磁耦合组件及其磁耦合转舵装置的制作方法

本发明属于机电一体化技术领域，特别是涉及一种用于水下的磁耦合转舵装置。

背景技术：

目前，自主水下航行器大多采用舵来控制航向角和姿态角。常规的转舵装置依靠接触式动密封来将密封腔内的转矩传递至密封腔外的舵叶，来实现舵叶的转动。这种接触式动密封，转动轴和静止密封圈以一定的预压力接触并相对转动，因为两者摩擦必然存在摩擦功率损耗。此外，工作时间长后会导致密封圈磨损，存在漏水的风险。舵叶由于突出于航行器主体之外，容易因为碰撞损坏转舵装置，这种情况下，整个水下航行器也存在漏水的危险。

为此，人们进行了不断地研发并提出有如申请号为2016109816175，发明名称为一种磁耦合转舵装置的中国大陆专利申请，上述的方案是用磁耦合装置中的从动磁转子与主动磁转子之间的磁耦合方式来传递转舵扭矩，其替代了接触式动密封来将密封腔内的转矩传递至密封腔外，亦即上述的方案并没有动密封，即解决了传统接触式动密封所带动的漏水问题。

但是，上述的方案，由于其主动磁转子与从动磁转子之间的位置设置，使得主动磁转子在通过磁耦合来驱动从动磁转子进行转动，其所传递的转矩较小，这样就降低了磁耦合转舵装置在工作时对舵叶的驱动效率，因此不能应用于需要较大转舵转矩的场合(比如航行器高速运动的场合，需要的转舵转矩就会比较大)。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述磁耦合传递转矩较小的问题，提供一种磁耦合组件及其磁耦合转舵装置。

具体地，一种磁耦合组件，包括壳体，设于壳体两端的前端盖和后端盖，所述壳体从径向向内形成有两个相对设置的腔室，分别定义为内腔室和外腔室，其中内腔室靠近前端盖设置，外腔室靠近后端盖设置；所述壳体在内腔室内设置有输入转子，且所述输入转子的输入轴部分伸出前端盖；所述壳体在外腔室内设置有输出转子，且所述输出转子的输出轴部分伸出后端盖；所述输入转子和输出转子在各自的相对面上分别嵌装有多个磁性件。

作为本发明的优选方案，所述输入转子和/或输出转子包括呈环状结构的转子支架，所述的多个磁性件均匀地排布在转子支架的外围。

作为本发明的优选方案，所述壳体内设置有一隔板，以将壳体径向向内的腔室区隔成内腔室和外腔室；所述隔板的两侧端面上分别固定有一凸柱，所述输入转子和/或输出转子上对应地开设有中心槽，且所述中心槽与所述凸柱相匹配。

作为本发明的优选方案，所述输入转子和/或输出转子的中心槽与隔板上的凸柱之间，以及输入转子的输入轴与前端盖之间，输出转子的输出轴与后端盖之间分别设置有陶瓷轴承。

本发明还请求保护一种磁耦合转舵装置，包括舵体，设于舵体上并与舵体转动连接的多个舵叶，以及用于驱动舵叶各自进行转动的驱动机构；所述驱动机构包括驱动件、第一传动组件、多个磁耦合组件和多个第二传动组件，所述的多个磁耦合组件各自通过对应的第二传动组件与舵叶进行连接，以驱动对应的舵叶在舵体上进行转动；其中，每个磁耦合组件为上述的磁耦合组件。

作为本发明的优选方案，所述舵体上设置有4个舵叶，且两两对称设置；其中，每个舵叶各自通过轴承座装配在舵体。

作为本发明的优选方案，所述轴承座上设置有固定连接的下法兰盘和上法兰盘，其中所述舵叶固定地设置在上法兰盘，所述下法兰盘部分伸入至轴承座，并用陶瓷轴承、轴套与轴承座转动连接。

作为本发明的优选方案，所述第二传动组件包括固接于输出转子上输出轴的第一连接块，固接于舵叶的第二连接块，以及用于连接第一连接块与第二连接块的连接杆，其中所述连接杆与第一连接块和/或第二连接块分别以铰接方式进行连接。

作为本发明的优选方案，所述第一连接块贴合在后端盖的端面并相对于后端盖部分伸出以与连接杆铰接；所述第二连接块贴合在上法兰盘的端面并相对于上法兰盘部分伸出以与连接杆铰接。

