电转向驱动装置及船用推进器电动转向系统的制作方法

本实用新型属于船艇转向技术领域，尤其涉及一种电转向驱动装置及船用推进器电动转向系统。

背景技术：

船艇通过推进器产生推进动力，在船艇行驶过程中，需要进行转向控制调整船艇的行驶方向。船用推进器常见的有船外机，船内机和吊舱式推进器，均使用发动机或者电机驱动螺旋桨转动来产生推进力，因此可以在船用推进器上设置转向系统来调整螺旋桨的朝向来改变船艇的行驶方向根据转向的执行机构来划分，目前船用推进器的转向系统有三种，机械线拉转向、液压转向及电驱动转向。因为转向系统需要能够提供较大的转向扭矩，所以转向系统中会使用丝杆螺母副；为了保证转向系统的正常运行，提高转向控制精度，减小转向时的噪音和振动，需要减小丝杆转动过程中产生的跳动使丝杆螺母副能够平稳运行。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种电转向驱动装置及船用推进器电动转向系统，以减小丝杆的跳动。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种电转向驱动装置，所述电转向驱动装置固定于船用推进器上沿水平方向设置的转向连接管上，所述电转向驱动装置与连杆连接用以驱动船用推进器相对于所述转向连接管在竖直方向上转动；所述包括电机、丝杆、丝杆螺母及支撑滑套，所述丝杆、丝杆螺母均设置于船用推进器的转向连接管内，所述丝杆、丝杆螺母、支撑滑套依次套设；所述丝杆的第一端与所述电机的输出轴连接，所述丝杆螺母螺纹连接在所述丝杆的第二端，所述支撑滑套固定在所述转向连接管内且与所述丝杆螺母滑动连接；位于所述丝杆的第二端的所述丝杆螺母沿所述丝杆直线移动，通过所述支撑滑套间接支撑所述丝杆的第二端。

可选地，所述电转向驱动装置固定于船用推进器上沿水平方向设置的转向连接管上，所述电转向驱动装置与连杆连接用以驱动船用推进器相对于所述转向连接管在竖直方向上转动；

所述电转向驱动装置还包括推杆，所述推杆平行于丝杆设置于所述转向连接管内，所述推杆与所述丝杆螺母固定连接，所述支撑滑套与所述推杆滑动连接，所述推杆同所述丝杆螺母一起沿所述丝杆直线移动。

可选地，所述推杆为空心推杆，所述丝杆螺母、所述推杆、所述支撑滑套从内向外依次套设于所述丝杆外部。

可选地，所述丝杆与所述电机输出轴及所述转向连接管在水平方向上的轴线互相平行。

可选地，所述电转向驱动装置还包括用于连接所述电机与所述转向连接管的接头，所述接头呈喇叭筒状，所述接头外径较大的一端与所述电机的壳体固定连接，所述接头外径较小的一端螺纹连接在所述转向连接管的一端外部；所述丝杆穿过所述接头与所述电机连接。

可选地，所述接头的内孔中设置有第一轴承及动密封件，所述第一轴承的外圈与所述接头的内孔壁过盈装配，所述第一轴承的内圈套设在所述丝杆上，所述动密封件的外圈与所述接头的内孔壁过盈装配，所述动密封件的内圈套设在所述丝杆上，所述第一轴承位于所述动密封件的后方，所述动密封件用于密封所述电机。

可选地，所述电机的输出轴与所述丝杆同轴设置，所述丝杆通过销轴或联轴器与所述电机输出轴连接。

可选地，所述电机为外转子电机，包括定子和转子，所述转子通过所述电机的输出轴与所述丝杆连接，所述定子中心设置通孔，所述丝杆的第一端延伸并穿过所述通孔后与第二轴承连接。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种船用推进器电动转向系统，其包括上述的电转向驱动装置。

本实用新型实施例提供的电转向驱动装置及船用推进器电动转向系统，丝杆、丝杆螺母均设置于船用推进器的转向连接管内，丝杆、丝杆螺母、支撑滑套依次套设，丝杆的第一端与电机的输出轴连接，丝杆螺母螺纹连接在丝杆的第二端，支撑滑套固定在转向连接管内且与丝杆螺母滑动连接；丝杆螺母沿丝杆直线移动，通过支撑滑套间接支撑丝杆的第二端。整个电转向驱动装置固定在转向连接管上初步限制了丝杆的跳动。丝杆的第一端与电机连接，第二端与丝杆螺母连接，通过增加支撑滑套减少跳动。另外，丝杆可以与电机的输出轴合为一体(一体形成)以减少跳动。或者，第一电机的输出轴为空心轴，通过延长丝杆的长度使其插入电机的输出轴中大幅度减少丝杆的跳动，增加了系统的可互换性、简化了生产步骤。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的船外机电动转向系统的电转向驱动装置与船外机的连接示意图(立体图)；

