水下推进器与水下机器人的制作方法

文档序号:16843057发布日期:2019-02-12 21:43
水下推进器与水下机器人的制作方法

本实用新型涉及水下推进领域,具体地,涉及一种水下推进器与水下机器人。



背景技术:

全球水下机器人在小型化、智能化的方向上快速发展,而小尺寸、结构简洁、大功率、安全可靠的新型水下推进器是水下机器人小型化、智能化的基础。

传统的水下推进器通常采用将螺旋桨叶与电机轴向布置的形式,电机设置于耐压舱中以抵抗水下高压的作用,这种水下推进器通常长度较长,整机构造笨重,推重比一般小于5:1,在深水环境下对耐压舱的强度要求高,深水环境适应性与制造成本高。



技术实现要素:

针对现有技术中的缺陷,本实用新型的目的是提供一种水下推进器与水下机器人。

根据本实用新型提供的水下推进器,包含电机结构、支撑导向结构以及一个或多个桨叶片;

所述电机结构包含转子组件与定子组件;支撑导向结构、桨叶片分别安装在定子组件、转子组件上;

所述转子组件包含外壳,多个桨叶片分别沿周向方向直接紧固安装在外壳上;或者,多个桨叶片通过设置的桨叶连接件成型为一体后,间接安装在外壳上;所述外壳位于定子组件的径向外侧;

支撑导向结构包含导向管,所述桨叶片位于导向管的径向内侧。

优选地,所述转子组件还包含转轴、转子磁体以及第一端盖,第一端盖与外壳紧固连接或一体成型,所述转子磁体安装在外壳的内壁面上;转轴周向固定在第一端盖上;

所述定子组件包含励磁绕组、内支撑以及第二端盖,内支撑与第二端盖一体成型或紧固连接,所述励磁绕组安装在内支撑的外周面上;

第一端盖、第二端盖以及外壳围成的空间形成容物空间,所述转子磁体与励磁绕组均位于容物空间中。

优选地,所述内支撑为管状,所述转轴贯穿设置在管状内支撑的轴向通孔中,转轴与内支撑通过设置的滑动轴承连接;

所述滑动轴承包含高分子复合材料轴承,所述转轴包含45号钢转轴;

多个励磁绕组沿周向分布在管状内支撑的外壁面上;多个转子磁体与励磁绕组在径向方向上相对设置。

优选地,所述支撑导向结构还包含第一罩壳与第二罩壳,第二罩壳紧固安装在第二端盖上;

所述导向管包含紧固连接或一体成型的径接部与导向部,第二罩壳通过设置的撑开杆连接在径接部上,第一罩壳通过设置的防护杆紧固连接在导向部上。

优选地,导向管上还紧固连接有安装支架;所述防护杆呈十字布置;径接部与导向部在内壁与外壁上均平滑过段连接;

所述径接部在沿与导向部连接端到径接部自由端的方向上,内壁与外壁的直径均增大。

优选地,所述第二端盖上设置有穿线孔,所述励磁绕组连接有电机线,电机线穿设在穿线孔中;所述穿线孔的孔壁面与电机线之间设置有灌封层;

所述第二罩壳上设置有过线孔,电机线在延伸方向上贯穿过线孔。

优选地,所述励磁绕组和/或转子磁体上设置有防水涂料层;

沿轴向延伸方向上,外壳与第二端盖之间存在间隙;或者,外壳与第二端盖通过轴承结构连接;

所述桨叶片为双凸翼型、平凸翼型或者凹凸翼型。

优选地,所述第一端盖包含一体成型的径向延伸部与紧定部,转轴沿轴向的一端周向固定在紧定部上;

转轴沿轴向的另一端贯穿第二端盖到达容物空间的外部,转轴沿轴向的另一端配设有轴端卡板,轴端卡板通过设置的紧定销周向固定在转轴上;

