CN111516837B - 一种带内置操舵的auv推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带内置操舵的AUV推进装置，包括AUV尾部壳体、尾舵转向控制系统、外转子无刷电机、导流罩、和翼板，导流罩固定在AUV尾部壳体的一端部，AUV尾部壳体的另一端部设有前端盖，尾舵转向控制系统包括若干个翼板控制装置，翼板控制装置包括安装在AUV尾部壳体内的舵机，舵机通过双摇杆机构与传动轴连接，传动轴经外转子无刷电机的电机中心轴内的通孔穿出AUV尾部壳体后与位于导流罩内的翼板啮合连接；翼板的一端通过第一舵轴与外转子无刷电机的电机中心轴接触连接，另一端通过第二舵轴与导流罩相对旋转连接，第一舵轴与翼板花键连接，第一舵轴上固定连接有第一锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合连接，第二锥齿轮固定在传动轴的端部。

Description

一种带内置操舵的AUV推进装置

技术领域

本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种带内置操舵的AUV推进装置。

背景技术

近年来，随着海洋工程技术的发展，自主水下航行器(Autonomous UnderwaterVehicle，AUV)由于其自身不需要配备主缆和系缆，且自带电源能够实现自主航行探测，使得AUV越来越受到各个国家的青睐。由于AUV本身空间有限，使得要在有限的空间内设计一个灵活且易安装的尾舵方向调节装置比较困难。目前主要有两种方式控制AUV实现转向，一是在AUV垂直和侧面安装推进器进行AUV航行方向的调节，但是其需要多推进器进行协调控制，控制较复杂，且消耗能量大，二是安装在尾部外置的外十字舵或X舵，由于翼板外置，导致舵在航行过程中容易被撞坏。因为舵通常是通过舱壁处的动密封来传递转矩，翼板受碰撞还可能会导致动密封失效，从而发生漏水事故。

申请号为201610050532.5的发明专利提供了一种将导流罩作成空心结构，使得导流罩内部设有翼板驱动系统，导致导流罩加工制造和装配相对复杂。申请号为201310111034.3和200910068231.5的发明专利也公布了一种尾舵转向模块，包括一种转向机构的实现方式，但是翼板分布在AUV主体外部，导致翼板容易撞坏。

现有技术存在以下不足之处：

1)翼板位于AUV主体外部，使得翼板在航行过程中容易撞坏。

2)若将翼板置于螺旋桨后端，将导流罩作成空心结构，使得导流罩内部设有翼板驱动系统，这种方式导流罩加工制造和装配相对复杂。

发明内容

为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种体积小、水阻力较小、尾翼拆装方便的一种带内置操舵的AUV推进装置，在保证AUV操控灵活性的基础上避免了外置舵因碰撞而损坏的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种带内置操舵的AUV推进装置，包括AUV尾部壳体、尾舵转向控制系统、外转子无刷电机、导流罩、和翼板，所述导流罩固定在AUV尾部壳体的一端部，所述AUV尾部壳体的另一端部设有前端盖，其特征在于：所述尾舵转向控制系统包括若干个翼板控制装置，所述翼板控制装置包括安装在AUV尾部壳体内的舵机，所述舵机通过双摇杆机构与传动轴连接，所述传动轴经外转子无刷电机的电机中心轴内的通孔穿出AUV尾部壳体后与位于导流罩内的翼板啮合连接；

所述翼板的一端通过第一舵轴与外转子无刷电机的电机中心轴接触连接，另一端通过第二舵轴与导流罩相对旋转连接，所述第一舵轴与翼板花键连接，所述第一舵轴上固定连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合连接，所述第二锥齿轮固定在传动轴的端部。本发明的翼板安装在导流罩内部，并通过翼板控制装置控制传动，使得AUV在水中航行阻力减小，且在航行过程中不易被撞坏。

进一步，所述传动轴外套装有传动轴套，所述传动轴套位于导流罩内的端部设置有轴端端盖，所述轴端端盖的内侧位于传动轴与传动轴套之间设有H形高速旋转组合密封圈。

进一步，所述双摇杆机构包括第一舵臂、连杆、第二舵臂，所述舵机通过花键与第一舵臂相啮合，所述舵机的舵机轴和第一舵臂通过紧定螺钉锁紧，所述第一舵臂通过圆柱销与连杆相连，所述连杆通过圆柱销与第二舵臂相连，所述第二舵臂通过花键与传动轴啮合将动力传到传动轴，且通过紧定螺钉连接使得舵臂能够在传动轴轴向定位。

