兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能的电动汽车轮毂电机.docx

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兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能的电动汽车轮毂电机-论文网

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论文摘要：通过对汽车各种运行工况的特性分析，得出电动汽车对其驱动电机的理想要求：需同时兼有电动、发电回馈和电磁制动三项功能。利用对变磁阻双凸极电机的结构原理分析，为兼顾并提高电机的该多功能要求，提出了对电机改进的原理和一系列措施。对所设计的两种轮毂电机的具体结构，以及分别运行于驱动车轮、发电回馈和电磁制动三种功能时的原理和过程进行了描述。应用该类电机可极大简化电动汽车的机械结构，提高其性价比，对当今推广电动汽车和节能减排起到极好效果。

论文关键词：发电回馈,电磁制动,轮毂电机,凸极齿宽

电动汽车作为节能减排的交通工具，已得到世界各国的广泛重视，并被公认为节能、环保的未来汽车。电动汽车主要分为燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类。而这三类电动汽车都要用电动机作为执行机构来驱动车轮行驶。因此发明创造一种能同时满足车辆行驶过程中各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电机显得尤其重要。

据有关资料技术分析可知，汽车用电动机驱动与由发动机驱动相比，有两大点技术优势：第一对于发动机由于能高效产生转矩时的转速被限制在一个很窄的范围内，为此需通过庞大而复杂的变速机构来适应这一特性。而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效地产生转矩，电机现代控制理论已使直接转矩控制技术得到越来越多的应用，数控机床伺服驱动早已对此作了验证，并其调速性能指标远高于汽车行驶要求。第二电动机在实现转矩的快速响应性指标要比发动机高出2个数量级，即为10倍。因此如何设法充分发挥电动机驱动的应有技术优势来改变提高汽车的各项性能是电动汽车研发中的重要课题。

节能环保的电动汽车未能及时推广的主要原因是其性价比。现所研发的电动汽车由于受传统汽车设计思路所束缚，其结构仅在传统汽车基础上改装而成，未能充分发挥电机驱动应有的各种技术优势，以致使性价比也难有突破性提高。通过对各种电动汽车动力传动机构的分析比较，采用轮毂式电机驱动方式是最能充分发挥其电机驱动的技术优势。再根据汽车在各种运行工况的特性分析，得出电动汽车对其驱动电机在起步、加速、减速、制动等状况时的各种特性要求。提出了兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能的电动汽车轮毂式电机（简称多功能轮毂电机），其相关发明专利经实质性审查已被授予国家发明专利，并荣获国家知识产权局主办的中国国际专利与名牌博览会特金奖。

它在电动汽车上应用不仅可实现小马拉大车，提高电机驱动效率，还大大减化机械传动机构，减轻整车自重，减小其传动和附加损耗，即降低成本，也节能减噪。并且如同高档轿车采用4WD四轮驱动，可进一步提高车轮控制的动态响应性，通过微机控制更易实现在传统轿车上较难实施的各种性能优化措施，从而改善操控性和安全性。以此即可全面提高节源环保型电动微轿车的各项性能指标和性价比，使其达到普及型商品化要求。对当今推广电动汽车和节能减排起到极好的效果。本文就为该类轮毂式电机如何为满足汽车运行的各种特性要求，从原理结构上进行改进设计等进行论述。

一、电动汽车对驱动电机的特性要求

通过对车辆起步、加速、爬坡、下坡、高速、低速、滑行、降速、制动和停车等各种行驶工况特性的全面分析，总结出电动汽车对驱动电机的六项性能要求：

1.有较大的启动扭矩和相当的短时过载能力以满足汽车起步、加速和上坡时要求；

2.改善电机的启动特性，避免过大的启动峰值电流损坏蓄电池；

3.有较宽调速范围和理想调速特性以满足汽车高、低速各工况行驶要求；

4.要求电机正反转以简化汽车倒车机构；

5.需电机能方便有效实现发电回馈，将汽车在降速制动和下坡时的动能自动回馈蓄电池，以节能和提高续驶里程；

6.设法利用电磁吸力使电机的定、转子相互吸住来实现电磁制动，避免机械制动存在的热衰退和水衰退，并改进电磁制动功能以缩短制动时间，提高汽车在频繁起、停运行中的制动效能及其恒定性。

根据上述分析得出电动汽车对其轮毂式电机除了有较好的调速性能，还要求同时兼有电动、发电回馈和电磁制动三项功能。通过对直流、交流、永磁无刷、变磁阻等各类调速电机的结构原理和特性分析比较，由于变磁阻双凸极电机具有结构简单、坚固可靠、制造成本低、调速性能好、效率高等优点，能运行于正、反转电动及发电四个象限，为一种新兴的典型机电一体化装置。并具有高起动转矩、低起动电流，即特别适于汽车起步和蓄电池驱动的特性要求。为使电动、发电、制动三功能同时较好地有效发挥，首先确定了采用变磁阻双凸极电机作为其基本结构形式。

为满足电机的多功能要求，利用制作电机模型，反复模拟运行和改进设计，最终通过巧妙合理安排电机双凸极齿与槽的相对宽度和其绕组的空间布局等一系列改进措施，提高和兼顾了电动、发电和制动三功能的较好发挥。为说明对电机改进的思路和基本原理，