一种推进器

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种推进器。

背景技术

一般的推进器通常只能拥有一个自由度的推进能力，并且在减速时往往会耗费大量能量，为此设计了一种新型矢量推进水下机器人。

例如专利号为CN2022101044395.1的发明专利公开了一种水下推进器，该推进器高效率，优良的散热性能、噪声小，但其仅具有一个自由度的推进能力。

又例如专利号为CN202111219191.7的发明专利公开了一种水下推进器，该推进器能够实现多重推进，体积小，但其仅具有一个自由度的推进能力。

发明内容

本发明为了解决上述问题，进而提供一种具有多自由度推进能力的推进器。

本发明所采取的技术方案是：一种推进器，其特征在于：包括推进器本体，所述推进器本体内设置控制装置和驱动装置，控制装置将指令发送给驱动装置，所述驱动装置内采用磁力万向节装置将主推电机的输出力矩无接触地传输到螺旋桨。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明利用永磁体的磁场在气隙中耦合，把磁能转变为机械能，实现传扭；通过伺服电机的操控使得螺旋桨的空间位置改变从而达到矢量推进的作用，使得推进器的自由度增加，达到多方向的推进的目的，以实现高效率推进；利用减速时的水流经发电机组，实现机械能向电能的转换，使能量能够得到合理的利用。

该机器人采用两个可重构磁耦合推进器作为推进系统的主动力单元，每个推进器都具备两个自由度的矢量重构能力，相较于传统水下机器人，拥有更高的可操纵性和灵活性。

附图说明

图1是本发明磁力万向节装置结构示意图；

图2是本发明驱动磁铁A和驱动磁铁B结构示意图；

图3是本发明驱动磁铁A和驱动磁铁B的磁铁充磁方向示意图；

图4是本发明转向装置结构示意图；

图5是本发明发电机组结构示意图；

图6是本发明发电机组安装示意图；

其中：1、圆筒形转子；2、驱动磁铁B；3、防水外壳；4、驱动磁铁A；5、球形转子；6、螺旋桨；7、弧形磁铁B；8、弧形磁铁A；9、小同步轮；10、传送带；11、大同步轮；12、电机组外壳；13、发电机；14、伺服电机A；15、弧形导轨A；16、伺服电机B；17、弧形导轨外壳；18、弧形导轨B。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。

参照图1～图6所示，本发明的一种推进器，包括推进器本体，所述推进器本体内设置控制装置和驱动装置，控制装置将指令发送给驱动装置，所述驱动装置内采用磁力万向节装置将主推电机的输出力矩无接触地传输到螺旋桨6。

所述驱动装置包括主推电机、磁力万向节装置、转向装置及螺旋桨6，所述螺旋桨6安装在磁力万向节装置上，所述磁力万向节装置安装在转向装置上，并通过转向装置在不移动或者改变主推电机位置与角度的情况下将螺旋桨6产生的矢量推力重新定向到所需要的方向，从而实现矢量推进。

如图1所示，所述磁力万向节装置包括圆筒形转子1、驱动磁铁B2、防水外壳3、驱动磁铁A4及球形转子5；所述驱动磁铁A4附着在球形转子5上，所述驱动磁铁B2安装在圆筒形转子1内侧壁上，驱动磁铁B2和圆筒形转子1套装在防水外壳3外侧，驱动磁铁A4和球形转子5转动安装在圆筒形转子1内，使驱动磁铁B2环绕在驱动磁铁A4外侧，所述球形转子5外接螺旋桨6，圆筒型转子1通过联轴器与主推电机进行刚性连接。

圆筒形转子1和球形转子5在驱动磁铁A和驱动磁铁B的相互作用下保持一定角度的耦合状态，并且在转子中心轴线上存在吸引力，使得球型转子5向主推电机侧靠拢，能够保证球型转子5始终位于防水外壳3中心腔的固定位置。在水下运行时，球型转子5与筒型的防水外壳3之间存在充满水的空腔，能够借助水的张力减少球型转子5与防水外壳3之间的机械摩擦。并且能通过调节电流的大小使得螺旋桨6的转速发生改变以实现速度的改变和螺旋桨6推动空间位置的改变。