图2是本实用新型一实施例提供的船外机电动转向系统的电转向驱动装置与船外机的连接示意图(剖视图)；

图3是本实用新型一实施例提供的船外机电动转向系统的电转向驱动装置立体图；

图4是本实用新型一实施例提供的船外机电动转向系统的电转向驱动装置爆炸图；

图5是本实用新型一实施例提供的船外机电动转向系统的电转向驱动装置剖视图；

图6是本实用新型一实施例提供的船外机电动转向系统的电转向驱动装置的接头位置的剖视图(放大)。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图6所示，本实用新型实施例提供一种船用推进器电动转向系统，船用推进器电动转向系统包括电转向驱动装置30和操舵装置。

船用推进器20包括固定组件、连杆202及转动组件203。所述固定组件包括沿水平方向设置的转向连接管201。

所述电转向驱动装置30固定于船用推进器20上沿水平方向设置的转向连接管201上，所述电转向驱动装置30与连杆202连接用以驱动船用推进器20相对于所述转向连接管201在竖直方向上转动。

所述电转向驱动装置30包括电机301、丝杆302、丝杆螺母303及支撑滑套312，所述丝杆302、丝杆螺母303均设置于船用推进器20的转向连接管201内，所述丝杆302、丝杆螺母303及支撑滑套312依次套设；所述丝杆302的第一端与所述电机301的输出轴连接，所述丝杆螺母303螺纹连接在所述丝杆302的第二端，所述支撑滑套312固定在所述转向连接管201内且与所述丝杆螺母303滑动连接；位于所述丝杆302的第二端的所述丝杆螺母303沿所述丝杆302直线移动，通过所述支撑滑套312间接支撑所述丝杆302的第二端。

所述丝杆螺母303螺纹连接在所述丝杆302的外部，所述丝杆螺母303与所述连杆202连接。

所述电转向驱动装置30还包括电机旋转圈数检测元件、控制器及电机驱动器320。所述电机旋转圈数检测元件及电机驱动器320分别与所述控制器电连接。

电机旋转圈数检测元件可以是霍尔传感器或者编码器，用于检测电机301的旋转圈数和旋转方向。

所述控制器，用于根据接收到的来自船用推进器电动转向系统的操舵装置的转向信号，控制所述电机驱动器320驱动所述电机301旋转，所述电机301旋转带动丝杆302旋转运动使所述丝杆螺母303沿所述丝杆302直线运动并带动所述连杆202运动；所述电机旋转圈数检测元件，用于检测所述电机301的旋转圈数并反馈至所述控制器，所述控制器依此控制电机301的运转，使所述丝杆螺母303位于所述丝杆302上第一位置和第二位置及其之间的范围内。

如果检测到丝杆螺母303运行到第一位置或第二位置则控制器控制电机301停止运转。所述控制器还根据所述电机旋转圈数检测元件发送的电机旋转圈数计算采样时间内电机的旋转圈数，若所述采样时间内电机的旋转圈数为0，且所述丝杆螺母303不位于第一位置或第二位置，则控制器控制电机301停止运转。

如图1所示，所述固定组件还包括夹具204，所述转动组件203包括推进器壳体和螺旋桨2034。所述推进器壳体内安装动力装置2035。所述动力装置2035连接所述螺旋桨2034连接并驱动所述螺旋桨2034旋转；所述连杆202的第一端与所述推进器壳体连接，所述电转向驱动装置30驱动所述连杆202转动，所述连杆202驱动所述转动组件203转动以调整螺旋桨2034在水平方向上的朝向，从而调整船用推进器的推进方向。

动力装置2035可以安装于推进器壳体的上部和下部。安装在推进器壳体的上部时，动力装置2035与螺旋桨2034之间设置竖直的传动轴(下述的推进器主轴2032)再与螺旋桨2034连接；安装在推进器壳体下部时，动力装置2035与螺旋桨2034同轴连接。

