一种推进器及使用该推进器的水下航行器

1.本发明涉及水下推进器及航行器领域技术领域，特别是涉及一种推进器及使用该推进器的水下航行器。


背景技术：

2.为了使水下航行器在低速下可以获得足够的转向力，出现了以矢量推进器代替常规推进器加舵的控制方式。水下推进器可以任意改变推进方向，从而提高航行器在低速行驶时的机动性。现有水下矢量推进器多靠电磁驱动、液压传动、机械传动等方式控制推进方向，其结构一般是设计各种空间机构，然后利用偏转驱动器(电磁、液压等)改变推进器的偏转方向。因此矢量推进器除主推进电机之外，还需要配备偏转驱动装置，包括电机、液压系统、机械传动系统等，其结构复杂，装配困难，占用空间大，导致矢量推进器的整体体积较大。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，无需额外使用驱动器以产生侧向力的推进器。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种推进器，包括桨毂、整流罩、电机、叶片轴、叶片以及惯性轮，所述整流罩设于所述桨毂的一端，所述电机设于所述整流罩内，所述电机的输出端与所述桨毂固定连接，所述叶片轴可转动地设于所述桨毂的侧部，所述叶片轴的一端伸入所述桨毂内且固设有第一锥形齿轮，所述叶片轴的另一端与所述叶片连接，所述惯性轮可转动地设置在所述桨毂内，所述惯性轮固定连接有与所述第一锥形齿轮啮合的第二锥形齿轮，所述第二锥形齿轮与所述电机同轴设置；
5.所述电机驱动所述桨毂、所述叶片轴和所述第一锥形齿轮围绕所述电机的轴线转动，所述第一锥形齿轮围绕所述电机的轴线转动的角速度为第一角速度，所述第一锥形齿轮带动所述第二锥形齿轮围绕所述第二锥形齿轮的轴线转动，所述第二锥形齿轮围绕自身的轴线转动的角速度为第二角速度；
6.当所述电机匀速转动时，所述第一角速度与所述第二角速度相同，所述推进器产生轴向推力；当所述电机变速转动时，在所述惯性轮的惯性作用下，所述第二锥形齿轮的速度变化滞后于所述第一锥形齿轮的速度变化，所述第一角速度大于或小于所述第二角速度，所述第一锥形齿轮与所述第二锥形齿轮相对转动驱使所述叶片轴和所述叶片围绕所述叶片轴的轴线转动，使得所述推进器的桨距改变，所述推进器产生侧向推力。
7.作为本发明的优选方案，还包括控制器，所述控制器控制所述电机的转速周期性变化且所述电机的转速变化周期与所述桨毂的转动周期相适。
8.作为本发明的优选方案，所述电机为外转子电机，所述电机的转子与所述桨毂固定连接，所述电机的转子设有转动轴，所述惯性轮和所述第二锥形齿轮可转动地套设在所述转动轴上。
9.作为本发明的优选方案，所述叶片轴设置多个，多个叶片轴围绕所述电机的轴线均匀分布。
10.作为本发明的优选方案，所述叶片轴沿所述桨毂的径向设置。
11.作为本发明的优选方案，还包括用于检测所述电机的转动位置的磁编码器。
12.作为本发明的优选方案，所述叶片通过铰链与所述叶片轴连接。
13.同时，本发明还提供了一种使用该推进器的水下航行器，包括本体以及前文所述的推进器，所述推进器设置两个，两个所述推进器分别设于所述本体的两端。
14.本发明实施例一种推进器及使用该推进器的水下航行器，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明通过电机驱动第一锥形齿轮以带动第二锥形齿轮转动，当电机均速转动时，第一锥形齿轮与第二锥形齿轮围绕电机的轴线同步转动，推进器产生轴向推力；当电机变速转动时，在惯性轮的作用下，第二锥形齿轮的速度变化滞后于第一锥形齿轮，第一锥形齿轮与第二锥形齿轮相对转动驱使叶片轴和叶片围绕叶片轴的轴线转动，从而改变叶片的扭角，使得推进器的桨距改变，推进器产生侧向推力，即本发明只通过一个电机驱动便能实现推进器产生轴向推力和侧向推力，推进器可任意改变推进方向，有效简化推进器的结构，便于装配。使用该推进器的水下航行器整体体积较小，能全向平稳地航行。
附图说明
15.图1是本发明提供的一种推进器的结构图；
16.图2是图1的俯视图；
17.图3是图2的a-a剖视图；
18.图4是图2的b-b剖视图；
19.图5是图1中的第一锥形齿轮与第二锥形齿轮的连接结构图；
20.图6是本发明提供的一种水下航行器的结构图；
21.图中，1、桨毂；11、叶片轴；12、叶片；2、整流罩；3、电机；31、转子；32、转动轴；4、第一锥形齿轮；5、惯性轮；6、第二锥形齿轮；7、编码器；8、本体；9、推进器。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