其中：所述驱动磁铁A4由四个呈球形分布的弧形磁铁A8构成，所述驱动磁铁B2由四个呈筒型分布的弧形磁铁B7构成，且磁铁充磁方向如图3所示，四个弧形磁铁A8之间相邻磁铁充磁方向相反，四个弧形磁铁B7之间相邻磁铁充磁方向相反，弧形磁铁A8和弧形磁铁B7位置相对应设置，充磁方向相同。即弧形磁铁B7的N级对应弧形磁铁A8的S级，弧形磁铁B7的S级对应弧形磁铁A8的N级。

主推电机通过圆筒型转子1驱动四个弧形磁铁B7绕Z轴旋转时，由于磁极之间吸引力和排斥力相互作用，四个弧形磁铁A8也绕Z轴以同样的速度旋转，进而通过球型转子5将主推电机的输出扭矩传输到螺旋桨6。

与此同时，四个弧形磁铁A8相对位置不变，可以跟随球型转子5绕X轴和Y轴进行一定范围内的旋转，所以在调节图4通过伺服电机的工作使得螺旋桨6发生空间位置上的改变，但此时四个弧形磁铁A8的相对位置仍然不变，主推电机的输出扭矩仍可以传递到螺旋桨6的同时实现了矢量运动，进而改变扭矩传输的方向，实现矢量推进。

如图4所示，所述转向装置包括伺服电机A14、弧形导轨A15、伺服电机B16、弧形导轨外壳17及弧形导轨B18；所述弧形导轨外壳17为圆柱形壳体，且磁力万向节装置的防水外壳3安装在其中心轴上，所述弧形导轨A15和弧形导轨B18分别沿X轴和Y轴方向交叉设置，且弧形导轨A15和弧形导轨B18均与螺旋桨6连接，弧形导轨A15和弧形导轨B18一端均与弧形导轨外壳17铰接，另一端分别与伺服电机A14和伺服电机B16的输出轴连接，由伺服电机A14和伺服电机B16带动弧形导轨A15和弧形导轨B18分别绕X轴和Y轴旋转，从而带动螺旋桨6转向。

当对该水下推进器通过控制装置发送指令时，位于该推进器上的接收器接收信号，通过调节伺服电机A14、伺服电机B16使得弧形导轨A15、弧形导轨B18在空间中移动，并且能通过调节电流的大小使得螺旋桨6的转速发生改变以实现速度的改变和螺旋桨6推动空间位置的改变。

所述弧形导轨A15的中部开设弧形滑槽A，所述弧形导轨B18采用上下两层的架体结构，使弧形导轨A15在弧形导轨B18的中间夹层内滑动，且弧形导轨B18的上下两层架体上均开设弧形滑槽B，使螺旋桨6的杆部同时在弧形滑槽A和弧形滑槽B内滑动。

如图6所示，所述推进器本体还包括发电机组；发电机组安装在推进器本体的主壳体外侧。发电机组的数量优选为两个，分别设置在推进器的左右两侧。

如图5所示，所述发电机组包括小同步轮9、传送带10、大同步轮11、电机组外壳12及发电机13；所述大同步轮11为一体连接的叶轮部和轮轴部，所述叶轮部转动安装在电机组外壳12外部，轮轴部设置电机组外壳12内部并与小同步轮9通过传送带10传动连接，所述小同步轮9与发电机13的输入轴连接，所述发电机13安装在电机组外壳12上。

发电机13采用无刷发电机

在船体减速制动的过程中，在接收到减速信号时，链接在推进器上的发电机组接收信号开始工作，利用减速时的水流经发电机组时，水流对发电机组中叶轮部的冲刷，带动大同步轮11运动，大同步轮11通过传送带10将动力传递给小同步轮9，小同步轮9链接发电机，在小同步轮9的运动下，带动发电机13运动，发电机13通过磁力发电，实现机械能向电能的转换,产生电流，并且将减速时得到的电通过导线经充放电保护装置储存在蓄电池中。从而达到矢量推进以及在减速过程中的能量利用。

本发明主要是通过矢量的方法使得推进器的自由度增加，从而达到多方向的推进，以实现高效率推进，通过加装在推进器上的发电机组可以将减速时的阻力转化为能量储存起来再利用。因此以矢量推进为基础，通过利用磁力控制从而实现多自由度的变换并且加装电机组以实现能量的循环利用。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。