电动自行车用轮毂电机设计及其特性研究
电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势
电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，电动车作为一种环保、节能的交通工具，受到了越来越多的关注和推广。
作为电动车的核心部件之一，轮毂电机的研究与发展对于提升电动车的性能和推动电动车产业的发展具有重要意义。
本文将对电动车用轮毂电机的研究现状进行全面分析，探讨其发展趋势，以期为电动车轮毂电机的设计、制造和应用提供有益的参考。
本文将回顾轮毂电机的发展历程，阐述其在电动车领域的应用背景和优势。
将重点分析当前轮毂电机的研究现状，包括其结构特点、性能表现、控制策略等方面，同时探讨轮毂电机在电动车应用中所面临的主要问题和挑战。
在此基础上，本文将展望轮毂电机的发展趋势，预测未来可能的技术创新和应用前景。
本文将总结轮毂电机研究的重要意义，强调其在推动电动车产业发展中的关键作用，并提出相应的建议和展望。
通过本文的阐述，读者可以全面了解电动车用轮毂电机的研究现状和发展趋势，为相关领域的研究和应用提供有益的参考和启示。
二、轮毂电机技术概述轮毂电机，又称为车轮内装电机，是一种将驱动电机直接集成在车轮轮毂中的新型驱动方式。
这种技术打破了传统车辆驱动方式，实现了从发动机到车轮的直接动力传输，省去了中间的传动轴、差速器等复杂机械结构，从而大幅度提高了能源利用效率和系统可靠性。
轮毂电机的核心优势在于其结构紧凑、重量轻、传动效率高以及响应速度快。
由于电机直接驱动车轮，无需经过多级的减速机构，因此能量损失小，动力传输效率可达90%以上。
由于去除了传统驱动系统中的许多机械部件，整车的重量也得以显著降低，这对于电动车来说尤为重要，因为它直接关系到车辆的续航里程。
轮毂电机的另一个显著特点是其优秀的操控性能。
由于每个车轮都可以独立控制，因此可以实现更为精确的操控和更高级别的车辆动态控制策略，如直接横摆力矩控制、独立车轮扭矩控制等，这些都有助于提高车辆的行驶稳定性和安全性。
然而，轮毂电机技术也面临一些挑战。
电动车用Halbach永磁轮毂电机的分析设计
［ １ ］吴 振 国 ．继 电 保 护 二 次 回 路 问 题 引发 的 故 障 与 防 治 措 施 ［ Ｊ 】 ．企 业技 术开发 ， ２ ０ １ ３ ， ０ ８（ ２ ０ ） ： ８ １ ＋ ８ ４ ．
Ｌｉ ． Ａ ｎ ｅ ｗ ｅｆ ｆｉ ｃｉ ｅｎｔ ｐ ｅ ｒ ｒ ｌ ｌ ａｎ ｅ ｎｔ — ｍａ ｇ ｎ ｅｔ ｖｅ ｒ ｎｉ ｅ ｒ ｍ ａｃ ｈｉ ｎｅ ｆ ｏｒ
参考文献 ： ［ １ ］ 黄苏融． 现 代盘 式 车轮 电机设 计技 术 ［ Ｊ ］ ．电机技 术 ，２ ０ ０ ５ （ ０ ３ ）
１ ７ ５
柬工案 技术
电 力 技 术
涡 磁场 ，从而 形成 一个强 大的保 护流 ，让干扰 电压无 法地道 芯线 ， 从 而保 证 了芯 线的 正常 工作 。该方法 的操 作难 度小 ，使 用 方便 ，是
设 备 操 作 不 当 引起 的 干 扰 ，实 际抗 干 扰 工 作 时 ，还 需 结 合 干 扰
［ ４ ］ Ｃ ｈ ｕ ｎ ｈ ｕ ａ Ｌ ｉ ｕ ，Ｊ ｉ ｎ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ，ａ ｎ ｄ Ｋ ．Ｔ ．Ｃ ｈ ａ ｕ ， ” Ａ Ｎ ｏ ｖ ｅ １ Ｆ １ ｔ ｌ Ｘ —
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电动车轮毂电机及其电传动系统简析
电动车轮毂电机及其电传动系统简析电动车轮毂电机及其电传动系统是一种新型的电动车辆动力传动方式，将电机直接安装在车轮毂上，实现了电机、减速器和车轮的一体化设计。
相比于传统的中置电机传动方式，轮毂电机具有结构简单、体积小、重量轻、动力输出高效等优点，正逐渐成为电动车发展的趋势。
轮毂电机采用无刷直流电机或永磁同步电机技术，通过电子控制器控制电机的转动和电能输出。
轮毂电机的结构相对简单，主要由电机本体、减速器、传感器和控制器组成，电机本体由定子和转子组成，定子固定在车轮毂上，转子与车轮相连，实现动力传递。
