CN111377047B - 一种水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下机器人推进装置，具体地说是一种水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，内磁环组件与动力源均容置于承压舱壳内，内磁环组件安装在动力源的输出轴上，由动力源驱动旋转；外磁环组件位于承压舱壳外部，并与承舱壳转动连接；内磁环组件包括内磁钢和内磁钢固定件，内磁钢通过内磁钢固定件与动力源的输出轴相连；外磁环组件包括隔离罩、外磁钢、外圈磁轭及输出端盖，隔离罩与输出端盖的一端密封连接，输出端盖的另一端与螺旋桨相连，外磁钢和外圈磁轭均容置于由隔离罩与输出端盖围成的空间内，隔离罩与输出端盖分别与承压舱壳转动连接。本发明采用磁力传动联轴器，为静密封结构形式，具有高效率、可长航时使用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人推进装置，具体地说是一种水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置。
背景技术
水下机器人是一种具有人的一部分或大部分功能，能够在海洋环境下代替人进行某种作业的自动控制装置。通常是依靠电缆提供的动力(有缆水下机器人)或自身携带的能源(无缆水下机器人)驱动载体上装有的推进器在水下作三维空间运动，并可装设照明、摄像、声纳等观测设备，多种传感器及用来完成某些作业的机械手和作业工具。水下机器人的水下运动通常是靠推进器来实现的。传统推进器采用电机通过动密封的形式带动螺旋桨进行驱动。动密封的结构往往伴随着零件间的接触和摩擦，不利于提高推进装置的整体效率。而且动密封件因磨损、润滑不良等因素致使工作寿命不长，需要定期更换。因此传统推进器通常只用于短时或间歇推进。磁力传动联轴器属非接触式联轴器，它一般由内外两个磁体组成，中间由隔离罩将两个磁体分开，一个磁体与被传动件相连，另一个磁体与动力件相连。它打破传统联轴器的结构形式，采用全新的磁耦合原理，实现主动轴与从动轴之间不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，并可将动密封化为静密封，实现零泄漏。由于水下机器人特殊的工作环境，例如工作深度对应压力大、工作深度变化导致压力变化、易腐蚀等，在不同的工作深度，通常要匹配设计不同的推进装置。
目前，尚未有一种可以供水下机器人长航时、高效率、可在不同工作深度使用的推进装置。
发明内容
针对现有水下机器人推进器存在的上述问题，本发明目的是提供一种水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置。该推进装置能够为水下机器人长航时、高效率、适应不同工作深度进行可靠推进。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括动力源、承压舱壳、磁力传动联轴器及螺旋桨，其中磁力传动联轴器包括内磁环组件及外磁环组件，该内磁环组件与动力源均容置于所述承压舱壳内，所述内磁环组件安装在动力源的输出轴上，由动力源驱动旋转；所述外磁环组件位于承压舱壳外部，并与该承舱壳转动连接；所述内磁环组件包括内磁钢和内磁钢固定件，该内磁钢通过内磁钢固定件与所述动力源的输出轴相连；所述外磁环组件包括隔离罩、外磁钢、外圈磁轭及输出端盖，该隔离罩与输出端盖的一端密封连接，所述输出端盖的另一端与螺旋桨相连，所述外磁钢和外圈磁轭均容置于由隔离罩与输出端盖围成的空间内，该隔离罩与输出端盖分别与所述承压舱壳转动连接；所述动力源驱动内磁环组件旋转，所述外磁环组件通过磁耦合随内磁环组件旋转，进而带动所述螺旋桨旋转；
其中：所述外磁环组件内部注有补偿油液，所述隔离罩与输出端盖围成的空间内设有补偿空间，该补偿空间内容置有随外界环境压力变化被动改变自身轴向位置的补偿柱塞，通过所述补偿柱塞轴向位置的调整，实现补偿油液的压力值与外界环境压力值始终保持一致，进而实现所述推进装置在各深度环境下的运行；
所述输出端盖上密封螺纹连接有补偿器螺塞；
所述补偿器螺塞与输出端盖之间以及隔离罩与输出端盖之间均通过径向密封实现外磁钢、外圈磁轭、补偿油液与外界环境的隔离；
所述承压舱壳分为彼此连接的推进器前承压舱及推进器后承压舱，该推进器前承压舱与推进器后承压舱通过轴向密封和径向密封的结构形式实现密封；
所述隔离罩及输出端盖分别通过深沟球轴承转动安装在推进器后承压舱上，由该推进器后承压舱实现对所述外磁环组件的支撑；
所述推进器前承压舱与推进后承压舱的材料均为钛合金；
所述内磁钢固定件安装在动力源的输出轴上，所述内磁钢套在该内磁钢固定件的外部，并通过磁耦合压紧盘与内磁针钢固定件相连；
