专利名称：潜水器用三维矢量推进装置的制作方法
技术领域：
本发明属于潜水器推进及操纵技术领域，特别涉及一种将主机发出的有效功率转换为潜水器前进和转向所需推力的潜水器用三维矢量推进装置。
背景技术：
目前涉及到船舶的推进操纵装置主要有螺旋桨-舵系统、全回转螺旋桨(舵桨)、喷水推进器、直翼推进器等。但，上述装置的推进及操纵力仅限于二维平面内。而对于潜水艇、鱼雷、潜水器、机器人、水下探测等设备而言，需要加装多套上述推进装置才能满足水下三维机动的需求。因此，现有的推进装置使潜水器的结构复杂，且增加了制造成本。
发明内容
本发明公开了一种潜水器用三维矢量推进装置，其可以有效地解决了现有潜水器推进及操纵存在的结构复杂、成本高的问题。该推进装置不仅具有舵桨合一功能，还可以使推力的合力指向三维空间的任意方位。采用本发明三维矢量推进装置的潜水器可以完成各种复杂的水中机动动作，包括前进、后退、上下左右转向、水中侧移机动等，还可以在零航速的情况下，自如地调整潜水器的位置及姿态。为达到上述目的，本发明采取以下技术方案潜水器用三维矢量推进装置，包括原动机、机座、至少三组推力机构，推力机构的结构相同，并均布于机座的周边，每组推力机构包括主轴、推力方向控制器、传动轴、转动盘、中心齿轮、传动件、桨叶齿轮、桨叶轴、桨叶，所述的主轴由所述的原动机驱动而旋转，主轴与机座转动配合，主轴外端穿过机座的外壁后与转动盘的内底面固接；主轴呈中空状，其内部沿轴向穿伸传动轴，传动轴的内端伸出主轴及机座的内壁之外，并与推力方向控制器相连，另一端穿过转动盘的内底部通孔后与中心齿轮的中部固接，且该端转动式地装于转动盘的外底部；中心齿轮处于转动盘内部，转动盘内转动配合数根沿圆周方向均布的桨叶轴，桨叶轴与主轴相平行，桨叶轴穿过桨叶齿轮的中部并固接，桨叶齿轮通过传动件与中心齿轮相连，桨叶轴伸出转动盘的外底部后与桨叶的一端固接；转动盘转动一周，桨叶绕自身轴线旋转半周。所述的潜水器用三维矢量推进装置，原动机为一个主电动机，其输出轴通过减速传动机构驱动各组推力机构的主轴。所述的潜水器用三维矢量推进装置，减速传动机构包括联轴器、主动齿轮、行星齿轮、内啮合齿_伞形齿联动齿轮，内啮合齿_伞形齿联动齿轮设有内齿轮及外伞形齿轮；主电动机的输出轴通过联轴器与机座内的主动齿轮连动，主动齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与内啮合齿-伞形齿联动齿轮的内齿轮相啮合，内啮合齿-伞形齿联动齿轮的外伞形齿轮与各组推力机构的主齿轮都相啮合，主齿轮的中部穿过并固接所述的主轴。所述的潜水器用三维矢量推进装置，减速传动机构包括联轴器、主动齿轮、行星齿轮、伞形齿轮，主电动机的输出轴通过联轴器与机座内的主动齿轮连动，主动齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与伞形齿轮联动，伞形齿轮与各组推力机构的主齿轮都相啮合，主齿轮的
3中部穿过并固接所述的主轴。所述的潜水器用三维矢量推进装置，每组推力机构各由单个所述的原动机驱动， 原动机采用直驱式电动机，其输出轴直接带动所述的主轴。所述的潜水器用三维矢量推进装置，传动件采用齿型带或链条，中心齿轮通过齿型带或链条与桨叶齿轮相连。所述的潜水器用三维矢量推进装置，传动件是过桥齿轮，每个桨叶齿轮各通过过桥齿轮与中心齿轮相啮合，过桥齿轮通过轴承与过桥齿轮轴转动配合，过桥齿轮轴定位于转动盘内。所述的潜水器用三维矢量推进装置，中心齿轮的齿数为桨叶齿轮齿数的1/2。所述的潜水器用三维矢量推进装置，机座呈方柱型，横截面呈回字形；所述的推力机构设置四组，对称地布设于机座外壁四周。所述的潜水器用三维矢量推进装置，桨叶的横截面呈矩形、梭形、弓形或S形。本发明潜水器用三维矢量推进装置，其推力的大小及方向可在三维空间内任意变化，具有舵桨合一的功能，并具有水动力效率高、能耗低、运转平稳、结构简单、重量轻等诸多优点。
图1是实施例一的结构示意图。
图2是实施例一的另一结构剖视图。
图3是实施例一转动盘内部结构示意图。
图4是第一种桨叶的横截面图。
图5是第二种桨叶的横截面图。
图6是第三种桨叶的横截面图。
图7是第四种桨叶的横截面图。
图8是实施例二的结构剖视图。
图9是实施例三的结构剖视图。
图10是实施例三的另一结构剖视图。
