CN219134471U - 一种舵机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水下潜航器技术领域，具体涉及一种舵机装置。该舵机装置包括主壳体、电机、传动轴、柔性膜套和压力补偿器；主壳体呈桶状，其一端具有开口；电机安装于主壳体的内腔中，电机输出轴朝向主壳体开口端；传动轴的一端与电机输出轴连接，另一端连接舵片；柔性膜套包括外圈密封部和内圈密封部，外圈密封部与主壳体开口端密封连接，内圈密封部与传动轴密封连接，以使主壳体的内腔密闭；压力补偿器通过连接管与主壳体内腔相连通。本实用新型的舵机装置，结构简单紧凑，成本低、功耗小，传动效率高且密封可靠性好。

Description

一种舵机装置

技术领域

本实用新型属于水下潜航器技术领域，具体涉及一种舵机装置。

背景技术

自主水下潜航器(AUV)是一种智能化的水下机器人，在海洋科学研究、海洋环境监测、海底矿产资源勘探、海洋工程、水下打捞等诸多领域都有非常广泛的应用前景。而自主水下潜航器的姿态调节系统，特别是转向系统的调节主要靠水下转向舵机带动舵片来实现。

目前，常规的水下转向舵机装置主要有动密封式和磁耦合式两种方式，但这两种方式各有不足之处：

1）动密封式舵机装置是通过密封圈与转轴之间的直接接触式密封来实现干湿隔绝，而长期的接触式转动摩擦会带来转轴以及密封件的磨损，进而产生泄漏风险；而且，随着下潜深度的增加，水压持续增大，摩擦阻力逐渐增大，磨损状况会逐渐恶化，进而导致舵机装置密封失效风险增大，严重影响自主水下潜航器的安全性；

2）磁耦合式舵机装置是通过多个磁铁之间的磁力进行扭矩的传递，传递扭矩的大小与磁力大小有关，而磁力取决于磁铁体量及间距；因舵机装置整体空间尺寸有限，难以布设大磁力磁铁，因而磁耦合式舵机装置存在传递扭矩受限的问题；而且，磁耦合式舵机装置结构较为复杂、重量较大、功耗也较大，且成本高、不便维护。

有鉴于此，亟需研发一种结构简单、成本低、功耗小、传递扭矩不受限、密封可靠性高的舵机装置。

实用新型内容

针对相关技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种舵机装置，旨在解决常规舵机装置存在的结构复杂、传递扭矩受限、密封可靠性差等问题，提高舵机装置的传动效率和密封性能，降低舵机装置的功耗和成本。

本实用新型的舵机装置，包括：

主壳体，主壳体呈桶状，其一端具有开口；

电机，电机安装于主壳体的内腔中，电机的输出轴朝向主壳体的开口端；

传动轴，传动轴的一端与电机的输出轴连接，另一端连接一舵片；

柔性膜套，柔性膜套包括外圈密封部和内圈密封部；外圈密封部与主壳体的开口端密封连接，内圈密封部与传动轴密封连接，以使主壳体的内腔密闭；

压力补偿器，压力补偿器通过一连接管与主壳体的内腔相连通。

上述技术方案，通过柔性膜套的设置，能够解决现有动密封式舵机装置存在的动密封磨损问题，显著提高舵机装置的密封可靠性；通过传动轴与电机的直连传动，能够解决现有磁耦合式舵机装置扭矩传递受限的问题，显著提高舵机装置的传动效率。

在其中一些实施例中，柔性膜套还包括外延展部、内延展部和连接部；外延展部的一端与外圈密封部连接，另一端朝向主壳体的内腔延伸；内延展部的一端与内圈密封部连接，另一端朝向主壳体的内腔延伸；连接部呈环状，连接部的外缘与外延展部的延伸端连接，连接部的内缘与内延展部的延伸端连接。该技术方案通过外延展部和内延展部的设置，使柔性膜套具有良好的伸缩扭转性能。

