CN109367747A - 水下推进器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下推进器。所述水下推进器包括动力系统、传动系统及水循环系统，所述动力系统提供动力经所述传动系统驱动所述水循环系统循环工作，其特征在于，所述水循环系统包括进水口、螺旋桨及出水口，所述进水口的延伸方向与所述出水口的延伸方向之间夹角于九十度至一百八十度之间活动调节。本发明的水下推进器结构简单、动力足、续航能力佳。

Description

水下推进器及其控制方法

技术领域

本发明涉及潜航领域，尤其涉及一种水下推进装置。

背景技术

当前，随着潜水设备的发展，对于潜水设备的动力装置，如推进器提出了更高的要求，特别是动力损耗和续航能力一直是业界亟待解决的技术问题。

推进器(Propeller)是将电能转化为机械能的装置。通过旋转叶片来产生推力，用来驱动水下交通工具前进。螺旋桨推进器是常见的推进器中的一种，螺旋桨工作将周边环境的水自进水口吸纳进入水循环系统，继而从螺旋桨桨叶的吸入面吸入，从排出面排出后自出水口加速泻出，利用水的反作用力推动载体或者负载物前进，形成完整的水循环系统。

然而，在现有技术的水下推进器中，对进水口的设计是开放性设计，其开口方向是辐射式的，当所述进水口方向的水自水下推进器前进的反方向吸入时，根据力的四边形法则，对水下推进器的前进产生损耗，不利于产生前进方向的最大动力。

针对现有技术的水下推进器水循环系统的进水口构造简单，工作效率低的缺陷，有必要提供一种全新的结构简单、动力足、续航能力佳的推进器解决方案。

发明内容

针对现有的水下推进器的动力损耗严重，动力不足的技术问题，本发明提供了一种减少动力损耗，动力足且续航能力佳的水下推进器。

一种水下推进器，包括动力系统、传动系统及水循环系统，所述动力系统提供动力经所述传动系统驱动所述水循环系统循环工作，其特征在于，所述水循环系统包括进水口、螺旋桨及出水口，所述进水口的延伸方向与所述出水口的延伸方向之间夹角于九十度至一百八十度之间活动调节。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，所述水循环系统包括导流罩，所述导流罩包括支撑架及多个间隔体，所述支撑架支撑所述间隔体间隔设置，所述间隔体之间的间隔形成所述进水口，相邻间隔体之间的间距及相对角度可调，所述进水口设于所述间隔体之间的间隙。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，所述间隔体沿平行于所述出水口延伸方向设置。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，所述间隔体的截面呈楔形，其中沿着由外至内方向，所述间隔体的厚度逐渐增加。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，所述二支撑架均呈圆环状，并平行间隔设置，所述间隔体呈长条状夹设于所述二支撑架之间，其两端对应固接所述支撑架。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，所述间隔体相对所述支撑架沿着设定方向旋转，相邻间隔体之间的间距随所述间隔体的旋转而调整。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，还包括驱动电机，所述驱动电机与所述间隔体沿着设定方向旋转。

在本发明提供的水下推进器的一较佳实施例中，所述导流罩内壁设置流速感应器，所述流速感应器感应水循环系统的水流速度，并反馈水流参数至所述电机控制器，所述电机控制器根据接收到的水流速度，对应控制所述间隔体的旋转角度。

一种水下推进器的控制方法，包括如下步骤：

步骤S01，提供流速感应器设于所述导流罩内壁，所述流速感应器感应水循环系统的水流速度；

步骤S02，提供电机，所述电机的控制器接收来自所述流速感应器的感应参数，并根据水流速度反馈控制信号控制控制所述间隔体旋转；

步骤S03，所述间隔体枢接至所述支撑架，并相对所述支撑架旋转设定角度，进而改变相邻间隔体之间的间隔实现对进水口口径的调整，使得所述水下推进器在不改变输出的前提下调整速度。

在本发明提供的水下推进器控制方法的一较佳实施例中，所述水下推进器的行进速度和间隔体之间的间隔调整的进水口孔径对应。

相较于现有技术，采用本发明提供的水下推进器及其控制方法，通过设置所述进水口的延伸方向与出水口的延伸方向呈大于九十度夹角设置，同时使得水沿进水口进入时，周边环境的水自前进方向可控进入水循环系统，根据行进速度的需要调整进水口的口径尺寸，产生较多的平行于出水口方向的分力，提高推动力，减少动力损耗。另一方面，根据水下推进器的行进速度调整所述进水口的口径尺寸，其基于自身的惯性作用更多的朝向出水口方向高速流动，减少水流循环系统内的涡流现象，减少功耗，提高续航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种水下推进器的立体组装结构示意图；及

