專利名稱：潛水器用三維矢量推進裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于潛水器推進及操縱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種將主機發(fā)出的有效功率轉(zhuǎn)換為潛水器前進和轉(zhuǎn)向所需推力的潛水器用三維矢量推進裝置。
背景技術(shù)：
目前涉及到船舶的推進操縱裝置主要有螺旋槳-舵系統(tǒng)、全回轉(zhuǎn)螺旋槳(舵槳)、噴水推進器、直翼推進器等。但，上述裝置的推進及操縱力僅限于二維平面內(nèi)。而對于潛水艇、魚雷、潛水器、機器人、水下探測等設(shè)備而言，需要加裝多套上述推進裝置才能滿足水下三維機動的需求。因此，現(xiàn)有的推進裝置使?jié)撍鞯慕Y(jié)構(gòu)復雜，且增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種潛水器用三維矢量推進裝置，其可以有效地解決了現(xiàn)有潛水器推進及操縱存在的結(jié)構(gòu)復雜、成本高的問題。該推進裝置不僅具有舵槳合一功能，還可以使推力的合力指向三維空間的任意方位。采用本發(fā)明三維矢量推進裝置的潛水器可以完成各種復雜的水中機動動作，包括前進、后退、上下左右轉(zhuǎn)向、水中側(cè)移機動等，還可以在零航速的情況下，自如地調(diào)整潛水器的位置及姿態(tài)。為達到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案潛水器用三維矢量推進裝置，包括原動機、機座、至少三組推力機構(gòu)，推力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，并均布于機座的周邊，每組推力機構(gòu)包括主軸、推力方向控制器、傳動軸、轉(zhuǎn)動盤、中心齒輪、傳動件、槳葉齒輪、槳葉軸、槳葉，所述的主軸由所述的原動機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，主軸與機座轉(zhuǎn)動配合，主軸外端穿過機座的外壁后與轉(zhuǎn)動盤的內(nèi)底面固接；主軸呈中空狀，其內(nèi)部沿軸向穿伸傳動軸，傳動軸的內(nèi)端伸出主軸及機座的內(nèi)壁之外，并與推力方向控制器相連，另一端穿過轉(zhuǎn)動盤的內(nèi)底部通孔后與中心齒輪的中部固接，且該端轉(zhuǎn)動式地裝于轉(zhuǎn)動盤的外底部；中心齒輪處于轉(zhuǎn)動盤內(nèi)部，轉(zhuǎn)動盤內(nèi)轉(zhuǎn)動配合數(shù)根沿圓周方向均布的槳葉軸，槳葉軸與主軸相平行，槳葉軸穿過槳葉齒輪的中部并固接，槳葉齒輪通過傳動件與中心齒輪相連，槳葉軸伸出轉(zhuǎn)動盤的外底部后與槳葉的一端固接；轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動一周，槳葉繞自身軸線旋轉(zhuǎn)半周。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，原動機為一個主電動機，其輸出軸通過減速傳動機構(gòu)驅(qū)動各組推力機構(gòu)的主軸。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，減速傳動機構(gòu)包括聯(lián)軸器、主動齒輪、行星齒輪、內(nèi)嚙合齒_傘形齒聯(lián)動齒輪，內(nèi)嚙合齒_傘形齒聯(lián)動齒輪設(shè)有內(nèi)齒輪及外傘形齒輪；主電動機的輸出軸通過聯(lián)軸器與機座內(nèi)的主動齒輪連動，主動齒輪與行星齒輪嚙合，行星齒輪與內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪的內(nèi)齒輪相嚙合，內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪的外傘形齒輪與各組推力機構(gòu)的主齒輪都相嚙合，主齒輪的中部穿過并固接所述的主軸。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，減速傳動機構(gòu)包括聯(lián)軸器、主動齒輪、行星齒輪、傘形齒輪，主電動機的輸出軸通過聯(lián)軸器與機座內(nèi)的主動齒輪連動，主動齒輪與行星齒輪嚙合，行星齒輪與傘形齒輪聯(lián)動，傘形齒輪與各組推力機構(gòu)的主齒輪都相嚙合，主齒輪的
