专利名称：以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶动力设备，尤其涉及一种以步进电机作为控制机构的直翼 摆线推进器。
技术背景目前，普遍应用的直翼摆线推进器均采用连杆、凸轮机构控制叶片转动。 同时外部控制机构，如相互垂直的两液压缸，通过杠杆改变叶片的转动规律， 可在360'范围内快速改变推力方向及大小。采用机械结构作为推进器的控制机 构存在着结构复杂、磨损严重等不足，且受到机构本身的运动限制，直翼摆线 推进器的桨叶摆动规律不能很好的满足水动力的要求，限制了其推进性能。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可以实现对转角的精 确控制，动态响应快、控制方便，现在已得到了广泛的应用。本专利就是利用 步进电机作为直翼摆线推进器的控制机构，解决现有直翼摆线推进器结构复 杂、磨损严重、动态响应慢等问题。 发明内容本发明的目的是为解决现有直翼摆线推进器所存在的控制机构复杂、使用 寿命短、动态响应慢等不足，提供一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推 进器。以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器是在安装底座上设有主电机 安装支架，主电机安装支架上设有主驱动电机，主驱动电机通过连接轴与主轴 相连接，连接轴上套有导电环，主轴与安装底座下方的回转箱相连接，回转箱 内设有第一叶片控制电机、第二叶片控制电机，第一叶片控制电机与第一叶片 相连接，第二叶片控制电机与第二叶片相连接。所述的主轴与安装底座之间设有圆锥滚子轴承和多个唇形密封圈。回转箱底板上设有轴承安装座和步进电机安装支架，步进电机安装支架上 设有第一叶片控制电机与第二叶片控制电机，第一叶片控制电机和第二叶片控 制电机通过联轴器分别与两叶片安装轴相连，叶片安装轴上设有角接触轴承和 唇形密封圈，角接触轴承外圈安装于轴承安装座上，两叶片安装轴下端分别安 装有第一叶片与第二叶片。主驱动电机通过键与连接轴相连，连接轴上端安装圆锥滚子轴承，圆锥滚 子轴承其外圈安装于主电机安装支架上。本发明能够实现叶片转动的精确控制，并且简化了直翼摆线推进器的控制 系统结构，提高了直翼摆线推进器的动态响应，减少了因机械结构造成的磨损， 从而延长了摆线推进器的使用寿命。本专利中采用步进电机代替机械机构，有 利于直翼摆线推进器实现自动化控制，拓宽了直翼摆线推进器的应用领域。
图1是以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器结构示意图；图2是本发明的主轴结构放大图；图3是本发明的叶片连接轴结构放大图；图4是本发明的主电机连接结构放大图；图5是本发明的控制系统原理图；图6是本发明的控制线路图。图中主驱动电机l、连接轴2、主轴3、回转箱4、第一叶片5、第二叶 片6、安装底座7、导电环8、主电机安装支架9、圆锥滚子轴承IO、唇形密封 圈ll、第一叶片控制电机12、第二叶片控制电机13、联轴器14、唇形密封圈 15、叶片安装轴16、轴承安装座17、角接触轴承18、步进电机安装支架19、 圆锥滚子轴承20、键21、功率驱动器22、环形分配器23、算法控制器24 具体实施方法如图1所示，以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器是在安装底座7 上设有主电机安装支架9，主电机安装支架9上设有主驱动电机1，主驱动电 机1通过连接轴2与主轴3相连接，连接轴2上套有导电环8，主轴3与安装 底座7下方的回转箱4相连接，回转箱4内设有第一叶片控制电机12、第二叶 片控制电机13，第一叶片控制电机12与第一叶片5相连接，第二叶片控制电 机13与第二叶片6相连接。如图2所示，主轴3与安装底座7之间设有圆锥滚子轴承10和多个唇形 密封圈11。如图3所示，回转箱4底板上设有轴承安装座17和步进电机安装支架19， 步进电机安装支架19上设有第一叶片控制电机12与第二叶片控制电机13，第 一叶片控制电机12和第二叶片控制电机13通过联轴器14分别与两叶片安装 轴16相连，叶片安装轴16上设有角接触轴承18和唇形密封圈15，角接触轴 承18外圈安装于轴承安装座17上，两叶片安装轴16下端分别安装有第一叶 片5与第二叶片6。如图4所示，主驱动电机1通过键21与连接轴2相连，连接轴2上端安装圆锥滚子轴承20，圆锥滚子轴承20其外圈安装于主电机安装支架9上。 本发明工作过程如下主驱动电机是一个步进电机，其作用是提供推进器的驱动动力，功率根据 实际船舶的需求选定。连接轴和主轴组成动力传输轴，两者之间采用螺栓连接， 用于传输主驱动电机产生的动力。回转箱、第一叶片控制电机和第二叶片控制 电机组成执行体，执行体产生船舶运动所需的推进力。主电机安装支架、步进 电机安装支架分别用于主驱动电机、第一叶片控制电机和第二叶片控制电机的 固定，安装底座用于摆线推进器在船舱底部的安装。