所述第二端盖上设置有环形槽,所述轴端卡板沿轴向方向的一端转动安装在环形槽中。

优选地,容物空间中还设置有密封壳,所述密封壳紧固安装在内支撑上;密封壳内部形成密封空间,所述励磁绕组安装在密封空间中,密封空间中填充满缓压液体。

本实用新型还提供了一种水下机器人,包含上述的水下推进器。

与现有技术相比,本实用新型具有如下的有益效果:

1、本实用新型解决了水下电机防水的核心问题,不必再为电机整机做耐压密封舱,大大简化了推进器的结构,重量、尺寸以及制造成本得到有效降低;

2、本实用新型提供的水下推进器能够在自身重量仅300克时,实现推力达5KG,推重比达到14.5:1,尺寸小巧灵活,易于安装。

3、本实用新型对耐压密封舱或油封等传统结构不再有硬性需要,水下推进器不再受水深的限制,工作环境可达水下3000米。

4、本实用新型采用复合材料的轴承,具有优良的海水耐腐蚀特性。

5、在水中工作时,本实用新型附近的水流为高速旋转的电机提供优良的水冷,导管桨式的结构能够提供高效推力的同时,有效防止水下杂物的卷入。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为水下推进器立体结构示意图;

图2为水下推进器侧视图;

图3为水下推进器剖视图;

图4为桨叶片剖面形状图;

图5为导向部、防护杆以及第一罩壳连接示意图;

图6为电机结构一个视向下立体图;

图7为电机结构剖视图;

图8为电机结构另一个视向下立体图;

图9为电机结构爆炸图。

图中示出:

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至图3所示,本实用新型提供的水下推进器200,包含电机结构100、支撑导向结构210以及一个或多个桨叶片240;所述电机结构100包含转子组件110与定子组件120;支撑导向结构210、桨叶片240分别安装在定子组件120、转子组件110上;所述转子组件110包含外壳114,所述外壳114位于定子组件120的径向外侧。多个桨叶片240分别沿周向方向直接紧固安装在外壳114上;或者,多个桨叶片240通过设置的桨叶连接件成型为一体后,间接安装在外壳114上;支撑导向结构210包含导向管220,所述桨叶片240位于导向管220的径向内侧。

如图6至图9所示,所述转子组件110还包含转轴111、转子磁体112以及第一端盖113,第一端盖113与外壳114紧固连接或一体成型,所述转子磁体112安装在外壳114的内壁面上;转轴111周向固定在第一端盖113上;所述定子组件120包含励磁绕组121、内支撑122以及第二端盖123,内支撑122与第二端盖123一体成型或紧固连接,所述励磁绕组121安装在内支撑122的外周面上;第一端盖113、第二端盖123以及外壳114围成的空间形成容物空间,所述转子磁体112与励磁绕组121均位于容物空间中;定子组件120与转子组件110通过一个或多个滑动轴承130连接。优选地,所述内支撑122为管状,所述转轴111贯穿设置在管状内支撑122的轴向通孔中,转轴111与内支撑122通过所述滑动轴承130连接;多个励磁绕组121沿周向分布在管状内支撑122的外壁面上;多个转子磁体112与励磁绕组121在径向方向上相对设置。优选地,所述内支撑122的横截面形状也可以是多边形的,多个励磁绕组121分别位于内支撑122的多个径向端面上。优选地,所述内支撑122上还可以预加工有用于安装的励磁绕组121的定位槽,在对励磁绕组121进行灌封时,可增加励磁绕组121与内支撑122之间的有效固定面积,增加固定强度。

