CN110155293A - 船用推进器电动转向系统、船用推进器及船艇 - Google Patents

Abstract

本发明属于船艇转向技术领域，尤其涉及一种船用推进器电动转向系统、船用推进器和船艇，所述船用推进器电动转向系统包括电转向驱动装置和操舵装置；所述电转向驱动装置与船用推进器的固定组件固定连接；所述电转向驱动装置与连杆的第一端转动连接，所述连杆的第二端与转动组件转动连接；所述操舵装置用于基于用户的操作发送转向信号给所述电转向驱动装置，所述电转向驱动装置包括电机，所述电机旋转驱动所述连杆转动，所述连杆转动驱动所述船用推进器的转动组件沿竖直的轴向转动从而调整船用推进器的推进方向。电转向驱动装置和操舵装置无直接的机械连接，操舵装置的安装位置十分灵活，整个船用推进器电动转向系统尺寸小、结构紧凑、安装简单快捷。

Description

船用推进器电动转向系统、船用推进器及船艇

技术领域

本发明属于船艇转向技术领域，尤其涉及一种船用推进器电动转向系统、船用推进器及船用推进器和船艇。

背景技术

船艇通过船用推进器产生推进动力，常见的船用推进器有船外机，船内机和吊舱式推进器。在船艇行驶过程中，需要进行转向控制调整船艇的行驶方向。一般通过增加转向机构调整推进器的螺旋桨朝向，改变推进方向从而调整行驶方向；或者在船艇上安装位于水下的方向舵，通过转向机构改变方向舵朝向从而调整行驶方向。转向机构一般包括方向盘和转向执行机构，转向执行机构可以分为机械传动和电子控制两种。CN101992851A公开的一种船舶船头转向装置，即是其机械传动式，方向盘通过传动机构连接推进器的主轴，即可通过方向盘调整推进器的螺旋桨的朝向从而改变船艇行驶方向。

根据转向机构的具体形式来划分，目前船用推进器的转向系统有三种，机械线拉转向、液压转向及电子助力液压转向。

机械线拉转向，方向盘将旋转运动转化为机械软轴的伸缩，软轴的伸缩带动L连杆转换为船外机的方向角度变化。但是，机械线拉转向在船高速行驶过程中需要在方向盘上施加较大的作用力，方向盘松手后会快速自动回位，高速状况下非常危险。线拉软轴弯曲半径不能过小，同时不同长度的船需要配长度不同的软轴，高速行驶时需要较大的输出力矩。

液压转向，方向盘提供液压油路压力带动油缸的伸缩实现船外机转向。但是液压转向系统安装操作复杂，需要在管道注入液压油，低温下液压系统一直有较高的故障率、有漏油风险、维修成本高，高速行驶时需要较大的输出力矩。

电子助力液压转向，在液压转向的基础上将方向盘角度信号传递给液压泵，通过液压泵实现油缸的伸缩带动船用推进器转向。电子助力液压转向控制精确且可以适应大功率控制的需求，但是结构复杂、安装技术要求高，成本是三种转向方式最高的，同时还存在液压转向所具有的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的船外机船用推进器系统尺寸大，结构复杂，安装维护不便，操作复杂的问题，提供一种船用推进器电动转向系统、船用推进器及船艇。

为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种船用推进器电动转向系统，用于船用推进器，所述船用推进器包括固定组件、连杆及转动组件，所述固定组件与船体固定连接，所述转动组件与所述固定组件连接且能够相对所述固定组件沿竖直方向的轴线转动；

其中，所述船用推进器电动转向系统包括电转向驱动装置和操舵装置；所述固定组件具有沿水平方向设置的转向连接管，所述电转向驱动装置与所述转向连接管固定连接；所述电转向驱动装置与所述连杆的第一端转动连接，所述连杆的第二端与所述转动组件转动连接；

所述操舵装置用于基于用户的操作发送转向信号给所述电转向驱动装置，所述电转向驱动装置包括电机，所述电机旋转驱动所述连杆转动，所述连杆转动驱动所述船用推进器的转动组件沿竖直的轴向转动从而调整船用推进器的推进方向。

可选地，所述电转向驱动装置驱动所述连杆的第一端在平行于所述转向连接管轴向的方向运动，所述连杆的第一端具有距离所述电机最近的第一位置和距离所述电机最远的第二位置，所述连杆的第一端在第一位置和第二位置之间具有第三位置，在所述第三位置，所述船用推进器的垂直中分面与所述转向连接管之间的夹角为90°。

可选地，所述电转向驱动装置还包括第一控制器、电机驱动器、丝杆、丝杆螺母及电机旋转圈数检测元件；所述丝杆的一端与所述电机的输出轴固定连接，所述丝杠平行于所述转向连接管；所述丝杆螺母螺纹连接在所述丝杆的外部，所述丝杠螺母与所述连杆的第一端连接；

所述第一控制器，用于根据所述转向信号发送控制信号给所述电机驱动器以控制电机的旋转方向和圈数，所述电机驱动器用于接收所述控制信号驱动所述电机运转；所述电机旋转带动丝杆旋转运动使所述丝杆螺母沿所述丝杆直线运动并带动所述连杆运动；所述电机旋转圈数检测元件，用于检测所述电机的旋转圈数并反馈至所述第一控制器，所述第一控制器依此控制所述电机的运转，使所述连杆的第一端位于所述第一位置和所述第二位置之间的范围内。

