CN111959738A - 一种基于桨距调制技术的全向推进器 - Google Patents

一种基于桨距调制技术的全向推进器 Download PDF

Info

Publication number
CN111959738A
CN111959738A CN202010761332.7A CN202010761332A CN111959738A CN 111959738 A CN111959738 A CN 111959738A CN 202010761332 A CN202010761332 A CN 202010761332A CN 111959738 A CN111959738 A CN 111959738A
Authority
CN
China
Prior art keywords
propeller
transmission shaft
pitch
bevel gear
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010761332.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111959738B (zh
Inventor
张宏伟
王树新
王延辉
刘玉红
杨亚楠
陈东源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202010761332.7A priority Critical patent/CN111959738B/zh
Publication of CN111959738A publication Critical patent/CN111959738A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111959738B publication Critical patent/CN111959738B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • B63H3/06—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H2023/0258—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing comprising gearings with variable gear ratio, other than reversing drives or trolling drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H2023/0291—Trolling gears, i.e. mechanical power transmissions comprising controlled slip clutches, e.g. for low speed propulsion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于桨距调制技术的全向推进器，由壳体、尾锥、螺旋桨叶、传动机构、伺服电机和控制系统组成，传动机构、电机和控制系统安装在壳体内。两台伺服电机包括桨距调制电机和主驱动电机。传动机构由两组减速齿轮、内传动轴、外传动轴和锥齿轮组组成。内传动轴和外传动轴共轴安装在壳体上，尾锥与外传动轴连接，锥齿轮组的两个锥齿轮分别传动内轴和桨叶。控制系统包括推进器控制板，电机驱动器与光电开关传感器。工作时，主驱动电机驱动两组减速齿轮带动外轴和尾锥旋转，形成主运动。桨距调制电机驱动内轴带动锥齿轮组转动，进而改变桨叶螺距，形成调距运动，产生侧向推力。

