TWI402201B - Underwater propeller - Google Patents

Description

水下推進器

本發明是有關於一種推進器，特別是指一種水下推進器。

近年來遠端操控式無人載具(Remotely Operated Vehicle，ROV)及自主式無人載具(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)隨著海底資源開發及科學研究的擴展已逐漸發展成熟，並已投入實際應用，相關的國內外專利文獻可參考TWI304038、TWM348742、TWM348743、US4809630、US20070283871、US7811143、EP1283535等，這些載具都需要至少一個推進器(thruster)提供移動的動力，而該推進器必需滿足重量輕、出力大、體積小、流阻小、散熱良好等特性。

如圖1所示，為一種水下推進器100，從該水下推進器100的外觀所看到的一殼體11，是直接用來構成一馬達的定子結構(stator structure)，另有一轉子12(rotor)設置在該殼體11中用來連接一葉輪13，當該轉子12帶動該葉輪13轉動時，該水下推進器100就可以在水面下發揮提供推進力量的功用。

然而，由於該殼體11是用來構成該馬達的一部分，所以該水下推進器100整體所採用的結構設計不容許安裝市面上現有的馬達使用，也就是當該水下推進器100的馬達一旦發生損壞，使用者的唯一處理方式就是將該水下推進器100送回原廠維修，再等待原廠回覆，無法直接採用其它馬達做更換，所以該水下推進器100具有取得維修零組件不易，以及送修過程耗時的缺點。

此外，由於該水下推進器100的馬達是採用特殊規格，所以原廠並無法提供多樣化的產品種類讓消費者選擇，例如體積、重量、推進力量、耗電量、控制方式、購買費用等，都是消費者在選購時的考慮因素，然而該馬達不可替換的限制會造成消費者選購困難的缺點。

有鑑於此，美國專利US7811143所揭露的另一種水下推進器則採用一殼體內安裝一馬達的設計，這個設計使得該推進器有機會替換成市面上的各種馬達，然而根據該專利的圖4可以發現，該馬達周圍與該殼體之間故意留有一個平衡水壓用的空間，該空間提供儲存壓縮空氣，但是由於空氣的熱阻(thermal resistance)大，該空間將會導致該馬達的散熱不易，以致於該馬達容易燒毀，此外，還可以發現該專利只是採用一個軸封件(shaft seal)進行防水，須定期更換該軸封件並潛藏失效的風險導致水密失效，進而造成該馬達與一馬達驅動電路燒毀的風險，不利於深海作業使用，當有海草纏繞住該推進器時，該專利也沒有保護該馬達的機制，如果該馬達在有海草纏繞的狀態下繼續運作，則會很快地升溫燒毀。

因此，本發明之目的是在提供一種容易維修更換馬達，且能防範馬達過熱損壞的水下推進器。

於是，本發明水下推進器包含一動力單元、一磁性連結單元，及一推進單元。

該動力單元包括一沿一軸線延伸的殼體，及一沿該軸線套設於該殼體中且與該殼體的一圍繞壁保持接觸的馬達，該馬達具有一沿該軸線穿出該殼體外的驅動軸。

該磁性連結單元包括一沿該軸線連結於該驅動軸的內磁吸模組、一圍繞且磁吸該內磁吸模組的外磁吸模組，及一圍繞於該內磁吸模組與該外磁吸模組之間且沿該軸線水密地連結於該殼體的隔離套，該內磁吸模組與該驅動軸是同步轉動，該外磁吸模組是藉由磁吸力配合該內磁吸模組轉動。

該推進單元連結於該外磁吸模組，並包括多個圍繞該軸線排列的槳葉。

本發明的有益效果在於：使用時，由於該動力單元的馬達是套設於該殼體中且與該殼體的圍繞壁保持接觸，所以該馬達能經由該殼體散熱，達到良好的散熱效果，且該馬達能採用市面上的其它規格與種類替換，所以維修上相當方便，當該水下推進器在水下作業時，如果遇到水草或異物導致該推進單元無法運轉，由於該推進單元與該動力單元是藉由該磁性連結單元形成磁性連結，並不是機械性連結，所以該驅動軸的轉動扭力只會超過該磁性連結單元所產生的磁吸力，該驅動軸仍然能繼續轉動並不會被強迫停止，所以該磁性連結單元能有效避免該馬達過熱燒毀的情形發生，達到增加該水下推進器產品壽命的使用功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖2、3、4所示，本發明水下推進器200的較佳實施例包含一動力單元20、一磁性連結單元30、一推進單元40，及一導流單元50。

