CN114506430A - 一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器 - Google Patents

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CN114506430A CN202210153780.8A CN202210153780A CN114506430A CN 114506430 A CN114506430 A CN 114506430A CN 202210153780 A CN202210153780 A CN 202210153780A CN 114506430 A CN114506430 A CN 114506430A
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Abstract

本申请涉及一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，属于水下电机领域，包括机壳，机壳内设置有轴承支架，轴承支架转动连接有电机轴，轴承支架设置有定子，电机轴设置有外转子，电机轴一端穿设于机壳形成有输出端，输出端设置有用于产生推力的螺旋桨；机壳内远离输出端位置处设置有端盖，机壳内充填有变压器油，端盖开设有泄压通孔，端盖对应泄压通孔位置处密封设置有柔性的油压补偿膜；电机轴对应外转子靠近输出端一侧套设有外平面推力轴承，电机轴对应外转子远离输出端一侧套设有内平面推力轴承，电机轴上设置有多个深沟球轴承。本申请改善水下电机内的变压器油膨胀后易损坏电机的密封结构和外壳的情况。

Description

一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器
技术领域
本申请涉及水下电机领域，尤其是涉及一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器。
背景技术
质量可靠的水下电机对水底探测和水下航行器具有重要的作用，随着海洋科学的快速发展，水下电机的技术也在不断的进步。
向电机壳中加注变压器油是水下电机常用的防水技术方案，通过油压来平衡水压，降低电机进水的概率。
针对上述中的相关技术，发明人认为电机在工作过程中由于铁损和铜损会产生热量，电机壳中的变压器油受热体积膨胀，膨胀的变压器油易损坏电机的密封结构和外壳，缩短电机的使用寿命。
发明内容
为了改善水下电机内的变压器油膨胀后易损坏电机的密封结构和外壳的情况，本申请提供一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器。
本申请提供的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器采用如下的技术方案：
一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，包括机壳，机壳内设置有轴承支架，轴承支架转动连接有电机轴，轴承支架设置有定子，电机轴设置有外转子，外转子和定子均沿电机轴长度方向设置，外转子套设于定子，电机轴一端穿设于机壳形成有输出端，输出端设置有用于产生推力的螺旋桨；
机壳内远离输出端位置处设置有端盖，端盖与机壳密封设置，机壳内充填有变压器油，端盖开设有泄压通孔，端盖对应泄压通孔位置处密封设置有柔性的油压补偿膜，油压补偿膜覆盖泄压通孔设置，油压补偿膜设置有内凹部，内凹部由端盖方向向输出端方向凹陷，油压补偿膜靠近定子一侧与变压器油接触，油压补偿膜远离定子一侧与外界水源接触；
电机轴对应外转子靠近输出端一侧套设有外平面推力轴承，外平面推力轴承定圈连接于机壳，外平面推力轴承动圈连接于外转子，电机轴对应外转子远离输出端一侧套设有内平面推力轴承，内平面推力轴承定圈连接于轴承支架，内平面推力轴承动圈连接于外转子，电机轴上设置有多个用于承载电机轴的切向力的深沟球轴承。
