[發明專利]水下潛航器磁齒輪耦合推進系統、工作方法及潛航器

在審

• 申請號: 202110872070.6
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113501115A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 華浩;張伯虎;周子成
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B63G8/08
• 分類號: B63G8/08;B63G8/16;H02K49/10
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種水下潛航器磁齒輪耦合推進系統、工作方法及潛航器，包括：潛航器機殼、電控系統、驅動電機、磁齒輪耦合器以及螺旋槳；潛航器機殼內部安裝電控系統和驅動電機，潛航器機殼一端安裝磁齒輪耦合器；電控系統連接驅動電機，驅動電機連接磁齒輪耦合器，磁齒輪耦合器連接螺旋槳，螺旋槳安置于潛航器機殼外側。本裝置采用磁齒輪耦合器實現潛航器機殼內部高速動力源和潛航器外部低速螺旋槳的機械連接，一方面可以取代傳動機械減速齒輪完成高低轉速匹配的功能，另一方面可以實現潛航器機殼內外空間的隔離，這樣避免了動靜密封要求，降低了系統的耐壓設計難度，提升了系統的密封性和可靠性。

技術領域

本發明涉及水下潛航器推進系統領域，具體地，涉及水下潛航器磁齒輪耦合推進系統、工作方法及潛航器。

背景技術

占地球表面積七成以上的海洋及其它水域蘊含豐富的戰略性礦物資源、能源資源和生物資源，而高性能水下潛航器是各類型海洋及水下資源勘測開采的關鍵裝備。目前，各類水下潛航器大多采用電力推進方案，作為唯一動力來源，電推進系統的性能直接決定潛航器的航速、航程、機動性、穩定性、可靠性和控制精度。

作為水下潛航器的主要部件，推進系統通常布置在整機尾部以完成推進功能。推進系統一般包括驅動電機、電機控制器和螺旋槳等，通過電機的旋轉帶動螺旋槳。相比普通工業驅動系統，水下潛航器的推進系統需要更好性能。根據電機學基本原理，驅動電機功率密度和轉速成正比例關系，因此希望選用高轉速電機以提高推進系統的功率密度，節約水下潛航器的內部空間、降低整機重量、提升續航里程。但是，潛航器螺旋槳的轉速通常相對較低，無法直接匹配高速驅動電機，這時，通常需要增加一個額外的機械齒輪箱來耦合高速驅動電機和低速螺旋槳。但是，機械齒輪箱帶來機械損耗、發熱和可靠性風險，降低潛航器推進系統的效率、增加潛航器的重量、犧牲航程。

另一方面，由于水下壓力高、環境惡劣，水體腐蝕性大，水下潛航器的密封問題是關鍵問題之一。一般來說，動力電池、功率變換器、驅動電機和機械減速齒輪箱等機電設備需要工作在常溫常壓、清潔干燥的環境中，即它們需要被放置于潛航器機殼內部。由于旋轉動力來源(驅動電機及機械減速齒輪箱)在潛航器機殼內部而螺旋槳在潛航器機殼外部，兩個旋轉部件需要穿過機殼作機械連接，不可避免的需要設計動靜密封裝置以防止水體滲入潛航器機殼內部，大大增加了系統的耐壓設計要求。高效可靠的動靜密封裝置設計難度高、成本大、可靠性低，尤其隨著水下潛航器的工作范圍不斷向更大水深、更復雜水下環境發展，動靜密封裝置已成為影響水下潛航器綜合性能的瓶頸問題之一。

具體到水下潛航器推進系統，需要解決避免使用動靜密封裝置，增強潛航器密封性能的問題。

專利文獻CN111703563A提供了一種無葉片潛航推進系統，包括主基體、豎直推進器組和水平推進器組。所述主基體包括殼體、可變頻直流永磁電機、纜線接口、增壓設備、進水管路、出水管路等部分；所述豎直推進器組用于提供所述無葉片潛航推進系統上浮的動力，所述水平推進器組用于提供所述無葉片潛航推進系統前進、后退以及轉彎的動力；所述出水管路上設置有電磁閥用于調節各支路出口管路水流的大小和方向。

專利文獻CN102530219A涉及一種電推進系統，包括：供電裝置、電推進裝置、整機控制裝置和機械輸出裝置，所述電推進裝置包括推進電機和兩套逆變器，每套逆變器的輸入與所述供電裝置連接，每套逆變器的輸出與所述推進電機的輸入連接，所述推進電機的輸出與所述機械輸出裝置連接，所述整機控制裝置分別與每套逆變器、所述供電裝置以及所述機械輸出裝置連接。

上述專利均未能解決避免使用動靜密封裝置，增強潛航器密封性能的問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種水下潛航器磁齒輪耦合推進系統、工作方法及潛航器。

根據本發明提供的一種水下潛航器磁齒輪耦合推進系統，包括：潛航器機殼、電控系統、驅動電機、磁齒輪耦合器以及螺旋槳；