專(zhuān)利名稱(chēng)：一種智能水下螺旋槳推進(jìn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種應(yīng)用于水下航行體推進(jìn)器，具體地說(shuō)是一種帶有自 主診斷功能的水下螺旋槳推進(jìn)器。(二) 背景技術(shù)螺旋槳推進(jìn)是水下航行體最主要的推進(jìn)方式，其推進(jìn)原理是電機(jī)通過(guò)推進(jìn) 器驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，在使水產(chǎn)生流動(dòng)的同時(shí)，也受到水的反向作用力， 此反向作用力推動(dòng)水下航行體，使其產(chǎn)生航行運(yùn)動(dòng)。但是，大多數(shù)傳統(tǒng)的水下推 進(jìn)器都是無(wú)轉(zhuǎn)速反饋的開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)控制，并且沒(méi)有溫度、漏水檢測(cè)等性能檢測(cè)裝置， 如果遇到撞擊或螺旋槳被纏繞、卡死等情況，致使推進(jìn)器漏水、電機(jī)過(guò)熱或推進(jìn) 器推力下降等故障發(fā)生時(shí)，推進(jìn)器無(wú)法感知自身內(nèi)部的復(fù)雜情況，更無(wú)法根據(jù)異 常信息判斷故障類(lèi)型，采取補(bǔ)救措施。這對(duì)于在人類(lèi)很難直接感知的在水下環(huán)境 中運(yùn)行的水下航行體來(lái)說(shuō)，是非常危險(xiǎn)的。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00620055186.1、名稱(chēng)為《一種電動(dòng)水下推進(jìn)器》的專(zhuān)利， 釆用帶有減速器的直流電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，密封殼體外部設(shè)有流線型導(dǎo)流罩， 導(dǎo)流罩前后安裝防護(hù)網(wǎng)。此專(zhuān)利雖然一定程度上提高了推進(jìn)器的安全性，但沒(méi)有 實(shí)現(xiàn)速度反饋、也無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封安全性檢測(cè)和電機(jī)溫度檢測(cè)，無(wú)自主診斷功能； 并且，推進(jìn)器必須通過(guò)外部部件實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，在傳輸過(guò)程中，會(huì)由于 某接口接觸不良造成控制信號(hào)的不穩(wěn)定，也容易受到其他電器元件的干擾。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00620069245.0，名稱(chēng)為《水下推進(jìn)器》的專(zhuān)利，基本結(jié)構(gòu) 為流線型外殼、把手、網(wǎng)罩、螺旋槳，外殼內(nèi)置浮筒、電池、電機(jī)。電機(jī)的輸 出軸直接與螺旋槳連接；把手兩側(cè)設(shè)有開(kāi)關(guān)。在開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)上提高了啟動(dòng)或運(yùn)行 的安全性，但同樣沒(méi)有自診斷功能，也未考慮電機(jī)軸受力等問(wèn)題。(三) 實(shí)用新型內(nèi)容 本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有自主診斷功能，結(jié)構(gòu)緊湊、高效、安全的智能化的智能水下螺旋槳推進(jìn)裝置。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸前端安裝有
螺旋槳；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與驅(qū)動(dòng)軸相連，螺旋槳通過(guò)防轉(zhuǎn)銷(xiāo)釘和鎖緊螺母固定 在驅(qū)動(dòng)軸上，銷(xiāo)釘將套筒固定在驅(qū)動(dòng)軸上，緩沖元件夾在套筒和不銹鋼推力軸承 中間、套在驅(qū)動(dòng)軸上；不銹鋼推力軸承鑲嵌在前端蓋的最前端、套在驅(qū)動(dòng)軸上， 驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)緩沖元件和卡簧固定在不銹鋼推力軸承上；進(jìn)口骨架油封鑲嵌在前端 蓋內(nèi)、不銹鋼推力軸承的右側(cè)、套在驅(qū)動(dòng)軸上；它還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP控制 器以及漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器；驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP控制器、漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、編碼器均封裝 在密封干燥的艙體內(nèi)部；漏水檢測(cè)傳感器安裝在艙體內(nèi)腔的最底部；鉑電阻溫度 傳感器安裝在艙體上最靠近轉(zhuǎn)子的部位；驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)螺釘安裝在艙體的前部， 編碼器安裝在電機(jī)的后端；DSP電機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位于電機(jī)編碼器的后面 且與電機(jī)編碼器間隔一定距離；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器固定在艙體的后端蓋上，DSP控制器 則通過(guò)螺柱固定在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上；艙體尾部裝有電纜螺旋接頭，電纜螺旋接頭將 防水電纜固定、并密封在殼體上，防水電纜通過(guò)導(dǎo)線與殼體內(nèi)部的控制器及漏水 檢測(cè)傳感器相連。