CN114802687A - 一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器 - Google Patents

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韩光哲
武建国
李茂�
王昌强
仇景
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Abstract

本发明提供了一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，属于水下机器人技术领域，包括平衡扭矩模块、磁耦合推进模块和桨毂节能模块，所述的平衡扭矩模块包括导管、壳体中端、5个翼型前置定子和5个翼型鳍板，所述的磁耦合推进模块包括壳体首端、水润滑轴承、壳体尾端、固定盖、角接触轴承1、角接触轴承2、角接触轴承3、电机定子、电机转子、电机输出轴、螺旋桨输出轴、内磁环、外磁环、轴套、固定端盖、短螺钉、内磁环固定端、外磁环固定端、螺纹骨架，所述的桨毂节能模块包括螺旋桨、毂帽鳍、长螺钉。本发明的有益效果为：具有结构简单合理、整体扭矩低、节能性强等优点，可以提高推进器以及航行体总体效率，可以代替普通导管螺旋桨推进器，在不增加结构复杂度的情况下增加推进器整体的节能性能，可以保证水下作业的顺利进行，使用方便。

Description

一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器
技术领域
本发明涉及的是一种水下机器人，具体地说是水下机器人的平衡扭矩式磁耦合推进器。
背景技术
我国的海洋资源丰富，是一个巨大的自然资源宝库。对于海洋资源的勘测和开发迫在眉睫。自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)是一种对海洋资源进行调查、开发的重要工具，具有很多军事和民用用途。为了使航行器在水中能保持一定的速度向前航行，必须供给一定的推力克服其所受的阻力。将能源发出的功率转换为推船前进的功率的装置或机构统称为水下推进器。
水下推进器行业技术难度较大而且极具市场潜力，我国在这一行业的技术研发还处于相对落后的状态，国际上现阶段所使用的平衡扭矩的水下推进器多为对转螺旋桨，此种推进器噪音大，设计结构繁琐，并且结构复杂易损害不易维修。
螺旋桨推进器作为水下机器人最常用的驱动装置，其动密封问题较难解决。目前解决推进器动密封问题常用的方法是机械密封，即在螺旋桨的传动轴上使用格莱圈、油封或者橡胶密封圈，但机械密封在传动过程中摩擦阻力大、传动效率低，而且传动效率受海水压力的影响。一种基于磁耦合原理来解决推进器动密封问题的方法的研究也较为深入。其基本原理是在主动轴上(一般为电动机输出轴)和被动轴上(一般为螺旋桨传动轴)分别嵌装有若干永磁体。通过合理的布置，使两轴之间产生吸引力，再用隔套将两者隔开，并保证电动机水密。这样就可以通过磁场力使被动轴跟着主动轴同步旋转。
发明内容
本发明提供了一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，具有结构简单合理、整体扭矩低、节能性强等优点，可以提高推进器以及航行体总体效率，可以代替普通导管螺旋桨推进器，在不增加结构复杂度的情况下增加推进器整体的节能性能，可以保证水下作业的顺利进行，使用方便。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，包括平衡扭矩模块、磁耦合推进模块和桨毂节能模块，其特征在于，所述的平衡扭矩模块括导管、壳体中端、5个翼型前置定子和5个翼型鳍板。所述的磁耦合推进器模块包括壳体首端、水润滑轴承、壳体尾端、固定盖、角接触轴承1、角接触轴承2、角接触轴承3、电机定子、电机转子、电机输出轴、螺旋桨输出轴、内磁环、外磁环、轴套、固定端盖、短螺钉、内磁环固定端、外磁环固定端、螺纹骨架。所述的桨毂节能模块包括螺旋桨、毂帽鳍、长螺钉。
所述的导管、壳体中端、5个翼型前置定子和5个翼型鳍板为一体化结构，所述的电机定子置于壳体中端内，通过特制胶固定，电机转子安装在电机输出轴前端，输出轴后端连接轴套，轴套上面有内磁环固定端及内磁环，右侧通过短螺钉连接的固定端盖来固定，所述的壳体尾端内部通过凸槽连接外磁环固定端，通过螺纹骨架加特质胶密封外磁环，所示的壳体尾端通过水润滑轴承连接锁定壳体中端，壳体尾端通过角接触轴承固定在螺旋桨传动轴上，所述的毂帽鳍通过长螺钉连接在螺旋桨上。
作为本方案的优选实施例，所述的平衡扭矩模块中的翼型前置定子及翼型鳍板为不对称翼型，并且具有特定倾斜角度。
