一種水下推進裝置及包含該裝置的水下機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水下推進裝置，包括電機和至少2個螺旋槳，所述電機的定子與所述電機的轉(zhuǎn)子通過磁場耦合驅(qū)動，所述電機的轉(zhuǎn)子與所述螺旋槳一體成型。同時，本發(fā)明還提供一種包含上述水下推進裝置的水下機器人，包括密封艙殼體，所述密封艙殼體的材質(zhì)為非磁性且非金屬材質(zhì)；所述電機的定子設(shè)置于所述密封艙殼體的內(nèi)部，所述電機的轉(zhuǎn)子通過滾動軸承固定在所述密封艙殼體的外部，所述電機的定子與所述電機的轉(zhuǎn)子的位置相互對應(yīng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、耐壓力、流線型設(shè)計、性能高、成本低、可靠性高。
【專利說明】一種水下推進裝置及包含該裝置的水下機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下推進裝置及包含該裝置的水下機器人，屬于水下機器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的小型水下機器人帶有外殼、密封艙、外掛式電動螺旋槳推進裝置、電動姿態(tài)控制裝置、發(fā)泡材料浮體，由發(fā)泡材料浮體提供主要浮力。其大致結(jié)構(gòu)是，有一個圓筒形的外殼，電子設(shè)備密封艙和電動姿態(tài)控制裝置安裝在外殼內(nèi)，外掛式電動螺旋槳推進裝置在外殼外部，推進裝置可以在密封艙的側(cè)面或尾部。上述結(jié)構(gòu)中，由于獨立的耐壓密封艙和電動螺旋槳推進裝置兩個部分是獨立的結(jié)構(gòu)，從而由完全不同的結(jié)構(gòu)和部件構(gòu)成，因此設(shè)計，制造，組裝成本較高。而且，這兩個部分通常由穿過耐壓殼體的導(dǎo)線或密封軸承連接，耐壓殼體的導(dǎo)線和密封軸承對殼體的機械強度和水密性會有負面的影響，推進裝置與螺旋槳通過密封軸承連接，成本較高且容易磨損，同時分體式結(jié)構(gòu)也難以達到最佳的流體力學(xué)設(shè)計，裝配不方便，電路引線不便連接，存在系列化大規(guī)模生產(chǎn)成本高的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗磨損、成本低、裝配方便的水下推進裝置。
[0004]同時，本發(fā)明還提供一種包含水下推進裝置的水下機器人。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明所述一種水下推進裝置，包括電機和至少2個螺旋槳，所述電機的定子與所述電機的轉(zhuǎn)子通過磁場耦合驅(qū)動，所述電機的轉(zhuǎn)子與所述螺旋槳一體成型。
[0006]轉(zhuǎn)子與定子之間通過磁場耦合以驅(qū)動，消除了密封軸承，傳統(tǒng)的密封軸承可以采用密封膠圈，但是密封膠圈容易磨損的壽命往往比較短。另外一種采用磁性液體密封的方法價格比較昂貴，沒有密封軸承，保證了設(shè)備耐壓殼體的機械連續(xù)性，從而提高了整體強度。
[0007]對上述水下推進裝置進一步限定的技術(shù)方案為，所述電機的定子和所述電機的轉(zhuǎn)子之間的耦合方式包括永磁耦合、感應(yīng)耦合或磁阻耦合。
[0008]進一步地，所述電機為永磁電機，所述永磁電機的永磁鐵安裝在所述電機的轉(zhuǎn)子上。
[0009]進一步地，所述電機為感應(yīng)電機，所述電機的轉(zhuǎn)子為鼠籠結(jié)構(gòu)，所述鼠籠結(jié)構(gòu)的鼠籠條的材質(zhì)為鋁。感應(yīng)電機的成本較低，但是效率和扭矩相對沒有永磁電機高。
[0010]本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案為:一種包含上述水下推進裝置的水下機器人，包括密封艙殼體，所述密封艙殼體的材質(zhì)為非磁性且非金屬材質(zhì)；所述電機的定子設(shè)置于所述密封艙殼體的內(nèi)部，所述電機的轉(zhuǎn)子通過滾動軸承固定在所述密封艙殼體的外部，所述電機的定子與所述電機的轉(zhuǎn)子的位置相互對應(yīng)。
[0011]轉(zhuǎn)子與定子之間通過磁場耦合以驅(qū)動，消除了密封軸承，傳統(tǒng)的密封軸承可以采用密封膠圈，但是密封膠圈容易磨損的壽命往往比較短。另外一種采用磁性液體密封的方法價格比較昂貴，沒有密封軸承，保證了設(shè)備耐壓殼體的機械連續(xù)性，從而提高了整體強度。
[0012]對上述水下機器人進一步限定的技術(shù)方案為，所述密封艙殼體的厚度不超過10mnin
