阅读说明：本技术 一种潜水浮力装备 (Diving buoyancy equipment ) 是由 文比强 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种浮力潜水装备,包括浮力装置和推进装置,所述浮力装置为浮力电源背心,包括：浮力背心本体、充放气组件、电源组件和控制系统；所述推进装置包括无轴电机、安装基板、紧固带,所述无轴电机设置于所述安装基板内,所述安装基板通过所述紧固带固定于潜水员身上,所述电源与所述无轴电机电连接；所述电源通过紧固装置固定在潜水员身上；所述推进装置通过防水导线与浮力装置的电源组件连接。本发明的浮力背心可穿戴在人体,浮力背心上带充放气功能,可以根据潜水需要,通过充放气控制背心浮力大小,进而控制下潜的深度。(The invention discloses buoyancy diving equipment, which comprises a buoyancy device and a propelling device, wherein the buoyancy device is a buoyancy power supply vest and comprises: the buoyancy vest comprises a buoyancy vest body, an air inflation and deflation assembly, a power supply assembly and a control system; the propulsion device comprises a shaftless motor, a mounting substrate and a fastening belt, wherein the shaftless motor is arranged in the mounting substrate, the mounting substrate is fixed on the body of a diver through the fastening belt, and the power supply is electrically connected with the shaftless motor; the power supply is fixed on the body of the diver through a fastening device; the propulsion device is connected with a power supply assembly of the buoyancy device through a waterproof wire. The buoyancy vest can be worn on a human body, has the air inflation and deflation functions, and can control the buoyancy of the vest through the air inflation and deflation according to the diving requirements so as to control the diving depth.)

一种潜水浮力装备

技术领域

本发明涉及潜水领域，尤其涉及一种潜水用浮力推进装置。

背景技术

蛙人是一种在水下作业，侦察、***和执行特殊作战任务的部队，因他们携带的装备中有形似青蛙脚形状的游泳工具，所以称之为“蛙人”。随着国际化战略形式的变化，海上冲突模式在悄悄向多元化方向演变，蛙人作战成为一种新型作战手段。对蛙人装备的升级更新，也是各国研究的重点，其中，小型蛙人推进装置（DPV）的重新崛起格外引人注目。各国公司相继推出了军用和民用多种DPV产品，不仅适用于海军特种作战，而且在潜水娱乐、水下摄影等方面也应用广泛。美国Farallon公司的MK系列是目前市面上技术最先进和商业化的DPV，其采用6061-T6铝材料，使重量大幅降低，专门设计的电路板可实现无极变速功能。另外，军用的电路板还配有备用板并且放置在独立的单元里，即使密封出现问题也能保证独立单元的正常运行。俄罗斯海军使用的Protei-5型DPV长约1.75m，宽0.66m，外壳材料为钛合金，由六块无缝铅酸电池提供电力。其具有高航速、远航程、易操纵等优点，但没有调速功能。公开号为CN109334923A的专利公开了一种水下履带机器人浮力调节装置，包括变压整流模块、数据处理模块、加速度传感器模块和控制信号放大模块。但以上各种水下蛙人装备均采用电机推动，动力有限；不能实现上浮和下沉的随时调节。

发明内容

针对现有技术存在的输出功率不足，无法调节浮力大小的问题，提供一种潜水浮力装备，具有输出动力强劲，通过调节浮力大小控制装备上浮或下潜的优点。

本发明采取的具体技术方案是：

一种浮力潜水装备，包括浮力装置和推进装置，所述浮力装置为浮力电源背心，包括：浮力背心本体、充放气组件、电源组件和控制系统，所述浮力背心本体上设有充放气组件，充放气组件包括可充气的膨胀气囊，和设在膨胀气囊上的充气阀门和排气阀门，充气阀门连接充气瓶；所述电源组件设置在浮力背心本体，包括防水外壳、电池组；所述防水外壳上设有电源接口，所述电源接口为水密接口；所述电源接口与防水外壳内的电池组连接；

所述推进装置包括无轴电机、安装基板、紧固带，所述无轴电机设置于所述安装基板内，所述安装基板通过所述紧固带固定于潜水员身上，所述电源与所述无轴电机电连接；所述电源通过紧固装置固定在潜水员身上；所述无轴电机包括定子、转子和机壳，定子和转子设置在机壳内，所述定子设置在转子外圈，转子中心轴中空，中心轴内壁固定设置桨叶；所述定子外壁与机壳固定连接，转子通过轴或轴承与机壳固定连接；所述推进装置通过防水导线与浮力装置的电源组件连接。

进一步地，所述电源浮力背心本体上设有防水口袋，电源组件设置在防水口袋内，防水口袋上设有电源输出端用的水密设备接口。

进一步地，所述浮力背心两侧设有配重带，防水口袋采用背胶魔术贴粘贴在配重带上。

进一步地，所述电源组件为片状锂电池组，锂电池组之间采用环氧灌封胶填充固定。

进一步地，所述膨胀气囊上连接有防爆阀。

进一步地，所述浮力背心的防水等级为IPx8，其面料采用三层层压织物，中间层为氯丁橡胶（CR），在氯丁橡胶层的正反两面分别敷有尼龙布层，外层为耐磨尼龙，内层为轻级别尼龙。

进一步地，所述无轴电机为磁悬浮无轴电机，所述定子固定安装于所述机壳内，转子设置在定子内圈，固定轴设置在转子上，固定轴与机壳固定连接，所述机壳与所述安装基板固定连接；所述转子包括大开槽圆环、小开槽圆环、永磁体和螺旋桨，所述螺旋桨固定设置于转子内侧，所述大开槽圆环设置在所述螺旋桨外侧，所述大开槽圆环的凹槽内交替放置极性不同的永磁体，所述螺旋桨中心设置有小开槽圆环，所述小开槽圆环凹槽内放置一环形永磁体。

进一步地，所述无轴电机为轴承式无轴电机，所述定子安装在电机机壳内，所述转子设置在定子内圈，所述机壳与所述安装基板固定连接；所述转子包括开槽圆环、永磁体、轴承和螺旋桨，所述螺旋桨设置于所述转子内侧，所述开槽圆环设置在所述螺旋桨外侧，所述开槽圆环的凹槽内交替放置极性不同的永磁体，所述开槽圆环内侧设置有轴承，所述转子通过轴承与所述机壳连接。

进一步地，所述永磁体由钕铁硼材料制成。

进一步地，所述定子的绕组采用槽满率较高的绕线方式。

进一步地，所述小开槽圆环内的永磁体内侧设置有钛环。

进一步地，所述控制系统用于控制电源，包括：DC-DC降压模块、MCU控制模块、SVPWM模块、PMSM控制器、电流检测、WIFI模块和RGB指示模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.采用无轴推进电机，具有输出功率大，动力强劲，与现有的有轴电机推进相比，推力可以提高1倍以上；

2.浮力背心穿戴在人体，浮力背心上带充放气功能，可以根据潜水需要，通过充放气控制背心浮力大小，进而控制下潜的深度；

3.推进装置采用无轴电机，与现有电机相比，结构更加紧凑、体积小、携带方便，在水下作业方便操作。

附图说明

图1为电源推进浮力背心的整体结构示意图；

图2为电源推进浮力背心的锂电池组和防水外壳；

图3为电源推进浮力背心的推进器系统框图；

图4为电源背心的控制节点框图；

图5为磁悬浮无轴电机推进装置的整体结构示意图；

图6为磁悬浮无轴电机的定子结构图；

图7为磁悬浮无轴电机的转子结构图；

图8为磁悬浮无轴电机的固定轴结构图；

图9为轴承式无轴电机推进装置的整体结构图；

图10为轴承式无轴电机转子结构图；

图11为轴承式无轴电机机壳正视图；

图12为轴承式无轴电机转子结构侧视图；

图13为浮力潜水设备使用状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

本实施例提供一种浮力潜水设备，包括浮力装置和推进装置，其中浮力装置为浮力电源背心，如图1~2所示，浮力电源背心包括：浮力背心本体1、充放气组件2、电源组件3和控制系统，浮力背心本体1上设有充放气组件2，充放气组件2包括可充气的膨胀气囊21，和设在膨胀气囊21上的充气阀门22和排气阀门23，充气阀门连接充气瓶24。电源组件3设置在浮力背心本体1上，包括防水外壳31、电池组32；防水外壳31上设有电源接口，电源接口为水密接口；电源接口与防水外壳内的电池组连接。

