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【演讲】王晓远:永磁电机必将成为未来研究的热点

2018-12-06 09:26 高工机器人网 阅读:1548
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摘要2018年11月30日,由山东省淄博市经济和信息化委员会、淄博市博山区人民政府主办,博山区企业家协会、高工产研机器人研究所(GGII)高工机器人承办的“2018(中国博山)高端装备与智能制造峰会”在博山区原山艰苦创业教育基地隆重举办。

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  【文/千千】2018年11月30日,由山东省淄博市经济和信息化委员会、淄博市博山区人民政府主办,博山区企业家协会、高工产研机器人研究所(GGII)高工机器人承办的“2018(中国博山)高端装备智能制造峰会”在博山区原山艰苦创业教育基地隆重举办。

  在主题演讲环节,来自天津大学的王晓远教授就“新能源汽车用轮毂电机研究热点及趋势分析”展开主题演讲。王晓远是天津大学电气与自动化工程学院电机与电器专业教授,博士研究生导师,主要研究方向为永磁同步电动机的结构仿真研究、各种电机电器的设计与控制。

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  王晓远教授主讲的是轮毂电机,这是将轮毂和驱动装置直接合并为一体的电机,也就是将电机、传动和制动装置都整合到轮毂中,俗称电动轮,有称其为轮式电机、车轮电机。轮毂电机外形基本一致,大都为扁平型,但电机类型、结构形式、驱动方式差别较大;与传统的集中动力驱动相比,轮毂电机的布局更为灵活,不需要复杂的机械传动系统,并且可以实现多种复杂的驱动方式,甚至可以实现原地转向。

  随着国内外新能源汽车的发展,作为分布式驱动,轮毂电机得到了越来越多企业和研究机关的重视,成为了一个热点。电动汽车要求紧凑,轮毂电机能做到轻量型与高效率,相同的充电量下达到最大的续时里程。轮毂电机中的永磁电机从节能、高效驱成为电动车的首选应用电机。

  他的优点是可靠性高、失效模式可控,以保证乘车者的安全;提供精确的力矩控制,动态性能较好;瞬时功率大,过载能力强——要保证汽车具有4~5倍的过载能力,以满足短时内加速行驶与最大爬坡的要求。

  近年来,随着轮毂电机驱动技术的进一步成熟,国内外轮毂电机的技术研究多针对轮毂电机的关键技术展开进一步研究。主要为电磁结构优化和新的拓扑结构方面、先进的热管理技术、结构集成与轻量化。

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  未来的发展趋势上,新型轮毂电机应用不断出现,开发出较高传动比磁齿轮并结合电机自身特性,充分发挥并体现其优越性,具有高可靠性、舒适性,融合磁齿轮和轮毂电机优点的集成轮毂电机是今后需要研究的关键技术。

  轮毂电机轻量化、高功率密度趋势,轮毂电机驱动方式与集中驱动方式不同,电机安装在车轮上直接驱动增加了非簧载质量,影响整车的平顺性操纵性以及乘车舒适度。从轮毂电机结构的设计优化出发,通过关键零部件轻量化材料的选取、先进的轻量化材料的成型技术以及制造工艺,各结构间配合的轻量设计优化,实现电机的有效减重。

  轮毂电机热管理趋势,为追求高功率密度、高转矩密度,通常采用较高电磁负荷和热负荷,且安放在封闭的狭小车轮内,轴向有效尺寸较小,散热更为困难。良好的热管理技术通过降低生热、改善散热条件以提高电机温升限制,进而可以保证在同样的尺寸下,电机的功率密度及转矩密度得以提高。

  轮毂电机噪声及振动研究趋势,电机驱动系统作为汽车振动噪声的主要源,考虑轮毂电机的NVH问题直接与电机电磁、结构设计、电控设计有很强的关系,可从电机本体设计、工艺、电机控制路线进行具体分析。

  轮毂电机集成化趋势,轮毂电机系统高度集成化是其发展的必然趋势,驱动系统、传动系统、制动系统集成在车轮中,车内空间狭小,必然要求轮毂电机在满足性能的同时设计体积要小,各部件需合理布置,集成后轮毂电机系统的冷却和密封会面临更加严峻的挑战。此外高度集成后各子系统不发生互相干扰,对整体系统的可靠性提出了更高的要求。

  由于轮毂电机安装位置与工作环境限制,相对于径向磁通的永磁同步电机,当电机的极数足够多,轴向长度与外径的比率足够小时,轴向磁场永磁电机在效率和单位输出转矩方面与明显的优势。

  此外,轴向磁场电机还具有结构紧凑、转动惯量小,定子散热条件良好的优点。以YASA电机为代表的轴向磁通永磁电机必将成为未来研究的热点。


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