本實(shí)用新型還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征-1、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝表面為前端面。2、 所述的艙體由前端蓋、殼體、后端蓋組成，前端蓋通過(guò)螺釘與殼體相連， 0型密封圈I套在前端蓋上、夾在前端蓋和殼體中間；殼體的另一端通過(guò)螺釘與后端蓋相連，o型密封圈n套在后端蓋上、夾在殼體和后端蓋中間。傳統(tǒng)的水下螺旋槳推進(jìn)器是通過(guò)導(dǎo)線與外部驅(qū)動(dòng)控制器相連接，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、 停止及轉(zhuǎn)速控制的，這種結(jié)構(gòu)存在集成度不高，整體結(jié)果復(fù)雜，易于出現(xiàn)故障等 缺點(diǎn)。如果能夠?qū)㈦姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)器、控制器集成到推進(jìn)器密封殼體內(nèi)部，將會(huì)大大 降低推進(jìn)器對(duì)外部環(huán)境的依賴(lài)性，增強(qiáng)推進(jìn)器整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，降低故障發(fā)生 率。本實(shí)用新型提供了一種集驅(qū)動(dòng)、控制電路及推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)與一體，帶有溫 度傳感器、漏水檢測(cè)傳感器和速度傳感器，具有自主診斷功能，并安裝有推力軸 承、結(jié)構(gòu)緊湊、高效、安全。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于 1、具有自診斷能力。水下作業(yè)體的故障往往會(huì)造成不可估量的損失，因此水下作業(yè)體的故障診斷
是非常重要的。本推進(jìn)器內(nèi)部安裝了漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋傳 感器，它們反饋回來(lái)的信息為推進(jìn)器的故障診斷及其所在航行體的故障容錯(cuò)提供 了必要的硬件基礎(chǔ)。DSP控制器內(nèi)部程序首先根據(jù)電機(jī)編碼器反饋回的信息和電 機(jī)速度模型的輸出值對(duì)推進(jìn)器進(jìn)行一次故障診斷，再根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻電機(jī)溫度相對(duì) 前一時(shí)刻電機(jī)溫度進(jìn)行一次故障診斷，兩次診斷結(jié)果進(jìn)行信息融合后給出最終故 障類(lèi)型，并傳遞給水下航行體內(nèi)的上位機(jī)；漏水檢測(cè)傳感器則直接將信息傳遞給 上位機(jī)，以便在漏水時(shí)及時(shí)采取應(yīng)急處理措施。2、 集驅(qū)動(dòng)器、控制器于推進(jìn)器內(nèi)部，信號(hào)傳輸故障的發(fā)生率低。 傳統(tǒng)的推進(jìn)器依靠安裝在外部密封艙體內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器和控制器發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，通過(guò)防水電纜傳遞給推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，此時(shí)，需要多個(gè)電器連接接口，這 就容易出現(xiàn)因某接口接觸不良造成的控制信號(hào)不穩(wěn)定現(xiàn)象；并且，在信號(hào)傳輸過(guò) 程中，容易受到其他電器元件的干擾，出現(xiàn)傳輸故障。本推進(jìn)器將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 控制器集成于推進(jìn)器殼體內(nèi)部，不必設(shè)置活動(dòng)的電器接口，也不存在傳輸干擾問(wèn) 題，大大降低了外部信號(hào)傳輸故障的發(fā)生率。3、 適應(yīng)不同工況環(huán)境。本推進(jìn)器所使用的鋁合金材料外殼、不銹鋼軸承和不銹鋼螺旋槳驅(qū)動(dòng)軸在 中性和酸性液體環(huán)境下均有較強(qiáng)的抗腐蝕性。另外，所采用的推力軸承結(jié)構(gòu)可以 抵消螺旋槳所受軸向力、徑向力，使得推進(jìn)器承受外部載荷變動(dòng)的能力較強(qiáng)。同 時(shí)，當(dāng)需要較小推力時(shí)，本實(shí)用新型又提供了一種結(jié)果更加簡(jiǎn)單，制造更加方便 的實(shí)施方案。4、 具有精確的轉(zhuǎn)速控制能力。具有電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋傳感器，與控制器形成速度控制閉環(huán)，推進(jìn)器內(nèi)部的DSP 控制器根據(jù)速度的變化實(shí)時(shí)調(diào)整控制電壓，達(dá)到精確控制螺旋槳轉(zhuǎn)速的目的。(四)