图2是图1所示水循环系统的立体分解示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请结合参阅图1及图2，其中图1是本发明水下推进器的立体组装结构示意图，图2是图1所示水下推进器的立体分解示意图。所述水下推进器10包括动力系统11、传动系统13及水循环系统15。所述动力系统11提供动力驱动所述水下推进器10工作。所述传动系统13传动来自所述动力系统10的动力至所述水循环系统15，并驱动所述水循环系统15工作。所述水循环系统15导引水沿着所述水循环系统15 所设定的水循环通道高速流动，从而产生反方向的推力，推动所述水下推进器10前进。其中，所述水下推进器10的行进速度和方向与所述水循环系统15内的水流量、水流速及水流方向有直接关系。

所述动力系统11是电源装置，其可以是锂电池、超级电容等蓄能装置。当然，所述动力系统不局限于电源装置，其还可以是其他动力提供装置。

所述传动系统13是一水密电机，所述动力系统11提供电能至所述传动系统13，驱动所述水密电机的转子高速转动，从而实现将电能转换为旋转动能。

所述水循环系统15包括导流罩151、进水口153、盖体155、出水口157及螺旋桨159。所述导流罩151配合所述盖体155围成收容空间收容所述螺旋桨159。所述进水口153设于所述导流罩151侧壁。所述出水口157设于所述盖体155。水自所述进水口153进入所述导流罩151，经所述导流罩151导引经过所述螺旋桨159加速，然后自所述出水口157 高速泻出。

所述导流罩151整体呈两端开口的圆柱形中空罩体，导引水自所述进水口153流入所述水循环系统15。

所述导流罩151的一端开口处套设于所述传动系统13的端部，所述导流罩151的另一端与所述盖体155配合围成收容空间。所述导流罩 151包括第一支撑架1511、第二支撑架1513及多个间隔体1515。

所述第一支撑架1511与所述第二支撑架1513均呈圆筒状结构，且相对间隔同心设置。所述多个间隔体1515均匀平行间隔夹设于所述第一支撑架1511及所述第二支撑架1513之间。所述间隔体1515呈长条状，其一端与所述第一支撑架1511的边缘枢接设置，另一端与所述第二支撑架1513的边缘枢接设置，所述多个间隔体的两端分别环绕所述第一支撑架1511和第二支撑架1513，并配合所述第一支撑架1511及第二支撑架1513共同围成两端开口的中空结构。

每二相邻间隔体15145之间形成镂空间隙，该镂空区域形成所述水循环系统15的进水口。因为所述间隔体1515的端部与所述支撑架相互枢接设置，因此所述间隔体1515能够相对所述支撑架在设定角度内旋转，同时因为所述间隔体1515的截面呈长条状，因此当所述间隔体1515 相对所述支撑架旋转时，则相邻二间隔体1515之间的间隔会随着旋转角度的变化而渐变变化，即：所述进水口的口径尺寸对应发生渐变变化。具体而言，当所述间隔体1515的旋转角度至90度时，则相邻二间隔体 1515之间的间隔为零，即：所述进水口153处于封闭状态；当所述间隔体1515默认状态，则所述进水口153处于口径最大状态，也就是说，通过调整所述间隔体1515相对所述支撑架的旋转角度，进而调整所述进水口的口径尺寸，有效控制所述水循环系统15的进水口的吞吐量在最大值和最小值之间变化。

另一方面，因为所述间隔体1515的截面整体呈条形，其截面沿着朝向中心轴向方向，所述间隔体1515的厚度逐渐增加，那么当所述间隔体1515旋转到某一角度时，则所述间隔体1515的边缘切线延伸方向与进水口之间的夹角会发生变化，如此使得所述进水口153的入水的流向随着角度而变化，所述间隔体1515的边缘切线方向，导引进水口153 入水的方向。有效控制所述进水口的入水方向，减少水流引起的涡流以及水流方向与水循环系统的方向不一致带来的阻力，提高水流效率和速度，提高续航能力。

进一步的，为有效控制所述间隔体1515的旋转方向，在所述导流罩151的内壁设置流速感应器1516，所述流速感应器1516与所述传动系统13对应电连接。所述传动系统包括电机131，所述电机131的控制器接收来自所述流速感应器1516所感应到的流速参数信号，并根据该流速参数信号产生控制信号控制所述间隔体1515的旋转角度，以维持所述间隔体1515与所述支撑架之间的相对角度，保障所述进水口153 的流量、流速及流向满足水下推进器10的行进需求。