可选地，所述电转向驱动装置还包括推杆，所述丝杠螺母通过所述推杆与所述连杆的第一端连接，所述丝杠、所述丝杠螺母设置于所述转向连接管内且均与所述转向连接管同轴设置，所述丝杠螺母带动所述推杆沿所述丝杠直线运动从而带动所述连杆的第一端沿所述丝杠直线运动，所述第一位置和所述第二位置均位于所述丝杠上。

可选地，所述电转向驱动装置还包括用于检测所述第一位置和/或第二位置的位置开关，所述位置开关与所述第一控制器电连接，发送开关信号给所述第一控制器，所述第一控制器接收到此开关信号后控制电机停止运转或反向运转。

可选地，所述操舵装置包括操舵底座、操舵轮、操舵轴、旋转阻尼器及位置传感器，所述操舵底座具有内腔，所述旋转阻尼器及角度检测机构设置在所述内腔中，所述操舵底座安装在船体上的控制台上，所述操舵轮固定在所述操舵轴的上端，所述操舵轴的下端可转动地插接在所述操舵底座上并伸入所述内腔，所述旋转阻尼器的内圈与操舵轴固定，所述旋转阻尼器的外圈与操舵底座固定，所述位置传感器用于检测所述操舵轴的。

可选地，所述操舵装置还包括第二控制器，所述第二控制器与所述第一控制器及所述位置传感器通信连接，所述第二控制器用于将所述位置传感器采集的所述操舵轴的旋转角度转换为转向信号发送给所述第一控制器，使所述操舵装置位于最小旋转角度位置和最大旋转角度位置时分别与所述第一位置和第二位置对应。

可选地，所述电转向驱动装置上设置有第一无线通讯模块，所述操舵装置上设置有第二无线通讯模块，所述操舵装置与所述电转向驱动装置通过所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块无线通信连接。

另一方面，本发明实施例还提供一种船用推进器，其包括上述的船用推进器电动转向系统，所述连杆呈L形，所述连杆包括竖直杆段及水平杆段，所述水平杆段的一端连接在所述竖直杆段的上端，所述水平杆段的另一端铰接在所述转动组件上，所述电转向驱动装置与所述竖直杆段的下端转动连接。

可选地，所述转动组件包括推进器壳体和螺旋桨，所述推进器壳体内安装动力装置，所述动力装置连接所述螺旋桨连接并驱动所述螺旋桨旋转；所述连杆的第一端与所述推进器壳体连接，所述电转向驱动装置驱动所述连杆转动，所述连杆驱动所述转动组件转动以调整螺旋桨在水平方向上的朝向，从而调整船用推进器的推进方向。

再一方面，本发明实施例还提供一种船用推进器，其包括上述的船用推进器电动转向系统，所述电转向驱动装置通过所述船用推进器的电源或者外接电源供电，所述操舵装置自带电源或通过线缆从电转向驱动装置取电。

再一方面，本发明实施例还提供一种船艇，其包括上述的船用推进器电动转向系统。

本发明实施例提供的船用推进器电动转向系统、船用推进器及船艇，电转向驱动装置和操舵装置无直接的机械连接，因此操舵装置的安装位置十分灵活，整个船用推进器电动转向系统尺寸小、结构紧凑、安装简单快捷，可以很好地兼容于不同种类的船用推进器，还能更好的地兼容于电动船用推进器。此外，该船用推进器电动转向系统还具有以下优点：

(1)支持有线和无线安装，避免了复杂的安装步骤，同时没有了复杂的油路，不存在漏油风险，可在高低温环境下长久运行，可免维护。

(2)电机驱动提供转向力矩，大大减轻了操作者的负担，操舵更省力。

(3)整个电转向驱动装置通过丝杆与接头内置固定于船用推进器的转向连接管内，无需同现有技术一样在外面增加与转向连接管并联的机构，在外部增加机构要考虑整个驱动装置的体积，很可能会产生干涉，特别是使用液压驱动装置，一般体积很大，影响兼容性。此电转向驱动装置在具有尺寸小的优势下可以适应不同的推进器。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的船艇的侧视图；

图2是本发明一实施例提供的船艇的俯视图；

图3是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的电转向驱动装置与船用推进器的连接示意图(立体图)；

图4是图3的部分剖视图。

图5是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的电转向驱动装置与船用推进器的连接示意图(剖视图)；

图6是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的电转向驱动装置立体图；

图7是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的电转向驱动装置爆炸图；

图8是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的电转向驱动装置剖视图；

图9是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的电转向驱动装置的接头位置的剖视图(放大)；

图10是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的操舵装置的立体图；

图11是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的操舵装置的爆炸图；

图12是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的操舵装置的剖视图；

图13是本发明一实施例提供的船用推进器电动转向系统的控制框架图。

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的详细说明。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。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种船艇，包括船体10、船用推进器20及船用推进器电动转向系统，船用推进器20包括固定组件、连杆202和转动组件203，所述固定组件与船体10固定连接，所述转动组件203与所述固定组件连接且能够相对所述固定组件沿竖直方向的轴线转动。

所述船用推进器电动转向系统包括电转向驱动装置30和操舵装置40；所述固定组件具有沿水平方向设置的转向连接管201，所述电转向驱动装置30与所述转向连接管201固定连接，所述电转向驱动装置30与所述转动组件203通过所述连杆202连接。

