CN210793602U - 一种重载无轴推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型重载无轴推进器，包括旋转驱动装置、旋转配油阀和电机；所述旋转驱动装置包括轮毂、壳体、内齿轮、轴向油封、密封圈、推力单元、端盖、第一轴承、第二轴承、第三轴承、压紧弹簧和偏心圆部件。本实用新型采用液压油作为动力源，通过旋转配油阀对各个推力单元进行依次供油，使得推力单元推动内齿轮作平面运动，然后通过齿轮啮合作用，最终实现螺旋桨旋转输出。本实用新型删减了复杂的传动机构，减小了整体体积，并且可实现无极调速，调速范围大，操纵性能好，产生的扭矩大，散热效果好。

Description

一种重载无轴推进器

技术领域

本实用新型属于推进器技术领域，具体为一种重载无轴推进器。

背景技术

随着海洋开发的深入，海洋探索设备的应用日益广泛。基本上所有海洋探索设备在水中都是用螺旋桨来作为输出装置。而其中，大部分的推进器都采用电机输出轴带动螺旋桨叶片转动的布置形式，也即有轴推进器。有轴推进器的整体结构布置为电机通过主轴将动力传输到螺旋桨上，带动螺旋桨旋转产生推力。这种布置方式虽然原理简单，但在具体实施时也有些明显的缺点：(1)用来将动力传递到螺旋桨的轴系会妨碍流体穿过螺旋桨，使得诸如海藻或类似的物质会缠绕在推进器上；(2)随着主机功率的增大，推进轴系的体积会变的很大，结构会异常复杂，散热的要求也逐渐增高；(3)推进轴系长度的增加和密封系统的存在，使得推进系统在能量传递过程中损耗增大，传递效率降低，增加了使用成本。

因此，无轴推进器便被提出。在国内，马伟明院士对无轴推进器做过大量的研究工作。无轴推进器的结构一般由定子、转子构成(如专利CN 107719613A)，定子呈环形，固定在船体上，定子上设有绕电线组；转子也是环形结构，一般为永磁体，转子通过轴承安装在定子上，定子和转子共轴线，且在转子内表面安装有多个叶片；工作时，定子通交流电，产生交变电磁场，配合永磁体性转子，让转子旋转继而带动螺旋桨转动。此种结构的无轴推进器，相对于前述的有轴推进器，体积更小，传动效率也大大提高。但是，仅适用于功率相对较小的场合，一旦功率需求大，依然存在着体积大，散热困难，能量损耗大，成本高且维护困难等缺陷。

实用新型内容

本实用新型提出一种重载无轴推进器，结合了液压驱动技术和少齿差传动技术，输入端采用一种旋转配油阀将压力油依次注入到各个推力单元中，推动内齿轮作平面运动；输出端为与内齿轮啮合的外齿轮，内外齿轮为一对少齿差齿轮对；内齿轮的平面晃动，转化为外齿轮的旋转，继而带动轮毂和螺旋桨旋转输出。其基本原理是，旋转配油阀对各个推力单元进行依次供油，推动内齿轮作平面运动，带动外齿轮旋转，实现动力输出，通过改变旋转配油阀给各个推力单元的供油频率，可以控制无轴推进器的输出转速。

为了实现上述功能要求，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型提供了一种无轴重载推进器，包括电机、旋转配油阀和旋转推进装置；所述旋转推进装置包括轮毂、壳体、内齿轮、轴向油封、密封圈、推力单元、端盖、第一轴承、第二轴承、第三轴承、压紧弹簧和偏心圆部件；所述轮毂为空心阶梯轴，包括外齿轮和螺旋桨；所述第二轴承内圈与所述轮毂过盈配合；所述偏心圆部件分别与所述第一轴承内圈和所述第二轴承外圈接触，并且所述偏心圆部件与所述第一轴承和所述第二轴承均为过盈配合；所述内齿轮与所述第一轴承外圈为过盈配合，所述内齿轮通过所述第一轴承、所述第二轴承和所述偏心圆部件固定在所述轮毂上；所述内齿轮的内圈为齿圈，所述外齿轮的外圈为齿圈，所述内齿轮的内齿与所述外齿轮的外齿相接触，所述外齿轮与所述内齿轮模数相等并且具有齿数差，使得所述外齿轮的外圈齿与所述内齿轮的内圈齿啮合形成少齿差齿轮对；所述推力单元的末端通过所述压紧弹簧始终与所述第一轴承外圈紧贴；所述推力单元数量多个，均布在所述壳体外圆周上；所述螺旋桨固定在所述轮毂的中空轴内；所述端盖通过螺钉固定在所述壳体上；所述轴向油封布置在所属轮毂两侧。

作为一种可实施方式，所述推力单元的油路均与所述旋转配油阀油路相通。

作为一种可实施方式，所述电机驱动所述旋转配油阀，将高压油按照一定频率依次注入所述推力单元；调节所述电机转速即可调节所述无轴推进器的输出转速。

作为一种可实施方式，所述推力单元为柱塞缸。

作为一种可实施方式，所述推力单元为带弹性的充油皮囊，充油则皮囊膨胀推动偏心轴承。

作为一种可实施方式，所述推力单元数量有多个，均布在所述壳体的外圆周上。

作为一种可实施方式，所述推力单元的末端上安装有所述压紧弹簧，所述压紧弹簧使得所述推力单元的末端与所述内齿轮外圈一直保证贴合的状态，避免在所述推力单元供油时造成冲击与振动。