本实施例中，浮力电源背心的防水等级为IP×8，其面料采用三层层压织物，中间层为氯丁橡胶（CR），在氯丁橡胶层的正反两面分别敷有尼龙布层，外层为耐磨尼龙，内层为轻级别尼龙。

该电源浮力背心中虚线包裹的密闭区域为可充气膨胀的气囊21，可借助充气阀22和排气阀门23调节电源推进浮力背心所需浮力的大小。充气阀22一端与电源推进浮力背心本体1连接，另一端在使用时与气瓶24连接，当电源推进浮力背心需要增加浮力时可使用充气阀22，通过气瓶24直接把空气冲进电源推进浮力背心内，当电源推进浮力背心需要减少浮力时，使用排气阀门23排出浮力，同时调整电源推进浮力背心内装置的空气。该浮力背心还设置有低压充气系统，将气瓶中的气体自动充入背心气囊，并设多个排气阀门23可快速排气，排气阀门23优选为3个，也可以根据实际情况设置3个或者3个以上的排气阀门23，具体此处不做限定。

膨胀气囊21上连接有防爆阀4，同时防爆阀4上也可配置防爆拉绳，防止因不小心充气过多或者上升中空气膨胀，而导致浮力调整装置破裂。

浮力背心本体1上设有防水口袋5，电源组件3设置在防水口袋5内，防水口袋5上设有防水导线输出端用的水密设备接口6，通过设置有拉链式口袋，可便于潜水员进行操作，同时也能很好的保护设置在防水口袋5内的装置。拉链为YEK防水拉链。

在本实施例中，电源组件3为片状的锂离子电池组32紧密排列在防水口袋5内部，锂电池组32之间采用环氧灌封胶填充固定。浮力背心本体1两侧设有配重带（图未示），防水口袋5采用背胶魔术贴粘贴在配重带。

如图3~4所示，本实施例中电源组件上的推进控制系统由以下部分组成，DC-DC降压模块、MCU控制模块、SVPWM控制器、PMSM控制器、电流检测、WIFI模块和RGB指示模块。首先，采用锂电池供电，通过DC-DC降压模块用于给MCU供电，MCU模块的核心为C8051F040单片机，其次再通过SVPWM调节和PMSM控制器完成电机驱动、电机转速检测。在电机转动时，电流检测模块检测电机的电压和电流，判断电机是否堵转并采取相应的措施。通过RGB指示灯来指示电量，通过WIFI可以配置推进器的功率参数和工作模式。图4为控制节点框图，通过C8051F040单片机完成电机驱动、制动、电机转速反馈等。

本实施中所用的推进装置包括无轴电机，安装基板和紧固带，如图5~8所示，本实施例中所用的无轴电机为磁悬浮无轴电机11，包括：磁悬浮无轴电机定子111、磁悬浮无轴电机转子112、磁悬浮无轴电机固定轴113和磁悬浮无轴电机机壳114，磁悬浮无轴电机定子111安装于磁悬浮无轴电机机壳114内，磁悬浮无轴电机转子112设置于磁悬浮无轴电机定子111内圈，并与磁悬浮无轴电机固定轴113连接，固定轴113与机壳114连接，固定了转子112和定子111的相对位置；磁悬浮无轴电机机壳114与安装基板2螺纹连接。

磁悬浮无轴电机定子结构如图6所示，包括定子本体111和定子绕组1111，定子本体采用导磁钢，由高性能铁磁材料叠压而成，叠压完毕后需对定子表面进行防腐处理，以避免定子叠片受到海水腐蚀，定子绕组1111由高性能导电材料制成，绕组采用高槽满率绕线工艺以降低电机体积，在绕线完毕后需对绕组进行胶封处理，这可保证推进器在水下工作时绕组结构的稳定性，同时对绕组起到一定的水下防腐作用。

磁悬浮无轴电机转子结构如图7所示，包括：包括大开槽圆环1121、小开槽圆环1122、永磁体1123、钛环1124和螺旋桨1125，螺旋桨1125设置于磁悬浮无轴电机转子112内壁且螺旋桨1125焊接于大开槽圆环1121和小开槽圆环1122之间，大开槽圆环1121设置在螺旋桨1125外侧，大开槽圆环1121的凹槽内交替放置极性不同的永磁体1123，螺旋桨1125内侧设置有小开槽圆环1122；小开槽圆环1122的凹槽内放置一环形永磁体1123，永磁体内侧设置有钛环1124，环形的永磁体1123及钛环1124的总厚度小于小开槽圆环1122的深度，小环所开凹槽仍保留一定余量为佳。钛环1124是为保护永磁体在工作中不受损伤。

磁悬浮无轴电机的固定轴如图8所示，包括固定轴113以及设置在固定轴113上的半圆环形的永磁体1123，固定轴113表面设置有螺纹，在实际装配过程中通过螺纹与安装基板2固定连接，半圆环形的永磁体1123安装于小开槽圆环1122的凹槽内，该半圆环形的永磁体1123与环形的永磁体1123磁极相同，两永磁体1123产生的排斥力用于克服磁悬浮无轴电机转子112自身的重力，同时也使得磁悬浮无轴电机转子112与磁悬浮无轴电机固定轴113不发生直接的接触，减少推进器在运行过程中产生的噪声以及机械损耗，永磁体1123采用钕铁硼材料制，表面进经过电镀处理。固定轴也可以通过轴承与小开槽圆环连接。

磁悬浮无轴电机定子111安装于磁悬浮无轴电机机壳114内，并将磁悬浮无轴电机机壳114与磁悬浮无轴电机固定轴113通过螺纹连接于安装基板2，安装基板2内侧具有螺纹，安装基板2一端上设置有穿孔21，紧固带3采用背胶魔术贴粘贴穿扣于穿孔21上。

实施例2

本实施例提供一种轴承式无轴电机推进装置，如图9~12所示，轴承式无轴电机12包括轴承式无轴电机定子121、轴承式无轴电机转子122、轴承式无轴电机轴承123和轴承式无轴电机机壳124，轴承式无轴电机定子121安装于轴承式无轴电机机壳124内，轴承式无轴电机转子122设置于轴承式无轴电机定子121内圈，轴承式无轴电机机壳124与安装基板螺纹连接。

轴承式无轴电机定子结构与上述实施例1中提到的磁悬浮无轴电机定子结构中所采用的材料与整体结构均类似，具体此处不再赘述。

轴承式无轴电机转子结构如图10、11所示，包括开槽圆环1221、永磁体1222、轴承123和螺旋桨1224，螺旋桨1224设置于轴承式无轴电机转子122内，且螺旋桨1224焊接于开槽圆环1221内壁，开槽圆环1221的凹槽内交替放置极性不同的永磁体1222，开槽圆环1221内侧设置轴承123；如图12所示，轴承123与螺旋桨1224在开槽圆环1221的轴向上平行设置，互不干扰。

如图12所示，轴承式无轴电机轴承123内圈壁与轴承式无轴电机机壳124固定连接，轴承123外壁与转子122内壁固定连接，由于轴承式无轴电机12内并没有设置固定轴，所以也没有限位孔，在推进器运行时，轴承式无轴电机转子122搭接于轴承式无轴电机机壳124并借助轴承实现低阻尼转动，转子带动设置在内壁的螺旋桨转动，由于螺旋桨1224与轴承123轴向平行设置，螺旋桨的转动与轴承的转动互不干扰。轴承式无轴电机12通过螺纹连接于安装基板2，轴承式无轴电机定子121，轴承式无轴电机转子122和轴承式无轴电机机壳124为一个整体，转子与定子通过轴承123限定了相对位置，故而转子122部分无需再进行任何其他固定措施。

安装基板2一端上设置有穿孔21，紧固带3采用背胶魔术贴粘贴穿扣于穿孔21上。

实施例3

本实施例提供一种浮力潜水设备的使用方法，如图13所示，本实施例所用的浮力潜水设备的推进装置的无轴电机7设置在安装基板8上，安装基板8通过紧固带9固定在潜水员腿部两侧。浮力背心本体1可穿戴在潜水员上身，浮力背心上的电源组件3通过防水导线10与无轴电机7连接，提供电力。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。