3中部穿過并固接所述的主軸。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，每組推力機構(gòu)各由單個所述的原動機驅(qū)動， 原動機采用直驅(qū)式電動機，其輸出軸直接帶動所述的主軸。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，傳動件采用齒型帶或鏈條，中心齒輪通過齒型帶或鏈條與槳葉齒輪相連。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，傳動件是過橋齒輪，每個槳葉齒輪各通過過橋齒輪與中心齒輪相嚙合，過橋齒輪通過軸承與過橋齒輪軸轉(zhuǎn)動配合，過橋齒輪軸定位于轉(zhuǎn)動盤內(nèi)。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，中心齒輪的齒數(shù)為槳葉齒輪齒數(shù)的1/2。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，機座呈方柱型，橫截面呈回字形；所述的推力機構(gòu)設(shè)置四組，對稱地布設(shè)于機座外壁四周。所述的潛水器用三維矢量推進裝置，槳葉的橫截面呈矩形、梭形、弓形或S形。本發(fā)明潛水器用三維矢量推進裝置，其推力的大小及方向可在三維空間內(nèi)任意變化，具有舵槳合一的功能，并具有水動力效率高、能耗低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等諸多優(yōu)點。


圖1是實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是實施例一的另一結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3是實施例一轉(zhuǎn)動盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是第一種槳葉的橫截面圖。
圖5是第二種槳葉的橫截面圖。
圖6是第三種槳葉的橫截面圖。
圖7是第四種槳葉的橫截面圖。
圖8是實施例二的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖9是實施例三的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖10是實施例三的另一結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖11是實施例四轉(zhuǎn)動盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作詳細說明。實施例一如圖1-3所示，本實施例潛水器用三維矢量推進裝置包括原動機1、減速傳動機構(gòu)、四組推力機構(gòu)、柱型機座(齒輪箱)14，齒輪箱14呈方柱型，橫截面呈回字形， 內(nèi)圈稱內(nèi)壁，外圈稱外壁。四組推力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，并對稱地布設(shè)于齒輪箱14外壁四周。 每組推力機構(gòu)包括轉(zhuǎn)動盤主齒輪(傳動錐齒輪)6、轉(zhuǎn)動盤主軸7、推力方向控制器8、傳動軸 9、中心齒輪10、過橋齒輪11、槳葉齒輪12、轉(zhuǎn)動盤13、槳葉16、槳葉軸17、過橋齒輪軸18。 減速傳動機構(gòu)包括聯(lián)軸器2、主動齒輪3、行星齒輪4、內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪5，齒輪5 設(shè)有內(nèi)齒輪及外傘形齒輪。原動機1可采用柴油機、電動機、油馬達等，原動機1的輸出軸通過聯(lián)軸器2與齒
4輪箱14內(nèi)的主動齒輪3中部固接而連動，主動齒輪3與行星齒輪4嚙合，行星齒輪4與齒輪5的內(nèi)齒輪相嚙合，從而可以帶動內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪5轉(zhuǎn)動，齒輪5的外傘形齒輪與四周的四個轉(zhuǎn)動盤主齒輪6都相嚙合，行星齒輪4、齒輪5及四個轉(zhuǎn)動盤主齒輪6都處于齒輪箱14內(nèi)，行星齒輪4通過軸41定位于齒輪箱14內(nèi)，行星齒輪4的中部與軸41間通過軸承轉(zhuǎn)動配合。轉(zhuǎn)動盤主齒輪6中部穿過轉(zhuǎn)動盤主軸7，兩者固接而連動。轉(zhuǎn)動盤主軸7 —端與齒輪箱14的內(nèi)壁通過軸承轉(zhuǎn)動配合，另一端穿過齒輪箱14的外壁(兩者間裝入軸承)后與轉(zhuǎn)動盤13的內(nèi)底面固接。轉(zhuǎn)動盤主軸7呈中空狀，其內(nèi)部沿軸向穿伸傳動軸9，傳動軸9 的內(nèi)端伸出轉(zhuǎn)動盤主軸7及齒輪箱14的內(nèi)壁之外，并與推力方向控制器8相連，而另一端穿過轉(zhuǎn)動盤13的內(nèi)底部通孔后與中心齒輪10的中部固接，且該端通過軸承而轉(zhuǎn)動式地裝于轉(zhuǎn)動盤13的外底部。