CN112636519A - 一种电动推杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动推杆。所述电动推杆包括压力补偿部分、驱动部分和推进部分，所述压力补偿部分的一端接外部电源，另一端与驱动部分相电连接，所述驱动部分与推进部分相连接，且所述压力补偿部分内部和驱动部分内部相连通形成一密封区域，密封区域内充满绝缘液体，用于对电动推杆进行压力补偿。进一步的，所述驱动部分的驱动电机采用所述电动推杆的外壳作为电机机壳。本发明通过在电动推杆上增设压力补偿结构，使其自身具有压力补偿功能，无需另外配备附属的压力补偿器，使系统体积减小，可在深海环境使用。

Description

一种电动推杆

技术领域

本发明属于电动推杆技术领域，具体涉及一种可在海洋环境应用的电动推杆。

背景技术

随着我国海洋强国战略的实施和海洋探索的不断深入，水下机器人、水下机械臂、深海矢量推进器等海洋智能装备的需求量逐年攀升，市场前景看好。直线驱动作为海洋智能装备的基础部件之一，直接决定着整机的性能和质量，是装备的核心关键部件。

当前海洋智能装备的直线驱动多采用液压缸，虽然液压缸具有负载大，耐高压、结构简单等优点，但它整机体积庞大、笨重，在使用过程中需要提供专业的液压供油系统，存在液压油泄漏、污染的风险，后期维修保养成本也较高。

电动推杆是近几年发展迅速的新型直线驱动，它集成了旋转电机、减速器、螺杆、螺母、推杆等机构，能把电机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动，具备体积小、精度高、速度快、可自锁、控制简单、使用过程环保、维护成本低等优点，已经在陆上智能装备领域获得广泛应用。如果能把电动推杆应用于海洋智能装备，不仅可以弥补液压缸的不足，还可以开拓电动推杆的市场领域、带来较大的经济效益。

但是，目前国内外市场极少有可应用于海洋环境的电动推杆，而能应用于深海环境的电动推杆至今还没有发现，仍处于空白阶段。由于海洋环境（特别是深海环境）条件恶劣，电动推杆需要解决海水高耐压、海水密封、海水防腐蚀等技术问题，才能在海洋环境应用。

因此，如何提供一种应用于海洋环境的电动推杆，是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种应用于海洋环境的电动推杆，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种电动推杆，包括压力补偿部分、驱动部分和推进部分，所述压力补偿部分的一端接外部电源，另一端与驱动部分相电连接，所述驱动部分与推进部分相连接，且所述压力补偿部分内部和驱动部分内部相连通形成一密封区域，所述密封区域内充满绝缘液体，所述压力补偿部分包括可被压缩的柔性管，所述柔性管一端与外部电源连接，另一端与驱动部分相连接，通过压缩柔性管内的绝缘液体对电动推杆进行压力补偿。

在一优选实施例中，所述压力补偿部分还包括电连接线和接头，所述电连接线内置于所述柔性管内，且所述电连接线的一端与驱动部分相电连接，另一端通过所述接头连接外部电源。

在一优选实施例中，所述电动推杆还包括外壳，所述驱动部分包括驱动电机，所述驱动电机以所述外壳作为电机机壳；所述外壳一端密封，另一端与推进部分密封连接；所述外壳还与柔性管相连通，内部形成所述密封区域；所述驱动电机与外部电源电连接，且与所述推进部分相连接。

在一优选实施例中，所述驱动电机包括电机本体和与电机本体相连的减速器，所述电机本体与外部电源电连接，所述减速器与所述推进部分相连接。

在一优选实施例中，所述电机本体与减速器之间通过传动方向变换机构相连接。

在一优选实施例中，所述电机本体包括电机定子、电机转子、电机轴、第一轴承、第二轴承和电机端盖，所述电机定子固定于外壳内壁上，所述电机转子位于电机定子内且与电机轴固定连接，所述电机轴的两端分别通过所述第一轴承和第二轴承支撑，所述第一轴承与电机端盖连接，所述电机轴的输出端与所述减速器的输入端相固定连接。

