基于Motor-Cad的直驱式轮毂电机的优化设计与性能分析
基于Motor-CAD的电动汽车电机电磁热结构综合设计
Motor-CAD精度验证
Nissan Leaf
Emag模块：开路磁场计算与某常用电磁场分析软件对比，二者几乎完全一致
Motor-CAD分析结果
16 /u/3328637052. October 27, 2017
某软件分析结果
Motor-CAD精度验证
目录
1 综合设计必要性 2 Motor-CAD的优势 3 Motor-CAD精度验证 4 设计应用案例 5 总结
2 /u/3328637052. October 27, 2017
综合设计必要性
电磁、结构、热缺一不可
高转矩密度 宽弱磁扩速 高功率密度
高效率
Motor-CAD分析结果
Motor-CAD精度验证
Toyota—Prius 2010
Lab模块：效率map图与测试值基本吻合
测试结果
Motor-CAD分析结果
T. A. Burress，S. L. Campbell，C. L. Coomer，C. W. Ayers，A. A. Wereszczak，J. P. Cunningham，L. D. Marlino，L. E. Seiber，H. T. Lin ，“EVALUATION OF THE 2010 TOYOTA PRIUS HYBRID SYNERGYDRIVE SYSTEM”，Oak
Motor-CAD分析结果
总结
模块齐全 仿真准确 多场耦合 快速易用
28 /u/3328637052. October 27, 2017
谢谢！
29 /u/3328637052. October 27, 2017
Emag模块：线反电势幅值计算值527.1V，某电磁软件计算值524.4V，相差0.5%
轮毂电机客车驱动系统设计及性能比较
轮毂电机客车驱动系统设计及性能比较摘要：轮毂电机驱动电动汽车动力传输效率高、污染小、控制灵活，尤其可以实现对单个车轮的独立控制，因此具有明显的驱动控制优势。
然而，相对传统的动力中置电动汽车而言，轮毂电机省去了机械传动系统，电机更加靠近振动源，使其运行条件更加恶劣，同时电机在运行过程中还存在各类不确定性扰动，如路面的随机扰动和自身电磁激励。
工程上采用传统比例积分微分控制方法抑制不确定性扰动，虽然实现简单，但始终存在转速超调与快速跟踪之间的矛盾，在复杂扰动条件下跟踪精度不高，制约了车辆动力性能的提升。
本文主要分析轮毂电机客车驱动系统设计及性能比较。
关键词：电机客车;驱动系统;轮毂电机;轮边电机引言轮毂电机驱动系统具有可独立控制、响应快和效率高等优点，已成为电动汽车动力系统的一个重要发展趋势。
本文以某型纯电动样车为原型，设计其轮毂电机驱动系统，解析其差速控制策略，然后采用Cruise软件进行仿真分析，比较轮毂、轮边和直驱三种构型的动力性和经济性。
1、整车驱动控制策略VCU发出运行指令后，PCM通过CAN读取挡位状态，当挡位状态为D或者Ｒ挡，驾驶员踩下AP时，与AP硬线连接的PCM会根据预存的整车动力学模型计算得到一个基本的整车扭矩需求值，然后根据不同的工况将扭矩需求分配给左右轮毂电机控制器，再控制轮毂输出对应扭矩完成驱动控制。
主要的三种控制策略如下:1)良好路面直线行驶。
PCM根据SAS的转向角度输出信号，判定转向角度为0，此时两个轮毂电机扭矩各按整车扭矩需求值的一半分配。
2)转向过程中的差速控制。
PCM根据SAS的转向角度输出信号，判定转向角度不为0，此时根据预存的整车动力学模型计算两个轮毂电机的扭矩分配值。
即转向过程中全部车轮围绕一个瞬时中心点做圆周滚动，这就是轮毂电机驱动系统广义上的差速控制过程。
3)实时的道路状态识别。
PCM实时获取ABS或EBS发送的转速信号，通过与车速的比较运算得到滑移率参数，进而对两轮的驱动扭矩进行实时修正，从而形成差速闭环控制。
电机设计与优化CAD系统研究与实现_硕士学位论文 精品
分类号学号M200971108 学校代码10487密级硕士学位论文电机设计与优化CAD系统研究与实现学位申请人：柴海波学科专业：电机与电器指导教师：杨凯教授答辩日期：2012年1月7日Thesis Submitted in Partial of Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of EngineeringResearch and Implementation on the Design and Optimization CAD System for MotorCandidate: Chai HaiboMajor: Electrical Machine and ApparatusSupervisor: Prof. Yang KaiHuazhong University of Science and TechnologyWuhan, Hubei 430074, P.R.ChinaJanuary, 2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要通用电磁分析软件对技术人员要求高、价格昂贵且与国内电机厂商的实际生产缺乏紧密联系，而国内开发的软件的功能又与这些通用软件的功能存在巨大的差距。
电动汽车轮边直驱永磁电机转矩脉动优化
