用于水下航行器的水下推进装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下推进装置(10)，该水下推进装置包括：‑定子(20)，其包括圆周排列的线圈(35)并且适合于产生沿轴向方向的受控的电磁场；‑无轴的推进转子(30)，其包括：‑至少两个磁化的环形板，分别是沿着所述轴向方向同轴地隔开并垂直于所述轴向方向的上部磁化板(31)和下部磁化板(32)，使得圆周排列的线圈(35)位于它们之间，每个板(31、32)界定中心孔(31a、32a)，并且具有嵌入其中的圆周排列的径向延伸的磁化极(34)，所述磁化极(34)产生磁场，该磁场与定子(20)的电磁场相互作用以便促使板所述(31、32)围绕平行于所述轴向方向的中心轴线(ZZ’)旋转，‑至少一个环形推进器(33)，该至少一个环形螺旋桨由其外周和其内周界定，所述推进器接纳在板(31、32)的中心孔(31a、32a)内并稳固地固定到该中心孔(31a、32a)，‑多个推进器叶片(35)，其从推进器(33)的内周向内突出，当板(31、32)旋转时，所述叶片(35)产生沿着中心轴线(ZZ’)的推力，其中转子(30)通过间隙与定子(20)轴向地隔开，优选地间隙小于3mm，以便允许在所述间隙内形成液压膜，所述液压膜适合于为转子提供润滑，从而减小转子和定子之间的摩擦，并将转子的轴向推力传递到定子。

Underwater propulsion device for underwater vehicle

The invention relates to a propulsion device of underwater propulsion device (10), including the underwater stator (20), comprising a coil (35) are arranged along the circumference of the electromagnetic field and is suitable for controlled to produce along the axial direction of the rotor shaft; promote no (30), which comprises at least annular plate the two magnetization, respectively along the axial direction of the upper plate and spaced coaxial magnetized perpendicular to the axial direction of the bottom plate (31) and (32), the magnetic coil which are arranged along the circumference of the (35) located between them, each plate (31, 32) to define the center hole (31a, 32a) the circumference and radial alignment, is embedded in the extension of the magnetic pole (34), the magnetic pole (34) generates a magnetic field, the magnetic field of the stator (20) of the electromagnetic interaction in order to urge the board (31, 32) around the center axis parallel to the axial direction of the rotation (ZZ ') at least one. A ring propeller (33), the at least one ring propeller from the peripheral and its inner peripheral definition, the propeller received in (31, 32) in the center of the hole (31a, 32a) and