所述操舵装置40用于基于用户的操作发送转向信号给所述电转向驱动装置30，所述电转向驱动装置30包括电机301，所述电机301旋转驱动所述连杆202转动，所述连杆202驱动所述船用推进器的转动组件203沿竖直的轴向转动从而调整船用推进器20的推进方向。

所述转向信号包括方向(逆时针或顺时针)和角度信号(角度大小)，其中，角度信号通过位置传感器测量得出，方向由第二控制器根据多个角度信号计算判断得出。

本文中，第一控制器为电转向驱动装置30的控制器，第二控制器为所述操舵装置40的控制器。

所述电转向驱动装置30驱动所述连杆202的第一端在平行于所述转向连接管201轴向的方向运动，所述连杆202的第一端具有距离所述电机301最近的第一位置和距离所述电机301最远的第二位置，所述操舵装置40位于最小旋转角度位置和最大旋转角度位置时分别与所述第一位置和第二位置对应。

所述连杆202的第一端在第一位置和第二位置之间具有第三位置，在所述第三位置，所述船用推进器的垂直中分面与所述转向连接管之间的夹角为90°。此时，所述船用推进器20的垂直中分面与船艇的长轴方向平行，所述船用推进器20的推进方向为正前方。如图3所示，所述固定组件还包括夹具204，所述转动组件203包括推进器壳体和螺旋桨2034。所述推进器壳体内安装动力装置2035。所述动力装置2035连接所述螺旋桨2034连接并驱动所述螺旋桨2034旋转；所述连杆202的第一端与所述推进器壳体连接，所述电转向驱动装置30驱动所述连杆202转动，所述连杆202驱动所述转动组件203转动以调整螺旋桨2034在水平方向上的朝向，从而调整船用推进器的推进方向。

动力装置2035可以安装于推进器壳体的上部和下部。安装在推进器壳体的上部时，动力装置2035与螺旋桨2034之间设置竖直的传动轴(下述的推进器主轴2032)再与螺旋桨2034连接；安装在推进器壳体下部时，动力装置2035与螺旋桨2034同轴连接。

在一实施例中，如图5所示，所述动力装置2035安装于推进器壳体的上部，所述推进器壳体包括上壳2031及主轴支撑壳2033，所述上壳2031固定在所述主轴支撑壳2033上方，所述动力装置2035安装在所述上壳2031内，所述螺旋桨2034安装在所述主轴支撑壳2033的下端后侧，所述推进器主轴2032的上端通过齿轮箱组件连接所述动力装置2035的输出轴，所述推进器主轴2032的下端通过两个正交啮合的锥齿轮连接所述螺旋桨2034，所述动力装置2035与螺旋桨2034之间设置竖直的推进器主轴2032，即所述动力装置2035与螺旋桨2034通过推进器主轴2032连接。以此，通过动力装置2035的旋转能够带动螺旋桨2034旋转从而给船艇提供推进动力。所述船用推进器20通过夹具204悬挂于所述船体10的尾部，所述转向连接管201沿水平方向设置在夹具204上，船用推进器电动转向系统固定于所述转向连接管201中，所述电转向驱动装置30与所述转向连接管201固定连接。所述连杆202的一端铰接在所述推进器203的上部(例如通过螺栓、螺母铰接)。优选地，所述连杆202的一端铰接在所述上壳2031的底面上。

所述动力装置2035可以是电机。

如图3至图13所示，所述电转向驱动装置30还包括第一控制器330、电机驱动器320、丝杆302、丝杆螺母303及电机旋转圈数检测元件350；所述丝杆302的一端与所述电机301的输出轴固定连接，所述丝杠302平行于所述转向连接管201。

所述丝杠302平行于所述转向连接管201分两种情况，第一种是，所述丝杠302设置于所述转向连接管201的外部并与所述转向连接管201平行间隔；第二种是，所述丝杠302设置于所述转向连接管201的内部并与所述转向连接管201同轴。为了减小船用推进器电动转向系统的体积，优选为，所述丝杠302设置于所述转向连接管201的内部。

所述丝杆螺母303螺纹连接在所述丝杆302的外部，所述丝杠螺母303与所述连杆202的第一端连接。此处，所述丝杠螺母303与所述连杆202的第一端可以是直接连接，或者是通过下述的推杆304连接。

所述第一控制器330，用于根据所述转向信号发送控制信号给所述电机驱动器320以控制电机301的旋转方向和圈数，所述电机驱动器320用于接收所述控制信号驱动所述电机301运转；所述电机301旋转带动丝杆302旋转运动使所述丝杆螺母303沿所述丝杆302直线运动并带动所述连杆202运动。

所述电机旋转圈数检测元件350，用于检测所述电机301的旋转圈数并反馈至所述第一控制器330，所述第一控制器330依此控制所述电机301的运转，使所述连杆202的第一端位于所述第一位置和所述第二位置之间的范围内。基于所述电机旋转圈数检测元件350检测的所述电机301的旋转圈数，第一控制器330可以依此对电机301进行闭环控制。以此，可以实现述电机301的反馈调节。