当所述水下推进器10工作时，所述螺旋桨159对应收容于所述导流罩151内。在所述传动系统13的电机131驱动作用下，当所述螺旋桨159随所述传动系统13高速转动时，有效降低所述导流罩151内压力，迫使周围环境中的水自所述入水口153压入所述导流罩151内，同时随所述水循环系统15循环至所述出水口157，高速泻出。当所述出水口157泻出的水高速流动时，其产生反作用力施加至所述水下推进器10，进而推动所述水下推进器10朝反方向，即所述X轴的负方向前进。当需要降低所述水下推进器10的行进速度时，则所述电机131产生控制信号驱动所述间隔体1515旋转使得所述进水口153的流量减小，进而产生较小的反作用力，降低行进速度；反之，当需要提高所述水下推进器10的行进速度，则所述电机131产生控制信号调整经所述进水口153 进入所述水循环系统15的水流速和水流方向，产生较大的反作用力以推动所述水下推进器10高速前进。

当所述水下推进器停止工作状态时，则所述间隔体1515旋转，使得相邻所述间隔体1515之间的间隙缩小至无缝状态，保护所述螺旋桨 159及内部结构。

当所述水下推进器10工作时，所述水下推进器10的控制方法包括如下步骤：

步骤S01，提供流速感应器1516设于所述导流罩151内壁，所述流速感应器1516感应水循环系统15的水流速度；

步骤S02，提供电机131，所述电机131的控制器接收来自所述流速感应器1516的感应参数，并根据水流速度反馈控制信号控制控制所述间隔体1515旋转；

步骤S03，所述间隔体1515枢接至所述支撑架，并相对所述支撑架旋转设定角度，进而改变相邻间隔体1515之间的间隔实现对进水口口径的调整，使得所述水下推进器10在不改变输出的前提下调整速度。

相较于现有技术，本发明的水下推进器10，设置所述间隔体1515 相对所述支撑架按照设定需求对应进行旋转，根据旋转角度的不同，有效控制所述水循环系统15的进水流量、流速和方向，进一步有效控制所述水下推进器10的行进速度，尤其是当所述水下推进器10需要平稳工作时，通过旋转所述间隔体1515的角度，保证所述水下推进器10的工作输出效率不变的前提下，改变其行进速度，降低对电机的需求标准，延长使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下推进器，包括动力系统、传动系统及水循环系统，所述动力系统提供动力经所述传动系统驱动所述水循环系统循环工作，其特征在于，所述水循环系统包括进水口、螺旋桨及出水口，所述进水口的延伸方向与所述出水口的延伸方向之间夹角于九十度至一百八十度之间活动调节。

2.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于，所述水循环系统包括导流罩，所述导流罩包括支撑架及多个间隔体，所述支撑架支撑所述间隔体间隔设置，所述间隔体之间的间隔形成所述进水口，相邻间隔体之间的间距及相对角度可调，所述进水口设于所述间隔体之间的间隙。

3.根据权利要求2所述的水下推进器，其特征在于，所述间隔体沿平行于所述出水口延伸方向设置。

4.根据权利要求2所述的水下推进器，其特征在于，所述间隔体的截面呈楔形，其中沿着由外至内方向，所述间隔体的厚度逐渐增加。

5.根据权利要求4所述的水下推进器，其特征在于，所述二支撑架均呈圆环状，并平行间隔设置，所述间隔体呈长条状夹设于所述二支撑架之间，其两端对应固接所述支撑架。

6.根据权利要求2所述的水下推进器，其特征在于，所述间隔体相对所述支撑架沿着设定方向旋转，相邻间隔体之间的间距随所述间隔体的旋转而调整。

7.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于，还包括驱动电机，所述驱动电机与所述间隔体沿着设定方向旋转。

8.根据权利要求8所述的水下推进器，其特征在于，所述导流罩内壁设置流速感应器，所述流速感应器感应水循环系统的水流速度，并反馈水流参数至所述电机控制器，所述电机控制器根据接收到的水流速度，对应控制所述间隔体的旋转角度。

9.一种如权利要求1所述水下推进器的控制方法，包括如下步骤：

步骤S01，提供流速感应器设于所述导流罩内壁，所述流速感应器感应水循环系统的水流速度；

步骤S02，提供电机，所述电机的控制器接收来自所述流速感应器的感应参数，并根据水流速度反馈控制信号控制控制所述间隔体旋转；

步骤S03，所述间隔体枢接至所述支撑架，并相对所述支撑架旋转设定角度，进而改变相邻间隔体之间的间隔实现对进水口口径的调整，使得所述水下推进器在不改变输出的前提下调整速度。

10.根据权利要求9所述的水下推进器控制方法，其特征在于，所述水下推进器的行进速度和间隔体之间的间隔调整的进水口孔径对应。