水下直线电机与水下开合操作工具的制作方法

本发明涉及水下传动设备领域，具体地，涉及一种水下直线电机与水下开合操作工具。

背景技术

海洋蕴含着丰富的资源，随着陆地不可再生资源的减少，海洋的开发和利用已经成为各国的重要战略目标。由于海洋环境的复杂和多变性，人类在认识和开发海洋的过程中需要各种高技术手段。搭载了具有作业功能机械手的水下机器人，能代替人类直接操作水下目标完成作业任务，是目前唯一能在深海进行作业的高技术装备，所以水下机械手技术是目前水下机器人技术重要研究方向之一。但是由于深水处压力较大，现有的机械手的驱动部分与执行部分之间很难做到有效密封，工作稳定性较差。

现有解决深水部位密封性能的方式有使用机械密封结构，它利用补偿弹簧的弹力产生初始闭合力，将动环的端面紧贴住静环的端面，在压力流体的作用下，在相对滑动的动环与静环之间端面形成半液体摩擦状态，防止压力流体的明显泄漏，以实现密封端面的径向转动密封。这种结构其密封效果较好，泄漏量较小，但受水深压差的变化的影响，其转动时阻力矩的波动仍较大，难以满足精确转动要求。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水下直线电机与水下开合操作工具。

根据本发明提供的水下直线电机，包含护罩组件、驱动电机以及直线调节结构；

所述护罩组件内部空间形成等压空间，驱动电机安装在等压空间中；所述等压空间中填充满等压流体；

所述直线调节结构包含推杆与螺杆，所述螺杆与驱动电机周向固定连接；推杆沿轴向的一端紧固连接或一体成型有调节螺母，另一端沿轴向延伸到达等压空间的外部空间；

调节螺母与螺杆共同构成丝杠传动系统，推杆与等压外壳之间设置有动密封结构。

优选地，所述护罩组件包含依次紧固连接的第一端罩、等压外壳、第二端罩；

第一端罩与第二端罩上均设置有静密封环槽，静密封环槽中配设有静密封圈，静密封圈与所述等压外壳接触。

优选地，第二端罩沿轴向方向设置有导向通孔，所述推杆轴向滑动安装在导向通孔中；

推杆上设置有盲孔，所述螺杆的自由端延伸至所述盲孔中；

导向通孔的内壁上设置有动密封环槽，动密封环槽中配设有动密封圈，动密封圈始终与推杆接触。

优选地，所述驱动电机通过联轴器或键结构周向固定连接到螺杆上；

等压空间中还设置有轴承结构，轴承结构相对转动的两部分分别连接至螺杆、第二端罩上。

优选地，所述第二端罩上还设置有定位轴肩，等压外壳沿轴向方向的其中一个端面与定位轴肩接触；

沿第二端罩轴向方向上，静密封环槽、定位轴肩、动密封环槽依次布置。

优选地，还包含装接传导件，装接传导件紧固安装在第二端罩上；

所述第一端罩上设置有支撑架、调压阀门以及引线孔，驱动电机安装在支撑架上。

优选地，所述驱动电机包含定子组件与转子组件；

所述转子组件包含转轴、转子磁体、第一端盖以及外壳，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。

本发明还提供了一种水下开合操作工具，包含工具件与上述的水下直线电机，所述工具件可拆卸安装在水下直线电机上；

所述工具件包含以下任一种或任多种结构：机械手、机械爪、剪刀、采样器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的动密封结构处两接触面间采用密封圈进行密封，通过过盈配合而使密封圈具有变形复原性，从而产生自动的压紧力效应，使得两个接触面的间隙趋于0，因而能够有效阻止泄漏。

2、多种工具件通过统一形式的连接部可拆卸安装在水下直线电机上，因此在适应不同的操作需求时，只需单独更换工具件即可，操作方便。

3、本发明采用等压密封结构，通过压力补偿的方式，适合应用于超过300m的深水环境。

4、外转子形式的驱动电机由于自身无需密封，即使等压空间中用于装载用于平衡压差的液体的压力很大，也不会影响到驱动电机的正常运行。

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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为水下直线电机结构示意图；

