CN110829787A - 直线旋转磁力传动机构及水下航行器的变翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线旋转磁力传动机构，包括外转子、中间转子和内转子；中间转子的内侧面设置有中间内磁组，包括多个在轴向方向上N极、S极交错排布的环形磁体；内转子的外侧面设置有内磁组，包括多个与中间内磁组相对应且磁极相反的环形磁体；中间转子的外侧面设置有中间外磁组，包括多个在周向方向上N极、S极交替排布的瓦形磁体；外转子的内侧面设置有外磁组，包括多个与中间外磁组相对应且磁极相反的瓦形磁体。上述传动机构可以同时实现直线和旋转两种传动；且直线、旋转传动单元相互独立，消除了两者之间的磁耦合，降低了直线和旋转运动的控制难度，且磁力传动为非接触传动，噪音低、功耗小，可以解决深海多自由度传动的密封问题。

Description

直线旋转磁力传动机构及水下航行器的变翼装置

技术领域

本发明涉及水下传动领域，特别是涉及一种直线旋转磁力传动机构及水下航行器的变翼装置。

背景技术

近年来，随着海洋开发活动的深入，各种水下机器人与深海设备已经成为勘探和侦查的重要工具。深海潜航器在深海航行时，为了适应不同深度以及运行状态的需求，通常需要采取可变翼的结构形式。变翼结构可以减小航行的阻力、提高航行的经济性和稳定性，同时也可以减小布放回收的难度。展翼的翻转角可以改变航行器的浮力、阻力等，改变航行状态；展弦比可以影响滑行的经济性和稳定性。现有的水下航行器的二自由度变翼方案通常采用两组控制驱动单元分别对两种运动进行驱动，组合结构形式通常较为复杂且占用空间较多。各驱动单元通常采用液/气压驱动和压力补偿电机驱动；其中，液/气压驱动能够提供较大的驱动力，但体积较大、结构复杂，无法应用于小型机械装备。而电机驱动目前在深海采用的密封形式多为基于压力补偿的动密封技术，也并不能满足深海装备长时间工作的需求。

发明内容

基于此，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够同时实现直线和旋转运动、传动难度小、适用于全海深长期应用的直线旋转磁力传动机构及水下航行器的变翼装置。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种直线旋转磁力传动机构，包括外转子、中间转子和内转子，所述外转子与内转子固定连接；

所述中间转子包括设置在内侧面的中间内磁组和设置在外侧面的中间外磁组；

所述中间内磁组包括多个在轴向方向上N极、S极交错排布的环形磁体；所述内转子包括设置在外侧面的内磁组，所述内磁组包括多个与所述中间内磁组相对应且磁极相反的环形磁体；

所述中间外磁组包括多个在周向方向上N极、S极交替排布的瓦形磁体；所述外转子的内侧面设置有外磁组，所述外磁组包括多个与所述中间外磁组相对应且磁极相反的瓦形磁体。

进一步地，各个瓦形磁体和环形磁体均径向充磁，各个瓦形磁体对应的圆心角和轴向长度均相等，各个环形磁体直径与轴向长度均相等。

本发明还包括一种水下航行器的变翼装置，包括机体和展翼，还包括上述的直线旋转磁力传动机构、密封壳体和动力单元，所述展翼与所述外转子和内转子固定连接，所述动力单元与所述中间转子设置在所述密封壳体内，所述密封壳体与所述机体连接；所述动力单元与所述中间转子驱动连接，能够驱动所述中间转子绕轴线旋转和轴向直线运动。

进一步地，还包括调节机构，所述调节机构包括连杆和轴承；所述轴承的转动圈与所述展翼的后端固定；所述轴承的轴线与所述展翼的旋转轴线重合；所述连杆的前端与所述轴承的非转动圈铰接；所述连杆的后端与所述机体铰接；所述密封壳体的后端与所述机体铰接。

进一步地，所述密封壳体包括内隔离套、隔离筒、壳体和后盖，所述壳体前端与所述隔离筒连接，壳体后端与所述后盖连接，所述隔离筒的前端与所述内隔离套连接；所述动力单元设置在所述壳体内，所述中间转子设置在所述隔离筒内，所述内隔离套将所述内转子与中间转子隔离，将所述中间转子隔离在所述密封壳体内，内转子与外转子隔离在密封壳体外。