[0013]進一步地，所述電機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸與所述密封艙的主軸重合。
[0014]進一步地，所述電機的定子與所述密封艙殼體的內(nèi)壁之間的氣隙小于1mm。
[0015]進一步地，所述電機的轉(zhuǎn)子與所述密封艙殼體的外壁之間的氣隙小于1mm。
[0016]電機的驅(qū)動由定子繞組產(chǎn)生磁場穿過定子氣隙，密封艙，轉(zhuǎn)子氣隙而和轉(zhuǎn)子進行耦合及電磁感應(yīng)以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，因此，上述的密封艙殼體的厚度、定子氣隙和轉(zhuǎn)子氣隙的值均為能產(chǎn)生最佳轉(zhuǎn)矩所需的值。
[0017]進一步地，所述水下機器人包括的所述推進裝置的個數(shù)為2~3個。
[0018]有益效果:本發(fā)明提供的一種水下推進裝置及包含該裝置的水下機器人，通過密封艙與推進裝置的融合，解決推進電機的水密和推進系統(tǒng)體積、重量及經(jīng)濟性問題，降低推進系統(tǒng)的復(fù)雜度，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、耐壓力、流線型設(shè)計、性能高、成本低、可靠性高等特點；本發(fā)明由于是一體化的動力部件，裝配很方便，零部件的通用性較高，僅更換外殼型材或密封艙型材的長度即可改變規(guī)格，所有規(guī)格結(jié)構(gòu)相同，同一直徑系列內(nèi)零部件通用，方便系列化生產(chǎn)；本發(fā)明主要殼體零件采用擠出塑料型材，或注塑件較大地降低了成本，電子設(shè)備的體積決定了密封艙的大小，而密封艙的大小決定了機器人的大小，根據(jù)擬采用電子設(shè)備的體積和所攜帶的外掛設(shè)備的重量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的一種包含水下推進裝置的水下機器人的正視圖；
圖2為本發(fā)明提供的一種包含水下推進裝置的水下機器人的左視圖。

【具體實施方式】
[0020]下面通過附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0021]實施例1:本發(fā)明提供一種包括水下推進裝置的水下機器人，其正視圖如圖1所示，其左視圖如圖2所示，包括2~3個水下推進裝置，實現(xiàn)三維自由移動，下面對其具體的結(jié)構(gòu)進行詳述。
[0022]在介紹水下機器人之前，首先介紹其包含的水下推進裝置。水下推進裝置包括電機和至少2個螺旋槳U2，電機的定子U3與電機的轉(zhuǎn)子U5通過磁場耦合驅(qū)動，電機的轉(zhuǎn)子U5與螺旋槳U2 —體成型。電機的定子U3和所述電機的轉(zhuǎn)子U5之間的耦合方式包括永磁親合、感應(yīng)親合或磁阻親合。本實施例中，電機為永磁電機，所述永磁電機的永磁鐵安裝在所述電機的轉(zhuǎn)子U5上。
[0023]上述水下推進裝置，轉(zhuǎn)子與定子之間通過磁場耦合以驅(qū)動，消除了密封軸承，傳統(tǒng)的密封軸承可以采用密封膠圈，但是密封膠圈容易磨損的壽命往往比較短。另外一種采用磁性液體密封的方法價格比較昂貴，沒有密封軸承，保證了設(shè)備耐壓殼體的機械連續(xù)性，從而提高了整體強度。
[0024]水下推進裝置不使用密封軸承，應(yīng)用于水下機器人，可以使其便于流線型設(shè)計，減小水的阻力，下面對包含水下推進裝置的水下機器人進行詳細介紹。
[0025]包含水下推進裝置的水下機器人包括密封艙殼體U1，所述密封艙殼體Ul的材質(zhì)為非磁性且非金屬材質(zhì)，比如ABS塑料，氧化鋁陶瓷等，而密封艙殼體Ul的厚度不超過10mm，應(yīng)該在耐壓允許的情況下盡量的薄，以便磁場通過，達到很好的磁場驅(qū)動效果。
[0026]所述電機的定子U3設(shè)置于所述密封艙殼體Ul的內(nèi)部，電機的定子U3與密封艙殼體Ul的氣隙小于1_，應(yīng)盡可能薄以增加轉(zhuǎn)矩。電機定子的設(shè)計和傳統(tǒng)的電機相似，定子繞組和控制電路相連。螺旋槳U2及電機的轉(zhuǎn)子U5是一體化結(jié)構(gòu)，所述電機的轉(zhuǎn)子U5通過滾動軸承U4固定在所述密封艙殼體Ul的外部，所述電機的定子U3與所述電機的轉(zhuǎn)子U5的位置相互對應(yīng)，電機的轉(zhuǎn)子U5的轉(zhuǎn)動軸與所述密封艙的主軸重合。電機的轉(zhuǎn)子U5外由防水材料密封，電機的轉(zhuǎn)子U5與密封艙殼體Ul間的氣隙小于1mm，應(yīng)盡可能薄以增加轉(zhuǎn)矩。滾動軸承U4應(yīng)是防水材料，例如陶瓷軸承。