在其中一些实施例中，传动轴与电机的输出轴呈共轴设置，传动轴通过一联轴器与电机的输出轴连接。

在其中一些实施例中，舵机装置还包括连接于主壳体开口端之外的支撑板，支撑板上设有轴承，支撑板通过轴承套接于传动轴远离电机输出轴的一端。该技术方案对传动轴起到限位和支撑加固的作用。

在其中一些实施例中，舵机装置还包括盖板，盖板安装于支撑板上，以将轴承的外圈紧定于支撑板上。

在其中一些实施例中，舵机装置还包括压架和压板；压架的一端与主壳体的开口端连接，以使外圈密封部与主壳体密封连接，另一端与支撑板连接；压板套设于传动轴上，压板的一端与传动轴连接，以使内圈密封部与传动轴密封连接。

在其中一些实施例中，压力补偿器包括缸体及与缸体滑动连接的活塞，缸体与活塞之间形成油腔，油腔内装有液压油，连接管与油腔相连通。该技术方案能够实现对主壳体内腔的压力补偿，平衡主壳体内外压力差，避免主壳体发生损坏，提高舵机装置的使用潜深。

在其中一些实施例中，活塞上沿其轴向开通有泄气孔，泄气孔远离缸体的一端可拆卸连接有堵头。

在其中一些实施例中，舵机装置还包括安装于主壳体内腔中的电机固定板，电机连接于电机固定板上；电机固定板上还开设有若干贯通槽。

在其中一些实施例中，主壳体上设置有穿舱件，穿舱件用于线缆的穿设。

基于上述技术方案，本实用新型实施例中的舵机装置，结构简单紧凑，体积小、重量轻、功耗小，成本低且易于维护，能够显著提高舵机装置的密封可靠性以及舵机装置的传动效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的舵机装置的结构示意图；

图2为本实用新型的舵机装置的结构剖视图；

图3为图2中的A处结构放大图；

图4为本实用新型的舵机装置中的柔性膜套的结构示意图。

图中：1、主壳体；2、电机；3、传动轴；4、柔性膜套；41、外圈密封部；42、内圈密封部；43、外延展部；44、内延展部；45、连接部；5、舵片；6、压力补偿器；61、连接管；62、缸体；63、活塞；64、堵头；7、支撑板；8、轴承；9、盖板；10、压架；11、压板；12、电机固定板；121、贯通槽；13、穿舱件；14、联轴器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的舵机装置，通常配置于水下潜航器的转向系统内。如图1-图4所示，该舵机装置包括主壳体1、电机2、传动轴3、柔性膜套4及压力补偿器6。主壳体1呈桶状，其一端具有开口。电机2安装于主壳体1的内腔中，电机2的输出轴朝向主壳体1的开口端；需要说明的是，电机2工作时，其输出轴可以往复转动，而且电机2为自锁电机，使用时可根据实际需要对电机2输出轴的转动位置进行锁定。传动轴3的一端与电机2的输出轴连接，另一端连接一舵片5；因而，当电机2输出轴往复转动时可带动传动轴3同步往复转动，进而可带动舵片5来回摆动。柔性膜套4为橡胶弹性件，具有良好的弹性和耐油性。柔性膜套4包括外圈密封部41、内圈密封部42、连接于外圈密封部41和内圈密封部42之间的形变部；外圈密封部41与主壳体1的开口端密封连接，内圈密封部42与传动轴3密封连接，通过柔性膜套4的设置使主壳体1的内腔实现密闭；需要说明的是，当传动轴3转动时会带动柔性膜套4的形变部伸缩扭转变形，通常将舵片5的摆动角度设置在±45°范围内，即柔性膜套4本身能承受相对于其原位状态±45°范围内的扭转而不会发生质量问题。压力补偿器6通过一连接管61与主壳体1的内腔相连通，用于对主壳体1的内腔进行压力补偿，以提高舵机装置的使用潜深。

