高密度電機(jī)(汽車)

高密度電機(jī)的研究綜述報告人：嚴(yán)雅霜單位：北京理工大學(xué)自動化學(xué)院提綱高密度電機(jī)概述高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)低速大轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)的研究現(xiàn)轉(zhuǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)高速電機(jī)的研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)大推力密度直線電機(jī)的研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)我們的研究方向及研究課題高密度電機(jī)概述-應(yīng)用概述由于高密度電機(jī)體積小、重量輕、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、輸出功率或力矩大等諸多優(yōu)點，應(yīng)用廣泛：航空：航空高密度電機(jī)是各種先進(jìn)飛機(jī)必備的重要部件，如預(yù)警機(jī)的螺旋槳驅(qū)動電機(jī)，燃油泵驅(qū)動電機(jī)，雷達(dá)、天線的驅(qū)動電機(jī)。多電飛機(jī)和全電飛機(jī)是未來飛機(jī)的重要發(fā)展方向，多電飛機(jī)和全電飛機(jī)在歐美等國家和地區(qū)己經(jīng)開始研制。航天：航天領(lǐng)域的電機(jī)對功率密度要求更高，控制特性更好，在線檢測信息更豐富，如衛(wèi)星天線展開機(jī)構(gòu)的電驅(qū)動系統(tǒng)，衛(wèi)星天線伺服系統(tǒng)，導(dǎo)彈舵機(jī)電驅(qū)動機(jī)構(gòu)。航海：高密度電機(jī)在航海領(lǐng)域也有巨大的應(yīng)用前景，如電動魚雷，不僅需要足夠的驅(qū)動力，而且體積要小。工業(yè)：高功率密度電機(jī)是電動汽車的核心技術(shù)之一，也是其它工業(yè)領(lǐng)域的一項基礎(chǔ)研究技術(shù)，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于先進(jìn)制造設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、自動化生產(chǎn)線、機(jī)器人、壓縮機(jī)、試驗機(jī)等領(lǐng)域。高密度的含義（一）功率密度大在一定體積下輸出更大的功率，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，一般采用兩種方法：（1）提高電機(jī)的速度，把電機(jī)設(shè)計成高速電機(jī)，根據(jù)(P/V)=Kn,在體積不變時，電機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比。（2）在不適于提高電機(jī)速度時，優(yōu)化設(shè)計新型結(jié)構(gòu)電機(jī)，從根本上解決相同電機(jī)輸出功率大。（二）轉(zhuǎn)矩、推力密度大在一定體積下輸出大的轉(zhuǎn)矩（旋轉(zhuǎn)電機(jī)）或推力（直線電機(jī)），這種電機(jī)一般速度比較低，輸出總功率不一定大。高密度電機(jī)概述-含義概述高功率密度電驅(qū)動電機(jī)、低速大轉(zhuǎn)矩電機(jī)、高速電機(jī)、大推力直線電機(jī)高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀以電動車輛用驅(qū)動電機(jī)最為典型，永磁同步電機(jī)憑借其高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性的絕對優(yōu)勢，致使電動汽車用驅(qū)動電機(jī)已從多個機(jī)種并行發(fā)展到目前基本統(tǒng)一到以發(fā)展永磁同步電機(jī)系統(tǒng)為主體的局面。根據(jù)電機(jī)驅(qū)動車輪方式：集中電機(jī)驅(qū)動形式-只有一臺驅(qū)動電機(jī)，這種形式中電機(jī)裝在車體內(nèi)，電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過差速器、傳動軸，傳遞至驅(qū)動輪，從而驅(qū)動車輛。