所述螺旋桨的一端与输出端盖连接，另一端设有毂帽，该毂帽与螺旋桨围成的空间内设有桨体固定杆，所述桨体固定杆的一端固接于螺旋桨上，另一端由所述毂帽穿出，并与螺母连接，通过该螺母压紧毂帽和螺旋桨；
所述内磁钢和外磁钢的材料均为钕铁硼。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用磁力传动联轴器，为静密封结构形式，结构简单，工作可靠，具有高效率、可长航时使用的特点。
2.本发明采用了压力补偿器，可适应不同工作深度，可作为水下机器人推进模块，为不同的水下机器人匹配不同螺旋桨即可工作。
3.本发明的磁力传动联轴器的内磁钢与外磁钢均不直接与外界接触，不易被腐蚀。
4.本发明结构新颖，操作简便，尺寸小、体积紧凑，节省空间。
附图说明
图1为本发明的内部结构剖视图；
其中：1为电机和减速机，2为推进器前承压舱，3为M4沉头螺钉，4为推进器后承压舱，5为深沟球轴承，6为隔离罩，7为外磁钢，8为外圈磁轭，9为M2沉头螺钉，10为磁耦合压紧盘，11为补偿器螺塞，12为M3内六角圆头螺钉，13为螺旋桨，14为桨体固定杆，15为M4螺母，16为毂帽，17为挡圈，18为深沟球轴承，19为输出端盖，20为补偿柱塞，21为内磁钢，22为内磁钢固定件，23为M4紧定螺钉，24为补偿空间，25为M3沉头螺钉，26为压板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括动力源、承压舱壳、磁力传动联轴器及螺旋桨13，其中磁力传动联轴器包括内磁环组件及外磁环组件，该内磁环组件与动力源均容置于承压舱壳内，内磁环组件安装在动力源的输出轴上，由动力源驱动旋转；外磁环组件位于承压舱壳外部，并通过轴承与该承舱壳转动连接，外磁环组件与内磁环组件同心设置，且利用磁耦合原理随内磁环组件旋转。
本发明的承压舱壳分为推进器前承压舱2及推进器后承压舱4，推进器前承压舱2与推进器后承压舱4通过M4沉头螺钉3连接，并通过轴向密封和径向密封的结构形式进行密封，保证动力源和内磁环组件与外界环境隔离。本发明的动力源为电机和减速机1。本发明的推进器前承压舱2与推进后承压舱4的材料均为钛合金。
内磁环组件包括内磁钢21和内磁钢固定件22，内磁钢固定件22套在电机和减速机1的输出轴上，并通过M4紧定螺钉23与输出轴固定；内磁钢21套在内磁钢固定件22的外部，并通过M2沉头螺钉9及磁耦合压紧盘10与内磁针钢固定件22相连。
外磁环组件包括隔离罩6、外磁钢7、外圈磁轭8及输出端盖19，该隔离罩6与输出端盖19的一端密封连接，输出端盖19的另一端与螺旋桨13相连。隔离罩6及输出端盖19分别通过深沟球轴承A5、深沟球轴承B18转动安装在推进器后承压舱4上，由该推进器后承压舱4实现对外磁环组件的支撑。深沟球轴承A5的内、外圈由推进器后承压舱4上的止口与隔离罩6限位，深沟球轴承B18的内、外圈由输出端盖19上的止口与安装在推进器后承压舱4上的挡圈17限位。外磁钢7和外圈磁轭8均容置于由隔离罩6与输出端盖19围成的空间内。本发明的内磁钢21和外磁钢7的材料均为钕铁硼。
外磁环组件上设有压力补偿器，压力补偿器包括补偿器螺塞11及补偿柱塞20。外磁环组件内部注有补偿油液，隔离罩6与输出端盖19围成的空间内设有补偿空间24，该补偿空间24内容置有补偿柱塞20，补偿柱塞20随外界环境压力变化被动改变自身的轴向位置，进而改变内部补偿油液的体积，实现补偿油液的压力值与外界环境压力值始终保持一致，进而实现推进装置在不同深度环境下运行的功能。输出端盖19上密封螺纹连接有补偿器螺塞11，补偿器螺塞11与输出端盖19之间以及隔离罩6与输出端盖9之间均通过径向密封实现外磁钢7、外圈磁轭8、补偿油液与外界环境的隔离。补偿柱塞20与螺旋桨13之间设有压板26，避免补偿柱塞20由补偿空间24内移出。
螺旋桨13的一端与输出端盖19连接，另一端设有毂帽16，该毂帽16与螺旋桨13围成的空间内设有桨体固定杆14，桨体固定杆14的一端固接于螺旋桨13上，另一端由毂帽16穿出，并与螺母15连接，通过该螺母15压紧毂帽16和螺旋桨13。
本发明的工作原理为：
电机和减速机1收到驱动信号后，带动输出轴旋转，同时带动内磁环组件旋转。外磁环组件与内磁环组件同轴安装，中间由推进器后承压舱4相隔；由于磁耦合效应，外磁环组件跟随内磁环组件进行同步旋转。因为内磁环组件与外磁环组件间距很小，推进器后承压舱4为非铁质材料，所以内磁环组与外磁环组件传动时能量损失极小，传动效率极高。外磁环组件与螺旋桨13为刚性连接，带动螺旋桨13旋转、实现推进。而隔离罩6、补偿柱塞20和输出端盖19均有径向密封槽，通过径向密封的密封结构形式实现外磁钢7、补偿油液与外界环境的隔离，从而确保外磁钢7不易被腐蚀。外界深度的变化会导致推进装置所受压力的变化，补偿柱塞20可以随着压力的变化被动调整其轴向位置，使得补偿油液的压力值与外界环境压力值始终保持一致，从而实现了推进装置可以在不同深度环境下的功能。
