CN209852551U - 一种无人遥控潜水器推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人遥控潜水器推进器，包括有机壳，设置于机壳内的无刷直流电机，设置于机壳外壁上的接线盒，以及尼龙螺旋桨；无刷直流电机包括有定子、转子、定轴、位置传感器电路板、导磁盘、电子换向电路和电机控制器，转子设置于定子的外圈，定轴与转子固定连接，位置传感器电路板、导磁盘均固定连接于定子上；定子包括有三相定子绕组，转子为永磁体，电子换向电路、位置传感器电路板均与电机控制器连接，定子的三相定子绕组通过电子换向电路与接线盒连接。本实用新型的驱动电机采用无刷直流电机，解决现有推进器电机易损坏和控制操作复杂的问题，螺旋桨采用尼龙螺旋桨，解决了螺旋桨自身重量大、不耐腐蚀的问题。

Description

一种无人遥控潜水器推进器

技术领域

本实用新型涉及潜水器领域，具体是一种无人遥控潜水器推进器。

背景技术

无人遥控潜水器(ROV)是无人潜水的重要设备。由于ROV具有安全、经济、高效和作业深度大等突出特点，在世界上得到了越来越广泛的应用。电机是推进器的核心，一般常见的直流电机具有响应快速、较大的起动转矩的特点，可以实现从零转速至额定转速的高性能。但直流电机在产生额定负载下具有恒定转矩的性能，即电枢磁场与转子磁场须一直维持在90°，需要碳刷和整流子。而碳刷和整流子在电机转动时会产生火花，碳粉也会造成组件损坏之外，使用场合受限。交流电机虽然没有碳刷和整流子，但是在特性上若要达到相当于直流电机的性能，需要极其复杂的控制技术才能达到。推进器除了电机外，螺旋桨也是必不可少的，常见的螺旋桨材料多选用铜合金，其中镍铝青铜又是首选材料。但如果是小型ROV使用这种材料的螺旋桨有可能会导致电机负载过大。再加上近年来港湾和江河水域的海水污染加剧，铜合金螺旋桨的耐蚀性能也开始出现问题。工业废水和城市污水的排放，使水中的有机物大量增加，导致厌气性硫酸盐还原菌大量繁殖。海水中的硫酸盐被还原后产生了对铜合金具有强烈腐蚀作用的硫离子。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种无人遥控潜水器推进器，解决现有推进器电机易损坏和控制操作复杂的问题，以及螺旋桨自身重量大、不耐腐蚀的问题。

本实用新型的技术方案为：

一种无人遥控潜水器推进器，包括有机壳，设置于机壳内的无刷直流电机，设置于机壳外壁上的接线盒，以及尼龙螺旋桨；所述的无刷直流电机包括有定子、转子、定轴、位置传感器电路板、导磁盘、电子换向电路和电机控制器，所述的转子设置于定子的外圈，所述的定轴与转子固定连接，所述的位置传感器电路板、导磁盘均固定连接于定子上，所述的电子换向电路和电机控制器固定于机壳内；所述的定子包括有三相定子绕组，所述的转子为永磁体；所述的电子换向电路包括有六个功率管，每两个功率管为一组，一组功率管中，其中一个功率管的源极和另一个功率管的漏极均与三相定子绕组的其中一相绕组连接，其中一个功率管的漏极连接电源正极，另一个功率管的源极连接电源负极，两个功率的栅极均与电机控制器连接；所述的位置传感器电路板上固定有三个位置传感器，三个位置传感器均与电机控制器连接；所述的定轴后端部伸出到机壳外，所述尼龙螺旋桨固定连接于定轴的后端上；所述的电子换向电路通过接线盒内的接线柱与电源连接。

所述的机壳是由管状壳体和连接于管状壳体两端的前端盖和后端盖组成，所述的定轴后端部从后端盖伸出到机壳外。

所述的尼龙螺旋桨外罩设有环形结构的罩壳，所述的罩壳固定连接于后端盖上。

所述的位置传感器选用霍尔位置传感器。

所述的定轴的后端通过联轴器与尼龙螺旋桨的传动轴固定连接。

所述的电子换向电路和电机控制器固定于定子上。

本实用新型的优点：

(1)、本实用新型的推进器驱动电机采用无刷直流电动机，主要包括定子和转子两部分，定予绕组分为A、B、C三相，每相相位相差120，采用星形连接，三相绕组分别与电子换向电路中相应的功率管连接，转子由N、S两极组成，极对数为1，电子换向电路用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，电子换向电路将电源功率以定的逻辑分配关系分配给电机定子上的各相绕组，以便使电机产生持续不断的转矩，定子上的霍尔位置检测器的作用是检测转子磁极相对于定子绕组的位置信号，进而控制逻辑开关单元的各相绕组导通顺序和时间。

(2)、本实用新型的螺旋桨采用尼龙螺旋桨，在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面的高性能优势，被广泛应用，以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的爆炸图。

图3是本实用新型电子换向电路的电路连接图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1-图3，一种无人遥控潜水器推进器，包括有机壳，设置于机壳内的无刷直流电机，设置于机壳外壁上的接线盒12，以及尼龙螺旋桨10；机壳是由管状壳体1和连接于管状壳体1两端的前端盖2和后端盖3组成；无刷直流电机包括有定子4、转子5、定轴6、位置传感器电路板7、导磁盘8、电子换向电路和电机控制器，转子5设置于定子4的外圈，定轴6与转子5固定连接，位置传感器电路板7、导磁盘8、电子换向电路和电机控制器均固定连接于定子4上；定子4包括有三相定子绕组，转子5为永磁体；电子换向电路包括有六个功率管Q1-Q6，功率管Q1和Q2为一组，功率管Q3和Q4为一组，功率管Q5和Q6为一组，每组功率管中，其中一个功率管的源极和另一个功率管的漏极均与三相定子绕组的其中一相绕组连接，其中一个功率管的漏极连接电源正极，另一个功率管的源极连接电源负极，两个功率的栅极均与电机控制器连接；位置传感器电路板7上固定有三个霍尔位置传感器，三个霍尔位置传感器均与电机控制器连接；定轴6后端部从后端盖3伸出到机壳外，定轴6的后端通过联轴器9与尼龙螺旋桨10的传动轴固定连接，尼龙螺旋桨10外罩设有环形结构的罩壳11，罩壳11固定连接于后端盖3上；电子换向电路通过接线盒12内的接线柱13与电源连接。

本实用新型的工作原理：

接线柱13连接电源之后，无刷直流电机启动，定子4三相定子绕组的某一相通电时，该电流与转子5永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子5旋转，从而带动与定轴6相连的尼龙螺旋桨10转动，然后尼龙螺旋桨10一面产生正压，一面产生负压，进而推动水流达到前进效果；转子5旋转时，位置传感器电路板7上的霍尔位置传感器将转子5磁钢位置变换成电信号，发送给电机控制器，电机控制器输出PWM信号控制定子4三相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子5位置的变化而按规定的次序换相。

电机控制器控制换向的具体原理为：电机控制器根据霍尔位置传感器采集转子的位置信息按定顺序组合六个功率管的导通，定子的三相绕组也就按顺序导通，实现电机的运转；这里采用两两通电，三相六状态方式，也就是指每一个瞬间上下桥臂各有两个功率管导通，每隔1/6周期(60电角度)换相一次，每次换相一个功率管，每个功率管一次导通120电角度，各功率管导通顺序依次是Q1Q4——Q1Q6——Q3Q6——Q3Q2——Q5Q2——Q5Q4。由于电子换向电路的导通次序与转子转角同步，因而起到了机械换向器的换向作用。

对于星形连接的三相无刷直流电机，在理想条件下，任何时刻只有两相绕组通电导通，第三相不导通。这时，导通的两相电流大小相等但方向相反，不导通的电流等于0,而且导通的两相反电动势大小也相等，方向相反。设加在两相通电绕组上的电压平均值为U，则电压平衡方程式

为:U＝2RsIs+2LspIs+2Es+2Vsw＝2Ur+2Ul+2Es+2Vsw。

式中，Ur为电枢绕组的电阻压降，Ul为绕组电感压降，Es为绕组反电动势，Vsw为功率开关管压降。

Ce＝NLpt/15是由电机结构参数所决定的电动势常数，B为气隙磁感应强度，n为电机转速。

所以，可得到电机转速为：n＝(U-2Ur-2Ul-2Vsw)/(2CeB)

由上式可知，无刷直流电机的转速调节可以通过改变外加平均电压U来实现，当U较大时，电机转速n就较大，当U较小时，电机转速n就较小。因此，电机控制器可通过PWM(脉宽调制)信号实现电机调速，通过调节功率管的PWM触发信号的占空比来改变外施的平均电压U,从而实现电机的调速。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种无人遥控潜水器推进器，其特征在于：包括有机壳，设置于机壳内的无刷直流电机，设置于机壳外壁上的接线盒，以及尼龙螺旋桨；所述的无刷直流电机包括有定子、转子、定轴、位置传感器电路板、导磁盘、电子换向电路和电机控制器，所述的转子设置于定子的外圈，所述的定轴与转子固定连接，所述的位置传感器电路板、导磁盘均固定连接于定子上，所述的电子换向电路和电机控制器固定于机壳内；所述的定子包括有三相定子绕组，所述的转子为永磁体；所述的电子换向电路包括有六个功率管，每两个功率管为一组，一组功率管中，其中一个功率管的源极和另一个功率管的漏极均与三相定子绕组的其中一相绕组连接，其中一个功率管的漏极连接电源正极，另一个功率管的源极连接电源负极，两个功率的栅极均与电机控制器连接；所述的位置传感器电路板上固定有三个位置传感器，三个位置传感器均与电机控制器连接；所述的定轴后端部伸出到机壳外，所述尼龙螺旋桨固定连接于定轴的后端上；所述的电子换向电路通过接线盒内的接线柱与电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人遥控潜水器推进器，其特征在于：所述的机壳是由管状壳体和连接于管状壳体两端的前端盖和后端盖组成，所述的定轴后端部从后端盖伸出到机壳外。

3.根据权利要求2所述的一种无人遥控潜水器推进器，其特征在于：所述的尼龙螺旋桨外罩设有环形结构的罩壳，所述的罩壳固定连接于后端盖上。

4.根据权利要求1所述的一种无人遥控潜水器推进器，其特征在于：所述的位置传感器选用霍尔位置传感器。

5.根据权利要求1所述的一种无人遥控潜水器推进器，其特征在于：所述的定轴的后端通过联轴器与尼龙螺旋桨的传动轴固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种无人遥控潜水器推进器，其特征在于：所述的电子换向电路和电机控制器固定于定子上。