23.在本发明的描述中，应当理解的是，本发明采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.如图1-5所示，本发明优选实施例的一种推进器，包括桨毂1、整流罩2、电机3、叶片轴11、叶片12以及惯性轮5，整流罩2设于桨毂1的一端，电机3设于整流罩2内，电机3的输出端与桨毂1固定连接，叶片轴11可转动地设于桨毂1的侧部，叶片轴11的一端伸入桨毂1内且固设有第一锥形齿轮4，叶片轴11的另一端与叶片12连接，惯性轮5可转动地设置在桨毂1
内，惯性轮5固定连接有与第一锥形齿轮4啮合的第二锥形齿轮6，第二锥形齿轮6与电机3同轴设置。
25.电机3驱动桨毂1、叶片轴11和第一锥形齿轮4围绕电机3的轴线转动，具体为，电机3驱动桨毂1围绕电机3的轴线转动，桨毂1带动叶片轴11围绕电机3的轴线转动，叶片轴11带动第一锥形齿轮4围绕电机3的轴线转动，第一锥形齿轮4围绕电机3的轴线转动的角速度为第一角速度，第一锥形齿轮4带动第二锥形齿轮6围绕第二锥形齿轮6的轴线转动，第二锥形齿轮6带动惯性轮5围绕第二锥形齿轮6的轴线转动，第二锥形齿轮6围绕自身的轴线转动的角速度为第二角速度。
26.当电机3匀速转动时，第一角速度与第二角速度相同，第一锥形齿轮4与第二锥形齿轮6围绕电机3的轴线同步转动，推进器产生轴向推力；当所述电机3变速转动时，在惯性轮5的惯性作用下，第二锥形齿轮6的速度变化滞后于第一锥形齿轮4的速度变化，第一角速度大于或小于第二角速度，具体为，当电机3加速转动时，在惯性轮5的惯性作用下，惯性轮5和第二锥形齿轮6的转速变化滞后于第一锥形齿轮4的转速的变化，使得第一角速度大于第二角速度，或者，当电机3减速转动时，在惯性轮5的惯性作用下，第一角速度小于第二角速度，以上两种情况下，第一角速度与第二角速度不相等，第一锥形齿轮4与第二锥形齿轮6相对转动驱使叶片轴11和叶片12围绕叶片轴11的轴线转动，从而改变叶片12的扭角(即桨叶角)，使得推进器的桨距改变，推进器产生侧向推力；当电机3从变速转动转换为匀速转动时，惯性轮5和第二锥形齿轮6的转速变化在惯性的作用下滞后一定时间后，最终会与第一锥形齿轮4同步匀速转动。
27.本发明通过电机3驱动第一锥形齿轮4以带动第二锥形齿轮6转动，当电机3均速转动时，第一锥形齿轮4与第二锥形齿轮6围绕电机3的轴线同步转动，推进器产生轴向推力；当电机3变速转动时，在惯性轮5的作用下，第二锥形齿轮6的速度变化滞后于第一锥形齿轮4，第一锥形齿轮4与第二锥形齿轮6相对转动驱使叶片轴11和叶片12围绕叶片轴11的轴线转动，从而改变叶片12的扭角，使得推进器的桨距改变，推进器产生侧向推力，即本发明只通过一个电机3驱动便能实现推进器产生轴向推力和侧向推力，推进器可任意改变推进方向，有效简化推进器的结构，便于装配。
28.示例性的，本实施例还包括控制器，当推进器需要产生侧向力时，控制器控制电机3的转速周期性变化且电机3的转速变化周期与桨毂1的转动周期相适，从而产生特定方向的推力，需要控制推进器的侧向推力时，只需控制改变电流的相位角即可。
29.示例性的，电机3为外转子电机，电机3的转子31与桨毂1固定连接，电机3的转子31设有转动轴32，惯性轮5和第二锥形齿轮6可转动地套设在转动轴32上，便于电机3驱动桨毂1转动以及便于惯性轮5和第二锥形齿轮6的安装。
30.示例性的，叶片轴11设置多个，多个叶片轴11围绕电机3的轴线均匀分布，转动平稳，本实施例中叶片轴11设置两个，两个叶片轴11相邻，能保持两个叶片轴11转动的一致性，同时可只设置一个第一锥形齿轮4，简化结构。
31.示例性的，叶片轴11沿桨毂1的径向设置，一般地，桨毂1与电机3同轴设置，布置合理，以便设于叶片轴11上的第一锥形齿轮4与第二锥形齿轮6连接，同时此时叶片轴11跟随桨毂1围绕电机3的轴线转动时，能使桨毂1平稳地转动。
32.示例性的，本实施例还包括用于检测电机3的转动位置的磁编码器7，通过检测电
机3的转动位置以判断桨毂1和叶片12的转动位置，以便控制电机3转动使得桨毂1归位。
33.示例性的，叶片12通过铰链与叶片轴11连接，使得叶片12可转动折叠，以便整个推进器的收纳和运输。
34.如图6所示，一种水下航行器，包括本体8以及前文所述的推进器9，推进器9设置两个，两个推进器9分别设于本体8的两端，两推进器9的转动方向相反以抵消桨毂1和叶片12旋转时引起的偏转转矩，确保本体8能平稳移动。
35.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。