电动汽车驱动电机匹配设计讲解

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1、电动汽车驱动电机匹配设计录目1概述12世界电动汽车发展史3电驱动系统的基本要求5.5 .电驱动系统结构3.16电机的基本性能要求3.24 电动汽车基本参数参数确定7.7 电动4.174.2汽车基本参数要求动力性指标5电机参数设计5.1以最高车速确定电机额定功率8 .5.2根据要求车速的爬坡度计算功率95.4 根据额定功率来确定电机的最大功率5.5 电机额定转速和转速的选择6传动系最大传动比的设5.3根据最大爬坡度确定电机的额定计 .107电机的种类与性能分117.1直流电动11机7.2交流三相感应电动机7.3 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

2、计159.1 电机形状位置设计15 15电机冷却设计9.210总结与展1710.1 总结 17致谢10.2问题与展望1718.参考文献 191.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，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

3、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 Elec trie Vehicle, PEV)、混合动力电动汽车(Hybrid Elec trie Vehicle, HEV)、插电式混合动力电动汽车(Plug-in Hybrid Elec trie Vehicle, PHEV) 和燃料电池电动汽车(Fuel Cell Elec trie Vehicle, FCEV) 4种基本类型。 自1881年法国电气工程师GustaveTrouve制造出首辆电动汽车开始，电动汽车 经历了

4、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 - 2-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 思想；实现了制动能量回收，降低了摩擦制动器的使Drive-by-wire(线控)实现 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，直接影到是电动汽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

5、，加速性能及爬坡性车的唯一动力来源。电机的性能直接影响 到整车的最高车速、以判断设计方案是否能等。因此在新车开发阶段，必须进行 驱动电机性能匹配， 。满足设计目标和使用要求2.世界电动汽车发展史（1）19世纪30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

6、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- 3-可充电电池。-于1865年在法国研发出性能更好的蓄电池，其同乡卡米尔GastonPlante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 福尔又在1881年的巴黎世界博览会推出了一款双Franz Kravogl在1867道路。 奥地利发明家年轮驱动电动车。法国和英国成为第一批支持发展电动汽车发展的 国家。1881在巴黎举行的国际电力博览会上演示了三轮月，法国发明家Gustave Trouve11年实现量产。电动车，托马斯-帕克表示电动车可在18842 图在内燃机汽车兴盛之前，电动车就创造了许

7、多速度和行驶距离的记录。例 ，日用自行研发的电动车突破了 100 km/h1899Camille Jenatzy在年4月29如， 研发出电动三轮车，年，A. L. Ryker创造了 105.88 km/h的极速。189119制造 了六座电动厢式客车，电动车开始得到美国人的重视。WilliamMorrison相对于 内燃机汽车的电动车技术得到了高速发展，世纪90年代到20世纪初期， 优势 逐渐形成。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。 1897年，、 爱迪生、）安德森电动车公司20世纪初，安东尼电气、贝克、底特律电气 （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

8、动力汽Studebaker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，并且易于因此 电动车的性能操控的特点，非常适合女性驾驶。由于当时没有晶体管技术， 32 km/h也受到限制，这些早期的电动车极速大约只有。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

9、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

10、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 - 5-年代大获20电动车在19世纪用汽油动力。美国的电动车保有量达到33842辆， 年达到了顶峰。成功，销量在1912年代到80年代汽柴油机成为主流(2)20世纪20世纪20世纪初迎来成功之后，很快又失去了成长的势头。从20电动车在年代开始，电动汽车逐渐被内燃 机汽车替代，究其原因主要有四点。第一，20德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，令普通消克萨斯、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，年发明的电力起动在1912费

11、者 也能负担燃油费用；第三，Charles Kettering发明的在1897系统使得汽油机 不再需要人力起动；第四，Hiram Percy Maxim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。5 图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，伟大的亨利-与 此相）。相当于今天的1915年时福特汽车的售价低至440美元（9200美元例如美 1750一款反，效率较低的电动车却价格昂贵，1912年的电动双座敞篷车售价年 代，电动车销量迅速下滑，电动汽。9世纪203.9元（相当于今天的万美元元沖。车在10

12、年后彻底消失电驱动系统的基本要求3.3.1电驱动系统结构由于驱动电机低速通常 电驱动系统从功能角度可分为电气和机械两大部分，其中机械传动部分的结构 是可选的。电气部分包括电机和电功大扭矩的特性- 6-?率控制转化部分。系统原理简示如下图：电驱动系统电气系统 机械系统传动机构电机 驱动器 控制器 机械变速 机构6 电驱动系统结构简图图电机的基本性能要求3.2电动汽车的电机驱动系统把电能转化为机械能， 并通过传动装置（或直接）是电动汽车的关键系统之将能量传递到车轮进而驱动 车辆按照驾驶人意志行驶，发电机系-一。它在电动汽车上的具体任务是：在驾 驶人操纵控制下，将内燃机并在车辆制动时把车辆的动动力电

13、池组的电能转化为 车轮的动能驱动车辆，统、 能再生为电能电能反馈到动力电池中以实现车辆的 再生制动。减速，加速/电动汽车运行工况复杂，对驱动电机要求能够频繁的启 动/停止、高速时转矩低，并要求宽广的调速范围。电机的低速和爬坡的时候要 求转矩高，选型要素通常包括：电机的类型、额定电压、机械特性、效率、尺寸 参数、可靠在基本物理参数定型的基础上通过匹配驱动系统和电子控制系统是性 和成本等。 电机工作在最佳的性能区间。 对电机基本性能指标有以下要求： 1）高电压。在允许的范围内采用高电压可以减小电机尺寸，较小损耗。 2）高 转速。高转速电机体积更小、质量轻，可降低整车整备质量。 ）质量轻。轻量 化设

14、计可以降低整备质量，节省宝贵的能量。3）较大的启动转矩和较大的调速 范围。这样匹配的电动车具有较好的启动4性能、加速性能，并可以提高驾驶舒 适性，减低驾驶员操作强度，达到与传统驾- 7-驶习惯的适应。5）效率高、损耗小，能实现制动能量回收。在车载能源系统不变的情况下，最 大限度的增加续航里程，突出能源利用优势。6）良好的安全性。必须具备高压绝缘、保护设备。7）可靠性好，适应汽车运行的各种恶劣环境。?。结构简单、维修方便，维护成本低84. 电动汽车基本参数参数确定4.1 该电动汽车基本参数要求，如下表表1电动汽车基本参数要求数值 参数 参数 数值0.014整车正装质量1200滚动阻力系数f（kg

15、） 0.33最大总质量（kg）1400轮胎半径（m0.90迎风面积（mJ 2.50传动效率100 0.33最高车速（风阻系数km/h ） 28 最大爬坡度（%）4.2 动力性指标如下：=60km/h 时爬坡度 ui?12%a原地起步至（4100km/h的u? 100km；（1）最大车速ui?5%（3度）（2）在车速;maxaa加速时间i?28%（16度）；5 （）最大爬坡度max- 8-（6.8时爬坡度度）；3（）在车速=40km/h t?35s；） t?25s；加速时间75km/h（5）0到?。倍过载能力6）具备23（5. 电机参数设计一般来说,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是持续工作区，即电动机的额定功率；而最大爬坡度和全力加速时间对应的是短时工作区（15min）, 即电动机的峰值功率。5.1 以最高车速确定电机额定功率P应电机功率根据虽高车速计算电机功率时，不考虑加速阻力和坡道阻力，n满 足：?u?Cu?A?fg?P?m?2maxmaxDaaf?f（1?u/19400）（2）T2a0P电机输出功率，kw；式中：？-N最大车重，取 1400