firmly fixed to the center hole (31a, 32a), multiple propeller blades (35) the propeller (33), from the inner peripheral inwards prominent, when the plate (31, 32) rotates, the blades (35) along the central axis (ZZ ') thrust, the rotor and the stator (30) through the gap (20) axially spaced, preferably a gap of less than 3mm, in order to allow the formation of hydraulic film in the gap, the hydraulic membrane suitable for rotor lubrication to reduce friction between the rotor and the stator, and the rotor to stator axial thrust.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于水下航行器的水下推进装置专利
本专利技术涉及用于水下航行器的水下推进装置。更具体地，其涉及一种具有可以容易地制造的轻的且简单的结构的推进装置。本专利技术还涉及配备有这种水下推进装置的水下航行器。专利技术背景无人水下航行器长期以来都是已知的。特别地，在文献US741581中公开了一种玩具潜水艇。最近，这种航行器已经被用作遥控的机械装置(drones)，用于在水下环境中执行各种任务，例如管道勘察和调查或军事任务。在文献WO2014/113121中已经公开了这种应用的示例。无人水下航行器通常具有小的或微型的尺寸，以便允许它们易于操作以及在有限的空间内储存。然而，这样的微型尺寸可能增加水下航行器对碎片侵入的脆弱性，或者增加水下航行器对所述航行器的推进器中变得缠结的鱼线的脆弱性，这可能显著降低其性能，并且在最坏的情况下会导致其恶化和航行器的损失。另外，可能是具有挑战性的是，确保推进系统的运动部分具有高可靠性的防水和耐压。马达轴周围的动态密封圈可能快速磨损，特别是当暴露于水中的悬浮的砂粒或其它颗粒时。当暴露在水中，特别是在盐水中时，暴露的金属部分也受到腐蚀的影响。失效的密封件通常会导致快速的进水，这将损坏内部部件，并降低航行器浮力，这可能导致整个航行器的完全损失。过去已经提出了针对这些问题的不同解决方案。使所述航行器的推进装置的电动马达防水和耐压的一个解决方案是使用O形环和动态密封件，O形环和动态密封件可能快速磨损。用油来填充马达以抵抗外部压力会降低密封件的应力，并减轻水侵入的风险，但这增加马达窄磁隙内的摩擦力，可能会将油释放到环境中，并需要定期维护以更换失去的油。可选地，可以使用马达和推进器之间的磁耦合器，磁耦合器增加了体积和复杂性并限制了转矩。因此，本专利技术的第一个目的是提供一种用于微型水下航行器的水下推进装置，在该水下推进装置中避免了上面提及的缺点。本专利技术的第二个目的是提供一种这样的水下推进装置，该水下推进装置具有紧凑和低轮廓(lowprofile)的结构，以便减少由马达的体积所引起的阻力，从而提高水下航行器的性能，特别是当推进装置用作姿态控制推力器并垂直于水下航行器的主要行进方向安装时。本专利技术的第三个目的是提供一种可以容易地制造的水下推进装置。专利技术概述以这种观点，本专利技术涉及一种水下推进装置，该水下推进装置包括：-定子，其包括圆周排列的线圈并且适合于产生沿轴向方向的受控的电磁场，-无轴的推进转子，其包括：-至少两个磁化的环形板，其沿着所述轴向方向同轴地隔开并垂直于所述轴向方向，使得所述圆周排列的线圈位于它们之间，每个板界定中心孔并且具有嵌入其中的圆周排列的径向延伸的磁化极，所述磁化极产生与定子的电磁场相互作用的磁场，以便促使所述板围绕平行于所述轴向方向的中心轴线旋转，-至少一个环形推进器，该至少一个环形推进器由其外周和其内周界定，所述推进器接纳在所述板的中心孔内并稳固地固定至该中心孔，-多个推进器叶片，其从所述推进器的内周向内突出，当板旋转时，所述叶片产生沿着中心轴线的推力，其中所述转子通过间隙与定子轴向地隔开，以便允许在所述间隙内形成液压膜，所述液压膜适合于为转子提供润滑，从而减小转子和定子之间的摩擦，并且将转子的轴向推力传递到定子。