CN112865384B - 一种推进器用水密电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推进器用水密电机，包括水密连接器、硫化盖、电机端盖、电枢绕组、密封壳、自润滑轮、永磁体挡圈、永磁体和转子。该水密电机利用无刷电机采用逻辑电路实现换相和无电刷的特点，借助高强度非导磁材料制作的密封壳将电枢绕组进行静态密封，电枢绕组产生的电磁力穿透密封壳与转子上的永磁体之间形成相互作用力，驱动转子旋转，从而避开动密难题。转子和高强度永磁体为实体材料可满足深水使用要求，密封壳内部填充绝缘液压油，外部安装压力平衡装置，使电机内外压力保持动态平衡状态，从而满足全海深使用要求。该水密电机不涉及动密封结构，只采用静态双径向密封，密封更加安全、可靠。

Description

一种推进器用水密电机

技术领域

本发明属于水下动力技术领域，具体为一种推进器用水密电机。

背景技术

探索、开发和利用深海资源是一个重要的战略方向。使用水深超过6000m的水下推进器、液压设备、伺服器等水下执行器基本都处于限制进口状态，且价格非常昂贵，全海深推进器起步价基本在10万元以上。

深海资源的开发和利用过程中，主要的技术难点有两个，一是设备的耐压能力，二是水下密封性能。设备的耐压能力可以通过选择高强度材料和增加设备壳体厚度进行改善。对于水下运动设备，水下动密封是最难解决的一个问题。

深海资源的开发和利用只能依靠水下机器人去执行，而电机是一个非常重要的传动设备，是水下机器人执行动作的动力源，如果电机具备了水密能力就可大幅度降低执行器的设计难度。而利用电机进行传动，就需要解决动密封难题，常用填充液压油的方式实现内外压力平衡，在电机传动轴处设计密封，从而实现动密封的要求。现有的水下动密封方式主要有O形圈密封、唇型封方式和机械密封方式。O形圈密封和唇型密封，密封圈容易磨损使用寿命较低，在深水中使用安全系数较低。用机械密封方式，结构较复杂很难实现小型化设计。因此，对于大深度设备，只要存在动密封环节，就存在有较大的安全隐患，不是最佳设计方案。

目前市场上有一些防水电机，用硫化胶将电机的电枢绕组进行填充固化从而实现密封，此设计比较简单、廉价，一般只适合于200m以内的水深条件下使用。电机高速旋转时，转子和电枢绕组之间会有高速水流层，水中的杂质会对电枢绕组表面的硫化胶造成冲击、磨损，且电枢绕组内部会有热量产生，因此胶体容易受损、老化，电机使用寿命及可靠性较低。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，发明人进一步的设计研究，将水下电机的动密封问题转换成静态密封问题，解决水下电机的动密封技术难题，并利用压力平衡机制达到全海深使用能力，同时实现小型、通用化设计，让水下机器人游的更深。

具体的，本发明提供了一种推进器用水密电机。

本发明的目的是这样实现的：

一种推进器用水密电机，包括水密连接器、硫化盖、电机端盖、电枢绕组、密封壳、自润滑轮、永磁体挡圈、永磁体和转子。

所述水密连接器的前端固定于硫化盖上，所述硫化盖固定于电机端盖的内部，所述电机端盖的安装轴外表面径向套穿有电枢绕组，所述电枢绕组安装于密封壳的内部，所述密封壳的前端穿过自润滑轮并安装于转子内部，所述转子的内壁上安装有永磁体，并通过永磁体挡圈包裹。

所述密封壳的后端固定于电机端盖的后端上。

所述密封壳上的旋转支撑轴穿通转子前端面，并通过耐磨胶圈、弹片和转子挡圈将转子固定于旋转支撑轴上。

进一步的，所述硫化盖的前端还设置第一密封圈槽并内装有第一O形密封圈。

所述电机端盖的后端还设置第二密封圈槽并内装有第二O形密封圈。

进一步的，所述硫化盖的后端面上还包括通过安装孔安装的充油嘴，所述水密连接器的前端还安装有油囊，所述充油嘴连接着油囊。所述油囊为柔性、耐高温和耐腐蚀的胶体材料。所述安装孔对接着电机端盖上的通孔。

