MATLAB仿真在高性能汽車電機生產技術中的應用

孫鵬遠 同濟大學中德學院

MATLAB仿真在高性能汽車電機生產技術中的應用

孫鵬遠 同濟大學中德學院

電動機是當今世界上最常見的能量轉換裝置之一。能量轉換是通過定子磁場和轉子磁場之間的相互作用產生的。定子磁場和轉子磁場都可以由永磁體或線圈產生。線圈繞組的質量對電機的性能有很大的影響。在電動機控制技術中，繞組電阻也是控制電動機的非常重要的參數。該參數的具體值部分由電機繞組所決定。本論文處理了電機生產過程中關鍵的繞組纏繞問題。通過MSTLAB的仿真對電機的生產過程進行了優化。

1 針繞技術

如今，電動汽車對我們的社會起著重要的作用。這無疑對傳統汽車行業產生了深遠的影響。在當今世界，電動機發揮越來越重要的作用。繞線技術是電動機制造技術最重要的組成部分之一。在當今市場上使用的繞線技術有線性纏繞工藝，線夾繞線技術，針繞技術，拉絲工藝，模具線圈和連續發夾線圈等方法。在這些方法中，針繞技術的特點是具有高度的靈活性和自動化程度。在本文中，利用MATLAB中的控制程序和計算模型，針式繞線機可以完成整個電機的纏繞工作或執行一些測試，通過這些測試可以確定機器代碼的正確性和計算模型的準確性。

2 針繞過程中的碰撞可能性分析

因為電機繞線過程中的碰撞往往有著嚴重后果，所以所有可能的碰撞都必須進行分析。在電機纏繞的過程中，銅線由繞針針尖被抽出并被繞在電機上。在電機面向繞針的一側，銅線的纏繞由針架的平移運動實現。在這一側有著足夠的針架位移的運動空間，因而不會出現碰撞的情況。但是，電機背向繞針的一側，銅線的纏繞由針架的平移運動和轉動實現，定子和針架之間存在著碰撞的風險，因而在這一側的纏繞過程中針架在相應方向上的運動受到了限制。

另外針架在電機背向繞針的一側的移動是電機纏繞過程中最復雜的運動。因此，相應的仿真功能變得意義重大，通過該仿真功能能夠在針繞機的實際運動之前識別到碰撞的風險。

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 仿真結果的分析

通過仿真的結果可以生成參數化計算模型，在相應坐標系中確定纏繞過程的臨界點坐標。此外，還可以在這個基礎上確定相應的機器命令。針式繞線機可以用這些機器指令進行操作。

圖4展示了針尖在計算模型中的位置和其相應的實際位置。

圖4：針尖在計算模型中的位置和其相應的實際位置

4 總結

在本文中，一個參數化的計算模型被創建，并在MATLAB中開發了相應的程序。在計算模型中，計算的完整性和高精度都得到了保證。

通過計算模型，可以確定所有臨界點的坐標，并且可以確定所有相應的機器命令。此外，在計算模型中還增加了一個額外的改進，該改進考慮了針尖的幾何形狀。在電機面向繞針一側和電機背向繞針一側的纏繞過程中，針尖的各個關鍵點被有區別地選擇和對待，從而顯著提高了該計算模型中計算的精度。另外，計算模型中所有可能碰撞也被考慮了進去，從而可以實現計算的完整性和安全性。

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

[2]Christiane Baum(2017): 針繞技術系統化優化

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