專利名稱：一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水下機(jī)器人，具體地說是微小型水下機(jī)器人的推進(jìn)器。
背景技術(shù)：
海洋蘊(yùn)藏著豐富的生物資源和礦產(chǎn)資源，而人類對海洋的開發(fā)和利用，離不開各式各樣的水下機(jī)器人。螺旋槳推進(jìn)器作為水下機(jī)器人最常用的驅(qū)動裝置，其動密封問題較難解決，并且作業(yè)深度越深，該問題越嚴(yán)重。解決推進(jìn)器動密封問題常用的方法是機(jī)械密封，即在螺旋槳的傳動軸上使用格萊圈、油封或者橡膠密封圈，但機(jī)械密封在傳動過程中摩擦阻力大、傳動效率低,而且傳動效率受海水壓力的影響。目前，一種基于磁耦合原理來解決推進(jìn)器動密封問題的方法的研究也較為深入。其基本原理是在主動軸上(一般為電動機(jī)輸出軸)和被動軸上(一般為螺旋槳傳動軸)分別嵌裝有若干永磁體。通過合理的布置，使兩軸之間產(chǎn)生吸引力，再用隔套將兩者隔開，并保 證電動機(jī)水密。這樣就可以通過磁場力使被動軸跟著主動軸同步旋轉(zhuǎn)。目前，基于磁耦合原理的推進(jìn)器已有相關(guān)專利，如2009年8月19日公開的公開號為CN101508335A，名稱為“水下螺旋槳推進(jìn)模塊和包含該模塊的水下航行器”的中國專利文件，采用磁耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)動力傳輸，采用隔離罩將水與密封艙隔開，采用耐腐蝕材料及陶瓷滾動軸承解決了耐水腐蝕的問題；2011年4月7日公開的公開號為CA2771245 (Al)，名稱為“Drive device for watercraft”的加拿大專利文件,采用磁性聯(lián)軸節(jié)作為螺旋槳和電動機(jī)軸的連接器。但上述專利所描述的水下磁耦合推進(jìn)器均以電動機(jī)的輸出軸連接磁耦合聯(lián)軸器的外轉(zhuǎn)子，而以磁耦合聯(lián)軸器的內(nèi)轉(zhuǎn)子連接螺旋槳，由于電動機(jī)以及磁耦合聯(lián)軸器的外轉(zhuǎn)子需要密封，所以磁耦合聯(lián)軸器的徑向尺寸相對較大，以致水下推進(jìn)器的整體尺寸也相對較大。伴隨著微小型水下機(jī)器人的發(fā)展，其對螺旋槳推進(jìn)器的小型化提出了更高要求。此夕卜，對于小型水下推進(jìn)器的螺旋槳，傳統(tǒng)的加工方法不僅費(fèi)時費(fèi)力，成本較高，而且精度也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供體積小、重量輕、密封性好、加工容易的一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是包括電機(jī)組件、磁耦合聯(lián)軸器組件、螺旋槳組件，所述的磁耦合聯(lián)軸器組件包括隔套、支撐環(huán)、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、磁鐵、滾動軸承、彈性擋圈，支撐環(huán)安裝隔套里，內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝在隔套和支撐環(huán)上，內(nèi)轉(zhuǎn)子外側(cè)設(shè)置凹槽，第一磁鐵安裝在凹槽里，外轉(zhuǎn)子安裝在隔套上并位于隔套的外部，外轉(zhuǎn)子設(shè)置有凹槽且凹槽里安裝第二磁鐵，滾動軸承的內(nèi)圈左側(cè)靠在隔套上，右側(cè)靠在彈性擋圈上，滾動軸承的外圈左側(cè)靠在外轉(zhuǎn)子上，右側(cè)靠在螺旋槳組件上，外轉(zhuǎn)子與螺旋槳組件相連，電機(jī)組件的輸出端伸入內(nèi)轉(zhuǎn)子并通過鍵帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明還可以包括I、所述的電機(jī)組件包括直流電動機(jī)、電動機(jī)固定端蓋、后端蓋、電動機(jī)密封艙、輸出端，電動機(jī)固定端蓋和后端蓋分別位于電動機(jī)密封艙的兩端，并與電動機(jī)密封艙組成密封結(jié)構(gòu)，直流電動機(jī)安裝在密封結(jié)構(gòu)里，輸出端與直流電動機(jī)相連并分別位于電動機(jī)固定端蓋的兩側(cè)。2、還包括O型密封圈，第一 O型密封圈安裝在電動機(jī)密封艙和電動機(jī)固定端蓋之間，第二 O型密封圈安裝在電動機(jī)密封艙和后端蓋之間。3、所述的螺旋槳組件包括螺旋槳、螺旋槳固定件、螺栓，螺旋槳和螺旋槳固定件通 過螺栓進(jìn)行固定連接，滾動軸承的外圈右側(cè)靠在螺旋槳固定件上，螺旋槳固定件與外轉(zhuǎn)子相連。4、所述的磁鐵為長方體磁鐵。本發(fā)明的優(yōu)勢在于I、電動機(jī)組件的電動機(jī)選用普通的直流電動機(jī)，不需要額外定制，因此，電動機(jī)供貨周期短，成本低，更換容易。