李夢(mèng)琪

江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院

輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李夢(mèng)琪

江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院

輪轂電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)，已在電動(dòng)汽車上得到應(yīng)用。分析了現(xiàn)有輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)某一款車型的性能要求，綜合考慮電機(jī)尺寸與輪轂的連接特點(diǎn)和布局，設(shè)計(jì)出滿足電動(dòng)汽車性能要求、結(jié)構(gòu)合理的輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，運(yùn)用電機(jī)設(shè)計(jì)軟件Ansoft/RMxprt分析所設(shè)計(jì)電機(jī)的性能，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電機(jī)結(jié)構(gòu)合理、性能滿足要求。

輪轂電機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；性能分析

1 輪轂電機(jī)的設(shè)計(jì)

1.1 輪轂電機(jī)的類型及驅(qū)動(dòng)方式

輪轂電機(jī)作為整車的動(dòng)力源，它的輸出性能直接決定了整車的動(dòng)力。目前，電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有異步電動(dòng)機(jī)(IM)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)(PMBLM)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)、橫向磁場(chǎng)電機(jī)(TFPM)等四類[2]。其中，永磁無(wú)刷電機(jī)將是電動(dòng)汽車的最佳選擇，而橫向磁場(chǎng)電機(jī)則因其能量密度高、適合低速大轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合等特點(diǎn)，將成為直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車的首選部件。因此，本輪轂電機(jī)采用外轉(zhuǎn)子直驅(qū)型永磁無(wú)刷直流電機(jī)。

1.2 輪轂電機(jī)的性能要求

從獲得盡可能高的平均行駛速度觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性主要可由三方面的指標(biāo)來(lái)評(píng)定，即汽車的最高車速Vmax，汽車的加速時(shí)間t，汽車的最大爬坡度i[4]。max

所設(shè)計(jì)的輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)滿足以下動(dòng)力性要求：

①工況1：車輛以最高車速vmax=120km/h行駛，單個(gè)電機(jī)輪轂的最高轉(zhuǎn)速nmax及峰值功率pmax1需滿足最高車速要求。

②工況2：爬坡度為20%，以爬坡速度vp=20km/h爬坡，單個(gè)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Tmax1需滿足爬坡度要求。

③工況3：汽車在從加速到120km/h，峰值功率需滿足加速性能要求。

綜合考慮汽車的加速時(shí)間要求和電機(jī)的性能，選擇電機(jī)轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速nb所對(duì)應(yīng)的車速vb取為60km/h。

根據(jù)電機(jī)特性曲線，汽車在整個(gè)加速過(guò)程中的加速時(shí)間為

此時(shí)，電機(jī)峰值功率Pmax2及峰值轉(zhuǎn)矩Tmax2分別為：

經(jīng)上述分析與計(jì)算，初步得到輪轂電機(jī)基本性能參數(shù)：最高轉(zhuǎn)速1064.6r/min，峰值功率10.9kW，峰值轉(zhuǎn)矩195.5Nm。

1.3 輪轂電機(jī)尺寸及外形設(shè)計(jì)

電機(jī)的尺寸受到輪胎尺寸大小的限制，選取輪胎型號(hào)為185/65R15，該款輪胎的滾動(dòng)半徑為299mm，由于所設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)為外轉(zhuǎn)子電機(jī)，電機(jī)的徑向尺寸要考慮轉(zhuǎn)子與輪輞間的間隙，并且還要考慮制動(dòng)器的徑向空間及布置形式，軸向要考慮與電機(jī)并列的所有零部件的軸向空間[5]，初步選擇輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子直徑為252mm，寬度為106mm。

2 基于Ansoft Maxwell的輪轂電機(jī)性能分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電機(jī)的性能，采用Ansoft/RMxprt軟件進(jìn)行驗(yàn)證[5]。結(jié)果如圖2.1-2.2所示。

圖2 .1 輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

圖2 .2 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

結(jié)論

運(yùn)用Ansoft/RMxprt軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)進(jìn)行性能仿真，從性能曲線中可知，電機(jī)的最大功率超過(guò)10kW，最大轉(zhuǎn)矩超過(guò)300Nm，最大轉(zhuǎn)速約為1300r/min，電機(jī)性能符合整車動(dòng)力性的要求。

[1]何仁，張瑞軍.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，29 (7) ：10-18.

[2]褚文強(qiáng)，辜承林.國(guó)內(nèi)外輪毅電機(jī)應(yīng)用概況和發(fā)展趨勢(shì)[J].微電機(jī)，2007，40 (9)：77-81.

[3] Kock A， Groninger M， Mertens A.Fault Tolerant Wheel Hub Drive with Integrated Converter for Electric； Vehicle Applications[C].Proceedings of 2012 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference.Seoul， Korea：IEEE， 2012.

[4]余志生.汽車?yán)碚揫C].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]趙博，張洪亮.Ansoft 12在工程電磁場(chǎng)中的應(yīng)用[C].中國(guó)水利水電出版社，2010.