电机旋转圈数检测元件350可以是霍尔传感器或者编码器。在一实施例中，所述电转向驱动装置30还包括推杆304，所述丝杠螺母303通过所述推杆304与所述连杆202的第一端连接，所述推杆304为空心推杆，所述丝杠302、所述丝杠螺母303设置于所述转向连接管201内且均与所述转向连接管201同轴设置，所述丝杠螺母303带动所述推杆304沿所述丝杠302直线运动从而带动所述连杆202的第一端沿所述丝杠302直线运动，所述第一位置和所述第二位置均位于所述丝杠302上。

所述电转向驱动装置30还包括用于检测所述第一位置和/或第二位置的位置开关310，所述位置开关310与所述第一控制器330电连接，发送开关信号给所述第一控制器330，所述第一控制器330接收到此开关信号后控制电机301停止运转或反向运转。

所述位置开关310也可以使用位置传感器代替，如光电传感器或超声波传感器，用于将检测到的距离信息发送给所述第一控制器330，所述第一控制器330根据所述距离信息控制电机301的运转。

所述电转向驱动装置30还包括用于检测第三位置的位置开关。所述第三位置位于所述丝杠302上。用于检测第三位置的位置开关可以是用于检测船用推进器的转动角度的角度传感器，也可以是，用于检测船用推进器的中位的光电传感器或者超声波传感器。

所述推杆304的行程范围与丝杠螺母303的行程范围相同，丝杠螺母303在丝杠302上的位置与操舵装置40的旋转行程一一对应，操舵装置40的角度位置对应了丝杠螺母303在丝杠302上的唯一位置。

所述电机驱动器320安装在所述电机301的远离转向连接管201的一端。优选地，所述第一控制器330及电机驱动器320集成在所述电机301的壳体内。

所述电机301的壳体包括前壳3011和后壳3012，所述电机301的定子组件和转子组件设置在所述前壳3011内，所述前壳3011包括筒状部30111及位于所述定子组件和转子组件后方的径向延伸部30112，所述后壳3012固定在所述前壳3011(筒状部30111)的后端，所述筒状部30111、径向延伸部30112及后壳3012之间形成腔室，所述电机驱动器320安装在所述径向延伸部3012的后方并容纳于所述腔室内。所述后壳3012上设置有电源线接头305及信号线接头306，所述电机驱动器320通过所述电源线接头305与电源电连接，以通过电源给电机301、第一控制器330及电机圈数检测元件350供电，所述第一控制器330通过所述信号线接头306与操舵装置40电连接。

在一实施例中，所述电机301的前部形成安装电机驱动器320和第一控制器330的腔室。此时，电源线接头305及信号线接头306优先设置在电机301的前壳3011上。

所述后壳3012与所述前壳3011之间通过静密封件密封连接，所述前壳3011与下述的接头307(如图3所示)之间也设置密封连接，所述接头307和丝杆302之间设置动密封件，所述后壳3012、前壳3011及接头307之间形成了密封防水腔室，使所述电机301、第一控制器330、电机驱动器320和位置开关310设置于密封防水环境中得以防护。

如图1及图2所示，所述电源线接头305通过电源线50与电源60电连接。所述信号线接头306通过信号线70与操舵装置40通信连接，第一控制器330与操舵装置40有线通信。

在一实施例中，如图13所示，电转向驱动装置30通过电源线50连接船用推进器20的电源60，给第一控制器330和电机驱动器320供电，操舵装置40自带电源440供电，操舵装置40与电转向驱动装置30无线通信。

在另一实施例中，操舵装置40与电转向驱动装置30有线连接，操舵装置40与电转向驱动装置30有线通信，同时操舵装置40通过电转向驱动装置30供电，操舵装置40与电转向驱动装置30共用一个电源，船用推进器20使用电源60。或者，操舵装置40及电转向驱动装置30与船用推进器20共用电源60。

所述电转向驱动装置30还包括用于连接所述电机301与所述转向连接管201的接头307，所述接头307的一端与所述电机301的壳体通过螺钉固定连接，所述接头307的另一端螺纹连接在所述转向连接管201的一端外部。具体为，所述接头307外径较小的一端设置内螺纹，所述转向连接管201的一端外部设置与所述接头307外径较小的一端设置的内螺纹匹配的外螺纹。

接头307与转向连接管201通过螺纹连接，无需安装工具，极大简化了安装步骤，即插即用。

所述丝杆302穿过所述接头307与所述电机301连接，所述接头307的内孔中设置有双列角接触轴承308及动密封件309，所述双列角接触轴承308的外圈与所述接头307的内孔壁过盈装配，所述双列角接触轴承308的内圈套设在所述丝杆302上，所述动密封件309的外圈与所述接头307的内孔壁过盈装配，所述动密封件309的内圈套设在所述丝杆302上，所述双列角接触轴承308位于所述动密封件309的后方，所述动密封件309用于密封所述电机301。

由于电机驱动器320和第一控制器330均集成于电机301的壳体内，使用动密封件309将电机301密封，能够起到防水作用，以保护电机301及壳体内的其它电子元器件。

在其它实施例中，接头307与转向连接管还可以采用抱轴固定，所述双列角接触轴承也可替换为两个角接触轴承或其它能承受双向轴向力的轴承或轴承组合。

所述位置开关310设置在所述接头307内并与所述第一控制器330电连接。

所述推杆304的一端滑动插接在所述转向连接管201内且套设连接于所述丝杆302的另一端，所述丝杆螺母303固定在所述推杆304的靠近所述电机301的端部的内壁上。所述电转向驱动装置30还包括磁铁311，所述磁铁311固定在所述推杆304的靠近所述电机301的端部或所述丝杆螺母303的靠近所述电机301的端部，所述磁铁311跟随所述推杆304运动。

