CN102075053A - 集成驱动器的深海水下直流无刷马达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深海水下马达，旨在提供一种集成驱动器的深海水下直流无刷马达。该马达，包括安装于密封壳体内的直流无刷马达定子和转子；在密封壳体上与输出轴端端盖的相对一侧，设有接线端端盖；接线端端盖的外侧安装有驱动器舱，驱动器舱内设置驱动器和压力补偿器；密封壳体与驱动器舱均实现密封装配，其内部充满液压油；接线端端盖上设通孔，使密封壳体与驱动器舱相通，驱动器的电气接线经通孔接于马达定子和转子。本发明有效克服了无刷马达在水下应用时传感器信号易受干绕的缺点，大大简化了马达的外接电缆；集成使得推进器整体结构更加紧凑，马达能够承受6000米深的海水压力；可采用经济的水密接插件半缆进行马达的电气连接，系统成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种深海水下马达，更具体涉及一种可以直接用于驱动螺旋桨的集成驱动器的深海水下直流无刷马达。
背景技术
水下马达广泛用于水下机器人等水下机电装备，基于直流无刷马达的水下马达，具有功率体积比大，扭矩大，效率高等优点。现有的水下马达，其结构多是在现有马达外加装一个密封壳体，在伸出轴部分进行密封，马达的电缆通过密封壳体上的水密接插件与外界实现电气连接。但是，这种结构形式的水下马达普遍存在体形笨重，径向尺寸过大，扭矩不够高等问题。当用于驱动水下机器人的螺旋桨时，一方面径向尺寸过大，导致螺旋桨推进器尺寸超标，另一方面扭矩不高，通常需要配合减速器使用，造成推进器整体笨重。
现有的水下马达较少使用直流无刷马达，虽然直流无刷马达具有诸多优点，但在现有的结构形式和应用方法下，却很难正常地应用于水下机电装备。因为无刷马达的霍尔传感器信号线的长度一般不能太长，霍尔位置信号极易受到马达的三相线的干扰，导致驱动器换相错误，马达停转。这一问题在使用水密接插件时更加严重，由于水密接插件线缆中没有相应的屏蔽，而且电机三相线与霍尔信号线绞成一束，对霍尔位置信号干扰极其严重。即使将马达三相线与霍尔传感器信号线分成两根水密接插件传输，仍然不能根本解决问题，线缆长度依然不能太长，而且水密接插件价格昂贵，提高了系统成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可以直接用于驱动螺旋桨的集成驱动器的深海水下直流无刷马达，使之更适用于水下推进系统。
为解决技术问题，本发明是通过如下技术方案实现：
提供一种集成驱动器的深海水下直流无刷马达，包括安装于密封壳体内的直流无刷马达定子和转子，密封壳体的一端设输出轴端端盖，转子的轴穿过位于输出轴端端盖中心的轴承，轴的前端设螺旋桨；在所述密封壳体上与输出轴端端盖的相对一侧，设有接线端端盖；接线端端盖的外侧安装有驱动器舱，驱动器舱内设置驱动器和压力补偿器；密封壳体与驱动器舱均实现密封装配，其内部充满液压油；接线端端盖上设通孔，使密封壳体与驱动器舱相通，驱动器的电气接线经通孔接于马达定子和转子。
本发明中，所述密封壳体上设两个接头，其中一个是缆线软管接头，另一个是充油软管接头。
本发明中，所述驱动器舱的内壁上设一与外界连通的通孔；所述压力补偿器有一膜片，其边缘以压片和螺钉密封固定于驱动器舱内壁并包围住通孔，膜片与驱动器舱盖之间设一弹簧。
本发明中，所述压力补偿器的膜片具有杯罩式结构，其侧面为风琴式可折叠伸缩部。
作为压力补偿器，膜片的一侧通过驱动器舱上的通孔与外部海水相通，另一侧则是密封壳体与驱动器舱内部所充的液压油；膜片与驱动器舱壁之间的弹簧为内部液压油提供预压力，防止海水渗入；膜片在受压时发生形变，保证内外压平衡，实现压力补偿器的功能。当然也膜片也可以采用其它结构形式，例如圆柱状、蛋壳状等，只要能够实现变形保证内外压力平衡即可。
本发明中，所述密封壳体的外形为圆柱状。
本发明中，所述输出轴端端盖上设有一机械密封舱，其内部安设与转子的轴匹配的机械密封部件；机械密封舱的前端固定有用于安装支撑杆的过渡法兰，支撑杆上固定设置螺旋桨导管。
本发明中，所述轴的顶端以毂帽对轴系零件进行轴向定位。
本发明中，所述密封壳体与驱动器舱内部均充满液压油。
本发明中，直流无刷马达的定子和转子及配备的霍尔传感器均可采用市售产品。马达的轴和密封壳体则按照实际需求进行加工。在密封壳体的后端，加装有驱动器舱，通过螺钉固定在电机接线端端盖上，马达的线缆通过接线端端盖的孔进入驱动器舱。驱动器舱内还安装压力补偿器，使用时向密封壳体和驱动器舱的内部充油，通过压力补偿器的膜片变形实现内外压力平衡。膜片内部还将加一个弹簧以提供额外的压力，使密封壳体内的油压高于外界压力，防止海水渗入。使用时，可利用经济的水密接插件半缆作为电气连接件，即马达的外界电缆首先通过充油管，充油管再与水密接插头密封套接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)将直流无刷马达驱动器与直流无刷马达本体集成，有效克服了无刷马达在水下应用时传感器信号易受干绕的缺点，使之在可靠上完美满足水下马达的要求，进而发挥出无刷马达本身扭矩大，功率体积比大，效率高的优点。
(2)大大简化了马达的外接电缆，只需控制信号与直流电源线，使用更加方便。
(3)马达的密封壳体外形设计为圆形，伸出轴做了额外加长，配合马达本身大扭矩的输出，可以直接驱动螺旋桨，不再需要笨重的减速器，推进器整体结构更加紧凑。
(4)压力补偿器集成到与密封壳体联通的驱动器舱内部，使得马达能够承受6000米深的海水压力。
(5)可采用经济的水密接插件半缆进行马达的电气连接，系统成本低廉。
附图说明
图1是本发明的轴剖图；
图中：1、9、18、21-内六角圆柱头螺钉，2、5-轴承，3-接线端端盖，4-密封壳体，6-输出轴端端盖，7、24、25-O型圈，8、19-平垫圈，10-机械密封，11-支撑杆，12-六角螺母，13-铜衬套，14-过渡法兰，15-毂帽，16-螺旋桨，17-螺旋桨导管，20-机械密封舱，22-定子，23-轴，26-驱动器舱，27-膜片，28-法兰，29-弹簧，30-驱动器电路板。
图2是压力补偿器的结构示意图。
图3是带螺旋桨导管的马达整体效果图。
图4是不带螺旋桨导管的马达整体效果图。
具体实施方式
结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明中的直流无刷马达主要由如下几个大部分组成：直流无刷马达定子、转子、密封壳体、输出轴端端盖、接线端端盖、过渡法兰、机械密封及机械密封舱、驱动器舱、水密接插件半缆等。
直流无刷马达驱动器以及压力补偿器均置于驱动器舱26内，驱动器的电缆通过密封壳体4与驱动器舱26之间的接线端端盖3上的孔接入到定子22里。密封壳体4上有两个软管接头，其中一个用于接供电及控制电缆通过的软管，另一个用作充油口。密封壳体4内的空腔与驱动器舱26的空腔也通过接线端端盖3上的孔相通，使用时从密封壳体4上的充油口为内部充油，通过压力补偿器的膜片27变形实现内外压力平衡。
在轴23的伸出部分采用机械密封10实现密封，并为之配有机械密封舱20，机械密封舱20通过螺钉固定于输出轴端端盖6上。机械密封舱20的前端通过螺钉固定有过渡法兰14，用于安装支撑杆11，以支撑螺旋桨导管17。轴11的前端安装螺旋桨，螺旋桨直接由大转矩的无刷电机直接驱动，结构简洁紧凑。轴11的顶端用毂帽15对轴系零件进行轴向定位。密封壳体4的前后端盖，即输出轴端端盖6和接线端端盖3，与密封壳体4之间均用O型圈进行密封，两个端盖上装有轴承2、5。驱动器器舱26与接线端端盖3之间用螺钉固定，驱动器舱26内壁与接线端端盖3之间的凸缘间亦采用O圈密封。电缆外接时，先从电缆引出口接进一段充油管，充油管的另一头与水密接插件硫化套接，水密接插件再与装有电源和控制器的干舱连接。与一般直接使用水密接插件引出电缆的方案相比，这种“半缆”的方案可以节约水密接插件的数量，提高系统的经济性。
下面结合附图介绍本实施例的工作步骤：
(1)马达在下水运转之前，首先要进行充油，充油口位于密封壳体4上方，和电缆接口一样也是一个软管接头，充油时，电缆接口可作为排气口之用。
(2)供电电源应为直流电，因为整流滤波部分需要用到的电容无法承受海水压力，所以该集成驱动器不带有整流滤波模块，需要外界将交流电整流滤波成一定的直流电，才能供给驱动器，这一点不同于一般直流无刷马达驱动器的交流电的供电形式，应特别注意。
(3)马达的转速与转向由外接控制模拟电压信号(-5V～+5V)进行控制，控制电压的大小决定转速，而正负则决定转向。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.集成驱动器的深海水下直流无刷马达，包括安装于密封壳体内的直流无刷马达定子和转子，密封壳体的一端设输出轴端端盖，转子的轴穿过位于输出轴端端盖中心的轴承，轴的前端设螺旋桨；其特征在于，在所述密封壳体上与输出轴端端盖的相对一侧，设有接线端端盖；接线端端盖的外侧安装有驱动器舱，驱动器舱内设置驱动器和压力补偿器；密封壳体与驱动器舱均实现密封装配；接线端端盖上设通孔，使密封壳体与驱动器舱相通，驱动器的电气接线经通孔接于马达定子和转子。
2.根据权利要求1所述的深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述密封壳体上设两个接头，其中一个是缆线软管接头，另一个是充油软管接头。
3.根据权利要求1所述的深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述驱动器舱的内壁上设一与外界连通的通孔；所述压力补偿器有一膜片，其边缘以压片和螺钉密封固定于驱动器舱内壁并包围住通孔，膜片与驱动器舱盖之间设一弹簧。
4.根据权利要求3所述的深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述压力补偿器的膜片具有杯罩式结构，其侧面为风琴式可折叠伸缩部。
5.根据权利要求1所述的深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述密封壳体的外形为圆柱状。
6.根据权利要求1所述的深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述输出轴端端盖上设有一机械密封舱，其内部安设与转子的轴匹配的机械密封部件；机械密封舱的前端固定有用于安装支撑杆的过渡法兰，支撑杆上固定设置螺旋桨导管。
7.根据权利要求1所述的深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述轴的顶端以毂帽对轴系零件进行轴向定位。
8.根据权利要求1至7各项中所述的任意一种深海水下直流无刷马达，其特征在于，所述密封壳体与驱动器舱内部均充满液压油。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120822 Termination date: 20131116 |