輪轂電機(jī)驅(qū)動形式-將電動機(jī)分別安裝在驅(qū)動輪上，驅(qū)動輪由各自的電機(jī)直接驅(qū)動，這種電機(jī)統(tǒng)稱為輪轂電機(jī)。輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的布置非常靈活，它可以布置在電動車的2個前輪、2個后輪或所有車輪的輪轂中，使電動汽車成為前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動或多輪驅(qū)動車輛。集中電機(jī)驅(qū)動形式-日本1996年,豐田汽車公司的純電動車RAV4EV就采用了東京電機(jī)公司的插入式永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，最大功率為50kW。1998年1月,尼桑公司研發(fā)的新一代電動小客車在美國加利福尼亞州投入使用。驅(qū)動電機(jī)采用了釹鐵硼永磁體,最大功率為62kW,最高轉(zhuǎn)速13100r/min，最大效率達(dá)95%，電機(jī)重量39kg，功率密度達(dá)到1.59kW/kg。日立制作所為純電動汽車開發(fā)的一種內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中的永磁體采用了高性能的錢鐵硼永磁材料，其最大輸出功率為62kW，最高轉(zhuǎn)速為16000r/min，功率質(zhì)量比為1.667kW/kg，最高效率達(dá)到了96%高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-日本2007年，豐田camary電動車也采用了種內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)，最大功率105kW，最高轉(zhuǎn)速14000rpm。集中電機(jī)驅(qū)動形式-日本著名的豐田“普銳斯”混合動力電動汽車

高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀1997年豐田“普銳斯”汽車進(jìn)入汽車市場，它成功的混合動力技術(shù)極大地吸引了世界各大汽車制造商和科研人員的眼球。豐田“普銳斯”混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-日本著名的豐田“普銳斯”混合動力電動汽車

2003款“普銳斯”驅(qū)動電動機(jī)采用“一”字內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，最大功率33kW。2004款采用“V”型內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，增大了磁阻轉(zhuǎn)矩，電池電壓通過泵升電路由200V升高到500V，在電機(jī)體積基本不變的情況下，電機(jī)最大功率增大到50kW2003款（左）與2004款（右）豐田“普銳斯”驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-日本著名的豐田“普銳斯”混合動力電動汽車

到2010款驅(qū)動電機(jī)，泵升電壓進(jìn)一步升高到650V，電機(jī)最大轉(zhuǎn)速上升至13500rpm，電機(jī)體積幾乎不變的情況下，電機(jī)最大功率達(dá)到60kW2010款豐田“普銳斯”驅(qū)動電機(jī)定轉(zhuǎn)子高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-歐美國家在法國VEDELIC電動車計劃中,PSA電動車動力傳動系統(tǒng)生產(chǎn)商MoteursLeroy-Somer選擇的新型驅(qū)動電機(jī)即為3相永磁同步電機(jī)，電機(jī)的最大功率為30kW，電機(jī)重量60kg，功率密度僅為0.5kW/kg，系統(tǒng)效率大于87%。德國第三代奧迪混合動力電動汽車驅(qū)動電機(jī)也采用的永磁同步電機(jī)，最大功率32kW，最高轉(zhuǎn)速為12500r/min，電機(jī)最高效率達(dá)90%以上。瑞典技術(shù)學(xué)院研制的表面插入式永磁電動機(jī)最大功率可達(dá)100kW，最高轉(zhuǎn)速為12000r/min，最高效率96%，功率密度達(dá)1.61kW/kg。美國電動汽車的驅(qū)動電機(jī)以感應(yīng)電機(jī)為主，但也進(jìn)行了永磁同步電機(jī)的研究，SatCon公司JamesH.Goldie等人研制的永磁同步電機(jī)采用定子雙套繞組技術(shù),既擴(kuò)大了電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍,又有效利用了逆變器的電壓,繞組電流低,電機(jī)效率可達(dá)99%。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-中國天津大學(xué)、天津清源公司研制的XL純電動汽車用驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)有感應(yīng)電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)兩種型號，其中永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng)的峰值功率45kW，最大轉(zhuǎn)矩99.5Nm，系統(tǒng)最高效率95%，功率質(zhì)量比為功率密度為1.08kW/kg。上海御能動力科技有限公司為東風(fēng)EQ7200HEV混合動力轎車于2003年開發(fā)的驅(qū)動電機(jī)為永磁磁阻電機(jī)，水冷，峰值功率28kW，最大轉(zhuǎn)矩151Nm，系統(tǒng)最高效率為92%。清華大學(xué)2003年研制的混合電動車無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，電動機(jī)功率為15kW，電壓為110V，電流為52A，轉(zhuǎn)速3000r/min。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-中國沈陽工業(yè)大學(xué)2003年開發(fā)了一臺并聯(lián)式混合動力電動汽車用永磁同步電機(jī)，額定功率18.5kW，額定轉(zhuǎn)速2000r/min，最高轉(zhuǎn)速4000r/min，效率為91%，功率密度為1.014kW/kg，采用機(jī)殼水冷方式。上海大學(xué)黃蘇融等研制的混合動力電動汽車用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，最大功率為21kW，，效率大于85%的工作區(qū)占整個運(yùn)行區(qū)間的50%以上，采用水冷方式來提高電機(jī)功率密度，功率密度為1.2kW/kg。大部分研究單位都試圖通過增大電機(jī)磁阻轉(zhuǎn)矩、提高電機(jī)轉(zhuǎn)速或者采用液體冷卻方式來盡可能增大驅(qū)動電機(jī)的功率密度，然而單定子單轉(zhuǎn)子的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)，限制了功率密度進(jìn)一步提高高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-電機(jī)結(jié)構(gòu)的突破為了進(jìn)一步提高電機(jī)的功率密度，一些科研人員提出把兩臺電機(jī)高度集成在一起的思想雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子單定子軸徑向-徑向磁通4QT樣機(jī)3D示意圖