2、電動機(jī)組件與耦合聯(lián)軸器組件的隔套共同完成電動機(jī)組件的電動機(jī)以及磁耦合聯(lián)軸器組件內(nèi)轉(zhuǎn)子的密封，由于各處均采用靜密封，所以密封可靠。3、電動機(jī)組件的電動機(jī)輸出軸與耦合聯(lián)軸器組件的內(nèi)轉(zhuǎn)子相連，而磁耦合聯(lián)軸器組件的外轉(zhuǎn)子與螺旋槳固定件相連，因此不用對磁耦合聯(lián)軸器組件的外轉(zhuǎn)子進(jìn)行額外的密封，可以減小一層密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減小磁耦合聯(lián)軸器的徑向尺寸。4、耦合聯(lián)軸器組件的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的凹槽內(nèi)嵌有條狀的長方體的強(qiáng)力磁鐵，與依照凹槽弧面加工的弧形磁鐵相比，長方形的磁鐵加工容易，供貨周期短，且通用性好，對于不同直徑的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子，均可使用同一尺寸的長方體磁鐵。5、外轉(zhuǎn)子的支撐采用耐腐蝕的陶瓷滾動軸承和摩擦系數(shù)較小的聚四氟乙烯滑動軸承的組合實(shí)現(xiàn)，這種組合的優(yōu)點(diǎn)是，合理利用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)空間，在適當(dāng)?shù)奈恢檬褂脻L動軸承減小摩擦力，而在另一適當(dāng)?shù)奈恢檬褂没瑒虞S承減小徑向尺寸。6、螺旋槳組件由螺旋槳和螺旋槳固定件組成，螺旋槳采用特種加工方法制造，首先用快速成型方法加工出螺旋槳外形，然后采用在螺旋槳表面覆蓋一層碳纖維的方法來增強(qiáng)螺旋槳整體的強(qiáng)度和剛度，此種加工方法成本低，加工周期短，且加工精度高。7、該裝置為獨(dú)立模塊，便于安裝和更換，也可以通過安裝不同的螺旋槳，而分別作為垂向推進(jìn)器、側(cè)向推進(jìn)器以及主推進(jìn)器來使用。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的電動機(jī)組件結(jié)構(gòu)簡圖；圖3為本發(fā)明的磁耦合聯(lián)軸器組件結(jié)構(gòu)簡圖；圖4為本發(fā)明的螺旋槳組件結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖I 4，本發(fā)明主要由電動機(jī)組件、磁耦合聯(lián)軸器組件、螺旋槳組件三部分組成。如圖2所示，電動機(jī)電纜I從水密頭2中引出，水密頭2安裝在后端蓋3上，后端蓋3與電動機(jī)密封艙4之間通過O型圈26進(jìn)行端面密封，直流電動機(jī)5通過螺釘25固定在電動機(jī)固定端蓋7上，電動機(jī)固定端蓋7與電動機(jī)密封艙4之間通過O型圈24進(jìn)行端面密封。如圖I所示，磁耦合聯(lián)軸器組件的隔套8與電動機(jī)組件的電動機(jī)密封艙4的法蘭、電動機(jī)固定端蓋7用螺栓6進(jìn)行連接，其中，電動機(jī)固定端蓋7與隔套8之間通過O型圈23進(jìn)行角密封，至此，即完成了直流電動機(jī)5以及磁耦合聯(lián)軸器的內(nèi)轉(zhuǎn)子20的密封；直流電動機(jī)5的輸出軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子20通過鍵11進(jìn)行傳動。
如圖3所示，磁耦合聯(lián)軸器的內(nèi)轉(zhuǎn)子20通過軸承22和軸承18的支撐安裝在支撐環(huán)21和隔套8上，內(nèi)轉(zhuǎn)子20的凹槽內(nèi)粘嵌有條狀的長方體強(qiáng)力磁鐵19 ;磁耦合聯(lián)軸器的外轉(zhuǎn)子12通過聚四氟乙烯滑動軸承9和陶瓷滾動軸承17安裝在隔套8上，其中滑動軸承9外圓與外轉(zhuǎn)子12為過盈配合，滑動軸承9內(nèi)圓與隔套8為間隙配合，外轉(zhuǎn)子12的凹槽內(nèi)粘嵌有與磁鐵19相對應(yīng)的條狀的長方體強(qiáng)力磁鐵10，陶瓷滾動軸承17的內(nèi)圈左側(cè)靠在隔套8上，右側(cè)靠在軸用彈性擋圈16上，陶瓷滾動軸承17的外圈左側(cè)靠在外轉(zhuǎn)子12上，右側(cè)靠在螺旋槳固定件13上，如圖I所示。如圖4所示，螺旋槳15和螺旋槳固定件13通過螺栓14進(jìn)行固定連接，完成動力傳遞。其中，螺旋槳采用特種加工方法，首先用快速成型方法加工出螺旋槳外形，然后采用在螺旋槳表面覆蓋一層碳纖維的方法來增強(qiáng)螺旋槳15整體的強(qiáng)度和剛度。本發(fā)明的工作原理電動機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動直流電動機(jī)5運(yùn)動，電動機(jī)5通過鍵11連接帶動磁耦合聯(lián)軸器的內(nèi)轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轉(zhuǎn)子20通過磁耦合力帶動外轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)子12與螺旋槳組件固定連接，從而帶動螺旋槳15轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生推力。
