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        輪轂驅(qū)動電機結構設計

        2016-07-25 01:22:44李夢琪
        環(huán)球市場 2016年22期
        關鍵詞:輪轂轉(zhuǎn)矩電動汽車

        李夢琪

        江蘇大學汽車與交通工程學院

        輪轂驅(qū)動電機結構設計

        李夢琪

        江蘇大學汽車與交通工程學院

        輪轂電機具有結構簡單、傳動效率高等特點,已在電動汽車上得到應用。分析了現(xiàn)有輪轂電機驅(qū)動的結構特點,根據(jù)某一款車型的性能要求,綜合考慮電機尺寸與輪轂的連接特點和布局,設計出滿足電動汽車性能要求、結構合理的輪轂驅(qū)動電機,運用電機設計軟件Ansoft/RMxprt分析所設計電機的性能,結果表明,所設計的電機結構合理、性能滿足要求。

        輪轂電機;結構設計;性能分析

        1 輪轂電機的設計

        1.1 輪轂電機的類型及驅(qū)動方式

        輪轂電機作為整車的動力源,它的輸出性能直接決定了整車的動力。目前,電動汽車用電動機主要有異步電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關磁阻電動機(SRM)、橫向磁場電機(TFPM)等四類[2]。其中,永磁無刷電機將是電動汽車的最佳選擇,而橫向磁場電機則因其能量密度高、適合低速大轉(zhuǎn)矩場合等特點,將成為直接驅(qū)動式電動汽車的首選部件。因此,本輪轂電機采用外轉(zhuǎn)子直驅(qū)型永磁無刷直流電機。

        1.2 輪轂電機的性能要求

        從獲得盡可能高的平均行駛速度觀點出發(fā),汽車的動力性主要可由三方面的指標來評定,即汽車的最高車速Vmax,汽車的加速時間t,汽車的最大爬坡度i[4]。max

        所設計的輪轂驅(qū)動電機滿足以下動力性要求:

        ①工況1:車輛以最高車速vmax=120km/h行駛,單個電機輪轂的最高轉(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,單個電機最大轉(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間要求和電機的性能,選擇電機轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速nb所對應的車速vb取為60km/h。

        根據(jù)電機特性曲線,汽車在整個加速過程中的加速時間為

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

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

        1.3 輪轂電機尺寸及外形設計

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

        2 基于Ansoft Maxwell的輪轂電機性能分析

        為了驗證所設計的電機的性能,采用Ansoft/RMxprt軟件進行驗證[5]。結果如圖2.1-2.2所示。

        圖2 .1 輸出功率與轉(zhuǎn)速的關系

        圖2 .2 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關系

        結論

        運用Ansoft/RMxprt軟件對所設計的輪轂電機進行性能仿真,從性能曲線中可知,電機的最大功率超過10kW,最大轉(zhuǎn)矩超過300Nm,最大轉(zhuǎn)速約為1300r/min,電機性能符合整車動力性的要求。

        [1]何仁,張瑞軍.輪轂電機驅(qū)動技術的研究與進展[J].重慶理工大學學報:自然科學版,2015,29 (7) :10-18.

        [2]褚文強,辜承林.國內(nèi)外輪毅電機應用概況和發(fā)展趨勢[J].微電機,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.汽車理論[C].機械工業(yè)出版社,2009.

        [5]趙博,張洪亮.Ansoft 12在工程電磁場中的應用[C].中國水利水電出版社,2010.

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