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是本實(shí)用新型的控制結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實(shí)用新型的推進(jìn)器故障診斷過(guò)程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述結(jié)合附圖1，本實(shí)用新型的水下推進(jìn)器由鎖緊螺母1、螺旋槳2、防轉(zhuǎn)銷(xiāo)釘3、驅(qū)動(dòng)軸4、套筒5、銷(xiāo)釘6、緩沖元件7、不銹鋼推力軸承8、前端蓋9、 0型密 封圈IIO、鉑電阻溫度傳感器ll、電機(jī)12、電纜螺旋接頭13、防水電纜14、螺 釘15、卡簧16、進(jìn)口骨架油封17、電機(jī)連接螺釘18、殼體19、漏水檢測(cè)傳感 器20、編碼器21、 0型密封圈I122、 DSP電機(jī)控制器23、連接螺柱24、電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器25、后端蓋26組成。0型密封圈I 10套在前端蓋9上、0型密封圈I122 套在后端蓋26上，前端蓋9與殼體19、殼體19與后端蓋26均通過(guò)螺釘15連 接，這樣，前端蓋9、 0型密封圈IIO、螺釘15、殼體19、 0型密封圈I122、 后端蓋26共同組成了一個(gè)中空密封的艙體，為內(nèi)部的電機(jī)12、 DSP電機(jī)控制器 23、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25及各傳感器提供了干燥的空間環(huán)境。電機(jī)12通過(guò)電機(jī)連接螺 釘18固定在殼體19的前端，電機(jī)12的輸出軸與驅(qū)動(dòng)軸4相連，螺旋槳2通過(guò) 防轉(zhuǎn)銷(xiāo)釘3和鎖緊螺母1固定在驅(qū)動(dòng)軸4上。銷(xiāo)釘6將套筒5固定在驅(qū)動(dòng)軸4上， 緩沖元件7夾在套筒5和不銹鋼推力軸承8中間、套在驅(qū)動(dòng)軸4上；不銹鋼推力 軸承8鑲嵌在前端蓋9的最前端，套在驅(qū)動(dòng)軸4上，驅(qū)動(dòng)軸4通過(guò)緩沖元件7和 卡簧16固定在不銹鋼推力軸承8上，進(jìn)而與前端蓋連成一體。進(jìn)口骨架油封17 鑲嵌在前端蓋9內(nèi)、不銹鋼推力軸承8的右側(cè)，套在驅(qū)動(dòng)軸4上，能夠充分保證 對(duì)驅(qū)動(dòng)軸4的動(dòng)密封。當(dāng)電機(jī)12工作時(shí)，電機(jī)輸出軸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸4旋轉(zhuǎn)，從而 帶動(dòng)螺旋槳2旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，螺旋槳2受到的水的阻力會(huì)傳到驅(qū)動(dòng)軸4上，由于驅(qū) 動(dòng)軸4固定在不銹鋼推力軸承8上，因此驅(qū)動(dòng)軸4受的力會(huì)被不銹鋼推力軸承8 分解抵消，而不會(huì)傳遞到電機(jī)12的輸出軸上，影響電機(jī)12的使用性能。漏水檢 測(cè)傳感器20安裝在殼體19內(nèi)腔的最底部；鉑電阻溫度傳感器11安裝在電機(jī)12 外殼上最靠近轉(zhuǎn)子的部位；編碼器21安裝在電機(jī)12的后端。電纜螺旋接頭13 密封安裝在殼體19的尾部，防水電纜14密封在電纜螺旋接頭13內(nèi)。防水電纜 14將外部能源及上位機(jī)的目標(biāo)信號(hào)傳遞給DSP電機(jī)控制器23，并將內(nèi)部故障信 號(hào)傳遞給上位機(jī)。呈圓盤(pán)形狀的DSP電機(jī)控制器23和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25、通過(guò)連接 螺柱24固定在后端蓋26上，DSP電機(jī)控制器23通過(guò)導(dǎo)線與防水電纜14連接， 并將獲得的能源動(dòng)力傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25將接收DSP電機(jī)控制 器23給出的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)12工作。 推進(jìn)器的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示，水下推進(jìn)器運(yùn)行時(shí)，DSP電機(jī)控制器23結(jié) 合上位機(jī)給出的目標(biāo)信號(hào)、編碼器21反饋的速度信息進(jìn)行電機(jī)速度控制運(yùn)算， 并將新控制信號(hào)發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)12旋轉(zhuǎn)，電機(jī)12最終帶 動(dòng)螺旋槳2在水中旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生推力。鉑電阻溫度傳感器11、測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的編 碼器21分別將檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線傳遞給DSP電機(jī)控制器23， DSP電機(jī)控制 器23再根據(jù)各傳感器反饋的信息進(jìn)行故障診斷，并將故障信息發(fā)送給水下航行 體內(nèi)的上位機(jī)，漏水檢測(cè)傳感器20則直接將信息傳遞給上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)各 故障信息進(jìn)行總體容錯(cuò)處理后，發(fā)出新目標(biāo)信號(hào)給DSP電機(jī)控制器23。推進(jìn)器故障診斷的過(guò)程見(jiàn)圖3。