非晶合金電機驅動概念車研發

朱佳瑤 孫超 錢文文

摘 要：該項目以全國節能減排大賽為背景，秉承節能的設計宗旨，設計與開發非晶合金電機驅動概念車。輪轂電機定子采用損耗小的非晶合金材料來提高電機效率；車身設計成翼型有利于減小空氣阻力；車架輕量化處理以減小車架質量，實現概念車節能目標，達到為電動汽車提供節能技術方向。

關鍵詞：非晶合金材料；翼型車身；車架輕量化；節能；概念車

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.029

1 引言

近幾年，中國政府大力提倡發展電動汽車，但發展水平有限，其技術需要進一步完善與提高。電動汽車關鍵技術在于電池技術、電機驅動技術，車身低風阻以及車架輕量化等。為了提高汽車電機、車身以及車架輕量化等方面的技術水平。該項目以全國節能減排大賽為背景，秉承節能的設計宗旨，在概念車進行了上述三個方面的研發，旨在完善與提高汽車新技術，為電動汽車的發展提供技術支持。

2 關鍵技術的研究

2.1 電機定子鐵芯新型材料化

非晶合金定子鐵芯[1]和硅鋼片定子鐵芯在磁場為2500A/m時的磁性能比較（如表1）得知，非晶合金定子鐵芯在磁場強度為2500 A /m時的磁感應強度B值略低于硅鋼片定子鐵芯的B值，Br（剩余磁感應強度）、Hc（矯頑力）、μi（初級磁導率）、μm（最大磁導率） 等性能明顯優于硅鋼片定子鐵芯[2]。

圖1可見，硅鋼片定子鐵芯的損耗隨頻率升高快速加大，非晶合金增加的較慢。小于100Hz時，硅鋼片定子鐵芯的損耗與非晶相近；當大于100Hz后，非晶合金損耗小于硅鋼片，隨著頻率的加大，非晶合金損耗小的特性愈加明顯[3-4]。因此，將非晶定子鐵芯替代硅鋼片應用于高速電機，降低定子鐵芯損耗。

2.2 車架輕量化

依據人因工程學、汽車風阻系數以及駕駛舒適要求，設定駕駛員坐姿、考慮駕駛員身體情況以及概念車各大總成布置，確定車架結構。同時車架既要滿足強度和剛度的要求，又要滿足輕量化的要求，因此，在材料選擇以及結構設計對車架提出了較高的要求。

選用車架的材料很多如鋁合金、不銹鋼和纖維增強塑料?？紤]市場上購買的方便性和加工的可行性以及成本，該車架采用鋁合金，選取6061鋁和7075鋁二種方管不同鋁合金進行比較（表2）。

表2數據得知，綜合考慮強度、材料密度以及焊接強度，選取6061鋁方管作為車架材料，車架主要由駕駛艙、前環以及后支架構成（圖2所示）。駕駛艙的前部設計成“T”字形結構，材料規格采用20×20×2；駕駛艙的后部是駕駛員的位置，材料規格采用30×40×3，體現該處強度高，確保駕駛員的安全；后支架支撐驅動輪，承載較大，材料規格選用30×40×3，并斜加拉桿；轉向橋及方向盤架采用20×20×2。焊接并組裝得到圖2所示車架，其總質量為5.31kg。

根據車架的邊界條件以及載荷特性，利用ANSYS在概念車滿載情況下勻速、側移、加速與轉向等多工況下分析與校核，計算結果顯示該質量的車架滿足強度要求。

2.3 翼型車身

概念車車身主要采用航空飛行器的一種流線型曲線即翼型（如圖3（a）），它有著較低的阻力系數和較好的空氣動力學性能（如表3）。翼型的長度超出預計的車身長度，將車身尾部的尖端部分去除，產生微量渦流，可以忽略，這樣就簡化加工過程，降低車身粘滯阻力，故車身采用去除尾部的翼型車身[3]。材料選用碳纖維。

3 試驗及試驗結果說明

圖3（c）概念車作為試驗用車，在平坦瀝青路面上以40km/h進行試驗，風速小于2m/s。試驗結果如表4所示。

同時，對知豆電動車進行了同樣的試驗，試驗結果表明，概念車的單位千瓦時續航歷程遠大于知豆D2電動車。

從試驗結果看：概念車在電機、車架以及車身等方面進行了創新，得到了良好的節能效果。

注：單位千瓦時續航里程就是電動汽車在一定的速度下蓄電池消耗1千瓦時電能車輛所行駛的里程，表征電動汽車能源的利用程度。

4 結束語

將電機定子鐵芯新型材料化、車身的翼型設計以及車架的輕量化三項技術應用到概念車上，取得了良好的節能效果?？梢詾楫a業化的電動汽車提供良好的借鑒作用，為電動汽車的節能提供研究方向。

參考文獻：

[1]袁麗卿，鐘德剛，陳永校.非晶合金電機及其發展前景[J].微特電機，2004（08）.

[2]李山紅，盧志超，李德仁，陸曹衛，周少雄.高速電機用非晶合金定子鐵心的損耗特性研究[J].北京：鋼鐵研究總院安泰科技股份有限公司，2009（06）.

[3]黎博文.基于CFD節能賽車的車身研發[J].上海：同濟大學中德學院，2013（07）.

[4]冷建偉，劉婷，李俊芳.傳統電機和新型非晶電機性能的仿真對比[J].化工自動化及儀表，2011（09）.