電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配設(shè)計(jì)

1、JIANGSU UNIVERSITYOFTECHNOLOGY本科課程設(shè)計(jì)（論文）電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配設(shè)計(jì)學(xué)院名稱(chēng)：汽車(chē)與交通工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：汽車(chē)服務(wù)工程班級(jí)：10東汽服1學(xué)號(hào)：10801322姓 名：吳旭佳指導(dǎo)老師：蔣科軍老師二O三年十月目錄1 概述 12 世界電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展史 23 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 53.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . . .53.2 電機(jī)的基本性能要求 64 電動(dòng)汽車(chē)基本參數(shù)參數(shù)確定 74.1 電動(dòng)汽車(chē)基本參數(shù)要求 . . . 74.2 動(dòng)力性指標(biāo) . .75 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 75.1 以最高車(chē)速確定電機(jī)額定功率 . 75.2 根據(jù)要求車(chē)速的爬坡度計(jì)算 85.3 根據(jù)最大爬坡度確定

2、電機(jī)的額定功率 95.4 根據(jù)額定功率來(lái)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(dòng)系最大傳動(dòng)比的設(shè)計(jì) .107 電機(jī)的種類(lèi)與性能分析 117.1 直流電動(dòng)機(jī) 117.2 交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 117.3 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 117.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)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)10 總結(jié)與展望 10.1 總結(jié) 10.2 問(wèn)題與展望 致謝參考文獻(xiàn) 15.171717. 18191. 概述汽車(chē)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(shí)， 又展現(xiàn)出 了其雙刃劍的另一面，它將能源與環(huán)境問(wèn)題推到了

3、日益尷尬的處境。 “能源、環(huán) 境和安全”成為了 21 世紀(jì)世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的 3 大主題。其中，能源與環(huán)境問(wèn) 題作為全球面臨的重大挑戰(zhàn)和制約汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)使用電能作為動(dòng)力能源， 而電能具有來(lái)源廣、 清潔無(wú)污染等特點(diǎn)。 電動(dòng)汽車(chē)被公認(rèn)為 21 世紀(jì)重要的交通工具。電動(dòng)汽車(chē)是指汽車(chē)行駛的動(dòng)力全部或部分來(lái)自電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的汽車(chē)， 它主要 以動(dòng)力電池組為車(chē)載能量源，是涉和機(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(chē)行駛動(dòng)力來(lái)源的不同， 一般將電動(dòng)汽車(chē)劃分為純電動(dòng)汽 車(chē)（Pure Electric Vehicle ,PEV、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（

4、Hybrid Electric Vehicle , HEV、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（Plug-in Hybrid Electric Vehicle , PHEV 和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（ Fuel Cell Electric Vehicle , FCEV、 4種基本類(lèi)型。自 1881年法國(guó)電氣工程師 Gustave Trouve 制造出首輛電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始,電動(dòng) 汽車(chē)經(jīng)歷了曲折起伏的幾個(gè)發(fā)展階段, 其中的決定因素就是動(dòng)力電池技術(shù)和人們 對(duì)環(huán)境、能源的關(guān)注程度,但電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)電源,能源來(lái)源途徑廣；行駛噪聲??；容易 實(shí)現(xiàn) Drive-by-

5、wire（ 線(xiàn)控） 思想；實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)能量回收,降低了摩擦制動(dòng)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(chē)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向和 21 世紀(jì)的重要交通工具。汽車(chē)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(chē)的動(dòng)力 性。動(dòng)力性是各種性能中最基本、最重要的性能之一。動(dòng)力性的好壞,直接影到 汽車(chē)在城市和城際公路上的使用情況。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的心臟, 是電動(dòng)汽 車(chē)的唯一動(dòng)力來(lái)源。 電機(jī)的性能直接影響到整車(chē)的最高車(chē)速、 加速性能和爬坡性 能等。因此在新車(chē)開(kāi)發(fā)階段,必須進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能匹配, 以判斷設(shè)計(jì)方案是否 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)和使用要求 。2. 世界電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展史（1）19世紀(jì)30年代

6、到20世紀(jì)電動(dòng)車(chē)的崛起電動(dòng)汽車(chē)的歷史并不比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)短， 它也是最古老的汽車(chē)之一，甚至比奧 托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)）和奔馳發(fā)動(dòng)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(shí)間不明）研發(fā)出電動(dòng)車(chē)。圖11835年，荷蘭教授Si brandus Stratingh設(shè)計(jì)了一款小型電動(dòng)車(chē)，他的助手克里斯托弗-貝克則負(fù)責(zé)制造。但更具實(shí)用價(jià)值，更成功的電動(dòng)車(chē)由美國(guó)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(guó)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(duì)電池進(jìn)行了改進(jìn)，提高