在一优选实施例中，所述外壳包括壳体和底盖，所述壳体的一端与推进部分密封连接，另一端通过所述底盖密封，且所述底盖上设置有与壳体内相连通的泄油口，所述泄油口通过堵头密封。

在一优选实施例中，所述推进部分包括外筒、丝杆和推杆机构，所述外筒的一端的外壁与外壳之间固定且密封连接，所述丝杆的一端与减速器的输出端相固定连接，另一端与推杆机构相连，所述推杆机构至少部分位于外筒内，所述推杆机构在丝杆转动带动下沿轴向直线移动，且所述推进部分与驱动电机共用外壳。

在一优选实施例中，所述推杆机构与外筒之间通过防旋转结构配合，所述推杆机构通过所述防旋转结构在径向不旋转。

在一优选实施例中，所述外筒和丝杆之间通过机械动密封进行密封，所述机械动密封固定于所述减速器的输出端，所述外壳的内壁与外筒的外壁之间通过第一密封圈密封。

在一优选实施例中，所述推进部分、外壳及机械动密封选用耐腐蚀合金或不锈钢，且所述推进部分、外壳及机械动密封的表面设置有防腐涂层。

在一优选实施例中，所述减速器的输出端通过第三轴承支撑，且所述第三轴承的内圈与丝杆的底端固定连接，外圈与外壳的内壁固定连接。

在一优选实施例中，所述壳体的内壁与底盖的外壁之间设置有第二密封圈。

在一优选实施例中，所述传动方向变换机构包括连接轴和至少两个传动齿轮，所述连接轴的一端与减速器的输入端固定连接，另一端固定连接一传动齿轮，所述电机轴的输出端固定连接一传动齿轮，所述电机轴与变速器之间通过多个依次相啮合的所述传动齿轮实现传动方向变换。

本发明实施例提供了一种电动推杆的应用，所述电动推杆应用于海洋环境。

与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：

1、本发明在电动推杆上增设压力补偿结构，使其自身具有压力补偿功能，无需另外配备附属的压力补偿器，使系统体积减小，且可在深海环境使用。

2、本发明采用机械动密封和密封圈相结合的密封方式，保证电动推杆可在海洋使用且不泄露。

3、本发明根据零部件特性区分了密封区域和敞开区域，相比较其它水下推杆，减少了密封区域的范围，使密封实施更简单、有效。

4、本发明提出的暴露海水零部件采用防腐材料加工和表面防腐处理方法，可显著降低电动推杆被海水腐蚀的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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是本发明一实施方式中电动推杆的立体图；

图2是本发明一实施方式中电动推杆的剖面图；

图3是本发明另一实施方式中电动推杆的立体图；

图4是本发明另一实施方式中电动推杆的剖面图；

图5是本发明另一实施方式中齿轮传动的示意图。

附图标记：

10、压力补偿部分，11、柔性管，12、接头，13、电连接线，20、驱动部分，21、外壳，211、壳体，212、底盖，213、泄油口，214、堵头，22、驱动电机，221、电机本体，2211、电机定子，2212、电机转子，2213、电机轴，2214、第一轴承，2215、第二轴承，2216、电机端盖，222、减速器，23、第二密封圈，24、第一密封圈，25、第三轴承，26、机械动密封，30、推进部分，31、外筒，32、丝杆，33、推杆机构，40、密封区域，50、传动方向变换机构，51、连接轴，52、第一传动齿轮，53、第二传动齿轮，54、第三传动齿轮。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

本发明所揭示的一种电动推杆及海洋智能装备，通过对电动推杆增设压力补偿结构，使其自身具有压力补偿功能，无需另外配备附属的压力补偿器，使系统体积减小，且可在多种海洋环境，例如深海环境使用。

结合图1~图4所示，本发明所揭示的一种电动推杆，主要适用于水下环境，如深海环境，其包括压力补偿部分10、驱动部分20和推进部分30，其中，压力补偿部分10的一端接外部电源（图未示），另一端与驱动部分20相电连接，驱动部分20与推进部分30相连接，且压力补偿部分10内部和驱动部分20内部相连通形成一密封区域40，该密封区域40内充满绝缘液体（如绝缘液压油，图未示），用于对电动推杆进行压力补偿。

