電動汽車驅(qū)動電機(jī)匹配設(shè)計(jì).

1、電動汽車驅(qū)動電機(jī)匹配設(shè)計(jì)目 錄1 概述 .12 世界電動汽車發(fā)展史.23 電驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求.53.1電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .53.2電機(jī)的基本性能要求 .64 電動汽車基本參數(shù)參數(shù)確定 .74.1電動汽車基本參數(shù)要求.74.2 動力性指標(biāo).75 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì).75.1 以最高車速確定電機(jī)額定功率.75.2 根據(jù)要求車速的爬坡度計(jì)算.85.3 根據(jù)最大爬坡度確定電機(jī)的額定功率.95.4 根據(jù)額定功率來確定電機(jī)的最大功率.95.5 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速的選擇.96 傳動系最大傳動比的設(shè)計(jì).107 電機(jī)的種類與性能分析.117.1 直流電動機(jī).117.2交流三相感應(yīng)電動機(jī).117.3 永磁無刷直流電動機(jī)

2、.117.4 開關(guān)磁阻電動機(jī).128 電機(jī)的選擇.139 電機(jī)其他選擇與設(shè)計(jì).159.1 電機(jī)形狀位置設(shè)計(jì).159.2 電機(jī)冷卻設(shè)計(jì). 1510 總結(jié)與展望.17 10.1 總結(jié). 1710.2 問題與展望.17致謝. 18參考文獻(xiàn). 191.概述汽車工業(yè)在促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和給人們生活提供便利的同時，又展現(xiàn)出了其雙刃劍的另一面，它將能源與環(huán)境問題推到了日益尷尬的處境?！澳茉?、環(huán)境和安全”成為了21世紀(jì)世界汽車工業(yè)發(fā)展的3大主題。其中，能源與環(huán)境問題作為全球面臨的重大挑戰(zhàn)和制約汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的癥結(jié)所在，更成為重中之重。電動汽車使用電能作為動力能源，而電能具有來源廣、清潔無污染等特點(diǎn)。電動

3、汽車被公認(rèn)為21世紀(jì)重要的交通工具。電動汽車是指汽車行駛的動力全部或部分來自電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的汽車，它主要以動力電池組為車載能量源，是涉及機(jī)械、電子、電力、微機(jī)控制等多學(xué)科的高科技技術(shù)產(chǎn)品。按照汽車行駛動力來源的不同，一般將電動汽車劃分為純電動汽車（Pure Electric Vehicle，PEV）、混合動力電動汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、插電式混合動力電動汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和燃料電池電動汽車（Fuel Cell Electric Vehicle，F(xiàn)CEV）4種基本類型。自1881年法國電氣工程師G

4、ustave Trouve制造出首輛電動汽車開始，電動汽車經(jīng)歷了曲折起伏的幾個發(fā)展階段，其中的決定因素就是動力電池技術(shù)和人們對環(huán)境、能源的關(guān)注程度，但電動汽車自身具有的顯著優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)低排放，甚至零排放行駛；采用電能作為驅(qū)動電源，能源來源途徑廣；行駛噪聲??；容易實(shí)現(xiàn)Drive-by-wire(線控)思想；實(shí)現(xiàn)了制動能量回收，降低了摩擦制動器的使用強(qiáng)度和維修費(fèi)用等決定了其必將成為新能源汽車技術(shù)發(fā)展的一個重要方向和21世紀(jì)的重要交通工具。汽車作為一種運(yùn)輸工具，運(yùn)輸效率的高低在很大程度上取決于汽車的動力性。動力性是各種性能中最基本、最重要的性能之一。動力性的好壞，直接影到汽車在城市和城際公路上的使

5、用情況。電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，是電動汽車的唯一動力來源。電機(jī)的性能直接影響到整車的最高車速、加速性能及爬坡性能等。因此在新車開發(fā)階段，必須進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)性能匹配，以判斷設(shè)計(jì)方案是否滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)和使用要求參考文獻(xiàn)1。2.世界電動汽車發(fā)展史(1)19世紀(jì)30年代到20世紀(jì)電動車的崛起 電動汽車的歷史并不比內(nèi)燃機(jī)汽車短，它也是最古老的汽車之一，甚至比奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)(柴油機(jī))和奔馳發(fā)動機(jī)(汽油機(jī))還要早。蘇格蘭商人羅伯特-安德森在1832年到1839年之間(準(zhǔn)確時間不明)研發(fā)出電動車。圖 1 1835年，荷蘭教授Sibrandus Stratingh設(shè)計(jì)了一款小型電動車，他的助手克里斯托弗-貝克則