轮毂电机的电传动系统由电机、电池组、控制器和传感器组成。
电机是整个系统的核心，负责将电能转化为机械能输出。
电池组则是提供电能的装置，一般采用锂电池或镍氢电池，通过电缆将电能传输给电机。
控制器是电动车系统的大脑，负责对电能传输和电机输出进行控制和调节。
传感器则用于监测电机的转速、转矩和温度等参数，向控制器提供数据，保证系统的安全运行。
轮毂电机的工作原理是通过电能的转化，将电能转化为机械能，从而驱动车辆行驶。
当电池组向电机输入电能时，电机的转子开始旋转，通过减速器将转速调整到适合车辆行驶的范围。
控制器可以实时对电机进行监控和调节，根据车辆的需求输出相应的电能，从而控制车辆的速度和动力输出。
轮毂电机采用直接驱动方式，没有传统的传动装置，减少了能量的损失，提高了电能利用率，使整个系统更加高效。
轮毂电机及其电传动系统具有很多优点。
首先，它的结构简单，减少了传动装置，减少了能量的损失和维护成本。
其次，体积小重量轻，可以提高车辆的通行能力和操控性，更适合城市交通环境。
最后，动力输出高效，可以提供更强的加速性能和爬坡能力，提升车辆的性能。
总之，轮毂电机及其电传动系统是一种新型的电动车辆动力传动方式，具有结构简单、体积小、重量轻、动力输出高效等优点。
随着科技的不断进步，轮毂电机将会在电动车领域得到更广泛的应用，并为人们的出行带来更多便利和舒适。
轮毂电机的设计与控制技术研究
轮毂电机的设计与控制技术研究轮毂电机是一种新型的电动车辆驱动方式，通过将电机直接嵌入车轮内部，可以实现对车轮的直接驱动，从而提高传动效率和动力响应速度。
在当前汽车电动化的大趋势下，轮毂电机已经成为了电动汽车行业的一大研究热点。
一、轮毂电机的设计原理轮毂电机的核心部件是电机转子和定子，转子直接嵌入车轮内部，定子则安装在车轮周围的车轮轮毂上。
电机控制器负责对转子的旋转进行控制，控制器可以通过外部的传感器来感知车辆的速度和加速度，并根据这些数据来调整电机的输出电流，从而实现对车辆的加速和制动控制。
轮毂电机的优点在于可以大大减少传动系统的能量损耗，提升车辆的动力响应速度和行驶里程，同时还可以简化车辆的设计结构和维护保养难度。
轮毂电机的缺点则在于重量较大，且整个电机需要承受车轮的旋转惯性和扭矩负载，需要使用高强度的材料来进行制造和加强。
二、轮毂电机的实现技术轮毂电机的实现技术主要包括电机转子的制造和安装、电机控制器的设计和硬件实现、车轮加强结构的设计和制造等多个方面。
在转子制造方面，采用高效的磁钢材料和高精度的加工工艺可以提高转子的转动效率和对电磁场的响应能力，从而实现更高效的电机输出和驱动效果。
在控制器方面，则需要采用先进的数字信号处理技术和动态控制算法，以提高电机控制的稳定性和响应速度，同时还需要考虑如何降低控制器的功率损失和噪声干扰，以保证电机的长期运行可靠性。
在车轮加强结构方面，则需要使用高强度的材料和轮毂设计来支撑电机和车轮的重量和旋转惯性，从而提高整车的强度和稳定性。
三、轮毂电机的应用前景轮毂电机作为一种新型的电力驱动技术，已经引起了全球汽车行业的广泛关注。
在中国企业中，比如比亚迪、蔚来等新能源汽车厂商已经开始大力研究和应用轮毂电机技术，并陆续推出了配备轮毂电机的电动车型。
未来，随着电动汽车市场的不断扩大和普及，轮毂电机技术将成为各大厂商竞争的重点，成为推动电动汽车技术进步和发展的核心引擎。
总结轮毂电机在实现电动汽车高效驱动和减少能源损耗等多个方面有着巨大的优势，是电动汽车发展的一个重要方向。
轮毂电机驱动系统的研究及应用
轮毂电机驱动系统的研究及应用一、引言随着汽车工业的快速发展，传统汽车的动力系统已经无法满足人们对于更高效、更环保、更安全的需求。
因此，新能源汽车成为了世界上各大汽车制造商争相研发和推广的方向。
在新能源汽车领域，轮毂电机驱动系统成为了一种备受关注的新技术。
二、轮毂电机的原理轮毂电机是通过电动机直接安装在汽车轮毂上，从而驱动车辆行驶的一种技术。
这一系统将传统的发动机、变速箱等部件全部集成到车轮内部，显著简化了汽车动力系统的结构，提高了总体效率。
通过实现对每个车轮的独立驱动，轮毂电机驱动系统能够实现更好的动力分配，提供更佳的操控性能。
