[發明專利]一種適用于冰孔布放的雙驅動AUV磁耦合矢量推進裝置

有效

• 申請號: 201911148516.X
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110937088B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 彭時林;顧夏炯;劉逸喆;李永;龔紹歡
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B63G8/08
• 分類號: B63G8/08
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 張瑜

一種適用于冰孔布放的雙驅動AUV磁耦合矢量推進裝置，包括水下推進器、轉向模塊、磁耦合裝置、驅動裝置、艙體，艙體內安裝有兩個間隔90度設置的驅動裝置，每個驅動裝置均通過相應的磁耦合裝置帶動設置于艙體外的轉向模塊轉向動作，水下推進器設置于艙體后側并連接于轉向模塊上由轉向模塊驅使改變推進方向，艙體是壁厚均勻的圓筒結構，水下推進器的外徑小于艙體外殼的外徑；磁耦合裝置包括約束軌道、從動磁鐵模塊、主動磁鐵，主動磁鐵安裝在驅動模塊上，從動磁鐵模塊可由主動磁鐵帶動沿約束軌道移動地安裝于約束軌道內，約束軌道設置在艙體周面上，從動磁鐵模塊與轉向模塊連接；從動磁鐵模塊的從動磁鐵和/或主動磁鐵與艙體是圓弧面貼合設置。

技術領域

本發明屬于海洋工程技術及極地探測領域，涉及一種適用于冰孔布放的雙驅動AUV磁耦合矢量推進裝置。

背景技術

地球的兩極存在著浮冰區以及連接大洋和極地冰蓋的冰架。對冰下環境的探測和取樣，包括冰下海洋溫鹽環流觀測、冰下海洋生態環境探測、冰下海水和沉積物取樣等，是研究冰下海洋溫鹽環流、冰架與大洋相互作用的重要手段，具有重要的科學意義。目前主要有兩種方式進行冰下環境的探測，一是通過在冰面上鉆孔并將帶纜的儀器設備放入其中，這種方式布放的儀器設備僅限于探測冰孔下十分有限的范圍，不能進行冰下大范圍的探測。二是通過在水下航行的自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)。這種方式下AUV通常是通過鑿開冰層然后在較大的冰孔中進行布放和回收，但是對于厚的冰層，則需要在直徑有限的冰孔內布放和回收。比如南極地區厚度達上千米的冰架，通常是需要通過極地熱水鉆機鉆孔，開的冰孔直徑通常在35cm～80cm的量級。而常規的AUV在其外殼外具有凸出來的零部件，比如天線、操控AUV的尾舵等。這些零部件在冰孔布放時容易與冰孔發生碰撞后損壞，因此常規的AUV不適合通過冰孔布放。

此外，常規AUV的操縱主要依靠尾舵的相互作用來進行，當航行器低速航行時，這種操縱方式效率非常低，機動性受到很大影響。采用矢量推進的方式可以提高AUV的操控性，尤其可以提升低速下的轉向性能。但是常規的轉舵或矢量推進方式依靠接觸式動密封來將密封腔內的轉矩或推力傳遞至密封腔外，以實現轉向。如CN208723765U公開的磁耦合推進器包括一筒體，在筒體兩端分別固定有前端蓋和后端蓋；在后端蓋與電機架之間固定有伺服電機，葉輪貫穿連接于前端蓋。在伺服電機的驅動軸端部連接有外轉子，在外轉子內壁上設置有一組外轉子永磁塊；在葉輪的輸出軸端部連接有內轉子，內轉子具有用以套設于輸出軸端部的內套軸，在內套軸與內轉子內壁上分別設置有一組內轉子永磁塊；外轉子永磁塊與每一組內轉子永磁塊的數量相等；沿圓周方向，每一個外轉子永磁塊兩側分別有一個內套軸上的內轉子永磁塊、一個內轉子內壁上的內轉子永磁塊；在筒體內部、外轉子與內轉子之間套設有耦合套，耦合套從外向內被前端蓋擠壓于電機架，通過耦合套，內、外轉子之間形成磁力耦合。伺服電機的輸出力矩傳遞至葉輪，葉輪的輸出軸伴隨伺服電機的驅動軸同步轉動，最終通過控制伺服電機輸出軸的轉向與力矩大小，實現推進器的位移推進與姿態調整。這種接觸式動密封，軸與靜止密封圈以一定的預壓力接觸并相對運動，因兩者摩擦必然存在摩擦功率損耗。此外工作時間長后會導致密封圈磨損，存在漏水的風險。

發明內容

本發明提供了一種適用于冰孔布放的雙驅動AUV磁耦合矢量推進裝置，整個推進裝置的外徑小于AUV外殼的外徑，從而避免在冰孔布放過程中因碰撞而損壞，此外采用矢量推進器提升了低速航行時的機動性，同時矢量推進器采用磁耦合方式驅動避免了動密封帶來的摩擦損耗和密封圈磨損帶來的漏水風險，從而提高防水性能和可靠性。

本發明采用的技術方案是：