6、負(fù)責(zé)制造。但更具實(shí)用價(jià)值，更成功的電動車由美國人托馬斯-達(dá)文波特和蘇格蘭人羅伯特-戴維森在1842年研制，他們首次使用了不可充電電池。Gaston Plante于1865年在法國研發(fā)出性能更好的蓄電池，其同鄉(xiāng)卡米爾-福爾又在1881年對電池進(jìn)行了改進(jìn)，提高了電池容量，為電動車的發(fā)展鋪平了道路。奧地利發(fā)明家Franz Kravogl在1867年的巴黎世界博覽會推出了一款雙輪驅(qū)動電動車。法國和英國成為第一批支持發(fā)展電動汽車發(fā)展的國家。1881年11月，法國發(fā)明家Gustave Trouve在巴黎舉行的國際電力博覽會上演示了三輪電動車，托馬斯-帕克表示電動車可在1884年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。圖 2 在內(nèi)燃機(jī)汽

7、車興盛之前，電動車就創(chuàng)造了許多速度和行駛距離的記錄。例如，Camille Jenatzy在1899年4月29日用自行研發(fā)的電動車突破了100 km/h，創(chuàng)造了105.88 km/h的極速。1891年，A. L. Ryker研發(fā)出電動三輪車，WilliamMorrison制造了六座電動廂式客車，電動車開始得到美國人的重視。19世紀(jì)90年代到20世紀(jì)初期，電動車技術(shù)得到了高速發(fā)展，相對于內(nèi)燃機(jī)汽車的優(yōu)勢逐漸形成。 1897年，美國費(fèi)城電車公司研制的紐約電動出租車實(shí)現(xiàn)了電動車的商用化。20世紀(jì)初，安東尼電氣、貝克、底特律電氣 (安德森電動車公司)、愛迪生、Studebaker和其它公司相繼推出電動汽

8、車，電動車的銷量全面超越汽油動力汽車。電動車也逐漸成為上流社會喜好的城市用車，電動車清潔、安靜，并且易于操控的特點(diǎn)，非常適合女性駕駛。由于當(dāng)時沒有晶體管技術(shù)，因此電動車的性能也受到限制，這些早期的電動車極速大約只有32 km/h。圖 3在19世紀(jì)末20世紀(jì)初迎來經(jīng)濟(jì)繁榮的美國，人們的收入快速增長，汽車開始流行起來。1899年和1900年，電動車銷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它動力的汽車。電動汽車相比同時代的其它動力汽車具有非常明顯的優(yōu)勢，它們沒有震動，沒有難聞的廢氣，也沒有汽油機(jī)巨大的噪音。汽油機(jī)汽車需要換擋，令其操控起來比較繁雜，而電動車不需要切換擋位。雖然蒸汽機(jī)汽車也不需要換擋，但卻需要長達(dá)45分鐘的漫長

9、的預(yù)熱時間。并且蒸汽機(jī)汽車加一次水的續(xù)航里程，相比電動車單次充電的續(xù)航里程更短。由于當(dāng)時只有城市中才擁有良好路面，大部分時候汽車都只能在本地使用，因此電動車?yán)m(xù)航里程短的問題并沒有成為阻礙其發(fā)展的原因。相對于汽油發(fā)動機(jī)汽車，電動車不需要人力起動和頻繁的換擋，成為大部分人的選擇。當(dāng)時的基本型電動車售價(jià)在1000美元以下，但也發(fā)展出電動豪華車，它們的外形被設(shè)計(jì)得非常華貴，擁有寬敞的座艙，座艙內(nèi)則用上價(jià)格不菲的高級材料。在1910年時，這類電動豪華車的均價(jià)達(dá)到了3000美元。圖 4電動車最初因?yàn)槿狈Τ潆娕涮自O(shè)施而阻礙了發(fā)展，但是隨著電網(wǎng)的高速發(fā)展，到了1912年，很多美國家庭都已經(jīng)通電，從而能夠在家中

