CN112623174A - 一种电传控制尾挂式电动推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电传控制尾挂式电动推进器，包括固定在艇艉横梁上的舵机支撑座，舵机支撑座的上方拆卸式安装有电传舵机，电传舵机的下方转动连接有吊杆，吊杆的底部安装有水下推进机构；电动推进器还包括折叠固定装置，折叠固定装置包括活动套设在吊杆外侧的滑动轴承套以及与滑动轴承套固定连接的吊杆支撑座。本发明提供的电传控制尾挂式电动推进器，通过电传舵机能够自动控制推进器的转速和转向，工作效率和经济效益显著；能按照用户舰船已配置的多数电动螺旋桨推进器、部分汽油和柴油尾挂推进器进行定制化电传控制改装，具有改装成本低、体积小、安装方便、控制接口开放、环境适用性强等特点，应用场合广泛，实用性强。

Description

一种电传控制尾挂式电动推进器
技术领域
本发明涉及金属结构部件加工和电机控制领域，具体设计一种电传控制尾挂式电动推进器。
背景技术
推进器是将任何形式的能量转化为机械能的装置，通过转动的旋转叶片来产生推力，可以用来驱动交通工具前进。在小型无人艇等设备中，使用成品电动推进器，其转速和转向控制大都需要乘艇人员手动控制操作，直接订购全电传推进器其成本、结构尺寸和重量对于小型无人艇都不是合适的选择。为此，在原配手动推进器顶加装电传舵机，并为其补加可折叠固定装置成为本发明的设计目标。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电传控制尾挂式电动推进器，通过电动自动控制推进器的转速和转向，工作效率和经济效益显著。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电传控制尾挂式电动推进器，包括固定在艇艉横梁上的舵机支撑座，所述舵机支撑座的上方拆卸式安装有电传舵机，所述电传舵机的下方转动连接有吊杆，所述吊杆的底部安装有水下推进机构；
所述电动推进器还包括折叠固定装置，所述折叠固定装置包括活动套设在吊杆外侧的滑动轴承套以及与滑动轴承套固定连接的吊杆支撑座。
进一步方案，所述舵机支撑座包括一对下片舵机支撑座和一对上片舵机支撑座；所述下片舵机支撑座对称固定在艇艉横梁上，所述上片舵机支撑座通过铰链轴与下片舵机支撑座铰接；所述下片舵机支撑座和上片舵机支撑座之间还安装有正姿定位销。
进一步方案，所述上片舵机支撑座的顶部开设有锁定卡槽，所述锁定卡槽的底部开设有螺纹孔；所述上片舵机支撑座通过螺纹孔与电传舵机连接。
进一步方案，所述电传舵机包括固定在舵机支撑座上方的底盘，所述底盘的顶部安装有驱动机构，所述驱动机构的输出端通过环形齿轮减速器与吊杆连接；
电传舵机还包括套设在吊杆上的转向法兰，所述转向法兰穿设底盘和环形齿轮减速器，且转向法兰、底盘、环形齿轮减速器同轴设置；所述转向法兰包括法兰盘段、轴套段和同步带轮段；所述同步带轮段位于环形齿轮减速器的顶部，所述同步带轮段套设有同步带轮，所述同步带轮内设有舵角传感器；
电传舵机还包括固定在底盘上的外壳。
进一步方案，所述驱动机构包括推进器直流伺服电机驱动器和舵机步进电机驱动器。
进一步方案，所述底盘的两侧对称固定有一对底盘定位耳，所述底盘定位耳的尺寸与锁定卡槽的尺寸相适配；所述底盘定位耳通过锁定螺栓与上片舵机支撑座连接。
进一步方案，所述外壳的下部周侧开设有第一连接孔，所述底盘的侧壁周侧开设有与第一连接孔适配的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔穿设有外壳安装螺钉；所述外壳和底盘通过外壳安装螺钉连接为一体。
进一步方案，所述底盘和环形齿轮减速器上对应开设有螺纹孔，所述螺纹孔内穿设有减速器安装螺钉。
进一步方案，所述吊杆支撑座包括一对对称设置的弓座，所述弓座的一端固定有带进一步方案，所述滑动轴承套的外侧固定有吊杆翻转定位手柄。
