1 輪轂電機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

輪轂電機(jī)作為電動(dòng)汽車的主要部件，輪轂電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，能夠發(fā)揮出電動(dòng)汽車的巨大功能和優(yōu)勢(shì)。輪轂電機(jī)的使用彌補(bǔ)了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的離合器、變速器等機(jī)械零件的不足，能夠顯著增強(qiáng)機(jī)械運(yùn)行的效率和工作效率，使整車成本明顯降低。國外輪轂電機(jī)發(fā)展相對(duì)較早，輪轂電機(jī)主要是由美國人羅伯特在20世紀(jì)50年代發(fā)明的。輪轂電機(jī)的研究領(lǐng)域中所占位置最高的就是日本地區(qū)，豐田、本田等車型中已經(jīng)將先進(jìn)的輪轂電機(jī)應(yīng)用到其中。我國汽車行業(yè)，尤其是新能源電動(dòng)汽車發(fā)展較晚，并且已經(jīng)將電動(dòng)汽車融入到“863”計(jì)劃，輪轂電機(jī)的研發(fā)和系統(tǒng)的應(yīng)用其基礎(chǔ)較為薄弱與國外先進(jìn)技術(shù)相比有很大差距。同時(shí)，美國、日本和歐洲等發(fā)達(dá)的國家，政府部門對(duì)于汽車排放尾氣要求越來越嚴(yán)格、鼓勵(lì)新技術(shù)的發(fā)展等，各大汽車公司都相繼投入了大量的人力和物力等，主要用于電動(dòng)汽車的研發(fā)，以推出更多新的產(chǎn)品。由此可見，研發(fā)經(jīng)費(fèi)或者優(yōu)惠政策的提出，在推動(dòng)電動(dòng)車行業(yè)發(fā)展方面具有重要作用。

輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：如表1所示。

總體來看，集中式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相對(duì)比，其很多地方較為相似。因此，這兩種系統(tǒng)具有成本高和控制復(fù)雜等不足。分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性高、空間利用率高。從傳動(dòng)效率上看，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)明顯優(yōu)于輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

我國輪轂電機(jī)發(fā)展道路還是比較漫長，由于電機(jī)本體設(shè)計(jì)、電機(jī)優(yōu)化等還不夠成熟，其范圍使用較小。控制系統(tǒng)的研發(fā)有很多基礎(chǔ)，產(chǎn)品也滿足了電動(dòng)汽車的要求。但在散熱方面其研究還不夠深入，油冷方面的研究相對(duì)較少。國內(nèi)輪轂電機(jī)發(fā)展并不成熟，還需與國際接軌，全面提升輪轂電機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)應(yīng)用的水平。

2 電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 電動(dòng)輪轂電機(jī)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由圖1 可以得知，本文所設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)，其一側(cè)端面處于密封狀，殼體（1）上設(shè)置了安裝孔，主要與汽車輪輞相互搭配。殼體運(yùn)用緊固件將其安裝在汽車輪輞內(nèi)側(cè)端。另外一端殼體內(nèi)腔處于敞開的狀態(tài)，并運(yùn)用硅鋼片和定子繞組進(jìn)行相互纏繞，斷面上也設(shè)有安裝孔，將緊固件安裝在車輪輞內(nèi)側(cè)中，殼體敞開端通過形成內(nèi)腔，中間軸（4）和安裝套（5）在通過內(nèi)軸承（7）安裝到電機(jī)軸之上，外軸承（8）在安裝到殼體內(nèi)表面，定子安裝到定子座（6）。定子座和殼體內(nèi)腔之間形成了安置腔，腔內(nèi)有磁鋼（9）。殼體徑向圓周處有若干個(gè)瓦片狀磁鋼，磁鋼也與定子繞組保持相互對(duì)應(yīng)，定子在安裝到定子座的安裝套之上，兩套軸承連接轉(zhuǎn)子殼和定子座。其中軸承主要分為內(nèi)軸承和外軸承，內(nèi)軸承主要是汽車用輪轂軸承。

2.2實(shí)驗(yàn)