轉(zhuǎn)動盤13呈扁形圓柱狀，其內(nèi)部形成空腔，中心齒輪10處于轉(zhuǎn)動盤13內(nèi)的中部， 轉(zhuǎn)動盤13內(nèi)轉(zhuǎn)動配合數(shù)根沿圓周方向均布的槳葉軸17，槳葉軸17的兩端分別通過軸承與轉(zhuǎn)動盤13的兩底部轉(zhuǎn)動配合，槳葉軸17與主軸7相平行，槳葉軸17與槳葉齒輪12的中部固接，每個槳葉齒輪12各通過過橋齒輪11與中心齒輪10相嚙合。過橋齒輪11通過軸承與過橋齒輪軸18轉(zhuǎn)動配合，過橋齒輪軸18定位于轉(zhuǎn)動盤13內(nèi)。中心齒輪10的齒數(shù)為槳葉齒輪12齒數(shù)的1/2。槳葉軸17伸出轉(zhuǎn)動盤13的外底部后與槳葉16的一端固接。槳葉 16采用翼型結(jié)構(gòu)，如圖4-7所示，顯示了四種槳葉結(jié)構(gòu)，其橫截面分別呈矩形、梭形、弓形、S 形。當中心齒輪10由推力方向控制器8鎖定不動時，槳葉軸17及槳葉16在隨轉(zhuǎn)動盤 13旋轉(zhuǎn)的同時繞自身軸線勻速轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速(自轉(zhuǎn))為轉(zhuǎn)動盤13(公轉(zhuǎn))的一半。由于槳葉16隨轉(zhuǎn)動盤13轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的不對稱性，水流流過槳葉16時將產(chǎn)生一定向推力，而此定向推力可由推力方向控制器8在其平面內(nèi)任意調(diào)整。原動機1的推力方向控制器8及轉(zhuǎn)動盤13的轉(zhuǎn)速可由電氣控制系統(tǒng)15控制，通過控制四組推力方向控制器8以調(diào)整各推進器推力方向并通過矢量組合即可達到推進裝置推力指向三維空間任一方位的要求。本發(fā)明所涉推力方向控制器及電氣控制系統(tǒng)均采用現(xiàn)有技術(shù)來實現(xiàn)，不再詳述。實施例二 參見圖8，本實施例的原動機1通過聯(lián)軸器2與齒輪箱14內(nèi)的主動齒輪3連動，主動齒輪3與從動齒輪4嚙合，從動齒輪4與傘形齒輪5聯(lián)動，從而從動齒輪4 可以帶動傘形齒輪5轉(zhuǎn)動；而傘形齒輪5與四周的四個轉(zhuǎn)動盤主齒輪6都相嚙合，從而傘形齒輪5可以同時驅(qū)動四個轉(zhuǎn)動盤主齒輪6旋轉(zhuǎn)。本實施例的其它內(nèi)容與實施例一相同，參考實施例一。實施例三參見圖9、10，本實施例采用單個原動機驅(qū)動方式，即每個原動機驅(qū)動一組推力機構(gòu)。原動機1采用直驅(qū)式電動機，裝于齒輪箱14內(nèi)，其輸出軸直接帶動轉(zhuǎn)動盤主軸7，從而省卻了減速傳動機構(gòu)，進一步簡化推進裝置的結(jié)構(gòu)。由于各推進器轉(zhuǎn)動盤13 的轉(zhuǎn)速可任意調(diào)整，本技術(shù)方案可使三維矢量推進裝置的推力大小及方向的改變更具靈活性。本實施例其它內(nèi)容參考實施例一。實施例四如圖11所示，本實施例的傳動件采用齒型帶或鏈條19，中心輪10通過齒型帶或鏈條19與槳葉輪12相連。本實施例其它內(nèi)容參考實施例一或?qū)嵤├驅(qū)嵤├?br> 上述對四組推力機構(gòu)的推進裝置結(jié)構(gòu)予以詳細說明，但推力機構(gòu)可以是三組、五組、六組等任意多組，其原理與四組的相同，不再詳述。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到，本發(fā)明并不限于上述實施例，任何對本發(fā)明的變換、變型都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是包括原動機、機座、至少三組推力機構(gòu)，推力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，并均布于機座的周邊，每組推力機構(gòu)包括主軸、推力方向控制器、傳動軸、 轉(zhuǎn)動盤、中心齒輪、傳動件、槳葉齒輪、槳葉軸、槳葉，所述的主軸由所述的原動機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，主軸與機座轉(zhuǎn)動配合，主軸外端穿過機座的外壁后與轉(zhuǎn)動盤的內(nèi)底面固接；主軸呈中空狀，其內(nèi)部沿軸向穿伸傳動軸，傳動軸的內(nèi)端伸出主軸及機座的內(nèi)壁之外，并與推力方向控制器相連，另一端穿過轉(zhuǎn)動盤的內(nèi)底部通孔后與中心齒輪的中部固接，且該端轉(zhuǎn)動式地裝于轉(zhuǎn)動盤的外底部；中心齒輪處于轉(zhuǎn)動盤內(nèi)部，轉(zhuǎn)動盤內(nèi)轉(zhuǎn)動配合數(shù)根沿圓周方向均布的槳葉軸，槳葉軸與主軸相平行，槳葉軸穿過槳葉齒輪的中部并固接，槳葉齒輪通過傳動件與中心齒輪相連，槳葉軸伸出轉(zhuǎn)動盤的外底部后與槳葉的一端固接；轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動一周，槳葉繞自身軸線旋轉(zhuǎn)半周。