所述支撑导向结构210还包含第一罩壳231与第二罩壳232,第二罩壳232紧固安装在第二端盖123上;所述导向管220包含紧固连接或一体成型的径接部221与导向部222,第二罩壳232通过设置的撑开杆233连接在径接部221上,第一罩壳231通过设置的防护杆234紧固连接在导向部222上。导向管220上还紧固连接有安装支架260;如图5所示,所述防护杆234呈十字布置。优选地,所述桨叶片240为双凸翼型、平凸翼型或者凹凸翼型。相比现有的水下推进结构采用的圆形剖面旋转桨叶片,使用常用于航空领域的翼型桨叶结构有利于提供更大的推力。桨叶片240、导向管220以及防护杆234共同构成导管桨式的结构,在提供高效推力的同时,有效防止水下杂物的卷入。当然,优选地,所述桨叶片240、防护杆234以及撑开杆233的个数可以根据实际需要进行分配。优选地,如图3所示,径接部221与导向部222在内壁与外壁上均平滑过段连接;所述径接部221在沿与导向部222连接端到径接部221自由端的方向上,内壁与外壁的直径均增大。对于导向部222,外壁呈圆柱面形状,相对径接部221所在端的内壁直径保持不变,导向部222的自由端所在端的内壁直径向外逐渐增大,呈扩孔状,有利于减小在水中的运动阻力。

优选地,所述励磁绕组121和/或转子磁体112上设置有防水涂料层;所述滑动轴承130包含高分子复合材料轴承,所述转轴111包含45号钢转轴。所述滑动轴承130为塑料轴承,此种轴承是专门的水下使用轴承,具有以下优点:耐磨,可吸收高载荷,具有化学抗性,耐腐蚀,而且可在-40摄氏度到+200摄氏度的温度中正常工作。所述第二端盖123上设置有穿线孔141,所述励磁绕组121连接有电机线,电机线穿设在穿线孔141中;所述穿线孔141的孔壁面与电机线之间设置有灌封层;灌胶密封填满电机出线口使裸漏在外部环境中的电机线全部密封在灌封材料中,达到对电机线隔水防腐耐压效果。相应地,所述第二罩壳232上设置有过线孔,电机线在延伸方向上贯穿过线孔。优选地,所述第一端盖113、第二端盖123上分别设置有第一通孔142,第二通孔143。另外,沿轴向延伸方向上,外壳114与第二端盖123之间存在间隙。通过上述结构可以平衡容物空间与外部的压差。优选地,外壳114与第二端盖123通过轴承结构连接,这样整个电机结构100的结构连接更加紧密,强度更加可靠。

如图7所示,所述第一端盖113包含一体成型的径向延伸部151与紧定部152,转轴111沿轴向的一端周向固定在紧定部152上;转轴111沿轴向的另一端贯穿第二端盖123到达容物空间的外部,转轴111沿轴向的另一端配设有轴端卡板161,轴端卡板161通过设置的紧定销162周向固定在转轴111上。如图9所示,所述第二端盖123上设置有环形槽170,所述轴端卡板161沿轴向方向的一端转动安装在环形槽170中。这样整个电机结构100在外形上看结构更加紧凑,轴端卡板161随转轴111转动,并且起到保护滑动轴承130,以及限制转轴111运动的径向偏移的作用。

优选地,容物空间中还设置有密封壳,所述密封壳紧固安装在内支撑122上;密封壳内部形成密封空间,所述励磁绕组121安装在密封空间中,密封空间中填充满缓压液体,所述缓压液体为绝缘液体。密封壳设置的目的是在密封空间中营造绝缘且相对静止的环境,进一步保护励磁绕组121以及励磁绕组121表面的防水涂层。相对于现有技术,本实用新型中对密封壳的尺寸要求较小,因此同样的厚度能够承受更大的压差,另外,及时是在高压下,密封壳被破坏,也仅仅是损失了部分有益效果,而不会影响设备的正常运行。所述密封壳可以是刚性壳体,也可以是带有一定弹性的壳体,对于刚性壳体,密封空间内外的压差由密封壳本身来承担,可靠度高,但对密封壳的材料要求较高;对于具有一定弹性的壳体,例如橡胶等,自身能够承受一定的外压,在深水高压环境下会产生一定的形变,进而使得绝缘液体的压力增加,但不至于太增加太多,形成一定的压力梯度,最终作用在励磁绕组121或其表面的防水涂层的压力也相对较小,提高运行稳定性与使用寿命。

本实用新型还提供了一种包含上述水下推进器200的水下机器人。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本实用新型并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

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