超小型水下机器人对转集成电机推进器研究

水下机器人具有广泛的应用前景，开发超小型水下机器人是发展水下机器人技术的一个重要方向。目前超小型水下机器人一般采用螺旋桨作为推进器，采用单桨做主推进的水下机器人由于受螺旋桨的转矩作用而容易产生横滚现象，而采用本文研制的对转式集成电机推进器可以避免横滚，同时，由于没有传动轴，也不用担心轴系的密封问题。论文首先对集成电机推进器的结构进行了研究分析，根据超小型水下机器人的工作环境和推进要求，对推进器进行结构设计，选择对转螺旋桨方案；根据集成推进器的结构特点选择合适的螺旋桨类型并计算了主要参数；为满足加工需要，基于坐标变换计算出螺旋桨表面型值点三维空间坐标，并利用SolidWorks软件绘制了螺旋桨三维模型。然后根据水下机器人推进器的特殊要求，分析了几种对转电机的特点，选择了合理的对转电机方案；在诸多电机类型中选择了永磁直流无刷电机作为推进动力源，分析了这种特殊电机的设计特点，基于磁路法对电机进行了设计，计算出电机的主要尺寸和性能等参数。最后用Ansoft电磁场分析软件建立电机有限元模型，进行仿真计算，验证电机设计的合理性。仿真主要计算了电机主要性能，并对电机静磁场和瞬态磁场进行了分析。结果表明，设计的对转集成电机推进器满足超小型水下机器人的设计要求，具有体积小、功率大、调速性好、结构简单、工作可靠、安装方便等优点。同时该推进器能够避免水下机器人的横滚现象。具有良好的工作特性。