作为本方案的优选实施例，所述的平衡扭矩模块中的翼型前置定子、导管、壳体中端、翼型鳍板为一体化结构，且围绕中心轴呈现周期性对称。
作为本方案的优选实施例，所述的磁耦合推进模块中的壳体中端和壳体尾端通过角接触轴承和水润滑轴承连接固定，并且壳体尾端与螺旋桨为一体化结构。
作为本方案的优选实施例，所述的永磁耦合体形式为筒式嵌套，中间以壳体隔断且留有缝隙。
作为本方案的优选实施例，所述的磁耦合推进模块中的内磁环与内磁环固定端连接，通过轴套固定在电机输出轴上面，电机输出轴右端有短螺钉锁定的固定端盖。
作为本方案的优选实施例，所述的桨毂节能模块中的螺旋桨与壳体尾端一体化。
作为本方案的优选实施例，所述的毂帽鳍为不对称翼型，且与螺旋桨具有相同的叶数，毂帽鳍导边安装位置为螺旋桨相邻叶片随边的中心位置，且沿着螺旋桨旋转方向倾斜特定角度。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
具有结构简单合理、整体扭矩低、节能性强等优点，可以提高推进器以及航行体总体效率，可以代替普通导管螺旋桨推进器，在不增加结构复杂度的情况下增加推进器整体的节能性能，可以保证水下作业的顺利进行，使用方便。
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是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的桨毂节能结构示意图；
图2是本申请实施例的平衡扭矩结构示意图；
图3是本申请实施例的磁耦合推进模块剖面示意图；
图1-图3中：1、壳体首端，2、壳体中端，3、固定盖，4、角接触轴承1，5、电机定子，6、电机转子，7、电机输出轴，8、角接触轴承2，9、水润滑轴承，10、壳体尾端，11、螺旋桨，12、毂帽鳍，13、长螺钉，14、角接触轴承3，15、短螺钉，16、固定端盖，17、外磁环，18、内磁环，19、螺纹骨架，20、轴套， 21、内磁环固定端，22、外磁环固定端，23、5个翼型鳍板，24、5个翼型前置定子，25、螺旋桨输出轴，26、导管。
具体实施方式
本发明提供了一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，具有结构简单合理、整体扭矩低、节能性强等优点，可以提高推进器以及航行体总体效率，可以代替普通导管螺旋桨推进器，在不增加结构复杂度的情况下增加推进器整体的节能性能，可以保证水下作业的顺利进行，使用方便。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1-图3所示，一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，包括平衡扭矩模块、磁耦合推进模块和桨毂节能模块，其特征在于，所述的平衡扭矩模块包括导管26、壳体中端2、5个翼型前置定子24和5个翼型鳍板23，所述的磁耦合推进模块包括壳体首端1、水润滑轴承9、壳体尾端10、固定盖3、角接触轴承14、角接触轴承28、角接触轴承314电机定子5、电机转子 6、电机输出轴7、螺旋桨输出轴25、内磁环18、外磁环17、轴套20、固定端盖16、短螺钉15、内磁环固定端21、外磁环固定端22、螺纹骨架19，所述的桨毂节能模块包括螺旋桨11、毂帽鳍12、长螺钉13。
所述的导管26、壳体中端2、5个翼型前置定子24和5个翼型鳍板23 为一体化结构，所述的电机定子5通过特制胶固定在壳体中端2内部，电机转子6安装在电机输出轴7前端，输出轴后端连接轴套20，轴套上面有内磁环固定端21及内磁环18，右侧通过短螺钉15连接的固定端盖16来固定，所述的壳体尾端10内部通过凸槽连接外磁环固定端22，通过螺纹骨架19加特制胶密封外磁环17，所述的壳体尾端10通过水润滑轴承9连接锁定壳体中端2，壳体尾端10通过角接触轴承314固定在螺旋桨输出轴25上，所述的毂帽鳍12通过长螺钉13连接在螺旋桨上。
所述的翼型前置定子24、导管26、壳体中端2、翼型鳍板23为一体化结构，且围绕中心轴呈现周期性对称。
所述的的翼型前置定子24及翼型鳍板23为不对称翼型，并且具有特定倾斜角度。
在实际应用中，所述的平衡扭矩模块中的翼型前置定子24和翼型鳍板23都为不对称翼型。假定螺旋桨11以顺时针为正方向转动，当水流流过翼型前置定子 24和翼型鳍板23时，由于不对称翼型两侧面流速不同会导致压力不用，压力大的一侧会对压力小的一侧产生力的作用，同轴均布的5个翼型前置定子24和翼型鳍板23产生的力会形成稳定的顺时针扭矩，该扭矩能够有效抵消螺旋桨11转动时对壳体中端2产生的逆时针方向上的力，从而实现推进器在水流中的扭矩平衡。
