CN114275136A - 一种水下推进器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及潜水设备技术领域，公开了一种水下推进器。该水下推进器包括：涵道、扰流罩、外转子电机、螺旋桨和电机座。扰流罩包括前扰流罩，前扰流罩罩设于轮毂，前扰流罩与轮毂之间预留有用于作为进水口的间隙；外转子电机的第一端开设有第一过水孔；螺旋桨包括轮毂，轮毂通过开口套设于外转子电机；轮毂的端面开设有第二过水孔；外转子电机的第二端收容于电机座内，电机座将外转子电机固定在涵道内；轮毂与电机座之间，以及外转子电机的定子组件与外转子组件之间，预留有与装配间隙相连通的、用于作为排水口的间隙；排水口设有扰流凸起部。本发明提供的水下推进器的有益效果是：散热效果好，可以防止堵塞。

Description

一种水下推进器

技术领域

本发明涉及潜水设备技术领域，特别涉及一种水下推进器。

背景技术

水下推进器是水下设备的重要动力组件，特别是遥控无人潜水器(RemoteOperated Vehicle，ROV)，一般通过搭载多个推进器来实现在水下作业时多种不同姿态的切换。

水下推进器通常工作于不同的水域，一些水域的环境较为复杂，例如一些水域中存在着的悬浮的砂石、水草等杂物，这对于水下推进器来说是十分不利的，砂石或水草被卷入推进器后，会加快推进器的磨损失效。

传统的水下推进器为了防止在工作过程中卷入砂石等杂物，通常将定子与外转子之间的开口间隙设置得很小，虽然可以降低杂物被卷入水下推进器的概率，但是这种方法成本太高；或者在定子与外转子的结合位置装上密封圈或耐磨环，但是这种方法不利于电机的散热。

发明内容

基于此，有必要针对传统的水下推进器存在的上述问题，提供一种成本低且散热好，还能防止杂物被卷入的水下推进器。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：

一种水下推进器，包括：涵道；固定于所述涵道内的前扰流罩；外转子电机，所述外转子电机的第一端的端面开设有若干个第一过水孔，所述若干个第一过水孔与所述外转子电机的装配间隙相连通；螺旋桨，所述螺旋桨包括轮毂和设置在轮毂上的若干个桨叶，所述轮毂为第一端闭合而第二端开口的中空的壳体，所述轮毂通过所述开口套设于所述外转子电机的第一端；所述轮毂的第一端的端面开设有与所述若干个第一过水孔相对齐的若干个第二过水孔；所述前扰流罩罩设于所述轮毂的第一端的端面上，并且所述前扰流罩与所述轮毂之间设置有作为进水口的间隙；电机座，所述外转子电机的第二端收容于所述电机座内，所述电机座将所述外转子电机固定在所述涵道内；所述轮毂与所述电机座之间，以及所述外转子电机的定子组件与外转子组件之间，预留有与所述装配间隙相连通的间隙；所述间隙作为排水口，设有扰流凸起部。

作为上述方案的进一步改进方案，所述第一过水孔和/或所述第二过水孔内固定有过滤网。

作为上述方案的进一步改进方案，所述扰流凸起部包括：从所述轮毂的第二端的外表面，沿着所述轮毂的周向延伸出第一凸起部；以及从所述电机座的第一端的外表面上，沿着所述电机座的周向延伸出与所述第一凸起部相配合的第二凸起部。

作为上述方案的进一步改进方案，所述定子组件包括定子和定子端盖；所述定子的轴向上设有中心孔；所述定子端盖开设有第一轴孔，所述第一轴孔的边沿向外延伸出与所述第一轴孔相连通的空心轴，所述空心轴收容于所述中心孔内；所述定子端盖固定于所述电机座内。

作为上述方案的进一步改进方案，所述外转子组件包括外转子和转子端盖；所述外转子为两端开口的中空结构，所述定子收容于所述外转子内；所述转子端盖开设有的第二轴孔，所述若干个第一过水孔等间距地环绕所述第二轴孔分布，所述第二轴孔与所述空心轴相连通；所述转子端盖固定连接于所述外转子的其中一端；所述外转子上与所述转子端盖相离的另外一端与所述定子端盖之间预留有用于作为所述排水口的间隙。

