电动汽车电机选择与设计

1、电动汽车电机选择与设计3.1、概述全世界的电动汽车保有量和使用量的逐日增大，世界能源问题越来越突出，电动汽车方向逐渐出现并在电动汽车领域占有了一个非常重要的位置，由于传统电动汽车的技术成熟，人们对电动汽车的性能要求已经达到一个比较高的程度。在对于电动汽车普及方面上，这是一个很大的障碍。但是，新能源电动汽车的开发发展是必然的，应当冲破旧思想的束缚，大胆创新，将电动汽车的优势充分体现是如今比较重要的一步。早在20世纪50年代初，美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。相对与传动电动汽车、单电机集中驱动的电动汽

2、车，轮毂电机式电动汽车具有以下优点：（1）动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制，以及各电动轮之间的差速要求，省略了传统电动汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等；在电机所安装的位置同时可见，整车的结构变得简洁、紧凑，车身高降低，可利用空间大，传动效率高。（2）容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。（3）底架结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化，从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。（4）若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导人线控四轮转向技术(4WS)

3、，实现车辆转向行驶高性能化，可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加了转向灵便性。3.2、电机的种类与性能分析有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机，即使到现在，还有一些电动汽车上仍使用直流电动机来驱动。但由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器。另外，由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机交流三相感应电动机的基本性能交流三相

4、感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速达到1200015000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。对环境的适应性好，并能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。永磁无刷直流电动机的基本性能永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无

5、刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。永磁无刷直流电动机的不足永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套

6、复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高开关磁阻电动机的基本性能开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理容易。因而可靠性好，转速可达15000r/min。效率可达85%93%，比交流感应电动机要高。损耗主要在定子，电机易于冷却；转子元永磁体，调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩一速度特性，而且在很广的范围内保持高效率。更加适合电动汽车动力性能要求。开关磁阻电动机的不足开关磁阻电动机的控制系统比其他

7、电动机的控制系统复杂一些，位置检测器是开关磁阻电动机的关键器件，其性能对开关磁阻电动机的控制操作有重要影响。由于开关磁阻电动机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。另外，由于开关磁阻电动机输出转矩波动较大，功率变换器的直流电流波动也较大，所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器。电动汽车采用的各种驱动电动机性能比较电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电动是采用了控制性能最好和成本较低的直流电动机。随着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展，

8、交流电动机。永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能，在电动汽车上，这些电动机逐步取代了直流电动机。表1为现代电动汽车所采用的各种电动机的基本性能比较。目前交动机、永磁电动机和开关磁阻电动机以及它们的控制装置，成本还比较高，形成批量生产以后，这些电动机和单元控制装置的价格会迅速降低，将能够满足经济效益的要求，并使电动汽车整车价格降低4。经比较，该车选用轮毂式电动轿车开关磁阻电机（专利号：201020193561），数量为4个，具体参数如下，表2：表2计算和最终确定电机参数电机是纯电动车（EV）最为重要的部分之一，但由于轮毂所处的部位同时是比较恶劣的地方，所以轮毂电机的

9、电动汽车设计中也需特殊设计。电机形状位置设计轮毂电机位于车轮，该车采用轮胎型号：215/65R16；r=则根据公式:自由半径HB2+in25.42（9）错误！未找到引用源。 电动汽车车轮的自由半径r=（215*65%*2+16*25.4）/2=0.343mFdrr=2根据公式：滚动半径（10）其中，F为计算常数，子午轮胎F=3.05，d为轮胎的自由直径。r所以车轮半径r=(3.05×2r)/2=0.333m。电机冷却设计在传统电动机一般风冷便可以达到电机冷却效果，但是电动汽车的电机是整个电动汽车动力的来源，由上面数据可知轮毂电机最大功率可达20kw，所以，我选择水冷方式对轮毂电机冷却

10、。电机密封表面与水套连接，电机部分整体浸在冷却液中，电机发热大部位有凸出的散热片，电机旋转同时，散热片对冷却液压缩驱动，代替电动汽车水泵。原理图如下：图1轮毂电机水冷设计简图本设计参考于专利：水冷电动轮毂，此发明包括左轮毂架、右轮毂架、箱体、外转子电机、轴、车轮和制动器，左轮毂架和右轮毂架与箱体相对固定连接，电机定子与轴之间的空腔内设置内冷却水箱，内冷却水箱固定设置在箱体内，电机定子紧密贴合固定套在内冷却水箱的外壳上；还包括外冷却水箱，外冷却水箱设置于电机外圆周，外冷却水箱和内冷却水箱之间通过至少一条通道连通，本发明利用冷却水的对流原理，能够有效散失电机运转产生的热量，并且在电机长时间运转时仍能有效散失热量，保证电机有较高的工作效率，从而节约能源，延长电机使用寿命；结构简单紧凑，并不增加电动轮毂的体积，适合于电动车辆轻便灵活的特点；外冷却水箱构