推进装置的重要特征由从属权利要求2至12中限定。本专利技术还涉及一种水下航行器，该水下航行器配备有这种如从属权利要求13至19所述的水下推进装置。由于其轴向磁通磁体布置而不是更常见的径向磁通磁体布置，本专利技术的水下推进装置具有这样的优点，高磁通密度可以在转子的一对磁性板之间实现，而不需要铁芯。这允许定子和转子之间的间隙比常规的径向磁通电动马达更宽，从而减少转子和定子之间的流体动力学摩擦，并且使得该布置更不倾向于因碎片而磨损。另外，它简化了转子的安装要求。在常规的永磁马达中，任何不平衡都会导致转子和定子中的永磁体之间的大的磁力，该大的磁力使该不平衡增大。为了承受所述力，其它马达设计中的转子通常使用轴承安装在中心轴上。然而，该解决方案增加了诸如鱼线或水生植物的碎屑缠绕在轴上，使转子停转的风险。相反，在本专利技术中，由于定子中不存在铁芯，除了产生转矩的磁力之外不出现所述磁力，从而消除了对刚性轴承的需要。在本专利技术中，无轴的转子在水膜上滑动，所述膜形成流体动力轴承，该流体动力轴承将推力传递到定子，同时使用周围的水作为润滑。此外，可能被捕获在隔开转子和定子的间隙内的小碎屑，如砂粒，容易地被该水膜冲洗掉。由于转子不是刚性安装的，并且可以暂时地沿轴向或径向移动，直到颗粒被移出并冲走，因此大大降低了微粒被卡在转子和定子之间而可能导致马达损坏的风险。最后，本专利技术的推进装置由于其构成部分的有限数量，可以以最小的装配费用来生产。附图简述根据仅通过非限制性示例提供并通过附图示出的本专利技术的一个实施方案的详细描述，本专利技术的其它特征和优点将更清楚地显现，在附图中：图1是配备有本专利技术的数个推进装置的潜艇(submarinevessel)的透视图；图2是根据本专利技术的实施方案的推进装置的透视图；图3是图2的推进装置的分解透视图；图4是图2的推进装置在不具有其定子外壳的情况下的透视图；图5是在图4中示出的推进装置的俯视图；图6是在图4中示出的推进装置的侧面剖视图；图7是图2的推进装置的定子外壳的俯视图，示出了增强转子和定子之间的液压膜的槽；图8是图4中所示的推进装置的定子板的电路板布置图；图9是根据本专利技术的另外的实施方案的推进装置的侧向剖视图。本专利技术的具体实施方式参考图1，示出了具有主体110的潜艇100，潜艇100安装有根据本专利技术的五个推进装置10a、10b。每个推进装置构造成在两个相反的方向中的任一方向上提供受控的推力，由此推进装置可以被控制以配合使船在任何期望的方向上移动。特别地，三个推进装置10a构造成沿着垂直于主体110的纵向轴线XX’的方向提供推力，并且两个推进装置10b构造成沿着平行于所述纵向轴线XX’的方向提供推力。主体110可以有利地具有小的尺寸。特别地，主体的沿着纵向轴线XX’的长度可以优选地小于1.5米，并且更优选小于80厘米。如图2至图5中所示，每个推进装置10包括牢固地紧固到主体110的定子组件20和位于由定子组件界定的外壳25内的无轴转子组件30。转子组件构造成围绕中心轴线ZZ’在两个相反的方向中的任一方向上旋转。更具体地，定子组件20包括优选由塑料制成的外部防水壳体21，壳体21封装有定子板22。如图6和图8中所示，所述定子板22由多层印刷电路板(PCB)构成，每个PCB层包括由导电材料形成并由非导电介电材料支撑的圆周排列的线圈23。线圈被互连以产生适合于单相或多相供电的电路。定子板22可以通过任何公知的PCB制造方法来制造，并且可以例如与专利US6411002的PCB定子相一致。有利地，定子板22还包括由集成电路芯片形成的控制部分24，集成电路芯片连接到通过任何合适的材料形成在定子板的层中的导电图形26。这样的控制部分24适合于控制线圈23中的电流，以便产生围绕轴线ZZ’旋转的多极电磁场。如图3和图7中所示，当在轴向方向上观察时，外部壳体21具有与定子板22大体相同的形状。