該動力單元20包括一沿一軸線X延伸的殼體21、一沿該軸線X套設於該殼體21中且與該殼體21保持接觸的馬達22，及一設置於該殼體21中且電連接該馬達22的馬達驅動電路23。

該殼體21具有一沿該軸線X延伸圍繞的圍繞壁211、一沿該軸線X封合於該圍繞壁211之一端的封蓋212、一設置於該封蓋212的防水接頭213、一沿該軸線X連接於該圍繞壁211之另一端的連結環214、一夾設於該圍繞壁211與該連結環214之間的第一防水環215，及一嵌設於該連結環214內周面的第二防水環216，在本實施例中，該殼體21採用金屬材料製造，例如鋁合金，藉以提供較佳的散熱功效，該殼體21圍繞該軸線X的一外徑是不大於50 mm，藉以符合體積小型化的市場需求。

該連結環214包括一圍繞該軸線X的環槽2141。

該馬達22是沿該軸線X套設於該殼體21中且與該殼體21的圍繞壁保持接觸，該馬達22具有一沿該軸線X穿出該殼體21外的驅動軸221，在本實施例中，該驅動軸221是從該連結環214穿出，該馬達22可依據扭力需求，選用內建減速器的機種，且為了廣泛的電源適用性，可接受直流電壓24V至330V，也可以接受交流電。

該磁性連結單元30包括一沿該軸線X連結於該驅動軸221的內磁吸模組31、一圍繞且磁吸該內磁吸模組31的外磁吸模組32，及一圍繞於該內磁吸模組31與該外磁吸模組32之間且沿該軸線X水密地連結於該殼體21的隔離套33。該第二防水環216夾設於該連結環214與該隔離套33之間，藉由該第一防水環215與該第二防水環216使該隔離套33與該殼體21水密地連結。

該內磁吸模組31與該驅動軸221是同步轉動，並具有一固定於該驅動軸221的內磁鐵安裝管311，及一設置於該內磁鐵安裝管311且圍繞該軸線X的內磁鐵環312。

該內磁鐵環312在本實施例中採用多塊磁鐵組成。

該外磁吸模組32是藉由磁吸力配合該內磁吸模組31轉動，並具有一圍繞該軸線X的外磁鐵安裝管321、一設置於該外磁鐵安裝管321且圍繞該軸線X的外磁鐵環322、一圍繞該軸線X的襯套323，及一固定環324。

該襯套323是套合於該外磁鐵安裝管321，並包括一沿該軸線X方向在該外磁鐵安裝管321內延伸的內襯段3231，及一沿該外磁鐵安裝管321之外表面延伸的外襯段3232，該襯套323在本實施例中採用順磁性材料製成。

該外磁鐵環322是固定於該外磁鐵安裝管321與該內襯段3231之間，在本實施例中，該外磁鐵環322採用多塊磁鐵組成。

該固定環324是緊配合地圍繞該外襯段3232。

該隔離套33是包覆於該驅動軸221周圍，並具有一圍繞該軸線X的連結筒331、一圍繞該軸線X且連接該連結筒331的肩部332，及一自該肩部332沿該軸線X延伸的支撐軸333，該連結筒331具有一抵接於該連結環214之環槽2141的凸緣3311，該隔離套33採用非導磁性材料，在本實施例中，該襯套323與該隔離套33之間有存在一微小空隙，該微小空隙並不影響該內磁鐵環312與該外磁鐵環322相互磁吸，並可以讓水流入，達到潤滑該外磁吸模組32與該隔離套33的功能。

該推進單元40連結於該外磁吸模組32，並包括多個圍繞該軸線X排列的槳葉41、一圍繞該軸線X的槳輪42、一圍繞該軸線X的帽蓋43、一第一止推軸承44、一第二止推軸承45，及一固定件46。

