一种用于无人帆船的集成式风舵装置

摘要

本发明涉及无人帆船装置，具体涉及一种用于无人帆船的集成式风舵装置，包括直线旋转集成驱动装置、中心驱动蜗杆、蜗轮盘体、滑动轴座、升降控制卷筒、承重帆座、中空帆杆、帆布本体和传动滑轮组，所述直线旋转集成驱动装置固定密封安装在无人帆船的船体上，所述直线旋转集成驱动装置的传动输出端通过联轴器连接有中心驱动蜗杆，所述中心驱动蜗杆的末端通过滑动轴座安装在无人帆船的船体上，所述滑动轴座的侧部设有升降控制卷筒。本发明通过直线旋转集成驱动装置，实现了船帆的大范围角度自锁式调节，并能通过直线驱动部进行微调，并可适应风向变化规律，对风况波动情况进行一定程度的观测。

说明书

技术领域

本发明涉及无人帆船装置，具体涉及一种用于无人帆船的集成式风舵装置。

背景技术

无人帆船是利用水上风力进行驱动的帆船，作为一种可以通过无人化操作进行航行的新型帆船，无人帆船可以在卫星导航和数据传感测控系统的支持下，进行海洋数据感测采集。无人帆船的船帆结构作为其主要部分，是影响其性能参数的重要载体，通常现有船帆结构的角度控制和升降控制是通过其自身驱动机构进行控制，使得结构复杂，容易受到海洋恶劣环境的影响，尤其是长期观测使用时，极易发生故障，现有的船帆在受风过程中由于风力变化的不确定性，风力变化对船体稳定产生较大影响。现在急需一种可进行集成控制并能适应风力小范围波动变化的无人帆船风舵装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于无人帆船的集成式风舵装置。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了一种用于无人帆船的集成式风舵装置，包括直线旋转集成驱动装置、中心驱动蜗杆、蜗轮盘体、滑动轴座、升降控制卷筒、承重帆座、中空帆杆、帆布本体和传动滑轮组，所述直线旋转集成驱动装置固定密封安装在无人帆船的船体上，所述直线旋转集成驱动装置的传动输出端通过联轴器连接有中心驱动蜗杆，所述中心驱动蜗杆的末端通过滑动轴座安装在无人帆船的船体上，所述滑动轴座的侧部设有升降控制卷筒，所述升降控制卷筒通过与中心驱动蜗杆驱动连接而实现回转过程，所述蜗轮盘体下部通过承重帆座转动安装在无人帆船的船体上，所述蜗轮盘体的中心贯穿固定连接有中空帆杆，所述蜗轮盘体的上部固定贴装有角度控制盘，所述角度控制盘上设有角度控制舵杆，所述角度控制盘通过蜗轮盘体与中心驱动蜗杆的接触啮合实现转动过程，所述中空帆杆外侧间隔套装有角度控制舵环，所述角度控制环的两侧固定连接有外伸式的支撑横杆，所述支撑横杆与帆布本体固定接合，所述帆布本体顶部固定接合有吊装环支撑体，所述吊装环支撑体套装在中空帆杆外侧，所述升降控制卷筒上的拉绳通过传动滑轮组而穿出中空帆杆顶部与所述吊装环支撑体连接实现对所述帆布本体的吊放。

进一步，所述直线旋转集成驱动装置包括旋转驱动部和直线驱动部，所述旋转驱动部和直线驱动部串行连接，所述旋转驱动部和直线驱动部均包括一体连接的安装外壳，所述旋转驱动部的安装外壳内壁固定有旋转定子，所述旋转定子内部设有旋转转子，所述旋转转子中心固定插接有第一驱动轴，所述第一驱动轴前端连接有转矩直线轴承组件，所述第一驱动轴通过转矩直线轴承组件连接有第二驱动轴，所述直线驱动部的安装外壳内壁固定有直线定子，直线定子内侧设有直线动子，所述直线动子与第二驱动轴转动连接。

进一步，所述第一驱动轴的后端设有回转角度传感器，所述回转角度传感器用于检测回转圈数，所述直线驱动部内腔固定设有直线位移传感器，所述直线位移传感器用于检测直线动子的相对位移。

进一步，所述直线动子包括外圆筒部和内压盘部，所述外圆筒部用于与直线定子作用实现直线驱动，所述内压盘部为中空结构，内压盘部设有止推轴承组件，所述第二驱动轴的外侧设有连接推盘，所述连接推盘的前后两侧均通过止推轴承组件与所述内压盘部的对应内壁接触而实现推压作用。

进一步，所述升降控制卷筒包括卷筒本体和驱动筒盖，所述卷筒本体用于缠绕拉绳，所述滑动轴座包括滑动套筒，所述中心驱动蜗杆的末端设有滑动转轴，所述滑动套筒用于容纳滑动转轴的复合运动，所述滑动转轴的外侧设有轴向的驱动槽，所述驱动筒盖套装在滑动转轴外侧，所述驱动筒盖设有驱动凸头，所述驱动凸头用于与驱动槽配合而实现对驱动筒盖的转动驱动，所述驱动筒盖与所述滑动套筒转动连接，所述卷筒本体固定连接在驱动筒盖的外侧。

进一步，所述中空帆杆的外侧设有竖向的导向轨槽，所述导向轨槽用于实现所述角度控制舵环与所述中空帆杆之间的周向限位。

进一步，所述吊装环支撑体与支撑横杆竖向两两相邻之间连接有承重绳，所述承重绳内置固定在帆布本体中，所述帆布本体的两侧设有弹性带，所述弹性带用于一体封接所述帆布本体外沿和所述支撑横杆外端。

进一步，所述中空帆杆顶部设有滑轮吊起组件，所述中空帆杆内的拉绳通过所述滑轮吊起组件而穿出所述中空帆杆并与所述吊装环支撑体连接。

进一步，所述帆布本体下边沿的支撑横杆设有转动圆套，所述转动圆套用于与所述角度控制舵杆的上端转动连接从而实现作用于帆布本体的下部的角度控制过程。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明通过直线旋转集成驱动装置，实现了船帆的大范围角度自锁式调节，并能通过直线驱动部进行微调，并可适应风向变化规律，对风况波动情况进行一定程度的观测；

(2)本发明所采用的中心驱动蜗杆的转动可实现对船帆角度和船帆升降的统一控制，减少了驱动部件，提高了系统的可靠性，降低了使用成本，易于实现智能自动化远程控制；

(3)本发明的帆布本体的角度控制采用支撑横杆与角度控制舵杆共同驱动的方式，提高了帆布本体角度变化过程中的抗干扰性和精确性，同时利用弹性带实现了船帆升降过程中的帆布本体的收放，避免产生额外阻力，降低了船帆升降的难度。

附图说明

图1是本发明风舵装置的整体结构示意图；

图2是本发明风舵装置的下部驱动结构的俯视图；

图3是本发明直线旋转集成驱动装置1的内部结构示意图；

图4是本发明升降控制卷筒5与滑动轴座6的连接关系示意图；

1-直线旋转集成驱动装置，11-旋转驱动部，111-旋转定子，112-旋转转子，113-第一驱动轴，114-回转角度传感器，12-直线驱动部，121-直线定子，122-直线动子，122a-连接推盘，123-止推轴承组件，124-第二驱动轴，125-直线位移传感器，13-安装外壳，14-转矩直线轴承组件，2-中心驱动蜗杆，21-滑动转轴，211-驱动槽，3-蜗轮盘体，31-角度控制盘，311-角度控制舵杆，4-滑动轴座，41-滑动套筒，5-升降控制卷筒，51-卷筒本体，52-驱动筒盖，521-驱动凸头，6-承重帆座，7-中空帆杆，71-滑轮吊起组件，72-角度控制舵环，73-吊装环支撑体，74-支撑横杆，8-帆布本体，81-承重绳，82-弹性带，9-传动滑轮组。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明公开了一种用于无人帆船的集成式风舵装置，包括直线旋转集成驱动装置1、中心驱动蜗杆2、蜗轮盘体3、滑动轴座4、升降控制卷筒5、承重帆座6、中空帆杆7、帆布本体8和传动滑轮组9，所述直线旋转集成驱动装置1固定密封安装在无人帆船的船体上，下面对直线旋转集成驱动装置1做详细描述，该直线旋转集成驱动装置1包括旋转驱动部11和直线驱动部12，所述旋转驱动部11和直线驱动部12串行连接，所述旋转驱动部11和直线驱动部12均包括一体连接的安装外壳13，所述旋转驱动部11的安装外壳13内壁固定有旋转定子111，所述旋转定子111内部设有旋转转子112，所述旋转转子112中心固定插接有第一驱动轴113，所述第一驱动轴113前端连接有转矩直线轴承组件14，所述第一驱动轴113通过转矩直线轴承组件14连接有第二驱动轴124，所述直线驱动部12的安装外壳13内壁固定有直线定子121，直线定子121内侧设有直线动子122，所述直线动子122与第二驱动轴124转动连接。所述第一驱动轴113的后端设有回转角度传感器114，所述回转角度传感器114用于检测回转圈数，所述直线驱动部12内腔固定设有直线位移传感器125，所述直线位移传感器125用于检测直线动子122的相对位移。具体地，该直线动子122包括外圆筒部和内压盘部，所述外圆筒部用于与直线定子121作用实现直线驱动，所述内压盘部为中空结构，内压盘部设有止推轴承组件123，所述第二驱动轴124的外侧设有连接推盘122a，所述连接推盘122a的前后两侧均通过止推轴承组件123与所述内压盘部的对应内壁接触而实现推压作用，所述直线旋转集成驱动装置1的传动输出端，即第二驱动轴124，通过联轴器连接有中心驱动蜗杆2。