作为上述方案的进一步改进方案，所述外转子组件还包括转轴，所述转轴穿设于所述第一轴孔、所述第二轴孔以及所述空心轴内。

作为上述方案的进一步改进方案，所述扰流凸起部包括：从所述外转子上相离于所述转子端盖的末端的外表面上，沿着所述外转子的周向延伸出第一凸起部；从所述定子端盖的侧壁上，沿着所述定子端盖的周向延伸出与所述第一凸起部相配合的第二凸起部；其中，所述定子端盖的侧壁为连接所述定子端盖的两个端面的表面。

作为上述方案的进一步改进方案，还包括：后扰流罩，所述后扰流罩固定于所述电机座的第二端，所述电机座的第二端为所述电机座上相离于所述螺旋桨的另外一端。

作为上述方案的进一步改进方案，所述前扰流罩的外表面上，向外延伸出若干个第一支脚，所述第一支脚上与所述前扰流罩相离的末端与所述涵道固定连接。

作为上述方案的进一步改进方案，所述电机座的外表面上，向外延伸出若干个第二支脚，所述第二支脚上与所述电机座相离的末端与所述涵道固定连接。

本发明提供的支架的有益效果是：将伯努利原理应用于水下推进器，从而使水在外转子电机内形成定向流动，起到了很好的散热效果；在转子端盖和螺旋桨上开设过水孔，并且在过水孔内安装过滤网，可以防止堵塞。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的水下推进器的立体图；

图2是本发明实施例提供的水下推进器的爆炸图；

图3是本发明实施例提供的前扰流罩的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的外转子电机的爆炸图；

图5是本发明实施例提供的外转子电机的立体图；

图6是本发明实施例提供的外转子电机的全剖视图；

图7是本发明实施例提供的螺旋桨的结构示意图；

图8是在图7中A方向上看到螺旋桨的视图；

图9是本发明实施例提供的电机座的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的水下推进器的全剖视图；

图11是水在本发明实施例提供的水下推进器内的流动示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本说明书所使用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。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。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；“多个”的含义是两个或两个以上；“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。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。

为便于更好地理解本技术方案，先对现有的水下推进器的情况作如下简要说明。

推进器主要由螺旋桨和外转子电机组成，因其具有结构简单且紧凑、密封简单且可靠、体积小和重量轻等特点，被广泛应用于各种小中型潜航器及推进器中。

在相同体积条件下，外转子电机提供的动力和力矩较其它类型的电机提供的动力和力矩都大，优势明显，故业界通常将外转子电机作为推进器的动力来源。

为了防止进水导致外转子电机损坏，通常对外转子电机的定子和绕组灌封处理，并对易腐蚀的零部件防腐处理，以得到能够适应于在较深水域中使用的外转子电机。

因为外转子电机的结构特性，外转子电机的外转子跟定子之间必须要预留装配间隙，以方便外转子与定子间做相对运动。装配间隙连通着外部环境，推进器在水下运行时水会流入装配间隙，从而起到散热的作用。

在一些推进器中，为了使外转子电机输出更大的驱动力，将装配间隙设置得很小，当推进器在一些较为复杂的水域中工作时，砂石不可避免地进入装配间隙，并且不断地对定子材料的表面摩擦，特别是一些粒径较大且棱角尖锐的砂石，加快了定子被磨损的速度；砂石在对定子造成磨损的同时，也会擦伤外转子电机内部的防腐层，从而元器件被锈蚀；或者砂石卡死外转子电机，使外转子电机无法正常转动。

为了防止水中泥沙等悬浮物进入外转子电机的装配间隙内，传统的外转子电机采用的其中一个措施是：减小外转子与定子之间的开口间隙。这种方法虽然可以降低发生上述情况的概率，但这要求外转子、定子均须具备较高的加工精度和装配精度，大大地增加了生产成本，影响了生产效率。

传统的外转子电机采用的另外一个措施是：在外转子与定子的开口间隙处加装密封圈或者耐磨环。虽然这种方法对防止水中泥沙等悬浮物进入外转子电机具有较好的效果，但是，由于密封圈或耐磨环跟外转子和定子直接接触，在外转子电机运转的过程中，外转子和定子之间会产生较大的摩擦力，降低了推进器的推重比和运行效率，并且加装密封圈和耐磨环不利于外转子电机散热，对外转子电机寿命、稳定性都有一定的影响。