进一步，所述第一舵轴可通过伸缩式安装于翼板上，所述翼板沿中心轴设置有深度孔，所述深度孔的深度是第一舵轴的0.9倍，所述第一舵轴安装于深度孔内并通过紧定螺钉固定于深度孔内。本发明的深度孔使得翼板拆卸和安装获得足够的伸缩空间，通过伸缩式结构使得其安装和拆卸更为简便。

进一步，所述外转子无刷电机包括电机中心轴、套设于电机中心轴外的电机定子以及设于电机定子外的电机转子，所述电机转子上固定有螺旋桨，所述电机定子上缠绕漆包线，电机漆包线接头胶结在水密头公头上，所述电机转子的两端分别通过陶瓷轴承可旋转支撑在电机定子外。

进一步，所述AUV尾部壳体内安装有用于驱动和控制无刷电机的无刷电机控制器，所述无刷电机控制器固定在前端盖的内侧，所述无刷电机控制器通过与水密头公头相连的水密头母座将控制信号传输给外转子无刷电机，所述水密头母座固定在AUV尾部壳体上。

进一步，所述电机中心轴通过若干螺柱固定安装在AUV尾部壳体上，所述电机中心轴的内部设有通孔，所述传动轴的部分结构穿设于通孔内。通孔用于尾舵转向控制系统传动轴的安装传动，将转向系统传动轴内置，使得AUV整体流线型更加完美，减小了水阻力。

进一步，所述前端盖上固定有用于与AUV供电模块连接的航空插头。

进一步，所述舵机通过中间舵机固定板安装于AUV尾部壳体内。

进一步，所述前端盖、中间舵机固定板、电机中心轴均与AUV尾部壳体之间设有密封用的O型密封圈。

本发明的有益效果是：

1、与常规操舵装置外置的AUV相比，本发明中，翼板安装在导流罩内部，并通过翼板控制装置控制传动，在主体外没有突起的部件，不容易因为碰撞而损坏，而且在水中航行阻力更小。

2、传动轴从无刷电机定子内部进行动力传动，从而不需要设计中空的导流罩并在其中添加传动机构，近而可以简化导流罩的加工难度；不需要外部的传动杆，结构更紧凑美观，使得AUV外部壳体流线型更加完美、水中航行阻力更小。

3、传动轴的密封使用H形高速旋转组合密封圈，且密封位置位于传动轴端部，使得密封安装简单。

4、翼板安装舵轴伸缩式安装，结构简单，使得翼板拆卸和安装更加方便。舵轴与翼板用花键啮合使得传动更加可靠。

附图说明

图1为本发明的整体剖视结构示意图。

图2为图1中A-A向的剖视结构示意图。

图3是本发明的翼板处的结构示意图。

图4是本发明的翼板处的剖视结构示意图。

图5是本发明的翼板控制装置的结构示意图。

图6是图5中I处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1-6，本实施例提供了一种带内置操舵的AUV推进装置，由AUV尾部壳体29、尾舵转向控制系统、外转子无刷电机、导流罩23、和翼板19五部分组成。AUV尾部壳体29内部装有用于外转子无刷电机的驱动和控制的无刷电机控制器4，外转子无刷电机上安装螺旋桨15用于整个AUV的推进。翼板19安装在后端导流罩23内，由尾舵转向控制系统驱动翼板19运动，从而达到对AUV转向的调节。

本实施例所述导流罩23固定在AUV尾部壳体29的一端部，所述AUV尾部壳体29的另一端部设有前端盖2，所述前端盖2上设有用于与AUV供电模块电连接的航空插头1，为无刷电机控制器4、舵机10和外转子无刷电机提供电源。前端盖2与AUV尾部壳体29之间设有用于该端盖的径向密封的O型密封圈3。