10、完成充電。在世紀(jì)之交，有40%的美國汽車采用蒸汽機(jī)，38%的汽車采用電力驅(qū)動，22%的汽車使用汽油動力。美國的電動車保有量達(dá)到33842輛，電動車在19世紀(jì)20年代大獲成功，銷量在1912年達(dá)到了頂峰。(2)20世紀(jì)20年代到80年代汽柴油機(jī)成為主流電動車在20世紀(jì)初迎來成功之后，很快又失去了成長的勢頭。從20世紀(jì)20年代開始，電動汽車逐漸被內(nèi)燃機(jī)汽車替代，究其原因主要有四點(diǎn)。第一，美國在城市間建立起良好的公路網(wǎng)絡(luò)，需要汽車擁有更長的續(xù)航里程；第二，德克薩斯、俄克拉荷馬和加利福尼亞等大油田的發(fā)現(xiàn)，降低了汽油價(jià)格，令普通消費(fèi)者也能負(fù)擔(dān)燃油費(fèi)用；第三，Charles Kettering在1912年

11、發(fā)明的電力起動系統(tǒng)使得汽油機(jī)不再需要人力起動；第四，Hiram Percy Maxim在1897發(fā)明的消聲器，大幅降低了內(nèi)燃機(jī)的噪音。而當(dāng)時的電動車速度低，續(xù)航里程短，而內(nèi)燃機(jī)汽車的速度更快，續(xù)航里程更長，并且價(jià)格便宜許多。圖 5偉大的亨利-福特開始在美國大批量生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)汽車，并且售價(jià)平易近人，例如1915年時福特汽車的售價(jià)低至440美元(相當(dāng)于今天的9200美元)。與此相反，效率較低的電動車卻價(jià)格昂貴，一款1912年的電動雙座敞篷車售價(jià)1750美元(相當(dāng)于今天的3.9萬美元)。19世紀(jì)20年代，電動車銷量迅速下滑，電動汽車在10年后徹底消失1 何洪文.電動汽車原理與構(gòu)造機(jī)械工業(yè)出版社，201

12、2.2 （美）E.H.韋克菲爾德Ernest H.Wakefield. 電動汽車發(fā)展史：電池動力車輛.北京理工大學(xué)出版社，1998.3陳全世.先進(jìn)電動汽車技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社，2013.4 王志福，張承寧.電動汽車電驅(qū)動理論與設(shè)計(jì)，2012.5 胡驊，宋慧.電動汽車（第二版）.人民交通出版社，2006.6 楊萬福，余晨光.汽車?yán)碚?華南理工大學(xué)出版社，2010.7 楊金星，喬維高，劉寵譽(yù).電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，2009. 8陳偉.電動汽車的動力學(xué)建模與仿真研究.吉林大學(xué)，2003.9李燕民，郜志峰.電路與電子技術(shù).北京理工大學(xué)出版社（第二版），2010.10褚文強(qiáng)，

13、辜承林.電動汽車用輪轂電機(jī)現(xiàn)狀研究與發(fā)展趨勢.華中科技大學(xué)，電氣與電子工程學(xué)院，2007.11陳全世.先進(jìn)電動汽車技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社，2013.12王桂姣.電動汽車輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動特性與能量分配.武漢理工大學(xué)，2009.2。 3.電驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求 3.1電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常電驅(qū)動系統(tǒng)從功能角度可分為電氣和機(jī)械兩大部分，由于驅(qū)動電機(jī)低速大扭矩的特性 ，其中機(jī)械傳動部分的結(jié)構(gòu)是可選的。電氣部分包括電機(jī)和電功率控制轉(zhuǎn)化部分。系統(tǒng)原理簡示如下圖3：電驅(qū)動系統(tǒng)電氣系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動器控制器傳動機(jī)構(gòu) 圖 6 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖3.2電機(jī)的基本性能要求 電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)把電能轉(zhuǎn)化

14、為機(jī)械能，并通過傳動裝置（或直接）將能量傳遞到車輪進(jìn)而驅(qū)動車輛按照駕駛?cè)艘庵拘旭?，是電動汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。它在電動汽車上的具體任務(wù)是：在駕駛?cè)瞬倏v控制下，將內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、動力電池組的電能轉(zhuǎn)化為車輪的動能驅(qū)動車輛，并在車輛制動時把車輛的動能再生為電能電能反饋到動力電池中以實(shí)現(xiàn)車輛的再生制動。電動汽車運(yùn)行工況復(fù)雜，對驅(qū)動電機(jī)要求能夠頻繁的啟動/停止、加速/減速，低速和爬坡的時候要求轉(zhuǎn)矩高，高速時轉(zhuǎn)矩低，并要求寬廣的調(diào)速范圍。電機(jī)的選型要素通常包括：電機(jī)的類型、額定電壓、機(jī)械特性、效率、尺寸參數(shù)、可靠性和成本等。在基本物理參數(shù)定型的基礎(chǔ)上通過匹配驅(qū)動系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)是電機(jī)工作在最佳的性能區(qū)

