孫鵬遠(yuǎn) 同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院

MATLAB仿真在高性能汽車電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用

孫鵬遠(yuǎn) 同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院

電動(dòng)機(jī)是當(dāng)今世界上最常見的能量轉(zhuǎn)換裝置之一。能量轉(zhuǎn)換是通過定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相互作用產(chǎn)生的。定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)都可以由永磁體或線圈產(chǎn)生。線圈繞組的質(zhì)量對(duì)電機(jī)的性能有很大的影響。在電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)中，繞組電阻也是控制電動(dòng)機(jī)的非常重要的參數(shù)。該參數(shù)的具體值部分由電機(jī)繞組所決定。本論文處理了電機(jī)生產(chǎn)過程中關(guān)鍵的繞組纏繞問題。通過MSTLAB的仿真對(duì)電機(jī)的生產(chǎn)過程進(jìn)行了優(yōu)化。

1 針繞技術(shù)

如今，電動(dòng)汽車對(duì)我們的社會(huì)起著重要的作用。這無疑對(duì)傳統(tǒng)汽車行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在當(dāng)今世界，電動(dòng)機(jī)發(fā)揮越來越重要的作用。繞線技術(shù)是電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)最重要的組成部分之一。在當(dāng)今市場(chǎng)上使用的繞線技術(shù)有線性纏繞工藝，線夾繞線技術(shù)，針繞技術(shù)，拉絲工藝，模具線圈和連續(xù)發(fā)夾線圈等方法。在這些方法中，針繞技術(shù)的特點(diǎn)是具有高度的靈活性和自動(dòng)化程度。在本文中，利用MATLAB中的控制程序和計(jì)算模型，針式繞線機(jī)可以完成整個(gè)電機(jī)的纏繞工作或執(zhí)行一些測(cè)試，通過這些測(cè)試可以確定機(jī)器代碼的正確性和計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。

2 針繞過程中的碰撞可能性分析

因?yàn)殡姍C(jī)繞線過程中的碰撞往往有著嚴(yán)重后果，所以所有可能的碰撞都必須進(jìn)行分析。在電機(jī)纏繞的過程中，銅線由繞針針尖被抽出并被繞在電機(jī)上。在電機(jī)面向繞針的一側(cè)，銅線的纏繞由針架的平移運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。在這一側(cè)有著足夠的針架位移的運(yùn)動(dòng)空間，因而不會(huì)出現(xiàn)碰撞的情況。但是，電機(jī)背向繞針的一側(cè)，銅線的纏繞由針架的平移運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，定子和針架之間存在著碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，因而在這一側(cè)的纏繞過程中針架在相應(yīng)方向上的運(yùn)動(dòng)受到了限制。

另外針架在電機(jī)背向繞針的一側(cè)的移動(dòng)是電機(jī)纏繞過程中最復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。因此，相應(yīng)的仿真功能變得意義重大，通過該仿真功能能夠在針繞機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)之前識(shí)別到碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

仿真功能如圖3所示。圖中不同顏色的曲線表示了不同的距離。

圖3：仿真功能

3 仿真結(jié)果的分析

通過仿真的結(jié)果可以生成參數(shù)化計(jì)算模型，在相應(yīng)坐標(biāo)系中確定纏繞過程的臨界點(diǎn)坐標(biāo)。此外，還可以在這個(gè)基礎(chǔ)上確定相應(yīng)的機(jī)器命令。針式繞線機(jī)可以用這些機(jī)器指令進(jìn)行操作。

圖4展示了針尖在計(jì)算模型中的位置和其相應(yīng)的實(shí)際位置。

圖4：針尖在計(jì)算模型中的位置和其相應(yīng)的實(shí)際位置

4 總結(jié)

在本文中，一個(gè)參數(shù)化的計(jì)算模型被創(chuàng)建，并在MATLAB中開發(fā)了相應(yīng)的程序。在計(jì)算模型中，計(jì)算的完整性和高精度都得到了保證。

通過計(jì)算模型，可以確定所有臨界點(diǎn)的坐標(biāo)，并且可以確定所有相應(yīng)的機(jī)器命令。此外，在計(jì)算模型中還增加了一個(gè)額外的改進(jìn)，該改進(jìn)考慮了針尖的幾何形狀。在電機(jī)面向繞針一側(cè)和電機(jī)背向繞針一側(cè)的纏繞過程中，針尖的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)被有區(qū)別地選擇和對(duì)待，從而顯著提高了該計(jì)算模型中計(jì)算的精度。另外，計(jì)算模型中所有可能碰撞也被考慮了進(jìn)去，從而可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算的完整性和安全性。

[1]Hagedorn, Jürgen; Sell-Le Blanc, Florian; Fleischer, Jürgen(2016): 電機(jī)纏繞技術(shù)手冊(cè)

[2]Christiane Baum(2017): 針繞技術(shù)系統(tǒng)化優(yōu)化

[3]Schneider, M.; Bickel, B.; Risch, F.; Franke, J. (2014): 主動(dòng)控制技術(shù)和柔性繞針的運(yùn)用

[4]Stenzel, P.; Dollinger, P.; Richnow, J.; Bader, T.; Franke,J.; Endisch, C. (2015): 針繞技術(shù)理論的實(shí)際應(yīng)用