一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置

1.本发明属于水下探测设备技术领域，尤其涉及一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置。


背景技术：

2.随着海洋技术的不断发展，各类水下探测装备得到显著发展，其中较为常见的是水下航行器。水下航行器一般由耐压主体单元、任务传感器单元、姿态调节与能源单元、导航控制单元、通讯单元、浮力驱动单元及螺旋桨推进单元等组成，其中螺旋桨推进单元主要采用舵机模块。
3.用于水下航行器螺旋桨推进单元的舵机，螺旋桨裸漏在海水中，驱动电机通过转轴与螺旋桨连接，接触部位容易漏水，导致舵机模块内部驱动电机等部件发生故障，造成舵机报废，从而影响水下航行器的正常工作。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决用于水下航行器螺旋桨推进单元的机械传动结构存在漏水隐患，造成驱动电机部件会因漏水发生故障的问题的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置。
5.本发明是这样实现的，一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，包括壳体，驱动电机、主动耦合部件、内磁体组、被动耦合部件、外磁体组和螺旋桨总成，所述壳体设有密封腔；所述驱动电机安装于所述壳体的密封腔；所述主动耦合部件包括内转轴和与内转轴连接的内回转部，所述内转轴部以绕轴线转动的方式安装于所述壳体的密封腔内部，所述内转轴与所述驱动电机连接，所述驱动电机驱动所述内回转部以所述内转轴为轴转动；所述内磁体组安装于所述回转部；所述被动耦合部件包括外转轴和与外转轴连接的外回转部，所述外转轴以绕轴线转动的方式安装于所述壳体；所述外磁体组安装于所述外回转部；所述螺旋桨总成安装于所述壳体且位于密封腔的外侧，所述螺旋桨总成与所述外转轴连接，转动的所述外转轴驱动所述螺旋桨总成；同轴线设置的所述内转轴和外转轴通过所述外磁体组与所述内磁体组之间磁力传递转动扭力。
6.本发明申请的优点和效果是：
7.本技术方案提出一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，壳体具有两完全独立的密封腔，作为动力输出部件的驱动电机等部件完全安装设置于密封腔，而用于涉水的部件螺旋桨总成安装于密封腔外侧，二者通过磁力耦合部件实现无接触传动连接，可完全消除因机械传动结构而存在的海水泄露的安全隐患，从而避免水下航行器驱动部件发生故障或者报废。
8.在上述技术方案中，优选的，所述内磁体组包括面向内磁体单元和环向内磁体单元，所述面向内磁体单元的内部磁力线方向与所述内转轴的轴线平行，若干所述面向内磁体单元围绕所述内转轴的轴线设置；所述环向内磁体单元的内部磁力线方向与所述内转轴
的轴线交叉，若干所述环向内磁体单元围绕所述内转轴的轴线设置；所述外磁体组包括面向外磁体单元和环向外磁体单元；所述面向外磁体单元的内部磁力线方向与所述外转轴的轴线平行，若干所述面向外磁体单元围绕所述外转轴的轴线设置；所述环向外磁体单元的内部磁力线方向与所述外转轴的轴线交叉，若干所述环向外磁体单元围绕所述外转轴的轴线设置；所述环向内磁体单元的内部磁力线方向与所述环向外磁体单元的内部磁力线方向平行。
9.在上述技术方案中，优选的，所有所述面向内磁体单元以所述内转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置，所有所述面向外磁体单元以所述外转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。
10.在上述技术方案中，优选的，所述内磁体组和所述外磁体组设有数量匹配且一一对应的所述面向内磁体单元和面向外磁体单元，所述面向内磁体单元至所述内转轴的轴线之间的距离与所述面向外磁体单元至所述外转轴的轴线之间的距离相等，相对应的所述面向内磁体单元和面向外磁体单元的内部磁力线方向相反。
11.在上述技术方案中，优选的，所述面向内磁体单元和面向外磁体单元为圆片电磁铁。
12.在上述技术方案中，优选的，所有所述环向内磁体单元以所述内转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置，所有所述环向外磁体单元以所述外转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。
13.在上述技术方案中，优选的，所述环向内磁体单元的内部磁力线方向与所述内转轴的轴线垂直，所述环向外磁体单元的内部磁力线方向与所述外转轴的轴线垂直。
