船外機油門檔位自動控制裝置製造方法
2023-06-02 11:15:41 1
船外機油門檔位自動控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明的目的在於提供船外機油門檔位自動控制裝置，油門調節器和檔位調節器接收到控制指令後，通過各自的搖杆擺動來分別拉動油門線和檔位線，實現對船外機的油門和檔位的控制。位置指針隨著搖杆擺動，通過箱體上的錶盤指示出油門和檔位的狀態。控制器可以通過內置天線將船外機油門和檔位的狀態信息發送給岸基監控站。本發明採用雙定子驅動，可產生較大扭矩；動作快速、平穩，位置精度高；軸向尺寸短，結構緊湊；採用反饋凸輪，可實時獲得準確的搖杆位置信息。
【專利說明】船外機油門檔位自動控制裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及的是一種船外機控制裝置。
【背景技術】
[0002]使用船外機作為推進裝置的水面無人艇具有廣泛的應用前景，其關鍵技術之一就是實現船外機油門和檔位的自動控制。船外機的油門和檔位一般採用純機械的控制方式，通過拉動油門線和檔位線來分別調節油門和檔位。現有的油門檔位自動控制裝置主要採用滾珠絲槓或齒輪齒條的結構形式。
[0003]滾珠絲槓式換擋致動器已有相關產品。通過滾珠絲槓將螺杆的轉動轉化為為螺母的直線運動，從而拉動檔位線實現換擋操作。這種結構的優點是精度高、推力大、動作平穩，缺點是速度慢、傳動距離短。
[0004]專利號US5352138公開了一種船外機油門檔位遙控裝置，它採用了齒輪齒條的結構形式。此裝置的遙控器與齒輪齒條結構連接，操作人員操作時拉動齒條帶動齒輪轉動，系統檢測到齒輪的轉動量後控制電機轉動，再通過一個齒輪齒條結構拉動油門線或檔位線。這種結構的優點是承載力大、傳動距離長、結構簡單，缺點是對加工和安裝精度要求較高，若加工安裝精度差，傳動噪音大、磨損大。
[0005]綜上所述，目前需要尋求一種動作快速、平穩，位置精度高的船外機油門檔位自動控制裝置。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供能夠快速平穩地調節船外機油門和檔位的船外機油門檔位自動控制裝置。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
[0008]本發明船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:包括油門調節器、檔位調節器，油門調節器包括箱體、箱蓋、定子鐵芯、轉子支架、永磁體單元、驅動軸、搖杆、位置指針，箱蓋安裝在箱體的右側，定子鐵芯包括第一定子鐵芯和第二定子鐵芯、分別固定在箱體左側內壁上和箱蓋內壁上，第一定子鐵芯為圓盤結構，圓盤結構下層為實心結構，圓盤結構上層為辦式結構，每個瓣上均纏繞電磁線圈，第一定子鐵芯和第二定子鐵芯結構相同、對稱布置，轉子支架設置在第一定子鐵芯和第二定子鐵芯中間，永磁體單元包括辦式結構的永磁體，相鄰永磁體之間磁極相反，永磁體單元安裝在轉子支架上，永磁體單元的磁極在轉子支架的兩側，驅動軸穿過第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、轉子支架，轉子支架與驅動軸固連，驅動軸分別通過軸承和箱體、箱蓋相配合，驅動軸的一端安裝位置指針和搖杆，驅動軸的另一端安裝反饋凸輪，箱體外壁與位置指針對應的位置設置標度盤，箱蓋上安裝採集反饋凸輪位置的距離傳感器；檔位調節器和油門調節器結構相同，油門調節器和檔位調節器的搖杆分別通過油門線和檔位線連接船外機。
[0009]本發明還可以包括:[0010]1、反饋凸輪的一端設置齒槽，箱蓋上位於齒槽的上方設置制動電磁鐵。
[0011]2、驅動軸上安裝復位彈簧。
[0012]3、第一定子鐵芯和第二定子鐵芯上的電磁線圈反向繞制並串聯，轉子支架兩側安裝用於給電磁線圈供電的電刷。
