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轮毅低速电机特点及应用
来源:www.sdncwl.net | 发布时间:2017-1-15 10:44:47 | 浏览次数:

    对现代工业而言,高功率密度和高效率驱动一直是人们追求的目标。在电动汽车驱动系统的开发中,主要有两个不同的发展方向:一种方式是使用集中式高速低速电机驱动技术;一种方式是开发大转矩的轮毅低速电机驱动技术。

    轮毅低速电机技术也被称为车轮内装低速电机技术,它将动力装置、传动装置和制动装置集中整合到轮毅内,极大简化了电动车辆的机械部分设计。由于新能源汽车,特别是纯电动汽车的快速发展,高性能的轮毅低速电机及其驱动控制系统已经成为国内外电气工程领域的研究热点。轮毅低速电机技术的初衷就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毅内。虽然在相同的输出功率下,大转矩轮毅低速电机的体积和重量都会增大,但由于省去了功率传递的机械系统,整个驱动系统的体积和重量还是减小了,简化了的驱动系统减少了能量传递的损耗,从而提高了整车的运行效率。相比之下,现有矿用机器人的动力模块大多结构复杂且安装困难,占用空间大,隔爆壳体质量偏大;实际的机械传动效率较低。

    以矿用探测机器人为例,若采用多级减速传动的驱动方式,实际的驱动低速电机功率Pm经过低速电机减速器的及二级减速的摩擦磨损衰减成为最终有效功率PO;式(1-1)为最终有效驱动轮功率尸。的计算公式。机械传动效率估算:取W为0.97为0.95,计算得P。仅为0.9215倍的Pm,可见由传功环节造成的功率损失近似达7%还多。若采用轮毅低速电机作为探测机器人动力的元件,可实现0级传动,显著减少传动环节造成的功率损失。

    轮毅低速电机驱动系统是一种先进的车辆驱动方式,目前获得应用的轮毅低速电机主要有四大类,即永磁低速电机、异步低速电机、开关磁阻低速电机和横向磁通低速电机,它们具有各自的特点60。

    (1)永磁低速电机具有功率密度高、效率高、体积小、结构简单、输出转矩大、可控性好、可靠性高、噪声低等优点,在电动汽车领域颇受青睐。其缺点是受永磁材料限制,且永磁转子的励磁无法调节,调速范围不宽。

    (2)异步低速电机发展历史最久,其设计、制造以及控制技术都相对成熟,且结构简单、制造容易、可靠性高。其缺点是:效率不高,控制成本较高。

    (3)开关磁阻低速电机具有简单可靠、转速和转矩范围较宽、响应速度快和成本较低等优点。其缺点较多:转矩存在较大波动、振动大、噪声大;系统非线性,控制成本高、功率密度低。

    (4)横向磁通低速电机有着很高的高转矩密度,且特别适合应用于要求低速、大转矩等场合;绕组形式简单,绕组利用率高;各相间相互独立,效率高;控制电路与永磁无刷电动机相同,可控性好等。但其缺点也较多:永磁体数目多,用量大;结构较为复杂,工艺要求高,低速电机成本高;功率因素低。

    由表1-2可见,永磁无刷低速电机具有较好的功率密度及较轻的重量。综合比较后认为,永磁无刷低速电机最适宜应用于小型机器人平台的动力系统设计。

    按照低速电机内磁通的流向分类,还可以将轮毅低速电机分为轴向磁通永磁轮毅低速电机和径向磁通永磁轮毅低速电机,轴向磁通永磁低速电机的最基本结构是两个盘式永磁转子及其之间的定子;径向磁通永磁轮毅低速电机分为两种结构,高速内转子式和低速外转子式。低速外转子式永磁轮毅低速电机已普遍应用在电动自行车中。因为低速外转子式径向磁通永磁轮毅低速电机的永磁转子直接安装在车轮时,低速电机转速和车轮转速相等,因而就不需要变速装置。如此,低速外转子式径向磁通永磁轮毅低速电机实现了对负载的直接驱动,其直接驱动方式的结构示意图如图1-7所示。

    相对高速内转子低速电机而言,尽管低速外转子低速电机的体积稍大、成本稍高,但是它的结构简单,无需齿轮变速传动机构,这样就可以平衡整个驱动系统的重量和功率密度。矿用探测机器人运动速度较低,调速范围要求不高,因而本论文选择低速外转子式直流无刷低速电机作为研究重点对象,并对其进行合理化改造,将其用作煤矿煤矿井下探测机器人的防爆低速电机。由于使用轮毅低速电机时不需要复杂的机械传动系统,矿用探测机器人的布局可以变得更为灵活:轮毅低速电机具备单个车轮独立驱动的特性,因而全时四驱在轮毅低速电机驱动的车辆上实现起来非常容易,无论是前驱、后驱还是四驱形式,采用相应个数的轮毅低速电机即可实现;同时轮毅低速电机可以通过对称车轮的不同转速甚至反转驱动实现差动转向,可显著减小车辆的转弯半径,在特殊情况下几乎可以实现原地转向,对于特种车辆很有价值。井下环境探测类型的机器人因其自身负载较小,可认为属于轻型特种车辆;在煤矿井下环境中,实现原地转向确实非常有必要。


 
 
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