磁耦合深水推进器及其组装方法与流程

本发明是一种水下推进器，具体地涉及采用磁耦合装置而适用于深水范围内的螺旋桨推进装置，属于水下航行与电力推进技术领域。

背景技术

目前在水面或水下深水区域进行科学研究、矿产探测过程中，通常会使用以电力为驱动的推进动力装置，如于水面或者水下航行器。其电推装置主要用来推动航行器航行，或提供可控的力矩以控制科研设备调整至需要位置与角度等。

常见航行器使用的推力系统，是由电机通过轴系连接螺旋桨旋转以配合导管组合使用。在深水区作业时，一般需要通过推进器内部充压力补偿方式来平衡外部水的压力，同时通过轴系旋转密封以防止水进入。

如公开以下内容的在先专利申请，申请号cn201410637179.1，名称为具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，其采用无刷直流电机驱动导管螺旋桨，轴系密封通过一组特殊的旋转集装式机械密封装置实现。但是此类机械密封结构，在长时间后会因磨损而导致压力补偿液的泄露，最终起不到密封效果而导致水进入电机内部，极易导致电推系统部件的损坏而失效。

又如以下在先申请专利，申请号cn201210355036.2，名称一种小型水下磁耦合推进器装置，其方案是直流电机带动齿轮箱通过磁耦合联轴器驱动外部螺旋桨，整个电机外壳用o形圈密封。此类密封装置若用于深水区域，则必须增大隔磁套的厚度，则相应地增加了推进器自重，显然不利于在水压较大的深水区域中进行推进器自身状态与角度的调整。同时，从磁耦合联轴器内、外转子的轴承连接结构上分析，必然不适合于较大的载荷，因此上述密封方式的局限性较大、无法适用于需要较大推力的深水区域。

有鉴于此，特提出本专利申请。

技术实现要素：

本发明所述的磁耦合深水推进器及其组装方法，在于解决上述现有技术存在的问题而提出一种新的密封结构和组装方法，无需采用水压补偿液和密封油脂，通过在内外转子之间加装密封耦合套，以形成针对驱动电机的密闭腔体，达到将电机与外部环境进行有效隔离的目的。

为实现上述设计目的，所述的磁耦合深水推进器主要包括有：

一中空的筒体；

在筒体两端分别固定有前端盖和后端盖；

在后端盖与电机架之间固定有伺服电机，叶轮贯穿连接于前端盖；与现有技术的区别之处在于，

在伺服电机的驱动轴端部，连接有外转子；

在叶轮的输出轴端部，连接有内转子；

在筒体内部、外转子与内转子之间套设有耦合套，耦合套从外向内被前端盖挤压于电机架；

由筒体、后端盖和耦合套共同构成用于容纳伺服电机、外转子的内部密闭腔体。

如上述基本方案，通过耦合套，内、外转子之间形成磁力耦合。伺服电机的输出力矩传递至叶轮，叶轮的输出轴伴随伺服电机的驱动轴同步转动，最终通过控制伺服电机输出轴的转向与力矩大小，实现推进器的位移推进与姿态调整。

所述的耦合套，将内、外转子隔离开来，并与筒体、后端盖共同形成容纳伺服电机的密闭腔体，即电力驱动部件均被封闭于此，可有效地保证电气组件的使用安全。另外，耦合套从外向内被前端盖挤压于电机架，则当推进器处于深水区域时，逐渐增大的水压从外侧施加于耦合套，并不能影响到耦合套的密封效果，因此本申请所述的推进器能更好地适用于深水区域。

进一步地优化与提高密封效果的改进方案是，在筒体内壁设置有台阶，电机架通过耦合套从外向内紧固于台阶；

在耦合套外部设置有至少一组第一密封圈。

针对后端盖与筒体之间密封性能的改进措施有，后端盖通过内外螺纹安装于筒体的后端部，在后端盖外部设置有至少一组第二密封圈。

针对前端盖与筒体之间密封性能的改进措施有，前端盖通过内外螺纹安装于筒体的前端部，在前端盖外部设置有至少一组第三密封圈。

在使用上述耦合套的前提下，针对外转子的优化方案是，外转子包括套设于驱动轴端部的外套轴；在连接处，平键同时插入到驱动轴、外套轴的定位凹槽中。

通过所述平键与定位凹槽的相互配合关系，外转子能够更稳固地安装于伺服电机的驱动轴，在传递磁耦合力矩的过程中，外转子不会在伺服电机的驱动轴表面发生“滑移”现象，有利于保证并提高叶轮输出轴与伺服电机驱动轴之间转动的同步性能。

基于相类似的设计构思，针对内转子的优化方案是，内转子包括套设于输出轴端部的内套轴，在内套轴上设置有若干个螺孔。可采用螺栓在螺孔中顶紧叶轮输出轴，以将内转子紧固于叶轮输出轴而保证内转子不会在叶轮输出轴表面发生“滑移”现象，同样地有利于保证并提高叶轮输出轴与伺服电机驱动轴之间转动的同步性能。

综合上述磁耦合深水推进器结构的改进，本申请同时提出一种磁耦合深水推进器组装方法。即在筒体两端分别安装前端盖和后端盖，在后端盖与电机架之间固定连接伺服电机，叶轮贯穿连接于前端盖。具体地，