7、了電池容量，為電動(dòng)車(chē)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(huì)推出了一款雙 輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)。法國(guó)和英國(guó)成為第一批支持發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的國(guó)家。1881年11月，法國(guó)發(fā)明家Gustave Trouve在巴黎舉行的國(guó)際電力博覽會(huì)上演示了三輪 電動(dòng)車(chē)，托馬斯-帕克表示電動(dòng)車(chē)可在1884年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。圖2在內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)興盛之前，電動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(dòng)三輪車(chē)，Wi

8、lliamMorrison 制造了六座電動(dòng)廂式客車(chē)，電動(dòng)車(chē)開(kāi)始得到美國(guó)人的重視。19世紀(jì)90年代到20世紀(jì)初期，電動(dòng)車(chē)技術(shù)得到了高速發(fā)展，相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的 優(yōu)勢(shì)逐漸形成。1897年，美國(guó)費(fèi)城電車(chē)公司研制的紐約電動(dòng)出租車(chē)實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)公司）、愛(ài)迪生、Studebaker和其它公司相繼推出電動(dòng)汽車(chē)，電動(dòng)車(chē)的銷(xiāo)量全面超越汽油動(dòng)力汽 車(chē)。電動(dòng)車(chē)也逐漸成為上流社會(huì)喜好的城市用車(chē)，電動(dòng)車(chē)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(shí)沒(méi)有晶體管技術(shù)，因此電動(dòng)車(chē)的性能 也受到限制，這些早期的電動(dòng)車(chē)極速大約只有32 km/h。圖3在

9、19世紀(jì)末20世紀(jì)初迎來(lái)經(jīng)濟(jì)繁榮的美國(guó)，人們的收入快速增長(zhǎng)，汽車(chē)開(kāi) 始流行起來(lái)。1899年和1900年，電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它動(dòng)力的汽車(chē)。電動(dòng)汽 車(chē)相比同時(shí)代的其它動(dòng)力汽車(chē)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，它們沒(méi)有震動(dòng)，沒(méi)有難聞的廢氣，也沒(méi)有汽油機(jī)巨大的噪音。汽油機(jī)汽車(chē)需要換擋，令其操控起來(lái)比較繁雜， 而電動(dòng)車(chē)不需要切換擋位。雖然蒸汽機(jī)汽車(chē)也不需要換擋，但卻需要長(zhǎng)達(dá)45分鐘的漫長(zhǎng)的預(yù)熱時(shí)間。并且蒸汽機(jī)汽車(chē)加一次水的續(xù)航里程， 相比電動(dòng)車(chē)單次充 電的續(xù)航里程更短。由于當(dāng)時(shí)只有城市中才擁有良好路面， 大部分時(shí)候汽車(chē)都只 能在本地使用，因此電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程短的問(wèn)題并沒(méi)有成為阻礙其發(fā)展的原因。相對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)，電

10、動(dòng)車(chē)不需要人力起動(dòng)和頻繁的換擋， 成為大部分人 的選擇。當(dāng)時(shí)的基本型電動(dòng)車(chē)售價(jià)在 1000美元以下，但也發(fā)展出電動(dòng)豪華車(chē)， 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(jí) 材料。在1910年時(shí)，這類(lèi)電動(dòng)豪華車(chē)的均價(jià)達(dá)到了 3000美元。圖4電動(dòng)車(chē)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(guó)家庭都已經(jīng)通電，從而能夠在家中完成充電。在世 紀(jì)之交，有40%勺美國(guó)汽車(chē)采用蒸汽機(jī)，38%勺汽車(chē)采用電力驅(qū)動(dòng)，22%勺汽車(chē)使 用汽油動(dòng)力。美國(guó)的電動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到33842輛，電動(dòng)車(chē)在19世紀(jì)20年代大獲 成功，銷(xiāo)量在1912年達(dá)到了頂峰。(