壳体21可有利地比定子板22稍厚，以便界定用于上部环形板31、下部环形板32和环形推进器33的外壳腔25，上部环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下推进装置(10)，包括：‑定子(20)，其包括圆周排列的线圈(35)并且适合于产生沿轴向方向的受控的电磁场，‑无轴的推进转子(30)，其包括：‑至少两个磁化的环形板，分别是沿着所述轴向方向同轴地隔开并垂直于所述轴向方向的上部磁化板(31)和下部磁化板(32)，使得所述圆周排列的线圈(35)位于它们之间，每个板(31、32)界定中心孔(31a、32a)并且具有嵌入其中的圆周排列的径向延伸的磁化极(34)，所述磁化极(34)产生磁场，所述磁场与所述定子(20)的电磁场相互作用以便促使所述板(31、32)围绕平行于所述轴向方向的中心轴线(ZZ’)旋转，‑至少一个环形推进器(33)，所述至少一个环形推进器由其外周和其内周界定，所述推进器容纳在所述板(31、32)的中心孔(31a、32a)内并稳固地固定到所述中心孔(31a、32a)，‑多个推进器叶片(35)，其从所述推进器(33)的内周向内突出，当所述板(31、32)旋转时，所述叶片(35)产生沿着所述中心轴线(ZZ’)的推力，其中所述转子(30)通过间隙与所述定子(20)轴向地隔开，优选地所述间隙小于3mm，以便允许在所述间隙内形成液压膜，所述液压膜适合于为所述转子提供润滑，从而减小所述转子和所述定子之间的摩擦，并将所述转子的轴向推力传递到所述定子。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.12 US 14/539,4931.一种水下推进装置(10)，包括：-定子(20)，其包括圆周排列的线圈(35)并且适合于产生沿轴向方向的受控的电磁场，-无轴的推进转子(30)，其包括：-至少两个磁化的环形板，分别是沿着所述轴向方向同轴地隔开并垂直于所述轴向方向的上部磁化板(31)和下部磁化板(32)，使得所述圆周排列的线圈(35)位于它们之间，每个板(31、32)界定中心孔(31a、32a)并且具有嵌入其中的圆周排列的径向延伸的磁化极(34)，所述磁化极(34)产生磁场，所述磁场与所述定子(20)的电磁场相互作用以便促使所述板(31、32)围绕平行于所述轴向方向的中心轴线(ZZ’)旋转，-至少一个环形推进器(33)，所述至少一个环形推进器由其外周和其内周界定，所述推进器容纳在所述板(31、32)的中心孔(31a、32a)内并稳固地固定到所述中心孔(31a、32a)，-多个推进器叶片(35)，其从所述推进器(33)的内周向内突出，当所述板(31、32)旋转时，所述叶片(35)产生沿着所述中心轴线(ZZ’)的推力，其中所述转子(30)通过间隙与所述定子(20)轴向地隔开，优选地所述间隙小于3mm，以便允许在所述间隙内形成液压膜，所述液压膜适合于为所述转子提供润滑，从而减小所述转子和所述定子之间的摩擦，并将所述转子的轴向推力传递到所述定子。2.根据权利要求1所述的推进装置(10)，其中，所述环形推进器(33)的外周具有大体等于或略大于每个板(31、32)的所述中心孔(31a、32a)的直径(D5)的直径(D4)，以便允许所述推进器(33)定位在所述中心孔(31a、32a)内并且允许所述推进器(33)通过夹持固定连接到所述至少两个磁化的盘形板(31、32)。3.根据前述权利要求中的任一项所述的推进装置(10)，其中，所述定子(30)包括定子板(22)，所述定子板包括设置有一层或数层的至少一个印刷电路板，所述线圈(23)在所述至少一个印刷电路板内实现为导电图形。4.根据权利要求3所述的推进装置(10)，其中，所述定子板(22)包括控制部分(24)，所述控制部分适合于控制由所述线圈(23)接收的电流。5.根据权利要求4所述的推进装置(10)，其中，所述控制部分(24)由连接到所述定子板(22)的导电图形(26)的集成电路芯片形成。6.根据权利要求3至5中的任一项所述的推进装置(10)，其中，所述定子板(22)封装在防水壳体(21)中。7.根据权利要求6所述的推进装置(10)，其中，所述壳体(21)界定用于所述转子(30)的外壳(25)。8.根据权利要求7所述的推进装置(10)，其中，所述外壳(25)包括适合于接纳所述上部磁化板(31)的上部盘形子外壳(25a)和适合于接纳所述下部磁化板(32)的下部盘形子外壳(25b)，所述子外壳(25a、25b)由适合于至少部分地接纳所述推进器(33)的中心盘形子外壳(25c)轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利克斯·席尔，亚历山大·巴尔，
申请(专利权)人：洛桑联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH