轮毂电机结构、应用及特点分析

（1）轮毂电机的结构形式

轮毂电机动力系统通常由电机、减速机构、制动器与散热系统等组成。轮毂电机动力系统根据电机的转子形式主要分成两种结构形式：内转子型和外转子型。通常，外转子型采用低速外转子电机，电机最高转速在1000～1500r/min，不用任何减速装置，电机的外转子与车轮的轮辋固定或者集成在一起，车轮转速与电机相同。内转子型则采用高速内转子电机，同时装备固定传动比的减速器。为了获得较高的功率密度，电机转速通常高达10000r/min。减速结构通常采用传动比在10∶1左右的行星齿轮减速装置，车轮转速在1000r/min左右。

高速内转子的轮毂电机具有较高的比功率，质量轻，体积小，效率高，噪声小，成本低；缺点是必须采用减速装置，使效率降低，非簧载质量增大，电机的最高转速受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。低速外转子电机结构简单、轴向尺寸小，比功率高，能在很宽的速度范围内控制转矩，且响应速度快，外转子直接和车轮相连，没有减速机构，因此效率高；缺点是如要获得较大的转矩，必须增大电机体积和质量，因而成本高，加速时效率低，噪声大。随着紧凑的行星齿轮变速机构的出现，高速内转子式驱动系统在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。

由于电机电制动容量较小，轮毂电机动力系统不能满足整车制动效能的要求，通常需要附加机械制动系统。轮毂电机系统中的制动器可以根据结构采用鼓式或者盘式制动器。由于电机电制动容量的存在，往往可以使制动器的设计容量适当减小。大多数轮毂电机系统采用风冷方式进行冷却，也有采用水冷和油冷的方式对电机、制动器等的发热部件进行散热降温，但结构比较复杂。

（2）电机应用类型与特点分析

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、足够大的启动转矩，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，电动汽车用电机主要有异步电机、永磁无刷电机和开关磁阻电机、横向磁场电机四类。

1）异步电机。异步电机在这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、低成本、运行可靠、转矩脉动小、噪声低、无需位置传感器、转速极限高等优点，受到欧美国家的青睐。但此类电机也存在一些缺点，如效率不高（特别是在低速时），功率密度一般；是一个强耦合、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。(www.xing528.com)

2）永磁无刷电机。永磁无刷电机与其他电机相比，具有功率密度商、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，目前最大功率也只有几十千瓦；其次，永磁转子的励磁无法调节，导致电机调速困难，调速范围不宽。

3）开关磁阻电机。开关磁阻电机是近二十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。

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.Weh于20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耦，设计自由度大大提高；高转矩密度，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；各相之间相互独立，效率高；控制电路与永磁无刷电机相同，可控性好。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。但此类电机也存在不少缺点：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；功率因数低；自定位转矩较大。

轮毂电机系统的驱动电机按照电机磁场的类型分为径向磁场和轴向磁场2种类型。对比如下：

（1）轴向磁通电机结构更利于热量散发，并且它的定子可以不需要铁心；

（2）径向磁通电机定子、转子之间受力比较均衡，磁路由硅钢片叠压而成，技术更简单成熟。