[发明专利]水下航行体的模块化舵机

说明书

(一)技术领域

本发明提供的是一种应用于水下航行体的舵机。

(二)背景技术

舵属于薄的流线型物体，非常适合于控制高速运动的流线式水下机器人等水下航行体的运动。当转动舵叶改变其位置时，水压力通过舵叶对航行体产生力矩，这种力矩使航行体回转达到操纵其航向的目的。但是，由于水下航行体外形、重量、密封条件以及舵机在水下航行体内部安装位置等因素的限制，使舵机系统的设计成为水下航行体结构设计中的一个难点问题。

随着水下航行体技术的高速发展，水下航行体及其内部组件的模块化设计已经成为水下航行体结构设计的一种趋势。所谓模块化是指：在对一定范围内的不同产品进行功能分析和分解的基础上，划分并设计、生产出一系列通用模块或标准模块，然后，从这些模块中选取相应的模块并补充新设计的专用模块和零部件一起进行相应的组合，以构成满足各种不同需要的产品的一种标准化形式。模块可以是由一个零件组成的，也可能是一个组件或者部件。一个产品应分成几个模块。模块化结构的各模块之间应是可以互换的，这便于各模块之间的组合，以得到不同功能的要求。并且，各模块是一组有不同用途的，不同结构的基本单元，可以有选择地经不同的组合后达到不同的功能要求，以适应不同的需要。舵机系统的模块化设计能够提高舵机结构的可重组性和互换性，增加舵机功能的灵活性和多样性，并使得舵机系统可集成化制造、安装，进而降低其制造成本。

专利申请号为200520098347.0、名称为《集成式小型舵机》的专利，采用油泵推动液压油缸实现舵叶转动，主要应用于船舶等水面航行体上。其结构复杂、体积大、浪费能源，成本高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种体小质轻，可模块化制造、安装，并直接应用于中性或偏酸性的液体环境中，能同时实现转向和升沉运动控制的水下航行体的模块化舵机。

本发明的目的是这样实现的：它包括转向舵模块、升沉舵模块和密封箱体三部分；密封箱体由箱体、箱体两端的O型密封圈组成；转向舵模块的组成包括箱体端盖、转向步进电机、转向舵，转向舵模块位于密封箱体的前端，转向步进电机设置于密封箱体内，转向步进电机是两端同步输出电机，转向步进电机两端的输出轴伸出箱体端盖外、并且与箱体端盖之间设置有密封支承机构，两个转向舵通过转向舵连接轴安装在转向步进电机输出轴上，箱体端盖安装于箱体两端并由O型密封圈密封；升沉舵模块的组成包括升沉步进电机、升沉舵，升沉舵模块位于密封箱体的后端，升沉步进电机设置于密封箱体内，升沉步进电机的输出轴伸出密封箱体的一侧，并且与箱体之间设置有密封支承机构，升沉步进电机输出的动力通过圆锥齿轮副转向后，经升沉舵连接轴传递给两个升沉舵。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、所述的转向步进电机的输出轴与端盖之间的密封支承机构包括安装在箱体端盖上的密封端盖、密封端盖与端盖之间的O型圈、设置于密封端盖与转向舵连接轴之间的骨架油封和不锈钢轴承。

2、转向舵通过联轴节安装在转向舵连接轴上，在联轴节与不锈钢轴承之间设置有缓冲元件。

3、所述的转向步进电机输出轴与箱体端盖之间的密封支承机构包括安装在箱体端盖上的骨架油封。

4、在一个箱体端盖内侧带有两个平行凸台。

5、所述的升沉步进电机输出轴与箱体侧壁之间的密封支承机构包括安装在箱体侧壁上的密封端盖、密封端盖与箱体侧壁之间有O型密封圈、密封端盖与电机连接轴之间有骨架油封和不锈钢轴承。

6、所述的升沉步进电机输出轴与箱体侧壁之间的密封支承机构包括安装在箱体侧壁上的骨架油封。

本发明的优点在于：

1、同时实现升沉舵和转向舵转动。

很多舵机的设计只针对单独的升沉舵或转向舵，本舵机系统能够同时驱动升沉舵和转向舵运转，既可耦合协作又可单独工作，提高了舵机工作性能。

2、模块化结构设计

本舵机系统由三个模块组成，可集成制造、集成安装，成本便宜，并且易于更换功能模块，实现舵机结构的重组，这也使舵机系统能够适应多种工作要求，丰富了舵机的功能。

3、双舵叶的大转向力矩

由舵力计算公式可知，舵叶产生的转向力矩与它的迎流面积成正比，本发明在不增加整个舵机体积的情况下，每个方向均对称安装双转向舵叶，既使舵机受力更加平衡稳定，又增大力矩数值，提高了舵机效率。

4、升沉舵和转向舵可实现功能互换。