11、2) 20世紀(jì)20年代到80年代一一汽柴油機(jī)成為主流電動(dòng)車(chē)在20世紀(jì)初迎來(lái)成功之后，很快又失去了成長(zhǎng)的勢(shì)頭。從20世紀(jì)20年代開(kāi)始，電動(dòng)汽車(chē)逐漸被內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)替代，究其原因主要有四點(diǎn)。第一， 美國(guó)在城市間建立起良好的公路網(wǎng)絡(luò)，需要汽車(chē)擁有更長(zhǎng)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年發(fā)明的電力起動(dòng)系統(tǒng)使得汽油機(jī)不再需要人力起動(dòng)；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(shí)的電動(dòng)車(chē)速度低，續(xù)航里程短，而內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的速度更快，續(xù)航

12、里程更長(zhǎng)，并且價(jià)格便宜許多圖5偉大的亨利-福特開(kāi)始在美國(guó)大批量生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，并且售價(jià)平易近人，例如1915年時(shí)福特汽車(chē)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(dòng)車(chē)卻價(jià)格昂貴，一款1912年的電動(dòng)雙座敞篷車(chē)售價(jià)1750美 元（相當(dāng)于今天的3.9萬(wàn)美元）。19世紀(jì)20年代，電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量迅速下滑，電動(dòng)汽 車(chē)在10年后徹底消失。3. 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求3.1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常電驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)低速大扭矩的特性，其中機(jī)械傳動(dòng)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(jiǎn)示如下圖：電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)

13、1電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制器機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圖6 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.2 電機(jī)的基本性能要求 電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并通過(guò)傳動(dòng)裝置（或直接） 將能量傳遞到車(chē)輪進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車(chē)輛按照駕駛?cè)艘庵拘旭偅?是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵系統(tǒng)之 一。它在電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)力電池組的電能轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)車(chē)輛， 并在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)把車(chē)輛的動(dòng) 能再生為電能電能反饋到動(dòng)力電池中以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的再生制動(dòng)。電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行工況復(fù)雜， 對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求能夠頻繁的啟動(dòng) / 停止、加速/ 減速， 低速和爬坡的時(shí)候要求轉(zhuǎn)矩高，高速時(shí)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

14、包括：電機(jī)的類(lèi)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(guò)匹配驅(qū)動(dòng)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)間。對(duì)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(chē)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(dòng)轉(zhuǎn)矩和較大的調(diào)速范圍。這樣匹配的電動(dòng)車(chē)具有較好的啟動(dòng) 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(dòng)能量回收。在車(chē)載能源系統(tǒng)不變的情況下， 最大限度

15、的增加續(xù)航里程，突出能源利用優(yōu)勢(shì)。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(chē)運(yùn)行的各種惡劣環(huán)境。8）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，維護(hù)成本低 。4. 電動(dòng)汽車(chē)基本參數(shù)參數(shù)確定4.1該電動(dòng)汽車(chē)基本參數(shù)要求，如下表：表1 電動(dòng)汽車(chē)基本參數(shù)要求參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值整車(chē)正裝質(zhì)量（kg）1200滾動(dòng)阻力系數(shù)f0.014最大總質(zhì)量（kg）1400輪胎半徑（m0.33迎風(fēng)面積（卅）2.50傳動(dòng)效率0.90風(fēng)阻系數(shù)0.33最咼車(chē)速（km/h）100 最大爬坡度（%284.2動(dòng)力性指標(biāo)如下：（1）最大車(chē)速 Uamax 10km;（2）在車(chē)速4 =60km/h時(shí)爬坡度i 5% （3度）；（3）在車(chē)速U

16、a =40km/h時(shí)爬坡度i 12%（ 6.8度）；（4）原地起步至100km/h的加速時(shí)間t 35s ；（5）最大爬坡度imax 28%（ 16度）；（5）0到75km/h加速時(shí)間t 25s ；（6）具備23倍過(guò)載能力。5. 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力性能指標(biāo)中最高車(chē)速對(duì)應(yīng)的是持續(xù)工作區(qū)，即電動(dòng)機(jī)的額定功率；而最大爬坡度和全力加速時(shí)間對(duì)應(yīng)的是短時(shí)工作區(qū)（15min）,即電動(dòng)機(jī)的峰值功率。5.1以最高車(chē)速確定電機(jī)額定功率根據(jù)雖高車(chē)速計(jì)算電機(jī)功率時(shí)，不考慮加速阻力和坡道阻力，電機(jī)功率Pn應(yīng) 滿(mǎn)足：PNUamax3600 TCdA u2amax21.15(1)ff0(1 u；/1940