權(quán)利要求
1.一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是包括電機(jī)組件、磁耦合聯(lián)軸器組件、螺旋槳組件，所述的磁耦合聯(lián)軸器組件包括隔套、支撐環(huán)、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、磁鐵、滾動軸承、彈性擋圈，支撐環(huán)安裝隔套里，內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝在隔套和支撐環(huán)上，內(nèi)轉(zhuǎn)子外側(cè)設(shè)置凹槽，第一磁鐵安裝在凹槽里，外轉(zhuǎn)子安裝在隔套上并位于隔套的外部，外轉(zhuǎn)子設(shè)置有凹槽且凹槽里安裝第二磁鐵，滾動軸承的內(nèi)圈左側(cè)靠在隔套上，右側(cè)靠在彈性擋圈上，滾動軸承的外圈左側(cè)靠在外轉(zhuǎn)子上，右側(cè)靠在螺旋槳組件上，外轉(zhuǎn)子與螺旋槳組件相連，電機(jī)組件的輸出端伸入內(nèi)轉(zhuǎn)子并通過鍵帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是所述的電機(jī)組件包括直流電動機(jī)、電動機(jī)固定端蓋、后端蓋、電動機(jī)密封艙、輸出端，電動機(jī)固定端蓋和后端蓋分別位于電動機(jī)密封艙的兩端，并與電動機(jī)密封艙組成密封結(jié)構(gòu)，直流電動機(jī)安裝在密封結(jié)構(gòu)里，輸出端與直流電動機(jī)相連并分別位于電動機(jī)固定端蓋的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是還包括O型密封圈，第一 O型密封圈安裝在電動機(jī)密封艙和電動機(jī)固定端蓋之間，第二 O型密封圈安裝在電動機(jī)密封艙和后端蓋之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是所述的螺旋槳組件包括螺旋槳、螺旋槳固定件、螺栓，螺旋槳和螺旋槳固定件通過螺栓進(jìn)行固定連接，滾動軸承的外圈右側(cè)靠在螺旋槳固定件上，螺旋槳固定件與外轉(zhuǎn)子相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是所述的磁鐵為長方體磁鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求4任一所述的一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，其特征是所述的磁鐵為長方體磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種小型水下磁耦合推進(jìn)器裝置，包括電機(jī)組件、磁耦合聯(lián)軸器組件、螺旋槳組件，所述的磁耦合聯(lián)軸器組件包括隔套、支撐環(huán)、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、磁鐵、滾動軸承、彈性擋圈，支撐環(huán)安裝隔套里，內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝在隔套和支撐環(huán)上，內(nèi)轉(zhuǎn)子外側(cè)設(shè)置凹槽，第一磁鐵安裝在凹槽里，外轉(zhuǎn)子安裝在隔套上并位于隔套的外部，外轉(zhuǎn)子設(shè)置有凹槽且凹槽里安裝第二磁鐵，滾動軸承的內(nèi)圈左側(cè)靠在隔套上，右側(cè)靠在彈性擋圈上，滾動軸承的外圈左側(cè)靠在外轉(zhuǎn)子上，右側(cè)靠在螺旋槳組件上，外轉(zhuǎn)子與螺旋槳組件相連，電機(jī)組件的輸出端伸入內(nèi)轉(zhuǎn)子并通過鍵帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明體積小、重量輕、密封性好、加工容易，適用于微小型水下機(jī)器人。
文檔編號B63H23/24GK102897309SQ20121035503
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者張銘鈞, 褚振忠, 殷寶吉, 趙文德, 王玉甲 申請人:哈爾濱工程大學(xué)