；
内转子(8)的内壁、内套轴(81)上的内转子永磁块(85)形成内、外圈磁体；
外转子永磁块(75)与每一组内转子永磁块(85)的数量相等；
沿圆周方向，每个外转子永磁块(75)被两侧不同组的内转子永磁块(85)夹持；在内、外转子磁力耦合作用下，伺服电机(5)的驱动轴(51)与叶轮(6)的输出轴(61)同步转动。
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