实施时，压力补偿部分10具体包括柔性管11、接头12和电连接线13，其中，柔性管11可以是柔性橡胶管，其在收到压力下可收缩，柔性管11的一端与驱动部分20相连接，具体可通过管夹（图未示）与驱动部分20相连接，另一端与接头12相连接，具体也可通过管夹（图未示）相连。实施时，柔性管11的长度和内径可根据电动推杆应用的海洋深度来确定。电连接线13内置于柔性管11内，其一端与驱动部分20相电连接，另一端与接头12相电连接，接头12连接外部电源，实施时，电连接线13可以是电缆，接头12可以是高压水密电缆接头。

实施时，驱动部分20具体包括外壳21及位于外壳内的驱动电机22，其中，外壳21的一端密封，另一端与推进部分30密封连接，且外壳与柔性管11相连通，两者内部相连通形成上述密封区域40；驱动电机与外部电源电连接，且与推进部分30相连接，其在接通外部电源后推动推进部分30工作。

实施时，外壳21可以是一体的、上端开口的管状结构，也可以是包括多个分体零件组装形成的上端开口的管状结构。本实施例中，外壳21包括分体的壳体211和底盖212，其中，壳体211的一端为开口状，且与推进部分30密封连接，另一端通过底盖212密封。本实施例中，底盖212安装于壳体211的底部，具体可与壳体211通过紧定螺钉（图未示）连接。底盖212上设置有与壳体211内相连通的泄油口213，泄油口213通过堵头214密封，通过该泄油口213可以向壳体211和柔性管11内填充绝缘液压油，加完后通过堵头214密封。优选地，底盖212的外壁与壳体211的内壁之间设置有第二密封圈23，以增加壳体211底部的密封性。

实施时，驱动电机22可具体包括电机本体221和与电机本体相连的减速器222，电机本体221与外部电源电连接，减速器222与推进部分30相连接。实施时，电机本体221可与减速器222直接相连，或者通过传动方向变换机构50与减速器222间接相连。

实施时，电机本体221具体包括电机定子2211、电机转子2212、电机轴2213、第一轴承2214、第二轴承2215和电机端盖2216，其中，电机定子2211固定于壳体211的内壁上，具体可通过过盈配合固定于壳体211的内壁上。电机转子2212穿过电机定子2211，即位于电机定子2211内，具体位于电机定子2211的中央，且与电机定子2211之间具有一定的间隙。电机轴2213穿过电机转子2212且与电机转子2212固定连接，具体可通过过盈配合与电机转子2212固定连接，且电机轴2213的上下两端分别通过第一轴承2214和第二轴承2215支撑，以保证电机轴2213安装时的同轴精度。具体地，电机轴2213与第一轴承2214之间、电机轴2213与第二轴承2215之间可通过过渡配合连接，且第二轴承2215与壳体211的内壁之间固定连接，如具体可通过过渡配合直接与壳体211的内壁连接。电机端盖2216位于电机本体221的一端且固定于壳体211的内部，且与第一轴承2214固定连接，具体可通过过渡配合与壳体211的内壁连接，通过过渡配合与第一轴承2214连接。