15、間。 對電機(jī)基本性能指標(biāo)有以下要求： 1）高電壓。在允許的范圍內(nèi)采用高電壓可以減小電機(jī)尺寸，較小損耗。 2）高轉(zhuǎn)速。高轉(zhuǎn)速電機(jī)體積更小、質(zhì)量輕，可降低整車整備質(zhì)量。 3）質(zhì)量輕。輕量化設(shè)計(jì)可以降低整備質(zhì)量，節(jié)省寶貴的能量。 4）較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較大的調(diào)速范圍。這樣匹配的電動車具有較好的啟動性能、加速性能，并可以提高駕駛舒適性，減低駕駛員操作強(qiáng)度，達(dá)到與傳統(tǒng)駕駛習(xí)慣的適應(yīng)。 5）效率高、損耗小，能實(shí)現(xiàn)制動能量回收。在車載能源系統(tǒng)不變的情況下，最大限度的增加續(xù)航里程，突出能源利用優(yōu)勢。 6）良好的安全性。必須具備高壓絕緣、保護(hù)設(shè)備。 7）可靠性好，適應(yīng)汽車運(yùn)行的各種惡劣環(huán)境。 8）結(jié)構(gòu)簡單、維修方

16、便，維護(hù)成本低4。4.電動汽車基本參數(shù)參數(shù)確定4.1 該電動汽車基本參數(shù)要求，如下表：表 1 電動汽車基本參數(shù)要求參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值整車正裝質(zhì)量（kg）1200滾動阻力系數(shù)f0.014最大總質(zhì)量（kg）1400輪胎半徑（m）0.33迎風(fēng)面積（）2.50傳動效率0.90風(fēng)阻系數(shù)0.33最高車速（km/h）100最大爬坡度（%）284.2 動力性指標(biāo)如下：（1）最大車速；（2）在車速=60km/h時爬坡度5%（3度）；（3）在車速=40km/h時爬坡度12% （6.8度）；（4）原地起步至100km/h的加速時間；（5）最大爬坡度（16度）；（5）0到75km/h加速時間；（6）具備23倍過載能力5

17、。5.電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)一般來說,電動汽車整車動力性能指標(biāo)中最高車速對應(yīng)的是持續(xù)工作區(qū)，即電動機(jī)的額定功率；而最大爬坡度和全力加速時間對應(yīng)的是短時工作區(qū)(15min),即電動機(jī)的峰值功率。5.1 以最高車速確定電機(jī)額定功率根據(jù)雖高車速計(jì)算電機(jī)功率時，不考慮加速阻力和坡道阻力，電機(jī)功率應(yīng)滿足： （1） （2）式中：電機(jī)輸出功率，kw； 傳動系效率，取0.9； 最大車重，取1400kg; 滾動摩擦系數(shù)，取0.014； 風(fēng)阻系數(shù)，取0.33； 迎風(fēng)面積，取2.50； 最高車速，取100km/h。根據(jù)（1）（2）式，可以計(jì)算出滿足最高車速時，電機(jī)輸出額定功率為21.023kw6。5.2 根據(jù)要求車速的爬坡度

18、計(jì)算（3）根據(jù)公式（4），其中在車速=60km/h時爬坡度5%可得：（N）（N）（kw）根據(jù)公式（4），其中在車速=40km/h時爬坡度12%可得：（N）（N）（kw）根據(jù)（4）式，可以計(jì)算出滿足車速為60km/h時，爬坡度為5%，電機(jī)輸出額定功率為20.95kw，滿足車速為40km/h時，爬坡度為12%，電機(jī)輸出額定功率為23.307kw7。5.3 根據(jù)最大爬坡度確定電機(jī)的額定功率根據(jù)公式（4），其中在車速=20km/h時爬坡度28%（16度）可得：（N）（N）（kw）根據(jù)（4）式，可以計(jì)算出滿足車速為20km/h時，爬坡度為28%，電機(jī)輸出額定功率為24.634kw，在這里假定額定功率為2

19、5kw。5.4 根據(jù)額定功率來確定電機(jī)的最大功率電機(jī)的最大功率可以由下式計(jì)算得出： （4）式中：電機(jī)最大功率，kw； 電機(jī)過載系數(shù)，一般取23。根據(jù)式（3），可計(jì)算得=5075kw，所以初步假設(shè)電機(jī)的峰值功率為75kw。由于選用的是輪轂電機(jī)，所以每個電機(jī)設(shè)定為：峰值功率20kw，額定功率為10kw7。5.5 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速的選擇對電機(jī)本身而言，額定功率相同的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速越高，體積越小，質(zhì)量越輕，造價(jià)越低；而且電機(jī)功率恒定時，隨著電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩會減小，從而避免造成轉(zhuǎn)矩過太的不利影響。因此選擇高速電機(jī)是比較有利的。但當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過一定程度后，其轉(zhuǎn)矩降低幅度明顯減小

20、因此，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速過高時，將導(dǎo)致電機(jī)及減速裝置的制造成本增加。電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇既要考慮負(fù)載的要求又要考慮電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性等固素。綜合上述各種因素，由于選用輪轂電機(jī)，根據(jù)車用驅(qū)動電機(jī)的特點(diǎn)井參考其他電動車輛上采用的電機(jī)，選定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2000r/min，最高轉(zhuǎn)速為3000r/min。（5）式中：電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，Nm；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，Nm；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min。通過式（5），可算出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為：=143.25Nm，額定轉(zhuǎn)矩為：=47.75Nm8。6.傳動系最大傳動比的設(shè)計(jì)（1）的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高行駛速度要求, 由最高車速與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速確定傳動比的上限。根據(jù)公式： （6）得

21、：3.732（2）由電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最高車速對應(yīng)的行駛阻力確定速比的下限值： （7） 由前面的計(jì)算可得：681.16（N）最大輸出轉(zhuǎn)矩143.25（Nm）（3）由電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度對應(yīng)行駛阻力確定。 根據(jù)公式： （8）203.997（N）最大輸出轉(zhuǎn)矩143.25（Nm）由以上的計(jì)算我們選定一個合適的減速比=3.48。7.電機(jī)的種類與性能分析7.1 直流電動機(jī)有刷直流電動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)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

22、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(yùn)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)7.2交流三相感應(yīng)電動機(jī)交流三相感應(yīng)電動機(jī)的基本性能交流三相感應(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(yùn)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

23、直流電動機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價(jià)格便宜，維修方便。7.3 永磁無刷直流電動機(jī)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(diǎn)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，永磁無刷直流電動機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運(yùn)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(yùn)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

24、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(jià)很高7.4 開關(guān)磁阻電動機(jī)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(diǎn)：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

25、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)15000 r/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(shí)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(diǎn)。但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù)，開關(guān)

26、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9。8.電機(jī)的選擇電動汽車采用的備種驅(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，交流電動機(jī)。永磁元刷直流電動機(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2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

27、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(jià)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(jià)格降低10。表2 現(xiàn)代電動汽車驅(qū)動電動機(jī)的基本性能比較項(xiàng)目直流電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)永磁無刷直流電動機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)功率密度低中高較高峰值效率/%85899095959715000可靠性一般好優(yōu)秀好結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性差好一般優(yōu)秀電機(jī)的外形尺寸大中小小電動機(jī)的質(zhì)量重中輕輕電動機(jī)成本/（美元/kW）108101015810控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般經(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3：表 3 計(jì)算和最終確定

28、電機(jī)參數(shù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算總數(shù)值確定總數(shù)值每個電機(jī)數(shù)值峰值功率/kw758020額定功率/kw254010最大轉(zhuǎn)矩/Nm143.25150150額定轉(zhuǎn)矩/Nm47.755050最大轉(zhuǎn)速/（r/min）300030003000額定轉(zhuǎn)速/（r/min）200020002000開關(guān)磁阻電機(jī)是開關(guān)磁阻電機(jī)傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示圖 7 電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)圖 8 定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)其工作原理如圖911 圖 9 開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理圖9.電機(jī)其他選擇與設(shè)計(jì)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)的電動汽車設(shè)計(jì)中也需特殊設(shè)計(jì)。9.1 電機(jī)形狀位置設(shè)計(jì)輪轂電機(jī)位于車輪，該車采用輪胎型號：215/65 R1612；則根據(jù)公式:自由半徑 （9）汽車車輪的自由半徑r=（215*65%*2+16*25.4）/2=0.343m根據(jù)公式：滾動半徑 （10）其中，F(xiàn)為計(jì)算常數(shù)，子午輪胎F=3.05，d為輪胎的自由直徑。所以車輪半徑=(3.052r)/2=0.333m。9.2 電機(jī)冷卻設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)電動機(jī)一般風(fēng)冷便可以達(dá)到電機(jī)