高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徑向-徑向磁通4QT樣機(jī)主要部件圖4QT三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)瑞典皇家工學(xué)院Chandur教授等1998年最早提出了”四象限能量轉(zhuǎn)換器”，共提出三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并申請了世界專利。對其中的徑向磁通結(jié)構(gòu)和軸徑向-徑向磁通結(jié)構(gòu)方案開展了理論分析和樣機(jī)的實驗研究，對軸向磁通結(jié)構(gòu)方案未開展研究工作。兩臺樣機(jī)定子采用水冷，內(nèi)轉(zhuǎn)子采用風(fēng)冷，根據(jù)其現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)，兩種電機(jī)的功率密度都可達(dá)2kW/kg。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭萍教授提出了更多復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)電機(jī)（CS-PMSM）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，已研制兩種結(jié)構(gòu)功率密度也能達(dá)到2kW/kg。徑向-徑向磁通CS-PMSM實物圖軸向-軸向磁通CS-PMSM實物圖橫截面示意圖外轉(zhuǎn)子統(tǒng)一永磁體場圖DPM樣機(jī)美國俄亥俄州立大學(xué)徐隆亞教授2005年提出雙機(jī)械端口電機(jī)（DPM），后來中科院與其合作進(jìn)行進(jìn)一步研究，制作了樣機(jī)，采用水冷

。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭萍教授提出了更多復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)電機(jī)（CS-PMSM）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，已研制兩種結(jié)構(gòu)徑向-徑向磁通CS-PMSM實物圖軸向-軸向磁通CS-PMSM實物圖油冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

中國汽車技術(shù)研究中心、上海大學(xué)和上海安乃達(dá)驅(qū)動技術(shù)有限公司合作研發(fā)了雙轉(zhuǎn)軸混合磁路能量變換器，結(jié)構(gòu)與瑞典四象限能量轉(zhuǎn)換器類似，油冷卻系統(tǒng)來冷卻整臺電機(jī)。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)廣州汽車技術(shù)中心和華南理工大學(xué)共同研發(fā)電磁耦合無級變速器，與前面復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)不同之處定子中潛嵌有直流勵磁線圈，利用混合勵磁特性實現(xiàn)系統(tǒng)主磁通可調(diào)的功能高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙軸雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)為提高混合電動車的一體化啟動發(fā)電機(jī)的性能，研制了一種新型的雙定子永磁一體化啟動發(fā)電機(jī)，這種電機(jī)高度集成在一起的兩臺永磁電機(jī)共用一個轉(zhuǎn)子部件。他們針對電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其電磁力矩、定位力矩的影響作了大量研究，探求雙定子電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁參數(shù)的合理匹配，指出這種電機(jī)比傳統(tǒng)電機(jī)具有更高的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