通过采用上述方案，外转子套设于定子的外转子电机结构提高了电机轴的输出扭矩，增强了推进器的水下动力；当推进器中的变压器油温度升高体积膨胀时，变压器油由泄压通孔向油压补偿膜方向流动，膨胀的变压器油将凹陷的内凹部向远离定子方向推出，油压补偿膜与机壳包围的体积增大以降低膨胀的变压器油对机壳和机壳密封结构的压力，降低变压器油膨胀使推进器漏油或进水的概率；油压补偿膜两侧分别于与变压器油和外界水源接触，柔性的油压补偿膜平衡机壳内的油压和外部的水压，减小机壳内外的压力差，降低推进器连接处和密封件的工作压力，提高推进器的防水性；当电机轴受到轴向力时，外转子两侧的外平面推力轴承和内平面推力轴承将电机轴的轴向力传导至机壳和轴承支架上，降低电机轴的轴向力对深沟球轴承的影响，改善深沟球轴承的工作条件，提高深沟球轴承的使用寿命，同时利用外转子的两侧来传递轴向力并限制外平面推力轴承和内平面推力轴承的位置，免于在电机轴上加工环形凸缘与外平面推力轴承和内平面推力轴承抵接配合，简化了电机轴的加工要求，提高产品的生产效率，降低企业的生产成本；外平面推力轴承和内平面推力轴承在承接电机轴的轴向力的同时也限制了电机轴在轴线方向上的运动，降低电机轴因轴向力与机壳在轴线方向上滑动的概率，降低电机轴靠近油压补偿膜一端意外向油压补偿膜运动并将油压补偿膜刺破的概率；若电机轴因轴向力或意外事故向油压补偿膜方向运动，电机轴插入机壳内的体积增大，机壳与油压补偿膜包围的有效容积减小，变压器油的油压增大，油压补偿膜的内凹部可能在变压器油未受热膨胀的情况下向远离定子方向变形展开，当变压器油受热体积膨胀时，油压补偿膜和内凹部剩余的变形量较小，膨胀的变压器油的压力没有得到有效的释放，此时膨胀的变压器油易破坏机壳和密封结构。
优选的，机壳靠近油压补偿膜一端设置有尾盖，尾盖覆盖机壳的端部以及油压补偿膜，尾盖开设有多个进水通孔。
通过采用上述方案，尾盖降低油压补偿膜在水下复杂环境中被异物刺破的概率，提高推进器运行的可靠性，进水通孔保持油压补偿膜能够与水接触，降低机壳内外的压力差。
优选的，尾盖远离输出端一端呈半球形，尾盖与机壳整体呈流线型设置。
通过采用上述方案，半球形的尾盖降低推进器在水下前进的阻力，降低设备的动力能源消耗，提高推进器的推进速度。
优选的，尾盖内对应每个进水通孔位置处均设置有进水管道，进水管道连通于进水通孔，进水管道长度方向垂直电机轴的长度方向。
通过采用上述方案，进水管延长外界水到达油压补偿膜的路径，降低水中的异物由进水通孔刺破油压补偿膜的概率，进水管道长度方向垂直电机轴的长度方向，降低前进方向上长杆状的异物沿进水管道刺入油压补偿膜的概率。
优选的，尾盖内对应油压补偿膜位置处设置有防护罩，防护罩与内凹部之间留有让位间隙，防护罩覆盖油压补偿膜设置，进水管道连通于防护罩内。
通过采用上述方案，防护罩进一步增强对油压补偿膜的保护，降低油压补偿膜被刺破的概率，防护罩将油压补偿膜与尾盖内电路等其他零部件分隔开，便于对尾盖内进行注胶防水，也降低其他零部件松动脱落划破油压补偿膜的概率。
优选的，端盖对应油压补偿膜位置处螺栓连接有密封环，密封环靠近端盖一侧抵接于端盖，密封环和端盖配合将油压补偿膜夹紧。
通过采用上述方案，密封环利用螺栓将油压补偿膜夹紧在端盖上，降低油压补偿膜与端盖之间产生间隙漏油的概率，提高设备的密封性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1．当推进器中的变压器油温度升高体积膨胀时，变压器油由泄压通孔向油压补偿膜方向流动，膨胀的变压器油将凹陷的内凹部向远离定子方向推出，油压补偿膜与机壳包围的体积增大以降低膨胀的变压器油对机壳和机壳密封结构的压力，降低变压器油膨胀使推进器漏油或进水的概率；
2．当电机轴受到轴向力时，外转子两侧的外平面推力轴承和内平面推力轴承将电机轴的轴向力传导至机壳和轴承支架上，降低电机轴的轴向力对深沟球轴承的影响，改善深沟球轴承的工作条件，提高深沟球轴承的使用寿命；
3．利用外转子的两侧来传递轴向力并限制外平面推力轴承和内平面推力轴承的位置，免于在电机轴上加工环形凸缘与外平面推力轴承和内平面推力轴承抵接配合，简化了电机轴的加工要求，提高产品的生产效率，降低企业的生产成本。
附图说明
图1是本申请实施例的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器的结构示意图；
图2是本申请实施例的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器的剖视图；
图3是本申请实施例的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器的突出深沟球轴承的剖视图。