所述磁铁311可以固定在推杆304上靠近所述电机301的端部，也可以固定在丝杆螺母303上靠近所述电机301的端部，取决于上述哪个位置离位置开关310最近。

如图9所示，所述位置开关310为干簧管开关，所述位置开关310通过感测所述磁铁311来检测用于检测所述第一位置和/或第二位置，以实现位置校准以及限位保护。

因为磁铁311与位置开关310的距离有一定要求，所以位置开关310必须安装在推杆304的起始位置(前端)以便检测。位置开关310的信号线需要连接第一控制器330，位置开关310将开关信号发送给第一控制器330，所述第一控制器接收到此开关信号后控制电机301停止运转或反向运转。

磁铁311与位置开关310距离接近到一定阈值，位置开关310状态发生变化，控制器控制电机301停止运转，并记录电机301停止转动后电机旋转圈数检测元件350(编码器或霍尔传感器)记录的电机301旋转的圈数，将此数值作为参考值，根据接下来电机301旋转的方向和圈数来计算当前推杆304(连杆202)的位置。

电动转向系统上电后，推杆304朝电机301方向移动，当内置于接头307的位置开关以非接触式检测方式检测到安装在推杆304上的磁铁311的磁铁强度达到一定阈值时，控制器记录当前位置为初始化位置。电机驱动器320内安装有霍尔传感器或编码器，用于检测电机的旋转方向和圈数。第一控制器330中存储了电机301理论最大旋转圈数，根据丝杆302的行程长度L，假设电机301每转一圈丝杆302给推杆带来的进给为l，则电机301从零点开始可以旋转的理论最大旋转圈数为Δn＝L/l，第一控制器330通过位置传感器获取电机301的正反转的圈数，并限制其实际运转圈数相对于初始化位置的旋转圈数增量不超过Δn。

在其它实施例中，位置开关310也可以采用霍尔开关、光电开关或霍尔传感器、光电传感器、超声波传感器。

所述电转向驱动装置30还包括支撑滑套312，所述支撑滑套312的一端螺纹连接在所述转向连接管201上，所述推杆304与所述支撑滑套312的内壁滑动接触。

丝杆302外壁以推杆304内壁为内导向，推杆304外壁与支撑滑套312接触形成外导向。推杆304上设置的支撑滑套31，能够对推杆304的自由端进行支撑，以减少径向跳动。

在一实施例中，丝杆302与电机301的输出轴一体成型。

在其它实施例中，电机301的输出轴3013为空心轴，丝杆302沿轴向延伸穿过电机301的输出轴3013，电机301的左右两端由支撑轴承与双列角接触轴承对丝杆302进行支撑，起到增加电机301和丝杠302同轴度的作用，同时，使用双列角接触轴承承受轴向力，电机301无需承担轴向力。

在船用推进器20的一实施例中，所述连杆202呈L形，所述连杆202包括竖直杆段2021及水平杆段2022，所述水平杆段2022的一端连接在所述竖直杆段2021的上端，所述水平杆段2022的另一端铰接在转动组件203上，所述电转向驱动装置30与所述竖直杆段2021的下端转动连接。

在一具体实施例中，所述水平杆段的另一端铰接在所述推进器壳体的上部，所述丝杠螺母303通过所述推杆304与所述竖直杆段2021的下端连接。所述推杆304的另一端设置有通孔，所述竖直杆段2021的下端设置有外螺纹，所述竖直杆段2021的下端向下穿出所述通孔并螺纹连接一螺母。以此，实现所述连杆202与推杆304的铰接。具体地，所述水平杆段2022的铰接在所述推进器壳体的上壳2031的底面上。所述水平杆段2022的旋转轴线与所述推进器主轴2032的中轴线平行间隔。以保证连杆202的灵活转动。

在其它实施例中，所述与电机驱动装置连接的连杆的第一端与所述与转动组件连接的连杆的第二端在竖直方向上高度一致，所述连杆也可选用直杆；在其它实施例中，所述连杆也可以为具有至少一段水平杆段的其它形状的杆。

推杆304沿丝杆302来回移动时，通过连杆曲柄原理，推杆304既可以带动连杆202运动，连杆202与推进器203铰接，即可直接或间接推动转动组件203沿竖直方向的轴线旋转。在同一个船用推进器20上，将推杆304的行程范围与操舵装置40的旋转行程一一映射，该映射关系可以是线性也可非线性，但是均可以将操舵装置40输入的角度信号与推杆304的位置一一对应，从而实现调节转向的目的。L形的连杆202可以带动转动组件203的上壳2031、主轴支撑壳2033和螺旋桨2034一同转动，从而改变船用推进器20的朝向。

如图7所示，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302同轴设置，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302分别单独设置。

在其它实施例中，电机301与丝杆302可以不同轴连接。不同轴连接主要考虑部分船尾板的船用推进器安装的位置会凹陷下沉，通过不同轴连接可以减小电转向驱动装置30安装后的整体长度尺寸以适应此类安装情况。

优选地，所述电机301的输出轴3013为空心轴，所述丝杆302的一端插入所述电机301的输出轴3013，所述丝杆302上设置有销孔，所述丝杆302的一端与所述电机301的输出轴3013通过插入所述销孔的一旋转销313固定连接。