针对传统的外转子电机的缺陷，申请人提供了一种水下推进器100，该水下推进器100不但具有较好的散热能力，而且能够防止水中悬浮物，例如泥沙进入外转子电机的装配间隙。

如图1和图2，本发明提供的水下推进器100，包括涵道10、扰流罩、外转子电机30、螺旋桨40和电机座50。

其中，涵道10为两端开口，中间贯通的柱状结构。扰流罩、外转子电机30、螺旋桨40和电机座50均收容于涵道10内。

扰流罩是一端开口，内部设有腔室，并且开口与腔室相连通的壳体。在扰流罩上，从设有开口的一端往腔室的底端方向上，扰流罩的径向尺寸逐渐变小。具体的，扰流罩包括前扰流罩21和后扰流罩22。

如图3，前扰流罩21的腔室内设有轴座孔211和肋板212。轴座孔211在腔室内自腔室的底端往开口的方向延伸；肋板212自前扰流罩21的内壁表面向轴座孔211延伸，将轴座孔211、肋板212以及前扰流罩21连为一体，从而提高前扰流罩21的强度。

前扰流罩21上与腔室的内壁表面相背离的外壁表面上，向外延伸出若干个第一支脚213，若干个第一支脚213沿着前扰流罩21的周向等间距分布，第一支脚213上与前扰流罩21相离的末端可拆卸地固定于涵道10的内壁。

如图4，外转子电机30包括定子组件31和外转子组件32。定子组件31包括定子311和定子端盖312；外转子组件32包括外转子321和转子端盖322。外转子电机30内容易被腐蚀的零件均采用了防腐处理。

定子311采用导热灌封胶进行灌封，定子311的轴向上开设有中心孔3111。定子端盖312开设有第一轴孔3121，第一轴孔3121的边沿向外延伸出空心轴3122，空心轴3122收容于中心孔3111内。定子端盖312上与空心轴3122相背离的表面开设有若干个螺纹沉孔3123，定子端盖312通过这些螺纹沉孔3123固定安装在电机座50内。

外转子321是一个两端开口、中间贯通的筒状结构。定子端盖312设于外转子321的其中一个末端，定子端盖312与外转子321的末端之间预留有与装配间隙相连通的第一间隙S1。转子端盖322固定安装于外转子321上与定子端盖312相对的另外一个末端。

如图5，外转子电机30的第一端的端面，即转子端盖322上，开设有第二轴孔3221、若干个第一固定孔3222和若干个第一过水孔3223。第二轴孔3221位于转子端盖322的中心，若干个第一过水孔3223等间距地分布于第二轴孔3221的周围，并且第一过水孔3223与装配间隙相连通，第一过水孔3223内安装有过滤网，过滤网可以根据水下推进器100运行环境的不同而替换成具有相应过滤能力的过滤网。

如图4、图5和图6，外转子组件32还包括穿设于空心轴3122内的转轴323。

如图4和图6，转轴323的其中一端(以下简称为“首端”)伸出第一轴孔3121，并且套设有第一滑动轴承324和固定环325，第一滑动轴承324装配于第一轴孔3121内，即转轴323其中一端通过第一滑动轴承324与第一轴孔3121配合。

在固定环325的外圆周表面上，沿着固定环325的径向开设有至少一个螺纹通孔3251，螺纹通孔3251内装配有机米螺丝，转轴323上用于与固定环325相配合的部分开设有环槽3231，机米螺丝的底端抵接着环槽3231的表面，以此将固定环325固定在转轴323上，从而限制第一滑动轴承324沿着转轴323从第一轴孔3121滑出。

如图5、图6和图10，转轴323的上相离于第一滑动轴承324的另外一端(以下简称为“尾端”)套设有第二滑动轴承326，第二滑动轴承326的外圆周表面套设有轴套327，轴套327装配于前扰流罩21的轴座孔211内，从而可以限制第二滑动轴承326沿着转轴323的轴向从轴座孔211滑出，即第二滑动轴承326通过轴套327装配于轴座孔211内。

如图7和图8，螺旋桨40包括轮毂41和若干个桨叶42。轮毂41为第一端闭合而第二端开口的中空的腔体；若干个桨叶42自轮毂41的外圆周表面向外延伸出来。

轮毂41的第一端开设有第三轴孔411、若干个第二固定孔412以及若干个第二过水孔413，若干个第二过水孔413等间距地分布于第三轴孔411的周围。

如图10，轮毂41套设于外转子电机30的第一端，收容着外转子电机30的大部分，并且若干个第二固定孔412与若干个第一固定孔3222相适配且相对齐，若干个第二过水孔413与若干个第一过水孔3223相适配且相对齐。可以使用螺钉依次穿过第一固定孔412和第二固定孔3222，以将螺旋桨40固定于转子端盖322。

