非晶合金电机驱动概念车研发
朱佳瑶 孙超 钱文文
摘 要：该项目以全国节能减排大赛为背景，秉承节能的设计宗旨，设计与开发非晶合金电机驱动概念车。轮毂电机定子采用损耗小的非晶合金材料来提高电机效率；车身设计成翼型有利于减小空气阻力；车架轻量化处理以减小车架质量，实现概念车节能目标，达到为电动汽车提供节能技术方向。
关键词：非晶合金材料；翼型车身；车架轻量化；节能；概念车
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.029
1 引言
近几年，中国政府大力提倡发展电动汽车，但发展水平有限，其技术需要進一步完善与提高。电动汽车关键技术在于电池技术、电机驱动技术，车身低风阻以及车架轻量化等。为了提高汽车电机、车身以及车架轻量化等方面的技术水平。该项目以全国节能减排大赛为背景，秉承节能的设计宗旨，在概念车进行了上述三个方面的研发，旨在完善与提高汽车新技术，为电动汽车的发展提供技术支持。
2 关键技术的研究
2.1 电机定子铁芯新型材料化
非晶合金定子铁芯[1]和硅钢片定子铁芯在磁场为2500A/m时的磁性能比较（如表1）得知，非晶合金定子铁芯在磁场强度为2500 A /m时的磁感应强度B值略低于硅钢片定子铁芯的B值，Br（剩余磁感应强度）、Hc（矫顽力）、μi（初级磁导率）、μm（最大磁导率） 等性能明显优于硅钢片定子铁芯[2]。
图1可见，硅钢片定子铁芯的损耗随频率升高快速加大，非晶合金增加的较慢。小于100Hz时，硅钢片定子铁芯的损耗与非晶相近；当大于100Hz后，非晶合金损耗小于硅钢片，随着频率的加大，非晶合金损耗小的特性愈加明显[3-4]。因此，将非晶定子铁芯替代硅钢片应用于高速电机，降低定子铁芯损耗。
2.2 车架轻量化
依据人因工程学、汽车风阻系数以及驾驶舒适要求，设定驾驶员坐姿、考虑驾驶员身体情况以及概念车各大总成布置，确定车架结构。同时车架既要满足强度和刚度的要求，又要满足轻量化的要求，因此，在材料选择以及结构设计对车架提出了较高的要求。
选用车架的材料很多如铝合金、不锈钢和纤维增强塑料。考虑市场上购买的方便性和加工的可行性以及成本，该车架采用铝合金，选取6061铝和7075铝二种方管不同铝合金进行比较（表2）。
表2数据得知，综合考虑强度、材料密度以及焊接强度，选取6061铝方管作为车架材料，车架主要由驾驶舱、前环以及后支架构成（图2所示）。驾驶舱的前部设计成“T”字形结构，材料规格采用20×20×2；驾驶舱的后部是驾驶员的位置，材料规格采用30×40×3，体现该处强度高，确保驾驶员的安全；后支架支撑驱动轮，承载较大，材料规格选用30×40×3，并斜加拉杆；转向桥及方向盘架采用20×20×2。焊接并组装得到图2所示车架，其总质量为5.31kg。
根据车架的边界条件以及载荷特性，利用ANSYS在概念车满载情况下匀速、侧移、加速与转向等多工况下分析与校核，计算结果显示该质量的车架满足强度要求。
2.3 翼型车身
概念车车身主要采用航空飞行器的一种流线型曲线即翼型（如图3（a）），它有着较低的阻力系数和较好的空气动力学性能（如表3）。翼型的长度超出预计的车身长度，将车身尾部的尖端部分去除，产生微量涡流，可以忽略，这样就简化加工过程，降低车身粘滞阻力，故车身采用去除尾部的翼型车身[3]。材料选用碳纤维。
3 试验及试验结果说明
图3（c）概念车作为试验用车，在平坦沥青路面上以40km/h进行试验，风速小于2m/s。试验结果如表4所示。
同时，对知豆电动车进行了同样的试验，试验结果表明，概念车的单位千瓦时续航历程远大于知豆D2电动车。
从试验结果看：概念车在电机、车架以及车身等方面进行了创新，得到了良好的节能效果。
注：单位千瓦时续航里程就是电动汽车在一定的速度下蓄电池消耗1千瓦时电能车辆所行驶的里程，表征电动汽车能源的利用程度。
4 结束语
将电机定子铁芯新型材料化、车身的翼型设计以及车架的轻量化三项技术应用到概念车上，取得了良好的节能效果。可以为产业化的电动汽车提供良好的借鉴作用，为电动汽车的节能提供研究方向。
参考文献：
[1]袁丽卿，钟德刚，陈永校.非晶合金电机及其发展前景[J].微特电机，2004（08）.
[2]李山红，卢志超，李德仁，陆曹卫，周少雄.高速电机用非晶合金定子铁心的损耗特性研究[J].北京：钢铁研究总院安泰科技股份有限公司，2009（06）.
[3]黎博文.基于CFD节能赛车的车身研发[J].上海：同济大学中德学院，2013（07）.
[4]冷建伟，刘婷，李俊芳.传统电机和新型非晶电机性能的仿真对比[J].化工自动化及仪表，2011（09）.