以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器的动作过程如下主驱动电机转动，通过键带动固接的连接 轴和主轴转动，从而带动回转箱转动；同时安装在回转箱内的第一、第二叶片 控制电机通过联轴器分别控制安装在叶片安装轴上的第一、第二叶片转动。以 上动作所控制的摆线推进器的叶片摆角能够较好地满足叶片摆动规律，实现360°范围内推力方向及大小的快速改变。连接轴和主轴在接触面处加工配合台阶，以提高两轴的同轴度。连接轴和 主轴轴心为通孔，用于放置步进电机线路。通孔变径处需有倒圆角，内壁去毛 刺，防止摆线推进器长时间运行后破坏线路。主轴另一端与回转箱固接，主轴 与连接轴上正装有一对圆锥滚子轴承，其中上方圆锥滚子轴承安装在安装底座 上，主要承受摆线推进器向下的轴向作用力。下方圆锥滚子轴承用于承受因水 压、水浪等外部物体对推进器造成的向上的轴向作用力。回转箱浸没在水中，安装底座和主轴与水接触，回转箱、安装底座和主轴 的材料必须有良好的防腐蚀性能，且主轴的动密封与回转箱的静密封要求较 高。对于静密封本专利采用橡胶密封垫圈，加以螺栓产生的压力，其密封性能 足以满足要求。对于动密封，在主轴上安装多个唇形密封圈，其中最下方一个 唇形密封圈凹口朝下，其作用是利用作用在唇瓣上的水压产生更好的密封效 果。主电机安装支架由焊接而成，由螺栓固定在安装底座上。主驱动电机通过 螺栓固定于主电机安装支架上，圆锥滚子轴承和导线环安装在支架底部。主驱 动电机采用键与连接轴连接。本发明的控制器由算法控制器和执行控制器组成，如图5所示。算法控制 器以ARM为核心，实现了直翼摆线推进器的控制算法。其作用是接收船舶控制 指令，经控制算法处理后转换为控制信号并输出到执行控制器。执行控制器包 括环形分配器和功率驱动器，算法控制器输出的控制信号由环形分配器转换为步进电机各相的控制脉冲。输出的信号功率不足以驱动步进电机，控制脉冲需 通过功率驱动器进行功率放大后才能驱动步进电机工作。本发明的线路连接如图6所示。算法控制器、执行控制器位于摆线推进器外部。 导电环外圈固定，与功率驱动器连接，内圈随连接轴转动，与叶片控制电机连接。两叶片安装角度有特殊要求两叶片安装完后弦线相互平行，叶片朝向相 反，两叶片轴心连线与其弦线垂直。
权利要求
1.一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器，其特征在于在安装底座(7)上设有主电机安装支架(9)，主电机安装支架(9)上设有主驱动电机(1)，主驱动电机(1)通过连接轴(2)与主轴(3)相连接，连接轴(2)上套有导电环(8)，主轴(3)与安装底座(7)下方的回转箱(4)相连接，回转箱(4)内设有第一叶片控制电机(12)、第二叶片控制电机(13)，第一叶片控制电机(12)与第一叶片(5)相连接，第二叶片控制电机(13)与第二叶片(6)相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进 器，其特征在于所述的主轴(3)与安装底座(7)之间设有圆锥滚子轴承(10) 和多个唇形密封圈(11)。
3. 根据权利要求1所述的一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进 器，其特征在于所述的回转箱(4)底板上设有轴承安装座(17)和步进电 机安装支架(19)，步进电机安装支架(19)上设有第一叶片控制电机(12) 与第二叶片控制电机(13)，第一叶片控制电机(12)和第二叶片控制电机(13) 通过联轴器(14)分别与两叶片安装轴(16)相连，叶片安装轴(16)上设有 角接触轴承(18)和唇形密封圈(15)，角接触轴承(18)外圈安装于轴承安 装座(17)上，两叶片安装轴(16)下端分别安装有第一叶片(5)与第二叶 片(6)。
4. 根据权利要求1所述的一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进 器，其特征在于所述的主驱动电机(1)通过键(21)与连接轴(2)相连， 连接轴(2)上端安装圆锥滚子轴承(20)，圆锥滚子轴承(20)其外圈安装于 主电机安装支架(9)上。
全文摘要
本发明公开了一种以步进电机作为控制机构的直翼摆线推进器。它是在安装底座上设有主电机安装支架，主电机安装支架上设有主驱动电机，主驱动电机通过连接轴与主轴相连接，连接轴上套有导电环，主轴与安装底座下方的回转箱相连接，回转箱内设有第一叶片控制电机、第二叶片控制电机，第一叶片控制电机与第一叶片相连接，第二叶片控制电机与第二叶片相连接。本发明解决了普通直翼摆线推进器控制机构复杂、使用寿命短、动态响应慢等问题，大大提高了直翼摆线推进器的推进效率，有利于控制性能优越的直翼摆线推进器的推广应用。
文档编号B63H21/17GK101327839SQ20081006212
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月5日 优先权日2008年6月5日
发明者施科益, 杨世锡 申请人:浙江大学