AGV用轮毂电机参数计算和结构设计

 

摘 要：目前AGV驱动系统普遍采用高速电机加减速机来提供动力，导致得AGV驱动系统效率低，续航里程和续航能力不足的问题。针对该问题，依据AGV驱动系统需要的参数，采用轮毂电机直接与车轮相连的结构，简化了驱动系统，提高了效率，进而解决了AGV续航能力不足的问题。

 

关键词：AGV；轮毂电机；直驱

中图分类号：TP24 文献标志码：A

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle）称为自动导向运输车，是指设置了光学或者电磁等自动导引装置，能够按照规定的路径行驶且具有安全保护的运输车。AGV具有行?恿榛睢⒃耸湫?率高的特点，广泛地应用于工业企业中的生产车间和仓库，对工业生产和物流管理具有重要的意义。

1 轮毂电机的结构

1.1 轮毂电机的优势

在AGV中目前的动力装置是通过电机将电能转化为机械，能通过减速机构传递到车轮产生AGV的动力，这种机构导致效率低，能耗高。由于通过减速机进行传递，使得系统寿命受减速器的影响而降低。而轮毂电机直接与车轮连接，直接将电能转化为AGV需要的机械能，因此效率高，使得AGV具有更长的里程，进一步提高了AGV的效率。

1.2 轮毂电机的结构设计

意大利CFR公司的MRT系列轮系统因其优良的品质在AGV中使用比较普遍。本文针对其MRT05.AC001产品参数作为轮毂电机设计的基本要求。轮毂电机的结构如图1所示。

在外形尺寸上，由图1可见MRT05.AC001产品轮中心距左侧为129，；距右侧为155，轴向长度为284，本文设计的轮毂电机，轮中心距左侧为71.5，距右侧为146.5，轴向长度为218；因此本文设计的轮毂电机更有利于空间布置。

2 轮毂电机的参数计算

2.1 轮毂电机的技术参数要求

电机本体采用外转子结构，绕组采永注塑工艺，满足电机开式结构要求，具有防水防潮的能力。极槽配合为22/24，绕组系数为0.949。轮毂电机参数与MRT05.AC001对比见表1。

2.2 轮毂电机的空载性能计算

为减小样机风险，对电机本体的设计采用有限元法，通过对轮毂电机建立电磁模型，设定边界条件，赋予材料属性，划分网格进而得数值结果，并对结果进行分析。

由图2可以看出，定子齿部磁密为1.52T，定子轭部为1.08T，转子轭部为0.99T，因此还有进步优化的空间。通过空载性能计算得到空载反电势为20V。

2.3 轮毂电机的满载性能计算

在电机100℃时，电流8.57A时的转矩如图3所示。

由图3中数据可以得到经考虑摩擦损耗后输出转矩为29.28Nm，满足表1中要求，因此额定电流为8.57A。图中转矩波动为3.6%，为进一步优化转矩波动，采用转子斜极和调整极弧系数的方式降低齿槽转矩以减小转矩波动，在计算时将斜极角度和极弧系数作为参数进行扫描计算。斜极角度和极弧系数不仅影响齿槽转矩同样也会导致电流的变化，因此要考虑温升和效率以找到平衡点。通过扫描得到斜极角度为1.62°，极弧系数为0.916时转矩波动为0.72%，低于1%，符合AGV驱动电机的要求，此时额定电流为8.72A。

结论

本文中设计的电机在采用有限元进行机械计算后，采用轻质材料使得重量低于MRT的23kg；但由于直驱导致电机径向尺寸大于MRT电机，要求地面平整度更高在转动惯量上，本文整机的转动惯量为MRT的50%左右，后续设计时采用内置式结构改善了径向尺寸的问题，同时使得转动惯量进一步降低。因此本文中设计的轮毂电机与普通驱动轮产品相比在地面平整度较好，要求长时间工作的场合具有突出的优势。

参考文献

[1] 谭建成. 永磁无刷直流电机技术[M].北京：机械工业出版社，2011：77-124.

[2]莫会成.分数槽绕组与永磁无刷电动机[J].微电机，2007，40（11）：39-42.