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电动小汽车理论探讨/-145-
李梦琪
江苏大学汽车与交通工程学院
摘要：轮毂电机具有结构简单、传动效率高等特点，已在电动汽车上得到应用。分析了现有轮毂电机驱动的结构特点，根据某一款车型的性能要求，综合考虑电机尺寸与轮毂的连接特点和布局，设计出满足电动汽车性能要求、结构合理的轮毂驱动电机，运用电机设计软件Ansoft/RMxprt 分析所设计电机的性能，结果表明，所设计的电机结构合理、性能满足要求。
关键词：轮毂电机；结构设计；性能分析1 轮毂电机的设计
1.1 轮毂电机的类型及驱动方式
轮毂电机作为整车的动力源，它的输出性能直接决定了整车的动力。目前，电动汽车用电动机主要有异步电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)、横向磁场电机(TFPM)等四类[2]。其中，永磁无刷电机将是电动汽车的最佳选择，而横向磁场电机则因其能量密度高、适合低速大转矩场合等特点，将成为直接驱动式电动汽车的首选部件。因此，本轮毂电机采用外转子直驱型永磁无刷直流电机。
1.2 轮毂电机的性能要求
从获得尽可能高的平均行驶速度观点出发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定，即汽车的最高车速V max ，汽车的加速时间t ，汽车的最大爬坡度i max [4]。
所设计的轮毂驱动电机满足以下动力性要求：
①工况1：车辆以最高车速v max =120km/h 行驶，单个电机轮毂的最高转速n max 及峰值功率p max1需满足最高车速要求。
(1.1)
(1.2)
②工况2：爬坡度为20%，以爬坡速度v p =20km/h 爬坡，单个电机最大转矩T max1
需满足爬坡度要求。
(1.3)
③工况3：汽车在从加速到120km/h ，峰值功率需满足加速性能
要求。
综合考虑汽车的加速时间要求和电机的性能，选择电机转折转速n
b 所对应的车速v b 取为60km/h 。
根据电机特性曲线，汽车在整个加速过程中的加速时间为
(1.4)
此时，电机峰值功率P 及峰值转矩T max2分别为：
(1.5)
(1.6)经上述分析与计算，初步得到轮毂电机基本性能参数：最高转速1064.6r/min，峰值功率10.9kW，峰值转矩195.5Nm。
1.3 轮毂电机尺寸及外形设计
电机的尺寸受到轮胎尺寸大小的限制，选取轮胎型号为
185/65R15，该款轮胎的滚动半径为299mm，由于所设计的轮毂电机为外转子电机，电机的径向尺寸要考虑转子与轮辋间的间隙，并且还要考虑制动器的径向空间及布置形式，轴向要考虑与电机并列的所有零部件的轴向空间[5]，初步选择轮毂电机的外转子直径为252mm，宽度为106mm。
2基于Ansoft Maxwell 的轮毂电机性能分析
为了验证所设计的电机的性能，采用Ansoft/RMxprt 软件进行验证[5]
。结果如图2.1-2.2所示。
图2.1 输出功率与转速的关系
图2.2 转矩与转速的关系
结论
运用Ansoft/RMxprt 软件对所设计的轮毂电机进行性能仿真，从性能曲线中可知，电机的最大功率超过10kW，最大转矩超过300Nm，最大转速约为1300r/min，电机性能符合整车动力性的要求。参考文献:[1]何仁，张瑞军.轮毂电机驱动技术的研究与进展[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2015，29 (7) ：10-18.[2]褚文强，辜承林.国内外轮毅电机应用概况和发展趋势[J].微电机，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.汽车理论[C].机械工业出版社，2009.[5]赵博，张洪亮.Ansoft 12在工程电磁场中的应用[C].中国水利水电出版社，2010.
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