作为本发明的优选方案，所述第一传动组件包括固接于驱动件上转轴部的第一连接凸耳，固接于输入转子上输入轴的第二连接凸耳，以及用于连接第一连接凸耳与第二连接凸耳的连杆，其中所述连杆与第一连接凸耳和/或第二连接凸耳分别以铰接方式进行连接。

通过上述技术方案的应用，本发明相较于现有技术具有如下优点：

本发明请求保护的磁耦合转舵装置，其中磁耦合组件上具体用于磁耦合传递转矩的输入转子与输出转子采用面对面的方式进行设置，这样就增加了输入转子与输出转子之间相对的面积，并缩短输入转子与输出转子之间的相对距离，相应地就会增强了输入转子与输出转子之间相互作用的磁感强度，进而有效地提高了本发明的磁耦合转舵装置在用输入转子驱动输出转子进行旋转时的转矩，亦即提高了该磁耦合转舵装置的输出动力；同时也使得该磁耦合组件轴向结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明所提供的磁耦合转舵装置的结构示意图；

图2为本发明中驱动机构的结构示意图；

图3为本发明中磁耦合组件的剖视图；

图4为本发明中输入转子和/或输出转子的转子支架的结构示意图；

图5为本发明中第二传动组件与舵叶之间的装配结构示意图；

图6为本发明中第二传动组件与轴承座之间的装配剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图6，本发明请求包括的磁耦合转舵装置，包括舵体10，设于舵体10上并与舵体10转动连接的多个舵叶20，以及用于驱动舵叶20各自进行转动的驱动机构。在本实施例中，所述磁耦合转舵装置在舵体10上设置有4个舵叶20，且两两对称设置。

在本实施例中，所述驱动机构包括驱动件30、第一传动组件60、多个磁耦合组件50和多个第二传动组件40。其中所述的多个磁耦合组件50各自通过对应的第二传动组件40与舵叶20进行连接，以驱动对应的舵叶20在舵体10上进行转动。亦即，所述磁耦合组件50、第二传动组件40与舵叶20是一一对应设置的。

其中，每个磁耦合组件50包括壳体51，设于壳体51内的输入转子52和输出转子53，以及对应将输入转子52和输出转子53盖设在壳体51内的前端盖54和后端盖50。具体地，所述壳体51内设置有一隔板511，并将壳体51径向向内的腔室区隔成相对设置的两个腔室，且定义为内腔室和外腔室，以分别容纳输入转子52和输出转子53，且输入转子52与输出转子53装配至壳体51内时，两者是面对面设置的。这样就提高了输入转子52与输出转子53之间相对的面积，并缩短输入转子52与输出转子53之间的相对距离，进而增强了输入转子52与输出转子53之间相互作用的磁感强度。使得该磁耦合组件50在用输入转子52驱动输出转子53进行旋转时，可以提高驱动的转矩，亦即提高了磁耦合组件50的转矩，进而提高了该磁耦合转舵装置的输出动力。

可以理解，所述输入转子52和输出转子53装配在壳体51内其相对于壳体51是需要转动的，为此，本实施例优先在隔板511的两侧端面上分别固定有一凸柱512，所述输入转子52和/或输出转子53上对应地开设有中心槽523，且所述中心槽523与所述凸柱512相匹配。亦即可以通过将输入转子52和/或输出转子53上的中心槽523对应的套接到隔板511的凸柱512，并实现输入转子52和输出转子53与壳体51之间的中心定位。

由上可知，所述前端盖54是用于将输入转子52盖设在壳体51内的，而后端盖55是用于将输出转子53盖设在壳体51内的，具体地，所述前端盖54和/或后端盖55与壳体51之间用环形阵列的螺钉固定在壳体51的两端。为了实现该磁耦合组件50在工作时对转矩的传递，所述输入转子52上的输入轴521部分是伸出前端盖54的，并与第一传动组件60相连接的，所述输出转子53的输出轴531部分伸出后端盖55，并与第二传动组件40相连接的。

由于输入转子52与输出转子53装配在壳体51上使用时，其壳体51是相对固定的，而输入转子52与输出转子53是转动的，为此需要在输入转子52和/或输出转子53的中心槽523与隔板511上的凸柱512之间，以及输入转子52的输入轴521与前端盖54之间，输出转子53的输出轴531与后端盖55之间分别设置轴承，在本实施例中，优选用陶瓷轴承56，以延长使用寿命。

