(卓工)面向小型纯电动汽车的轮毂电机结构设计文献综述

 2022-11-25 15:33:19

文 献 综 述

1 引言

新能源电动汽车代替传统燃油汽车已成为世界汽车工业发展的必然趋势。纯电动汽车以其高效、无污染、低噪音等优势尤其得到消费者的青睐,得已迅速发展。深度集成电动汽车的电机、控制器及减速器等部件是提升电驱动系统性能的重要措施之一,不仅能够实现减重降成本,而且功率密度等指标也得到有效地提升。国内外企业针对集成电驱开发技术已经开始全面发力,采用集成化电驱动系统成为纯电动乘用汽车的发展趋势[1]

2 研究背景及意义

新能源汽车,就像它的名字所表达,是一种采用了与传统燃油车截然不同的驱动方式的新型汽车。它采用电池或者其他清洁能源作为车辆提供能源,运用电驱动的方式驱动车辆前进。因此,新能源汽车十分环保,行驶中没有尾气排放,对环境不产生任何污染。车辆的行驶完全由电机驱动,大大省略了传统汽车所使用的传动装置,从而使新能源汽车的结构更简便,整个驱动系统的效率也更高。所以,越来越多的知名汽车企业都瞄准了这一非常具有潜力的领域,宣布了它们各自在新能源汽车方面的发展战略。可以想象,就在不远的未来电气化的汽车将会成为人们未来主流的交通工具[2]

电驱动系统在新能源汽车上根据所属类型的不同(混合动力汽车,纯电动汽车)起着部分取代发动机或完全取代发动机的作用。电动机驱动系统作为核心的“三电'技术之一,对于新能源汽车的发展来说有着举足轻重的作用。欧美一些强国早在20世纪70年代就已开始着手研究和电气化汽车相关的电机控制技术。近些年来,我国也对该领域加大研发力度,各类企事业单位,大专院校和科研院所都致力于电动汽车电机控制系统的研究[3]

3 国内外研究情况

永磁同步电动机以永磁体提供励磁,使电动机结构较为简单,降低了加工和装配费用,且省去了容易出问题的集电环和电刷,提高了电动机运行的可靠性;又因无需励磁电流,没有励磁损耗,提高了电动机的效率和功率密度。丰田于2017年推出的全新变速箱搭配的电机称为Prius 2017或PriusIV,代表了丰田对驱动电机的最新研究与技术应用。电动机为一个8极48槽的永磁同步电机,丰田公司主要在磁极结构、定子绕组和稀土材料上深入研究。Prius IV 磁极结构变化很大,采用V一结构设计。每一个槽内的磁钢在轴向分为两段,抑制高速时磁钢的涡流损耗,且增设了两个磁桥,弱磁能力增加,以提高运行速度。新的无Dy 镝稀土永磁技术,大幅度降低稀土的用量,从而降低了电机成本[4-5]

美国、德国、日本等国家对开关磁阻电机的研究工作比较多。日本学者千叶明团队开发了一种满足电动汽车运行性能的新型开关磁阻电机驱动系统,其转矩密度和效率能够达到永磁同步机的要求,应用于普锐斯混合动力车; 捷豹公司发布了一款采用两台开关磁阻电机的混合动力车C-X75; 路虎汽车公司也在车展上发布了一台采用开关磁阻电机驱动的纯电动汽车。而国内汽车对开关磁阻电机的研究与应用投入相对薄弱,实际装配应用较少[6-10]

开关磁阻电机目前还处于进一步的研究开发、测试试验阶段,需要不断地优化、完善和提高,在结构、材料、性能、成本等方面的诸多优势,使其应用领域在不断拓展,但仍未得到大量市场应用,输出转矩脉动产生的振动和噪声问题是限制其发展应用的最大的制约因素,目前开关磁阻电机的主要研究方向即为解决这两大问题[11]

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