AGV用輪轂電機(jī)參數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊永慶

摘 要：目前AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)普遍采用高速電機(jī)加減速機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，導(dǎo)致得AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率低，續(xù)航里程和續(xù)航能力不足的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，依據(jù)AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要的參數(shù)，采用輪轂電機(jī)直接與車輪相連的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提高了效率，進(jìn)而解決了AGV續(xù)航能力不足的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：AGV；輪轂電機(jī)；直驅(qū)

中圖分類號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle）稱為自動(dòng)導(dǎo)向運(yùn)輸車，是指設(shè)置了光學(xué)或者電磁等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠按照規(guī)定的路徑行駛且具有安全保護(hù)的運(yùn)輸車。AGV具有行動(dòng)靈活、運(yùn)輸效率高的特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)中的生產(chǎn)車間和倉(cāng)庫(kù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和物流管理具有重要的意義。

1 輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.1 輪轂電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

在AGV中目前的動(dòng)力裝置是通過(guò)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械，能通過(guò)減速機(jī)構(gòu)傳遞到車輪產(chǎn)生AGV的動(dòng)力，這種機(jī)構(gòu)導(dǎo)致效率低，能耗高。由于通過(guò)減速機(jī)進(jìn)行傳遞，使得系統(tǒng)壽命受減速器的影響而降低。而輪轂電機(jī)直接與車輪連接，直接將電能轉(zhuǎn)化為AGV需要的機(jī)械能，因此效率高，使得AGV具有更長(zhǎng)的里程，進(jìn)一步提高了AGV的效率。

1.2 輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

意大利CFR公司的MRT系列輪系統(tǒng)因其優(yōu)良的品質(zhì)在AGV中使用比較普遍。本文針對(duì)其MRT05.AC001產(chǎn)品參數(shù)作為輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求。輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在外形尺寸上，由圖1可見(jiàn)MRT05.AC001產(chǎn)品輪中心距左側(cè)為129，；距右側(cè)為155，軸向長(zhǎng)度為284，本文設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)，輪中心距左側(cè)為71.5，距右側(cè)為146.5，軸向長(zhǎng)度為218；因此本文設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)更有利于空間布置。

2 輪轂電機(jī)的參數(shù)計(jì)算

2.1 輪轂電機(jī)的技術(shù)參數(shù)要求

電機(jī)本體采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，繞組采永注塑工藝，滿足電機(jī)開(kāi)式結(jié)構(gòu)要求，具有防水防潮的能力。極槽配合為22/24，繞組系數(shù)為0.949。輪轂電機(jī)參數(shù)與MRT05.AC001對(duì)比見(jiàn)表1。

2.2 輪轂電機(jī)的空載性能計(jì)算

為減小樣機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電機(jī)本體的設(shè)計(jì)采用有限元法，通過(guò)對(duì)輪轂電機(jī)建立電磁模型，設(shè)定邊界條件，賦予材料屬性，劃分網(wǎng)格進(jìn)而得數(shù)值結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

由圖2可以看出，定子齒部磁密為1.52T，定子軛部為1.08T，轉(zhuǎn)子軛部為0.99T，因此還有進(jìn)步優(yōu)化的空間。通過(guò)空載性能計(jì)算得到空載反電勢(shì)為20V。

2.3 輪轂電機(jī)的滿載性能計(jì)算

在電機(jī)100℃時(shí)，電流8.57A時(shí)的轉(zhuǎn)矩如圖3所示。

由圖3中數(shù)據(jù)可以得到經(jīng)考慮摩擦損耗后輸出轉(zhuǎn)矩為29.28Nm，滿足表1中要求，因此額定電流為8.57A。圖中轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為3.6%，為進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，采用轉(zhuǎn)子斜極和調(diào)整極弧系數(shù)的方式降低齒槽轉(zhuǎn)矩以減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，在計(jì)算時(shí)將斜極角度和極弧系數(shù)作為參數(shù)進(jìn)行掃描計(jì)算。斜極角度和極弧系數(shù)不僅影響齒槽轉(zhuǎn)矩同樣也會(huì)導(dǎo)致電流的變化，因此要考慮溫升和效率以找到平衡點(diǎn)。通過(guò)掃描得到斜極角度為1.62°，極弧系數(shù)為0.916時(shí)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為0.72%，低于1%，符合AGV驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求，此時(shí)額定電流為8.72A。

結(jié)論

本文中設(shè)計(jì)的電機(jī)在采用有限元進(jìn)行機(jī)械計(jì)算后，采用輕質(zhì)材料使得重量低于MRT的23kg；但由于直驅(qū)導(dǎo)致電機(jī)徑向尺寸大于MRT電機(jī)，要求地面平整度更高在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量上，本文整機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為MRT的50%左右，后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)改善了徑向尺寸的問(wèn)題，同時(shí)使得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)一步降低。因此本文中設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)與普通驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)品相比在地面平整度較好，要求長(zhǎng)時(shí)間工作的場(chǎng)合具有突出的優(yōu)勢(shì)。

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