在其它实施例中，所述丝杆302的一端与所述电机301的输出轴3013也可以通过联轴器连接。

在其它实施例中，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302一体设置，以此可以减少连接件。

所述电转向驱动装置30还包括测量所述电机301或所述电机驱动器320的电流值的电流传感器，所述电流传感器与所述第一控制器330电连接，所述第一控制器330根据所述电流值超过设定的阈值控制所述电机301或所述电机驱动器320停止运转。

电流传感器可为霍尔电流传感器，也可以是一个电流检测电路，用于检测电机301的工作电流。如果电机301工作电流超过其额定工作电流一定范围，可能是电机异常或者电机堵转，以此控制电机301停止运转以保护电转向驱动装置30。

所述电转向驱动装置30还包括测量所述电机301或电机驱动器320的温度值的温度传感器，所述温度传感器与所述第一控制器330电连接，所述第一控制器330根据所述温度值超过设定的阈值控制所述电机301或电机驱动器320停止运转。

如图1、图10至图12所示，所述操舵装置400包括操舵轮402、操舵轴403、行星减速器及角度检测机构；所述行星减速器的输入端与所述操舵轴403连接，所述角度检测机构用于检测所述行星减速器的输出端的旋转角度。

所述操舵装置40还包括操舵底座401及旋转阻尼器404，所述操舵底座401具有内腔，所述旋转阻尼器404及角度检测机构设置在所述内腔中，所述操舵底座401安装在船体10上的控制台101上，所述操舵轮402固定在所述操舵轴403的上端，所述操舵轴403的下端可转动地插接在所述操舵底座401上并伸入所述内腔，所述旋转阻尼器404的内圈与操舵轴403固定，所述旋转阻尼器404的外圈与操舵底座401固定，以此在旋转时产生阻尼。

所述行星减速器包括太阳轮轴405、行星轮406、行星架407及内齿圈408，所述太阳轮轴405上形成有太阳轮4051，所述太阳轮轴405的上端与操舵轴403的下端固定连接，所述行星轮406啮合于所述太阳轮4051与内齿圈408之间，所述内齿圈408的外部固定在所述操舵底座401内，所述行星轮406通过销轴409转动支撑在所述行星架407上，所述行星架407位于所述内齿圈下方，并通过轴承转动支承在所述太阳轮轴405的下端。

所述角度检测机构包括磁性元件410及霍尔位置传感器411，所述磁性元件410固定在所述行星架407上，所述霍尔位置传感器411固定在所述内腔的底部，所述霍尔位置传感器411通过感测所述磁性元件410的位置变化，以检测行星架407的旋转角度。

磁性元件410为霍尔磁铁或者是致磁性元件。

另外，角度检测机构可以设置多个霍尔位置传感器411来增加检测精度和可靠性，角度检测机构也可以使用除了霍尔位置传感器411之外的其它位置传感器，如光电位置传感器。

当只用1个个霍尔位置传感器411时，霍尔位置传感器411须安装在操舵轴403的轴心下方，磁性元件410可以安装在正对霍尔位置传感器411的地方，也可以安装在非正对霍尔位置传感器411的地方，优选方案是安装在正对霍尔位置传感器411的下方。

采用多个(2个以上)霍尔位置传感器411时，多个霍尔位置传感器411一般分布设置在与操舵轴403同轴的圆周上，磁性元件410位于操舵轴403的轴心上。

因为，操舵轴403的下端连接行星减速器，一方面用来对操舵轴403的转动角度进行降低处理，因为操舵轮402设计的可转动的旋转行程N大于360°，超过了霍尔位置传感器411的测量范围，霍尔位置传感器411仅能检测小于360°的旋转行程，所以将操舵轮402下端设置行星减速器，假设行星减速器的减速比为Z，则可以将需要检测的旋转行程转化为检测旋转行程N/Z。另一方面，结合旋转阻尼器404，操舵轮402转动到任意角度时，用户松开双手操舵轮402可以保持在原位置，不需要用户持续把持操舵轮402，操舵轮402在自由状态可以停留在任一位置。

例如，操舵轮402的旋转行程通常是3圈(即1080°)，而霍尔位置传感器411只能检测一圈范围角度变化，因而可以通过4:1的行星减速器将操舵轮402的最大旋转角度转化为270°，以满足霍尔位置传感器411的角度检测范围。

操舵轴403上设置旋转阻尼器404，增加操舵轮402的转动阻尼，以防因阻尼过小造成过度旋转。

操舵轴403和操舵轮402与下方的操舵底座401连接，可以使用方向盘的标准连接方式。操舵底座401设置有连接接口。用户可以根据船艇尺寸需要将操舵轴403和操舵轮402替换成想要的安装尺寸。

操舵底座401由上壳座4011、下壳座4012连接构成一个封闭的壳体结构，上壳座4011、下壳座4012之间设置有密封槽和密封圈412，通过螺纹压紧密封圈412进行密封防水。上壳座4011与操舵轴403连接的地方设置有动密封结构，也起到防水作用。

所述操舵装置40还包括第二控制器420，所述第二控制器420分别与第一控制器330及霍尔位置传感器411通信连接，所述第二控制器420用于将所述霍尔位置传感器411采集的所述行星架407(磁性元件410)的旋转角度转换为转向信号发送给第一控制器330，使所述操舵装置40位于最小旋转角度位置和最大旋转角度位置时分别与所述连杆202的第一位置和第二位置对应。

