摘 要：在商用車領(lǐng)域電子機(jī)械制動(dòng)器組成部分及其對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安全性能、可靠性越來(lái)越被廣為重視，首先詳細(xì)說(shuō)明了電子機(jī)械制動(dòng)器永磁無(wú)刷直流電機(jī)電磁設(shè)計(jì)的過(guò)程，利用RMxprt并結(jié)合磁路法對(duì)電機(jī)進(jìn)行計(jì)算得出電機(jī)的主要參數(shù)，最后利用Maxwell 2D建立電機(jī)的二維有限元模型，分析了電機(jī)在靜態(tài)場(chǎng)和瞬態(tài)場(chǎng)下的性能。

關(guān)鍵詞：電子機(jī)械制動(dòng)器；永磁無(wú)刷直流電機(jī)；磁路法；有限元模型

中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0213-01

引 言

EMB通常由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置和鉗體四部分組成。其制動(dòng)過(guò)程為：驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的制動(dòng)力矩經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增矩，再由運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)摩擦襯片對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輪制動(dòng)。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是EMB的核心部件，它取代了制動(dòng)氣室作為制動(dòng)器的動(dòng)力輸出，其性能好壞直接影響EMB的性能。設(shè)計(jì)EMB驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①為了提高制動(dòng)性能，電機(jī)需要輸出足夠大的力矩；②制動(dòng)時(shí)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，要求堵轉(zhuǎn)電流??；③由于輪轂附近空間的限制，要求電機(jī)體積小，質(zhì)量也盡可能??；④響應(yīng)速度快，具有較高的空載轉(zhuǎn)速，能夠快速地消除制動(dòng)間隙。

永磁無(wú)刷直流電機(jī)（permanent magnet brushless DC motor，BLDCM）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、出力大、調(diào)速性能良好等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。由于電子換向器代替了機(jī)械換向器，永磁無(wú)刷直流電機(jī)避免了有刷直流電機(jī)有電火花、噪聲大、壽命短等缺點(diǎn)，同時(shí)又具有直流電機(jī)控制性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

選擇永磁直流力矩電機(jī)作為EMB驅(qū)動(dòng)電機(jī)，雖然在堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩方面基本符合要求，但由于受到轉(zhuǎn)速的限制，使EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)消除間隙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能無(wú)法滿足制動(dòng)實(shí)用要求。介紹了商用車EMB及其對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求，詳細(xì)說(shuō)明了BLDCM的電磁設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 EMB永磁無(wú)刷直流電機(jī)電磁設(shè)計(jì)

1.1 電機(jī)主要尺寸確定

極弧系數(shù)表示了磁鋼在一個(gè)極距內(nèi)的占有率，極弧系數(shù)過(guò)低影響氣隙磁密和電機(jī)性能，過(guò)高會(huì)造成磁鋼浪費(fèi)，初步預(yù)取計(jì)算極弧系數(shù)？琢′p范圍是0.65～0.75。

電負(fù)荷A和磁負(fù)荷B？啄對(duì)電機(jī)的運(yùn)行特性、溫升、效率等有很大的影響。提高電磁負(fù)荷可以減小電機(jī)的體積，節(jié)約材料，但銅耗與鐵耗會(huì)相應(yīng)增加，電機(jī)效率會(huì)降低，電機(jī)運(yùn)行期間電能損耗增加。因此，選取電磁負(fù)荷時(shí)，不應(yīng)選得過(guò)高，須考慮各方面因素。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的小功率電機(jī)，電負(fù)荷一般為3000～10000A/m，取電負(fù)荷為4000～6000A/m。磁負(fù)荷預(yù)取0.7T。

1.2 永磁體尺寸確定

永磁體尺寸主要包括永磁體軸向長(zhǎng)度lm、寬度bm、厚度hm，永磁體軸向長(zhǎng)度與鐵芯軸向長(zhǎng)度基本相等。永磁體尺寸可由式（3）確定：

2 磁路法計(jì)算

利用RMxprt建立電機(jī)的磁路模型，對(duì)磁路模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證電機(jī)參數(shù)的合理性。對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

空載氣隙磁密、定子磁密在合理范圍之內(nèi)，額定轉(zhuǎn)速、效率、連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩符合要求。連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流為17.6A，低于峰值電流20A。

2.1 電機(jī)靜態(tài)場(chǎng)分析

氣隙磁密是電機(jī)的重要參數(shù)，不僅直接影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，而且影響電機(jī)的振動(dòng)與噪聲。對(duì)其進(jìn)行傅里葉分解，氣隙空載磁密基波分量為0.827T。

2.2 電機(jī)瞬態(tài)場(chǎng)分析

制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤接觸后，經(jīng)過(guò)極短時(shí)間電機(jī)會(huì)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果長(zhǎng)時(shí)間踩踏腳踏板，電機(jī)將長(zhǎng)時(shí)間處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。由圖可知電機(jī)堵轉(zhuǎn)力矩約為10.3N.m，滿足制動(dòng)力矩要求，堵轉(zhuǎn)電流約為17.5A，在整車供電系統(tǒng)允許電流范圍內(nèi)。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于等效磁路法初步確定了電機(jī)主要參數(shù)，并利用RMXprt仿真優(yōu)化了電機(jī)磁路模型。導(dǎo)入Maxwell 2D建立電機(jī)有限元模型，對(duì)電機(jī)磁力線、磁場(chǎng)分布以及及空載、額定負(fù)載、堵轉(zhuǎn)工況進(jìn)行仿真分析。

參考文獻(xiàn)

[1]王俊鼎.電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D].浙江大學(xué)，2016.

[2]夏長(zhǎng)亮，李正軍，楊 榮，等.基于自抗擾控制器的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005（02）：85～89.

[3]夏長(zhǎng)亮，郭培健，史婷娜，等.基于模糊遺傳算法的無(wú)刷直流電機(jī)自適應(yīng)控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005（11）：129～133.

[4]夏長(zhǎng)亮，劉均華，俞 衛(wèi)，等.基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的永磁無(wú)刷直流電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006（20）：139～143.

[5]張 琛.直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1996：2～6.

[6]趙一博.電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究與開發(fā)[D].清華大學(xué)，2010.

收稿日期：2018-4-24