該等槳葉41是形成於該槳輪42。

該槳輪42是沿該軸線X方向套設於該外磁鐵安裝管321且抵靠於該固定環324。

該帽蓋43是沿該軸線X方向連結於該外磁鐵安裝管321且抵靠於該槳輪42，該槳輪42固定於該固定環324與該帽蓋43之間，該隔離套33的肩部332是面向該帽蓋43，該支撐軸333是穿伸於該帽蓋43中。

該第一止推軸承44套設於該支撐軸333，且連接於該肩部332與該帽蓋43之間。

該第二止推軸承45套設於該支撐軸333，且對應於該第一止推軸承44連接於該帽蓋43的相反側。

該固定件46是沿該軸線X固定於該支撐軸333且頂抵該第二止推軸承45靠向該帽蓋43，在本實施例中，該固定件46與該支撐軸333是採用螺紋結構鎖固定位。

該導流單元50包括一圍繞該推進單元40的導流罩51，及多個連結該導流罩51與該殼體21的連接柱52。

藉此，使用時，由於該動力單元20的馬達22是套設於該殼體21中且與該殼體21的圍繞壁211保持接觸，所以該馬達22能經由該殼體21散熱，達到良好的散熱效果。

維修時，如果該槳輪42上的該等槳葉41發生損壞，使用者只要先將該導流單元50與該固定件46拆卸，該推進單元40就可以沿該軸線X方向拆離，使用者就可以更換該槳輪42。如果該馬達22發生損壞，使用者可以繼續拆離該連接環214、該內磁吸模組31以及該封蓋212，如此就可以取出該馬達22更換，由於很容易以另一個馬達替換，所以維修上相當方便。

當該水下推進器200在水下作業時，如果遇到水草或異物導致該推進單元40無法運轉，由於該推進單元40與該動力單元20是藉由該磁性連結單元30形成磁性連結，並不是機械性連結，所以該驅動軸221的轉動扭力只會超過該磁性連結單元30所產生的磁吸力，該驅動軸221仍然能繼續轉動並不會被強迫停止，所以該磁性連結單元30能有效避免該馬達22過熱燒毀的情形發生，達到增加該水下推進器200產品壽命的使用功效。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

200．．．水下推進器

20．．．動力單元

21．．．殼體

211．．．圍繞壁

212．．．封蓋

213．．．防水接頭

214．．．連結環

2141．．．環槽

215．．．第一防水環

216．．．第二防水環

22．．．馬達

221．．．驅動軸

23．．．馬達驅動電路

30．．．磁性連結單元

31．．．內磁吸模組

311．．．內磁鐵安裝管

312．．．內磁鐵環

32．．．外磁吸模組

321．．．外磁鐵安裝管

322．．．外磁鐵環

323．．．襯套

3231．．．內襯段

3232．．．外襯段

324．．．固定環

33．．．隔離套

331．．．連結筒

3311．．．凸緣

332．．．肩部

333．．．支撐軸

40．．．推進單元

41．．．槳葉

42．．．槳輪

43．．．帽蓋

44．．．第一止推軸承

45．．．第二止推軸承

46．．．固定件

50．．．導流單元

51．．．導流罩

52．．．連接柱

X．．．軸線

圖1是一示意圖，說明一般水下推進器的使用情形；

圖2是一立體分解圖，說明本發明水下推進器的較佳實施例；

圖3是一剖視圖，說明上述較佳實施例中，一動力單元、一磁性連結單元、一推進單元，及一導流單元的組合結構；及

圖4是一示意圖，說明上述較佳實施例中，該動力單元、該推進單元，及該導流單元在進行拆換的使用狀態。

200．．．水下推進器

20．．．動力單元

21．．．殼體

211．．．圍繞壁

212．．．封蓋

213．．．防水接頭

214．．．連結環

2141．．．環槽

22．．．馬達

221．．．驅動軸

23．．．馬達驅動電路

30．．．磁性連結單元

31．．．內磁吸模組

311．．．內磁鐵安裝管

312．．．內磁鐵環

32．．．外磁吸模組

321．．．外磁鐵安裝管

322．．．外磁鐵環

323．．．襯套

3231．．．內襯段

3232．．．外襯段

324．．．固定環

33．．．隔離套

331．．．連結筒

3311．．．凸緣

332．．．肩部

333．．．支撐軸

40．．．推進單元

41．．．槳葉

42．．．槳輪

43．．．帽蓋

44．．．第一止推軸承

45．．．第二止推軸承

46．．．固定件

50．．．導流單元

51．．．導流罩

52．．．連接柱

X．．．軸線

Claims (10)