香港大學(xué)也針對對這種雙定子一體化啟動發(fā)電永磁機(jī)結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)方案，并進(jìn)行了深入理論與實驗研究由一個定子和內(nèi)外兩個轉(zhuǎn)子組成。定子電樞繞組通入對稱三相交流電時，外轉(zhuǎn)子和定子外層電樞、內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)層電樞分別相當(dāng)于一臺外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)和一臺普通同步電機(jī)同時工作，但定子對轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩方向一致，因此，轉(zhuǎn)軸上輸出的是等效的內(nèi)外兩電機(jī)的和力矩，電機(jī)功率密度很高，具有廣泛的應(yīng)用前景和深入的研究價值。我們欲對此類電機(jī)進(jìn)行深入研究。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀集中電機(jī)驅(qū)動形式-單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，有較高的功率密度和效率,因此國內(nèi)外輪式電機(jī)多采用徑向磁通永磁輪轂電機(jī)和軸向磁通永磁輪轂電機(jī)。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀輪轂電機(jī)徑向磁通永磁輪轂電機(jī)軸向磁通永磁輪轂電機(jī)高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀2001年日本東京大學(xué)開發(fā)的UOTMarchII電動汽車采用4輪全驅(qū)形式，電機(jī)采用徑向磁通內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，最大輸出功率為36kW，最高轉(zhuǎn)速為8700rpm民用工業(yè)輪轂電機(jī)-日本