17、0)式中：Pn電機(jī)輸出功率，kw；T 傳動(dòng)系效率，取0.9 ;m 最大車(chē)重，取1400kg;fo 滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.014 ；CD 風(fēng)阻系數(shù)，取0.33 ;A迎風(fēng)面積，取2.50 m2;Uamax最高車(chē)速，取100km/h。21.023kw 。PNUa Ff Fw Gsin3600 T(3)根據(jù)（1） （2）式，可以計(jì)算出滿(mǎn)足最高車(chē)速時(shí)，電機(jī)輸出額定功率為5.2根據(jù)要求車(chē)速的爬坡度計(jì)算根據(jù)公式（4）,其中在車(chē)速Ua =60km/h時(shí)爬坡度i 5%可得:Ff0.014 1 602/19400 1400 9.8 cos 3227.40.33 2.5 60221.15140.4(NPN140.4

18、277.4 1400 9.8 0.0526020.953600 0.9(kw)根據(jù)公式(4)，其中在車(chē)速Ua =40km/h時(shí)爬坡度i 12刑得：(N)Ff 0.014 1 402 /194001400 9.8 cos 12203.38廠(chǎng) 0.33 2.5 402Fw62.4121.15(NPN62如 20338 1400 9.8 118 40 23.3073600 0.9(kw)根據(jù)（4）式，可以計(jì)算出滿(mǎn)足車(chē)速為 60km/h時(shí)，爬坡度為5%電機(jī)輸出額定 功率為20.95kw，滿(mǎn)足車(chē)速為40km/h時(shí)，爬坡度為12%電機(jī)輸出額定功率為 23.307kw o5.3根據(jù)最大爬坡度確定電機(jī)的額定功

19、率根據(jù)公式（4），其中在車(chē)速Ua=20km/h時(shí)爬坡度i 28% （16度）可得:Ff 0.0141 202 /194001400 9$ C0S 16 伽395 (N)2PN15.602(N)0.33 2.5 2021.15188.395 15.602 1400 9.8 0.2762024.6343600 0.9(kw)根據(jù)（4）式，可以計(jì)算出滿(mǎn)足車(chē)速為20km/h時(shí)，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25kw。5.4根據(jù)額定功率來(lái)確定電機(jī)的最大功率Pn電機(jī)的最大功率可以由下式計(jì)算得出:(4)式中：Pmax 電機(jī)最大功率，kW；電機(jī)過(guò)載系數(shù)，一般取23o根

20、據(jù)式（3），可計(jì)算得Pmax =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(gè)電機(jī)設(shè)定為：峰值功率20kw,額定功率為 10kw o5.5電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速的選擇對(duì)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(shí)，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(huì)減小，從而避免造成轉(zhuǎn)矩過(guò)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(guò)一定程度后，其轉(zhuǎn)矩降低幅度明顯減小因此，電 機(jī)最高轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，將導(dǎo)致電機(jī)和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(dòng)機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性

21、等固素。綜合上述各種因 素，由于選用輪轂電機(jī)，根據(jù)車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)井參考其他電動(dòng)車(chē)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 。PTN nN1 Tmax n NN 95509550PnPmaxTmax n N9550(5)Tn電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，nm式中：Tmax電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,nN電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min。通過(guò)式(5),可算出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為:Tmax=i43.25N m,額定轉(zhuǎn)矩為:Tn =47.75N m。6. 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)(1) io的選擇首先應(yīng)滿(mǎn)足車(chē)輛最高行駛速度要求，由最高車(chē)速Uamax與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax確定傳動(dòng)比的上限。

22、根據(jù)公式：n ri00.377 皿(6)Ua max得：io 3.732(2)由電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax和最高車(chē)速對(duì)應(yīng)的行駛阻力Fmax確定速比的下限值:ioFmax rT Tmax(7)由前面的計(jì)算可得：Fmax Ff Fw 681.16 (N) 最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax 143.25 (N- n)i0Fmax r 1.743T Tmax(3) 由電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度對(duì)應(yīng)行駛阻力確定 io 根據(jù)公式：F max rio T I max( 8)F 訕 G(fcos sin )203.997 (N)最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax 143.25 (N- mi0max r0.522由以上的

23、計(jì)算我們選定一個(gè)合適的減速比i0 =3.47. 電機(jī)的種類(lèi)與性能分析7.1直流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車(chē)上仍使用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。但由于存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過(guò)載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，勢(shì)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(dòng)機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電 動(dòng)汽車(chē)上已基本不米用直流電動(dòng)機(jī)7.2交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本性能交流三相感應(yīng)