14.在上述技术方案中，优选的，所述内磁体组和所述外磁体组设有数量匹配且一一对应的所述环向内磁体单元和环向外磁体单元，所述环向内磁体单元至所述内转轴的轴线之间的距离大于所述环向外磁体单元至所述外转轴的轴线之间的距离，所述环向内磁体单元位于所述环向外磁体单元的圆周外侧，相对应的所述环向内磁体单元和环向外磁体单元的内部磁力线方向相反。
15.在上述技术方案中，优选的，所述环向内磁体单元和环向外磁体单元为矩形长条电磁铁。
16.在上述技术方案中，优选的，所述内回转部包括内转盘和内环套，所述内转盘安装于所述内转轴，所述内转盘与所述内转轴同轴线，所述面向内磁体单元安装于所述内转盘；所述内环套是在所述内转盘外沿形成的圆周套体，所述环向内磁体单元安装于所述内环套；所述外回转部包括外转盘和外环套，所述外转盘安装于所述外转轴，所述外转盘与所述外转轴同轴线，所述面向外磁体单元安装于所述外转盘；所述外环套是在所述外转盘外沿形成的圆周套体，所述环向外磁体单元安装于所述外环套；所述内环套和外环套设于所述内转盘和外转盘之间，所述内环套设置于所述外环套的环形面外围。
17.上述方案所阐述的变磁力式磁耦合推进装置，可以控制螺旋桨的快速停止，通过水下航行器主机控制板对电流进行控制，调整该发明磁耦合力的大小，对耦合的磁力可以进行控制，进而防止再驱动过程中发生丢转和电机驱动轴转速和螺旋桨转速不一致的现象。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；
19.图2为本发明的剖视图；
20.图3为本发明中主动耦合部件的结构示意图；
21.图4为本发明中被动耦合部件的结构示意图；
22.图5为本发明中主动耦合部件和被动耦合部件的位置关系示意图；
23.图6为本发明所述推进装置安装于航行器的实施例。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.为用于水下航行器螺旋桨推进单元的机械传动结构存在漏水隐患，造成驱动电机部件会因漏水发生故障的问题，本发明特提供一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，本推进装置可完全消除推进装置驱动电机以及其它部件因漏水而发生故障甚至报废的问题。为了进一步说明本发明的结构，结合附图详细说明书如下：
26.请参阅图1-图6，一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，包括壳体1，驱动电机2、主动耦合部件3、内磁体组、被动耦合部件4、外磁体组和螺旋桨总成5。
27.壳体是本推进装置的主体结构件，用于装载推进装置中的其它部件，壳体安装于水下航行器的艉部。壳体设有密封腔，密封腔是壳体中具有绝对防水特性的、用于安装主动耦合部件的空间。本实施例中，具体的，壳体由下壳1-1、上壳1-2、外轴壳1-3和轴端盖1-4四部分构成，下壳和上壳通过螺钉连接并构成位于其内部的所述密封腔。下壳和上壳的连接处采用法兰密封连接构造。外轴壳利用螺栓安装于上壳，轴端盖利用螺栓安装于外轴壳，外轴壳和轴端盖构成用于安装螺旋桨总成的载体构件。
28.驱动电机是本推进装置的动力部件，驱动电机安装于壳体的密封腔中。即驱动电机配装在下壳和上壳构成的密封腔中。
29.螺旋桨总成安装于壳体且位于密封腔外侧。外轴壳设有用于配装螺旋桨总成的桨轴的轴座，外轴壳的轴座通过轴承配装螺旋桨总成的桨轴，且螺旋桨总成的螺旋桨安装在轴端盖的外侧。
30.主动耦合部件和被动耦合部件是设于密封腔内外两侧的通过磁力耦合作用联动的环向构件。主动耦合部件由驱动电机驱动，被动耦合部件驱动螺旋桨总成。
31.主动耦合部件包括内转轴3-1和与内转轴连接的内回转部3-2。内转轴部以绕轴线转动的方式安装于壳体的密封腔内部，即在壳体的密封腔内部设置轴座结构，内转轴作为轴形部件通过轴承安装于壳体的密封腔内部设置轴座结构。内转轴与驱动电机连接，内转轴与驱动电机的输出选用联轴器连接，驱动电机用于驱动内转轴转动。内转轴与内回转部构成回转体。驱动电机驱动内回转部以内转轴为轴转动。具体的，内回转部包括内转盘和内环套，内转盘安装于内转轴，内转盘与内转轴同轴线，内环套是在内转盘外沿形成的圆周套体。
32.内磁体组是安装于内回转部的磁铁单元部件的组合，内磁体组包括以不同位置形
式安装于内回转部的磁铁单元。具体的，内磁体组包括面向内磁体单元6和环向内磁体单元7。
33.面向内磁体单元的内部磁力线方向与内转轴的轴线平行，若干面向内磁体单元围绕内转轴的轴线设置。所有面向内磁体单元以内转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。面向内磁体单元安装于内转盘，面向内磁体单元为圆片电磁铁。本实施例中，具体的，在内转盘对应螺旋桨总成的圆形端面环向设置8个圆形凹槽，圆形凹槽中嵌装圆片电磁铁，圆片电磁铁磁极朝向一致。
