電動汽車電機(jī)選擇與設(shè)計

1、電動汽車電機(jī)選擇與設(shè)計3.1、概述全世界的電動汽車保有量和使用量的逐日增大，世界能源問題越來越突出，電動汽車方向逐漸出現(xiàn)并在電動汽車領(lǐng)域占有了一個非常重要的位置，由于傳統(tǒng)電動汽車的技術(shù)成熟，人們對電動汽車的性能要求已經(jīng)達(dá)到一個比較高的程度。在對于電動汽車普及方面上，這是一個很大的障礙。但是，新能源電動汽車的開發(fā)發(fā)展是必然的，應(yīng)當(dāng)沖破舊思想的束縛，大膽創(chuàng)新，將電動汽車的優(yōu)勢充分體現(xiàn)是如今比較重要的一步。早在20世紀(jì)50年代初，美國人羅伯特就發(fā)明了一種將電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)融為一體的輪轂裝置。該輪轂于1968年被通用電氣公司應(yīng)用在大型的礦用自卸車上。相對與傳動電動汽車、單電機(jī)集中驅(qū)動的電動汽

2、車，輪轂電機(jī)式電動汽車具有以下優(yōu)點：（1）動力控制通過電子線控技術(shù)實現(xiàn)對各電動輪進(jìn)行無級變速控制，以及各電動輪之間的差速要求，省略了傳統(tǒng)電動汽車所需的波箱、離合器、變速器、傳動軸等；在電機(jī)所安裝的位置同時可見，整車的結(jié)構(gòu)變得簡潔、緊湊，車身高降低，可利用空間大，傳動效率高。（2）容易實現(xiàn)各電動輪的電氣制動、機(jī)電復(fù)合制動和制動能量回饋。（3）底架結(jié)構(gòu)大為簡化，使整車總布置和車身造型設(shè)計的自由度增加。若能將底架承載功能與車身功能分離，則可實現(xiàn)相同底盤不同車身造型的產(chǎn)品多樣化和系列化，從而縮短新車型的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。（4）若在采用輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的四輪電動汽車上導(dǎo)人線控四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)(4WS)

3、，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向行駛高性能化，可有效減小轉(zhuǎn)向半徑，甚至實現(xiàn)零轉(zhuǎn)向半徑，大大增加了轉(zhuǎn)向靈便性。3.2、電機(jī)的種類與性能分析有刷直流電動機(jī)的主要優(yōu)點是控制簡單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動汽車上仍使用直流電動機(jī)來驅(qū)動。但由于存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長時間運行，勢必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。另外，由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。鑒于直流電動機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機(jī)交流三相感應(yīng)電動機(jī)的基本性能交流三相

4、感應(yīng)電動機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到1200015000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應(yīng)性好，并能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動。與同樣功率的直流電動機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價格便宜，維修方便。永磁無刷直流電動機(jī)的基本性能永磁無刷直流電動機(jī)是一種高性能的電動機(jī)。它的最大特點就是具有直流電動機(jī)的外特性而沒有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無

5、刷直流電動機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運行。永磁無刷直流電動機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無刷直流電動機(jī)的不足永磁無刷直流電動機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機(jī)的性能，嚴(yán)重時還會損壞電動機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套

6、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高開關(guān)磁阻電動機(jī)的基本性能開關(guān)磁阻電動機(jī)是一種新型電動機(jī)，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動機(jī)都要簡單，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部較短，沒有相間跨接線，維護(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。效率可達(dá)85%93%，比交流感應(yīng)電動機(jī)要高。損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子元永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。開關(guān)磁阻電動機(jī)的不足開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制系統(tǒng)比其他

7、電動機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測器是開關(guān)磁阻電動機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電動機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動，噪聲是開關(guān)磁阻電動機(jī)最主要的缺點。但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計、制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電動機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開關(guān)磁阻電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。電動汽車采用的各種驅(qū)動電動機(jī)性能比較電動汽車在不同的歷史時期采用了不同的電動是采用了控制性能最好和成本較低的直流電動機(jī)。隨著電機(jī)技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，

8、交流電動機(jī)。永磁無刷直流電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)顯示出比直流電動機(jī)更加優(yōu)越的性能，在電動汽車上，這些電動機(jī)逐步取代了直流電動機(jī)。表1為現(xiàn)代電動汽車所采用的各種電動機(jī)的基本性能比較。目前交動機(jī)、永磁電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)以及它們的控制裝置，成本還比較高，形成批量生產(chǎn)以后，這些電動機(jī)和單元控制裝置的價格會迅速降低，將能夠滿足經(jīng)濟(jì)效益的要求，并使電動汽車整車價格降低4。經(jīng)比較，該車選用輪轂式電動轎車開關(guān)磁阻電機(jī)（專利號：201020193561），數(shù)量為4個，具體參數(shù)如下，表2：表2計算和最終確定電機(jī)參數(shù)電機(jī)是純電動車（EV）最為重要的部分之一，但由于輪轂所處的部位同時是比較惡劣的地方，所以輪轂電機(jī)的

9、電動汽車設(shè)計中也需特殊設(shè)計。電機(jī)形狀位置設(shè)計輪轂電機(jī)位于車輪，該車采用輪胎型號：215/65R16；r=則根據(jù)公式:自由半徑HB2+in25.42（9）錯誤！未找到引用源。 電動汽車車輪的自由半徑r=（215*65%*2+16*25.4）/2=0.343mFdrr=2根據(jù)公式：滾動半徑（10）其中，F(xiàn)為計算常數(shù)，子午輪胎F=3.05，d為輪胎的自由直徑。r所以車輪半徑r=(3.05×2r)/2=0.333m。電機(jī)冷卻設(shè)計在傳統(tǒng)電動機(jī)一般風(fēng)冷便可以達(dá)到電機(jī)冷卻效果，但是電動汽車的電機(jī)是整個電動汽車動力的來源，由上面數(shù)據(jù)可知輪轂電機(jī)最大功率可達(dá)20kw，所以，我選擇水冷方式對輪轂電機(jī)冷卻

10、。電機(jī)密封表面與水套連接，電機(jī)部分整體浸在冷卻液中，電機(jī)發(fā)熱大部位有凸出的散熱片，電機(jī)旋轉(zhuǎn)同時，散熱片對冷卻液壓縮驅(qū)動，代替電動汽車水泵。原理圖如下：圖1輪轂電機(jī)水冷設(shè)計簡圖本設(shè)計參考于專利：水冷電動輪轂，此發(fā)明包括左輪轂架、右輪轂架、箱體、外轉(zhuǎn)子電機(jī)、軸、車輪和制動器，左輪轂架和右輪轂架與箱體相對固定連接，電機(jī)定子與軸之間的空腔內(nèi)設(shè)置內(nèi)冷卻水箱，內(nèi)冷卻水箱固定設(shè)置在箱體內(nèi)，電機(jī)定子緊密貼合固定套在內(nèi)冷卻水箱的外殼上；還包括外冷卻水箱，外冷卻水箱設(shè)置于電機(jī)外圓周，外冷卻水箱和內(nèi)冷卻水箱之間通過至少一條通道連通，本發(fā)明利用冷卻水的對流原理，能夠有效散失電機(jī)運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，并且在電機(jī)長時間運轉(zhuǎn)時仍能有效散失熱量，保證電機(jī)有較高的工作效率，從而節(jié)約能源，延長電機(jī)使用壽命；結(jié)構(gòu)簡單緊湊，并不增加電動輪轂的體積，適合于電動車輛輕便靈活的特點；外冷卻水箱構(gòu)