作以及章节安排本文主要工作本文章节安排直流无刷轮毂电机的总体方案设计用轮毂电机的主要技术参数分析轮毂电机及驱动方式分析驱动电机比较轮毂电机驱动方式选择轮毂电机主要技术指标的确定本章小节直流无刷轮毂电机的设计引言轮毂电机主要结构尺寸的确定轮毂电机电磁方案的确定绕组方案的选取极槽配合的选取定转响电机性能的最关键的因素就是电磁方案的设计，电磁负荷的选取直接关系到电机的损耗温升效率等电机性能参数，电磁方案的设计还将影响电机成本，因此在设计时，应综合考虑，多约束条件下，选取最佳方案。过载能力设计为满足多种路况下的使用要求，要求电机具有较强的过载能力，对于电动自行车用电机应保证电机具有倍左右的过载能力。过载能力是电机设计人员在设计之初就应该考虑的，但是盲目的追求过载能力会使电机无法运行在额定点附近，电机的定转子材料没有根据热平衡得到充分的利用。因此根据电机的实际工作工况，选取合适的过载倍数。可有效地提高电机的力能指标，降低电机制造成本。本文的主要工作以及章节安排本文主要工作本文针对电动自行车用轮毂电机，设计了款直流无刷高速轮毂电机。根据电机的设计要求，采用电机常用的设计方法场路结合法确定电机电磁方案，使用电机磁路法设计模块对电机进行建模和分析，完成了电机磁路的优化设计。使用电磁场有限元模块对电机的静态场和瞬态场分别进行有限元仿真分析。从理论上验证电机设计的合理性。针对电磁方案完成原理样机加工方案的制定，完成试验测试，验证电机电磁方案的正确性。本文章节安排本文总共分为六章，各章内容详细内容安排如下第章绪论部分，主要介绍了本课题的背景和研究意义，轮毂电机的发展历史以及应用情况，并对轮毂电机的国内外研究现状进行了总结和分析，最后针对电动自行车用轮毂电机的特点提出了电机设计关键点。第二章直流无刷轮毂电机的总体方案设计，首先对电机工况下进行了受力分析，然后结合电机的性能要求确定本课题电机采用的驱动方案，最后给出电动自行车用轮毂电机的技术指标即设计参数。万方数据中国计量学院硕士学位论文第三章直流无刷轮毂电机设计。根据技术参数确定电机主要结构尺寸，根据理论分析确定电机的电磁方案定转子结构形式，基于磁路法设计模块对电机磁路进行分析，完成了电机磁路的优化设计。第四章直流无刷轮毂电机的性能优化与仿真分析，通过磁路分析确定电机主要尺寸以后，通过电磁场有限元分析软件的模块对电机的静态场和瞬态场进行有限元分析和仿真，计算电机主要性能参数，包括额定输出转矩电流电机损耗和效率，通过改变外加电压实现了电机转速的调节，并进行了外加电压参数化仿真分析。第五章直流无刷轮毂电机样机试制与测试验证，完成电磁方案设计以后，考虑到电机制造的工艺性，得到电机加工图纸完成样机试制依据相关测试标准，对电机进行空载特性温升以及负载特性的测试，验证理论设计的合理性。第六章对本文的研究工作进行总结，并对后续工作提出要求及展望。万方数据中国计量学院硕士学位论文直流无刷轮毂电机的总体方案设计用轮毂电机的主要技术参数分析电动自行车性能参数的确定取决于它运行的路况。城市乡村山路等自然路况的差异会对电动自行车性能产生很大的影响。因此设计电机时，应使电动自行车在轻载如城市路况下骑行和负载以及路况不均匀情况下，保证电机的高效区间足够宽。下面通过对道路阻力特性的分析确定电动自行车骑行的牵引力，进步确定电机驱动用功率。通过分析道路阻力特性可大致确定骑行过程中的牵引力，牵引力是克服道路阻力使电动自行车前行的力。道路阻力 包括坡度阻力ℎ风阻和滚动阻力即摩擦阻力，如以下方程组所示ℎ∗∗∗−式中坡度阻力，显然上坡时，下坡时整车及负载质量重力加速度空气阻力 风阻系数阻力面积迎风面积万方数据中国计量学院硕士学位论文空气密度ν空气相对地面速度空气速度对地速度滚动阻力，由车身总重导致轮胎与地面的摩擦产生滚动阻力系数 牵引力负载阻力电动自行车在实际运行过程中，多数情况下，匀速行驶，所以有式成立−牵引力用来克服阻力使得电动自行车匀速前行。假定整车及负载重量，行驶速度不大于，表是计算牵引力需要输入的参数。表牵引力计算输入参数参数数值迎风面积，风阻系数，空气密度，滚动系数，整车及负载重量，坡角，轮径，寸通过公式以及表的输入参数，可以计算得到表所示电动自行车轮毂电机主要性能参数范围。表轮毂电机主要性能参数取值范围功率转速转矩万方数据中国计量学院硕士学位论文依据目前电动自行车电动机技术要求，可以确定轮毂电机的部分额定技术参数如下额定功率额定电压绝缘等级节将针对电机的驱动方式进行分析和对比，最终确定电机的额定转速。轮毂电机及驱动方式分析驱动电机比较轮毂电机根据电机类型可分为异步电动机永磁无刷电动机开关磁阻电动机和横向磁场电机四类。异步电机发展历史最为长久。电机的设计制造以及控制都相对成熟，具有结构简单制造容易成本低可靠性高控制技术成熟等优点，受到欧美国家的青睐。