螺旋桨40与外转子32装配好后，定子端盖312的第一轴孔3121、转子端盖322的第二轴孔3221和螺旋桨40的第三轴孔411通过空心轴3122相连通，组合成一个收容转轴323的容置室，转轴323的尾端穿过第三轴孔411后，通过第二滑动轴承326和轴套327装配于前扰流罩21的轴座孔211内。

前扰流罩21罩设于轮毂41的第一端的端面上，并且前扰流罩21与轮毂41之间预留有与装配间隙相连通的第二间隙S2，第二间隙S2用于作为水下推进器100的进水口。

如图9，电机座50内设有腔室，腔室内自电机座50的内壁延伸出固定架51，固定架51上开设有与定子端盖312的若干个螺纹沉孔3123相适配的若干个安装通孔511，可以使用螺钉依次穿过安装通孔511和螺纹沉孔3123，将定子端盖312固定在电机座50的腔室内，从而将外转子电机30的第二端收容于电机座50内。

电机座50上相离于腔室的外表面向外延伸出若干个第二支脚512，若干个第二支脚512沿着电机座50的外表面的周向等间距分布，电机座50通过第二支脚512可拆卸地固定于涵道10内。

如图10，当外转子电机30固定安装在电机座50内之后，电机座50的第一端的端面与轮毂41的第二端的端面之间预留有与装配间隙相连通的第三间隙S3。第三间隙S3和第一间隙S1用于作为水下推进器100的排水口。

排水口设有扰流凸起部60，具体的，扰流凸起部60包括第一凸起部61和第二凸起部62。

如图7，轮毂41的第二端的外表面上，沿着轮毂41的周向延伸出第一凸起部61，如图9，电机座50的第一端的外表面上，沿着电机座50的周向延伸出第二凸起部62，第一凸起部61的结构与第二凸起部62的结构镜像对称。

在一些实施例，扰流凸起部60也可以设置于定子组件上31和外转子组件32。例如，第一凸起部61设于外转子电机30的第二端的外表面，沿着外转子321的周向延伸，所述第二端是指外转子321上相离于转子端盖322的末端；第二凸起部62设于定子端盖312的侧壁上，沿着定子端盖312的周向延伸，所述侧壁是指定子端盖312的两个端面之间的侧面。

如图10，后扰流罩22可以通过螺纹连接的方式固定连接在电机座50上与第一端相离的第二端。

如图11，图中实线箭头表示水流，本发明提供的水下推进器100的防堵塞和散热的实现原理如下：

水下推进器100的运行由外转子电机30驱动，由于水下推进器100在运行过程中，外转子321带动转子端盖322和螺旋桨40不断地旋转，从而螺旋桨40可以带动周围的泥沙和其他水中悬浮物也做旋转运动，泥沙和其他水中悬浮物产生了离心力，在离心力的作用下，泥沙和其他水中悬浮物不能靠近螺旋桨40和外转子组件32，从而避免了泥沙和其他水中悬浮物聚集于过水孔(第一过水孔3223、第二过水孔413)，起到了防止外转子电机30堵塞的效果。

本领域技术人员可以理解的是，过滤网并不仅限于安装在第一过水孔3223内，也可以安装在第二过水孔413内，或者第一过水孔3223内和第二过水孔413内都可安装有过滤网。

当水下推进器100在水中行进时，在排水口处由于扰流凸起部的作用，排水口附近的水流流速比进水口的水流流速大，根伯努利原理可知，排水口的水压比进水口的水压低，即排水口与进水口之间形成了水压差，水从进水口处流入，依次经过轮毂41的第二过水孔412和转子端盖322的第一过水孔3223，进入到外转子321与定子311之间的装配间隙，最后从排水口流出，从而形成了水的定向流动，水的不断流入和流出，可以及时带走水下推进器100工作过程中产生的热量，起到了很好的散热效果。

本实施例中，由于第一凸起部61和第二凸起部62前后对称设计，故水下推进器100无论是前进还是后退，水都可以在外转子电机30内定向流动，以适应需要不断进行水下姿态控制的ROV。