2018年第5期第53卷（总第204期）(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)电动汽车轮边直驱永磁电机转矩脉动优化刘惠艳，孙海涛，师圣博(大连东信微波技术有限公司，辽宁大连116000)摘要由于电动汽车对永磁电机的振动噪声要求很严格，所以在电磁设计的过程中就要考虑振动噪声的问题，应在电磁设计的源头解决。
齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波 动，导致电机不能平稳运行，影响电机的性能。
在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机 械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被成倍的放大。
现采用绕组短距和斜级的方式 对转矩脉动进行了优化，达到了较好的结果。
关键词永磁电机;齿槽转矩;转矩脉动;转子斜级DOI ：10.3969/J. ISSN. 1008-7281.2018.05.06中图分类号:TM 303.3文献标识码:B文章编号:1008-7281 (2018) 054022^004Optimization for Torque Ripple of Permanent-Magnet Motorin Wheeled Edge of Electric Vehicle Liu Huiyan , Sun Haitao , and Shi Shengbo(Dalian Dongxin Microwave Technology Co.,Ltd.,D alian,C hina)Abstract Because vibration and noise requirements of permanent-magnet motor for electric vehicle is very strict, the vibration and noise problems have to be considered in the process of electromagnetic design and should be addressed at the source of it. The cogging torque will make the motor produce vibration and noise, cause speed fluctuation, and then result in unstable operation and affect performance of the motor. When the frequency of torque ripple coincides with that of mechanical resonance of stator or rotor in variable-speed driving, the vibration and noise generated by the cogging torque will be magnified by scale. The torque ripple has been optimized by using short-distance windings and skew slot, so as to achieve the better results.Key words Permanent-magnet motor;cogging torque;torque ripple;rotor skew slot低到2.59%，验证了所采用的优化的方法是可 行的。
轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机的设计与分析的开题报告
轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机的设计与分析的开题报告一、选题背景随着节能环保的要求不断提高，电动车的市场需求不断增长。
而电动车中，电动机作为重要的动力源之一，对其效率的要求也越来越高。
因此，如何设计出高效稳定的电动机来满足市场需求，成为了电动车生产厂商需要关注和研究的重要问题。
本项目选取了轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机为研究对象。
与传统电动机相比，该电动机有以下优势：结构简单紧凑、能量转换效率高、噪音小、无需冷却系统等。
因此，研究该电动机的设计与分析，具有重要的理论和应用价值。
二、研究目标本项目的主要研究目标是设计出一种高效稳定的轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机，并对其进行分析。
具体目标包括：1.设计出轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机的结构和参数；2.建立该电动机的数学模型，并进行计算机仿真验证；3.分析电动机的电磁特性和机械特性，包括磁路分析、电路分析和机械特性分析等；4.在实验平台上进行电动机的性能测试和验证。
三、研究内容本项目的主要研究内容包括：1.轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机的结构设计和参数选择。
结合电动车的实际应用环境和要求，选取合适的材料和结构设计方案，确定电机的主要参数。
