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1、 电动汽车驱动电机匹配设计学院名称： 汽车与交通工程学院 专 业： 汽车服务工程 班 级： 10 东汽服 1 学 号： 10801322 姓 名： 吴旭佳 指导老师： 蒋科军老师 二一三 年 十 月JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本 科 课 程 设 计 （ 论 文 ） 目 录1 概述 .12 世界电动汽车发展史.23 电驱动系统的基本要求.53.1 电驱动系统结构 .53.2 电机的基本性能要求 .64 电动汽车基本参数参数确定 .74.1 电动汽车基本参数要求.74.2 动力性指标.75 电机参数设计.75.1 以最高车速确定电机额定功率.75.2 根据要求车
2、速的爬坡度计算.85.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率.95.4 根据额定功率来确定电机的最大功率.95.5 电机额定转速和转速的选择.96 传动系最大传动比的设计.107 电机的种类与性能分析.117.1 直流电动机.117.2 交流三相感应电动机.117.3 永磁无刷直流电动机.117.4 开关磁阻电动机.128 电机的选择.139 电机其他选择与设计.159.1 电机形状位置设计.159.2 电机冷却设计. 1510 总结与展望.17 10.1 总结. 1710.2 问题与展望.17致谢. 18参考文献. 19- 1 -1.概述汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时
3、，又展现出了其双刃剑的另一面，它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。 “能源、环境和安全”成为了 21 世纪世界汽车工业发展的 3 大主题。其中，能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在，更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源，而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为 21 世纪重要的交通工具。电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车，它主要以动力电池组为车载能量源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同，一般将电动汽车划分为纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，
4、PEV） 、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV） 、插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV ）和燃料电池电动汽车（ Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）4 种基本类型。自 1881 年法国电气工程师 Gustave Trouve 制造出首辆电动汽车开始，电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段，其中的决定因素就是动力电池技术和人们对环境、能源的关注程度，但电动汽车自身具有的显著优点：可以实现低排放，甚至零排放行驶；采用电能作为驱动电源，能源来源途径广；行驶噪声小；容易实现 D
5、rive-by-wire(线控)思想；实现了制动能量回收，降低了摩擦制动器的使用强度和维修费用等决定了其必将成为新能源汽车技术发展的一个重要方向和 21 世纪的重要交通工具。汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏，直接影到汽车在城市和城际公路上的使用情况。电驱动系统是电动汽车的心脏，是电动汽车的唯一动力来源。电机的性能直接影响到整车的最高车速、加速性能及爬坡性能等。因此在新车开发阶段，必须进行驱动电机性能匹配，以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求 。- 2 -2.世界电动汽车发展史(1)19 世纪 30