附图标记说明：1、机壳；11、外安装槽；12、端盖；121、泄压通孔；13、PCB板；14、涵道外壳；2、油压补偿膜；21、内凹部；22、密封环；3、轴承支架；31、定子；32、轴承槽；33、深沟球轴承；34、轴承支撑座；341、内安装槽；4、电机轴；41、外转子；42、外平面推力轴承；43、内平面推力轴承；44、输出端；45、螺旋桨；46、桨帽螺母；5、尾盖；51、进水通孔；52、进水管道；53、防护罩。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器。参照图1和图2，包括机壳1，机壳1一端敞口设置，机壳1对应敞口位置处螺纹密封连接有端盖12，端盖12对应机壳1内位置处固接有轴承支架3，轴承支架3转动连接有电机轴4，轴承支架3固接有定子31，电机轴4固接有外转子41，外转子41和定子31均沿电机轴4长度方向设置，外转子41套设于定子31。电机轴4远离端盖12一端穿设于机壳1形成有输出端44，输出端44设置有用于产生推力的螺旋桨45。外转子41套设于定子31的外转子41电机结构提高了电机轴4的输出扭矩，增强了推进器的水下动力。
参照图1和图3，机壳1内充填有变压器油，端盖12开设有泄压通孔121，端盖12对应泄压通孔121位置处密封设置油压补偿膜2，油压补偿膜2由耐油柔性材料制成，油压补偿膜2覆盖泄压通孔121设置，端盖12对应油压补偿膜2位置处螺栓连接有密封环22，密封环22靠近端盖12一侧抵接于端盖12，密封环22和端盖12配合将油压补偿膜2夹紧。油压补偿膜2设置有内凹部21，内凹部21由端盖12方向向输出端44方向凹陷，油压补偿膜2靠近定子31一侧与变压器油接触，油压补偿膜2远离定子31一侧与外界水源接触。当推进器中的变压器油温度升高体积膨胀时，变压器油由泄压通孔121向油压补偿膜2方向流动，膨胀的变压器油将凹陷的内凹部21向远离定子31方向推出，油压补偿膜2与机壳1包围的体积增大以降低膨胀的变压器油对机壳1和机壳1密封结构的压力，降低变压器油膨胀使推进器漏油或进水的概率；油压补偿膜2两侧分别于与变压器油和外界水源接触，柔性的油压补偿膜2平衡机壳1内的油压和外部的水压，减小机壳1内外的压力差，降低推进器连接处和密封件的工作压力，提高推进器的防水性。
参照图1和图3，电机轴4对应外转子41靠近输出端44一侧套设有外平面推力轴承42，外平面推力轴承42定圈连接于机壳1，外平面推力轴承42动圈连接于外转子41，电机轴4对应外转子41远离输出端44一侧套设有内平面推力轴承43，内平面推力轴承43定圈连接于轴承支架3，内平面推力轴承43动圈连接于外转子41，电机轴4套设有两个用于承载电机轴4的切向力的深沟球轴承33。当电机轴4受到轴向力时，外转子41两侧的外平面推力轴承42和内平面推力轴承43将电机轴4的轴向力传导至机壳1和轴承支架3上，降低电机轴4的轴向力对深沟球轴承33的影响，改善深沟球轴承33的工作条件，提高深沟球轴承33的使用寿命，同时利用外转子41的两侧来传递轴向力并限制外平面推力轴承42和内平面推力轴承43的位置，免于在电机轴4上加工环形凸缘与外平面推力轴承42和内平面推力轴承43抵接配合，简化了电机轴4的加工要求，提高产品的生产效率，降低企业的生产成本；外平面推力轴承42和内平面推力轴承43在承接电机轴4的轴向力的同时也限制了电机轴4在轴线方向上的运动，降低电机轴4因轴向力与机壳1在轴线方向上滑动的概率，降低电机轴4靠近油压补偿膜2一端意外向油压补偿膜2运动并将油压补偿膜2刺破的概率；若电机轴4因轴向力或意外事故向油压补偿膜2方向运动，电机轴4插入机壳1内的体积增大，机壳1与油压补偿膜2包围的有效容积减小，变压器油的油压增大，油压补偿膜2的内凹部21可能在变压器油未受热膨胀的情况下向远离定子31方向变形展开，当变压器油受热体积膨胀时，油压补偿膜2和内凹部21剩余的变形量较小，膨胀的变压器油的压力没有得到有效的释放，此时膨胀的变压器油易破坏机壳1和密封结构。
参照图1和图3，机壳1对应外平面推力轴承42位置处开设有外安装槽11，外平面推力轴承42的定圈插接于外安装槽11，外平面推力轴承42的动圈远离螺旋桨45一侧抵接于外转子41靠近螺旋桨45一侧。轴承支架3对应内平面推力轴承43位置处插接有轴承支撑座34，轴承支撑座34对应内平面推力轴承43位置处开设有内安装槽341，内平面推力轴承43的定圈插接于内安装槽341，内平面推力轴承43的动圈靠近螺旋桨45一侧抵接于外转子41远离螺旋桨45一侧。