所述中心驱动蜗杆2的末端通过滑动轴座4安装在无人帆船的船体上，所述滑动轴座4的侧部设有升降控制卷筒5，升降控制卷筒5设有电磁锁定装置，所述升降控制卷筒5通过与中心驱动蜗杆2驱动连接而实现回转过程，具体的连接方式如下下，该升降控制卷筒5包括卷筒本体51和驱动筒盖52，所述卷筒本体51用于缠绕拉绳，所述滑动轴座4包括滑动套筒41，所述中心驱动蜗杆2的末端设有滑动转轴21，所述滑动套筒41用于容纳滑动转轴21的复合运动，所述滑动转轴21的外侧设有轴向的驱动槽211，所述驱动筒盖52套装在滑动转轴21外侧，所述驱动筒盖52设有驱动凸头521，所述驱动凸头521为滑柱结构，驱动筒盖52设有径向滑孔，驱动凸头521插装径向滑孔内并设有电磁装置，驱动凸头521通过弹簧连接在驱动筒盖52内孔中，电磁装置可控制驱动凸头521是否插入驱动槽211，所述驱动凸头521用于与驱动槽211配合而实现对驱动筒盖52的转动驱动，所述驱动筒盖52与所述滑动套筒41转动连接，所述卷筒本体51固定连接在驱动筒盖52的外侧。

所述蜗轮盘体3下部通过承重帆座6转动安装在无人帆船的船体上，所述蜗轮盘体3的中心贯穿固定连接有中空帆杆7，所述中空帆杆7的外侧设有竖向的导向轨槽，所述导向轨槽用于实现所述角度控制舵环72与所述中空帆杆7之间的周向限位。所述蜗轮盘体3的上部固定贴装有角度控制盘31，所述角度控制盘31上设有角度控制舵杆311，所述角度控制盘31通过蜗轮盘体3与中心驱动蜗杆2的接触啮合实现转动过程，所述中空帆杆7外侧间隔套装有角度控制舵环72，所述角度控制环的两侧固定连接有外伸式的支撑横杆74，所述支撑横杆74与帆布本体8固定接合，所述帆布本体8下边沿的支撑横杆74设有转动圆套，所述转动圆套用于与所述角度控制舵杆311的上端转动连接从而实现作用于帆布本体8的下部的角度控制过程。

所述帆布本体8顶部固定接合有吊装环支撑体73，为了达到更好的帆布本体8受力效果，所述吊装环支撑体73与支撑横杆74竖向两两相邻之间连接有承重绳81，所述承重绳81内置固定在帆布本体8中，所述帆布本体8的两侧设有弹性带82，所述弹性带82用于一体封接所述帆布本体8外沿和所述支撑横杆74外端。所述吊装环支撑体73套装在中空帆杆7外侧，所述中空帆杆7顶部设有滑轮吊起组件71，所述中空帆杆7内的拉绳通过所述滑轮吊起组件71而穿出所述中空帆杆7并与所述吊装环支撑体73连接，所述升降控制卷筒5上的拉绳通过传动滑轮组9而穿出中空帆杆7顶部与所述吊装环支撑体73连接实现对所述帆布本体8的吊放。

在实际应用时，通过无人帆船的控制系统控制给旋转定子111通电，旋转定子111驱动旋转转子112转动，并且带动第一驱动轴113连续转动，继而带动第二驱动轴124转动，第一驱动轴113与第二驱动轴124之间可相对滑动，而直线定子121与直线动子122起到直线电机驱动的作用从而推动第二驱动轴124相对第一驱动轴113的左右平移运动，中心驱动蜗杆2通过连续转动进行大范围角度的中空帆杆7与角度控制舵杆311的同步转动，该传动方式在直线驱动部12锁定时，具有自锁效应，可防止静态下船帆的自由转动，并且通过直线驱动部12的平移运动可以实现中空帆杆7与角度控制舵杆311的同步摆动，从而实现角度微调，进而使得帆布本体8获得所需的精准受风角度。并且在直线驱动部12不通电工作时，可以在平稳海况条件下，对风力变化的测控，为反馈控制提供了基础，而升降控制卷筒5直接接收中心驱动蜗杆2所传递的动力，实现对拉绳的收放，进而实现对帆布本体8的升降起落，在具体的配置时，可将蜗轮蜗杆机构的齿距和卷筒本体51的直径进行选定，从而确定船帆角度控制的幅度和船帆升降的速度。本风舵装置主要两种工作模式，第一种，驱动凸头521未插入驱动槽211，此时升降控制卷筒5不工作，升降控制卷筒5被锁定，进行单一角度控制工作模式；第二种，需要进行升降帆时，驱动凸头521插入驱动槽211，升降控制卷筒5进行升降帆操作，其升降过程可通过回转角度传感器114进行控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。