24、電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動(dòng)機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊 壓而定子之間沒(méi)有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久 耐用。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到1200015000r/min。可采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，并能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。 它的最大特點(diǎn)就是具有直流電 動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)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(méi)有勵(lì) 磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外

25、面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流 電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)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(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)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(dòng)汽車(chē)中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的不足 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制， 使得永磁無(wú)刷直流電 動(dòng)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(dòng)、 高溫和過(guò)載 電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象， 將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能， 嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其

26、不發(fā)生過(guò)載。 永磁無(wú)刷直 流電動(dòng)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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高7.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本性能開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)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(dòng)機(jī)都要簡(jiǎn)單， 在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有滑環(huán)、 繞組和永磁體等， 只是在定子上有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組的端部較短，沒(méi)有相間跨接線(xiàn)， 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(dòng)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

27、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(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能要求。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的不足開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些， 位置檢測(cè)器 是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影 響。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)， 不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)， 噪聲是開(kāi)關(guān) 磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來(lái)的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、 制造和控制 技術(shù)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外， 由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，功率變換器的直流電流波動(dòng)也較大， 所以在直流母線(xiàn)上 需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器。8. 電機(jī)的選擇電動(dòng)汽車(chē)米用的備種驅(qū)動(dòng)電

28、動(dòng)機(jī)性能比較電動(dòng)汽車(chē)在不同的歷史時(shí)期采用了不同的電動(dòng)是采用了控制性能最好和成 本較低的直流電動(dòng)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(dòng)控制 技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)。永磁元刷直流電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)顯示出比 直流電動(dòng)機(jī)更加優(yōu)越的性能，在電動(dòng)汽車(chē)上，這些電動(dòng)機(jī)逐步取代了直流電動(dòng)機(jī)。 表2為現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)所采用的各種電動(dòng)機(jī)的基本性能比較。目前交動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以和它們的控制裝置， 成本還比較高，形成批量生產(chǎn)以后， 這些電動(dòng)機(jī)和單元控制裝置的價(jià)格會(huì)迅速降低，將能夠滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)效益的要求，并使電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)價(jià)格降低。表2現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的基本性能比較項(xiàng)目直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)

29、機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)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(dòng)機(jī)的質(zhì)量重中輕輕電動(dòng)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(chē)選用輪轂式電動(dòng)轎車(chē)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) （專(zhuān)利號(hào)：2），數(shù)量為4個(gè),具體參數(shù)如下，表3:表3計(jì)算和最終確定電機(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(gè)電機(jī)數(shù)值峰值功率/kw758020額定功率/kw254010最大轉(zhuǎn)矩/N m143.25150150額定轉(zhuǎn)矩/N m47.755050最大轉(zhuǎn)速/ (r/min )3額定轉(zhuǎn)速/

30、 (r/min )2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)傳動(dòng)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(dòng)汽車(chē)開(kāi)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9圖9 開(kāi)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(dòng)車(chē)（EV）最為重要的部分之一，但由于輪轂所處的部位同時(shí)是 比較惡劣的地方，所以輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)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(chē)輪，該車(chē)采用輪胎型號(hào)：215/65 R16 ；H B 2 in 25.4r 則根據(jù)公式：自由半徑2（ 9）汽車(chē)車(chē)輪的自由半徑 r= （215*65%*2+16*25.4）/2=0.343mFdrr 根據(jù)公式：滾動(dòng)半徑2（ 10）其

31、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。r所以車(chē)輪半徑 r =（3.05 X 2r）/2 n =0.333葉9.2電機(jī)冷卻設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)一般風(fēng)冷便可以達(dá)到電機(jī)冷卻效果，但是電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)是整個(gè)汽車(chē)動(dòng)力的來(lái)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(duì)輪轂電機(jī)冷卻。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(shí)，散熱片對(duì)冷卻液壓縮驅(qū)動(dòng)，代替汽車(chē)水泵。原理 圖如下：圖5輪轂電機(jī)水冷設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)參考于專(zhuān)利：水冷電動(dòng)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(chē)輪和制動(dòng)器，左輪轂架和右輪轂架與箱體相對(duì)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(guò)至少一條通道連通，本發(fā)明利用冷卻水的對(duì)流原理， 能夠有效散失電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量， 并且在電機(jī)長(zhǎng)時(shí) 間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(zhǎng) 電機(jī)使用壽命；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊， 并不增加電動(dòng)輪轂的體積， 適合于電動(dòng)車(chē)輛輕便 靈活的特點(diǎn)；外冷卻水箱構(gòu)成箱體壁，進(jìn)一步