进一步说明，当配置有该舵机装置的水下潜航器需要转向时，电机2得电，电机2输出轴转动以驱动传动轴3同步转动，进而带动舵片5摆动，在此过程中柔性膜套4的形变部通过自身的伸缩扭转变形对传动轴3与主壳体1之间的相对扭转位移进行补偿；而舵片5在受到水流冲击后，会产生转向扭矩，由此使水下潜航器实现转向功能。可以理解的是，当水下潜航器转向完成后，电机2输出轴反向转动，以使舵片5摆动角度回到零位，此时传动轴3和柔性膜套4也恢复至转向前的原位状态，锁定电机2，电机2停止工作，传动轴3和柔性膜套4也不再动作；待水下潜航器需要再次转向时，再启动电机2工作。

需要说明的是，该舵机装置采用柔性膜套4连接传动轴3和主壳体1，一方面实现了动件与静件之间的连接，并对主壳体1内腔进行密闭，实现了干湿隔绝；另一方面，当电机2驱动传动轴3转动时，柔性膜套4的形变部发生伸缩扭转变形，而柔性膜套4的外圈密封部41与主壳体1之间、内圈密封部42与传动轴3之间均处于静密封状态，因而规避了现有动密封式舵机装置存在的动密封磨损问题，显著提高舵机装置的密封可靠性，进而使舵机装置能够在确保密封性能的前提下实现了扭矩传递功能。另外，该舵机装置的传动轴3与电机2输出轴直接机械式连接，因而实现了二者之间的直连传动，解决了现有磁耦合式舵机装置扭矩传递受限的问题，显著提高了舵机装置的传动效率。

上述示意性实施例的舵机装置，其结构简单紧凑，成本低且易于维护，体积小且重量轻，能够很好适应水下潜航器有限搭载空间及重要要求，且功耗小，可有效节约水下潜航器的宝贵能源；通过柔性膜套4的设置，显著提高了舵机装置的密封可靠性；通过传动轴3与电机2的直连传动，使二者之间的扭矩传递不受限，显著提高了舵机装置的传动效率。

如图3、图4所示，在一些实施例中，柔性膜套4的形变部还包括外延展部43、内延展部44和连接部45，整个柔性模套的外形近似礼帽形。外延展部43的一端与外圈密封部41连接，另一端朝向主壳体1的内腔延伸。内延展部44的一端与内圈密封部42连接，另一端也朝向主壳体1的内腔延伸。连接部45呈环状，连接部45的外缘与外延展部43的延伸端连接，连接部45的内缘与内延展部44的延伸端连接。由此可见，内延展部44的长度显然大于外圈密封部41至内圈密封部42之间的高差；在传动轴3转动而带动柔性膜套4伸缩扭转变形的过程中，较长的内延展部44的设置能够减小柔性膜套4的扭转角，因而减缓了柔性膜套4的伸缩扭转变形程度，因而使柔性膜套4具有良好的伸缩扭转性能。

如图2、图3所示，在一些实施例中，传动轴3与电机2的输出轴呈共轴设置，传动轴3通过一联轴器14与电机2的输出轴连接，以使二者同步转动。

如图3所示，在一些实施例中，舵机装置还包括支撑板7，支撑板7连接于主壳体1开口端之外。支撑板7上开设有安装孔，安装孔内装设有轴承8；支撑板7通过轴承8套接于传动轴3远离电机2输出轴的一端。可以理解的是，轴承8的内圈与传动轴3相适配，传动轴3转动时带动轴承8的内圈同步转动；通过轴承8的设置，使转动轴的转动更为顺畅，避免磨损支撑板7。该示意性实施例，通过支撑板7及其上轴承8的设置，能够对传动轴3起到限位和支撑加固的作用。