[0013]4、箱體、箱蓋、驅動軸、轉子支架、反饋凸輪均為非導磁材料。
[0014]本發明的優勢在於:本發明採用雙定子驅動，可產生較大扭矩；動作快速、平穩，位置精度高；軸向尺寸短，結構緊湊；採用反饋凸輪，可實時獲得準確的搖杆位置信息。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的結構示意圖；
[0016]圖2為本發明的油門調節器和檔位調節器的結構示意圖；
[0017]圖3為本發明的永磁體轉子磁極的示意圖；
[0018]圖4為本發明電磁線圈與磁極的位置對應圖；
[0019]圖5為本發明定子鐵芯和電磁線圈繞組的示意圖；
[0020]圖6為本發明反饋凸輪的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0022]結合圖1?6，本發明包括控制器1、油門調節器2和檔位調節器3。控制器I可同時控制油門調節器2和檔位調節器3的動作以及監視其工作狀態，並且內置接收/發送天線，可根據船外機實際操作需求，切換遙控或自動控制模式。遙控模式下，控制器I通過內置天線接收控制指令後分別控制油門調節器2和檔位調節器3完成相應動作；自動模式下，控制器I可根據所處航行環境及預設的航行路逕自動判斷所需控制量，對調節器進行控制。調節器接收到控制指令後，通過搖杆8擺動來分別拉動油門線4和檔位線5，實現對船外機6的油門和檔位的控制。位置指針7隨著搖杆8擺動，通過箱體上的錶盤指示出油門和檔位的狀態。控制器I還可以通過內置天線將船外機油門和檔位的狀態信息發送給岸基監控站。
[0023]油門調節器2和檔位調節器3的結構完全相同，採用雙定子盤式電機驅動，圖2是其結構剖視圖，其組成包括:位置指針7，搖杆8，端蓋9和22，軸承10和24，定子固定螺釘11和19，定子鐵芯12和18，電磁線圈13和16，永磁體14，轉子支架15，箱蓋17，距離傳感器20，制動電磁鐵21，驅動軸23，反饋凸輪25，轉子固定螺釘26，箱體27，復位彈簧28。定子鐵芯12通過定子固定螺釘11固定在箱體27內，定子鐵芯18通過定子固定螺釘19固定在箱蓋17上，兩個定子對稱安裝。定子鐵芯12和18的結構完全相同，鐵芯的一側有嵌線槽，電磁線圈13和16沿周向均布在線槽內。轉子位於兩個定子中間，由永磁體14製成的磁極組成，磁體沿周向均布在非導磁材料製成的轉子支架15上,每塊磁體的磁極在轉子支架15的兩面，且相鄰兩個磁體的磁極方向相反(如圖3所示)。轉子支架15與驅動軸23通過轉子固定螺釘26固定。驅動軸23通過軸承10和24支承，搖杆8和位置指針7安裝在驅動軸23末端。
[0024]如圖4所示，是電磁線圈與磁極的位置對應圖。電磁線圈13通電時，所產生的磁場將對永磁體14製成的轉子產生扭矩作用。按圖4所示的，永磁體14旋轉到與電磁線圈13重合的位置即停止轉動，為實現轉子的連續旋轉，用多個電磁線圈製成盤狀繞組，繞制在定子鐵芯12和18的嵌線槽內(如圖5所示)。電磁線圈13和16反向繞制並串聯，保證通電時產生的磁場力方向相同。兩側電磁線圈繞組按一定順序通電時，將對永磁體14製成的轉子產生同向的扭矩，進而驅動軸23帶動搖杆8和位置指針7擺動。轉子支架15兩側有電刷，可在旋轉過程中為兩側電磁線圈供電。上述雙定子的結構形式，可大幅提高轉子的扭矩，保證搖杆8有足夠的拉力。
[0025]驅動軸23上安裝了反饋凸輪25和復位彈簧28。距離傳感器20沿反饋凸輪25的徑向安裝在箱蓋17上。反饋凸輪25隨驅動軸23轉動的過程中，與距離傳感器20之間的距離不斷改變，通過測量二者之間的距離即可推算出搖杆8擺動的角度。反饋凸輪25的一側有用於制動的齒槽(如圖6所示)，制動電磁鐵21位於齒槽上方，安裝在箱蓋17上。電磁線圈13和16通電，制動電磁鐵21失電時，驅動軸23正常轉動。電磁線圈13和16失電，制動電磁鐵21通電時，電磁鐵一端的推桿插入反饋凸輪25的齒槽內，對驅動軸23制動。因此，電磁線圈13、16和制動電磁鐵21不可同時通電。當整個裝置失電時，復位彈簧28將驅動軸23復位到停止位置。