在一实施例中，所述动力装置2035安装于推进器壳体的上部，所述推进器壳体包括上壳2031及主轴支撑壳2033，所述上壳2031固定在所述主轴支撑壳2033上方，所述动力装置2035安装在所述上壳2031内，所述螺旋桨2034安装在所述主轴支撑壳2033的下端后侧，所述推进器主轴2032的上端通过齿轮箱组件连接所述动力装置2035的输出轴，所述推进器主轴2032的下端通过两个正交啮合的锥齿轮连接所述螺旋桨2034，所述动力装置2035与螺旋桨2034之间设置竖直的推进器主轴2032，即，所述动力装置2035与螺旋桨2034通过推进器主轴2032连接。以此，通过动力装置2035的旋转能够带动螺旋桨2034旋转从而给船艇提供推进动力。所述船用推进器20通过夹具204悬挂于所述船体10的尾部，所述转向连接管201沿水平方向设置在夹具204上，船用推进器电动转向系统固定于所述转向连接管201中，所述电转向驱动装置30与所述转向连接管201固定连接。所述连杆202的一端铰接在所述推进器203的上部(例如通过螺栓、螺母铰接)。优选地，所述连杆202的一端铰接在所述上壳2031的底面上。

所述动力装置2035可以是电机。

在一实施例中，所述电转向驱动装置30还包括推杆304，所述推杆304平行于丝杆302设置于所述转向连接管201内，所述推杆304与所述丝杆螺母303固定连接，所述丝杆螺母303通过所述推杆304与所述连杆202连接，所述支撑滑套312与所述推杆304滑动连接，所述推杆304同所述丝杆螺母303一起沿所述丝杆302直线移动，从而驱动所述连杆202运动。

所述推杆304与所述支撑滑套312的内壁滑动接触，所述丝杆302与所述电机301的输出轴及所述转向连接管201在水平方向上的轴线互相平行。

所述丝杆302平行于所述转向连接管201。所述丝杆302平行于所述转向连接管201分两种情况，第一种是，所述丝杆302设置于所述转向连接管201的外部并与所述转向连接管201平行间隔；第二种是，所述丝杆302设置于所述转向连接管201的内部并与所述转向连接管201同轴。为了减小船用推进器电动转向系统的体积，优选为，所述丝杆302设置于所述转向连接管201的内部。

丝杆302外壁以推杆304内壁为内导向，推杆304外壁与支撑滑套312接触形成外导向，相比现有转向结构有更好的同轴度，减小噪声以及更高的使用寿命。

优选地，所述控制器及电机驱动器30、电机301、位置开关、丝杆302及丝杆螺母303按照从左至右的顺序依次沿所述转向连接管201的轴向设置；或者，按照电机301，控制器、电机驱动器320、位置开关、丝杆302、丝杆螺母303的顺序依次沿所述转向连接管201的轴向设置。

在第一位置和第二位置之间具有第三位置，在所述第三位置，所述船用推进器20的垂直中分面与所述转向连接管201之间的夹角为90°。所述电转向驱动装置30还包括用于检测第三位置的位置开关。用于检测第三位置的位置开关可以是用于检测船用推进器20的转动角度的角度传感器，也可以是，用于检测船用推进器20的中位的光电传感器或者超声波传感器。

所述推杆304的行程范围与丝杆螺母303的行程范围相同，丝杆螺母303在丝杆302上的位置与操舵装置的旋转行程一一对应，操舵装置的角度位置对应了丝杆螺母303在丝杆302上的唯一位置。

所述电机驱动器320安装在所述电机301的后端。优选地，所述控制器及电机驱动器320集成在所述电机301的壳体内。

所述电机301的壳体包括前壳3011和后壳3012，所述电机301的定子组件和转子组件设置在所述前壳3011内，所述前壳3011包括筒状部30111及位于所述定子组件和转子组件后方的径向延伸部30112，所述后壳3012固定在所述前壳3011(筒状部30111)的后端，所述筒状部30111、径向延伸部30112及后壳3012之间形成腔室，所述电机驱动器320安装在所述径向延伸部3012的后方并容纳于所述腔室内。

所述后壳3012上设置有电源线接头305及信号线接头306，所述电机驱动器320通过所述电源线接头305与电源电连接，以通过部电源给电机301供电，所述控制器通过所述信号线接头306与操舵装置40通信连接。

在一实施例中，所述电机301的前部形成安装电机驱动器320和控制器的腔室。此时，电源线接头305及信号线接头306优先设置在电机301的前壳3011上。

所述后壳3012与所述前壳3011之间通过静密封件密封连接，所述前壳3011与下述的接头307之间也设置密封连接，所述接头307和丝杆302之间设置动密封件，所述后壳3012、前壳3011及动密封件之间形成了密封防水腔室，使所述电机301、控制器、电机驱动器320和位置开关设置于密封防水环境中得以防护。