結(jié)合電機(jī)性能不穩(wěn)定問題的解決，通過選擇和設(shè)計(jì)一種全新輪轂電機(jī)，能夠使輪轂電機(jī)更加安全可靠。本文主要采用油內(nèi)冷和改進(jìn)轉(zhuǎn)子鐵心機(jī)械機(jī)構(gòu)的方案，開展實(shí)驗(yàn)研究：

由外轉(zhuǎn)子的寬度和間隙所得到的值為固定值，主要是指外轉(zhuǎn)子的邊緣。本文利用二維周向磁場構(gòu)建分析模型，以對(duì)比之前的變化和之后的變化。其一，改進(jìn)之前磁鋼寬度為22mm，間隙為1.8mm；改進(jìn)之后，磁鋼寬度為20.5mm，間隙為1.6mm。相比之下，我們可以理解，改進(jìn)后的氣隙磁場波形相對(duì)平滑，形狀也逐步向正弦波靠攏，能夠?qū)﹄姍C(jī)振動(dòng)和耗損等進(jìn)行控制，使電機(jī)更加穩(wěn)定。本文在對(duì)改進(jìn)之后的電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測定，即深入到不同轉(zhuǎn)矩效率開展測試，通過改變加速大小逐步增大轉(zhuǎn)矩的大小。如果電機(jī)在一定的轉(zhuǎn)矩值下繼續(xù)運(yùn)行20秒，則通過測量，得出相應(yīng)功率，如：輸入功率、輸出功率，通過分析這兩個(gè)功率，以掌握系統(tǒng)的運(yùn)行效率。測定的時(shí)間范圍可以在400r/min、600r/min、800r/min、1000r/min 時(shí)開展性能的測試，如圖2所示。

如圖2 我們可以了解到：測試電流特性（Iin-T）曲線。線性的關(guān)系為輸入電流、輸出轉(zhuǎn)矩等，通過這一線性關(guān)系我們了解到輪轂電機(jī)運(yùn)行過程中其電流較為穩(wěn)定，能夠發(fā)揮出其效能。通過對(duì)比測試還能夠了解到：外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)在采用油內(nèi)冷卻方式后，能夠?qū)⑤嗇炿姍C(jī)的溫升有效控制實(shí)物不僅能夠?qū)㈦姍C(jī)高效運(yùn)行的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)大，還能夠明顯增加電機(jī)的效率。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 部件鐵心制造技術(shù)

電機(jī)輪轂電機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、力能量密度大，電機(jī)電磁力產(chǎn)生的負(fù)載大。其損耗產(chǎn)生部件鐵心制造技術(shù)是提升功率密度的主要因素，選擇適合的輪轂電機(jī)鐵心制造技術(shù)，論述機(jī)械連接、焊接、粘接等技術(shù)。電機(jī)鐵心損耗主要有磁滯損耗、渦流損耗兩個(gè)部分，磁滯損耗由硅鋼片材質(zhì)所決定，厚度、片間絕緣等影響。渦流損耗ρw：

如下所示：其中公式中ρ 主要是硅鋼片電阻率；f 為磁場交變頻率；d 為硅鋼片的厚度；Bm 為最大感應(yīng)強(qiáng)度；V 為鐵心體積。

①鐵芯裝配工藝。定子疊片在裝配成為定子之后，定子中在將繞線應(yīng)用其中。裝配的方式有很多，如：扣片加固技術(shù)裝配有以下優(yōu)勢(shì)：設(shè)計(jì)合理；能夠避免高溫產(chǎn)生較大的損害；穩(wěn)定性強(qiáng)；螺栓連接需要在定子中打額外的孔，這一方式連接定子很容易出現(xiàn)分離的情況，且還會(huì)出現(xiàn)繞線的情況。鉚接過程中運(yùn)用較長的鉚釘條末端位置，應(yīng)采用重的壓頭開展有效壓裝；自鎖式工藝中下一板塊中所沖出的凹坑，應(yīng)運(yùn)用上一版塊上所凸起的板塊進(jìn)行填充；凹坑、沖頭設(shè)計(jì)相對(duì)合理，通過在壓應(yīng)力的作用之下，將片與片之間實(shí)現(xiàn)自鎖。