如图3所示，在一些实施例中，舵机装置还包括盖板9，盖板9安装于支撑板7上，具体地，盖板9连接于支撑板7安装孔处，盖板9端面抵压于轴承8的外圈端面上，以将轴承8的外圈紧定于支撑板7上。该示意性实施例通过盖板9的设置，确保在传动轴3转动过程中轴承8不会发生轴向位置移动，提高传动轴3的转动稳定性。

如图1、图3所示，在一些实施例中，舵机装置还包括压架10和压板11。压架10的一端与主壳体1的开口端连接，以使外圈密封部41与主壳体1密封连接；具体地，主壳体1的开口端凹设有第一密封槽，柔性膜套4的外圈密封部41安装于第一密封槽内，通过压架10的设置将外圈密封部41压紧于第一密封槽内，实现柔性膜套4与主壳体1之间的端面密封。压架10的另一端与支撑板7连接，由此实现支撑板7与主壳体1之间的连接，进而提高传动轴3的连接强度和传动稳定性；压架10和支撑板7上均开设有镂空孔，以减轻舵机装置的整体重量，降低功耗。压板11套设于传动轴3上，压板11的一端与传动轴3连接，以使内圈密封部42与传动轴3密封连接；具体地，传动轴3的中段环向凸设有法兰盘，法兰盘远离电机2输出轴的端面上凹设有第二密封槽，柔性膜套4的内圈密封部42安装于第二密封槽内，通过压板11的设置将内圈密封部42压紧于第二密封槽内，实现柔性膜套4与传动轴3之间的端面密封。

如图1、图2所示，在一些实施例中，压力补偿器6包括缸体62及与缸体62滑动连接的活塞63，活塞63与缸体62之间采用间隙配合，活塞63上套设有O型圈，实现与缸体62之间的动密封。缸体62与活塞63之间形成油腔，油腔内装有液压油，连接管61与油腔相连通；活塞63移动时可使液压油经连接管61进入主壳体1内腔中。缸体62远离连接管61的一端还安装有后盖，后盖上开设有过孔以供活塞63的杆部穿过；过孔的内径大于活塞63杆部尺寸但小于活塞63头部尺寸，以对活塞63进行限位，避免活塞63从缸体62内脱离。当舵机装置入水工作后，随着下潜深度的增加，外界水压增大，水压力会推动活塞63移动，将油腔内的液压油通过连接管61输入到主壳体1内腔中，实现对主壳体1内腔的压力补偿，平衡主壳体1内外压力差，提高主壳体1的耐压能力，避免主壳体1发生变形、损坏甚至压溃的情况，提高舵机装置的使用潜深，确保舵机装置能够在深海压力下正常工作。

如图2所示，在一些实施例中，活塞63上沿其轴向开通有泄气孔，泄气孔远离缸体62的一端可拆卸连接有堵头64。进一步说明，在舵机装置组装完成后，对舵机装置进行注油，当油充满缸体62油腔和主壳体1内腔后，通过泄气孔将内部气体排净，然后用堵头64封闭泄气孔；可以理解的是，堵头64与活塞63密封连接，防止漏油。需要说明的是，注油时不要将油注得太满，即不应使柔性膜套4处于鼓胀状态而应使其处于自然形态，以利于柔性膜套4在舵片5摆动过程中的扭转变形。

如图3所示，在一些实施例中，舵机装置还包括安装于主壳体1内腔中的电机固定板12，电机固定板12的周圈均与主壳体1连接，电机固定板12将主壳体1内腔分为两个区域。电机2连接于电机固定板12上并位于其中一个区域内。电机固定板12上还开设有若干贯通槽121，通过贯通槽121将主壳体1内腔的两个区域相连通，以便于主壳体1整个内腔均充油。

如图1、图2所示，在一些实施例中，主壳体1上设置有穿舱件13，穿舱件13用于线缆的穿设。穿舱件13与壳体的密封连接结构为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。穿舱件13的设置便于线缆的连接，避免发生泄漏，提高主壳体1内腔的密封性。