上述环形齿轮减速器、推进器直流伺服电机驱动器和舵机步进电机驱动器等均为市购产品。其具体的工作原理在此不作累述。
本发明的有益效果为：
本发明提供的电传控制尾挂式电动推进器，通过电传舵机能够自动控制推进器的转速和转向，工作效率和经济效益显著；通过折叠固定装置，在工作状态时可使推进器处于竖直固定状态，在检修或储运时可使推进器处于收拢放倒姿态，使用方便。此外，本电动推进器能按照用户舰船已配置的多数电动螺旋桨推进器、部分汽油和柴油尾挂推进器进行定制化电传控制改装，具有改装成本低、体积小、安装方便、控制接口开放、环境适用性强等特点，应用场合广泛，实用性强。
附图说明
图1为本发明提供的电传控制尾挂式电动推进器的主视图；
图2为本发明提供的电传控制尾挂式电动推进器的轴侧图；
图3为图2中A部放大图；
图4为上片舵机支撑座的结构示意图；
图5为电传舵机的爆炸结构示意图；
图6为转向法兰的结构示意图；
附图标记：1-舵机支撑座，11-下片舵机支撑座，12-上片舵机支撑座，13-铰链轴，14-正姿定位销，15-锁定卡槽，2-电传舵机，21-底盘，22-环形齿轮减速器，23-转向法兰，231-法兰盘段，232-轴套段，233-同步带轮段，24-同步带轮，25-舵角传感器，26-外壳，27-推进器直流伺服电机驱动器，28-舵机步进电机驱动器，29-底盘定位耳，3-吊杆，4-水下推进机构，5-折叠固定装置，51-滑动轴承套，52-弓座，53-吊杆翻转定位手柄，54-固定螺杆，55-手柄，6-锁定螺栓，7-第一连接孔7，8-第二连接孔，9-外壳安装螺钉，10-减速器安装螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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”、“固接”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。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为本发明的限制。本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
参考图1至图6，一种电传控制尾挂式电动推进器，包括固定在艇艉横梁上的舵机支撑座1，舵机支撑座1的上方拆卸式安装有电传舵机2，电传舵机2的下方转动连接有吊杆3，吊杆3的底部安装有水下推进机构4；水下推进机构4可从市场购买所得，其由壳体、螺旋桨及锁定配附件、直流电机、电机驱动器等组成，推进器吊杆3直接固定在推进机构壳体上，并使用密封材料确保连接部位的水密封性能。水下推进机构4电机动力电源线和驱动控制信号线穿吊杆3出线，并在出吊杆3处配线缆连接端子，水下推进机构的壳体为铝合金精铸件，吊杆3为不锈钢钢管。
电动推进器还包括折叠固定装置5，折叠固定装置5包括活动套设在吊杆3外侧的滑动轴承套51以及与滑动轴承套51固定连接的吊杆支撑座。滑动轴承套51的外侧固定有吊杆翻转定位手柄53，滑动轴承套51是推进器推力向船体传递的主要受力结构，其开口设计可使用带手柄55的固定螺杆54对吊杆3转向和上下移动进行锁紧操作。吊杆支撑座包括一对对称设置的弓座52，弓座52的一端固定有带手柄55的固定螺杆54。弓座52为铝合金精铸件，其弓形部使用两个带手柄的固定螺杆54固定在艇艉梁上，通过手柄能够实现推进器放倒过程6个倾倒角度的定位。
舵机支撑座1包括一对下片舵机支撑座11和一对上片舵机支撑座12；下片舵机支撑座11对称固定在艇艉横梁上，上片舵机支撑座12通过铰链轴13与下片舵机支撑座11铰接；下片舵机支撑座11和上片舵机支撑座12之间还安装有正姿定位销14。当下片舵机支撑座11和上片舵机支撑座12处于垂直位置时，插入正姿定位销14后即可确保其上的电传舵机2保持正立姿态。当需将推进器调整为水平状态时，取下正姿定位销14，上片舵机支撑座12以铰链轴13为轴即可实现转动，达到调整推进器姿态的效果。下片舵机支撑座11和上片舵机支撑座12选用防锈铝合金材料制作。上片舵机支撑座12的顶部开设有锁定卡槽15，所述锁定卡槽15的底部开设有螺纹孔；所述上片舵机支撑座12通过螺纹孔与电传舵机2连接。