与现有的水下推进器相比，本发明将伯努利原理应用于水下推进器，从而使水在外转子电机30内形成定向流动，起到了很好的散热效果；在转子端盖322和螺旋桨40上开设过水孔，并且在过水孔内安装过滤网，可以防止堵塞；另外，本发明提供的水下推进器100由于没有密封圈或耐磨环跟外转子321、定子311、定子端盖312摩擦，因此本发明提供的水下推进器100具有更高的推重比和效率，能够适应更恶劣的水下环境，以及外转子电机30更加可靠耐用。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，而这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水下推进器，其特征在于，包括：

涵道；

固定于所述涵道内的前扰流罩；

外转子电机，所述外转子电机的第一端的端面开设有若干个第一过水孔，所述若干个第一过水孔与所述外转子电机的装配间隙相连通；

螺旋桨，所述螺旋桨包括轮毂和设置在轮毂上的若干个桨叶，所述轮毂为第一端闭合而第二端开口的中空的壳体，所述轮毂通过所述开口套设于所述外转子电机的第一端；

所述轮毂的第一端的端面开设有与所述若干个第一过水孔相对齐的若干个第二过水孔；所述前扰流罩罩设于所述轮毂的第一端的端面上，并且所述前扰流罩与所述轮毂之间设置有作为进水口的间隙；

电机座，所述外转子电机的第二端收容于所述电机座内，所述电机座将所述外转子电机固定在所述涵道内；

所述轮毂与所述电机座之间，以及所述外转子电机的定子组件与外转子组件之间，预留有与所述装配间隙相连通的间隙；所述间隙作为排水口，设有扰流凸起部。

2.如权利要求1所述的水下推进器，其特征在于，所述第一过水孔和/或所述第二过水孔内固定有过滤网。

3.如权利要求2所述的水下推进器，其特征在于，所述扰流凸起部包括：

从所述轮毂的第二端的外表面，沿着所述轮毂的周向延伸出第一凸起部；以及

从所述电机座的第一端的外表面上，沿着所述电机座的周向延伸出与所述第一凸起部相配合的第二凸起部。

4.如权利要求2所述的水下推进器，其特征在于，所述定子组件包括定子和定子端盖；

所述定子的轴向上设有中心孔；

所述定子端盖开设有第一轴孔，所述第一轴孔的边沿向外延伸出与所述第一轴孔相连通的空心轴，所述空心轴收容于所述中心孔内；

所述定子端盖固定于所述电机座内。

5.如权利要求4所述的水下推进器，其特征在于，所述外转子组件包括外转子和转子端盖；

所述外转子为两端开口的中空结构，所述定子收容于所述外转子内；

所述转子端盖开设有的第二轴孔，所述若干个第一过水孔等间距地环绕所述第二轴孔分布，所述第二轴孔与所述空心轴相连通；

所述转子端盖固定连接于所述外转子的其中一端；

所述外转子上与所述转子端盖相离的另外一端与所述定子端盖之间预留有用于作为所述排水口的间隙。

6.如权利要求5所述的水下推进器，其特征在于，所述外转子组件还包括转轴，所述转轴穿设于所述第一轴孔、所述第二轴孔以及所述空心轴内。

7.如权利要求5所述的水下推进器，其特征在于，所述扰流凸起部包括：

从所述外转子上相离于所述转子端盖的末端的外表面上，沿着所述外转子的周向延伸出第一凸起部；

从所述定子端盖的侧壁上，沿着所述定子端盖的周向延伸出与所述第一凸起部相配合的第二凸起部；

其中，所述定子端盖的侧壁为连接所述定子端盖的两个端面的表面。

8.如权利要求1至7任一项所述的水下推进器，其特征在于，还包括：后扰流罩，所述后扰流罩固定于所述电机座的第二端，所述电机座的第二端为所述电机座上相离于所述螺旋桨的另外一端。

9.如权利要求1至7任一项所述的水下推进器，其特征在于，所述前扰流罩的外表面上，向外延伸出若干个第一支脚，所述第一支脚上与所述前扰流罩相离的末端与所述涵道固定连接。

10.如权利要求1至7任一项所述的水下推进器，其特征在于，所述电机座的外表面上，向外延伸出若干个第二支脚，所述第二支脚上与所述电机座相离的末端与所述涵道固定连接。

Images