2.建立电动机的数学模型并进行计算机仿真。
根据电机的结构和参数，建立电机的数学模型，并利用计算机软件进行仿真验证，得到电机的基本性能指标。
3.进行电磁特性和机械特性分析。
利用电磁场有限元分析和电机动态特性仿真软件，对电机进行电磁特性和机械特性分析，得到电机的磁路分析、电路分析和机械特性分析结果。
4.电动机性能测试和验证。
利用实验平台对电动机进行性能测试和验证，得到电机的实际性能数据。
四、研究方法本项目的研究方法包括：1.理论分析法。
通过文献资料和相关理论知识，对轮毂多盘式无铁心永磁同步电动机的结构和参数进行分析和设计。
2.计算机仿真法。
利用电磁场有限元分析和电机动态特性仿真软件进行电机数学模型的建立和仿真验证。
3.实验测试法。
轮毂电机驱动型电动汽车动力系统研究_孟庆华
(
槡
1 + T2 X － 2 DX + 2 Iz w
槡
a2 11 D2 X + 2 Iz w
)
T X = a11 + a22
D X = a11 a22 － a12 a21
式中 r w 为车轮的滚动半径， 在保证轮胎压力正常范 围之内可以认为车轮滚动半径等于车轮的名义半 径。
1 * k Kδ = － Iz w δ k* δ = a12 e1 k11 + （ a12 e2 － a11 e1 ） k12 － a11 e2 k22 + f u a11 a12 k12 － k22 a11 DX + I2 zw fu = k11 = u l（ 1 + ku2 ）
Abstract： A power system of electric vehicle driven by inwheel motors was studied． First ， force conditions of the running electric vehicle driven by inwheel motors were analyzed． Then ，the inwheel motors and leadacid batteries were selected with a certain type electric vehicle driven by inwheel motors as a sample． A power system model of electric vehicle driven by inwheel motors was built and simulated based on ADVISOＲ． The simulation result showed that the selected inwheel motors and leadacid batteries could meet the design requirement． Finally ，the electric frame car designed was tested to prove the reasonableness of the simulation． Key words： Electric vehicle Inwheel motors Power system Simulation analysis
基于Motor-CAD的增程式电动车发电机设计
20211期第56卷(218期) (EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)基于Motor-CAD的增程式电动车发电机设计陈锤婷，桂佳林,雍玉芳(宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波315336)摘要为电高效性，匹配高效增程器系统；过整车仿真确定增程器系统所需的功率扭矩，再分解到发电机，确定发电机性能。
并基于Motor-CAD软件搭建电机模型，改变磁钢V型夹角大小,分别为170°+150°和130°,分析各方案电机的空载反电、齿槽转矩、气隙磁密、效率Map等，并进行热设计，评估合适的发电机方案。
关键词器;V型夹角;发电机;Motor-CADDOI：10.3969/J.ISSN.1008-7281.2021.01.02中图分类号:TM314+1文献标识码:A文章编号：1008-7281(2021)01-0005-05Design of Range-Extender Electric Vehicle GeneratorBased on Motor-CADChen Yuting，G ui Jialin and Yong Yufang%Ningbo Geely Royal Engine Components Co.，Ltd.