电传舵机2包括固定在舵机支撑座1上方的底盘21，底盘21材料选用防锈铝合金，在CNC上一体铣削加工制作，并使用白色氧化钝化进行表面处理，进一步的，底盘21的两侧对称固定有一对底盘定位耳29，底盘定位耳29的尺寸与锁定卡槽15的尺寸相适配，从而与上片舵机支撑座12形成卡槽扣合式的可靠连接，用以抵消电传舵机2转向的反作用力；底盘定位耳29通过锁定螺栓6与上片舵机支撑座12连接。底盘21的顶部安装有驱动机构，驱动机构的输出端通过环形齿轮减速器22与吊杆3连接，底盘21和环形齿轮减速器22通过减速器安装螺钉10连接。通过环形齿轮减速机构，其输出转矩达15N.m,最小步进角1.8°，最大转速2s/圈，能满足艇高机动航行时对舵机的需要。优选的，驱动机构包括推进器直流伺服电机驱动器27和舵机步进电机驱动器28。无人艇航行控制器能通过对两台驱动器下达的转速和转向航控指令直接驱动对应的执行电机，并通过转速和舵角检测传感器实现闭环控制。
电传舵机2还包括套设在吊杆3上的转向法兰23，转向法兰23穿设底盘21和环形齿轮减速器22，且转向法兰23、底盘21、环形齿轮减速器22同轴设置；转向法兰23包括法兰盘段231、轴套段232和同步带轮段233，转向法兰23制造材料选用防锈铝合金，使用CNC一体加工而成，用于水下推进机构吊杆同电传舵机的机械连接，同步带轮段233齿形采用XL型，节距5.08mm,齿高1.27mm,齿宽15mm,轮径50mm。同步带轮段233位于环形齿轮减速器22的顶部，同步带轮段233套设有同步带轮24，同步带轮24内设有舵角传感器25；舵角传感器25通过同步带轮24与吊杆3达成同步旋转来实时检测推进器的推进方向，舵角传感器25选用40直径光学旋转编码器，1024脉冲/圈，预装同转向法兰23匹配的同步带轮24，同步带轮24齿形采用XL型，节距5.08mm,齿高1.27mm,齿宽15mm,轮径25mm。选配的XL型同步带(无缝闭合)带宽15mm,带厚2.3mm,两轮轴间距52mm。
电传舵机2还包括固定在底盘21上的外壳26，外壳26是舵机内装零部件的防护罩，选用环氧基玻璃钢糊制，其同底盘21通过15只M4外壳安装螺钉连接，连接接缝使用橡胶圈密封以达到不低于IP65的水密封等级。外壳26侧立面还安装了两个防水航插接口，用以为推进器和舵机动力电和控制通信线缆提供接口。进一步的，外壳26的下部周侧开设有第一连接孔7，底盘21的侧壁周侧开设有与第一连接孔7适配的第二连接孔8，第一连接孔7和第二连接孔8穿设有外壳安装螺钉9；外壳26和底盘21通过外壳安装螺钉9连接为一体。
本发明提供的电传控制尾挂式电动推进器，通过电传舵机2能够自动控制推进器的转速和转向，工作效率和经济效益显著；通过折叠固定装置，可使推进器在竖直状态和水平状态两种姿势之间切换。当推进器处于竖直落下位置后，可通过载艇的航控计算机向本推进装置发送转速和转向指令来实现对载艇的航速和航向控制；当艇靠泊码头，或起吊出水放置于陆地艇架上后，以铰链轴13为中心，转动上片舵机支撑座12即可人工操作将推进器抬起并锁定高度，以便于进行检修维，并避免推进器螺旋桨触地；此时也可将各推进器放倒，以方便艇体装车吊运；当需要艇需要长时间仓储存放时，可将推进器整体拆下后单独装箱存放，以降低对艇体对存放空间的需求。
本发明提供的电传控制尾挂式电动推进器，能通过通信链路(CAN/RS485)使用嵌入式计算机对其进行转速和转向控制，能为现有安装电动推进器的舰艇实现计算机控制和自动驾驶，提供一条较低成本的解决方案。本发明能按照用户舰船已配置的多数电动螺旋桨推进器、部分汽油和柴油尾挂推进器进行定制化电传控制改装，具有改装成本低、安装方便、控制接口开放、环境适用性强等特点，应用场合广泛，实用性强。

