高速电动轮轻量化设计

当今社会,随着能源与环境问题的不断加剧,纯电动汽车作为唯一能实现零排放的机动车得到了前所未有的快速发展,而电动轮驱动技术更是以其独有的优势成为了电动汽车领域一个重要发展方向。但由于电动轮集成了电机、传动、制动等部件而带来的车辆簧下质量增大也是电动轮技术发展不得不面对的难题。本文以一新开发的高速电动轮为研究对象,从电动轮永磁同步电机的轻量化优化和电动轮结构的轻量化设计两方面对电动轮轻量化设计展开研究。本文首先利用基于磁路法的Ansoft RMxprt旋转电机专业设计分析软件对高速电动轮永磁同步电机原电磁方案进行了计算和轻量化优化,优化后电机的有效材料质量减轻了4.13kg。然后再利用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell对优化前后的永磁同步电机进行了二维电磁场有限元分析,得出了电机空载及额定负载工况的磁场分布及相关性能指标,对比优化前后电机性能,验证了电动轮永磁同步电机轻量化优化的有效性。其次,本文对工业产品传统意义上的轻量化方法从功能轻量化、材料轻量化、制造工艺轻量化、设计轻量化四个方面进行了研究总结。在此理论基础上结合高速电动轮的实际结构特性,制定了高速电动轮结构轻量化设计方案。最后,对高速电动轮结构进行轻量化设计。在功能轻量化方面,对电动轮的电机悬置装置进行了集成化设计,有效减小了其体积和质量,且提高了电机悬置的减振效果。在材料轻量化方面,对电动轮部分零部件采用7075型高强度铝合金进行设计,并选用第四强度理论对其中需要承受载荷的零部件的屈服强度进行了校核,校核结果表明符合设计要求。采用铝合金设计后这些零部件总质量减轻了21.13kg。结构设计轻量化方面,对换用7075型铝合金设计的偏安全的零件采用尺寸优化设计法进行了轻量化优化。综合以上三方面对高速电动轮结构进行的轻量化设计,让电动轮结构质量减轻了24kg,达到了较好的轻量化设计效果。