本实施例所述尾舵转向控制系统包括若干个翼板控制装置，所述翼板控制装置的舵机10安装在AUV尾部壳体29内，所述舵机10通过双摇杆机构与传动轴11连接，所述传动轴11穿出AUV尾部壳体29后，经无刷电机中心轴通孔与位于导流罩23内的翼板19啮合连接，翼板19安装在螺旋桨15的后侧；具体的，所述AUV尾部壳体29的中间安装有用于尾舵转向控制系统的舵机10固定的中间舵机固定板9，中间舵机固定板9与AUV尾部壳体29之间设置有两个O型密封圈8。舵机10输出轴端部为花键轴，与第一舵臂5的一端的内花键进行啮合，舵机10输出端与第一舵臂5通过紧定螺钉进行锁紧以保证连接的可靠，进而提高传动的精度。见图2所示，第一舵臂5通过圆柱销与连杆6相连，连杆通过圆柱销与第二舵臂7连接，构成双摇杆机构，第二舵臂7进而通过花键啮合将动力传到传动轴11上，传动轴11上面套有传动轴套12，将动力从AUV尾部壳体29经无刷电机内部将动力传动到螺旋桨后端，传动轴11与传动轴套12在尾部端口通过H形高速旋转组合密封圈28进行密封，传动轴轴套12与电机中心轴24间设有O型密封圈31，见图6。本实施例的舵机10和双摇杆机构分别位于中间舵机固定板9的两侧，所述双摇杆机构位于靠近前端盖2的一侧，所述传动轴11穿过中间舵机固定板9、AUV尾部壳体29和电机中心轴24后将动力传给翼板19，所述翼板19位于螺旋桨后端。

本实施例外转子无刷电机的结构参见图1，所述外转子无刷电机包括电机中心轴24、套设于电机中心轴24外的电机定子21以及设于电机定子21外的电机转子，所述电机转子上固定有螺旋桨15，所述电机定子21上缠绕漆包线，电机漆包线接头胶结在水密头公头14上，所述电机转子的两端分别通过陶瓷轴承22和25可旋转支撑在电机定子21外。水密头公头14与水密头母座13连接上，所述水密头母座13固定在AUV尾部壳体29上。无刷电机控制器4通过与水密头母座13将控制信号传上去给无刷电机，电机定子21通电通过电磁力将外转子螺旋桨驱动，无刷电机整体是通过四根贯穿无刷电机定子中轴线四周的螺柱27固定在AUV尾部壳体29上；电机中心轴24内部有通孔，所述传动轴11的部分结构穿设于通孔内，通孔用于尾舵转向控制系统传动轴的安装传动，将转向系统传动轴内置，使得AUV整体流线型更加完美，减小了水阻力。所述电机中心轴24的后端的中部是一细长圆柱结构，位于传动轴11之间。

本实施例的翼板19安装如图3、4所示，所述翼板19的一端通过第一舵轴17与外转子无刷电机的电机中心轴24接触连接，另一端通过第二舵轴20与导流罩23相对旋转连接，所述第一舵轴17与翼板19固定连接，所述第一舵轴17上固定连接有第一锥齿轮18，所述第一锥齿轮18与第二锥齿轮16啮合连接，所述第二锥齿轮16固定在传动轴11的端部。本实施例翼板19通过伸缩式结构使得其安装和拆卸更为简便，将翼板19沿中心轴打一定深度孔，且翼板19上端孔深度是第一舵轴17的0.9倍，使得翼板19拆卸和安装获得足够的伸缩空间，翼板19上端轴孔中部打有贯穿翼板19的螺纹孔，后续安装紧定螺钉使得第一舵轴17能够支撑起整个翼板19。翼板19安装时，先将第二舵轴20安装在导流罩23上，然后安装翼板19，然后将第一舵轴17装进翼板19上端轴孔，使其能缩进翼板19上端孔内，然后安装第一锥齿轮18并通过紧定螺钉紧固(用于舵机控制舵轴转动)，将第一舵轴17伸出翼板19上端孔，使其与电机中心轴24接触，再将翼板19上螺纹孔安装紧固螺钉，使得整个翼板19与传动轴11形成一个有机整体。

