一种基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的制作方法

本发明涉及喷水推进操纵控制单元的技术领域，尤其涉及一种基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元。

背景技术

喷水推进依靠吸入与喷射水流的动量差来实现对船舶的推力调整，由于这种喷射水流产生的是矢量推力，可以通过控制主机转速、喷水推进装置方向舵舵角以及倒航斗位置的方式来调节矢量力的大小、方向，进而操控船舶的航行姿态。上述三个参数均是独立且连续变化的，喷水推进船舶操纵控制单元正是基于对这些量的控制来实现船舶操纵的。

常用的喷水推进操控单元如手轮、手柄等，一般采用机械接触式传递控制指令，常见方法有皮带式、软轴式、波纹管式以及球面耦合式等。这些基于机械传递信号的模式往往精度较差、且存在无法避免的机械磨损，长期使用易造成指令失真、性能下降甚至控制失灵等情况，可靠性较低。手轮、手柄作为船舶操控的重要核心设备，若操驾控指令传输不当，会出现航速偏离、偏航等情况，严重时可能导致航行海上事故，因此需要提高该设备的驾控冗余度可靠性来确保航行安全。

磁耦合传动技术利用磁场力在主动旋转体与从动旋转体间传递扭矩或力，具有无物理隔离接触、分辨率高，驱动精度高等优点，可以实现喷水推进船舶操控单元中的信号传递。该项技术在船舶操控领域的应用，国外出于军事与商业保密等原因，相关方案中暂未见诸报道，而国内至今仍处于空白状态。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，尤其适用于双喷水推进器的船舶的倒航斗位置及主机转速两个量的联合控制，从而控制船舶航速加减及正、倒航控制。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，包括：指令输入装置，用于输入指令；档位装置，设置在所述指令输入装置的一侧，用于在所述指令输入装置的位移范围内标识出零舵角、零推力位置；磁耦合装置，与所述指令输入装置相连接，所述磁耦合装置包括主动磁环和从动磁环，所述主动磁环和所述从动磁环相耦合，通过所述主动磁环在外力驱动下的旋转，迫使所述从动磁环随动，从而将所述主动磁环的角位移信息转换为物理量位移信号；信号处理单元，与所述磁耦合装置相连接，用于将所述物理量位移信号处理为数字量位移信号，并通过总线将所述数字量位移信号传输至喷水推进主控制系统；限位装置，设置在所述指令输入装置的一侧，用于限制所述指令输入装置的位移范围；状态显示单元，与所述喷水推进主控制系统相连接，用于采集并显示喷水推进装置的方向舵舵角、倒航斗位置和/或主机转速的信息。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述指令输入装置为船舶手柄的摇杆、旋钮或方向盘。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述档位装置以刻度线、指示灯或力反馈的方式标识出零舵角、零推力位置。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述档位装置包括：档位支架，所述档位支架上开设有若干档位槽，每一所述档位槽的内部分别设有一弹珠；弹簧，每一所述档位槽的内部分别设有一所述弹簧，所述弹簧的下端抵于所述档位槽的底部，所述弹簧的上端抵于所述弹珠；摩擦副面，所述档位支架上设有所述摩擦副面，所述摩擦副面上开设有定位孔，所述定位孔与所述弹珠相匹配。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述主动磁环与所述指令输入装置相连接，所述从动磁环与所述信号处理单元相连接，所述主动磁环和所述从动磁环嵌套安装，所述主动磁环和所述从动磁环之间具有间隙。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述信号处理单元为电位器，所述从动磁环与所述电位器的电位器出轴相连接。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述限位装置为可调偏心旋钮。

上述的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，其中，所述状态显示单元为电子液晶屏。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明将船舶操控指令输入信号转化为数字量信号输出，实现对船舶喷水推进装置的方向舵舵角、倒航斗位置及主机转速等量的控制。

(2)本发明操控灵敏、可靠性高、能有效提高船舶操控的智能化，属于喷水推进舰船自动化领域。

(3)本发明采用磁耦合装置避免机械磨损，长期使用不会造成指令失真、性能下降甚至控制失灵等情况。

附图说明

图1是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的示意图。

图2是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的档位装置的示意图。

图3是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的档位装置的示意图。

图4是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的磁耦合装置及信号处理单元的示意图。

附图中：1、指令输入装置；2、档位装置；21、档位支架；22、弹珠；23、弹簧；24、摩擦副面；3、磁耦合装置；31、主动磁环；32、从动磁环；4、信号处理单元；5、限位装置；6、状态显示单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的示意图，图2是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的档位装置的示意图，图3是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的档位装置的示意图，图4是本发明的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元的磁耦合装置及信号处理单元的示意图，请参见图1至图4所示，示出了一种较佳实施例的基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元，包括：指令输入装置1，用于输入指令。