三、轮毂电机驱动系统的优势1. 高效能：轮毂电机的驱动效率更高，减少了能量损失，并且能够通过回收制动能量进一步提高能源利用率。
2. 高安全性：由于轮毂电机系统采用了分散驱动的方式，每个电机都独立工作，即使其中某个电机故障，仍然可以保持车辆的运动状态，提高了车辆的安全性。
3. 高操控性：轮毂电机驱动系统可以根据需要独立控制每个车轮的动力输出，实现更灵活的驱动方式，提高了车辆的操控性能。
4. 环保节能：轮毂电机系统可以采用电力驱动，不再依赖传统的燃油，减少了尾气排放，符合环保节能的要求。
四、轮毂电机驱动系统的应用1. 电动车辆：轮毂电机驱动系统适用于各种电动车辆，包括电动汽车、电动自行车等。
其高效能、高安全性以及环保节能的特点，使得电动车辆得到了更广泛的应用。
2. 智能交通系统：轮毂电机驱动系统可以应用于智能公交车、宝马棋牌下载安装官网等智能交通系统中，提高了车辆的操控性能和能源利用率，进一步优化了城市交通。
五、轮毂电机驱动系统的研究方向1. 动力控制算法：轮毂电机驱动系统需要开发高效的动力控制算法，以实现最佳的动力分配和操控性能。
2. 结构设计与集成：轮毂电机装置的结构设计和与车辆的集成是研究方向之一，需要考虑到尺寸、重量、制造难度等因素。
3. 高效能电机开发：研究开发更高效能的电机是轮毂电机驱动系统的另一个重要方向，以提高能源利用率和驱动效率。
电动车用轮毂电机控制系统研究
工学硕士学位论文
电动车用轮毂电机控制系统研究
硕 士 研 究 生 ： 刘强 导 师 ： 李铁才教授
申 请 学 位 ： 工学硕士 学 科 ： 电气工程
所 在 单 位 ： 深圳研究生院 答 辩 日 期 ： 2012 年 6 月 授予学位单位 ： 哈尔滨工业大学
Classified Index: TM301.2 U.D.C: 621.3
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Байду номын сангаас
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目
摘
录
要 ................................................................................................................. I 论 .................................................................................................. 1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘
要
汽车工业的不断发展的同时，汽车业也带来了很多弊端，如环境污染， 噪声污染等。同时，能源危机也越来越严重，因此电动汽车得到越来越多的 关注，而其性能的优劣主要决于轮毂电机的控制系统。本文就以永磁同步电 作为轮毂电机，对其控制性能进行了深入研究。 本文首先叙述了关于永磁同步电机控制系统的研究背景研究意义以及国 内外研究现状，在此基础上，详细分析了永磁同步电机的数学模型，并介绍 了基于 SVPWM 的永磁同步电机控制系统，采用了 Id=0 的 SVPWM 的矢量 控制策略。 根据传统 PI 算法存在的缺陷，将模糊控制和 PI 控制相结合，从理论上 分析了模糊 PI 控制器。最后使用 MATLAB/simulink 进行建模，对 SVPWM 调制技术的永磁同步电机进行了仿真。并对永磁同步电机的不同控制方式进 行了仿真分析，仿真结果表面，基于模糊 PI 控制的系统性能优于传统 PI 的 控制系统性能。 由于电动车需要抗震的编码器，本文设计了一个基于标定原理的新型磁 编码器。该编码器仅由一个线性霍尔元件和一个开关霍尔元件构成，大幅度 降低了成本。由高精度的光电编码器来进行标定，从而保证磁编码器的分辨 率和精度。 最后根据仿真的结果， 对模糊 PI 的永磁同步电机进行了软件设计和硬件 实现，使用 TMS320F28355 作为其控制芯片。通过实验室测试，所设计的控 制系统具有较高的性能，符合理论仿真分析的结果。 关键词 ：电动车；永磁同步电机；空间矢量控制；模糊 PI；磁编码器