Description

一种基于桨距调制技术的全向推进器
技术领域
本发明涉及水下推进器及航行器领域，特别是涉及一种基于桨距调制技术的全向推进器。
背景技术
随着对海洋探索需求的进一步加大，对水下运动平台的灵活性、操纵性、快速性及节能续航等方面都有更高的需求，在推进方式上，有一些矢量推进方式的新型水下机器人的探索和研究需求。推进器系统除了水平前后的推为外，还能同时提供物体的俯仰、偏转、横滚等方向上提供推进力和为矩，从而部分或全部取代操作舵片的作用。全向推进器即为其中的一种。
全向推进器主要通过变距机构来周期性的改变螺旋桨的桨距来产生侧向力。目前，较为成熟的变距机构有倾斜盘连杆机构和偏心盘机构。倾斜盘或偏心盘作为连接桨叶和驱动器件的中间机构，是可调距螺旋桨变距系统中重要的机械部件。通过倾斜盘的姿态的改变或者偏心盘的移动和转动的来产生桨叶螺距角的变化。相较与传统的螺旋桨推进器，全向推进器拓展了推进力方向，提高了AUV的机动性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于桨距调制技术的全向推进器，该全向推进器相比于普通螺旋浆推进器，操纵性能好，响应速度快，推进效率高，并且推力方向变化，起到浆舵合一的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于桨距调制技术的全向推进器，由壳体、螺旋桨叶、传动机构、伺服电机和控制系统组成，所述壳体包括从前向后依次连接的主舱端盖、主舱壳体和尾锥，所述传动机构、伺服电机和控制系统安装在所述主舱壳体内，所述伺服电机包括桨距调制电机和主驱动电机，所述传动机构由减速齿轮、内传动轴、外传动轴和锥齿轮组组成；所述锥齿轮组安装在所述尾锥内部；
所述主驱动电机输出轴通过一组减速齿轮与传动轴一端连接，传动轴另一端通过另一组减速齿轮与外传动轴的输入端连接，所述尾锥通过尾锥连接件与所述外传动轴的输出轴连接；所述内传动轴与外传动轴共轴安装，所述内传动轴的输出端与锥齿轮组的其中一个锥齿轮连接，锥齿轮组中的另一个锥齿轮与所述螺旋桨叶连接；
所述桨距调制电机通过联轴器与内传动轴的输入端连接；
控制系统与伺服电机电连接，包括推进器控制板，电机驱动器与光电开关传感器。两个光电开关传感器固连在主舱壳体上，分别检测外传动轴与内传动轴的初始相位；
进一步的，控制系统控制桨距调制电机驱动锥齿轮跟踪螺旋桨叶相位的同时，依照侧向推力的需求，在螺旋桨叶旋转过程中周期性调整螺旋桨叶螺距角，完成桨距的调制，从而产生侧向推力，实现全向推进。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明推进器不需要传统推进器的操纵舵，桨舵合一，降低了水下机器人尾部的设计和装配难度。
2.本发明推进器相比于传统推进器与操纵舵，减少了电机数量和机械零件，设计紧凑，空间利用率高。
3.本发明推进器相比于普通全向推进器，尾部尺寸需求较小，可以做成较好的流线型，阻力小。
4.本发明推进器相比于普通全向推进器桨叶数目少，稳定性高，不需要为了增加稳定性，增加叶片数目，从而使效率降低。
5..本发明推进器可以通过电控的方式实现桨叶桨距周期性调制和侧向力输出，调制方式灵活，通过电控程序即可控制桨距调制规律产生不同的推进效应。
附图说明
图1为本发明推进器内部结构示意图。
图2和图3均为本发明推进器的外观结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。
本发明提供一种基于桨距调制技术的全向推进器，如图1至图3所示，该全向推进器，由壳体、尾锥13、螺旋桨叶12、传动机构、伺服电机和控制系统组成，螺旋桨叶12安装在尾锥13上，传动机构、电机和控制系统安装在壳体内。壳体包括主舱壳体3，主舱端盖1，尾锥13。两台伺服电机包括桨距调制电机22和主驱动电机4。传动机构由减速齿轮5、减速齿轮6和减速齿轮8、减速齿轮9、内传动轴17、外传动轴11和锥齿轮14、锥齿轮15组成。内传动轴17和外传动轴11共轴安装在主舱壳体3内，尾锥13通过连接件16与外传动轴11连接，锥齿轮组的两个锥齿轮14、锥齿轮15分别与传动内轴17和螺旋桨叶12连接。控制系统包括推进器控制板21，电机驱动器与光电开关传感器10、20。光电开关传感器10、20固连在主舱壳体3上，分别检测外传动轴11与内传动轴17的初始相位。
具体的，本推进器桨距调制主要实现方式如下：
推进器主运动通过控制主驱动电机4运动实现。主驱动电机4通过减速齿轮5、减速齿轮6带动传动轴7运动，传动轴7通过减速齿轮8、减速齿轮9带动传动外轴11运动，传动外轴11通过尾锥连接件16与尾锥壳体13相连，实现推进器主运动。
推进器桨距调制运动通过控制桨距调制电机22运动实现。主舱壳体3内部的桨距调制电机22，通过联轴器19与传动内轴17相连，传动内轴17与尾锥内的锥齿轮15相连。通过桨距调制电机22驱动内轴带动锥齿轮14、锥齿轮15转动，进而改变桨叶螺距，形成调距运动。
电气控制系统21控制桨距调制电机22在推进器的螺旋桨叶12主运动周期内跟踪螺旋桨叶12主运动相位，同时依照侧向推力的需求，在桨叶旋转过程中周期性调整桨叶螺距角，完成桨距的调制，从而产生侧向推力，实现全向推进。
具体的，本推进器的功能流程如下：
推进器启动后，首先进行归位操作。电器控制系统通过控制主驱动电机转动，主驱动电机通过传动轴，带动传动外轴进行转动，从而带动尾锥进行转动，直到光电开关传感器20检测到信号，此时螺旋桨叶公转转动到指定方位，主驱动电机停止转动。之后控制桨距调制电机转动，桨距调制电机通过联轴器带动传动内轴转动，传动内轴带动锥齿轮组1转动，从而带动螺旋桨叶螺距变化，直到光电开关传感器10检测到信号，此时，螺旋桨叶自传转动到指定方位。桨距调制电机停止，归位操作结束。
产生轴向推力：
当推进器需要产生轴向推力时，电气控制系统通过控制桨距调制电机和主驱动电机以相同的速度转动，锥齿轮15与尾锥以同样的速度转动，锥齿轮14不与锥齿轮15产生相对运动，因此螺旋桨叶桨距不产生变化。产生沿轴线方向的推力。
产生侧向力：
当推进器需要产生侧向力时，电气控制系统控制桨距调制电机在螺旋桨叶转动周期内进行加速和减速，在桨叶旋转过程中周期性调整桨叶螺距角，完成桨距的调制，从而产生侧向推力，实现全向推进。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，元件造型、数量、连接方式、控制方式、桨叶数目，桨距变化方式等不经创造性的设计，与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于桨距调制技术的全向推进器，其特征在于，由壳体、螺旋桨叶、传动机构、伺服电机和控制系统组成，所述壳体包括从前向后依次连接的主舱端盖、主舱壳体和尾锥，所述传动机构、伺服电机和控制系统安装在所述主舱壳体内，所述伺服电机包括桨距调制电机和主驱动电机，所述传动机构由减速齿轮、内传动轴、外传动轴和锥齿轮组组成；所述锥齿轮组安装在所述尾锥内部；
所述主驱动电机输出轴通过一组减速齿轮与传动轴一端连接，传动轴另一端通过另一组减速齿轮与外传动轴的输入端连接，所述尾锥通过尾锥连接件与所述外传动轴的输出轴连接；所述内传动轴与外传动轴共轴安装，所述内传动轴的输出端与锥齿轮组的其中一个锥齿轮连接，锥齿轮组中的另一个锥齿轮与所述螺旋桨叶连接；
所述桨距调制电机通过联轴器与内传动轴的输入端连接；
控制系统与伺服电机电连接，包括推进器控制板，电机驱动器与固连在主舱壳体上的两个光电开关传感器。
2.根据权利要求1所述一种基于桨距调制技术的全向推进器，其特征在于，控制系统控制桨距调制电机驱动锥齿轮跟踪螺旋桨叶相位的同时，依照侧向推力的需求，在螺旋桨叶旋转过程中周期性调整螺旋桨叶螺距角，完成桨距的调制，从而产生侧向推力，实现全向推进。
CN202010761332.7A 2020-07-31 2020-07-31 一种基于桨距调制技术的全向推进器 Active CN111959738B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010761332.7A CN111959738B (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种基于桨距调制技术的全向推进器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010761332.7A CN111959738B (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种基于桨距调制技术的全向推进器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111959738A true CN111959738A (zh) 2020-11-20
CN111959738B CN111959738B (zh) 2022-06-07