[0026]為防止兩側電磁線圈產生的磁場互相干擾，箱體27、箱蓋17、端蓋9和22、驅動軸23、轉子支架15、轉子固定螺釘26、定子固定螺釘11和19、反饋凸輪25均為非導磁材料。
[0027]船外機油門檔位自動控制裝置，包括油門調節器、檔位調節器和控制器。
[0028]控制器用於控制油門調節器和檔位調節器的動作以及監視其工作狀態，並且內置接收/發送天線，可以根據船外機的實際操作需求，在遙控和自動兩種工作模式之間切換。控制器還可以通過內置天線將船外機油門和檔位的狀態信息發送給岸基監控站。
[0029]油門調節器和檔位調節器的結構完全相同，採用雙定子盤式電機驅動，其組成包括:箱體，箱蓋，端蓋，搖杆，驅動軸，軸承，轉子支架，永磁體轉子，轉子固定螺釘，一對定子鐵芯，繞制在鐵芯上的電磁線圈，定子固定螺釘，反饋凸輪，距離傳感器，制動電磁鐵，復位彈簧及位置指針。一對定子鐵芯分別用螺釘對稱地固定在箱體內，鐵芯的一側有嵌線槽，線槽內沿周向均布多個電磁線圈。轉子位於兩個定子中間，由永磁體製成的磁極組成，磁體沿周向均布在非導磁材料製成的轉子支架上，每塊磁體的磁極在轉子支架的兩面，且相鄰兩個磁體的磁極方向相反，轉子支架與驅動軸用螺釘固定。驅動軸通過軸承支承在箱體中，軸上安裝了復位彈簧和反饋凸輪，沿凸輪的徑向安裝了距離傳感器。反饋凸輪的一側有用於制動的齒槽，齒槽上方安裝了制動電磁鐵。搖杆和位置指針安裝在驅動軸的末端。
[0030]箱體，箱蓋，端蓋，驅動軸，轉子支架，轉子固定螺釘，定子固定螺釘和反饋凸輪均為非導磁材料。
[0031]本發明的工作原理是:
[0032]控制器發出控制指令後，使電磁線圈通電，兩側電磁線圈產生的磁場將對永磁體轉子產生同向的扭矩，進而驅動軸帶動搖杆擺動，通過搖杆的擺動拉動油門線和檔位線。改變電磁線圈中的電流方向即可改變搖杆的擺動方向。位置指針隨搖杆擺動，可指示出船外機油門和檔位的狀態。
[0033]反饋凸輪隨驅動軸轉動的過程中，與距離傳感器之間的距離不斷改變，通過距離傳感器測量其距離值即可推算出搖杆擺動的角度。反饋凸輪一側有制動齒槽，制動電磁鐵通電時，電磁鐵一端的推桿插入齒槽內，對驅動軸進行制動。制動電磁鐵和定子的電磁線圈不可同時通電。當裝置失電時，復位彈簧可將驅動軸復位到停止位置。
[0034]船外機油門檔位自動控制裝置，包括:控制器、油門調節器和檔位調節器。
[0035]控制器可同時控制油門調節器和檔位調節器的動作以及監視其工作狀態，並且內置接收/發送天線，可根據船外機實際操作需求，切換遙控或自動控制模式。遙控模式下，控制器通過內置天線接收控制指令後分別控制油門調節器和檔位調節器完成相應動作；自動模式下，控制器可根據所處航行環境及預設的航行路逕自動判斷所需控制量，對調節器進行控制。
[0036]油門調節器和檔位調節器的結構完全相同，採用雙定子盤式電機驅動，其組成包括:箱體，箱蓋，端蓋，搖杆，驅動軸，軸承，轉子支架，永磁體轉子，轉子固定螺釘，一對定子鐵芯，繞制在鐵芯上的電磁線圈，定子固定螺釘，反饋凸輪，距離傳感器，制動電磁鐵，復位彈簧及位置指針。一對定子鐵芯分別用螺釘對稱地固定在箱體內，鐵芯的一側有嵌線槽，線槽內沿周向均布多個電磁線圈繞組。轉子位於兩個定子中間，由永磁體製成的磁極組成，磁體沿周向均布在非導磁材料製成的轉子支架上，每塊磁體的磁極在轉子支架的兩面，且相鄰兩個磁體的磁極方向相反，轉子支架與驅動軸用螺釘固定。驅動軸通過軸承支承在箱體中，軸上安裝了復位彈簧和反饋凸輪，沿凸輪的徑向安裝了距離傳感器。反饋凸輪的一側有用於制動的齒槽，齒槽上方安裝了制動電磁鐵。搖杆和位置指針安裝在驅動軸的末端。
[0037]通過擺動搖杆來分別拉動油門線和檔位線。位置指針隨搖杆擺動，通過箱體上的錶盤指示出船外機油門和檔位的狀態。