在一些实施例中，如图13所示，所述第一控制器330上设置有第一无线通讯模块340，所述第二控制器420上设置有第二无线通讯模块430，通过所述第一无线通讯模块340与第二无线通讯模块430之间的通信，实现所述电转向驱动装置30和操舵装置40之间的无线通信。

在另外一些实施例中，所述电转向驱动装置30和操舵装置40通过线缆连接，所述电转向驱动装置30和操舵装置40之间有线通信。

如图13所示，所述操舵装置40自带电源440。

所述操舵装置40还包括指示灯、电源开关450及通信接口，所述指示灯、电源开关450及通信接口分别与第二控制器420电连接，所述指示灯、电源开关450及通信接口露出所述操舵底座401的外表面。所述指示灯用于指示船用推进器左向偏转状态、操舵装置40上电状态及电源的电量是否充足中的至少一种。

第二控制器420控制该指示灯的状态，用来显示操舵轮402当前的工作模式或者位置，例如用来显示目前操舵轮402是逆时针还是顺时针旋转，或者显示目前船艇的转向方向是逆时针还是顺时针，也可以用来提示操舵装置40内置的电源440的状态，如电量正常或者电量过低。也可用来提示第二控制器420或者通讯故障。

所述操舵装置40还包括左右舷开关，用于选择性地将电转向驱动装置30装在左舷位置或右舷位置。

在一实施例中，所述操舵装置40还包括显示屏，用于显示船用推进器左向偏转状态(螺旋桨的朝向是偏左还是偏右)、船用推进器左向偏转角度、操舵装置上电状态(是否上电)及电源的电量信息(剩余电量、电量是否充足)中的至少一种。显示屏可以替代上述的指示灯。

所述操舵装置40还包括零位输入键，用于校正所述操舵装置40的零位。在电动转向系统设置的过程中，转动操舵装置40使电转向驱动装置30将螺旋桨的朝向调整为使船艇推进方向为正前方的位置，在此位置按零位输入键，使操舵装置40的第二控制器保存此时操舵装置40的位置信息，将此位置记录为操舵装置40的零位。

操舵装置40位于零位时，操舵装置40上的指示灯将显示此时操舵装置40处于零位。当操舵装置40的不位于零位时，操舵装置40的指示灯将显示操舵装置40是位于偏左还是偏右的位置，方便用户了解螺旋桨当前的朝向是偏左还是偏右。

电源开关450控制操舵装置40的上电和关电，只有上电状态才能工作。通信接口可以与电转向驱动装置30进行有线通信。

本实施例的操舵装置，工作原理如下：

用户转动操舵轮402，带动操舵轴403和行星减速器一起转动，位置传感器410将检测到行星减速器的角度信号(模拟量)发送给第二控制器420，第二控制器420对其该信号进行模数转换，转换成数字信号(转向信号)，然后通过无线通信模块或者有线传输的方式将转向信号发送给电转向驱动装置30的第一控制器330，电转向驱动装置30根据该转向信号驱动电机301的旋转，进而调整船用推进器20的推进方向。

所述电转向驱动装置30通过船用推进器20的电源或者外接电源供电，所述操舵装置40可以内置电源供电，也可以通过线缆从电转向驱动装置30取电。

当船用推进器20为电动船用推进器时，一般使用船用推进器20的电源60供电。

在其它替代方案中，上述结构的操舵装置40可用按键手柄取代，按键手柄类似于游戏手柄，即通过手柄上的按键可以进行顺/逆时针转向的操控以及转向角度的增大和减小。

本发明实施例提供的船用推进器电动转向系统、船用推进器及船艇，电转向驱动装置30和操舵装置40无直接的机械连接，因此操舵装置的安装位置可以十分灵活，整个船用推进器电动转向系统尺寸小、结构紧凑、安装简单快捷，可以很好地兼容于不同种类的船用推进器，还能更好的地兼容于电动船用推进器。

此外，该船用推进器电动转向系统还具有以下优点：

(1)支持有线和无线安装，避免了复杂的安装步骤，同时没有了复杂的油路，不存在漏油风险，可在高低温环境下长久运行，可免维护。

(2)电机驱动提供转向力矩，大大减轻了操作者的负担，操舵更省力。

(3)整个电转向驱动装置通过丝杆与接头内置固定于船用推进器的转向连接管内，无需同现有技术一样在外面增加与转向连接管并联的机构，在外部增加机构要考虑整个驱动装置的体积，很可能会产生干涉，特别是使用液压驱动装置，一般体积很大，影响兼容性。此电转向驱动装置在具有尺寸小的优势下可以适应不同的推进器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种船用推进器电动转向系统，所述船用推进器包括固定组件、连杆及转动组件，所述固定组件与船体固定连接，所述转动组件与所述固定组件连接且能够相对所述固定组件沿竖直方向的轴线转动；

其特征在于，所述船用推进器电动转向系统包括电转向驱动装置和操舵装置；所述固定组件具有沿水平方向设置的转向连接管，所述电转向驱动装置与所述转向连接管固定连接；所述电转向驱动装置与所述连杆的第一端转动连接，所述连杆的第二端与所述转动组件转动连接；