UOTMarchII輪轂電機(jī)驅(qū)動單元2001年，日本慶應(yīng)義塾大學(xué)環(huán)境信息學(xué)部清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的電動汽車研究小組推出了性能更好的輪式電機(jī)驅(qū)動的概念電動車KAZ，該電動車的電動輪系統(tǒng)中采用高轉(zhuǎn)速、高性能的內(nèi)轉(zhuǎn)子型電動機(jī)，其峰值功率可達(dá)55kW，電機(jī)重量為22kg，其比功率相當(dāng)高。電機(jī)使用表面式磁鋼結(jié)構(gòu)，采用了集中繞組，以提高電機(jī)效率。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀概念電動車KAZ民用工業(yè)輪轂電機(jī)-日本高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀2005年，日本三菱公司推出了ColtEV，該車采用永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)采用徑向磁通內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，最大輸出功率為20kW，最高轉(zhuǎn)速為9000rpm，內(nèi)置減速比為6的行星齒輪。民用工業(yè)輪轂電機(jī)-日本ColtEV輪轂電機(jī)驅(qū)動單元高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀英國PMLFlightlink公司研制的外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)應(yīng)用于VolvoReChargeC30混合動力汽車以及Ford-150純電動車上，其中前者采用的輪轂電機(jī)峰值功率120kW，最大轉(zhuǎn)矩750Nm，最高轉(zhuǎn)速2000rpm，母線電壓采用400V級，重量為25kg，電機(jī)冷卻系統(tǒng)為水冷形式。PMLFlightlink研制的輪轂電機(jī)民用工業(yè)輪轂電機(jī)-日本近年來，高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機(jī)配以減速器的輪轂驅(qū)動系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，其中，日本在這方面的研究最為深入。早在1996年，電動汽車ECO中就采用2臺峰值功率為20kW、最大速度為8500rpm的無刷直流電機(jī)。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-日本采用外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)的驅(qū)動方式也得到了廣泛研究與應(yīng)用。以日本為例，1991年研制的電動汽車IZA，就是以4個額定功率為6.8KW、峰值功率為25kW的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)驅(qū)動的。2004年制造的4輪驅(qū)動電動汽車，采用外轉(zhuǎn)子表面嵌入式永磁同步電動機(jī)，定子繞組為集中繞組，最大功率為75kW。2005年，三菱公司推出一款電動汽車LancerEvolutionMIEV，該車采用4個外轉(zhuǎn)子永磁輪轂電機(jī)，電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為518Nm，最高轉(zhuǎn)速為1500rpm。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-日本美國通用汽車公司2001年研制的全新線控四輪驅(qū)動燃料電池概念車Autonomy，同樣也采用輪轂電機(jī)驅(qū)動型式，電動輪驅(qū)動系統(tǒng)靈活的控制與布置方式，使得該車能更好地實現(xiàn)其drive-by-wire控制。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-美國概念車Autonomy通用公司研制的一款混合動力車GM’sS10采用軸向磁通輪轂電機(jī)，其最大轉(zhuǎn)矩為500Nm，最大功率為25kW，最高轉(zhuǎn)速為1200rpm。該電機(jī)為單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，通過采用較大的電機(jī)直徑和較多的極對數(shù)來提高轉(zhuǎn)矩密度，繞組端部的長度較小，可充分提高電機(jī)效率。為抑制齒槽轉(zhuǎn)矩采用了永磁體短距分布和磁性槽楔，為減小電機(jī)的質(zhì)量則從轉(zhuǎn)子軛部去掉了一部分質(zhì)量。此外，水冷鋁環(huán)和高熱導(dǎo)率的環(huán)氧一起用于定子外側(cè)，以直接散出繞組端部的熱量。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-美國加拿大的TM4一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子式永磁電動機(jī)，其輪轂電機(jī)不通過減速器，直接驅(qū)動車輪。它的集成化設(shè)計程度相當(dāng)高，電動機(jī)轉(zhuǎn)子外殼直接與輪輞相連，電動機(jī)外殼作為車輪的組成部分，省卻了制動鼓的結(jié)構(gòu)，大大減輕了系統(tǒng)質(zhì)量。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-加拿大TM4的一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng)剖面圖澳大利亞國立科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO與悉尼科技大學(xué)共同開發(fā)的一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用于三輪太陽能電動車Aurora。這里的輪轂電機(jī)采用的是盤式電機(jī)，其軸向尺寸相當(dāng)小，通過車輪輪輞和電機(jī)本體的一體化設(shè)計，降低了系統(tǒng)的總重，電動車的最高車速達(dá)到72km/h。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-澳大利亞Aurora的一體化結(jié)構(gòu)英國貝姆勒公司開發(fā)的4輪輪邊驅(qū)動電動車MINIQED，4個車輪均采用貝姆勒開發(fā)的永磁無刷電機(jī)驅(qū)動，單個電機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到750Nm，可以實現(xiàn)4輪獨立驅(qū)動，0~100km/h加速時間僅為4.4s；車上另備2缸發(fā)動機(jī)，因此可以不需充電；制動系統(tǒng)采用電制動系統(tǒng)，無機(jī)械制動系統(tǒng)，通過電機(jī)實現(xiàn)驅(qū)動防滑和制動防抱死功能，并且能夠回收大部分制動回饋能量。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀民用工業(yè)輪轂電機(jī)-英國高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀軍事工業(yè)輪轂電機(jī)-德國MM輪轂電機(jī)目前，世界上許多軍用混合動力戰(zhàn)車都采用德國MM公司的電動機(jī)，通用動力公司地面系統(tǒng)分部和美國國家汽車中心研制的先進(jìn)混合電力驅(qū)動8×8技術(shù)演示車就采用MM電機(jī)，電機(jī)額定功率為110kW。MM電機(jī)的主要特點是：采用外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)配以減速器的結(jié)構(gòu)，內(nèi)定子采用集中繞組，冷卻系統(tǒng)為油冷方式，電機(jī)的母線電壓為750V。這種電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度，與相同尺寸的傳統(tǒng)電機(jī)相比，該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率是其4~10倍。英國的QinetiQ公司制造的6×6型軍用混合電驅(qū)動演示車中采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁無刷電機(jī)，配以減速比為2的減速箱。電機(jī)外徑320mm，長190mm，重45kg，最大轉(zhuǎn)矩355Nm，最大功率100kW，最高轉(zhuǎn)速9000rpm。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀QinetiQ永磁輪轂電機(jī)軍事工業(yè)輪轂電機(jī)-英國國內(nèi)對輪轂電機(jī)的研究雖然起步較晚，但也取得了一系列的成就。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院在2002年、2003年和2004年分別推出了采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的四輪驅(qū)動電動汽車動力平臺“春暉一號”和“春暉二號”，兩者均采用四個低速永磁直流無刷輪轂電動機(jī)直接驅(qū)動，匹配相應(yīng)的盤式制動器。輪轂電機(jī)額定功0.8kW，峰值功率2.5kW；額定轉(zhuǎn)矩25Nm，峰值轉(zhuǎn)矩155Nm；額定轉(zhuǎn)速300r/min，最高轉(zhuǎn)速510r/min。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀國內(nèi)對輪轂電機(jī)的研究哈工大—愛英斯電動汽車研究所開發(fā)的EV96-I型電動汽車采用了多態(tài)輪轂電機(jī)的輪轂驅(qū)動系統(tǒng)。該輪轂電機(jī)采用雙邊混合式磁路結(jié)構(gòu),兼有同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的雙重特性,驅(qū)動輪額定功率6.8kW,最大功率15kW,最大轉(zhuǎn)矩25N·m。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀多態(tài)輪轂電機(jī)示意圖國內(nèi)對輪轂電機(jī)的研究采用新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，俄羅斯在此方面率先進(jìn)行了研究，該電機(jī)采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式，額定功率為2.5kW。采用該結(jié)構(gòu)電機(jī)可以降低銅的用量，同時采用膝點很高（1.969T）的硅鋼片等措施，減小了損耗并可以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。由于電機(jī)自身冷卻可滿足散熱要求，因此該電機(jī)并未采用其他冷卻方式。