Claims (10)

1.一种电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：包括固定在艇艉横梁上的舵机支撑座，所述舵机支撑座的上方拆卸式安装有电传舵机，所述电传舵机的下方转动连接有吊杆，所述吊杆的底部安装有水下推进机构；
所述电动推进器还包括折叠固定装置，所述折叠固定装置包括活动套设在吊杆外侧的滑动轴承套以及与滑动轴承套固定连接的吊杆支撑座。
2.根据权利要求1所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述舵机支撑座包括一对下片舵机支撑座和一对上片舵机支撑座；所述下片舵机支撑座对称固定在艇艉横梁上，所述上片舵机支撑座通过铰链轴与下片舵机支撑座铰接；所述下片舵机支撑座和上片舵机支撑座之间还安装有正姿定位销。
3.根据权利要求2所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述上片舵机支撑座的顶部开设有锁定卡槽，所述锁定卡槽的底部开设有螺纹孔；所述上片舵机支撑座通过螺纹孔与电传舵机连接。
4.根据权利要求3所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述电传舵机包括固定在舵机支撑座上方的底盘，所述底盘的顶部安装有驱动机构，所述驱动机构的输出端通过环形齿轮减速器与吊杆连接；
电传舵机还包括套设在吊杆上的转向法兰，所述转向法兰穿设底盘和环形齿轮减速器，且转向法兰、底盘、环形齿轮减速器同轴设置；所述转向法兰包括法兰盘段、轴套段和同步带轮段；所述同步带轮段位于环形齿轮减速器的顶部，所述同步带轮段套设有同步带轮，所述同步带轮内设有舵角传感器；
电传舵机还包括固定在底盘上的外壳。
5.根据权利要求4所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述驱动机构包括推进器直流伺服电机驱动器和舵机步进电机驱动器。
6.根据权利要求4所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述底盘的两侧对称固定有一对底盘定位耳，所述底盘定位耳的尺寸与锁定卡槽的尺寸相适配；所述底盘定位耳通过锁定螺栓与上片舵机支撑座连接。
7.根据权利要求4所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述外壳的下部周侧开设有第一连接孔，所述底盘的侧壁周侧开设有与第一连接孔适配的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内穿设有外壳安装螺钉；所述外壳和底盘通过外壳安装螺钉连接为一体。
8.根据权利要求4所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述底盘和环形齿轮减速器上对应开设有螺纹孔，所述螺纹孔内穿设有减速器安装螺钉。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述吊杆支撑座包括一对对称设置的弓座，所述弓座的一端固定有带手柄的固定螺杆。
10.根据权利要求1-8任一项所述的电传控制尾挂式电动推进器，其特征在于：所述滑动轴承套的外侧固定有吊杆翻转定位手柄。
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CN114889794A (zh) * 2022-06-06 2022-08-12 中国科学院沈阳自动化研究所 一种深海自主水下机器人的槽道推进器
CN116176818A (zh) * 2023-04-28 2023-05-30 山东科技大学 一种无人船推进结构

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