电动车轮毂电机的原理与结构
电动车轮毂电机的原理与结构电动车轮毂电机是一种集电动机和传动装置于一体的电动车动力装置。
其工作原理和结构设计是为了实现电动车的动力输出和传动效率的最优化。
我们来介绍一下电动车轮毂电机的工作原理。
电动车轮毂电机采用电力驱动方式，通过电池组供电，将电能转换为机械能，驱动车轮的转动。
在传统的燃油车中，发动机通过离合器、变速器和传动轴将动力传递到车轮上，而电动车轮毂电机将传统的传动结构集成到车轮内部，使得动力输出更加直接和高效。
电动车轮毂电机的结构主要由电机部分和减速器部分组成。
电机部分是电动车轮毂电机的核心，它负责将电能转化为机械能。
电机部分通常由定子和转子组成，定子固定在车轮毂上，而转子则与车轮相连。
电机通过电流产生转矩，驱动车轮的转动。
减速器部分则起到了传动和减速的作用。
由于电机的转速一般较高，为了适应车辆的行驶需求，需要通过减速器将电机的高速旋转转换为车轮的低速旋转。
减速器通常由齿轮组成，通过不同大小的齿轮组合来实现减速的效果。
减速器的设计需要考虑到传动效率和扭矩输出等因素，以保证电动车的动力输出和行驶性能。
总的来说，电动车轮毂电机的工作原理是通过电能转换为机械能，驱动车轮的转动。
其结构包括电机部分和减速器部分，电机负责将电能转化为转矩，而减速器则起到传动和减速的作用。
电动车轮毂电机的设计旨在实现高效的动力输出和传动效率，为电动车提供可靠的动力支持。
电动车轮毂电机的出现，为电动车的发展带来了很大的推动力。
相比传统的燃油车，电动车轮毂电机具有体积小、重量轻、响应速度快等优势，能够更好地满足城市交通的需求。
此外，电动车轮毂电机的集成设计，也降低了传动系统的复杂度和能量损失，提高了电动车的能量利用效率。
然而，电动车轮毂电机也存在一些挑战和技术难题。
首先是散热问题，由于电动车轮毂电机的功率较大，工作时会产生大量的热量，需要有效地散热以保证电机的正常工作。
其次是结构设计的复杂性，电动车轮毂电机需要满足一定的强度和刚度要求，同时又要兼顾重量和体积的限制，这对设计师提出了更高的要求。
轮毂电机的原理与结构
轮毂电机的原理与结构
轮毂电机是一种将电机放置在车辆轮毂中的设计，它通过直接驱动车轮来提供动力。
它与传统的内燃机驱动车辆的方式不同，不需要传动系统，因此具有许多优势。
轮毂电机的工作原理是将电能转化为机械能，从而驱动车轮旋转。
它的结构包括电机、转子、定子、轴承和车轮。
电机是轮毂电机的核心部件，它通过电流的流动产生磁场。
转子是电机中可转动的部分，它通常由永磁体构成，当电流通过转子时，转子受到磁场力的作用而旋转。
定子是电机中固定的部分，它包括定子铁核和定子线圈。
定子线圈是将电流引入电机的部分，当电流通过定子线圈时，它产生的磁场与转子的磁场相互作用，使转子旋转。
在轮毂电机中，转子和定子通过轴承连接在一起。
轴承使转子能够在定子的周围旋转，从而驱动车轮转动。
同时，轴承还减少了转子和定子之间的摩擦，提高了电机的效率。
最后，车轮连接到轮毂电机的输出轴上。
当电机工作时，转子的旋转力将通过轴承传递到车轮上，从而驱动车辆前进。
总之，轮毂电机通过将电能转化为机械能，直接驱动车辆轮毂来提供动力。
它的结构包括电机、转子、定子、轴承和车轮。
通过这种设计，轮毂电机消除了传统传动系统的需求，并具有高效率、低噪音和更好的操控性能等优点。
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学校ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ码：10213 密级：公开
工学硕士学位论文
电动自行车用轮毂电机设计及其特性研究
（应用型）
硕 士 研 究 生：王殿明
导
师：郝明晖 教授
申 请 学 位：工学硕士
学
科： 机械设计及理论
所 在 单 位：机电工程学院
答 辩 日 期：2011 年 6 月
授 予 学 位 单 位： 哈尔滨工业大学
Classified Index: TM351 U.D.C: 621
