AGV用輪轂電機參數(shù)計算和結構設計

 

摘 要：目前AGV驅(qū)動系統(tǒng)普遍采用高速電機加減速機來提供動力，導致得AGV驅(qū)動系統(tǒng)效率低，續(xù)航里程和續(xù)航能力不足的問題。針對該問題，依據(jù)AGV驅(qū)動系統(tǒng)需要的參數(shù)，采用輪轂電機直接與車輪相連的結構，簡化了驅(qū)動系統(tǒng)，提高了效率，進而解決了AGV續(xù)航能力不足的問題。

 

關鍵詞：AGV；輪轂電機；直驅(qū)

中圖分類號：TP24 文獻標志碼：A

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle）稱為自動導向運輸車，是指設置了光學或者電磁等自動導引裝置，能夠按照規(guī)定的路徑行駛且具有安全保護的運輸車。AGV具有行?恿榛?、月栦?率高的特點，廣泛地應用于工業(yè)企業(yè)中的生產(chǎn)車間和倉庫，對工業(yè)生產(chǎn)和物流管理具有重要的意義。

1 輪轂電機的結構

1.1 輪轂電機的優(yōu)勢

在AGV中目前的動力裝置是通過電機將電能轉(zhuǎn)化為機械，能通過減速機構傳遞到車輪產(chǎn)生AGV的動力，這種機構導致效率低，能耗高。由于通過減速機進行傳遞，使得系統(tǒng)壽命受減速器的影響而降低。而輪轂電機直接與車輪連接，直接將電能轉(zhuǎn)化為AGV需要的機械能，因此效率高，使得AGV具有更長的里程，進一步提高了AGV的效率。

1.2 輪轂電機的結構設計

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。本文針對其MRT05.AC001產(chǎn)品參數(shù)作為輪轂電機設計的基本要求。輪轂電機的結構如圖1所示。

在外形尺寸上，由圖1可見MRT05.AC001產(chǎn)品輪中心距左側為129，；距右側為155，軸向長度為284，本文設計的輪轂電機，輪中心距左側為71.5，距右側為146.5，軸向長度為218；因此本文設計的輪轂電機更有利于空間布置。

2 輪轂電機的參數(shù)計算

2.1 輪轂電機的技術參數(shù)要求

電機本體采用外轉(zhuǎn)子結構，繞組采永注塑工藝，滿足電機開式結構要求，具有防水防潮的能力。極槽配合為22/24，繞組系數(shù)為0.949。輪轂電機參數(shù)與MRT05.AC001對比見表1。

2.2 輪轂電機的空載性能計算

為減小樣機風險，對電機本體的設計采用有限元法，通過對輪轂電機建立電磁模型，設定邊界條件，賦予材料屬性，劃分網(wǎng)格進而得數(shù)值結果，并對結果進行分析。

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，因此還有進步優(yōu)化的空間。通過空載性能計算得到空載反電勢為20V。

2.3 輪轂電機的滿載性能計算

在電機100℃時，電流8.57A時的轉(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)矩波動為3.6%，為進一步優(yōu)化轉(zhuǎn)矩波動，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，在計算時將斜極角度和極弧系數(shù)作為參數(shù)進行掃描計算。斜極角度和極弧系數(shù)不僅影響齒槽轉(zhuǎn)矩同樣也會導致電流的變化，因此要考慮溫升和效率以找到平衡點。通過掃描得到斜極角度為1.62°，極弧系數(shù)為0.916時轉(zhuǎn)矩波動為0.72%，低于1%，符合AGV驅(qū)動電機的要求，此時額定電流為8.72A。

結論

本文中設計的電機在采用有限元進行機械計算后，采用輕質(zhì)材料使得重量低于MRT的23kg；但由于直驅(qū)導致電機徑向尺寸大于MRT電機，要求地面平整度更高在轉(zhuǎn)動慣量上，本文整機的轉(zhuǎn)動慣量為MRT的50%左右，后續(xù)設計時采用內(nèi)置式結構改善了徑向尺寸的問題，同時使得轉(zhuǎn)動慣量進一步降低。因此本文中設計的輪轂電機與普通驅(qū)動輪產(chǎn)品相比在地面平整度較好，要求長時間工作的場合具有突出的優(yōu)勢。

參考文獻

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