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王曉遠:永磁電機必將成為未來研究的熱點

時間:2018-12-06

來源:網絡轉載

導語:2018年11月30日,由山東省淄博市經濟和信息化委員會、淄博市博山區人民政府主辦,博山區企業家協會、高工產研機器人研究所(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”在博山區原山艱苦創業教育基地隆重舉辦。

2018年11月30日,由山東省淄博市經濟和信息化委員會、淄博市博山區人民政府主辦,博山區企業家協會、高工產研機器人研究所(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”在博山區原山艱苦創業教育基地隆重舉辦。

在主題演講環節,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、驅動方式差別較大;與傳統的集中動力驅動相比,輪轂電機的布局更為靈活,不需要復雜的機械傳動系統,并且可以實現多種復雜的驅動方式,甚至可以實現原地轉向。

隨著國內外新能源汽車的發展,作為分布式驅動,輪轂電機得到了越來越多企業和研究機關的重視,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時里程。輪轂電機中的永磁電機從節能、高效驅成為電動車的首選應用電機。

他的優點是可靠性高、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,以滿足短時內加速行駛與最大爬坡的要求。

近年來,隨著輪轂電機驅動技術的進一步成熟,國內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。

未來的發展趨勢上,新型輪轂電機應用不斷出現,開發出較高傳動比磁齒輪并結合電機自身特性,充分發揮并體現其優越性,具有高可靠性、舒適性,融合磁齒輪和輪轂電機優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,輪轂電機驅動方式與集中驅動方式不同,電機安裝在車輪上直接驅動增加了非簧載質量,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化出發,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化,實現電機的有效減重。

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,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,電機驅動系統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,輪轂電機系統高度集成化是其發展的必然趨勢,驅動系統、傳動系統、制動系統集成在車輪中,車內空間狹小,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的冷卻和密封會面臨更加嚴峻的挑戰。此外高度集成后各子系統不發生互相干擾,對整體系統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境限制,相對于徑向磁通的永磁同步電機,當電機的極數足夠多,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。

 

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