孙鹏远 同济大学中德学院

MATLAB仿真在高性能汽车电机生产技术中的应用

孙鹏远 同济大学中德学院

电动机是当今世界上最常见的能量转换装置之一。能量转换是通过定子磁场和转子磁场之间的相互作用产生的。定子磁场和转子磁场都可以由永磁体或线圈产生。线圈绕组的质量对电机的性能有很大的影响。在电动机控制技术中，绕组电阻也是控制电动机的非常重要的参数。该参数的具体值部分由电机绕组所决定。本论文处理了电机生产过程中关键的绕组缠绕问题。通过MSTLAB的仿真对电机的生产过程进行了优化。

1 针绕技术

如今，电动汽车对我们的社会起着重要的作用。这无疑对传统汽车行业产生了深远的影响。在当今世界，电动机发挥越来越重要的作用。绕线技术是电动机制造技术最重要的组成部分之一。在当今市场上使用的绕线技术有线性缠绕工艺，线夹绕线技术，针绕技术，拉丝工艺，模具线圈和连续发夹线圈等方法。在这些方法中，针绕技术的特点是具有高度的灵活性和自动化程度。在本文中，利用MATLAB中的控制程序和计算模型，针式绕线机可以完成整个电机的缠绕工作或执行一些测试，通过这些测试可以确定机器代码的正确性和计算模型的准确性。

2 针绕过程中的碰撞可能性分析

因为电机绕线过程中的碰撞往往有着严重后果，所以所有可能的碰撞都必须进行分析。在电机缠绕的过程中，铜线由绕针针尖被抽出并被绕在电机上。在电机面向绕针的一侧，铜线的缠绕由针架的平移运动实现。在这一侧有着足够的针架位移的运动空间，因而不会出现碰撞的情况。但是，电机背向绕针的一侧，铜线的缠绕由针架的平移运动和转动实现，定子和针架之间存在着碰撞的风险，因而在这一侧的缠绕过程中针架在相应方向上的运动受到了限制。

另外针架在电机背向绕针的一侧的移动是电机缠绕过程中最复杂的运动。因此，相应的仿真功能变得意义重大，通过该仿真功能能够在针绕机的实际运动之前识别到碰撞的风险。

仿真功能如图3所示。图中不同颜色的曲线表示了不同的距离。

图3：仿真功能

3 仿真结果的分析

通过仿真的结果可以生成参数化计算模型，在相应坐标系中确定缠绕过程的临界点坐标。此外，还可以在这个基础上确定相应的机器命令。针式绕线机可以用这些机器指令进行操作。

图4展示了针尖在计算模型中的位置和其相应的实际位置。

图4：针尖在计算模型中的位置和其相应的实际位置

4 总结

在本文中，一个参数化的计算模型被创建，并在MATLAB中开发了相应的程序。在计算模型中，计算的完整性和高精度都得到了保证。

通过计算模型，可以确定所有临界点的坐标，并且可以确定所有相应的机器命令。此外，在计算模型中还增加了一个额外的改进，该改进考虑了针尖的几何形状。在电机面向绕针一侧和电机背向绕针一侧的缠绕过程中，针尖的各个关键点被有区别地选择和对待，从而显着提高了该计算模型中计算的精度。另外，计算模型中所有可能碰撞也被考虑了进去，从而可以实现计算的完整性和安全性。

[1]Hagedorn, Jürgen; Sell-Le Blanc, Florian; Fleischer, Jürgen(2016): 电机缠绕技术手册

[2]Christiane Baum(2017): 针绕技术系统化优化

[3]Schneider, M.; Bickel, B.; Risch, F.; Franke, J. (2014): 主动控制技术和柔性绕针的运用

[4]Stenzel, P.; Dollinger, P.; Richnow, J.; Bader, T.; Franke,J.; Endisch, C. (2015): 针绕技术理论的实际应用