图2为水下直线电机与工具件装配详图；

图3为工具件为机械爪时，水下开合操作工具外形图；

图4为静密封结构详图；

图5为动密封结构详图；

图6为外转子驱动电机一个视向下立体图；

图7为外转子驱动电机剖视图；

图8为外转子驱动电机另一个视向下立体图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。

如图1所示，本发明提供的水下直线电机500，包含护罩组件510、驱动电机100以及直线调节结构520；所述护罩组件510内部空间形成等压空间，驱动电机100安装在等压空间中；所述等压空间中填充满等压流体；所述直线调节结构520包含推杆521与螺杆523，所述螺杆523与驱动电机100周向固定连接；推杆521沿轴向的一端紧固连接或一体成型有调节螺母522，另一端沿轴向延伸到达等压空间的外部空间；调节螺母522与螺杆523共同构成丝杠传动系统，推杆521与等压外壳512之间设置有动密封结构。

所述护罩组件510包含依次紧固连接的第一端罩511、等压外壳512、第二端罩513。如图4所示，第一端罩511与第二端罩513上均设置有静密封环槽，静密封环槽中配设有静密封圈531，静密封圈531与所述等压外壳512接触。第二端罩513沿轴向方向设置有导向通孔，所述推杆521轴向滑动安装在导向通孔中；推杆521上设置有盲孔，所述螺杆523的自由端延伸至所述盲孔中。如图5所示，导向通孔的内壁上设置有动密封环槽，动密封环槽中配设有动密封圈532，动密封圈532始终与推杆521接触。本发明采用采用接触密封法，即在两个接触面之间夹一个具有很高机械强度和弹性的辅助元件，将已有的间隙塞满，阻止有压力的海水通过间隙进入。动密封结构两接触面间采用密封圈进行密封，通过过盈配合而使如橡胶垫的密封圈具有变形复原性，从而产生自动的压紧力效应，使得两个接触面的间隙趋于0，达到阻止泄漏的目的。因此，所述动密封圈532需要有足够弹性与耐磨性。

如图2所示，实施例中，所述驱动电机100通过联轴器551或键结构周向固定连接到螺杆523上；等压空间中还设置有轴承结构552，轴承结构552相对转动的两部分分别连接至螺杆523、第二端罩513上。优选地，所述第二端罩513上还设置有定位轴肩540，等压外壳512沿轴向方向的其中一个端面与定位轴肩540接触。沿第二端罩513轴向方向上，静密封环槽、定位轴肩540、动密封环槽依次布置。优选地，还包含装接传导件553，装接传导件553紧固安装在第二端罩513上。

优选地，所述第一端罩511上设置有支撑架、调压阀门以及引线孔，驱动电机100安装在支撑架上。另外，所述等压流体采用液体油，起到绝缘的作用。通过调压阀门可以对等压空间中的油压进行调整，对护罩组件510产生预加的内压作用，当水下直线电机500运动到水面以下时，水压形成对护罩组件510的外压作用，在内压与外压的共同作用下，达到等压密封效果，减小护罩组件510在深水环境中的应力。优选地，所述等压外壳512为钛合金结构。优选地，等压外壳512也可以是具有一定弹性的结构，通过自身的强度承受一部分外压，同时通过形变使得等压空间体积减小，等压流体产生的内压增大，进一步平衡外压。引线孔用于穿入线缆，实现对驱动电机100的供电与控制，引线孔与线缆之间设置灌封层，保证等压空间的密封性。优选地，所述等压空间中还设置有电源，直接为驱动电机100供电。

本发明还提供了一种水下开合操作工具，包含工具件560与上述的水下直线电机500，所述工具件560可拆卸安装在水下直线电机500上；所述工具件560包含以下任一种或任多种结构：机械手、机械爪561、剪刀、采样器。如图3所示，所述工具件560为机械爪561，其工作原理是：驱动电机100驱动螺杆523转动，根据丝杠传动系统的工作性质，推杆521将会沿轴向方向前后运动，推杆521的往复运动最终转化为机械爪561的张开与闭合动作。所述工具件560可以是直接连接在推杆521上的，也可以是通过装接传导件553间接连接在推杆521上的，装接传导件553上设置有可拆卸连接结构，便于与工具件560的快速拆卸与安装，另外，装接传导件553还具有传动结构，将推杆521的运动传递到工具件560上，有利于实现长距离的运动传递。

实施例中，本发明采用的驱动电机100为普通的内转子结构电机。优选例中，如图6至图8所示，驱动电机100包含定子组件120与转子组件110；所述转子组件110包含转轴111、转子磁体112、第一端盖113以及外壳114，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。

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。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，用于连接附接结构或其他用途。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。优选地，励磁绕组121外部也设置有等压密封罩，以实现等压密封。

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。所述第二端盖123上设置有环形转槽，所述轴端卡板161沿轴向方向的一端转动安装在环形转槽中。这样整个驱动电机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。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明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，这并不影响本发明的实质内容。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。