6、年代到 20 世纪电动车的崛起电动汽车的历史并不比内燃机汽车短，它也是最古老的汽车之一，甚至比奥托循环发动机(柴油机)和奔驰发动机(汽油机)还要早。苏格兰商人罗伯特-安德森在 1832 年到 1839 年之间(准确时间不明)研发出电动车。图 11835 年，荷兰教授 Si brandus Stratingh 设计了一款小型电动车，他的助手克里斯托弗-贝克则负责制造。但更具实用价值，更成功的电动车由美国人托马斯-达文波特和苏格兰人罗伯特-戴维森在 1842 年研制，他们首次使用了不可充电电池。 Gaston Plante 于 1865 年在法国研发出性能更好的蓄电池，其同乡卡米尔-福尔又在 18
7、81 年对电池进行了改进，提高了电池容量，为电动车的发展铺平了道路。奥地利发明家 Franz Kravogl 在 1867 年的巴黎世界博览会推出了一款双轮驱动电动车。法国和英国成为第一批支持发展电动汽车发展的国家。1881 年11 月，法国发明家 Gustave Trouve 在巴黎举行的国际电力博览会上演示了三轮电动车，托马斯-帕克表示电动车可在 1884 年实现量产。 - 3 -图 2在内燃机汽车兴盛之前，电动车就创造了许多速度和行驶距离的记录。例如，Camille Jenatzy 在 1899 年 4 月 29 日用自行研发的电动车突破了 100 km/h，创造了 105.88 km/
8、h 的极速。1891 年，A. L. Ryker 研发出电动三轮车，WilliamMorrison 制造了六座电动厢式客车，电动车开始得到美国人的重视。19 世纪 90 年代到 20 世纪初期，电动车技术得到了高速发展，相对于内燃机汽车的优势逐渐形成。 1897 年，美国费城电车公司研制的纽约电动出租车实现了电动车的商用化。20 世纪初，安东尼电气、贝克、底特律电气 (安德森电动车公司)、爱迪生、Studebaker 和其它公司相继推出电动汽车，电动车的销量全面超越汽油动力汽车。电动车也逐渐成为上流社会喜好的城市用车，电动车清洁、安静，并且易于操控的特点，非常适合女性驾驶。由于当时没有晶体管技
9、术，因此电动车的性能也受到限制，这些早期的电动车极速大约只有 32 km/h。 图 3在 19 世纪末 20 世纪初迎来经济繁荣的美国，人们的收入快速增长，汽车开始流行起来。1899 年和 1900 年，电动车销量远远超过其它动力的汽车。电动汽车相比同时代的其它动力汽车具有非常明显的优势，它们没有震动，没有- 4 -难闻的废气，也没有汽油机巨大的噪音。汽油机汽车需要换挡，令其操控起来比较繁杂，而电动车不需要切换挡位。虽然蒸汽机汽车也不需要换挡，但却需要长达 45 分钟的漫长的预热时间。并且蒸汽机汽车加一次水的续航里程，相比电动车单次充电的续航里程更短。由于当时只有城市中才拥有良好路面，大部分时
10、候汽车都只能在本地使用，因此电动车续航里程短的问题并没有成为阻碍其发展的原因。 相对于汽油发动机汽车，电动车不需要人力起动和频繁的换挡，成为大部分人的选择。当时的基本型电动车售价在 1000 美元以下，但也发展出电动豪华车，它们的外形被设计得非常华贵，拥有宽敞的座舱，座舱内则用上价格不菲的高级材料。在 1910 年时，这类电动豪华车的均价达到了 3000 美元。 图 4电动车最初因为缺乏充电配套设施而阻碍了发展，但是随着电网的高速发展，到了 1912 年，很多美国家庭都已经通电，从而能够在家中完成充电。在世纪之交，有 40%的美国汽车采用蒸汽机，38%的汽车采用电力驱动，22%的汽车使用汽油动
11、力。美国的电动车保有量达到 33842 辆，电动车在 19 世纪 20 年代大获成功，销量在 1912 年达到了顶峰。 (2)20 世纪 20 年代到 80 年代汽柴油机成为主流电动车在 20 世纪初迎来成功之后，很快又失去了成长的势头。从 20 世纪20 年代开始，电动汽车逐渐被内燃机汽车替代，究其原因主要有四点。第一，美国在城市间建立起良好的公路网络，需要汽车拥有更长的续航里程；第二，德克萨斯、俄克拉荷马和加利福尼亚等大油田的发现，降低了汽油价格，令普通消费者也能负担燃油费用；第三，Charles Kettering 在 1912 年发明的电力起动系统使得汽油机不再需要人力起动；第四，Hiram Percy Maxim 在 1897 发- 5 -电驱动系统电气系统 机械系统机械变速机构电机 驱动器 控制器 传动机构明的消声器，大幅降低了内燃机的噪音。而当时的电动车速度低，续航里程短，而内燃机汽车的速度更快，续航里程更长，并且价格便宜许多。 图 5伟大的亨利-福特开始在美国大批量生产内燃机汽车，并且售价平易近人，例如 1915 年时福特汽车的售价低至 440 美元(相当于今天的 9200 美元)。与此相反，效率较低的电动车却价格昂贵，一款 1912 年的电动双座敞篷车售价1750 美元(相当于今天的 3.9 万美元)。19 世纪 20 年代，电动车销量迅速下滑，电
