1. 轮毂电机结构型式分析
轮毂电机动力系统通常由电动机、减速机构、制动器与散热系统等组成。轮毂电机动力系统根据电机的转子型式主要分成内转子型和外转子型。
图1 为两种型式轮毂电机的结构简图。
通常,减速驱动时,电机多采用内转子形式,一般运行在高速状
态,减速装置放在电机和车轮之间起到减速和提升转矩的作用。其中,减速装置可以是传统的行星齿轮机械减速方式,也可以是磁齿轮减速方式。直接驱动时,电机多采用外转子形式。直接驱动方式适用于负载较轻,一般不会出现过载情况的场合下。
高速内转子的轮毂电机具有较高的比功率,质量轻、体积小、效率高、噪声小、成本低; 缺点是必须采用减速装置,使效率降低,非簧载质量增大,电机的最高转速受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。
低速外转子电机结构简单、轴向尺寸小,比功率高,能在很宽的速度范围内控制转矩,且响应速度快,外转子直接和车轮相连,没有减速机构,因此效率高; 缺点是如要获得较大的转矩,必须增大电机体积和质量,因而成本高,加速时效率低,噪声大。
表1 所示为两种结构形式的轮毂电机优缺点分析。这两种结构在目前的电动车中都有应用,但是随着紧凑的行星齿轮变速机构的出现,高速内转子式驱动系统在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。
轮毂电机动力系统由于电机电制动容量较小,不能满足整车制动效能的要求,通常需要附加机械制动系统。轮毂电机系统中的制动器可以根据结构采用鼓式或者盘式制动器。由于电动机电制动容量的存在,往往可以使制动器的设计容量适当减小。
大多数的轮毂电机系统采用风冷方式进行冷却,也有采用水冷和
油冷方式对电机、制动器等发热部件进行散热降温,但结构比较
复杂。
2. 电机应用类型与特点分析
电动汽车要求电机具有以下特点:( 1) 电动机的过载能力强,要求电动机的瞬时功率和最大转矩大; ( 2) 电动机的调节性能好,要求电机有较宽的调速范围和理想的调速特性;( 3) 电动机的效率高、逆向工作性能好,在电动机的整个运行范围内,均有很高的效率,并且能够实现电动汽车制动能量回馈; ( 4) 电动机工作可靠性好,结构尺寸小。
轮毂电机系统的驱动电机按照电机磁场的类型分为径向磁场和轴向磁场两种类型。对比如下:
①轴向磁通电机的结构更利于热量散发,并且它的定子可以不需要铁心; ②径向磁通电机定转子之间受力比较均衡,磁路由硅钢片叠压得到,技术更简单成熟。
当前国内外用于电动汽车的电机类型按工作电源分为3种,即直流驱动电动机、交流驱动电动机和方波驱动电动机,详细包括直流电机(DCM) 、感应电机(IM) 、永磁同步电机(PMSM) 、永磁无刷直流电机(BLDCM) 以及开关磁阻电机(SRM) ,其性能对比如表2所示。
3. 轮毂电机驱动系统特点分析
轮毂电机驱动相对于集中电机驱动具有以下优点:(1) 以电子差速控制技术实现转弯时内外车轮不同转速运动,而且精度更高。 (2) 取消机械差速装置有利于动力系统减轻质量,提高传动效率,降低传动噪声。 (3) 有利于整车总布置的优化和整车动力学性能的匹配优化。(4) 降低对电机的性能指标要求,且具有冗余可靠性高的特点。(5) 车身上几乎没有大功率的运动部件,整车的振动和噪声舒适性得到极大改善。(6) 轮毂电机方式便于实现四轮驱动的驱动型式,有利于极大改善整车的动力性能。(7) 轮毂电机作为执行元件,利用响应速度快和准确的优点便于实现
包括线控驱动、线控制动以及线控整车动力学控制在内的整车动
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