Family

ID=73363705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010761332.7A Active CN111959738B (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种基于桨距调制技术的全向推进器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111959738B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8529022D0 (en) * 1984-12-06 1986-01-02 Bernt J O Variable pitch marine propeller
IT8819402A0 (it) * 1988-02-15 1988-02-15 Bianchi Srl Vela. elica a passo variabile e regolabile durante la marcia, adatta per imbarcazioni a motore eper motori ausiliari di barche a
DK1171341T3 (da) * 1998-06-25 2004-10-04 Aimbridge Pty Ltd Motor til styring af en skrue med en fasereguleringsanordning til ændring af vinklen af skruens skrueblade
KR20160026623A (ko) * 2014-08-28 2016-03-09 가부시끼가이샤 도시바 반도체 장치
CN107640306A (zh) * 2017-08-25 2018-01-30 珠海磐磊智能科技有限公司 船用推进装置、船及其行驶控制方法
CN107963195A (zh) * 2016-10-20 2018-04-27 北京精密机电控制设备研究所 一种用于水下航行器的可变距推进装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8529022D0 (en) * 1984-12-06 1986-01-02 Bernt J O Variable pitch marine propeller
IT8819402A0 (it) * 1988-02-15 1988-02-15 Bianchi Srl Vela. elica a passo variabile e regolabile durante la marcia, adatta per imbarcazioni a motore eper motori ausiliari di barche a
DK1171341T3 (da) * 1998-06-25 2004-10-04 Aimbridge Pty Ltd Motor til styring af en skrue med en fasereguleringsanordning til ændring af vinklen af skruens skrueblade
KR20160026623A (ko) * 2014-08-28 2016-03-09 가부시끼가이샤 도시바 반도체 장치
CN107963195A (zh) * 2016-10-20 2018-04-27 北京精密机电控制设备研究所 一种用于水下航行器的可变距推进装置
CN107640306A (zh) * 2017-08-25 2018-01-30 珠海磐磊智能科技有限公司 船用推进装置、船及其行驶控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111959738B (zh) 2022-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107161309B (zh) 一种偏转型矢量推进器及水下航行器
US6877692B2 (en) Oscillating foil propulsion system
AU2020101802A4 (en) Air-jet steering drone
CN112319747B (zh) 一种分体导管矢量推进器
US9022738B1 (en) Marine propulsion-and-control system implementing articulated variable-pitch propellers
KR20190108353A (ko) 수중 이동장치
CN109515666A (zh) 一种水下机器人的矢量推进器
CN111038695B (zh) 一种跨介质飞机动力装置
CN209667339U (zh) 一种模块化水下机器人矢量推进机构
CN111959738B (zh) 一种基于桨距调制技术的全向推进器
KR101261867B1 (ko) 포드형 추진기 및 이를 구비하는 선박
CN111392011A (zh) 共轴推进器动力系统及共轴双桨水下推进器和飞行器
CN111572763A (zh) 侧倾纵列双桨复合直升机
CN103434627A (zh) 一种摇臂滑块式摆线桨自动控制机构
CN110937093A (zh) 一种水下装备矢量推进器
CN110733634A (zh) 一种增强反作用力的姿态调整系统及其设备
CN110065614A (zh) 一种两自由度并联式水下矢量推进器
JP2004224147A (ja) サイクロイダル・プロペラの制御機構
CN209600767U (zh) 一种水下机器人的矢量推进器
CN211336395U (zh) 一种水下装备矢量推进器
CN211076304U (zh) 一种矢量罩和矢量泵喷推进系统及水下航行器
CN110562444B (zh) 低空复合飞行器
CN107640306B (zh) 船用推进装置、船及其行驶控制方法
KR20020015404A (ko) 비행선 추진장치 및 비행선 기낭
CN110588929B (zh) 一种仿生水下滑翔机的质心调节机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant