海洋水下机器人电动机分析.pdf

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设计分折
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特史机201年第4期
海洋水下机器人电动机分析
武建文,李德成2
(1.北京航空航天大学,北京100083;2,沈阳工业大学,辽宁沈阳110023)
Analysis on Motor of Ocean Submarine Robot
WU Jian-wen, L/ De-cheng
(1. Beijing University of Aeronautics Astronautics, Beijing 100083, China;
2. Shenyang Polytechnic University, Shenyang 110023, China)
摘要;介绍了已研制的各种海洋水下机器人用电动机
4)深海型(约1000m)
的技术参数、电磁设计和结构设计特点以及关键技术问题。
(5)超深海型(约6000m)
这些海洋水下机器人电动机已成功应用于我国不同功能海
因此,海洋水下机器人电动机除具有不同的电
;洋水下机器人中,并且运行状况良好。
气性能和结构参数外,还必须具备耐海水腐蚀性、耐
关犍词:电动机;水下机器人;海洋
水压机械结构以及可靠的密封结构。
中图分类号:TM33;TM34文献标识码:A
文章编号:1004-7018(2004)04-0016-03
海洋水下机器人的驱动方式分为电力传动和液
Abstract: Motors of ocean submarine robot have been de
力传动,供电方式分为电缆供电和蓄电池(镍氢电
veloped in many kinds. The technical parameters, electrical ma
池、银锌电池和燃料电池等),供电电压为几十伏到
netic design and construction design and key technical problems几千伏,功率为几百瓦到一百多千瓦,交流异步电动
of these kinds of motors have been introduced in this pape.机用于大功率液力传动,水磁钕铁硼直流电动机则
These motors have been applied to ocean sunmarine robots with用于小功率多台电机电力传动,近年来又在研制开
differenl functions in our country and have good running staf发无刷直流电动机,使之更适于充油式平衡压力结
Keywords: motor; submarine robot ocean
构
1引言
3敏铁硼永磁直流电动机
现今世界各国为了研究海洋、开发利用海洋,在3.1SZYH58-0.25钕铁硼永磁直流电动机
:海洋打捞救助、海港口岸勘察、海底矿产勘测、海洋
SZYH58-0.25钕铁硼永磁直流电动机是用于
石油勘探开采以及海洋军事等领域积极开发研制不
同水下深度、不同功能的海洋水下机器人。目前我
水面救助海洋机器人的推进器。由于海上事故和海
难事故是在风大浪大的气候条件下发生的,所以海
国的海洋水下机器人的开发研究已经达到国际先进
上救助救援工作都是在海况恶劣条件下进行的,要
;水平。
求海洋救助机器人具备如下性能
海洋水下机器人用电动机经十几年的潜心开发
;与研究,先后研制成各种不同潜海深度、不同功能的
(1)抗风浪能力要强;
(2)航速快,航速2.056m/s(4节),最高航速
海洋水下机器人用电动机,其中有用于海洋水下机
2.827m/s(5.5节);
器人行走的推进器驱动电动机,用于六功能机械手
(3)时间短,5~10mim要到达事故地点;
海
的驱动电动机,用于大洋科学考察机器人随动系缆
洋;绞车电动机,用于带缆水下机器人中继器电动机。
(4)抢救半径应达到600~1200m;
水
(5)重量不超过2.5kg(含导流罩和螺旋桨)
机2海洋水下机器人电动机的特点
根据上述要求,决定釆用钕铁硼直流电动机,供
器
人
按照不同潜水深度,海洋水下机器人电动机大电源采用镍氢电池,性能要求为
电
动;体分为五种类型:
额定功率:Pw=250W;
机
(1)水面型(约1~3m)
额定电压:w=100V;
分
析
(2)浅海型(约45~60m
额定转速:n、=12000r/min
3)中海深型(约300m)
速比:5.4:1;
工作水深:1~3m
收稿日期:2004-02-13
外型尺寸:58mmx180mm
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特电和201年第4期
设计分斯
电动机功率的确定。驱动电动机功率的大小应
(2)作业时间长达55h;
根据海洋救助机器人推进器整体阻力的大小来确
(3)燃料电池供电,调压调速;
定。海洋救助机器人载体在半浮状态下的阻力、两
(4)重量不超过10kgo
台358mm外径推进器的阻力和500m羍引统绳
根据上述要求,决定采用钕铁硼永磁直流电动
阻力的总和为8.66kg,考虑匹配系数、螺旋桨效率机,充油内压平衡式密封结构,性能要求
和轴系传动损失,折合到单机轴功率为224W,因此
功率等级;PN=30、41、160、500、950W,共5挡;
取单电机的额定功率为250W。
额定电压;=86V;
电动机电压的确定。采用镍氢电池供电,每节
转速等级:nw=500、630、1000、1500、1800r/
电池电压为1.2V,90节电池串联最高工作电压为min,共5挡
108V,最低允许工作电压为0.8倍额定电压,最低
工作水深:300m;
警戒电压为90V考虑电池组放电工作时间,机器
外型尺寸:p110mmx370mm。
人作业半径和航速控制等因素,确定电动机的额定
设计功率的确定。该电机的功率范围跨度大,
电压为100V。
分别为30、41、160、500950W,根据作业时间长短,
电动机转速的确定。海洋救助机器人要求航速确定设计的中心功率为500W,高效率功率为160W。
不低于4节(2.056m/s),要求10mim达到1200m
设计电压的确定。燃料电池的标称电压为90
距离。计算结果螺旋桨转速应不低于1875r/min,V,考虑燃料电池的电压波动和控制系统压降,确定
为了缩小电动机体积提高电机转速,因此采用行星950W时的额定电压为86V,全程功率实行降压调速。
减速传动机构,减速比为5.4:1,由此确定电动机的
设计转速的确定。根据实验所得的螺旋桨轴功
额定转速为12000r/min。
率与转速的关系曲线确定最高工作转速为1800r/
电动机的结构设计。对该电动机的要求:出力min,160W时转速为1000r/mim左右,对应螺旋桨
大、体积小、效率高、换向性能好、转速变化率小,参高效点转速。
数符合控制系统要求以及节省电池能源等,隔水套
为了很好解决功率跨度大以及电压、转速调节