参照图1和图3，油压补偿膜2和端盖12之间设置有用于安装电子元件的PCB板13，PCB板13对应泄压通孔121位置处开设有预留孔。轴承支架3靠近螺旋桨45一端开设有轴承槽32，靠近螺旋桨45的深沟球轴承33插接于轴承槽32远离螺旋桨45位置处，轴承支撑座34插接于轴承槽32靠近螺旋桨45位置处。轴承支撑座34与轴承支架3配合限制深沟球轴承33的位置，利用推进过程中电机轴4的轴向力将轴承支撑座34向靠近深沟球轴承33方向按压，提高推进器运行中深沟球轴承33的稳定性，简化深沟球轴承33的安装固定方式，提高推进器的装配效率。
靠近油压补偿膜2的深沟球轴承33插接于泄压通孔121，深沟球轴承33轴线方向的两端分别抵接于PCB板13远离油压补偿膜2一侧和轴承支架3靠近油压补偿膜2一端。利用安装电子元件的PCB板13与端盖12的配合将深沟球轴承33限制在泄压通孔121中，免于给此处安装轴承盖，简化了推进器的装配方案，降低推进器的生产成本，提高了企业效率。
参照图1和图3，机壳1靠近油压补偿膜2一端插接有尾盖5，尾盖5覆盖机壳1的端部以及油压补偿膜2，尾盖5远离输出端44一端呈半球形，尾盖5与机壳1整体呈流线型设置。半球形的尾盖5降低推进器在水下前进的阻力，降低设备的动力能源消耗，提高推进器的推进速度。尾盖5开设有多个进水通孔51，尾盖5内对应每个进水通孔51位置处均固接有进水管道52，进水管道52连通于进水通孔51，进水管道52长度方向垂直电机轴4的长度方向。进水管延长外界水到达油压补偿膜2的路径，降低水中的异物由进水通孔51刺破油压补偿膜2的概率，进水管道52长度方向垂直电机轴4的长度方向，降低前进方向上长杆状的异物沿进水管道52刺入油压补偿膜2的概率。尾盖5内对应油压补偿膜2位置处设置有防护罩53，防护罩53连接于进水管道52，进水管道52连通于防护罩53内，防护罩53与内凹部21之间留有让位间隙，防护罩53覆盖油压补偿膜2设置，防护罩53靠近油压补偿膜2一端固接于密封环22。防护罩53进一步增强对油压补偿膜2的保护，降低油压补偿膜2被刺破的概率，防护罩53将油压补偿膜2与尾盖5内电路等其他零部件分隔开，便于对尾盖5内进行注胶防水，也降低其他零部件松动脱落划破油压补偿膜2的概率。
参照图1和图3，螺旋桨45与输出端44通过花键和键槽连接，输出端44对应螺旋桨45远离机壳1一侧螺纹连接有桨帽螺母46，桨帽螺母46抵接于螺旋桨45远离机壳1一侧，桨帽螺母46和花键能够锁定螺旋桨45的位置。机壳1靠近螺旋桨45位置处螺纹连接有涵道外壳14，涵道外壳14与螺旋桨45同轴线设置，涵道外壳14沿电机轴4长度方向套设于螺旋桨45。螺旋桨45压缩驱动涵道外壳14有的水流快速向后喷出提供更大的推力，在同样功率消耗下,涵道螺旋桨45较同样直径的孤立螺旋桨45,会产生更大的推力，同时涵道外壳14降低螺旋桨45受到水下异物撞击的概率，提高推进器运行的安全可靠性，
本申请实施例一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器的实施原理为：当推进器中的变压器油温度升高体积膨胀时，变压器油由泄压通孔121向油压补偿膜2方向流动，膨胀的变压器油将凹陷的内凹部21向远离定子31方向推出，油压补偿膜2与机壳1包围的体积增大以降低膨胀的变压器油对机壳1和机壳1密封结构的压力，降低变压器油膨胀使推进器漏油或进水的概率；油压补偿膜2两侧分别于与变压器油和外界水源接触，柔性的油压补偿膜2平衡机壳1内的油压和外部的水压，减小机壳1内外的压力差，降低推进器连接处和密封件的工作压力，提高推进器的防水性；当电机轴4受到轴向力时，外转子41两侧的外平面推力轴承42和内平面推力轴承43将电机轴4的轴向力传导至机壳1和轴承支架3上，降低电机轴4的轴向力对深沟球轴承33的影响，改善深沟球轴承33的工作条件，提高深沟球轴承33的使用寿命，同时利用外转子41的两侧来传递轴向力并限制外平面推力轴承42和内平面推力轴承43的位置，免于在电机轴4上加工环形凸缘与外平面推力轴承42和内平面推力轴承43抵接配合，简化了电机轴4的加工要求，提高产品的生产效率，