摘要：随着我国经济的快速发展，电动汽车的技术创新备受人们的关注。其中汽车轮毂电机技术是动力配备中的关键技术，本文针对汽车轮毂电机技术特点以及在设计过程中需要注意的问题进行了分析，供相关的技术人员参考。
关键词：电动汽车；轮毂电机；设计规划
1前言
随着全球能源危机和环境污染的问题，新能源汽车显示出越来越大的优越性，电动汽车是新能源汽车中的主要类型，目前全球各国都在研发新型的可持续发展的电动汽车，新的电池材料、新的驱动技术等等问题已受到各个国家的追捧，其中轮毂电机驱动有着很大的发展前景。
2轮毂电机的简介
轮毂是轮的中央部分，轮毂电动机是轮中央部分放置电动机，也称电动轮，轮毂电机驱动系统是电动车辆的先进驱动方式，这项技术20世纪50年代初由美国人罗伯特发明，1968年，首次被通用电气公司（CE）应用于大型矿用自卸车。近年，随着电动汽车工业的兴起，轮毂电机驱动系统作为先进的驱动方式越来越受到世界各国研究学者和汽车制造商的关注。轮毂电机驱动具有很好的灵活性，可以将电机布置于前轮、后轮或者所有车轮中，直接驱动轮毂旋转，相对于传统的内燃机、单电机优势很明显，具体表现在以下几个方面：（1）轮毂电动机技术的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，省去了离合器、变速器、传动轴、差速器等大量机械部件，将传统车辆的硬连接转为软连接，通过电子控制器，实现各轮毂从零到最大速度的无极变速和轮毂间的差速要求，传动效率提高。（2）车辆的结构简化，整车匹配更加简洁，增加了汽车的内部空间，改善汽车的舒适性。（3）采用线控四轮转向技术（4WS），有效减小转向半径，还可能实现零转向，提高转向灵活性。（4）能够实现轮毂的电气制动、机械复合制动和制动能量反馈，有效节约能源，提高续驶里程。
3轮毂电机的驱动方式
目前轮毂电机驱动方式有两种：减速驱动和直接驱动。减速驱动时，电机多采用内转子形式，运行在高速状态，减速装置放置在电机和车轮之间，要起到减速和提升转矩的作用，减速装置可以是行星齿轮机械减速方式，也可以是磁齿轮减速方式。优点是：电机运行在较高的转速条件下，还是会具有较高的比功率和效率；体积小，在低速运行时可以有较大的平稳转矩，爬坡性能较好。缺点是：齿轮磨损比较快、寿命短、散热不好、噪声比较大。大部分适用于过载能力较大的场合。直接驱动时，电机多采用外转子式。优点：不需要减速机构，驱动轮结构简单、紧凑，轴向尺寸减小，维护费用低。缺点：体积和质量都较大，成本高；高转矩下大电流容易损坏电池，适用于负载较轻的场合。
4轮毂电机驱动电机的类型
目前驱动电机常见的种类有：直流电机、异步电机、永磁无刷直流电机、永磁同步电机、开关磁阻电机和横向磁通电机。
（1）直流电机控制比较简单，控制技术也比较成熟，一般转速由电枢及弱磁来控制，在恒转矩区由电枢控制达到较大的平稳转矩，在恒功率区以弱磁来达到较高转速。但是直流电机是利用电刷实现机械换向，电刷磨损非常快，要经常更换，而且换向过程中存在电火花，危险系数很大，而且电机体积大，制造成本高，所以新型的轮毂电机一般不用直流电机。
（2）异步电机结构简单，成本低，耐用的同时运行也比较可靠，转矩脉动小，噪声低，不需要位置传感器，转速极限高，但是异步电机也有很多问题，调速性能差，驱动电路复杂，成本高，相比永磁材料来说，功率和效率都比较低，所以也不适合放在轮毂电机里。
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（3）永磁无刷直流电机是一种用电子换向器代替传统直流电机的机械换向器，通过电子换向装置产生方波或者梯形波，调速性能与直流电机类似，运行比较可靠，维修也比较方便，没有异步电机上的励磁绕组损耗，所以功率和效率都比较高，永磁直流无刷电机成为电动汽车轮毂电机的主流电机。
