轮毂驱动电机结构设计

李梦琪

江苏大学汽车与交通工程学院

轮毂驱动电机结构设计

李梦琪

江苏大学汽车与交通工程学院

轮毂电机具有结构简单、传动效率高等特点，已在电动汽车上得到应用。分析了现有轮毂电机驱动的结构特点，根据某一款车型的性能要求，综合考虑电机尺寸与轮毂的连接特点和布局，设计出满足电动汽车性能要求、结构合理的轮毂驱动电机，运用电机设计软件Ansoft/RMxprt分析所设计电机的性能，结果表明，所设计的电机结构合理、性能满足要求。

轮毂电机；结构设计；性能分析

1 轮毂电机的设计

1.1 轮毂电机的类型及驱动方式

轮毂电机作为整车的动力源，它的输出性能直接决定了整车的动力。目前，电动汽车用电动机主要有异步电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)、横向磁场电机(TFPM)等四类[2]。其中，永磁无刷电机将是电动汽车的最佳选择，而横向磁场电机则因其能量密度高、适合低速大转矩场合等特点，将成为直接驱动式电动汽车的首选部件。因此，本轮毂电机采用外转子直驱型永磁无刷直流电机。

1.2 轮毂电机的性能要求

从获得尽可能高的平均行驶速度观点出发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定，即汽车的最高车速Vmax，汽车的加速时间t，汽车的最大爬坡度i[4]。max

所设计的轮毂驱动电机满足以下动力性要求：

①工况1：车辆以最高车速vmax=120km/h行驶，单个电机轮毂的最高转速nmax及峰值功率pmax1需满足最高车速要求。

②工况2：爬坡度为20%，以爬坡速度vp=20km/h爬坡，单个电机最大转矩Tmax1需满足爬坡度要求。

③工况3：汽车在从加速到120km/h，峰值功率需满足加速性能要求。

综合考虑汽车的加速时间要求和电机的性能，选择电机转折转速nb所对应的车速vb取为60km/h。

根据电机特性曲线，汽车在整个加速过程中的加速时间为

此时，电机峰值功率Pmax2及峰值转矩Tmax2分别为：

经上述分析与计算，初步得到轮毂电机基本性能参数：最高转速1064.6r/min，峰值功率10.9kW，峰值转矩195.5Nm。

1.3 轮毂电机尺寸及外形设计

电机的尺寸受到轮胎尺寸大小的限制，选取轮胎型号为185/65R15，该款轮胎的滚动半径为299mm，由于所设计的轮毂电机为外转子电机，电机的径向尺寸要考虑转子与轮辋间的间隙，并且还要考虑制动器的径向空间及布置形式，轴向要考虑与电机并列的所有零部件的轴向空间[5]，初步选择轮毂电机的外转子直径为252mm，宽度为106mm。

2 基于Ansoft Maxwell的轮毂电机性能分析

为了验证所设计的电机的性能，采用Ansoft/RMxprt软件进行验证[5]。结果如图2.1-2.2所示。

图2 .1 输出功率与转速的关系

图2 .2 转矩与转速的关系

结论

运用Ansoft/RMxprt软件对所设计的轮毂电机进行性能仿真，从性能曲线中可知，电机的最大功率超过10kW，最大转矩超过300Nm，最大转速约为1300r/min，电机性能符合整车动力性的要求。

[1]何仁，张瑞军.轮毂电机驱动技术的研究与进展[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2015，29 (7) ：10-18.

[2]褚文强，辜承林.国内外轮毅电机应用概况和发展趋势[J].微电机，2007，40 (9)：77-81.

[3] Kock A， Groninger M， Mertens A.Fault Tolerant Wheel Hub Drive with Integrated Converter for Electric； Vehicle Applications[C].Proceedings of 2012 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference.Seoul， Korea：IEEE， 2012.

[4]余志生.汽车理论[C].机械工业出版社，2009.

[5]赵博，张洪亮.Ansoft 12在工程电磁场中的应用[C].中国水利水电出版社，2010.