它的缺点是效率不高，特别是在低速时，功率密度较小开关磁阻电机是近年来发展起来的种新型电机，仍处在研究探索阶段，其稳定性和高效性仍有待提高横向磁场电机的能量密度高，般应用在低速大转矩直驱式电动汽车上面永磁无刷电机。目前用于驱动的轮毂电机主要是永磁无刷直流电动机，它可以分为由方波驱动和正弦波驱动两种类型，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系列优点。表所示为各类电机的性能对比。表轮毂电机的性能参数对比轮毂电机类型机械特性成本过载能力控制技术功率密度效率综合性能异步软中弱中低差永磁无刷硬低中易中最好横向磁通硬高强难高好开关磁阻中低中难中中通过上述分析本文拟选用永磁无刷电机作为轮毂驱动电机。万方数据中国计量学院硕士学位论文轮毂电机驱动方式选择轮毂电机的驱动方式按照有无减速机构，可分为直接驱动和减速驱动两大类。直接驱动直接驱动方式下电机的转速即为车轮前行的线速度，受车轮线速度的限制，电机转速般较低，结构上采用转子外置的机械结构，即直接将转子安装在轮辋上。如图所示，这种驱动方式要求电机在低速时提供大扭矩，使得汽车能够顺利起步。此外，为了使汽车有较好的动力性，电机需具有较宽的调速范围。直接驱动的优点是没有减速机构，使得整个驱动轮结构简单紧凑，由于轴向尺寸小，使得径向尺寸偏大，电机体积大笨重。缺点是起步顶风或爬坡等承载大扭矩时需大电流，易损坏电池，使永磁体发生不可逆退磁，电机的高效区宽度很小，负载电流超过定值后效率急剧下降。图直接驱动方式示意图间接驱动间接驱动也即减速驱动，因其驱动系统中要有行星减速齿轮而得名。因此电机转速较高，由于配置了定减速比的减速机构，电机额定转速不再受到车轮线速度的限制，设计时参数选择更加灵活，同时可以使电机获得较高的功率密度比。电机结构般选用内转子机械结构，减速机构放在电机与车轮之间。万方数据硕士学位论文电动自行车用轮毂电机设计与分析作者商丹丹导师杨惠忠副教授学科装备制造与控制中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文电动自行车用轮毂电机设计与分析作者商丹丹导师杨惠忠副教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业装备制造与控制研究方向永磁无刷直流电机二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字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中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢时光流逝，在中国计量学院的研究生生活即将结束，在毕业论文即将大功告成之时感慨万千，回想过去，满满的都是美好的回忆，仿佛还在昨天样。研究生期间，我经历了很多，也收获了很多，除了自己的勤奋努力，还和我身边每个人的关心和帮助也是分不开的，借此机会向我的老师们和同学们表示衷心的感谢。感谢我的导师杨惠忠老师，杨老师严谨的科研作风和认真负责的工作态度令我钦佩，杨老师对工作的热忱深深地感染了我。感谢杨老师在研究生阶段对我学习上的指导和生活上的关心，老师对我的教诲我将铭记生。衷心地祝老师工作顺利，身体健康，合家幸福。感谢卿兆波老师，卿老师和蔼可亲平易近人谦和宽容的人格魅力，精益求精的科研作风，精深的学术造诣，令我甚为崇拜。在此，谨祝卿老师和他的家人身体健康，万事如意。感谢张飞老师，张老师在我平时的学习和科研生活中，给了我无微不至的关怀和帮助。张老师谦虚严谨大爱。她渊博的学识谦逊和蔼的处事，深深感染教育着我。感谢实验室同届的孙明明王振乾李贵飞，感谢你们平时在学习和生活上对我的关心和帮助，因为你们，让我的研究生生活丰富多彩。感谢师弟王谦李龙飞金承和于丰博，感谢你们在我论文完成之际给我的帮助。再次感谢实验室的兄弟姐妹们，感谢你们给予我了个温暖的大家庭。最后，感谢我的家人，感谢父母二十几年来对我的养育之恩，感谢你们对我工作以后考研的理解和支持，你们永远是我最最亲爱的人。商丹丹年月万方数据电动自行车用轮毂电机设计与分析摘要本文设计了款电动自行车用轮毂电机，该轮毂电机属于永磁直流无刷电机，与市场上常用的低速直驱轮毂电机相比具有转速高反电势强，省电，有效地提高了蓄电池的使用寿命输出转矩大，爬坡能力强磁极对数少，节省磁钢电机体积小，重量轻，功率密度比大，成本低等特点。首先，通过对轮毂电机在工况下的受力分析，确定直流无刷轮毂电机的驱动方案即电机减速齿轮间接驱动，并对比不同驱动方案特点以及不同结构形式直流无刷轮毂电机性能上的差异。通过受力分析确定轮毂电机的设计参数。其次，通过分析轮毂电机的主要技术指标，进步计算电机的主要结构