四轮驱动小车轮毂电机调研报告李煌目录1轮毂电机 (1)1.1概述 (1)1.2电机类型 (1)1.2.1异步电机 (1)1.2.2永磁无刷电机 (2)1.2.3开关磁阻电机 (2)1.2.4横向磁场电机 (2)1.2.5电机性能比较 (2)1.3发展趋势 (3)1.3.1无位置传感器控制技术 (3)1.3.2转矩脉动的抑制 (3)1.3.3弱磁扩速 (4)1.4结论 (4)2无刷电机介绍 (5)2.1无刷电机简介 (5)2.2无刷电机结构解析 (5)2.3无刷电机简明运行原理 (5)2.4有刷电机的缺点 (6)2.4.1摩擦大，损耗大 (6)2.4.2发热大，寿命短 (6)2.4.3效率低，输出功率小 (6)2.5无刷电机的优点 (6)2.5.1无电刷、低干扰 (6)2.5.2噪音低，运转顺畅 (6)2.5.3寿命长，低维护成本 (7)3市面上可购型号轮毂电机 (7)3.160V1000W电瓶车发动机澳玛 (7)3.22000W型改装电机 (10)3.38寸一体轮电动滑板车无刷有齿轮毂电机36V (11)3.4锂电池电动车前置高速无刷有齿轮毂电机48V250W (15)3.5小结 (18)附录 (19)第一章轮毂电机1.1概述早在20世纪50年代初，美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毅装置。

该轮毅于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用白卸车上。

近年来，随着电动汽车的兴起，轮毅电机重新引起了重视。

轮毅电机驱动系统的布置非常灵活，可以使电动汽车成为两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。

与内燃机汽车和单电机集中驱动电动汽车相比，使用轮毅电机驱动系统的汽车具有以下儿方面优势:（1）动力控制由硬连接改为软连接型式。

通过电了线控技术，实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮问的差速要求，从而省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等，使驱动系统和整车结构简洁，有效可利用空问大，传动效率提高。

（2）各电动轮的驱动力直接独立可控，使其动力学控制更为灵活、方便;能合理控制各电动轮的驱动力，从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。

（3）容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。

（4）底架结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的白由度增加。

若能将底架承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。

（5）若在采用轮毅电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4WS)，实现车辆转向行驶高性能化可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加了转向灵便性。

1.2电机类型要使电动汽车有较好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围、较高的转速、足够大的起动扭矩，以及体积小、重量轻、效率高，并具有强动态制动和能量回馈等特性。

目前，电动汽车用电动机主要有异步电动机(M)、永磁无刷电动机(PM BIM)和开关磁阻电动机(SRM),横向磁场电机(TFPM)等四类。

1.2.1异步电机异步电机在四类电机中发展历史最为长久，其设计、制造以及控制技术都相对成熟，且具有结构简单、制造容易、低费用、高可靠性等优点，受到欧美国家的青睐。

但此类电机也存在一些缺点:效率不高(特别是在低速时)，功率密度一般;是一个强偶合、多变量、非线性的系统，需采用矢量控制和直接转矩等控制手段，控制成本较高。

1.2.2永磁无刷电机与其他电机相比，永磁无刷电机具有功率密度高、效率高、体积小、结构简单、输出转矩大、可控性好、可靠性高、噪声低等一系列优点，在电动汽车领域颇受青睐。

日本绝大多数电动汽车采用永磁无刷电机驱动系统。

其缺点是:因受永磁材料的限制，目前最大电机功率也只有儿十千瓦;其次，永磁转了的励磁无法调节，导致电机调速困难，调速范围不宽。

1.2.3开关磁阻电机开关磁阻电机是近20年才发展起来的一种新型调速电机，具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。

但其缺点也很多:转矩存在较大波动，振动大，噪声大;系统非线性，建模困难，控制成本高;功率密度低等。

1.2.4横向磁场电机横向磁场电机最早是由德国著名电机专家H.W eh于上世纪80年代末提出，并将之使用到电力舰船、电动汽车上。

与其他电机相比，横向磁场电机的优点十分突出:实现了电路和磁路解祸，设计白由度大大提高;高转矩密度，大约是标准工业用异步电机的5~10倍，且特别适合应用于要求低速、大转矩等场合;绕组形式简单，不存在传统电机的端部，绕组利用率高;各相问相互独立;效率高;控制电路与永磁无刷电动机相同，可控性好等。

目前，国外已成功开发了很多电动汽车用横向磁场电机，国内也正在积极开展相关研究。

但其也存在不少缺点永磁体数目多，用量大;结构较为复杂，工艺要求高，电机成本高;漏磁严重;功率因素低;白定位转矩较大等。

1.2.5电机性能比较各电机性能对比如表1所示，由表一可见：无刷电机是电动汽车的最好选择。

表1-1：各种电机基本性能比较1.3发展趋势1.3.1无位置传感器控制技术传统无刷直流电机都需要一套位置传感器来确定转了位置，这给电机带来了一系列的问题:首先，传感器不但增加了电机的成本，而且占用了电机的内部空问;其次，传感器信号线较多，容易引入干扰;此外，传感器的可靠性与灵敏度易受环境的影响。