图11是实施例四转动盘内部结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施例作详细说明。实施例一如图1-3所示，本实施例潜水器用三维矢量推进装置包括原动机1、减速传动机构、四组推力机构、柱型机座(齿轮箱)14，齿轮箱14呈方柱型，横截面呈回字形， 内圈称内壁，外圈称外壁。四组推力机构的结构相同，并对称地布设于齿轮箱14外壁四周。 每组推力机构包括转动盘主齿轮(传动锥齿轮)6、转动盘主轴7、推力方向控制器8、传动轴 9、中心齿轮10、过桥齿轮11、桨叶齿轮12、转动盘13、桨叶16、桨叶轴17、过桥齿轮轴18。 减速传动机构包括联轴器2、主动齿轮3、行星齿轮4、内啮合齿-伞形齿联动齿轮5，齿轮5 设有内齿轮及外伞形齿轮。原动机1可采用柴油机、电动机、油马达等，原动机1的输出轴通过联轴器2与齿
4轮箱14内的主动齿轮3中部固接而连动，主动齿轮3与行星齿轮4啮合，行星齿轮4与齿轮5的内齿轮相啮合，从而可以带动内啮合齿-伞形齿联动齿轮5转动，齿轮5的外伞形齿轮与四周的四个转动盘主齿轮6都相啮合，行星齿轮4、齿轮5及四个转动盘主齿轮6都处于齿轮箱14内，行星齿轮4通过轴41定位于齿轮箱14内，行星齿轮4的中部与轴41间通过轴承转动配合。转动盘主齿轮6中部穿过转动盘主轴7，两者固接而连动。转动盘主轴7 —端与齿轮箱14的内壁通过轴承转动配合，另一端穿过齿轮箱14的外壁(两者间装入轴承)后与转动盘13的内底面固接。转动盘主轴7呈中空状，其内部沿轴向穿伸传动轴9，传动轴9 的内端伸出转动盘主轴7及齿轮箱14的内壁之外，并与推力方向控制器8相连，而另一端穿过转动盘13的内底部通孔后与中心齿轮10的中部固接，且该端通过轴承而转动式地装于转动盘13的外底部。转动盘13呈扁形圆柱状，其内部形成空腔，中心齿轮10处于转动盘13内的中部， 转动盘13内转动配合数根沿圆周方向均布的桨叶轴17，桨叶轴17的两端分别通过轴承与转动盘13的两底部转动配合，桨叶轴17与主轴7相平行，桨叶轴17与桨叶齿轮12的中部固接，每个桨叶齿轮12各通过过桥齿轮11与中心齿轮10相啮合。过桥齿轮11通过轴承与过桥齿轮轴18转动配合，过桥齿轮轴18定位于转动盘13内。中心齿轮10的齿数为桨叶齿轮12齿数的1/2。桨叶轴17伸出转动盘13的外底部后与桨叶16的一端固接。桨叶 16采用翼型结构，如图4-7所示，显示了四种桨叶结构，其横截面分别呈矩形、梭形、弓形、S 形。当中心齿轮10由推力方向控制器8锁定不动时，桨叶轴17及桨叶16在随转动盘 13旋转的同时绕自身轴线勻速转动，其转速(自转)为转动盘13(公转)的一半。由于桨叶16随转动盘13转动时产生的不对称性，水流流过桨叶16时将产生一定向推力，而此定向推力可由推力方向控制器8在其平面内任意调整。原动机1的推力方向控制器8及转动盘13的转速可由电气控制系统15控制，通过控制四组推力方向控制器8以调整各推进器推力方向并通过矢量组合即可达到推进装置推力指向三维空间任一方位的要求。本发明所涉推力方向控制器及电气控制系统均采用现有技术来实现，不再详述。实施例二 参见图8，本实施例的原动机1通过联轴器2与齿轮箱14内的主动齿轮3连动，主动齿轮3与从动齿轮4啮合，从动齿轮4与伞形齿轮5联动，从而从动齿轮4 可以带动伞形齿轮5转动；而伞形齿轮5与四周的四个转动盘主齿轮6都相啮合，从而伞形齿轮5可以同时驱动四个转动盘主齿轮6旋转。本实施例的其它内容与实施例一相同，参考实施例一。实施例三参见图9、10，本实施例采用单个原动机驱动方式，即每个原动机驱动一组推力机构。原动机1采用直驱式电动机，装于齿轮箱14内，其输出轴直接带动转动盘主轴7，从而省却了减速传动机构，进一步简化推进装置的结构。由于各推进器转动盘13 的转速可任意调整，本技术方案可使三维矢量推进装置的推力大小及方向的改变更具灵活性。本实施例其它内容参考实施例一。实施例四如图11所示，本实施例的传动件采用齿型带或链条19，中心轮10通过齿型带或链条19与桨叶轮12相连。本实施例其它内容参考实施例一或实施例二或实施例