作为一种可实施方式，所述螺旋桨固定在所述轮毂的空心轴内，与所述轮毂一起旋转。

本实用新型通过旋转配油阀的旋转向各个推力单元进行供油，进而推动内齿轮作平面运动，带动外齿轮旋转，最终实现螺旋桨旋转输出。本实用新型采用一对内啮合齿轮对且因内外齿轮的齿数差很小，具有很高的减速比，使得输出到螺旋桨上的扭矩增大。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型采用了旋转配油阀配油，省去了复杂的配油系统和自动控制系统，降低成本的同时使得装置的体积减小。

2、本实用新型将驱动部分与推进器集成为一体，避免了使用电机或者是液压马达驱动时所需要配套的传动机构与减速机构，减小了推进器的体积，提高了空间的利用率。

3、本实用新型采用了内啮合齿轮对作为动力传输机构，具有较高的传动比，增大了驱动螺旋桨的扭矩。

4、本实用新型采用无轴驱动的结构，使得诸如海草或类似的物质不会缠绕在推进器上。

5、本实用新型中使用液压作为动力，液压油可以带出大部分热量，使得散热问题相较于电机驱动得到缓解。同时使用液压也保证了装置的密封性，进一步简化装置的结构。

6、本实用新型题注的结构紧凑，能达到较大的输出功率密度。

附图说明

图1是无轴推进器的整体结构示意图；

图2是图1的A-A剖视结构图；

图3是本实用新型提供的重载无轴推进器实施的运动原理示意图；

对应，图3a为推力单元t1驱动时，偏心圆部件的运动位置示意图。

图3b为推力单元t5驱动时，偏心圆部件的运动位置示意图；

图3c为推力单元t4驱动时，偏心圆部件的运动位置示意图；

图3d为推力单元t3驱动时，偏心圆部件的运动位置示意图；

图4是轮毂的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

如图1所示，为本实用新型的整体结构示意图，包括无轴推进器13、电机14和旋转配油阀15。

如图2所示，为本实用新型实施例提供的无轴推进器的剖视图，包括轮毂1、外齿轮111、螺旋桨112壳体2、内齿轮3、推力单元4、压紧弹簧5、端盖6、轴向油封7、密封圈8、第一轴承9、偏心圆部件10、第二轴承11和第三轴承12。

其中轮毂1为空心阶梯轴，包括外齿轮111和螺旋桨112；第二轴承11的内圈与轮毂1过盈配合；偏心圆部件10分别与第一轴承9内圈和第二轴承11外圈接触，并且偏心圆部件10与第一轴承9和第二轴承11均为过盈配合；内齿轮3与第一轴承9外圈为过盈配合，内齿轮3通过第一轴承9、第二轴承11和偏心圆部件10固定在轮毂1上；内齿轮3的内圈为齿圈，外齿轮111的外圈为齿圈，内齿轮3的内齿与外齿轮111的外齿相接触，外齿轮111与内齿轮3的模数相等，并且具有齿数差，使得外齿轮111的外圈齿与内齿轮3的内圈齿啮合形成少齿差齿轮对；推力单元4的末端通过压紧弹簧5始终与第一轴承9外圈紧贴；推力单元4数量多个，均布在壳体外圆周上；螺旋桨112固定在轮毂1的中空轴内；端盖67通过螺钉固定在壳体2上；轴向油封7布置在轮毂1两侧。

如图3所示，第一轴承9与第二轴承11之间安装有偏心圆部件10，使得第一轴承9的圆心与轮毂1的轴产生偏心距。

如图4所示，轮毂1为中空的圆柱状结构，轮毂1上包括外齿轮111和螺旋桨112，第二轴承11和第三轴承12都安装在轮毂1上，并且都采用过盈配合。第二轴承11与外齿轮111的齿圈之间留有间隔，防止第二轴承11与外齿轮111相接触。

本实用新型的无轴推进器工作时，由电机14带动旋转配油阀15按照设定好的转速旋转，使得旋转配油阀15旋转时依次将高压油供入到各个推力单元4中，且当旋转配油阀15再给某个推力单元4供高压油时，其余推力单元4的油路与油箱连接；因此，当配油阀15将高压油同入到某个推力单元4时，此推力单元就会伸出一个偏心距距离。因为在轮毂1与内齿轮3之间使用了偏心圆部件10、一对第一轴承9和一对第二轴承11来固定相对位置，所以在推力单元4推动内齿轮3在平面平移一段距离，而偏心圆部件10、第一轴承9的内圈与第二轴承11的外圈发生转动，而内齿轮3只是在平面运动，并不会发生旋转，这样就使得内齿轮3与外齿轮111是逐个齿进行啮合，保证了内啮合少齿差齿轮之间的传动比恒定。内齿轮3的平面运动带动轮毂1上的外齿轮111作旋转运动，进而使得螺旋桨112旋转。