（4）永磁同步电机在结构上与永磁无刷直流电机类似，只是它通过正弦波驱动，永磁同步电机根据安排方式的不同，分为表面式和内置式，表面式适用于低速电机，内置式适合于高速电机，都是永磁轮毂电机，同步电机具有低噪声，大功率密度，小转动惯量，高精度控制精度等优势，还可以实现弱磁调速，提高恒功率运行的范围，最适合电动汽车轮毂电机。
（5）开关磁阻电机是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术的电机。定子和转子均采用凸极结构，转子上既没有绕组也没有永磁体，只在定子上装有励磁绕组，由变频电源为定子集中励磁绕组提供交变电流使其工作在开关模式下。开关磁阻电机功率高，效率高，启动电流小，结构简单，调整范围宽，控制简单。是一种新型的有竞争力的新电机，但是由于电机运行在开关模式下，电流波动大，有很大噪声和振动，需要安装电流检测器和位置检测器。
（6）横向磁通电机是一种高转矩密度的特种电机，相对于其它电机，它有许多突出的优势，首先实现了电路和磁路的解耦，设计自由度大大提高。转矩密度和效度很高，特别适应于大转矩和低速等场合，绕组形式简单、效率高、可控性好等，但也存在不少缺点：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，漏磁严重等。
5电液复合制动的要求和约束条件
（1）电液制动力分配要求
电液复合制动力的分配应满足以下四个方面的要求：①制动稳定性：在电液复合制动的情况下，为了使车辆具有转向功能，前轮不应抱死，为了保证制动稳定性，后轮先抱死的危险工况应该极力避免；②制动效能恒定性：由于制动工况十分复杂，电液复合制动应尽可能避免制动器出现热衰退现象；③制动平顺性：在满足车辆制动力需求的情况下，以再生制动力为基础制动力，使液压制动力根据再生制动力进行调配，从而使电液复合制动相协调，使制动更加平顺；④能量回收效率：在满足制动平顺性和制动稳定性的条件下，使用经过科学合理设计的再生制动控制策略，从而回收制动工况中尽可能多的能量。
（2）制动能量回收的约束条件由于制动工况十分复杂，所以在回收制动能量时，也应考虑多方面因素的影响。①电池组状态：当电池组的荷电状态较高或者其温度较高时，为了增加电池组的使用年限，保护电池组的正常工作性能，此时不需要进行再生制动；②电机特性：处于发电状态的电机，其产生的再生制动转矩与电机的转速相关联；当电机工作转速小于额定转速时，电机以恒定转矩输出；当电机工作转速大于额定转速时，电机以额定功率输出，且电机输出转矩与工作转速成反比；③发电功率：处于发电状态的电机，虽然其发电功率越大，制动过程中回收的能量越多，但若电机的发电功率高于电池的最大充电功率，这将使电池的使用年限有所减少，同时也将降低电池的正常工作性能，故电机发电功率应低于电池的最大充电功率。
6结束语
本文首先对轮毂电机的性能进行分析，进而对轮毂电机驱动的纯电动汽车制动工况时的整车进行受力分析，同时对再生制动的影响因素进行分析。当电机的输入功率大于电机的损耗功率时，电机才处于正常的发电状态。
参考文献
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[2]潘汉明, 雷良育, 王子辉,等. 基于小波分析的电动汽车轮毂电机永磁体故障诊断[J]. 中国机械工程, 2016, 27(11):1488-1492.
论文作者:赵庆东,黄贵芬,陈春云
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：电机论文; 轮毂论文; 永磁论文; 转矩论文; 功率论文; 直流电机论文; 转速论文; 《电力设备》2017年第19期论文;