进一步地，所述内隔离套与所述隔离筒的连接处、隔离筒与壳体的连接处、壳体与后盖的连接处均设置有密封圈。

进一步地，所述后盖上设置有水密插接件。

进一步地，所述密封壳体后端连接有整机支撑架，所述整机支撑架与所述机体铰接。

进一步地，所述连杆后端通过第一绞支座与机体铰接连接，所述整机支撑架通过第二绞支座与机体铰接连接。

进一步地，所述隔离筒内设置有滑动支撑架，所述滑动支撑架前端与所述中间转子连接，后端与所述动力单元连接。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

上述直线旋转磁力传动机构，其结构简单，通过采用复合磁力传递形式，可以同时实现直线和旋转两种传动；且直线传动单元和旋转传动单元相互独立，消除了两者之间的磁耦合，降低了直线运动和旋转运动的控制难度：如当存在一定扭矩负载时，虽然外磁组和中间外磁组在周向上存在一定偏移，但并不会改变中间内磁组和内磁组之间磁作用力，不会影响轴向力的传递能力；当存在轴向负载时进行扭矩传递时的原理与此相同。且上述磁力传动机构为非接触传动，噪音低、功耗小、解决了水下二自由度传动的动密封问题，适用于全海深长期工作。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本发明直线旋转磁力传动机构的结构示意图；

图2为本发明直线旋转磁力传动机构的磁力旋转传递原理图；

图3为本发明直线旋转磁力传动机构的磁力直线传递原理图；

图4为本发明水下航行器的变翼装置的结构示意图；

图5为图4的局部放大图；

图6为本发明水下航行器的变翼装置的展弦比调节机构简图；

图7为本发明水下航行器的变翼装置的展弦比调节示意图；

图8为本发明水下航行器的变翼装置的翻转角调节示意图；

附图标记说明：

直线旋转磁力传动机构1；外转子11；外磁组111，外轭铁112；中间转子12；中间外磁组121；中间内磁组122；中间轭铁123；内转子13；内磁组131；内轭铁132；

机体2；

展翼3；

内隔离套41；隔离筒42；壳体43；后盖44；密封圈45、46、47；水密插接件48；

动力单元5；

连杆61；轴承62；轴承支撑架63；轴承挡圈64；绞支65；支架66；第一绞支座67；第二绞支座68；

整机支撑架71；内滑动支撑架72；外滑动支撑架73。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1-图8，为本发明的直线旋转磁力传动机构1的一个实施例，如图1所示，直线旋转磁力传动机构1包括外转子11、中间转子12和内转子13。外转子11与内转子13之间固定连接。中间转子12设置在外转子11和内转子13之间，外转子11、中间转子12和内转子13之间相互间隔设置。

中间转子12包括设置在外侧面的中间外磁组121和设置在内侧面的中间内磁组122。中间内磁组122包括多个在轴向方向上N极、S极交错排布的环形磁体。内转子13的外侧面设置有内磁组131，外转子11的内侧面设置有外磁组111，内磁组131包括多个与中间内磁组122相对应且磁极相反的环形磁体。中间内磁组122与内磁组131之间组成直线传动单元。

中间外磁组121包括多个在周向方向上N极、S极交替排布的瓦形磁体；外磁组111包括多个与中间外磁组121相对应且磁极相反的瓦形磁体。中间外磁组121与外磁组111之间组成旋转传动单元。

外转子11与内转子13连接为一体作为从（主）动磁组件，中间转子12为主（从）动磁组件，可实现轴移运动和旋转运动。

在本实施例中，各个瓦形磁体和环形磁体均为永磁体。各个磁体均径向充磁，即各个瓦形磁体在周向方向上交替地安装被磁化的多个N极和S极，各个环形磁体在轴向方向上交替地安装被磁化的多个N极和S极。各个瓦形磁体对应的圆心角和轴向长度均相等，各个环形磁体的直径和轴向长度均相等。在本实施例中，各个转子均由轭铁和永磁体两部分组成，即外转子11包括外轭铁112和设置在外轭铁内侧面上的外磁组111；内转子13包括内轭铁132和设置在内轭铁外侧面的内磁组131；中间转子12包括中间轭铁123、设置在中间轭铁外侧面的中间外磁组121、设置在中间轭铁内侧面的中间内磁组122。轭铁材料一般为高导磁材料，可以提高磁场性能。