Aimed at the cogging torque of the wheel motor, further optimization of torque characteristics was made. Establish the analytical model of cogging torque. Through analyzing the analytical model, got the method to weaken cogging torque, and analyzed the influence of different electromagnetic scheme to cogging torque. Based on the MATLAB/Simulink, build the simulation platform of wheel motor. Using the simulation analysis to get the start-up characteristics includes the response characteristics of peed, torque and three-phase currents.
针对轮毂电机中存在的齿槽转矩，本课题进一步优化转矩特性，建立齿槽转 矩的解析模型，通过分析解析模型得到削弱齿槽转矩的方法，并分析了不同电磁 方案对齿槽转矩的影响。基于 MATLAB/ Simulink 搭建轮毂电机的仿真平台，对 电机的起动特性进行仿真分析，得到了速度、转矩、三相电流的响应特性。
根据优化后的机械及电磁方案加工轮毂电机样机，对样机的反电动势、转矩、 温升及效率进行系统的测试，试验结果表明样机的调速范围、响应特性、转矩输 出及过载能力均满足设计要求，轮毂电机样机效率达到了 88.9%,综合性能明显 优于普通直流无刷轮毂电机，验证了课题中设计方案的合理性。
By using JMAG software, finite element analysis for the air-gap magnetic field of wheel motor was carried out, determined reasonable air gap length, and optimized the air-gap flux density wave. Through analyzing the armature magnetic dense, output torque and efficiency, the tooth width and yoke high of motor stator armature were optimized, and determined the width and thickness of permanent magnet structure parameters by the same design optimization method. Considering comprehensively the permanent magnetism materials performance and cost of magnetization, chose magnetic higher NdFeB materials and parallel magnetization way. And then, finite element analysis for the no-load back EMF of wheel motor was carried out. The superposition principle of back EMF waveform and the harmonic frequency which had great influence on waveform sine were got. Further, calculated the iron and copper loss; got the optimal design efficiency of wheel motor.