在实际应用中，所述的平衡扭矩模块中的翼型前置定子24同螺旋桨11旋转方向倾斜特定角度，当水流流过翼型前置定子24时，倾斜的特定角度会使水流产生一定的预旋，此预旋过的水流流入螺旋桨11时会减少叶片负载，可以增强噪音性能以及节能，此旋转特定角度根据螺旋桨11的螺距选定。
所述的桨毂节能模块中的毂帽鳍12为不对称翼型且与螺旋桨11具有相同的叶数，毂帽鳍12导边安装位置为螺旋桨相邻叶片随边的中心位置，且沿着螺旋桨11旋转方向倾斜特定角度。
在实际应用中，所述的毂帽鳍12通过长螺钉13与螺旋桨11相连，假定螺旋桨11以顺时针为正方向转动，水流流过时将会发生旋转，螺旋桨桨毂处会产生毂涡并且产生低压区，这种现象将导致推进器整体能耗的增加，此时螺旋桨11后方相连的毂帽鳍12将引导此部分流体，消解低压毂涡的存在，产生节能的效果。
所述的磁耦合推进模块中的壳体尾端10通过水润滑轴承9和角接触轴承3 14与壳体中端2相连接固定，并且壳体尾端10与螺旋桨11为一体化结构，所述的内磁环18与内磁环固定端21连接，通过轴套20固定在电机输出轴7上面，电机输出轴7右端有短螺钉15连接的固定端盖16。
在实际应用中，所述的水润滑轴承9和角接触轴承314的固定方式，使壳体尾端10具有良好的同轴度的同时也具有很好的传动效能，内磁环18和外磁环17 同轴平行嵌套的方式能提供很强的磁吸力，很好的防止了壳体中端2的松动现象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，包括平衡扭矩模块、磁耦合推进模块和桨毂节能模块，其特征在于，所述的平衡扭矩模块包括导管(26)、壳体中端(2)、5个翼型前置定子(24)和5个翼型鳍板(23)，所述的磁耦合推进模块包括壳体首端(1)、水润滑轴承(9)、壳体尾端(10)、固定盖(3)、角接触轴承1(4)、角接触轴承2(8)、角接触轴承3(14)、电机定子(5)、电机转子(6)、电机输出轴(7)、螺旋桨输出轴(25)、内磁环(18)、外磁环(17)、轴套(20)、固定端盖(16)、短螺钉(15)、内磁环固定端(21)、外磁环固定端(22)、螺纹骨架(19)，所述的桨毂节能模块包括螺旋桨(11)、毂帽鳍(12)、长螺钉(13)。
所述的导管(26)、壳体中端(2)、5个翼型前置定子(24)和5个翼型鳍板(23)为一体化结构，所述的电机定子(5)通过特制胶固定在壳体中端(2)内部，电机转子(6)安装在电机输出轴(7)前端，输出轴后端连接轴套(20)，轴套上面有内磁环固定端(21)及内磁环(18)，右侧通过短螺钉(15)连接的固定端盖(16)来固定，所述的壳体尾端(10)内部通过凸槽连接外磁环固定端(22)，通过螺纹骨架(19)加特制胶密封外磁环(17)，所述的壳体尾端(10)通过水润滑轴承(9)连接锁定壳体中端(2)，壳体尾端(10)通过角接触轴承3(14)固定在螺旋桨输出轴(25)上，所述的毂帽鳍(12)通过长螺钉(13)连接在螺旋桨(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，其特征在于，所述的平衡扭矩模块中的翼型前置定子(24)及翼型鳍板(23)为不对称翼型，并且具有特定倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，其特征在于，所述的平衡扭矩模块中的翼型前置定子(24)、导管(26)、壳体中端(2)、翼型鳍板(23)为一体化结构，且围绕中心轴呈现周期性对称。
4.根据权利要求1所述的一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，其特征在于，所述的磁耦合推进模块中的壳体尾端(10)通过水润滑轴承(9)和角接触轴承3(14)与壳体中端(2)相连接固定，并且壳体尾端(10)与螺旋桨(11)为一体化结构。
5.根据权利要求1所述的一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，其特征在于，所述的磁耦合推进模块中的内磁环(18)与内磁环固定端(21)连接，通过轴套(20)固定在电机输出轴(7)上面，电机输出轴(7)右端有短螺钉(15)连接的固定端盖(16)。
6.根据权利要求1所述的一种导管平衡扭矩式水下磁耦合节能推进器，其特征在于，所述的桨毂节能模块中的毂帽鳍(12)为不对称翼型且与螺旋桨(11)具有相同的叶数，毂帽鳍(12)导边安装位置为螺旋桨相邻叶片随边的中心位置，且沿着螺旋桨(11)旋转方向倾斜特定角度。
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