上述对四组推力机构的推进装置结构予以详细说明，但推力机构可以是三组、五组、六组等任意多组，其原理与四组的相同，不再详述。本领域的普通技术人员应当认识到，本发明并不限于上述实施例，任何对本发明的变换、变型都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.潜水器用三维矢量推进装置，其特征是包括原动机、机座、至少三组推力机构，推力机构的结构相同，并均布于机座的周边，每组推力机构包括主轴、推力方向控制器、传动轴、 转动盘、中心齿轮、传动件、桨叶齿轮、桨叶轴、桨叶，所述的主轴由所述的原动机驱动而旋转，主轴与机座转动配合，主轴外端穿过机座的外壁后与转动盘的内底面固接；主轴呈中空状，其内部沿轴向穿伸传动轴，传动轴的内端伸出主轴及机座的内壁之外，并与推力方向控制器相连，另一端穿过转动盘的内底部通孔后与中心齿轮的中部固接，且该端转动式地装于转动盘的外底部；中心齿轮处于转动盘内部，转动盘内转动配合数根沿圆周方向均布的桨叶轴，桨叶轴与主轴相平行，桨叶轴穿过桨叶齿轮的中部并固接，桨叶齿轮通过传动件与中心齿轮相连，桨叶轴伸出转动盘的外底部后与桨叶的一端固接；转动盘转动一周，桨叶绕自身轴线旋转半周。
2.如权利要求1所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述的原动机为一个主电动机，其输出轴通过减速传动机构驱动各组推力机构的主轴。
3.如权利要求2所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述的减速传动机构包括联轴器、主动齿轮、行星齿轮、内啮合齿-伞形齿联动齿轮，内啮合齿-伞形齿联动齿轮设有内齿轮及外伞形齿轮；主电动机的输出轴通过联轴器与机座内的主动齿轮连动，主动齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与内啮合齿-伞形齿联动齿轮的内齿轮相啮合，内啮合齿-伞形齿联动齿轮的外伞形齿轮与各组推力机构的主齿轮都相啮合，主齿轮的中部穿过并固接所述的主轴。
4.如权利要求2所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述的减速传动机构包括联轴器、主动齿轮、行星齿轮、伞形齿轮，主电动机的输出轴通过联轴器与机座内的主动齿轮连动，主动齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与伞形齿轮联动，伞形齿轮与各组推力机构的主齿轮都相啮合，主齿轮的中部穿过并固接所述的主轴。
5.如权利要求1所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述每组推力机构各由单个所述的原动机驱动，原动机采用直驱式电动机，其输出轴直接带动所述的主轴。
6.如权利要求1所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述的传动件采用齿型带或链条，中心齿轮通过齿型带或链条与桨叶齿轮相连。
7.如权利要求1所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述的传动件是过桥齿轮，每个桨叶齿轮各通过过桥齿轮与中心齿轮相啮合，过桥齿轮通过轴承与过桥齿轮轴转动配合，过桥齿轮轴定位于转动盘内。
8.如权利要求1或7所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述中心齿轮的齿数为桨叶齿轮齿数的1/2。
9.如权利要求1所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述的机座呈方柱型， 横截面呈回字形；所述的推力机构设置四组，对称地布设于机座外壁四周。
10.如权利要求1所述的潜水器用三维矢量推进装置，其特征是所述桨叶的横截面呈矩形、梭形、弓形或S形。
全文摘要
本发明涉及潜水器用三维矢量推进装置，包括原动机、机座、至少三组相同结构的推力机构并均布于机座的周边，主轴由原动机驱动，主轴与机座转动配合，主轴外端穿过机座的外壁后与转动盘的内底面固接；主轴呈中空状，其内部沿轴向穿伸传动轴，传动轴的内端伸出主轴及机座的内壁之外，并与推力方向控制器相连，另一端穿过转动盘的内底后与中心齿轮连动，该端转动地装于转动盘的外底部；中心齿轮处于转动盘内，转动盘内转动配合数根桨叶轴，桨叶轴穿过桨叶齿轮连动，桨叶齿轮通过传动件与中心齿轮相连，桨叶轴伸出转动盘的外底部与桨叶的一端固接；转动盘转动一周，桨叶绕自身轴线旋转半周。本发明推力的大小及方向可在三维空间内任意变化。
文档编号B63G8/08GK102358410SQ20111021051
公开日2012年2月22日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者黄佳林 申请人:浙江风神海洋工程技术有限公司