所述操舵装置用于基于用户的操作发送转向信号给所述电转向驱动装置，所述电转向驱动装置包括电机，所述电机旋转驱动所述连杆转动，所述连杆转动驱动所述船用推进器的转动组件沿竖直的轴向转动从而调整船用推进器的推进方向。

2.根据权利要求1所述的船用推进器电动转向系统，所述电转向驱动装置驱动所述连杆的第一端在平行于所述转向连接管轴向的方向运动，所述连杆的第一端具有距离所述电机最近的第一位置和距离所述电机最远的第二位置，所述连杆的第一端在第一位置和第二位置之间具有第三位置，在所述第三位置，所述船用推进器的垂直中分面与所述转向连接管之间的夹角为90°。

3.根据权利要求2所述的船用推进器电动转向系统，所述电转向驱动装置还包括第一控制器、电机驱动器、丝杆、丝杆螺母及电机旋转圈数检测元件；所述丝杆的一端与所述电机的输出轴固定连接，所述丝杠平行于所述转向连接管；所述丝杆螺母螺纹连接在所述丝杆的外部，所述丝杠螺母与所述连杆的第一端连接；

所述第一控制器，用于根据所述转向信号发送控制信号给所述电机驱动器以控制电机的旋转方向和圈数，所述电机驱动器用于接收所述控制信号驱动所述电机运转；所述电机旋转带动丝杆旋转运动使所述丝杆螺母沿所述丝杆直线运动并带动所述连杆运动；所述电机旋转圈数检测元件，用于检测所述电机的旋转圈数并反馈至所述第一控制器，所述第一控制器依此控制所述电机的运转，使所述连杆的第一端位于所述第一位置和所述第二位置之间的范围内。

4.根据权利要求3所述的船用推进器电动转向系统，所述电转向驱动装置还包括推杆，所述丝杠螺母通过所述推杆与所述连杆的第一端连接，所述丝杠、所述丝杠螺母设置于所述转向连接管内且均与所述转向连接管同轴设置，所述丝杠螺母带动所述推杆沿所述丝杠直线运动从而带动所述连杆的第一端沿所述丝杠直线运动，所述第一位置和所述第二位置均位于所述丝杠上。

5.根据权利要求3所述的船用推进器电动转向系统，其特征在于，所述电转向驱动装置还包括用于检测所述第一位置和/或第二位置的位置开关，所述位置开关与所述第一控制器电连接，发送开关信号给所述第一控制器，所述第一控制器接收到此开关信号后控制电机停止运转或反向运转。

6.根据权利要求3-5所述的船用推进器电动转向系统，其特征在于，所述操舵装置包括操舵轮、操舵轴、行星减速器及角度检测机构；

所述行星减速器的输入端与所述操舵轴连接，所述角度检测机构用于检测所述行星减速器的输出端的旋转角度。

7.根据权利要求6所述的船用推进器电动转向系统，其特征在于，所述行星减速器包括太阳轮轴、行星轮、行星架及内齿圈，所述太阳轮轴上形成有太阳轮，所述太阳轮轴的上端与操舵轴的下端固定连接，所述行星轮啮合于所述太阳轮与内齿圈之间，所述内齿圈的外部固定在所述操舵底座内，所述行星轮通过销轴转动支撑在所述行星架上，所述行星架位于所述内齿圈下方；

所述角度检测机构包括霍尔位置传感器及磁性元件，所述磁性元件固定在所述行星架上，所述霍尔位置传感器固定在所述内腔的底部，所述霍尔位置传感器通过感测所述磁性元件的位置变化，以检测行星架的旋转角度；

所述操舵装置还包括第二控制器，所述第二控制器分别与电转向驱动装置的第一控制器及霍尔位置传感器通信连接，所述第二控制器用于将霍尔位置传感器采用的行星架的旋转角度转换为包含角度大小和旋转方向的转向信号发送给电转向驱动装置的第一控制器，使所述操舵装置位于最小旋转角度位置和最大旋转角度位置时分别与所述第一位置和第二位置对应。

8.根据权利要求7所述的船用推进器电动转向系统，其特征在于，所述电转向驱动装置上设置有第一无线通讯模块，所述操舵装置上设置有第二无线通讯模块，所述操舵装置与所述电转向驱动装置通过所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块无线通信连接。

9.一种船用推进器，其特征在于，包括根据权利要求1-8任意一项所述的船用推进器电动转向系统，所述连杆呈L形，所述连杆包括竖直杆段及水平杆段，所述水平杆段的一端连接在所述竖直杆段的上端，所述水平杆段的另一端铰接在所述转动组件上，所述电转向驱动装置与所述竖直杆段的下端转动连接。

10.根据权利要求9所述的船用推进器，所述转动组件包括推进器壳体和螺旋桨，所述推进器壳体内安装动力装置，所述动力装置连接所述螺旋桨连接并驱动所述螺旋桨旋转；所述连杆的第一端与所述推进器壳体连接，所述电转向驱动装置驱动所述连杆转动，所述连杆驱动所述转动组件转动以调整螺旋桨在水平方向上的朝向，从而调整船用推进器的推进方向。

11.一种船用推进器，其特征在于，包括根据权利要求1-8所述的船用推进器电动转向系统，所述电转向驱动装置通过所述船用推进器的电源或者外接电源供电，所述操舵装置自带电源或通过线缆从电转向驱动装置取电。

12.一种船艇，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的船用推进器电动转向系统。