AGV用輪轂電機參數計算和結構設計

 

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

 

關鍵詞：AGV；輪轂電機；直驅

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，能夠按照規定的路徑行駛且具有安全保護的運輸車。AGV具有行?恿榛睢⒃聳湫?率高的特點，廣泛地應用于工業企業中的生產車間和倉庫，對工業生產和物流管理具有重要的意義。

1 輪轂電機的結構

1.1 輪轂電機的優勢

在AGV中目前的動力裝置是通過電機將電能轉化為機械，能通過減速機構傳遞到車輪產生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系列輪系統因其優良的品質在AGV中使用比較普遍。本文針對其MRT05.AC001產品參數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 輪轂電機的參數計算

2.1 輪轂電機的技術參數要求

電機本體采用外轉子結構，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，繞組系數為0.949。輪轂電機參數與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，劃分網格進而得數值結果，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，轉子軛部為0.99T，因此還有進步優化的空間。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時的轉矩如圖3所示。

由圖3中數據可以得到經考慮摩擦損耗后輸出轉矩為29.28Nm，滿足表1中要求，因此額定電流為8.57A。圖中轉矩波動為3.6%，為進一步優化轉矩波動，采用轉子斜極和調整極弧系數的方式降低齒槽轉矩以減小轉矩波動，在計算時將斜極角度和極弧系數作為參數進行掃描計算。斜極角度和極弧系數不僅影響齒槽轉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°，極弧系數為0.916時轉矩波動為0.72%，低于1%，符合AGV驅動電機的要求，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，采用輕質材料使得重量低于MRT的23kg；但由于直驅導致電機徑向尺寸大于MRT電機，要求地面平整度更高在轉動慣量上，本文整機的轉動慣量為MRT的50%左右，后續設計時采用內置式結構改善了徑向尺寸的問題，同時使得轉動慣量進一步降低。因此本文中設計的輪轂電機與普通驅動輪產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勢。

參考文獻

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