高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀輪轂電機(jī)新型電機(jī)結(jié)構(gòu)美國WaveCrest實驗室研發(fā)的Adaptive新型輪式雙氣隙電機(jī)中定子具有非常復(fù)雜的3D拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為便于加工并得到較高的尺寸精度，定子鐵心使用了新型軟磁復(fù)合材料SMC加工，而不是傳統(tǒng)的疊片。此外，采用定子分段等先進(jìn)的嵌線工藝更容易實現(xiàn)高槽滿率。采用較高的槽滿率有利于提高電機(jī)鐵心利用率，降低鐵耗并增強(qiáng)散熱能力，可進(jìn)一步提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀輪轂電機(jī)新型材料與先進(jìn)加工技術(shù)WaveCrest實驗室研制的輪轂電機(jī)美國WaveCrest實驗室研發(fā)的Adaptive新型輪式雙氣隙電機(jī)中定子具有非常復(fù)雜的3D拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為便于加工并得到較高的尺寸精度，定子鐵心使用了新型軟磁復(fù)合材料SMC加工，而不是傳統(tǒng)的疊片。此外，采用定子分段等先進(jìn)的嵌線工藝更容易實現(xiàn)高槽滿率。采用較高的槽滿率有利于提高電機(jī)鐵心利用率，降低鐵耗并增強(qiáng)散熱能力，可進(jìn)一步提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的研究現(xiàn)狀輪轂電機(jī)新型材料與先進(jìn)加工技術(shù)WaveCrest實驗室研制的輪轂電機(jī)高功率密度電驅(qū)動電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)的設(shè)計電動車輛內(nèi)有限的空間對驅(qū)動電機(jī)提出了體積小重量輕的要求，目前，傳統(tǒng)的永磁電機(jī)定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)已較難滿足對電機(jī)高功率密度指標(biāo)的要求，電機(jī)新型定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、各電磁參數(shù)、電機(jī)材料等的優(yōu)化選擇是確保電機(jī)功率密度高的基本與