所述电源线接头305通过电源线与电源电连接。所述信号线接头306通过信号线与操舵装置通信连接，控制器与操舵装置有线通信。

所述电转向驱动装置30还包括用于连接所述电机301与所述转向连接管201的接头307，所述丝杆302穿过所述接头307与所述电机301连接，所述接头307呈喇叭筒状，所述接头307外径较大的一端与所述电机301的壳体通过螺钉固定连接，所述接头307外径较小的一端螺纹连接在所述转向连接管201的一端外部。具体为，所述接头307外径较小的一端设置内螺纹，所述转向连接管201的一端外部设置与所述接头307外径较小的一端设置的内螺纹匹配的外螺纹。

接头307与转向连接管201通过螺纹连接，无需安装工具，极大简化了安装步骤，即插即用。

所述接头307的内孔中设置有第一轴承308及动密封件309，所述第一轴承308的外圈与所述接头307的内孔壁过盈装配，所述第一轴承308的内圈套设在所述丝杆302上，所述动密封件309的外圈与所述接头307的内孔壁过盈装配，所述动密封件309的内圈套设在所述丝杆302上，所述第一轴承308位于所述动密封件309的后方，所述动密封件309用于密封所述电机301。

由于第一电机驱动器320和控制器均集成于第一电机301的壳体内，使用动密封件309将第一电机301密封，能够起到防水作用，以保护第一电机301及壳体内的其它电子元器件。

在一实施例中，第一轴承308为双列角接触轴承，所述动密封件309为油封。

在其它实施例中，所述双列角接触轴承也可替换为两个角接触轴承或其它能承受双向轴向力的轴承或轴承组合。

所述电转向驱动装置30还包括用于检测所述丝杆螺母303是否位于所述第一位置和/或所述第二位置的位置开关，所述控制器根据所述位置开关发送的开关信号控制所述电机301的运转。

所述推杆304的一端滑动插接在所述转向连接管201内且套设在所述丝杆302的另一端，所述丝杆螺母303固定在所述推杆304的靠近所述电机301的端部的内壁上。所述位置开关为霍尔开关，所述霍尔开关包括感磁元件310和磁性元件311，所述磁性元件311固定在所述推杆304的靠近所述电机301的端部的内壁上且位于所述丝杆螺母303的后方，所述磁性元件311跟随所述推杆304运动。磁性元件311例如为磁铁。

所述位置开关还可以为干簧管开关、光电开关、超声波开关或者其它非接触式位置开关。这些开关都需要安装在接头307内，正对移动的丝杆螺母303，从而检测丝杆螺母303移动，或者检测推杆304的移动。

因为磁性元件311与感磁元件310的距离有一定要求，所以磁性元件311必须安装在推杆304的起始位置(前端)以便检测。位置开关的信号线需要连接控制器，位置开关将开关信号发送给控制器，用来根据开关信号控制电机301的启停。

所述位置开关设置于所述接头307内，所述位置开关与控制器通过线缆电连接，所述前壳3011上设置有容纳所述线缆的线槽，所述线缆通过所述线槽后与所述控制器电连接。

因为位置开关检测丝杆螺母303的运动，所以位置开关必须设置在相对于电机301靠近丝杆螺母303的一侧，且中间没有阻挡。

控制器和电机驱动器320可以设置在电机301靠近丝杆螺母303的一侧，也可以设置在电机301相对的另外一侧。

为了方便电机301上电源线通信线接头的设置，优先设置在电机301远离丝杆螺母303的一侧，这样的话，位置开关和电机驱动器310之间的线缆必须经过电机301。

为了保证同样体积的电机301能产生更大的力矩，所以电机301一般设置成外转子电机，包括定子和转子，所述转子通过所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302连接，所述定子中心设置通孔，所述丝杆302的第一端延伸并穿过所述通孔后与第二轴承连接。在所述电机301外设置壳体或者在所述电机301的定子中心设置孔道，可以安装电连接用的线缆。

若丝杆302不穿过电机301，则只需前述的第一轴承308即可。若丝杆302延伸穿过电机301，则需要在在穿过电机301后与第二轴承连接。第二轴承不需要承受轴向力，只需要承受径向力，因而第二轴承可以采用普通的滚子轴承。

磁性元件311与感磁元件310距离接近到一定阈值，位置开关状态发生变化，控制器控制电机301停止运转，并记录电机301停止转动后电机旋转圈数检测元件(编码器或霍尔传感器)记录的电机旋转的圈数，将此数值作为参考值，根据接下来电机301旋转的方向和圈数来计算当前丝杆螺母303的位置。

