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。

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