非晶合金電機(jī)驅(qū)動概念車研發(fā)

朱佳瑤 孫超 錢文文

摘 要：該項目以全國節(jié)能減排大賽為背景，秉承節(jié)能的設(shè)計宗旨，設(shè)計與開發(fā)非晶合金電機(jī)驅(qū)動概念車。輪轂電機(jī)定子采用損耗小的非晶合金材料來提高電機(jī)效率；車身設(shè)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(zhì)量，實現(xiàn)概念車節(jié)能目標(biāo)，達(dá)到為電動汽車提供節(jié)能技術(shù)方向。

關(guān)鍵詞：非晶合金材料；翼型車身；車架輕量化；節(jié)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(fā)展電動汽車，但發(fā)展水平有限，其技術(shù)需要進(jìn)一步完善與提高。電動汽車關(guān)鍵技術(shù)在于電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，車身低風(fēng)阻以及車架輕量化等。為了提高汽車電機(jī)、車身以及車架輕量化等方面的技術(shù)水平。該項目以全國節(jié)能減排大賽為背景，秉承節(jié)能的設(shè)計宗旨，在概念車進(jìn)行了上述三個方面的研發(fā)，旨在完善與提高汽車新技術(shù)，為電動汽車的發(fā)展提供技術(shù)支持。

2 關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 電機(jī)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(qiáng)度為2500 A /m時的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值略低于硅鋼片定子鐵芯的B值，Br（剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度）、Hc（矯頑力）、μi（初級磁導(dǎo)率）、μm（最大磁導(dǎo)率） 等性能明顯優(yōu)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(dāng)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(yīng)用于高速電機(jī)，降低定子鐵芯損耗。

2.2 車架輕量化

依據(jù)人因工程學(xué)、汽車風(fēng)阻系數(shù)以及駕駛舒適要求，設(shè)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(jié)構(gòu)。同時車架既要滿足強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(qiáng)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(jìn)行比較（表2）。

表2數(shù)據(jù)得知，綜合考慮強(qiáng)度、材料密度以及焊接強(qiáng)度，選取6061鋁方管作為車架材料，車架主要由駕駛艙、前環(huán)以及后支架構(gòu)成（圖2所示）。駕駛艙的前部設(shè)計成“T”字形結(jié)構(gòu)，材料規(guī)格采用20×20×2；駕駛艙的后部是駕駛員的位置，材料規(guī)格采用30×40×3，體現(xiàn)該處強(qiáng)度高，確保駕駛員的安全；后支架支撐驅(qū)動輪，承載較大，材料規(guī)格選用30×40×3，并斜加拉桿；轉(zhuǎn)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(zhì)量為5.31kg。

根據(jù)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(cè)移、加速與轉(zhuǎn)向等多工況下分析與校核，計算結(jié)果顯示該質(zhì)量的車架滿足強(qiáng)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(shù)和較好的空氣動力學(xué)性能（如表3）。翼型的長度超出預(yù)計的車身長度，將車身尾部的尖端部分去除，產(chǎn)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(jié)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(jìn)行試驗，風(fēng)速小于2m/s。試驗結(jié)果如表4所示。

同時，對知豆電動車進(jìn)行了同樣的試驗，試驗結(jié)果表明，概念車的單位千瓦時續(xù)航歷程遠(yuǎn)大于知豆D2電動車。

從試驗結(jié)果看：概念車在電機(jī)、車架以及車身等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，得到了良好的節(jié)能效果。

注：單位千瓦時續(xù)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(jié)束語

將電機(jī)定子鐵芯新型材料化、車身的翼型設(shè)計以及車架的輕量化三項技術(shù)應(yīng)用到概念車上，取得了良好的節(jié)能效果?？梢詾楫a(chǎn)業(yè)化的電動汽車提供良好的借鑒作用，為電動汽車的節(jié)能提供研究方向。

參考文獻(xiàn)：

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