电动转向系统上电后，推杆304朝电机301方向移动，当内置于接头307的位置开关以非接触式检测方式检测到安装在推杆304上的磁铁311的磁铁强度达到一定阈值时，控制器记录当前位置为初始化位置。电机驱动器320内安装有霍尔传感器或编码器，用于检测电机的旋转方向和圈数。控制器中存储了电机301理论最大旋转圈数，根据丝杆302的行程长度l，假设电机301每转一圈丝杆302给推杆带来的进给为l，则电机301从零点开始可以旋转的理论最大旋转圈数为δn＝l/l，控制器通过位置传感器获取电机301的正反转的圈数，并限制其实际运转圈数相对于初始化位置的旋转圈数增量不超过δn。

在一实施例中，所述电机301的输出轴与所述丝杆302同轴设置，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302一体设置。这样的好处是，电机301的输出轴3013与丝杆302一体连接，整体具有更高的刚度和同轴度，从而可以减小电机301转动时丝杆302自身的径向跳动。

在一实施例中，所述连杆202呈l形，所述连杆202包括竖直杆段2021及水平杆段2022，所述水平杆段2022的一端连接在所述竖直杆段2021的上端，所述水平杆段2022的另一端铰接在转动组件203上，所述电转向驱动装置30与所述竖直杆段2021的下端转动连接。

在一具体实施例中，所述水平杆段2022的另一端铰接在所述推进器壳体的上部，所述丝杆螺母303通过所述推杆304与所述竖直杆段2021的下端连接。所述推杆304的另一端设置有通孔，所述竖直杆段2021的下端设置有外螺纹，所述竖直杆段2021的下端向下穿出所述通孔并螺纹连接一螺母。以此，实现所述连杆202与推杆304的铰接。具体地，所述水平杆段2022的铰接在所述推进器壳体的上壳2031的底面上。所述水平杆段2022的旋转轴线与所述推进器主轴2032的中轴线平行间隔。以保证连杆202的灵活转动。

在其它实施例中，所述与电机驱动装置连接的连杆的第一端与所述与转动组件连接的连杆的第二端在竖直方向上高度一致，所述连杆也可选用直杆；在其它实施例中，所述连杆也可以为具有至少一段水平杆段的其它形状的杆。

推杆304沿丝杆302来回移动时，通过连杆曲柄原理，推杆既可以带动连杆202运动，连杆202与转动组件203铰接，即可直接或间接推动转动组件203水平旋转一个角度。在同一个船用推进器20上，将推杆304的行程范围与操舵装置的旋转行程一一映射，该映射关系可以是线性也可非线性，但是均可以将操舵装置输入的角度信号与推杆304的位置一一对应，从而实现调节转向的目的。l形的连杆202可以带动转动组件203的上壳2031、主轴支撑壳2033和螺旋桨2034一同转动，从而改变船用推进器20的朝向。

在另一实施例中，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302同轴设置，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302分别单独设置。

在其它实施例中，电机301与丝杆302可以不同轴连接。不同轴连接主要考虑部分船尾板的船用推进器安装的地方会凹陷下去，所以需要减小电转向驱动装置30安装后的整体长度尺寸。不同轴设置，可以减小整个电转向驱动装置的长度方向的尺寸。

优选地，所述电机301的输出轴3013为空心轴，所述丝杆302的一端插入所述电机301的输出轴3013，所述丝杆302上设置有销孔，所述丝杆302的一端与所述电机301的输出轴3013通过插入所述销孔的销313固定连接。

在其它实施例中，所述丝杆302的一端与所述电机301的输出轴3013也可以通过联轴器连接。

在其它实施例中，所述电机301的输出轴3013与所述丝杆302一体设置。这样，可以减少连接件。

所述电转向驱动装置30还包括测量所述电机301或驱动器320的电流值的电流传感器，所述电流传感器与所述控制器电连接，所述控制器根据所述电流值超过设定的阈值控制所述电机301或驱动器320停止运转。

电流传感器可为霍尔电流传感器，也可以是一个电流检测电路，用于检测电机301的工作电流。如果电机301工作电流超过其额定工作电流一定范围，可能是电机异常或者电机堵转，以此控制电机301停止运转以保护电转向驱动装置30。

所述电转向驱动装置30还包括测量所述电机301或驱动器320的温度值的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接，所述控制器根据所述温度值超过设定的阈值控制所述电机301或驱动器320停止运转。

本实用新型实施例提供的电转向驱动装置及船用推进器电动转向系统，整个电转向驱动装置固定在转向连接管上初步限制了丝杆的跳动。丝杆的第一端与电机连接，第二端与丝杆螺母连接，通过增加支撑滑套减少跳动。另外，丝杆可以与电机的输出轴合为一体(一体形成)以减少跳动。或者，第一电机的输出轴为空心轴，通过延长丝杆的长度使其插入电机的输出轴中大幅度减少丝杆的跳动，增加了系统的可互换性、简化了生产步骤

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。