，Ningbo315336，China)Abstract In order to realize the high efficiency of the range-extender electric vehicle，the high-efficiency extender system iz matched.Firstly,the required powea and torque of the range extender system were determined through simulation of the whoie vehicie，and then they were decomposed te the generator te determine its performanct.Based on Motor-CAD software,the motor model was buiit by changing the V-shaped angie of magnetic steel,of which the deeree was170°,150°and130°,respectively.The no-load back EMF,cogging torque,air--ap magnetic density and eficiency Map of the motoie in vv O ous schemes were analyzed and the thermal desicns were carried out to evaluate the appropOate generator scheme.Key words Range extender;Vshaped angle;generatoe；Motor-CAD0引言为解决纯电动汽车的里程焦，增电％REEV)是一种折中的解决方案,REEV配由发动机和发电机组成的器，车辆运行过中，电池电量情况，适给与电池充电。
参考轮毂电动汽车的动力性能研究课件
目录中文摘要 ............................................................................................... 错误!未定义书签。
英文摘要 (3)1 绪论 ................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1研究意义.............................................................................. 错误!未定义书签。
1.2 国内外研究状况 .................................................................... 错误!未定义书签。
2 轮毂电动汽车的动力性 ................................................................. 错误!未定义书签。
2.1 轮毂电动汽车动力性的评价指标 ........................................ 错误!未定义书签。
2.2 轮毂电动汽车受力分析 ........................................................ 错误!未定义书签。
2.3 轮毂电动汽车的最高车速 .................................................... 错误!未定义书签。
2.4 轮毂电动汽车的加速能力 .................................................... 错误!未定义书签。
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基于 Motor-Cad的直驱式轮毂电机的优
化设计与性能分析
摘要： Motor-Cad是十分强大的电机设计分析工具。
本论文基于Motor-Cad设计了某
功率型号的外转子直驱式轮毂电机并对其性能进行了研究，电机采用永磁同步电动机，相对
于传统的车用驱动电机，这种电机具有高效、高功率密度、结构简单紧凑等一系列优点，特
别适合作为车用电机使用，对其性能的研究也表明，设计的电机能够完全满足电动车使用要求。
关键词：外转子；直驱式；轮毂电机；永磁同步电动机
0引言
当今世界能源短缺和环境污染问题日益严重，因此开发零排放的电动汽车是解决此类问
题的重要举措之一。
将电驱动汽车取代传统的燃油汽车成为现代汽车工业的发展趋势，与燃
油汽车相比，电动汽车采用电动机作为驱动源，省略了减速器、差速器，直接将电动机安装
在汽车车轮上，大大提高了汽车的效率。
本文所设计的直驱式车用电动机采用永磁同步电机，具有高效率、高功率密度、结构简单、易于控制等一系列优点。
1轮毅电机技术与直驱式轮毂电机概述
1.1轮毅电机技术要求
在设计轮毅电机时应当满足以下技术要求:
（1）结构紧凑，质量轻盈。
由于需要将整个驱动装置安装在密闭狭小的轮毅内部，因
此在电机设计时要尽量紧凑。
同时，又因为其被放置在车轮内部，汽车的簧下质量也会相应
地有所增加。
为了达到操纵平稳、乘坐舒适的要求，就需要减少汽车的簧下质量，因此轮毅
电机的设计需要实现轻量化。
（2）较宽调速范围、较强过载能力和较高功率密度。
调速范围宽和过载能力强能够使
电动汽车在动力方面的需求得到满足。
由于轮毅电机安装空间有限，但其对电动汽车进行驱
动时也需要输出较大的功率，因此它还需要具有较大的功率密度。
（3）优良的密封性、散热性和可靠性。
从轮毅电机的防护和保养来看，由于轮毅电机
长期工作在离地面较近的区域，很容易接触灰尘、泥上等污物，这就需要电机有很好的密封性。
又由于轮毅电机安装在车轮轮毅内部密闭空间内，当它运行时就会产生大量的热，这种
特殊的工作特性导致它的工作温度容易变得过高，因此对散热性能有很高的要求。
车轮转动时，受路况因素影响，电机受地面的振动冲击影响较大，这就对电机的结构稳定和可靠性提
出了更高的要求。