结合图1和图2所示，电机轴2213的输出端（即电机轴2213的上端）可与减速器222的输入端（即减速器222的下端）直接相固定连接，具体可通过螺栓（图未示）夹紧固定连接。电机轴2213轴向转动的同时驱动减速器222同步运动。在其他替换实施例中，结合图3~图5所示，电机轴2213的输出端可与减速器222的输入端通过传动方向变换机构50相间接连接。如图5所示，传动方向变换机构50可具体包括连接轴51和至少两个传动齿轮，该实施例中，传动齿轮设置有三个，分别定义为第一传动齿轮52、第二传动齿轮53和第三传动齿轮54，其中，第一传动齿轮52与电机轴2213的输出端连接，具体可通过平键（图未示）和紧定螺钉（图未示）固定连接，第二传动齿轮53与连接轴51固定连接，具体可通过平键（图未示）和紧定螺钉（图未示）固定连接，连接轴51与减速器222的输入端固定连接，具体可螺栓（图未示）夹紧固定连接。第三传动齿轮54固定于外壳的底盖212上，具体可通过轴承（图未示）和轴（图未示）固定于底盖212上，且第三传动齿轮54位于第一传动齿轮52和第二传动齿轮53之间，且与第一传动齿轮52和第二传动齿轮53均啮合。其中，第一传动齿轮52、第二传动齿轮53和第三传动齿轮54之间的平面位置关系如图5所示。电机轴2213转动的同时带动第一传动齿轮52转动，第一传动齿轮52通过第三传动齿轮54驱动第二传动齿轮53同向转动，第二传动齿轮53转动的同时带动减速器222同步运动。实施时，减速器222结构不限，可为蜗轮蜗杆减速机构或其它齿轮减速机构。

实施时，推进部分30具体包括外筒31、丝杆32和推杆机构33，其中，外筒31的一端的外壁与外壳的壳体211的内壁之间固定且密封连接，具体可通过紧定螺钉（图未示）固定连接。且优选地，外筒31的外壁与壳体211的内壁之间通过第一密封圈24密封，以实现两者的密封连接。丝杆32位于外筒31内，其一端与减速器222的输出轴相固定连接，具体两者可为间隙配合，且通过双平键（图未示）连接。丝杆32的底端还连接有第三轴承25，第三轴承25与壳体211的内壁固定连接，如第三轴承25具体可与丝杆32通过过渡配合连接，且第三轴承25与壳体211的内壁之间也可通过过渡配合连接。另外，优选地，外筒31和丝杆32之间通过机械动密封26密封，具体地，机械动密封26固定于减速器222的输出端，且位于外筒31和丝杆32之间。推进部分30与驱动部分20之间通过上述第一密封圈24和机械动密封26实现密封，使得驱动部分20内部和柔性管11之间能形成密封区域40，与外界环境（如海水）相隔离。当电动推杆用于深海环境时，推进部分30为敞开区域，直接与海水接触。

推杆机构33至少部分位于外筒31内，且与丝杆32传动连接，并能够在丝杆32转动带动下相对丝杆32上下移动，实施时，推杆机构33与丝杆32具体可通过螺纹结构与丝杆32连接，丝杆32在减速器222的驱动下转动的同时，还驱使推杆机构33沿轴向直线移动。实施时，推杆机构33可为T型螺母。优选地，为了防止推杆机构33在上下移动（即推进过程中）的同时在径向发生旋转，推杆机构33与外筒31之间还通过防旋转结构配合。具体地，防旋转结构可具体包括设置于推杆机构外壁上的凸起（图未示）及设置于外筒内壁上的凹起（图未示，可以是外筒的法兰凹进部分），两者间隙配合。

另外，需要强调的是，本发明的驱动电机22是集成在电动推杆外壳内的，该驱动电机22和电动推杆共用外壳21。即驱动电机22的电机机壳即电动推杆的外壳。如此可以使该电动推杆的结构更为简单紧凑。

优选地，为了保证电动推杆密封区域的密封性能，电动推杆所采用的机械动密封26应满足在1MPa以上压力环境下使用，所采用的密封圈（包括第一密封圈24和第二密封圈23）为优质橡胶模压O型圈。另外，在应用于深海环境中时，由于外筒31、推杆机构33、丝杆32、机械动密封26、壳体211、底盖212等全部暴露于海水中，容易被海水腐蚀，所以这些零部件材料选用钛合金、特种防腐合金或316不锈钢等加工；同时需要对这些零件进行表面防腐处理，如喷涂重防腐涂料或热镀重防腐涂层等。