本发明采用磁耦合原理来实现水下机器人舱体内外力和力矩的传递，将动密封化为静密封，密封形式可靠；通过改变外磁环组件结构内部的补偿油液体积实现自身与外界环境压力值始终保持一致，进而实现推进装置在不同深度环境下运行的功能；压力补偿器和密封结构使得外磁环组件内部与外界环境隔离的同时让两者压力相等，从而使推进装置具有长航时、高效率、模块化、防腐蚀的特点。
Claims (9)
1.一种水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：包括动力源、承压舱壳、磁力传动联轴器及螺旋桨(13)，其中磁力传动联轴器包括内磁环组件及外磁环组件，该内磁环组件与动力源均容置于所述承压舱壳内，所述内磁环组件安装在动力源的输出轴上，由动力源驱动旋转；所述外磁环组件位于承压舱壳外部，并与该承舱壳转动连接；所述内磁环组件包括内磁钢(21)和内磁钢固定件(22)，该内磁钢(21)通过内磁钢固定件(22)与所述动力源的输出轴相连；所述外磁环组件包括隔离罩(6)、外磁钢(7)、外圈磁轭(8)及输出端盖(19)，该隔离罩(6)与输出端盖(19)的一端密封连接，所述输出端盖(19)的另一端与螺旋桨(13)相连，所述外磁钢(7)和外圈磁轭(8)均容置于由隔离罩(6)与输出端盖(19)围成的空间内，该隔离罩(6)与输出端盖(19)分别与所述承压舱壳转动连接；所述动力源驱动内磁环组件旋转，所述外磁环组件通过磁耦合随内磁环组件旋转，进而带动所述螺旋桨(13)旋转；
所述外磁环组件内部注有补偿油液，所述隔离罩(6)与输出端盖(19)围成的空间内设有补偿空间(24)，该补偿空间(24)内容置有随外界环境压力变化被动改变自身轴向位置的补偿柱塞(20)，通过所述补偿柱塞(20)轴向位置的调整，实现补偿油液的压力值与外界环境压力值始终保持一致，进而实现所述推进装置在各深度环境下的运行。
2.根据权利要求1所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述输出端盖(19)上密封螺纹连接有补偿器螺塞(11)。
3.根据权利要求2所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述补偿器螺塞(11)与输出端盖(19)之间以及隔离罩(6)与输出端盖(9)之间均通过径向密封实现外磁钢(7)、外圈磁轭(8)、补偿油液与外界环境的隔离。
4.根据权利要求1所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述承压舱壳分为彼此连接的推进器前承压舱(2)及推进器后承压舱(4)，该推进器前承压舱(2)与推进器后承压舱(4)通过轴向密封和径向密封的结构形式实现密封。
5.根据权利要求4所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述隔离罩(6)及输出端盖(19)分别通过深沟球轴承转动安装在推进器后承压舱(4)上，由该推进器后承压舱(4)实现对所述外磁环组件的支撑。
6.根据权利要求4所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述推进器前承压舱(2)与推进后承压舱(4)的材料均为钛合金。
7.根据权利要求1所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述内磁钢固定件(22)安装在动力源的输出轴上，所述内磁钢(21)套在该内磁钢固定件(22)的外部，并通过磁耦合压紧盘(10)与内磁针钢固定件(22)相连。
8.根据权利要求1所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述螺旋桨(13)的一端与输出端盖(19)连接，另一端设有毂帽(16)，该毂帽(16)与螺旋桨(13)围成的空间内设有桨体固定杆(14)，所述桨体固定杆(14)的一端固接于螺旋桨(13)上，另一端由所述毂帽(16)穿出，并与螺母(15)连接，通过该螺母(15)压紧毂帽(16)和螺旋桨(13)。
9.根据权利要求1所述的水下机器人用磁传动压力补偿高效推进装置，其特征在于：所述内磁钢(21)和外磁钢(7)的材料均为钕铁硼。
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| GR01 | Patent grant | ||
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