②鐵心的焊接。利用激光焊接的方式或者離子焊接的方式，對(duì)疊片進(jìn)行連接，連接時(shí)應(yīng)該與整片進(jìn)行連接；整體焊接時(shí)還可以采用氬弧焊接，將已經(jīng)疊裝的定子進(jìn)行焊接；除了焊接之后，還可以采用膠粘方式，以選擇適合的膠層，固化之后不會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。新的膠層在出現(xiàn)之后，需及時(shí)更換膠層，根據(jù)對(duì)比以找出不同膠層對(duì)粘結(jié)應(yīng)力的影響。

2.3.2 并行免疫PID控制技術(shù)

電動(dòng)汽車一旦啟動(dòng)，需立即開展電氣系統(tǒng)的有效檢測。在檢測之后，駕駛員才能進(jìn)入到電動(dòng)汽車之中進(jìn)行操作。駕駛員在沒有發(fā)出驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求之后，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，借助CAN網(wǎng)絡(luò)和傳感器等對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行情況開展有效實(shí)時(shí)的監(jiān)測。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在檢測時(shí)，能夠?qū)︱?qū)動(dòng)踏板傳感器等進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而使駕駛員準(zhǔn)確了解相應(yīng)的請(qǐng)求。當(dāng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令之后可以立即自動(dòng)，將能量回收。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提示駕駛員，從而保障車輛的安全性。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EBS，是運(yùn)用電子控制取代傳統(tǒng)的機(jī)械對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而提升驅(qū)動(dòng)的功能。

借助AIA 算法，運(yùn)用Kp、Ki、Kd 等抗體，性能指標(biāo)主要為目標(biāo)函數(shù)抗原。結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況，選用以十進(jìn)制編碼的方式形成參數(shù)空間與參數(shù)編碼空間，保障這兩個(gè)空間一一相互對(duì)應(yīng)，抗體v被選擇復(fù)制的概率為：

遺傳算法中使用精英維持策略，結(jié)合所預(yù)設(shè)的交叉概率主要選用兩個(gè)交叉抗體。]通過將控制器的性能指數(shù)作為抗原，作為優(yōu)化問題的目的函數(shù)，能夠?qū)ID 三個(gè)增益系數(shù)化作為抗體，以將其作為解決問題的主要應(yīng)對(duì)措施。

采用十進(jìn)的制編碼以得到抗體的編碼。采用基于抗體濃度的調(diào)節(jié)機(jī)制和多樣性維持戰(zhàn)略，以加大對(duì)抗體濃度的有效控制，使輪轂電機(jī)能夠保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，提升驅(qū)動(dòng)控制的質(zhì)量。本文對(duì)自行設(shè)計(jì)輪轂電機(jī)，其算法上更有優(yōu)勢(shì)。

2.3.3 基于JMAG電磁分析的方案

這一方案和技術(shù)應(yīng)用主要解決了電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)負(fù)載情況下所產(chǎn)生的鐵芯耗損問題。該方案內(nèi)容為：

①輪轂電機(jī)鐵芯材料的鐵損原理。

鐵芯耗損也就是鐵損，可以分為2 類：第一，磁通密度B 會(huì)受到時(shí)間上的影響而引起感應(yīng)渦流損耗，運(yùn)用We 進(jìn)行表示；第二，磁通密度B 受到充磁過程而出現(xiàn)磁滯損耗Wh。渦流損耗的認(rèn)定主要是由磁通密度B、鐵芯原材料板厚d、電阻率ρfe所決定的。當(dāng)磁通波處于飽和區(qū)附近后，出現(xiàn)畸變的情況，磁通密度Bve也可以再次進(jìn)行計(jì)算。渦流損耗經(jīng)常使用經(jīng)典理論值K 倍公式開展計(jì)算。其中K 也主要為物理常數(shù)。

②仿真的分析。

本文主要選用JMAG-Express 參數(shù)化組建的模型功能。電機(jī)繞線也主要應(yīng)用集中繞組的方法，進(jìn)行星型連接的方式，圈數(shù)為20圈。結(jié)合仿真的結(jié)果我們可以看出的：第一，利用2 種鐵心材料，將不會(huì)使原材板厚產(chǎn)生任何的影響。厚度的一致性，將會(huì)導(dǎo)致硅鋼片排耗越來越低，出現(xiàn)的鐵損磁密范圍也會(huì)減少。第二，電機(jī)鐵芯材料不會(huì)發(fā)生任何的變化。將鐵芯原材料板厚進(jìn)行改變之后，主要運(yùn)用厚度為0.5mm 的硅鋼片，當(dāng)材料相同時(shí)，硅鋼片也就越厚，鐵損磁密分布的范圍也就越大。