如图2所示，在一些实施例中，连接管61的两端均通过过盈配合的方式各连接一个接头，每个接头上均设置有固定帽，固定帽与接头之间螺纹连接，以保证连接管61两端与接头的稳定连接。连接管61两端的两个接头分别与缸体62和主壳体1螺纹连接，且接头端面通过密封圈与缸体62和主壳体1实现密封。

通过对本实用新型的舵机装置的多个实施例的说明，可以看到本实用新型至少具有以下一种或多种优点：

1）通过柔性膜套4的设置，实现了动件与静件之间的连接，规避了动密封磨损问题，显著提高舵机装置的密封可靠性；

2）通过传动轴3与电机2的直连传动，使二者之间的扭矩传递不受限，显著提高了舵机装置的传动效率；

3）通过压力补偿器6的设置，实现对主壳体1内腔的压力补偿，平衡主壳体1内外压力差，避免主壳体1发生损坏，提高舵机装置的使用潜深；

4）本实用新型结构简单紧凑，成本低且易于维护，体积小且重量轻，能够很好适应水下潜航器有限搭载空间及重要要求，且功耗小，可有效节约水下潜航器的宝贵能源。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种舵机装置，其特征在于，包括：

主壳体，所述主壳体呈桶状，其一端具有开口；

电机，所述电机安装于主壳体的内腔中，所述电机的输出轴朝向主壳体的开口端；

传动轴，所述传动轴的一端与电机的输出轴连接，另一端连接一舵片；

柔性膜套，所述柔性膜套包括外圈密封部和内圈密封部；所述外圈密封部与主壳体的开口端密封连接，所述内圈密封部与传动轴密封连接，以使所述主壳体的内腔密闭；

压力补偿器，所述压力补偿器通过一连接管与主壳体的内腔相连通。

2.根据权利要求1所述的舵机装置，其特征在于，所述柔性膜套还包括外延展部、内延展部和连接部；所述外延展部的一端与外圈密封部连接，另一端朝向所述主壳体的内腔延伸；所述内延展部的一端与内圈密封部连接，另一端朝向所述主壳体的内腔延伸；所述连接部呈环状，所述连接部的外缘与外延展部的延伸端连接，所述连接部的内缘与内延展部的延伸端连接。

3.根据权利要求1所述的舵机装置，其特征在于，所述传动轴与电机的输出轴呈共轴设置，所述传动轴通过一联轴器与电机的输出轴连接。

4.根据权利要求1所述的舵机装置，其特征在于，所述舵机装置还包括连接于主壳体开口端之外的支撑板，所述支撑板上设有轴承，所述支撑板通过轴承套接于传动轴远离电机输出轴的一端。

5.根据权利要求4所述的舵机装置，其特征在于，所述舵机装置还包括盖板，所述盖板安装于支撑板上，以将所述轴承的外圈紧定于支撑板上。

6.根据权利要求4所述的舵机装置，其特征在于，所述舵机装置还包括压架和压板；所述压架的一端与主壳体的开口端连接，以使所述外圈密封部与主壳体密封连接，另一端与所述支撑板连接；所述压板套设于传动轴上，所述压板的一端与传动轴连接，以使所述内圈密封部与传动轴密封连接。

7.根据权利要求1所述的舵机装置，其特征在于，所述压力补偿器包括缸体及与缸体滑动连接的活塞，所述缸体与活塞之间形成油腔，所述油腔内装有液压油，所述连接管与油腔相连通。

8.根据权利要求7所述的舵机装置，其特征在于，所述活塞上沿其轴向开通有泄气孔，所述泄气孔远离缸体的一端可拆卸连接有堵头。

9.根据权利要求1所述的舵机装置，其特征在于，所述舵机装置还包括安装于主壳体内腔中的电机固定板，所述电机连接于电机固定板上；所述电机固定板上还开设有若干贯通槽。

10.根据权利要求1所述的舵机装置，其特征在于，所述主壳体上设置有穿舱件，所述穿舱件用于线缆的穿设。

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