34.环向内磁体单元的内部磁力线方向与内转轴的轴线交叉，进一步的，环向内磁体单元的内部磁力线方向与内转轴的轴线垂直。若干环向内磁体单元围绕内转轴的轴线设置。所有环向内磁体单元以内转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。本实施例中，环向内磁体单元为矩形长条电磁铁，环向内磁体单元安装于内环套，即在内环套的内环形面加工出4个矩形长条凹槽，长条状磁铁嵌装于此矩形长条中。4个矩形长条向内的磁极方向一致。
35.被动耦合部件包括外转轴4-1和与外转轴连接的外回转部4-2，外转轴以绕轴线转动的方式安装于壳体。即在外轴壳的内部设置用于安装外转轴的轴座，外转轴通过轴承配装于轴座，外转轴和外回转部构成回转体构造。外回转部包括外转盘和外环套，外转盘安装于外转轴。外转盘与外转轴同轴线，外环套是在外转盘外沿形成的圆周套体。
36.内转盘和外转盘的相对端面是相互平行的两圆形端面。主动耦合部件的内环套和被动耦合部件的外环套设于主动耦合部件的内转盘和被动耦合部件外转盘之间，内环套设置于外环套的环形面外围。内环套和外环套之间是上壳的一部分壳板，此部分壳板的形状设计依据内环套和外环套的位置设定。
37.外磁体组是安装于外回转部的磁铁单元部件的组合。外磁体组包括以不同位置形式安装于外回转部的磁铁单元。具体的，外磁体组包括面向外磁体单元8和环向外磁体单元9。
38.面向外磁体单元的内部磁力线方向与外转轴的轴线平行，若干面向外磁体单元围绕外转轴的轴线设置。所有面向外磁体单元以外转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。面向外磁体单元安装于外转盘，面向外磁体单元为圆片电磁铁。本实施例中，具体的，在外转盘对应驱动电机的圆形端面环向设置8个圆形凹槽，圆形凹槽中嵌装圆片电磁铁，圆片电磁铁磁极朝向一致且与面向内磁体单元相反，令相对应的面向内磁体单元与面向外磁体单元之间形成轴向磁力。
39.环向外磁体单元的内部磁力线方向与外转轴的轴线交叉，进一步的，环向外磁体单元的内部磁力线方向与外转轴的轴线垂直。若干环向外磁体单元围绕外转轴的轴线设置。所有环向外磁体单元以外转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。环向外磁体单元为矩形长条电磁铁，环向外磁体单元安装于外环套。本实施例中，环向外磁体单元为矩形长条电磁铁，环向外磁体单元安装于外环套，即在外环套的外环形面加工出4个矩形长条凹槽，长条状磁铁嵌装于此矩形长条中。4个矩形长条向外的磁极方向一致，且与环向内磁体单元相反。
40.同轴线设置的内转轴和外转轴通过外磁体组与内磁体组之间磁力传递转动扭力，螺旋桨总成与外转轴连接，转动的外转轴驱动螺旋桨总成。
41.内磁体组和外磁体组设有数量匹配且一一对应的面向内磁体单元和面向外磁体
单元，面向内磁体单元至内转轴的轴线之间的距离与面向外磁体单元至外转轴的轴线之间的距离相等，相对应的面向内磁体单元和面向外磁体单元的内部磁力线方向相反。
42.内磁体组和外磁体组设有数量匹配且一一对应的环向内磁体单元和环向外磁体单元，环向内磁体单元至内转轴的轴线之间的距离大于环向外磁体单元至外转轴的轴线之间的距离，环向内磁体单元位于环向外磁体单元的圆周外侧，环向内磁体单元的内部磁力线方向与环向外磁体单元的内部磁力线方向平行，相对应的环向内磁体单元和环向外磁体单元的内部磁力线方向相反。
43.外磁体组和内磁体组中的4个矩形长条电磁铁一一对应，8个圆片电磁铁一一对应，圆片电磁铁布置在同一平面上，保证了电机转轴和螺旋桨转轴的同轴度；矩形长条电磁铁布置在周向，保证了电机驱动螺旋桨的周向磁力。两类磁铁的形状设计也考虑到其布置位置及功能。在两类磁铁的共同加持下，最终实现螺旋桨在无轴驱动下的稳定有效运转。
44.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体设有密封腔；驱动电机，所述驱动电机安装于所述壳体的密封腔；主动耦合部件，所述主动耦合部件包括内转轴和与内转轴连接的内回转部，所述内转轴部以绕轴线转动的方式安装于所述壳体的密封腔内部，所述内转轴与所述驱动电机连接，所述驱动电机驱动所述内回转部以所述内转轴为轴转动；内磁体组，所述内磁体组安装于所述回转部；被动耦合部件，所述被动耦合部件包括外转轴和与外转轴连接的外回转部，所述外转轴以绕轴线转动的方式安装于所述壳体；外磁体组，所述外磁体组安装于所述外回转部；螺旋桨总成，所述螺旋桨总成安装于所述壳体且设于密封腔外侧，所述螺旋桨总成与所述外转轴连接，转动的所述外转轴驱动所述螺旋桨总成；同轴线设置的所述内转轴和外转轴通过所述外磁体组与所述内磁体组之间磁力传递转动扭力。2.