进一步地，在该实施例中，无轴推进器13的转速可以依靠旋转配油阀15的转速来调节，旋转配油阀15的转速改变就使得推力单元4启动的频率发生变化，也即使得推力单元4推动内齿轮3的外圈的频率就会发生变化，则外齿轮111旋转的转速就会发生发改变，即控制旋转配油阀15的转速就可以实现螺旋桨112的转速控制。

在本实用新型实施例中，为了增加螺旋桨112的输出扭矩，旋转配油阀15可以使两个或者三个推力单元4同时供油，在偏心距不变的前提下，产生的推力更大，输出的扭矩也将更大。

推力单元4的数量根据需求的旋转分辨率来确定，更多的数量，每次推力单元4顶出，轮毂1的旋转角度就会更小；两个推力单元4一起工作时，推力的作用力方向就是两个同时工作的推力单元的合力方向；推力单元的数量一般至少3个。

进一步地，在该实施例中，内齿轮3在作平面运动时，只作移动并不发生转动。因为内齿轮3通过偏心圆部件10、第一轴承9和第二轴承11固定于轮毂1的相对位置，并且第一轴承9与内齿轮3之间为过盈配合，即第一轴承9的外圈与内齿轮3的外圈运动一致。第二轴承11与轮毂1之间也为过盈配合，即第二轴承11的内圈与轮毂1运动一致。当推力单元4作用到内齿轮3上时，使得偏心圆部件10、第一轴承9的内圈与第二轴承11的外圈发生转动，而内齿轮3只是在平面运动，与外齿轮111上的齿依次啮合。

进一步地，在该实施例中，内齿轮3依靠两对轴承安装在轮毂1上。事实上，在轮毂1上安装上偏心圆部件10和第二轴承11时，内齿轮3的圆心与轮毂1的轴线就产生偏心距。现在先假设只存在偏心圆部件10和第一轴承9的情况，第一轴承9与内齿轮3使用过盈配合，偏心圆部件10与第一轴承9的内圈也为过盈配合，当推力单元4运动的过程中，力作用到内齿轮3上传递到第一轴承9上，则偏心圆部件10需要发生旋转来实现内齿轮3的径向移动，而目前是假设第二轴承11不存在的情况，所以偏心圆部件10与轮毂1为配合状态，可以使用键等联接方式实现配合，这样子偏心圆部件10的旋转就回传递给轮毂1上，但是由于内齿轮啮合作用，外齿轮111也会作旋转运动，即轮毂1上由于偏心圆部件10和外齿轮111会产生两个不同的转速，这样会干扰推进器的正常运行，并且加快磨损。

本实用新型采用液压油作为动力源，通过旋转配油阀15对各个推力单元4进行依次供油，使得推力单元4推动内齿轮3作平面运动，然后通过齿轮的啮合作用，最终实现螺旋桨112旋转输出。本实用新型删减了复杂的传动机构，减小了整体体积，并且可实现无极调速，调速范围大，操纵性能好，产生的扭矩大，散热效果好。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用与限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种重载无轴推进器，其特征在于，包括电机、旋转配油阀和旋转驱动装置；所述旋转驱动装置包括轮毂、壳体、内齿轮、轴向油封、密封圈、推力单元、端盖、第一轴承、第二轴承、第三轴承、压紧弹簧和偏心圆部件；所述轮毂为空心阶梯轴，包括外齿轮和螺旋桨；所述第二轴承内圈与所述轮毂过盈配合；所述偏心圆部件分别与所述第一轴承内圈和所述第二轴承外圈接触，并且所述偏心圆部件与所述第一轴承和所述第二轴承均为过盈配合；所述内齿轮与所述第一轴承外圈为过盈配合，所述内齿轮通过所述第一轴承、所述第二轴承和所述偏心圆部件固定在所述轮毂上；所述推力单元的末端通过所述压紧弹簧始终与所述第一轴承外圈紧贴；所述螺旋桨固定在所述轮毂的中空轴内；所述端盖通过螺钉固定在所述壳体上；所述轴向油封布置在所属轮毂两侧。

2.根据权利要求1所述的重载无轴推进器，其特征在于，所述电机与所述旋转配油阀连接，将高压油供给所述推力单元，调节所述电机转速即可调节所述无轴推进器的输出转速。

3.根据权利要求1所述的重载无轴推进器，其特征在于，外齿轮设置在轮毂上，内齿轮通过两对对称布置的轴承和两个偏心圆部件固定在轮毂上；内齿轮的内圈为齿圈，外齿轮的外圈为齿圈，内齿轮的内齿与外齿轮的外齿相啮合，外齿轮与内齿轮模数相等并且具有齿数差，使得外齿轮的外圈齿与内齿轮的内圈啮合形成少齿差齿轮对。

4.根据权利要求1所述的重载无轴推进器，其特征在于，所述的推力单元数量有多个，均布在所属壳体的外圆周上。

5.根据权利要求1所述的重载无轴推进器，其特征在于，所述推力单元为柱塞缸或者为带弹性的充油皮囊。

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