1. 一種水下推進器，包含：一動力單元，包括一沿一軸線延伸的殼體，及一沿該軸線套設於該殼體中且與該殼體的一圍繞壁保持接觸的馬達，該馬達具有一沿該軸線穿出該殼體外的驅動軸；一磁性連結單元，包括一沿該軸線連結於該驅動軸的內磁吸模組、一圍繞且磁吸該內磁吸模組的外磁吸模組，及一圍繞於該內磁吸模組與該外磁吸模組之間且沿該軸線水密地連結於該殼體的隔離套，該內磁吸模組與該驅動軸是同步轉動，該外磁吸模組是藉由磁吸力配合該內磁吸模組轉動；及一推進單元，連結於該外磁吸模組，並包括多個圍繞該軸線排列的槳葉。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之水下推進器，其中，該動力單元還包括一設置於該殼體中且電連接該馬達的馬達驅動電路。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之水下推進器，其中，該動力單元的殼體具有沿該軸線延伸圍繞的該圍繞壁、一沿該軸線封合於該圍繞壁之一端的封蓋、一設置於該封蓋的防水接頭，及一沿該軸線連接於該圍繞壁之另一端的連結環，該連結環包括一圍繞該軸線的環槽，該馬達的驅動軸是從該連結環穿出，該磁性連結單元的隔離套是包覆於該驅動軸周圍，並具有一圍繞該軸線的連結筒，該連結筒具有一抵接於該連結環之環槽的凸緣。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之水下推進器，其中，該動力單元的殼體還具有一夾設於該圍繞壁與該連結環之間的第一防水環，及一夾設於該連結環與該隔離套之間的第二防水環。
5. 根據申請專利範圍第3項所述之水下推進器，其中，該磁性連結單元的內磁吸模組具有一固定於該驅動軸的內磁鐵安裝管，及一設置於該內磁鐵安裝管且圍繞該軸線的內磁鐵環，該外磁吸模組具有一圍繞該軸線的外磁鐵安裝管、一設置於該外磁鐵安裝管且圍繞該軸線的外磁鐵環、一圍繞該軸線的襯套，及一固定環，該襯套是套合於該外磁鐵安裝管，並包括一沿該軸線方向在該外磁鐵安裝管內延伸的內襯段，及一沿該外磁鐵安裝管之外表面延伸的外襯段，該外磁鐵環是固定於該外磁鐵安裝管與該內襯段之間，該固定環是緊配合地圍繞該外襯段。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之水下推進器，其中，該推進單元還包括一圍繞該軸線的槳輪，及一圍繞該軸線的帽蓋，該等槳葉是形成於該槳輪，該槳輪是沿該軸線方向套設於該外磁鐵安裝管且抵靠於該固定環，該帽蓋是沿該軸線方向連結於該外磁鐵安裝管且抵靠於該槳輪，該槳輪固定於該固定環與該帽蓋之間。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之水下推進器，其中，該推進單元還包括一第一止推軸承、一第二止推軸承，及一固定件，該磁性連結單元的隔離套還具有一圍繞該軸線且面向該帽蓋的肩部，及一自該肩部沿該軸線穿伸於該帽蓋中的支撐軸，該第一止推軸承套設於該支撐軸，且連接於該肩部與該帽蓋之間，該第二止推軸承套設於該支撐軸，且對應於該第一止推軸承連接於該帽蓋的相反側，該固定件是沿該軸線固定於該支撐軸且頂抵該第二止推軸承靠向該帽蓋。
8. 根據申請專利範圍第1項至第7項任一項所述之水下推進器，還包含一導流單元，該導流單元包括一圍繞該推進單元的導流罩，及多個連結該導流罩與該殼體的連接柱。
9. 根據申請專利範圍第1項至第7項任一項所述之水下推進器，其中，該殼體圍繞該軸線的一外徑是不大於50 mm。
10. 根據申請專利範圍第1項至第7項任一項所述之水下推進器，其中，該殼體採用金屬材料，該隔離套採用非導磁性材料。