进一步的，所述充油嘴设置两个，其中一个是进油口，另一个是出油口。

进一步的，所述密封壳的前端内部设置有环形支撑槽口，所述环形支撑槽口内嵌套着安装轴的前端。

进一步的，所述自润滑轮上设置有第一排水孔。所述自润滑轮的材质为石墨。

进一步的，所述永磁体挡圈的后端和转子的后端通过螺钉固定。所述永磁体挡圈的前端环形凸台嵌套于转子的前端内部环形凹槽中。所述转子的前端面上设置有第二排水孔。

进一步的，所述永磁体的表面涂有耐腐蚀材料。所述密封壳的材质为钛合金。

进一步的，所述第一密封圈槽、第二密封圈槽、第一O形密封圈和第二O形密封圈的数量均为两个。

一种推进器，包括所述的水密电机。

本发明的工作原理：

利用无刷电机采用逻辑电路实现换相和无电刷的特点，借助高强度非导磁材料制作的密封壳将电枢绕组进行静态密封，电枢绕组产生的电磁力穿透密封壳与转子上的永磁体之间形成相互作用力，驱动转子旋转，从而避开动密难题。转子和高强度永磁体为实体材料可满足深水使用要求，密封壳内部填充绝缘液压油，外部安装压力平衡装置，使电机内外压力保持动态平衡状态，从而满足全海深使用要求。

本发明的有益效果：

该水密电机不涉及动密封结构，只采用静态双径向密封，密封更加安全、可靠。

该水密电机中的电枢绕组部分采用钛合金密封壳进行独立密封，填充绝缘液压油并在外部安装压力补偿油囊，所具有的耐压能力可在全海深使用，且使用寿命更长。若撤下压力补偿油囊和充油嘴，将硫化盖后端面上的安装孔用堵头堵住，在不填充液压油的前提下，该电机所具有的耐压能力可在水深1000m以内使用。所述油囊用于平衡钛合金密封壳内外测的压力，保证钛合金密封壳内绝缘液压油的压力与外侧海水的压力基本一致，避免电机在深水使用时钛合金密封壳出现形变。

该水密电机为无轴承结构，减小由电机产生的震动噪声，并采用自润滑轮承担轴向压力，同时减小摩擦阻力，非常适合用于水下推进器。

该水密电机中的钛合金密封壳的前端内部设置有环形支撑槽口，环形支撑槽口内嵌套着安装轴的前端，使电枢绕组安装轴可辅助承担钛合金密封壳受到的端面水压，提高钛合金密封壳的耐压能力，同时，可辅助承担转子高速旋转时带来的径向力，减少径向抖动。

附图说明

图1为本发明水密电机安装结构示意图。

图2为本发明水密电机整体结构示意图。

图3为本发明水密电机剖面图。

图4为本发明硫化盖剖面图。

图5为本发明电机端盖剖面图。

图6为本发明密封壳剖面图。

图7为本发明自润滑轮剖面图。

图8为本发明转子挡圈剖面图。

图9为本发明转子剖面图。

其中，1—水密连接器，2—油囊，3—第一螺钉，4—充油嘴，5—硫化盖，501—第一O形密封圈，502—第一密封圈槽，503—安装孔，6—电机端盖，601—第二O形密封圈，602—第二密封圈槽，603—通孔，604—电枢绕组安装轴，7—电枢绕组，8—密封壳，9—第二螺钉，802—环形支撑槽口，803—旋转支撑轴，10—自润滑轮，1001—第一排水孔，11—永磁体挡圈，1102—环形凸台，12—永磁体，13—转子，1302—环形凹槽，1303—第二排水孔，14—耐磨胶圈，15—弹片，16—转子挡圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面参照附图并结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1～3所示，一种推进器用水密电机，其特征在于，包括水密连接器1、硫化盖5、电机端盖6、电枢绕组7、密封壳8、自润滑轮10、永磁体挡圈11、永磁体12和转子13。

所述水密连接器1的前端固定于硫化盖5上，所述硫化盖5安装于电机端盖6的内部，所述电机端盖6的安装轴604外表面径向套穿有电枢绕组7，所述电枢绕组7安装于密封壳8的内部，所述密封壳8的前端穿过自润滑轮10并安装于转子13内部。所述转子13的内壁上安装有永磁体12，并通过永磁体挡圈11包裹，以便减小永磁体12和转子13的旋转阻力，以及永磁体12的冲击磨损。

所述硫化盖5通过第一螺钉3固定于电机端盖6内。

所述密封壳8的后端通过第二螺钉9固定于电机端盖6的后端上。

所述密封壳8上的旋转支撑轴803穿通转子13前端面，并通过耐磨胶圈14、弹片15和转子挡圈16将转子13固定于旋转支撑轴803上防止脱落。

如图3～4所示，所述硫化盖5前端的两个第一密封圈槽502内均安装有第一O形密封圈501进行双径向密封。

如图3和5所示，所述电机端盖6后端的两个第二密封圈槽602内均安装有第二O形密封圈601进行双径向密封。

如图1～2所示，所述硫化盖5上的两个安装孔503中可安装充油嘴4，两个充油嘴4中有一个是进油口，一个是出油口，所述水密连接器1的前端可安装油囊2，所述充油嘴4连接着油囊2；当该水密电机在深水中使用时，先将两个充油嘴4外接输油管，为电机内部填充液压油，再将两个充油嘴4的油口连接于油囊2上，确保深水使用时内外压力平衡。