[0038]兩側的電磁線圈繞組反向繞制並串聯。
[0039]轉子支架兩側有電刷，用於給兩個電磁線圈繞組供電。
[0040]反饋凸輪隨驅動軸轉動，通過所述距離傳感器測量其徑向尺寸即可推算出搖杆擺動的角度。
[0041]制動電磁鐵通電時，電磁鐵一端的推桿插入反饋凸輪的齒槽內，對驅動軸進行制動。
[0042]復位彈簧能夠在裝置失電時將驅動軸復位到停止位置。
[0043]箱體，箱蓋，端蓋，驅動軸，轉子支架，轉子固定螺釘，定子固定螺釘和反饋凸輪均為非導磁材料。
【權利要求】
1.船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:包括油門調節器、檔位調節器，油門調節器包括箱體、箱蓋、定子鐵芯、轉子支架、永磁體單元、驅動軸、搖杆、位置指針，箱蓋安裝在箱體的右側，定子鐵芯包括第一定子鐵芯和第二定子鐵芯、分別固定在箱體左側內壁上和箱蓋內壁上，第一定子鐵芯為圓盤結構，圓盤結構下層為實心結構，圓盤結構上層為辦式結構，每個瓣上均纏繞電磁線圈，第一定子鐵芯和第二定子鐵芯結構相同、對稱布置，轉子支架設置在第一定子鐵芯和第二定子鐵芯中間，永磁體單元包括辦式結構的永磁體，相鄰永磁體之間磁極相反，永磁體單元安裝在轉子支架上，永磁體單元的磁極在轉子支架的兩側，驅動軸穿過第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、轉子支架，轉子支架與驅動軸固連，驅動軸分別通過軸承和箱體、箱蓋相配合，驅動軸的一端安裝位置指針和搖杆，驅動軸的另一端安裝反饋凸輪，箱體外壁與位置指針對應的位置設置標度盤，箱蓋上安裝採集反饋凸輪位置的距離傳感器；檔位調節器和油門調節器結構相同，油門調節器和檔位調節器的搖杆分別通過油門線和檔位線連接船外機。
2.根據權利要求1所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:反饋凸輪的一端設置齒槽，箱蓋上位於齒槽的上方設置制動電磁鐵。
3.根據權利要求1或2所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:驅動軸上安裝復位彈簧。
4.根據權利要求1或2所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:第一定子鐵芯和第二定子鐵芯上的電磁線圈反向繞制並串聯，轉子支架兩側安裝用於給電磁線圈供電的電刷。
5.根據權利要求3所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:第一定子鐵芯和第二定子鐵芯上的電磁線圈反向繞制並串聯，轉子支架兩側安裝用於給電磁線圈供電的電刷。
6.根據權利要求1或2所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:箱體、箱蓋、驅動軸、轉子支架、反饋凸輪均為非導磁材料。
7.根據權利要求3所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:箱體、箱蓋、驅動軸、轉子支架、反饋凸輪均為非導磁材料。
8.根據權利要求4所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:箱體、箱蓋、驅動軸、轉子支架、反饋凸輪均為非導磁材料。
9.根據權利要求5所述的船外機油門檔位自動控制裝置，其特徵是:箱體、箱蓋、驅動軸、轉子支架、反饋凸輪均為非導磁材料。
【文檔編號】B63H21/22GK103935500SQ201410146031
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月12日 優先權日:2014年4月12日
【發明者】胡勝海, 陳茜, 李蕾, 張保平, 高爽, 張滿慧, 邵東, 郭春陽, 謝婷婷 申請人:哈爾濱工程大學