所以，无位置传感器的位置信号检测技术是发展的必然趋势。

1.3.2转矩脉动的抑制永磁无刷直流电动机在理想情况下运行时应满足:三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定了电流为方波;反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流持续时问为1200电角度，梯形波反电势平顶部分也为1200电角度，两者严格同步。

此时，电机将产生恒定的电磁转矩。

但在实际运行中，电机总存在转矩脉动。

产生转矩脉动的原因和抑制方法有以下几种:（1）电磁因素产生的转矩脉动。

该类型的转矩脉动是由定了电流和转了磁场的相互作用而产生的。

抑制的方法有:电机优化设计法、最佳开通角法、谐波消去法和转矩闭环控制法等。

（2）电流换向引起的转矩脉动。

该类型的转矩脉动是由于电机绕组电感阻碍了电流的瞬时变化引起的，因而在电枢电流从某一相切换到另一相时就会引起转矩脉动。

抑制方法有:电流反馈法、重叠换向法和PWM斩波法等。

（3）齿槽引起的转矩脉动。

该类型的转矩是由永磁体磁场和定了铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩，又可称为定位转矩或磁阻转矩。

抑制齿槽转矩的方法有:磁性槽楔法和闭口槽法，辅助槽法、辅助齿法和分数槽法，斜槽法和斜极法。

1.3.3弱磁扩速由于永磁体的励磁恒定不变，电机在基速以下采用PAM调制实现调压调速，此时电机的反电势同转速、气隙磁通成正比。

基速及基速以上运行时，端电压已调至最大，随着转速的升高，电机反电势增大，电枢电流减小。

当反电势等于端电压时，电枢电流为零，无法产生电磁转矩，电机将停转。

为了在基速以上端电压不变的条件下保持一定的电枢电流以产生电磁转矩，要实行弱磁控制。

而对方波无刷直流电机而言，传统的弱磁控制不能直接使用，需要新的控制策略。

有的专家提出可通过提前开通功率器件，使得绕组的变压器反电势抵消一部分的旋转反电势，从而满足电压平衡关系，实现等效的弱磁控制。

目前恒功率弱磁调速范围为基速的28倍左右。

1.4结论轮毅电机驱动系统是一种全新的驱动形式，具有的明显优势，已成为电动交通工具发展的一个重要方向。

目前，轮毅电机已在电动白行车的应用上取得巨大成功。

可以预见，随着研究的不断深入，电机性能的不断提高，以及电池技术、动力控制系统和整车能源管理系统等相关技术的突破，轮毅电机也将在电动汽车上取得更大的成功。

第二章无刷电机介绍2.1无刷电机简介无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性，同时也是频率变化的装置，所以又名直流变频，国际通用名词为BLDC。

无刷直流电机的运转效率、低速转矩、转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，所以值得业界关注。

本产品已经生产超过55kW，可设计到400kW，可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。

无刷电机在我国的发展时间虽短，但是随着技术的日益成熟与完善得到了迅猛发展。

已在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。

如深圳伟业电机、长沙科达等一批专业厂商，在技术上不断推进行业发展。

近几年来，无刷电机成为在模型领域里快速发展的一种动力。

由于产量和价格的原因，过去几年无刷电机多使用在中高档航空模型中，现在由于机械加工技术的快速发展，无刷电机的生产成本下降许多，目前它正进入模型领域的各个层面，从电动遥控车到电动遥控船再到电动模型飞机，无处不在。

2.2无刷电机结构解析结构上，无刷电机和有刷电机有相似之处，也有转子和定子，只不过和有刷电机的结构相反；有刷电机的转子是线圈绕组，和动力输出轴相连，定子是永磁磁钢；无刷电机的转子是永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组线圈，去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷，故称之为无刷电机（Brushless motor），那现在就有问题了，没有了电磁场的变换，如何让无刷电机转动呢？2.3无刷电机简明运行原理简单而言，依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，电机就转起来了，电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关，更与无刷电机的控制性能有很大关系，因为输入的是直流电，电流需要电子调速器将其变成3相交流电，还需要从遥控器接收机那里接收控制信号，控制电机的转速，以满足模型使用需要。

总的来说，无刷电机的结构是比较简单的，真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器，好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制，所以价格要比有刷电机高出很多。

2.4有刷电机的缺点2.4.2.4.11摩擦大，损耗大老模友们在以前玩有刷电机的时候都碰到这个问题，那就是使用电机一段时间以后，需要打开电机来清理电机的碳刷，费时费力，维护强度不亚于来一次家庭大扫除。

2.4.2发热大，寿命短由于有刷电机的结构原因，电刷和换向器的接触电阻很大，造成电机整体电阻较大，容易发热，而永磁体是热敏元件，如果温度太高的话，磁钢是会退磁的，使电机性能下降，影响有刷电机的寿命。

2.4.33效率低，输出功率小2.4.上面说到的有刷电机发热问题，很大程度是因为电流做功在电机内部电阻上了，所以电能有很大程度转化为了热能，所以有刷电机的输出功率不大，效率也不高。

2.5无刷电机的优点2.5.1无电刷、低干扰无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。