所述安装孔503对接着电机端盖6上的通孔603，用于将绝缘液压油引入到电枢绕组7内部，同时用于电机控制线的连接。

所述油囊2为柔性、耐高温和耐腐蚀的胶体材料，且所述油囊2的外侧可增加防碰撞和防刮伤的刚性材料。

如图3和6所示，所述密封壳8的前端内部设置有环形支撑槽口802，所述环形支撑槽口802内嵌套着安装轴604的前端，使电枢绕组安装轴604可辅助承担钛合金密封壳8受到的端面水压，提高钛合金密封壳8的耐压能力，同时，可辅助承担转子13高速旋转时带来的径向力，减少径向抖动。

所述密封壳8的材质为钛合金。

如图7所示，所述自润滑轮10上设置有第一排水孔1001，保证转子13高速旋转时永磁体挡圈11内侧的水流可以顺势流出，减小旋转阻力，同时也用于排出内部积水。所述自润滑轮10安装于密封壳8和转子13之间，用于承担电机的轴向力。

所述自润滑轮10的材质为石墨。

所述永磁体挡圈11的后端和转子13的后端通过螺钉固定，防止高速旋转时出现相对滑动。

如图8～9所示，所述永磁体挡圈11的前端环形凸台1102嵌套于转子13的前端内部环形凹槽1302中，互相配合进行限位，简化组装方法。

所述转子13的一端面上设置有第二排水孔1303，可在电机使用完成后排出内部的积水，减少由积水带来的腐蚀。

所述永磁体12的表面涂有耐腐蚀材料。

具体使用时，根据使用深度决定是否在电机内部填充液压油，当去除充油嘴和油囊，不填充绝缘液压油时，靠该电机自身的静密封性能可在1000m水深内使用。当充油嘴外接压力平衡油囊时，该电机可在全海深使用。

一种推进器，包括所述水密电机。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种推进器用水密电机，其特征在于，包括水密连接器（1）、硫化盖（5）、电机端盖（6）、电枢绕组（7）、密封壳（8）、自润滑轮（10）、永磁体挡圈（11）、永磁体（12）和转子（13）；

所述水密连接器（1）的前端固定于硫化盖（5）上，所述硫化盖（5）固定于电机端盖（6）的内部，所述电机端盖（6）的安装轴（604）外表面径向套穿有电枢绕组（7），所述电枢绕组（7）安装于密封壳（8）的内部，所述密封壳（8）的前端穿过自润滑轮（10）并安装于转子（13）内部，所述转子（13）的内壁上安装有永磁体（12），并通过永磁体挡圈（11）包裹；

所述密封壳（8）的后端固定于电机端盖（6）的后端上；

所述密封壳（8）上的旋转支撑轴（803）穿通转子（13）前端面，并通过耐磨胶圈（14）、弹片（15）和转子挡圈（16）将转子（13）固定于旋转支撑轴（803）上；

所述硫化盖（5）的前端还设置第一密封圈槽（502）并内装有第一O形密封圈（501），所述硫化盖（5）的后端面上还包括通过安装孔（503）安装的充油嘴（4）；

所述电机端盖（6）的后端还设置第二密封圈槽（602）并内装有第二O形密封圈（601）；

所述充油嘴（4）设置两个，其中一个是进油口，另一个是出油口；

所述水密连接器（1）的前端还安装有油囊（2），所述充油嘴（4）连接着油囊（2）；所述安装孔（503）对接着电机端盖（6）上的通孔（603）。

2.根据权利要求1所述的一种推进器用水密电机，其特征在于，所述油囊（2）为柔性、耐高温和耐腐蚀的胶体材料。

3.根据权利要求1所述的一种推进器用水密电机，其特征在于，所述密封壳（8）的前端内部设置有环形支撑槽口（802），所述环形支撑槽口（802）内嵌套着安装轴（604）的前端。

4.根据权利要求1所述的一种推进器用水密电机，其特征在于，所述自润滑轮（10）上设置有第一排水孔（1001）；所述自润滑轮（10）的材质为石墨。

5.根据权利要求1所述的一种推进器用水密电机，其特征在于，所述永磁体挡圈（11）的后端和转子（13）的后端通过螺钉固定；所述永磁体挡圈（11）的前端环形凸台（1102）嵌套于转子（13）的前端内部环形凹槽（1302）中；所述转子（13）的前端面上设置有第二排水孔（1303）。

6.根据权利要求1所述的一种推进器用水密电机，其特征在于，所述永磁体（12）的表面涂有耐腐蚀材料；所述密封壳（8）的材质为钛合金。

7.根据权利要求2所述的一种推进器用水密电机，其特征在于，所述第一密封圈槽（502）、第二密封圈槽（602）、第一O形密封圈（501）和第二O形密封圈（601）的数量均为两个。

8.一种推进器，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的水密电机。

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