四轮驱动小车轮毂电机调研报告

四轮驱动小车轮毂电机调研报告

李煌

目录

1轮毂电机 (1)

1.1概述 (1)

1.2电机类型 (1)

1.2.1异步电机 (1)

1.2.2永磁无刷电机 (2)

1.2.3开关磁阻电机 (2)

1.2.4横向磁场电机 (2)

1.2.5电机性能比较 (2)

1.3发展趋势 (3)

1.3.1无位置传感器控制技术 (3)

1.3.2转矩脉动的抑制 (3)

1.3.3弱磁扩速 (4)

1.4结论 (4)

2无刷电机介绍 (5)

2.1无刷电机简介 (5)

2.2无刷电机结构解析 (5)

2.3无刷电机简明运行原理 (5)

2.4有刷电机的缺点 (6)

2.4.1摩擦大，损耗大 (6)

2.4.2发热大，寿命短 (6)

2.4.3效率低，输出功率小 (6)

2.5无刷电机的优点 (6)

2.5.1无电刷、低干扰 (6)

2.5.2噪音低，运转顺畅 (6)

2.5.3寿命长，低维护成本 (7)

3市面上可购型号轮毂电机 (7)

3.160V1000W电瓶车发动机澳玛 (7)

3.22000W型改装电机 (10)

3.38寸一体轮电动滑板车无刷有齿轮毂电机36V (11)

3.4锂电池电动车前置高速无刷有齿轮毂电机48V250W (15)

3.5小结 (18)

附录 (19)

第一章轮毂电机

1.1概述

早在20世纪50年代初，美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毅装置。该轮毅于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用白卸车上。近年来，随着电动汽车的兴起，轮毅电机重新引起了重视。轮毅电机驱动系统的布置非常灵活，可以使电动汽车成为两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。与内燃机汽车和单电机集中驱动电动汽车相比，使用轮毅电机驱动系统的汽车具有以下儿方面优势:

（1）动力控制由硬连接改为软连接型式。通过电了线控技术，实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮问的差速要求，从而省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等，使驱动系统和整车结构简洁，有效可利用空问大，传动效率提高。

（2）各电动轮的驱动力直接独立可控，使其动力学控制更为灵活、方便;能合理控制各电动轮的驱动力，从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。

（3）容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。

（4）底架结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的白由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。

（5）若在采用轮毅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，大大增加了转向灵便性。

1.2电机类型

要使电动汽车有较好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围、较高的转速、足够大的起动扭矩，以及体积小、重量轻、效率高，并具有强动态制动和能量回馈等特性。目前，电动汽车用电动机主要有异步电动机(M)、永磁无刷电动机(PM BIM)和开关磁阻电动机(SRM),横向磁场电机(TFPM)等四类。

1.2.1异步电机

异步电机在四类电机中发展历史最为长久，其设计、制造以及控制技术都相

对成熟，且具有结构简单、制造容易、低费用、高可靠性等优点，受到欧美国家的青睐。但此类电机也存在一些缺点:效率不高(特别是在低速时)，功率密度一般;是一个强偶合、多变量、非线性的系统，需采用矢量控制和直接转矩等控制手段，控制成本较高。

1.2.2永磁无刷电机

与其他电机相比，永磁无刷电机具有功率密度高、效率高、体积小、结构简单、输出转矩大、可控性好、可靠性高、噪声低等一系列优点，在电动汽车领域颇受青睐。日本绝大多数电动汽车采用永磁无刷电机驱动系统。其缺点是:因受永磁材料的限制，目前最大电机功率也只有儿十千瓦;其次，永磁转了的励磁无法调节，导致电机调速困难，调速范围不宽。

1.2.3开关磁阻电机

开关磁阻电机是近20年才发展起来的一种新型调速电机，具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。但其缺点也很多:转矩存在较大波动，振动大，噪声大;系统非线性，建模困难，控制成本高;功率密度低等。

1.2.4横向磁场电机

横向磁场电机最早是由德国著名电机专家H.W eh于上世纪80年代末提出，并将之使用到电力舰船、电动汽车上。与其他电机相比，横向磁场电机的优点十分突出:实现了电路和磁路解祸，设计白由度大大提高;高转矩密度，大约是标准工业用异步电机的5~10倍，且特别适合应用于要求低速、大转矩等场合;绕组形式简单，不存在传统电机的端部，绕组利用率高;各相问相互独立;效率高;控制电路与永磁无刷电动机相同，可控性好等。目前，国外已成功开发了很多电动汽车用横向磁场电机，国内也正在积极开展相关研究。但其也存在不少缺点永磁体数目多，用量大;结构较为复杂，工艺要求高，电机成本高;漏磁严重;功率因素低;白定位转矩较大等。

1.2.5电机性能比较

各电机性能对比如表1所示，由表一可见：无刷电机是电动汽车的最好选择。

表1-1：各种电机基本性能比较

1.3发展趋势

1.3.1无位置传感器控制技术

传统无刷直流电机都需要一套位置传感器来确定转了位置，这给电机带来了一系列的问题:首先，传感器不但增加了电机的成本，而且占用了电机的内部空问;其次，传感器信号线较多，容易引入干扰;此外，传感器的可靠性与灵敏度易受环境的影响。所以，无位置传感器的位置信号检测技术是发展的必然趋势。

1.3.2转矩脉动的抑制

永磁无刷直流电动机在理想情况下运行时应满足:三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定了电流为方波;反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流持续时问为1200电角度，梯形波反电势平顶部分也为1200电角度，两者严格