本发明电动推杆的工作原理为：将电动推杆放入海水中时，随着海深的增加，海水压力逐渐上升，在压差的作用下柔性管11被压缩，密封区域40内的绝缘液压油随着柔性管11体积的变小而压力上升。当绝缘液压油与外部海水压力持平时，柔性管11被停止压缩。此时，电动推杆内外部压力平衡，达到压力补偿的目的。压力补偿可避免电动推杆的零部件由于内外压差过大而损坏。电动推杆通电后，控制电机转子2212旋转，之后直接连接减速器222（或通过传动齿轮变换传动方向后连接减速器222）调整转速，减速器222的输出轴带动丝杆32旋转，丝杆32带动推杆33升降，达到直线驱动的目的。

由于本发明的电动推杆自身具备压力补偿功能，可耐深海高压。且设置有机械动密封26和密封圈，保证密封区域不漏水；暴露零部件选用防腐材料加工且进行表面防腐处理，保证零部件不被海水腐蚀，从而实现本发明的电动推杆可在深海环境使用。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has 或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种电动推杆，其特征在于，所述电动推杆包括压力补偿部分、驱动部分和推进部分，所述压力补偿部分的一端接外部电源，另一端与驱动部分相电连接，所述驱动部分与推进部分相连接，且所述压力补偿部分内部和驱动部分内部相连通形成一密封区域，所述密封区域内充满绝缘液体，所述压力补偿部分包括可被压缩的柔性管，所述柔性管一端与外部电源连接，另一端与驱动部分相连接，通过压缩柔性管内的绝缘液体对电动推杆进行压力补偿。

2.根据权利要求1所述的电动推杆，其特征在于，所述压力补偿部分还包括电连接线和接头，所述电连接线内置于所述柔性管内，且所述电连接线的一端与驱动部分相电连接，另一端通过所述接头连接外部电源。

3.根据权利要求1所述的电动推杆，其特征在于，所述电动推杆还包括外壳，所述驱动部分包括驱动电机，所述驱动电机以所述外壳作为电机机壳；所述外壳一端密封，另一端与推进部分密封连接；所述外壳还与柔性管相连通，内部形成所述密封区域；所述驱动电机与外部电源电连接，且与所述推进部分相连接。

4.根据权利要求3所述的电动推杆，其特征在于，所述驱动电机包括电机本体和减速器，所述电机本体与外部电源电连接，所述减速器与所述推进部分相连接。

5.根据权利要求4所述的电动推杆，其特征在于，所述电机本体与减速器之间通过传动方向变换机构相连接；和/或，所述电机本体包括电机定子、电机转子、电机轴、第一轴承、第二轴承和电机端盖，所述电机定子固定于外壳内壁上，所述电机转子位于电机定子内且与电机轴固定连接，所述电机轴的两端分别通过所述第一轴承和第二轴承支撑，所述第一轴承与电机端盖连接，所述电机轴的输出端与所述减速器的输入端相固定连接。

6.根据权利要求3所述的电动推杆，其特征在于，所述外壳包括壳体和底盖，所述壳体的一端与推进部分密封连接，另一端通过所述底盖密封，且所述底盖上设置有与壳体内相连通的泄油口，所述泄油口通过堵头密封。

7.根据权利要求4所述的电动推杆，其特征在于，所述推进部分包括外筒、丝杆和推杆机构，所述外筒的一端的外壁与外壳之间固定且密封连接，所述丝杆的一端与减速器的输出端相固定连接，另一端与推杆机构相连，所述推杆机构至少部分位于外筒内，所述推杆机构在丝杆转动带动下沿轴向直线移动。

8.根据权利要求7所述的电动推杆，其特征在于，所述推杆机构与外筒之间通过防旋转结构配合，所述推杆机构通过所述防旋转结构在径向不旋转。

9.根据权利要求7所述的电动推杆，其特征在于，所述外筒和丝杆之间通过机械动密封进行密封，所述机械动密封固定于所述减速器的输出端，所述外壳的内壁与外筒的外壁之间通过第一密封圈密封。

10.根据权利要求9所述的电动推杆，其特征在于，所述推进部分、外壳及机械动密封的材质包括耐腐蚀合金或不锈钢，且所述推进部分、外壳及机械动密封的表面设置有防腐涂层。

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