该复合磁力传递形式如图3所示，直线传动为当中间转子12（或内转子13）由动力单元5带动其延轴向移动一段距离L后，由于磁力推拉原理会对另一磁组产生一个轴向的合力F，进而带动从动磁组产生轴向移动。如图2所示，旋转传动为外转子11（或中间转子12）转动一个角度A后，会对另一磁组产生一个扭矩，进而带动从动磁组产生旋转运动。两种运动可以分别传动，也可以同时传动。

上述的直线旋转磁力传动机构1，其结构简单，体积小，通过采用复合磁力传递形式，可以同时实现直线和旋转的二自由度传动；且直线传动单元和旋转传动单元相互独立，消除了两者之间的磁耦合，降低了直线运动和旋转运动的控制难度：如当存在一定扭矩负载时，虽然外磁组111和中间外磁组121在周向上存在一定偏移，但并不会改变中间内磁组122和内磁组131之间磁作用力，不会影响轴向力的传递能力；当存在轴向负载时进行扭矩传递时的原理与此相同。且上述磁力传动机构为非接触传动，噪音低、功耗小，同时可以解决水下二自由度传动的动密封问题，适用于全海深长期工作。

上述直线旋转磁力传动机构1可以实现非接触的扭矩和轴向力的传递，外转子11（内转子13）、中间转子12均与设备结构件连接，其中一转子与动力单元5连接，设置在密封壳体内，能够沿密封壳体内表面作主动复合运动，另一转子与装备组件连接在海水中随着主动磁组件作非接触从动运动。本实施例中采取中间转子12带动外转子11（内转子13）的结构形式，实际应用也可采取外转子11（内转子13）带动中间转子12的结构。如图6所示，运动形式可以是绕装置中心轴的旋转运动，可实现360°的转动，也可以是沿密封壳体表面做直线往复运动，采用一套装置即可实现二自由度的传动。动力单元5与主动磁组件容置在密封壳体内，密封壳体通过静密封组件形成封闭空间，能够由静密封代替动密封，从而达到密封无泄漏的目的。

参照图4-图8，本发明还包括一种水下航行器的变翼装置，包括上述的直线旋转磁力传动机构1、机体2、设置在机体2上的展翼3、密封壳体和动力单元5。密封壳体为耐压壳体，可以耐全海深压强。展翼3上开设安装槽，直线旋转磁力传动机构1安装于安装槽中。展翼3与外转子11和内转子13固定连接。如图5所示，外轭铁112与展翼3固定，外轭铁与外滑动支撑架73固定连接，外滑动支撑架73滑动套设在密封壳体外表面。展翼3安装槽中部凸出形成圆柱体，固定连接内转子13。动力单元5与中间转子12设置在密封壳体内，密封壳体与机体2连接。动力单元5与中间转子12驱动连接，能够驱动中间转子12旋转和轴向直线运动，中间转子12进而带动外转子11和内转子13做旋转和轴向直线运动，进而带动展翼3绕轴线旋转和轴向直线运动。

变翼装置还包括调节机构，调节机构包括连杆61和轴承62。轴承62的转动圈（内圈或外圈）与展翼3的后端固定，在本实施例中，轴承62的内圈与展翼3固定，轴承62的内圈通过轴承支撑架63与展翼3连接，轴承支撑架63的后侧还设置有轴承挡圈64，防止轴承62脱落。轴承62的轴线与展翼3的旋转轴线重合，即轴承62套设在密封壳体外侧。连杆61的前端与轴承62的非转动圈（外圈）通过绞支65铰接，绞支65由支架66支撑安装在轴承62的外圈上。连杆61的后端与机体2通过第一绞支座67铰接。密封壳体的后端与机体2通过第二绞支座68铰接。机体2、连杆61、绞支65、第一绞支座67、展翼3、密封壳体、第二绞支座68之间构成摆动导杆机构，如图6所示。通过直线旋转磁力传动机构1的轴向力传递带动展翼3绕密封壳体的外表面作直线运动，进而改变展翼3与第二绞支座68之间的长度，如图6所示，此时连杆61将绕第一绞支座67进行转动，从而形成展翼3的俯仰运动，改变展弦比，如图7。通过直线旋转磁力传动机构1的扭矩传递带动展翼3绕密封壳体的中轴线作旋转运动，改变展翼3的翻转角，如图8。