2.如權(quán)利要求1所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述的原動機為一個主電動機，其輸出軸通過減速傳動機構(gòu)驅(qū)動各組推力機構(gòu)的主軸。
3.如權(quán)利要求2所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述的減速傳動機構(gòu)包括聯(lián)軸器、主動齒輪、行星齒輪、內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪，內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪設(shè)有內(nèi)齒輪及外傘形齒輪；主電動機的輸出軸通過聯(lián)軸器與機座內(nèi)的主動齒輪連動，主動齒輪與行星齒輪嚙合，行星齒輪與內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪的內(nèi)齒輪相嚙合，內(nèi)嚙合齒-傘形齒聯(lián)動齒輪的外傘形齒輪與各組推力機構(gòu)的主齒輪都相嚙合，主齒輪的中部穿過并固接所述的主軸。
4.如權(quán)利要求2所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述的減速傳動機構(gòu)包括聯(lián)軸器、主動齒輪、行星齒輪、傘形齒輪，主電動機的輸出軸通過聯(lián)軸器與機座內(nèi)的主動齒輪連動，主動齒輪與行星齒輪嚙合，行星齒輪與傘形齒輪聯(lián)動，傘形齒輪與各組推力機構(gòu)的主齒輪都相嚙合，主齒輪的中部穿過并固接所述的主軸。
5.如權(quán)利要求1所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述每組推力機構(gòu)各由單個所述的原動機驅(qū)動，原動機采用直驅(qū)式電動機，其輸出軸直接帶動所述的主軸。
6.如權(quán)利要求1所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述的傳動件采用齒型帶或鏈條，中心齒輪通過齒型帶或鏈條與槳葉齒輪相連。
7.如權(quán)利要求1所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述的傳動件是過橋齒輪，每個槳葉齒輪各通過過橋齒輪與中心齒輪相嚙合，過橋齒輪通過軸承與過橋齒輪軸轉(zhuǎn)動配合，過橋齒輪軸定位于轉(zhuǎn)動盤內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1或7所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述中心齒輪的齒數(shù)為槳葉齒輪齒數(shù)的1/2。
9.如權(quán)利要求1所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述的機座呈方柱型， 橫截面呈回字形；所述的推力機構(gòu)設(shè)置四組，對稱地布設(shè)于機座外壁四周。
10.如權(quán)利要求1所述的潛水器用三維矢量推進裝置，其特征是所述槳葉的橫截面呈矩形、梭形、弓形或S形。
全文摘要
本發(fā)明涉及潛水器用三維矢量推進裝置，包括原動機、機座、至少三組相同結(jié)構(gòu)的推力機構(gòu)并均布于機座的周邊，主軸由原動機驅(qū)動，主軸與機座轉(zhuǎn)動配合，主軸外端穿過機座的外壁后與轉(zhuǎn)動盤的內(nèi)底面固接；主軸呈中空狀，其內(nèi)部沿軸向穿伸傳動軸，傳動軸的內(nèi)端伸出主軸及機座的內(nèi)壁之外，并與推力方向控制器相連，另一端穿過轉(zhuǎn)動盤的內(nèi)底后與中心齒輪連動，該端轉(zhuǎn)動地裝于轉(zhuǎn)動盤的外底部；中心齒輪處于轉(zhuǎn)動盤內(nèi)，轉(zhuǎn)動盤內(nèi)轉(zhuǎn)動配合數(shù)根槳葉軸，槳葉軸穿過槳葉齒輪連動，槳葉齒輪通過傳動件與中心齒輪相連，槳葉軸伸出轉(zhuǎn)動盤的外底部與槳葉的一端固接；轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動一周，槳葉繞自身軸線旋轉(zhuǎn)半周。本發(fā)明推力的大小及方向可在三維空間內(nèi)任意變化。
文檔編號B63G8/08GK102358410SQ20111021051
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者黃佳林 申請人:浙江風神海洋工程技術(shù)有限公司