具体地，所述输入转子52和/或输出转子53包括转子支架524，及嵌装在转子支架524上并面向壳体51隔板511设置的多个磁性件(图未示)，具体可为磁铁，或者其它具有磁性的物件，其中所述转子支架524设为环状结构，且所述的多个磁性件均匀地排布在转子支架524的外围。可以理解，通过上述结构设置的输入转子52和/或输出转子53，这样就可以提高了在对应转子支架524上设置磁性件的个数，以及单个磁性件的面积，相应地就可以进一步提高输入转子52与输出转子53之间的驱动转矩。

其中，本实施例中的每个舵叶20各自是通过轴承座21装配在舵体10上的，以实现舵叶20与舵体10之间的转动连接。在本实施例中，每个舵叶20又是通过固定连接的上法兰盘22和下法兰盘23装配在轴承座21上的。具体地，所述舵叶20固定地设置在上法兰盘22上，而下法兰盘23则部分伸入至轴承座21内，并用陶瓷轴承24、轴套25与轴承座21转动连接。进一步地，本实施例的舵体10在每个轴承座21的开口端上均盖设有一安装板26，且所述下法兰盘23则是固定地设置在安装板26的。可以理解，通过上述的结构设置，方便了将舵叶20装配至舵体10上。

另外地，在本实施例中，所述第一传动组件60与第二传动组件40都是采用机械式拉杆传动来实现的。

具体地，所述第二传动组件40包括固接于输出转子53上输出轴531的第一连接块41，固接于舵叶20的第二连接块42，以及用于连接第一连接块41与第二连接块42的连接杆43，其中所述连接杆43与第一连接块41和/或第二连接块42分别以铰接方式进行连接。这样磁耦合组件50上输出转子53的输出轴531在旋转的同时会带动第一连接块41进行旋转，并通过连接杆43来驱动第二连接块42进行旋转，进而驱动舵叶20进行旋转，亦即实现了该第二传动组件40对磁耦合组件50与舵叶20之间转矩传递的作用。

在本实施例中，所述第一连接块41贴合在后端盖55的端面并相对于后端盖55部分伸出以与连接杆43铰接；所述第二连接块42贴合在上法兰盘22的端面并相对于上法兰盘22部分伸出以与连接杆43铰接。

所述第一传动组件60包括固接于驱动件30上转轴部的第一连接凸耳61，固接于输入转子52上输入轴521的第二连接凸耳62，以及用于连接第一连接凸耳61与第二连接凸耳62的连杆63，其中所述连杆63与第一连接凸耳61和/或第二连接凸耳62分别以铰接方式进行连接。这样驱动件30上的转轴部驱动第一连接凸耳61进行旋转，且在连杆63的传递下驱动第二连接凸耳62进行旋转的同时带动磁耦合组件50上输入转子52进行转动，进而实现了该驱动件30对磁耦合组件50上输入转子52的旋转驱动，并配合磁耦合组件50、第二传动组件40一道实现了该驱动机构中驱动件30对舵叶20的旋转驱动。

另外需要说明的是，由于本实施例的磁耦合转舵装置优先设置了4个舵叶20，且该4个舵叶20以两两对称地方式设置在舵体10上，以实现该磁耦合转舵装置在水下的自由航行。为此相应地，该磁耦合转舵装置对应设置有4个磁耦合组件50，其根据水下航行器的操控要求，可以将相对的两个磁耦合组件50上的输入转子52的输入轴521用管套522进行固定连接，这样驱动件30通过第一传动组件60对其中一个磁耦合组件50上输入转子52进行旋转的同时，会同时带动相对于该磁耦合组件50设置的另外一个磁耦合组件50进行旋转，亦即用一个第一传动组件60可同时带动相对设置的两个磁耦合组件50进行工作，可以实现相对设置的两个舵叶20的同步转动，此外还起到了精简该磁耦合转舵装置的内部结构，降低成本的作用。

综上，本发明请求保护的磁耦合转舵装置，其中磁耦合组件上具体用于磁耦合传递转矩的输入转子与输出转子采用面对面的方式进行设置，这样就增加了输入转子与输出转子之间相对的面积，并缩短输入转子与输出转子之间的相对距离，相应地就会增强了输入转子与输出转子之间相互作用的磁感强度，进而有效地提高了本发明的磁耦合转舵装置在用输入转子驱动输出转子进行旋转时的转矩，亦即提高了该磁耦合转舵装置的输出动力；同时也使得该磁耦合组件轴向结构更加紧凑。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。