具体地，密封壳体包括内隔离套41、隔离筒42、壳体43和后盖44。壳体43前端与隔离筒42连接，壳体43后端与后盖44连接，隔离筒42的前端与内隔离套41连接。动力单元5设置在壳体43内，中间转子12设置在隔离筒42内，内隔离套41将内转子13与中间转子12隔离，将中间转子12隔离在密封壳体内，内转子13隔离在密封壳体外。内隔离套41、隔离筒42、壳体43、后盖44均设计为可承受全海深压强。密封壳体后端连接有整机支撑架71，整机支撑架71通过第二绞支座68与机体2铰接。

内隔离套41与隔离筒42的连接处、隔离筒42与壳体43的连接处、壳体43与后盖44的连接处均设置有密封圈45（46、47），通过密封圈作静密封，从而达到密封无泄漏的目的，解决了长时间深海复合传动的密封性问题。在本实施例中，后盖44上设置有用于控制输出的水密插接件48。

在本实施例中，隔离筒42内设置有内滑动支撑架72，内滑动支撑架72前端与中间转子12连接，后端与动力单元5的输出轴连接。内滑动支撑架72通过动力单元5可以沿隔离筒42轴向直线运动和旋转运动，进而带动中间转子12运动。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直线旋转磁力传动机构，其特征在于，包括外转子、中间转子和内转子，所述外转子与内转子固定连接；

所述中间转子包括设置在内侧面的中间内磁组和设置在外侧面的中间外磁组；

所述中间内磁组包括多个在轴向方向上N极、S极交错排布的环形磁体；所述内转子包括设置在外侧面的内磁组，所述内磁组包括多个与所述中间内磁组相对应且磁极相反的环形磁体；

所述中间外磁组包括多个在周向方向上N极、S极交替排布的瓦形磁体；所述外转子的内侧面设置有外磁组，所述外磁组包括多个与所述中间外磁组相对应且磁极相反的瓦形磁体。

2.根据权利要求1所述的直线旋转磁力传动机构，其特征在于，各个瓦形磁体与环形磁体均径向充磁，各个瓦形磁体对应的圆心角和轴向长度均相等，各个环形磁体直径与轴向长度均相等。

3.一种水下航行器的变翼装置，包括机体和展翼，其特征在于，还包括如权利要求1-2任一项所述的直线旋转磁力传动机构、密封壳体和动力单元，所述展翼与所述外转子和内转子固定连接，所述动力单元与所述中间转子设置在所述密封壳体内，所述密封壳体与所述机体连接；所述动力单元与所述中间转子驱动连接，能够驱动所述中间转子绕轴线旋转和轴向直线运动。

4.根据权利要求3所述的变翼装置，其特征在于，还包括调节机构，所述调节机构包括连杆和轴承；所述轴承的转动圈与所述展翼的后端固定；所述轴承的轴线与所述展翼的旋转轴线重合；所述连杆的前端与所述轴承的非转动圈铰接；所述连杆的后端与所述机体铰接；所述密封壳体的后端与所述机体铰接。

5.根据权利要求4所述的变翼装置，其特征在于，所述密封壳体包括内隔离套、隔离筒、壳体和后盖，所述壳体前端与所述隔离筒连接，壳体后端与所述后盖连接，所述隔离筒的前端与所述内隔离套连接；所述动力单元设置在所述壳体内，所述中间转子设置在所述隔离筒内，所述内隔离套将所述内转子与中间转子隔离，将所述中间转子隔离在所述密封壳体内，内转子与外转子隔离在密封壳体外。

6.根据权利要求5所述的变翼装置，其特征在于，所述内隔离套与所述隔离筒的连接处、隔离筒与壳体的连接处、壳体与后盖的连接处均设置有密封圈。

7.根据权利要求6所述的变翼装置，其特征在于，所述后盖上设置有水密插接件。

8.根据权利要求5所述的变翼装置，其特征在于，所述密封壳体后端连接有整机支撑架，所述整机支撑架与所述机体铰接。

9.根据权利要求8所述的变翼装置，其特征在于，所述连杆后端通过第一绞支座与机体铰接连接，所述整机支撑架通过第二绞支座与机体铰接连接。

10.根据权利要求5所述的变翼装置，其特征在于，所述隔离筒内设置有滑动支撑架，所述滑动支撑架前端与所述中间转子连接，后端与所述动力单元连接。

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