1.2直驱式轮毅电机分析
轮毅电机可分为减速和直接两种驱动方式。
直接驱动式轮毅电机在运行时转速通常比较低，因此多选用外转子式电动机。
直接驱动方式是将车轮轮毅与电机外转子直接进行连接，省去了减速结构。
以下为其主
要优点:基于减速驱动结构在结构上进行进一步的简化，使其质量更轻，结构变得更为紧凑。
由于车轮与电机外转子直接相连，电机机械效率也变得更高，响应更加迅捷。
其缺点是:需
要有更高的起动电流来使电机获得更大的起动转矩，电流过大会导致电池温升过高以及永磁
体出现失磁漏磁现象，效率峰值区域也因此会变得很窄。
所以，在城市道路运行时多选择直
驱式轮毅电机作为汽车驱动。
2直驱式轮毂电机优化设计
2.1电机结构
轮毂驱动电机是电动汽车上的核心部件，其性能的好坏，将直接影响电动汽车在各种运
行情况下的性能要求。
因此电动汽车的轮毂驱动电机需要满足以下几点要求。
一是相应迅速
稳定，二是调速范围宽，三是能耗低，四是电机功率密度大，体积小。
有鉴于以上要求，本
次样机采用外转子永磁同步电动机。
本文所设计的直驱式轮毂电机与车轮组成一个完整部件，电机安装在轮毂内，直接驱动车轮带动汽车行驶。
这种驱动方式的具有电机体积小，结构紧
凑的优点。
2.2电机优化设计
电机的优化设计主要包括定子槽形的优化设计、定子绕组的优化设计及转子的优化设计，本论文采用电机专用软件Motor-Cad进行电机本体的优化设计，该软件是目前工程上应用最
为广泛之一，使用最为方便的电机有限元设计分析软件之一。
2.2.1定子槽形的设计
本电机设计要求很高的控制性，对气隙磁密的正弦波有比较高的要求，要求极靴部分磁密不能太高而槽利用率较高，同时要达到削弱齿槽转矩的作用，综合以上考虑，本论文设计的电机采用平底平行槽。
2.2.2定子绕组设计
本论文设计的永磁同步电动机定子绕组采用三相双层发卡绕组（成型绕组），发卡绕组主要的优点是：一是可以大幅提高电机定子槽满率（可达到96.5%），提升了电机线负荷，从而提高电机性能。
二是由于槽中绝大部分为矩形铜线，则绝缘漆相应减少，因此发卡绕组电机散热比散线电机好。
三是发卡绕组电机的端部可以做的更短，这就有利于电机绕组端部的散热，减小端部漏抗，且电机尺寸可以做的更小。
但发卡绕组也有集肤效应较大的缺点，这是由于车用电机转速范围宽，且采用变频器控制，电流谐波含量很多的原因。
为此本论文所设计的电机采用双层导线来减小集肤效应。
2.2.3转子永磁体设计
永磁同步电动机由转子永磁体产生磁场，通过电磁耦合产生电磁力矩，因此永磁体的设计将影响电机各项性能。
本论文所设计的转子永磁体材料为钕铁硼，具有高剩磁、高内禀矫顽力和高磁能积的特点。
转子永磁体采用表贴式均匀固定在转子内圆上，永磁体形状选用瓦片形，永磁体的尺寸主要包括永磁体的轴向长度Lm、永磁体厚度hm和宽度bm。
永磁体的轴向长度一般与电机铁心轴向长度相等，因此实际上只有永磁体厚度hm和宽度bm需要设计。
永磁体既不能太薄，也不能过厚，因为太薄将容易造成退磁，过厚时永磁体不处于最佳工作点造成材料浪费。
2.3电机优化设计结果
根据电机设计理论，利用Motor-Cad进行优化设计，电机设计性能参数如下：额定电压80V，额定功率7kW，转子极数30，定子槽数36，双层发卡绕组，定子绕组Y联接，电机结构参数如下：电枢外径 180/mm、电枢内径110/mm、铁心长度130/mm、转子外径218/mm、转子内径182/mm、气隙长度1/mm、永磁体厚度10/mm、永磁体宽度17.6/mm、定子槽数36、极数30。
3性能研究
3.1空载反电势
空载反电势大小不仅决定了电动机是运行于增磁状态还是去磁状态，而且对电动机的动态和稳态性能均有很大的影响，空载反电势波是由电动机永磁体产生的空载基波磁通在定子
绕组感应产生的。
本论文所设计的电动机的空载反电势波形基本上是正弦波，其波形畸变率
为1.29%，满足设计要求。
3.2齿槽转矩
齿槽转矩是永磁电机特有的一种现象，即使电机在不通电时铁心与永磁体相互作用而产
生的转矩，永磁体与定子齿相互作用力的切向分量波动是产生齿槽转矩的主要原因，对于本
文所设计的直驱式轮毂电机，由于采用了定子斜槽技术，减小了齿槽转矩，所以样机的齿槽
转矩波形由于采用1.5个斜槽角时所以其幅值为0.5Nm，明显小于未采用斜槽时的2.5Nm。
3.3外特性
轮毂电机外特性包括转矩-转速曲线与功率-转速曲线。
当轮毂电机的转速低于
1750r/min时，其转矩大约为121Nm，电机工作在恒转矩区，当转速高于1750r/min时，电
机工作在恒功率区。
随着电机转速的上升，电机的输出功率逐渐增大，在转速为1750r/min
时左右时，达到其最大功率22kW，满足设计要求。
4结论
本论文基于Motor-Cad优化设计了一台7kW的直驱式轮毂电机，并对其性能进行了计算
仿真，从结果分析来看，该电机完全满足设计要求。
随着国家对排放和环保政策的利益严格，提倡绿色出行，让电动车取代燃油车，保持绿色低碳的环保理念，带动我国的电动汽车经济
发展。
直驱式轮毂电机作为一种性能优越的车用驱动电机，其发展和应用前景广阔，对其进
行设计和分析具有很大的实际意义和应用价值。
参考文献：
[1] 雷育良，胡烨，宋志强，等.电动汽车用外转子轮毂电机的设计研究[J]. 微电机，2016,49（2）:6-9.
[2] 陈江.基于Motor-CAD三相感应电机仿真计算分析[J]. 防爆电机，2020,55（214）:32-34.。