STEM ROV製作分享 : 360簡易水下推進器製作

本篇文章介紹如何利用360碳刷馬達與簡易的材料來製作簡易水下推進器。

這是一個成本低廉與推進動力不錯的方案。提供中小學的科學小船製作動力選擇或製作簡易ROV參考。其簡易的DIY過程讓學生體會自己動手做水下推進器的的樂趣!! 目前ROV MAKER團隊推出的伊帕內瑪水管ROV套件包也是採用這種簡易的方案。

成本的考量上，碳刷馬達價格比無刷馬達價格便宜很多。馬達控制方面，無刷馬達需要另外使用電子變速器(ESC)來控制，而碳刷馬達可以使用一般學校使用價格便宜的L298N系列馬達驅動版。

這裡要特別注意的，碳刷馬達的扭力來自於通電後產生的反電動勢。在特定的工作電壓下，馬達的扭力是跟電流成正比。水的阻力高於空氣甚多，因此馬達在水中的耗電流往往會是空氣中耗電流的數倍甚至數十倍，以一個12000轉的碳刷馬達製作成簡易推進器後，空氣中空轉電流約0.27A，但是水中耗電流可以達到3.5A以上!!

一般做為水中推進器的馬達，其轉速都不高。您可以回憶騎單車的經驗，在平地上騎單車可以切換到高速檔，遇到爬坡通常會切換到低速檔，省力甚至省時。

針對水中推進器的特性，ROV MAKER也推出 RS-360 ENJOY 碳刷馬達，這是一款轉速約5000RPM的低速馬達，搭配水下推進器槳葉，耗電流約在1.7A/15V 與12.1A/14V左右。目前市售L298N系列的馬達驅動版工作電流約在1A-2A之間，可以挑選工作電流可達2A的L298N系列的馬達驅動版。

水下推進器槳葉，是一款兩葉的高速船槳正反槳。正反槳的好處是可以利用兩組推進器的正反轉來達到船隻轉向，省卻船舵的使用。

 

在CFD (Computational Fluid Dynamics) 模擬中可以發現水下推進器槳葉即使在沒有推進器外罩的情況下，在水中可以提供一個集中穩定的推力。

 

碳刷馬達跟槳葉之間需要聯軸器來做連接，ROV MAKER推出鋁合金馬達傳動軸。鋁合金的好處是比黃銅更耐海水使用，其質量輕，對於碳刷馬達剛啟動的阻礙小。其一端是2.3mm孔徑可以直接套入碳刷馬達動軸。另一端是加工過的M4螺絲孔，可以透過M4螺絲將槳葉固定在聯軸器上。可使用M3x3 止付螺絲，讓聯軸器兩端的馬達與槳葉更緊密結合。

360簡易水下推進器的防水處理基本概念，是把零錢盒當作推進器外殼，碳刷馬達放置其內。零錢盒兩端用特殊黃油填滿處裡達到防水效果。如果是一般水面或水下兩三米，這樣的防水處理是足夠的。這是網路早已流傳的簡易推進器製作方式，適合國中小學生實作並從中進入水下機器人領域。大略步驟是

• 零錢盒兩端鑽孔
• 365直流碳刷馬達表面有很多散熱的孔，使用絕緣膠帶封之
• 焊接相關電線至馬達兩個電極
• 馬達兩端塗上特殊黃油，密封零錢盒

特殊黃油可以參考 特調黃油圈，一個特調黃油圈可以製作非常多組的360簡易水下推進器。

完整的360簡易水下推進器組裝說明，請參考下列影片

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