根据权利要求1所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述内磁体组包括：面向内磁体单元，所述面向内磁体单元的内部磁力线方向与所述内转轴的轴线平行，若干所述面向内磁体单元围绕所述内转轴的轴线设置；环向内磁体单元，所述环向内磁体单元的内部磁力线方向与所述内转轴的轴线交叉，若干所述环向内磁体单元围绕所述内转轴的轴线设置；所述外磁体组包括：面向外磁体单元，所述面向外磁体单元的内部磁力线方向与所述外转轴的轴线平行，若干所述面向外磁体单元围绕所述外转轴的轴线设置；环向外磁体单元；所述环向外磁体单元的内部磁力线方向与所述外转轴的轴线交叉，若干所述环向外磁体单元围绕所述外转轴的轴线设置；所述环向内磁体单元的内部磁力线方向与所述环向外磁体单元的内部磁力线方向平行。3.根据权利要求2所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所有所述面向内磁体单元以所述内转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置，所有所述面向外磁体单元以所述外转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。4.根据权利要求3所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述内磁体组和所述外磁体组设有数量匹配且一一对应的所述面向内磁体单元和面向外磁体单元，所述面向内磁体单元至所述内转轴的轴线之间的距离与所述面向外磁体单元至所述外转轴的轴线之间的距离相等，相对应的所述面向内磁体单元和面向外磁体单元的内部磁力线方向相反。5.根据权利要求4所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述面向内磁体单元和面向外磁体单元为圆片电磁铁。6.根据权利要求5所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所有所述环向内磁体单元以所述内转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置，所有所述环向外磁体单
元以所述外转轴的轴线为圆周中线均匀间隔设置。7.根据权利要求5所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述环向内磁体单元的内部磁力线方向与所述内转轴的轴线垂直，所述环向外磁体单元的内部磁力线方向与所述外转轴的轴线垂直。8.根据权利要求7所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述内磁体组和所述外磁体组设有数量匹配且一一对应的所述环向内磁体单元和环向外磁体单元，所述环向内磁体单元至所述内转轴的轴线之间的距离大于所述环向外磁体单元至所述外转轴的轴线之间的距离，所述环向内磁体单元位于所述环向外磁体单元的圆周外侧，相对应的所述环向内磁体单元和环向外磁体单元的内部磁力线方向相反。9.根据权利要求8所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述环向内磁体单元和环向外磁体单元为矩形长条电磁铁。10.根据权利要求2或9所述的水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，其特征在于，所述内回转部包括：内转盘，所述内转盘安装于所述内转轴，所述内转盘与所述内转轴同轴线，所述面向内磁体单元安装于所述内转盘；内环套，所述内环套是在所述内转盘外沿形成的圆周套体，所述环向内磁体单元安装于所述内环套；所述外回转部包括：外转盘，所述外转盘安装于所述外转轴，所述外转盘与所述外转轴同轴线，所述面向外磁体单元安装于所述外转盘；外环套，所述外环套是在所述外转盘外沿形成的圆周套体，所述环向外磁体单元安装于所述外环套；所述内环套和外环套设于所述内转盘和外转盘之间，所述内环套设置于所述外环套的环形面外围。

技术总结
本发明公开了一种水下航行器的变磁力式磁耦合推进装置，壳体设有密封腔；驱动电机安装于壳体的密封腔；主动耦合部件包括内转轴和与内转轴连接的内回转部，内转轴部以绕轴线转动的方式安装于壳体的密封腔内部，内转轴与驱动电机连接，驱动电机驱动内回转部以内转轴为轴转动；内磁体组安装于回转部；被动耦合部件包括外转轴和与外转轴连接的外回转部，外转轴以绕轴线转动的方式安装于壳体；外磁体组安装于外回转部；螺旋桨总成安装于壳体且位于密封腔的外侧，螺旋桨总成与外转轴连接，转动的外转轴驱动螺旋桨总成。本推进装置可完全消除推进装置驱动电机以及其它部件因漏水而发生故障甚至报废的问题。障甚至报废的问题。障甚至报废的问题。


技术研发人员：王延辉 杨绍琼 孙通帅 牛文栋 杨明 马伟 常皓 李元昊
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/5/23