Date of Defence：
June, 2011
Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
气候变暖、能源危机已成为 21 世纪人类所面临的共同挑战，而研究具有节 能环保特点的电动自行车成为解决这些问题的重要途径。作为电动自行车核心的 轮毂电机，其性能的好坏对整车功能的实现有决定性作用。而目前轮毂电机普遍 存在着损耗大、性能不稳定、效率低等缺点，因此，研究一款控制精度高、结构 可靠、稳定性好、运行效率高的轮毂式永磁同步电机具有重大意义。
Wang Dianming
Supervisor：
Prof. Hao Minghui
Academic Degree Applied for： Master of Engineering
Speciality：
Mechanical Design and Theory
Affiliation：
School of Mechatronics Engineering
In order to determine the overall scheme of wheel motor, firstly, analyzed the requirements of wheel motor for electric bicycle. Calculated the kinetic and dynamic parameters of wheel motor; determined the driving force and output torque of wheel motor. Then, by analyzing motor constant and choosing relevant parameters, calculated the main dimensions of wheel motor, and then, determined general mechanical scheme. Further, introduced the concept of unit motor; compared the different winding and pole tooth slot scheme, and determined general electromagnetic scheme of wheel motor.
关键词：电动自行车；轮毂式永磁同步电机；有限元法；齿槽转矩；仿真分析
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
In the 21st century, climate warming and energy crisis have become the common challenges for humans. Researching the electric bicycle (EB) which has the advantages of energy saving and environmental protection become an important way to solve these problems. The wheel motor is the core of EB, and its performances are decisive factors for realizing the function of EB. At present, wheel motor has the disadvantages of high loss, performance instability and low efficiency. Researching a wheel type permanent magnet synchronous motor (WPMSM) which has the advantages of high control accuracy, reliable structure, good stability and high efficiency has important significance.
硕士学位论文
电动自行车用轮毂电机设计及其特性研究
（应用型）
DESIGN OF WHEEL MOTOR AND RESEARCH ON ITS CHARACTERISTICS
FOR ELECTRIC BICYCLE
王殿明
哈尔滨工业大学 2011 年 6 月
国内图书分类号：TM351 国际图书分类号：621
利用 JMAG 软件对轮毂电机的气隙磁场进行有限元分析，确定合理的气隙 长度，优化气隙磁密波形。通过分析电枢磁密、输出扭矩及效率，对电机定子电 枢的齿宽、轭高和永磁体的宽度及厚度等结构参数进行了优化。综合考虑永磁材 料的性能及充磁成本，选择磁性能较高的钕铁硼永磁材料及平行充磁方式。然后， 通过对轮毂电机空载反电动势进行有限元分析，得到了反电动势波形的叠加原理 及对波形正弦性影响较大的谐波次数。接着，对电机的铁耗和铜耗进行了有限元 计算，得出了轮毂电机优化设计后的效率。
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
According to the optimized mechanical and electromagnetic scheme, wheel motor prototype was processed. The back EMF, torque, temperature rise and efficiency of the prototype were systematically tested. Test results showed that the speed range, response characteristic, torque output and overload ability of prototype all met the design requirements. The efficiency of prototype reached 88.9%, its comprehensive performance was better than ordinary brushless dc motor, and verified the rationality of the design schemes in the subject. Keywords: Electric bicycle, Wheel type PMSM, Finite element method, Cogging torque，Simulation analysis