2018年11月30日,由山東省淄博市經(jīng)濟和信息化委員會、淄博市博山區(qū)人民政府主辦,博山區(qū)企業(yè)家協(xié)會、高工產(chǎn)研機器人研究所(GGII)高工機器人承辦的“2018(中國博山)高端裝備與智能制造峰會”在博山區(qū)原山艱苦創(chuàng)業(yè)教育基地隆重舉辦。
在主題演講環(huán)節(jié),來自天津大學的王曉遠教授就“新能源汽車用輪轂電機研究熱點及趨勢分析”展開主題演講。王曉遠是天津大學電氣與自動化工程學院電機與電器專業(yè)教授,博士研究生導師,主要研究方向為永磁同步電動機的結構仿真研究、各種電機電器的設計與控制。
王曉遠教授主講的是輪轂電機,這是將輪轂和驅(qū)動裝置直接合并為一體的電機,也就是將電機、傳動和制動裝置都整合到輪轂中,俗稱電動輪,有稱其為輪式電機、車輪電機。輪轂電機外形基本一致,大都為扁平型,但電機類型、結構形式、驅(qū)動方式差別較大;與傳統(tǒng)的集中動力驅(qū)動相比,輪轂電機的布局更為靈活,不需要復雜的機械傳動系統(tǒng),并且可以實現(xiàn)多種復雜的驅(qū)動方式,甚至可以實現(xiàn)原地轉向。
隨著國內(nèi)外新能源汽車的發(fā)展,作為分布式驅(qū)動,輪轂電機得到了越來越多企業(yè)和研究機關的重視,成為了一個熱點。電動汽車要求緊湊,輪轂電機能做到輕量型與高效率,相同的充電量下達到最大的續(xù)時里程。輪轂電機中的永磁電機從節(jié)能、高效驅(qū)成為電動車的首選應用電機。
他的優(yōu)點是可靠性高、失效模式可控,以保證乘車者的安全;提供精確的力矩控制,動態(tài)性能較好;瞬時功率大,過載能力強——要保證汽車具有4~5倍的過載能力,以滿足短時內(nèi)加速行駛與最大爬坡的要求。
近年來,隨著輪轂電機驅(qū)動技術的進一步成熟,國內(nèi)外輪轂電機的技術研究多針對輪轂電機的關鍵技術展開進一步研究。主要為電磁結構優(yōu)化和新的拓撲結構方面、先進的熱管理技術、結構集成與輕量化。
未來的發(fā)展趨勢上,新型輪轂電機應用不斷出現(xiàn),開發(fā)出較高傳動比磁齒輪并結合電機自身特性,充分發(fā)揮并體現(xiàn)其優(yōu)越性,具有高可靠性、舒適性,融合磁齒輪和輪轂電機優(yōu)點的集成輪轂電機是今后需要研究的關鍵技術。
輪轂電機輕量化、高功率密度趨勢,輪轂電機驅(qū)動方式與集中驅(qū)動方式不同,電機安裝在車輪上直接驅(qū)動增加了非簧載質(zhì)量,影響整車的平順性操縱性以及乘車舒適度。從輪轂電機結構的設計優(yōu)化出發(fā),通過關鍵零部件輕量化材料的選取、先進的輕量化材料的成型技術以及制造工藝,各結構間配合的輕量設計優(yōu)化,實現(xiàn)電機的有效減重。
輪轂電機熱管理趨勢,為追求高功率密度、高轉矩密度,通常采用較高電磁負荷和熱負荷,且安放在封閉的狹小車輪內(nèi),軸向有效尺寸較小,散熱更為困難。良好的熱管理技術通過降低生熱、改善散熱條件以提高電機溫升限制,進而可以保證在同樣的尺寸下,電機的功率密度及轉矩密度得以提高。
輪轂電機噪聲及振動研究趨勢,電機驅(qū)動系統(tǒng)作為汽車振動噪聲的主要源,考慮輪轂電機的NVH問題直接與電機電磁、結構設計、電控設計有很強的關系,可從電機本體設計、工藝、電機控制路線進行具體分析。
輪轂電機集成化趨勢,輪轂電機系統(tǒng)高度集成化是其發(fā)展的必然趨勢,驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)集成在車輪中,車內(nèi)空間狹小,必然要求輪轂電機在滿足性能的同時設計體積要小,各部件需合理布置,集成后輪轂電機系統(tǒng)的冷卻和密封會面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。此外高度集成后各子系統(tǒng)不發(fā)生互相干擾,對整體系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。
由于輪轂電機安裝位置與工作環(huán)境限制,相對于徑向磁通的永磁同步電機,當電機的極數(shù)足夠多,軸向長度與外徑的比率足夠小時,軸向磁場永磁電機在效率和單位輸出轉矩方面與明顯的優(yōu)勢。
此外,軸向磁場電機還具有結構緊湊、轉動慣量小,定子散熱條件良好的優(yōu)點。以YASA電機為代表的軸向磁通永磁電機必將成為未來研究的熱點。