此外，作为一种较佳的实施例，基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元还包括：档位装置2，设置在指令输入装置1的一侧，用于在指令输入装置的位移范围内标识出零舵角、零推力位置。

另外，作为一种较佳的实施例，基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元还包括：磁耦合装置3，与指令输入装置1相连接，磁耦合装置3包括主动磁环31和从动磁环32，主动磁环31和从动磁环32相耦合，通过主动磁环31在外力驱动下的旋转，迫使从动磁环32随动，从而将主动磁环31的角位移信息转换为物理量位移信号。

进一步，作为一种较佳的实施例，基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元还包括：信号处理单元4，与磁耦合装置3相连接，用于将物理量位移信号处理为数字量位移信号。并通过总线将数字量位移信号传输至喷水推进主控制系统。

再进一步，作为一种较佳的实施例，基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元还包括：限位装置5，设置在指令输入装置1的一侧，用于限制指令输入装置1的位移范围。

另一方面，作为一种较佳的实施例，基于磁耦合传动的喷水推进操纵控制单元还包括：状态显示单元6，与喷水推进主控制系统相连接，用于采集并显示喷水推进装置方向舵舵角、倒航斗位置和/或主机转速的信息。其中，限位装置5和状态显示单元6均集成在装置基座上，所有信号均集中于同一航空插头(图中未示出)上传输。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，请继续参见图1至图4所示，指令输入装置1为船舶手柄的摇杆、旋钮或方向盘。具体的，指令输入装置1优选为手柄双摇杆(用于分别控制两台喷水推进装置)，可在操控装置中心线前后±50°的范围(标示为±5档，前为正航、后为倒航)内自由运动，手柄双摇杆上配有指示指针联动，人工能操控运动/停止至任意位置。

本发明的进一步实施例中，档位装置2以刻度线、指示灯或力反馈的方式标识出零推力、正航一档和倒航一档等一系列档位。

本发明的进一步实施例中，档位装置2包括：档位支架21，档位支架21上开设有若干档位槽，每一档位槽的内部分别设有一弹珠22。

本发明的进一步实施例中，档位装置2包括：弹簧23，每一档位槽的内部分别设有一弹簧23，弹簧23的下端抵于档位槽的底部，弹簧23的上端抵于弹珠22。

本发明的进一步实施例中，档位装置2包括：摩擦副面24，档位支架21上设有摩擦副面24，摩擦副面24上开设有定位孔，定位孔与弹珠22相匹配。当操作摩擦副面24旋转时，弹珠22在弹簧23的作用下保持平衡，支撑摩擦副面24做旋转运动，当部分弹珠22进入定位孔内，操作者将获得弹力反馈的提示，表示此时指令输入装置1已处于某个重要的档位，如零推力位置，便于提升驾控体验。

本发明的进一步实施例中，主动磁环31与指令输入装置1相连接，从动磁环32与信号处理单元4相连接，主动磁环31和从动磁环32嵌套安装，主动磁环31和从动磁环32之间具有间隙。具体的，指令输入装置1通过平键驱动主动磁环31。

本发明的进一步实施例中，信号处理单元4为电位器，从动磁环32与电位器的电位器出轴相连接。由于主动磁环31和从动磁环32使电位器与手柄双摇杆完全分离，没有物理接触，避免了机械磨损造成的信号偏差，耦合磁钢可以采用多对磁极且传递转矩大于电位器出轴的磨擦转矩，能够带动电位器的转动，准确发送控制指令。

本发明的进一步实施例中，当主动磁环31经手柄双摇杆驱动转动时，从动磁环32会在磁耦合转矩带动下发生相应的转动，进而带动电位器转动，并将角位移信息变换为直流电压变化信号后送到喷水推进主控制系统进行采样，作为输入的物理量位移信号使用。

本发明的进一步实施例中，电位器采用直流电压供电,在手柄双摇杆的转轴机构带动下转动工作，电位器产生分压电位的变化，从而使角位移信息转换为直流电压变化信号输出。

本发明的进一步实施例中，由于电位器是阻性负载，不存在惯性环节，因此电位器在理论上是无限分辨率，可以连续输出直流电压变化信号，而不会产生控制相位的滞后。

本发明的进一步实施例中，限位装置5为可调偏心旋钮。通过调整可调偏心旋钮可微调手柄双摇杆运动的极限位置(±5档)，可调偏心旋钮在调节完成后可通过螺栓锁定。

本发明的进一步实施例中，状态显示单元6为电子液晶屏，具有信号采集、指示、交互功能，能够实时采集、收集手柄双摇杆的直流电压变化信号、倒航斗反馈信号和/或主机转速信号等参数并进行显示。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。