整个转向系统原理图如图5、6所示，舵机10通过花键与第一舵臂5相啮合，用紧定螺钉将舵机轴和第一舵臂5锁紧，第一舵臂5通过圆柱销与连杆6相连，连杆6通过销与第二舵臂7相连，进而构成双摇杆机构，第二舵臂7与传动轴11通过花键啮合可提高传动的精度，传动轴11末端通过H形高速旋转组合密封圈28组合构成整个传动的密封，传动轴套12末端加轴端端盖26可进一步减少密封泄露量，传动轴套12末端装有O型密封圈31，用于电机中心轴24与传动轴套12的径向密封。传动轴11末端装有第一锥齿轮16通过齿轮啮合将动力传到第二锥齿轮18，第二锥齿轮18通过紧定螺钉与第一舵轴17连接，第一舵轴17通过花键与翼板19相啮合，进而带动翼板19旋转，达到从舵机10控制翼板19，同样的装置有四个，均按照此方法传动和布置，安装在导流罩23内部，使得AUV在水中航行阻力更小，使得翼板撞坏的几率减小。

本发明的翼板安装在导流罩内部，并通过翼板控制装置控制传动，使得AUV在水中航行阻力更小。传动轴从无刷电机中心轴内部通孔进行动力传动，使得AUV外部壳体流线型更加完美、水中航行阻力更小。传动轴的密封使用H形高速旋转组合密封圈，且密封位置位于传动轴端部，使得密封安装简单。翼板安装舵轴伸缩式安装，结构简单，使得翼板拆卸和安装更加方便。舵轴与翼板用花键啮合使得传动更加可靠。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带内置操舵的AUV推进装置，包括AUV尾部壳体、尾舵转向控制系统、外转子无刷电机、导流罩和翼板，所述导流罩固定在AUV尾部壳体的一端部，所述AUV尾部壳体的另一端部设有前端盖，其特征在于：所述尾舵转向控制系统包括若干个翼板控制装置，所述翼板控制装置包括安装在AUV尾部壳体内的舵机，所述舵机通过双摇杆机构与传动轴连接，所述传动轴经外转子无刷电机的电机中心轴内的通孔穿出AUV尾部壳体后与位于导流罩内的翼板啮合连接；

所述翼板的一端通过第一舵轴与外转子无刷电机的电机中心轴接触连接，另一端通过第二舵轴与导流罩相对旋转连接，所述第一舵轴与翼板花键连接，所述第一舵轴上固定连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合连接，所述第二锥齿轮固定在传动轴的端部。

2.根据权利要求1所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述传动轴外套装有传动轴套，所述传动轴套位于导流罩内的端部设置有轴端端盖，所述轴端端盖的内侧位于传动轴与传动轴套之间设有H形高速旋转组合密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述双摇杆机构包括第一舵臂、连杆、第二舵臂，所述舵机通过花键与第一舵臂相啮合，所述舵机的舵机轴和第一舵臂通过紧定螺钉锁紧，所述第一舵臂通过圆柱销与连杆相连，所述连杆通过圆柱销与第二舵臂相连，所述第二舵臂通过花键与传动轴啮合将动力传到传动轴，且通过紧定螺钉连接使得第二舵臂能够在传动轴轴向定位。

4.根据权利要求1所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述第一舵轴通过伸缩式安装于翼板上，所述翼板沿其中心轴设置有深度孔，所述深度孔的深度是第一舵轴长度的0.9倍，所述第一舵轴安装于深度孔内并通过紧定螺钉固定于深度孔内。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述外转子无刷电机包括电机中心轴、套设于电机中心轴外的电机定子以及设于电机定子外的电机转子，所述电机转子上固定有螺旋桨，所述电机定子上缠绕漆包线，电机漆包线接头胶结在水密头公头上，所述电机转子的两端分别通过陶瓷轴承可旋转支撑在电机定子外。

6.根据权利要求5所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述AUV尾部壳体内安装有用于驱动和控制无刷电机的无刷电机控制器，所述无刷电机控制器固定在前端盖的内侧，所述无刷电机控制器通过与水密头公头相连的水密头母座将控制信号传输给外转子无刷电机，所述水密头母座固定在AUV尾部壳体上。

7.根据权利要求1所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述电机中心轴通过若干螺柱固定安装在AUV尾部壳体上，所述电机中心轴的内部设有通孔，所述传动轴的部分结构穿设于通孔内。

8.根据权利要求1所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述前端盖上固定有用于与AUV供电模块连接的航空插头。

9.根据权利要求1所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述舵机通过中间舵机固定板安装于AUV尾部壳体内。

10.根据权利要求9所述的一种带内置操舵的AUV推进装置，其特征在于：所述前端盖、中间舵机固定板、电机中心轴均与AUV尾部壳体之间设有密封用的O型密封圈。

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