降低企业的生产成本；外平面推力轴承42和内平面推力轴承43在承接电机轴4的轴向力的同时也限制了电机轴4在轴线方向上的运动，降低电机轴4因轴向力与机壳1在轴线方向上滑动的概率，降低电机轴4靠近油压补偿膜2一端意外向油压补偿膜2运动并将油压补偿膜2刺破的概率；若电机轴4因轴向力或意外事故向油压补偿膜2方向运动，电机轴4插入机壳1内的体积增大，机壳1与油压补偿膜2包围的有效容积减小，变压器油的油压增大，油压补偿膜2的内凹部21可能在变压器油未受热膨胀的情况下向远离定子31方向变形展开，当变压器油受热体积膨胀时，油压补偿膜2和内凹部21剩余的变形量较小，膨胀的变压器油的压力没有得到有效的释放，此时膨胀的变压器油易破坏机壳1和密封结构，而外平面推力轴承42和内平面推力轴承43能够有效降低电机轴4沿轴线方向发生滑移的概率，降低变压器油未受热膨胀时内凹部21便向外膨胀的概率。
本申请实施例改善水下电机内的变压器油膨胀后易损坏电机的密封结构和外壳的情况。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，包括机壳(1)，其特征在于：机壳(1)内设置有轴承支架(3)，轴承支架(3)转动连接有电机轴(4)，轴承支架(3)设置有定子(31)，电机轴(4)设置有外转子(41)，外转子(41)套设于定子(31)，电机轴(4)一端穿设于机壳(1)形成有输出端(44)，输出端(44)设置有用于产生推力的螺旋桨(45)；
机壳(1)内远离输出端(44)位置处设置有端盖(12)，端盖(12)与机壳(1)密封设置，机壳(1)内充填有变压器油，端盖(12)开设有泄压通孔(121)，端盖(12)对应泄压通孔(121)位置处密封设置有柔性的油压补偿膜(2)，油压补偿膜(2)覆盖泄压通孔(121)设置，油压补偿膜(2)设置有内凹部(21)，内凹部(21)由端盖(12)方向向输出端(44)方向凹陷，油压补偿膜(2)靠近定子(31)一侧与变压器油接触，油压补偿膜(2)远离定子(31)一侧与外界水源接触；
电机轴(4)对应外转子(41)靠近输出端(44)一侧套设有外平面推力轴承(42)，外平面推力轴承(42)定圈连接于机壳(1)，外平面推力轴承(42)动圈连接于外转子(41)，电机轴(4)对应外转子(41)远离输出端(44)一侧套设有内平面推力轴承(43)，内平面推力轴承(43)定圈连接于轴承支架(3)，内平面推力轴承(43)动圈连接于外转子(41)，电机轴(4)上设置有多个用于承载电机轴(4)的切向力的深沟球轴承(33)。
2.根据权利要求1所述的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，其特征在于：机壳(1)靠近油压补偿膜(2)一端设置有尾盖(5)，尾盖(5)覆盖机壳(1)的端部以及油压补偿膜(2)，尾盖(5)开设有多个进水通孔(51)。
3.根据权利要求2所述的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，其特征在于：尾盖(5)远离输出端(44)一端呈半球形，尾盖(5)与机壳(1)整体呈流线型设置。
4.根据权利要求2所述的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，其特征在于：尾盖(5)内对应每个进水通孔(51)位置处均设置有进水管道(52)，进水管道(52)连通于进水通孔(51)，进水管道(52)长度方向垂直电机轴(4)的长度方向。
5.根据权利要求4所述的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，其特征在于：尾盖(5)内对应油压补偿膜(2)位置处设置有防护罩(53)，防护罩(53)与内凹部(21)之间留有让位间隙，防护罩(53)覆盖油压补偿膜(2)设置，进水管道(52)连通于防护罩(53)内。
6.根据权利要求1所述的一种具有油压补偿结构的双向轴向力承载推进器，其特征在于：端盖(12)对应油压补偿膜(2)位置处螺栓连接有密封环(22)，密封环(22)靠近端盖(12)一侧抵接于端盖(12)，密封环(22)和端盖(12)配合将油压补偿膜(2)夹紧。
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