不同的厚度產(chǎn)生的影響不同，尤其是在電機(jī)效率方面產(chǎn)生的影響有很大差異。例如：JN230這一原材在應(yīng)用后，其他厚度應(yīng)用也不會(huì)對(duì)電機(jī)高效區(qū)產(chǎn)生影響。而厚度較小，硅鋼片則會(huì)發(fā)生較大的變化，使電機(jī)效率明顯減弱；鐵芯原材如果為0.35mm，其他的材料所發(fā)揮出的作用不大。

3 中國電動(dòng)汽車電機(jī)發(fā)展舉措

3.1 關(guān)鍵技術(shù)深入研究和創(chuàng)新

國內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)無論是在制造工藝方面還是技術(shù)創(chuàng)新方面都與國外驅(qū)動(dòng)電機(jī)有很大區(qū)別。如：國外針對(duì)于電機(jī)研發(fā)比較重視，其投入相對(duì)較大，尤其是國外針對(duì)于電機(jī)研發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。從調(diào)查中我們了解到，國外電機(jī)產(chǎn)品在可靠性上、故障率方面、振動(dòng)噪聲方面等都有很大的優(yōu)勢(shì)。我國正處于學(xué)習(xí)、不斷超越和模仿的階段，制造工藝水平和產(chǎn)品性能、關(guān)鍵材料等都需有待改善。我國目前還需要進(jìn)口的產(chǎn)品有：軸承或者一些高精度的部件、硅鋼片等。

新能源汽車中最為關(guān)鍵的技術(shù)就是電機(jī)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)燃油汽車在構(gòu)造上有很大的區(qū)別，即電機(jī)取代了發(fā)動(dòng)機(jī)。其主要表現(xiàn)在：

①電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力且擁有強(qiáng)大的功率，相對(duì)于燃油汽車，其在加速方面有很大優(yōu)勢(shì)。

②電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)具備強(qiáng)大的調(diào)速功能，即包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。這兩個(gè)功能決定著汽車的爬坡和起動(dòng)情況、平坦路面高速行使的情況。

③運(yùn)行效率較高，能夠提升1次充電的續(xù)駛里程。

目前，從相關(guān)的研究調(diào)研中了解到，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)揮著不同的作用和缺點(diǎn)，以下對(duì)此進(jìn)行分析：如表3所示。

結(jié)合不同電機(jī)，我國電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)在傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，以為新能源汽車電機(jī)提供給整車廠。通過加大新產(chǎn)品研發(fā)資金的投入、重視人才培養(yǎng)、實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享等，以研發(fā)出更多創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 電機(jī)生產(chǎn)商應(yīng)與電機(jī)企業(yè)之間加大聯(lián)系

新能源汽車在性能方面、路面行駛方面想要具備較大的競爭能力，電機(jī)廠如果一直采用的傳統(tǒng)的工業(yè)電機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將難以凸顯自身的優(yōu)勢(shì)。電機(jī)生產(chǎn)商應(yīng)加大與電機(jī)企業(yè)之間的聯(lián)系，在生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)上稍稍做出改進(jìn)，以延長電機(jī)的使用壽命，避免之前出現(xiàn)局部過熱、線路短路等情況。既然我國已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電動(dòng)汽車在今后的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)嚴(yán)格從電機(jī)研發(fā)、電機(jī)試驗(yàn)、電機(jī)投產(chǎn)、材料等方面加強(qiáng)嚴(yán)格的把控。電機(jī)企業(yè)在與相應(yīng)的供應(yīng)商開展交流和合作時(shí)，需結(jié)合自身的發(fā)展現(xiàn)狀和制定的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)共贏，生產(chǎn)出壽命更長、質(zhì)量更好的電機(jī)，供應(yīng)商和電機(jī)企業(yè)不能以眼前的“蠅頭小利”為主，需對(duì)存在的問題進(jìn)行共同解決，以為雙方帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。