首先將電機(jī)控制電壓輸入給電機(jī)速度模型， 電機(jī)速度模型輸出電機(jī)的理論轉(zhuǎn)數(shù)，電機(jī)的理論轉(zhuǎn)數(shù)與相同電機(jī)控制電壓下編碼 器21反饋的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入進(jìn)行一次故障診斷；再以鉑電阻溫度傳感器 ll檢測(cè)到的當(dāng)前時(shí)刻電機(jī)溫度和前一時(shí)刻電機(jī)溫度作為輸入進(jìn)行一次故障診斷， 兩次故障診斷的結(jié)果作為輸入再進(jìn)行故障信息融合，最后得出具體故障類(lèi)型，并 發(fā)送給水下航行體內(nèi)的上位機(jī)，以便進(jìn)一步采取容錯(cuò)控制措施；漏水檢測(cè)傳感器 20直接將漏水信息傳遞給上位機(jī)。上述只是本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，根據(jù)需要本實(shí)用新型還可以采用 其他的具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求1. 一種智能水下螺旋槳推進(jìn)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸前端安裝有螺旋槳；其特征是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與驅(qū)動(dòng)軸相連，螺旋槳通過(guò)防轉(zhuǎn)銷(xiāo)釘和鎖緊螺母固定在驅(qū)動(dòng)軸上，銷(xiāo)釘將套筒固定在驅(qū)動(dòng)軸上，緩沖元件夾在套筒和不銹鋼推力軸承中間、套在驅(qū)動(dòng)軸上；不銹鋼推力軸承鑲嵌在前端蓋的最前端、套在驅(qū)動(dòng)軸上，驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)緩沖元件和卡簧固定在不銹鋼推力軸承上；進(jìn)口骨架油封鑲嵌在前端蓋內(nèi)、不銹鋼推力軸承的右側(cè)、套在驅(qū)動(dòng)軸上；它還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP控制器以及漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器；驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP控制器、漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、編碼器均封裝在密封干燥的艙體內(nèi)部；漏水檢測(cè)傳感器安裝在艙體內(nèi)腔的最底部；鉑電阻溫度傳感器安裝在艙體上最靠近轉(zhuǎn)子的部位；驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)螺釘安裝在艙體的前部，編碼器安裝在電機(jī)的后端；DSP電機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位于電機(jī)編碼器的后面且與電機(jī)編碼器間隔一定距離；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器固定在艙體的后端蓋上，DSP控制器則通過(guò)螺柱固定在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上；艙體尾部裝有電纜螺旋接頭，電纜螺旋接頭將防水電纜固定、并密封在殼體上，防水電纜通過(guò)導(dǎo)線與殼體內(nèi)部的控制器及漏水檢測(cè)傳感器相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種智能水下螺旋槳推進(jìn)裝置，其特征是驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的安裝表面為前端面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種智能水下螺旋槳推進(jìn)裝置，其特征是 所述的艙體由前端蓋、殼體、后端蓋組成，前端蓋通過(guò)螺釘與殼體相連，0型 密封圈I套在前端蓋上、夾在前端蓋和殼體中間；殼體的另一端與后端蓋相連， O型密封圈II套在后端蓋上、夾在殼體和后端蓋中間。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供的是一種智能水下螺旋槳推進(jìn)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺旋槳、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP控制器以及漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器；驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP控制器、漏水檢測(cè)傳感器、鉑電阻溫度傳感器、編碼器均封裝在密封干燥的艙體內(nèi)部；艙體尾部裝有電纜螺旋接頭，電纜螺旋接頭將防水電纜固定、并密封在殼體上，防水電纜通過(guò)導(dǎo)線與殼體內(nèi)部的控制器及漏水檢測(cè)傳感器相連。本實(shí)用新型提供了一種集驅(qū)動(dòng)、控制電路及推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)與一體，帶有溫度傳感器、漏水檢測(cè)傳感器和速度傳感器，具有自主診斷功能，并安裝有推力軸承、結(jié)構(gòu)緊湊、高效、安全。
文檔編號(hào)B63H21/17GK201080245SQ20072011710
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者季東軍, 張銘鈞, 楊立平, 王玉甲 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)