电动汽车驱动电机的设计与选型.docx

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全球的汽车保有量和使用量的每日增大,世界能源问题愈来愈突出,电动汽车方向渐渐出现并在汽车领域据有了
一个特别重要的地点。早在20世纪50年月初,美国人罗伯特就发了然一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的
轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气企业应用在大型的矿用自卸车上。
相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车,轮毂电机式电动汽车拥有以下长处:动力控制经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,省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等;在电机所安装的地点同时可见,整车的构造变得简短、紧凑,车身高降低,可利用空间大,传动效率高。简单实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。底盘构造大为简化,使整车总部署和车身造型设计的自由度增添。若能将底盘承载功能与车身功能分别,则可实现相同底盘不一样车身造型的产品多样化和系列化,进而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。若在采纳轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4WS),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,大大增添了转向灵巧性。(提及来很轻松,可是假如真切实现起
来,上边那段话唯恐十年之都没方法家产化,比方机电复合
制动,比方制动能量回馈,原理不难,难的是在技术、成本、
家产、供给商等等条件都成熟起来以后......)
,以下表:
力性指标以下:
最大车速X;在车速=60km/h时爬坡度5%(3度);在车速=40km/h时爬坡度12%();原地起步至100km/h的加快时间;最大爬坡度(16度);0到75km/h加快时间;具备2~3倍过载能力。,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是连续工作区,即电动机的额定功率;而最大爬坡度和全力加快时间对应的是短时工
作区(1~5min),即电动机的峰值功率。,不考虑加快阻力
和坡道阻力,电机功率应知足:式中:电机输出功率,kw;传动系效率,;最大车重,取1400kg;转动摩擦系数,
;风阻系数,;迎风面积,㎡;最高车速,取100km/h。依据(1)(2)式,能够计算出知足最
高车速时,[3]。
依据公式(4),此中在车速=60km/h时爬坡度5%可得:依据公式(4),此中在车速=40km/h时爬坡度12%可得:依据(4)式,能够计算出知足车速为60km/h时,爬坡度为
5%,,知足车速为40km/h时,
爬坡度为12%,[3][5]。
(
中在车速=20km/h时爬坡度28%(16度)可得:

4),其
依据(4)
式,能够计算出知足车速为

20km/h

时,爬坡度为

28%,电
机输出额定功率为



,在这里假定额定功率为

25kw。

以由下式计算得出:式中:——电机最大功率,kw;
——电机过载系数,一般取2~3。依据式(3),可
计算得=50~75kw,所以初步假定电机的峰值功率为
75kw。因为采纳的是轮毂电机,所以每个电机设定为:峰
值功率20kw,额定功率为10kw[5]。
速的选择
对电机自己而言,额定功率相同的电机额定转速越高,体积
越小,质量越轻,造价越低;并且电机功率恒准时,跟着电
机额定转速和最高转速的增添,电机的最大转矩会减小,从
而防止造成转矩过太的不利影响。所以,选择高速电机是比
较有益的。但当电机转速超出必定程度后,其转矩降低幅度
,电机最高转速过高时,将致使电机及减速
装置的制造成本增添。电机转速的选择既要考虑负载的要
。综合上述各
种要素,因为采纳轮毂电机,依据车用驱动电机的特色井参
考其余电动车辆上采纳的电机,选定电机的额定转速为
2000r/min,最高转速为3000r/min。式中:——电机的最
大转矩,N·m;
——电机的额定转矩,N·m;——电机的额定转速,r/min。
经过式(5),可算出电机的最大转矩为:=·m,额
定转矩为:=·m[1]。
1)的选择第一应知足车辆最高行驶速度要求,由最高车速与电机最高转速确立传动比的上限。依据公式:得:

2)由电机的最高转速对应的最大输出转矩和最高车速对
应的行驶阻力确立速比的下限值:由前面的计算可得:
(N)
(N·m)(3)由电机最大输出转矩和最
大爬坡度对应行驶阻力确立。
依据公式:(N)
(N·m)由以上的计算我们选定一个
适合的减速比=[1]。
、技
术成熟。拥有沟通电机不行比较的优秀控制特征。在初期开
发的电动汽车上多采纳直流电动机,即便到此刻,还有一些
电动汽车上仍使用直流电动机来驱动。但因为存在电刷和机
械换向器,不只限制了电机过载能力与速度的进一步提升,
并且假如长时间运行,必然要常常保护和改换电刷和换向
器。此外,因为消耗存在于转子上,使得散热困难,限制了
电机转矩质量比的进一步提升。基于直流电动机存在以上缺
陷,
流三相感觉电动机
沟通三相感觉电动机的基天性能沟通三相感觉电动机是应
用得最宽泛的电动机。其定子和转子采纳硅钢片叠压而定子
之间没有互相接触的滑环、换向器等零件。构造简单,运行
靠谱,持久耐用。沟通感觉电动机的功率覆盖面很宽广,转
速达到12000~15000r/min。可采纳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,并能够实现重生反
馈制动。与相同功率的直流电动机对比较,效率较高,质量
减少一半左右,价钱廉价,维修方便。
动机
永磁无刷直流电动机的基天性能:永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特色就是拥有直流电动机的外特征而没有刷构成的机械接触构造。加之,它采纳永磁体转子,没有励磁消耗:发热的电枢绕组又装在外面的定子上,散热简单,所以,永磁无刷直流电动机没有换向火花,没有无线电扰乱,寿命长,运行靠谱,维修简易。别的,它的转速不受机械换向的限制,假如采纳空气轴承或磁悬浮轴承,能够在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系
统对比拥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远景。永磁无刷直流电动机的不足:永磁无刷直流电动机遇到永磁资料工艺的影响和限制,使得永磁无刷直流电动机的功率围较小,最大功率仅几十千瓦。永磁资料在遇到振动、高平和过载电流作用时,其导磁性能可能会降落或发生退磁现象,将降低永磁电动机的性能,严重时还会破坏电动机,在使用中一定严格控制,使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下,操控复杂,需要一套复杂的控制系统,
开关磁阻电动机的基天性能开关磁阻电动机是一种新式电动机,该系统拥有好多显然的特色:它的构造比其余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,不过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,保护维修简单。因此靠谱性好,转速可达
15000r/min。效率可达85%~93%,比沟通感觉电动机要高。消耗主要在定子,电机易于冷却;转子元永磁体,调速围宽,控制灵巧,易于实现各样特别要求的转矩一速度特征,并且
在很广的围保持高效率。更为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余
电动机的控制系统复杂一些,地点检测器是开关磁阻电动机
的重点器件,其性能对开关磁阻电动机的控制操作有重要影
响。因为开关磁阻电动机为双凸极构造,不行防止地存在转矩颠簸,噪声是开关磁阻电动机最主要的弊端。但最近几年来的研究表示,采纳合理的设计、制造和控制技术,开关磁阻电动机的噪声完整能够获得优秀的克制。此外,因为开关磁阻电动机输出转矩颠簸较大,功率变换器的直流电流颠簸也较
大,所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器。
电动汽车采纳的备种驱动电动机性能比较电动汽车在不一样的历史时期采纳了不一样的电动是采纳了控制性能最好和成本较低的直流电动机。跟着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不停发展,沟通电动机。永磁元刷直流电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更为优胜的性能,在电动汽车上,这些电动机逐渐取代了直流电动机。表1为现代电动汽车所采纳的各样电动机的基天性能比较。当前交动机、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,形成批量生产此后,这些电动机和单元控制装置的价钱会快速降低,将能够知足经济效益
的要求,并使电动汽车整车价钱降低[4]。经比较,该车采纳
轮毂式电动轿车开关磁阻电机(专利号:1),数目为4个,详细参数以下,表2:
其余选择与设计电机是纯电动车(EV)最为重要的部分之一,但因为轮毂所处的部位同时是比较恶劣的地方,所以轮毂电
机的电动汽车设计中也需特别设计。
轮毂电机位于车轮,该车采纳轮胎型号:215/65R16;则根
据公式:自由半径汽车车轮的自由半径r=
215*65%*2+16*)/2=
依据公式:转动半径
此中,F为计算常数,子午轮胎F=,d为轮胎的自由直径。所以车轮半径=(×2r)/2π=。.2电机冷却设计
在传统电动机一般风冷便能够达到电机冷却成效,可是电动汽车的电机是整个汽车动力的根源,由上边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。电封表面与水套连结,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,取代汽车水泵。原理图以下:
图1轮毂电机水冷设计简图本设计包含***毂架、右轮毂架、箱体、外转子电机、轴、车轮和制动器,***毂架和右轮毂架与箱体相对固定连结,电机定子与轴之间的空腔设置冷却水箱,冷却水箱固定设置在箱体,电机定子密切贴合固定套在冷却水箱的外壳上;还包含外冷却水箱,外冷却水箱设置于电机外圆周,外冷却水箱和冷却水箱之间经过起码一条通道连通。利用冷却水的对流原理,能够有效消散电机运行产生的热量,并且在电机长时间运行时还能有效消散热
量,保证电机有较高的工作效率,进而节俭能源,延伸电机
使用寿命;构造简单紧凑,其实不增添电动轮毂的体积,适合
于电动车辆轻巧灵巧的特色;外冷却水箱构成箱体壁。
结与展望
,电动汽车在汽车行业里的地位逐渐据有不行忽略地点,而轮毂电机即是汽车的另一个改革方向。因为传统汽车的发展已达一个相当作熟的阶段,这里只好参照部分传统性能参数进行设计选择电动汽车
的动力参数,经过计算得出电机的标准参数。,设计选择出电机的最基本参数,
在此中,选择的开关磁阻电机也是比较新的技术,对其数据仿真对照相对照较困难,也同时难以形成比较真切的仿真。将来应该将它放入电机测试平台进行功率、扭矩测试进行更近一步的数据仿真。别的,这里还波及了电机的密封与散热
问题,水套怎样与电机进行更好的密封,以及抵挡外界碰撞、震动的能力需要进一步的测试设计。最后,电动汽车是一个
集机械设计、电控技术、电池技术为一体的复杂的、多样的系统工程。本文还有好多需要改良的地方和有待进一步研究的难点。相信电动汽车必然在新技术的开发下有个美好的前
景。参照文件[1]伟.《电动汽车的动力学建模与仿真研究》.大学,2003.[2]燕民,郜志峰.《电路与电子技术》.理工大学(第二版),2010.[3]万福,余晨曦.《汽车理论》.华南理工大
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慧.《电动汽车(第二版)》.人民交通,2006.