[0027]電機的驅(qū)動由電池，變頻器，及控制器組成，控制可以由單片機或DSP實現(xiàn)，所有控制元件都置于密封艙內(nèi)。密封艙內(nèi)還可放置機器人水下作業(yè)所需的感應(yīng)，拍攝，及控制器件。
[0028]本實施例的水下機器人通過永磁電機驅(qū)動電機的定子U3，電機的定子U3帶動電機的轉(zhuǎn)子U5轉(zhuǎn)動從而帶動與電機的轉(zhuǎn)子U5 —體成型的螺旋槳U2運動，為水下機器人提供驅(qū)動力，整個推進裝置不采用密封軸承，機器人的外形最接近流線形，從而減少了水流的阻力，可以提高最大航速，減少耗電。而且，本實施例便于裝配，便于產(chǎn)品化，零部件通用性高，低成本，并可以應(yīng)用到深水的小型水下機器人。
[0029]實施例2:
本實施例提供的水下推進裝置和包含水下推進裝置的水下機器人與實施例1基本相同，不同點為，所述電機為感應(yīng)電機，所述電機的轉(zhuǎn)子U5為鼠籠結(jié)構(gòu)，所述鼠籠結(jié)構(gòu)的鼠籠條的材質(zhì)為鋁。感應(yīng)電機的成本較低，但是效率和扭矩相對沒有永磁電機高，可以根據(jù)水下機器人的功能時間和工作深度進行權(quán)衡選擇。
[0030]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種水下推進裝置，包括電機和至少2個螺旋槳⑶2),其特征在于，所述電機的定子(^3)與所述電機的轉(zhuǎn)子卬5)通過磁場耦合驅(qū)動，所述電機的轉(zhuǎn)子卬5)與所述螺旋槳卬2)一體成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下推進裝置，其特征在于，所述電機的定子⑶3)和所述電機的轉(zhuǎn)子卬5 )之間的耦合方式包括永磁耦合、感應(yīng)耦合或磁阻耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下推進裝置，其特征在于，所述電機為永磁電機，所述永磁電機的永磁鐵安裝在所述電機的轉(zhuǎn)子(115 )上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下推進裝置，其特征在于，所述電機為感應(yīng)電機，所述電機的轉(zhuǎn)子(115 )為鼠籠結(jié)構(gòu)，所述鼠籠結(jié)構(gòu)的鼠籠條的材質(zhì)為銷。
5.一種包含權(quán)利要求1所述的水下推進裝置的水下機器人，包括密封艙殼體⑶1),其特征在于，所述密封艙殼體⑶1)的材質(zhì)為非磁性且非金屬材質(zhì)；所述電機的定子⑶3)設(shè)置于所述密封艙殼體⑶1)的內(nèi)部，所述電機的轉(zhuǎn)子⑶5)通過滾動軸承⑶4)固定在所述密封艙殼體⑶1)的外部，所述電機的定子⑶3)與所述電機的轉(zhuǎn)子⑶5)的位置相互對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包含權(quán)利要求1所述的水下推進裝置的水下機器人，其特征在于，所述密封艙殼體⑶1)的厚度不超過10皿。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包含權(quán)利要求1所述的水下推進裝置的水下機器人，其特征在于，所述電機的轉(zhuǎn)子⑶5)的轉(zhuǎn)動軸與所述密封艙的主軸重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包含權(quán)利要求1所述的水下推進裝置的水下機器人，其特征在于，所述電機的定子卬3)與所述密封艙殼體卬1)的內(nèi)壁之間的氣隙小于1111111。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包含權(quán)利要求1所述的水下推進裝置的水下機器人，其特征在于，所述電機的轉(zhuǎn)子卬5)與所述密封艙殼體卬1)的外壁之間的氣隙小于11^。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包含權(quán)利要求1所述的水下推進裝置的水下機器人，其特征在于，所述水下機器人包括的所述推進裝置的個數(shù)為2~3個。
【文檔編號】B63C11/52GK104443340SQ201410621077
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】劉億明, 羅成 申請人:劉億明, 羅成