在伺服电机的驱动轴端部，连接外转子；

在叶轮的输出轴端部，连接内转子；

在筒体内部、外转子与内转子之间套设耦合套，耦合套从外向内被前端盖挤压固定于电机架；

由筒体、后端盖和耦合套共同构成用于容纳伺服电机、外转子的内部密闭腔体。

在上述组装过程中，针对耦合套密封方式的进一步改进是，在筒体内壁设置台阶；安装前端盖时，连同耦合套将电机架从外向内紧固于台阶；

通过至少一组第一密封圈，在耦合套与筒体内壁之间形成密封。

针对前、后端盖与筒体之间的密封方式改进是，通过内外螺纹将后端盖安装于筒体的后端部，通过至少一组第二密封圈在后端盖与筒体内壁之间形成密封；

通过内外螺纹将前端盖安装于筒体的前端部，通过至少一组第三密封圈在前端盖与筒体内壁之间形成密封。

针对内、外转子与所连接的轴之间的组装方式改进是，将平键同时插入到驱动轴、外套轴的定位凹槽中，再通过螺栓将外转子紧固于驱动轴端部；

通过紧顶螺栓贯穿内套轴上的螺孔，将内转子紧固于输出轴端部。

综上内容，本申请所述的磁耦合深水推进器及其组装方法具有以下优点：

1、利用传递转矩的耦合套形成保护伺服电机的密闭空间，将电气组件密封于筒体内部而与外部水环境实现有效隔离，提高了电气组件使用的可靠性与可维护性。

2、省去了现有推进器常见的水压补偿液和密封油脂，有利于降低推进器自重和提高控制灵活性能；

3、所采取的密封结构与组装方法，简单易行，有利于控制制造成本和提高生产效率。

附图说明

图1是所述磁耦合深水推进器的剖面结构示意图；

图2是图1中的a部放大示意图；

图3是内转子结构示意图；

图4是图3另一侧面的示意图；

图5是外转子结构示意图；

图6是图5另一侧面的示意图；

如图1至图6所示，筒体1、前端盖2、后端盖3、电机架4、伺服电机5、叶轮6、外转子7、内转子8、耦合套9、台阶11、第三密封圈21、第二密封圈31、驱动轴51、输出轴61、轴承62、外套轴71、平键72、定位凹槽73、螺栓74、外转子永磁块75、内套轴81、螺孔82、紧顶螺栓83、内转子永磁块85、第一密封圈91。

具体实施方式

实施例1，下面结合附图对本申请作进一步地详细描述。

根据图1至图6，一种新型的磁耦合深水推进器主要包括有：

一中空的筒体1；

在筒体1的前后两端，分别通过内外螺纹安装有前端盖2和后端盖3；在后端盖3外部设置有2组第二密封圈31，在前端盖2外部设置有1组第三密封圈21；

在后端盖3与电机架4之间固定有伺服电机5，叶轮6贯穿连接于前端盖2；

在伺服电机5的驱动轴51端部，连接有外转子7；外转子7包括套设于驱动轴51端部的外套轴71；在连接处，平键72同时插入到驱动轴51、外套轴71的定位凹槽73中。

在叶轮6的输出轴61端部，连接有内转子8；内转子8包括套设于输出轴61端部的内套轴81，在内套轴81上设置有若干个螺孔82；

外转子7与内转子8之间套设有耦合套9，耦合套9外部设置有2组第一密封圈91；耦合套9从外向内被前端盖2挤压于电机架4；在筒体1内壁上设置有台阶11，电机架4从外向内紧固于台阶11；

由筒体1、后端盖3和耦合套9共同构成用于容纳伺服电机5、外转子7的内部密闭腔体。

针对上述磁耦合深水推进器的组装方法包括：

在筒体1两端分别安装前端盖2和后端盖3，在后端盖3与电机架4之间固定连接伺服电机5，叶轮6贯穿连接于前端盖2。其中，

通过内外螺纹将后端盖3安装于筒体1的后端部，通过2组第二密封圈31在后端盖3与筒体1内壁之间形成密封；

通过内外螺纹将前端盖2安装于筒体1的前端部，通过1组第三密封圈21在前端盖2与筒体1内壁之间形成密封；

在筒体1内壁设置台阶11；安装前端盖2时，连同耦合套9将电机架4从外向内紧固于台阶11；通过2组第一密封圈91，在耦合套9与筒体1内壁之间形成密封；

在伺服电机5的驱动轴51端部连接外转子7时，将平键72同时插入到驱动轴51、外套轴71的定位凹槽73中，再通过螺栓74将外转子7紧固于驱动轴51端部；

在叶轮6的输出轴61端部连接内转子8时，通过紧顶螺栓83贯穿内套轴81上的螺孔82，将内转子8紧固于输出轴61端部；

在筒体1内部、外转子7与内转子8之间套设耦合套9，耦合套9从外向内被前端盖2挤压固定于电机架4；

由筒体1、后端盖3和耦合套9共同构成用于容纳伺服电机5、外转子7的内部密闭腔体。

如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明的结构的方案内容，依据本发明的技术实质对以上描述所作的任何部件形状、尺寸、连接方式和安装结构的修改、等同变化与修饰及各组成部件位置和结构的轻微调整，均仍属于本发明技术方案的权利范围。