文 献 综 述
随着传统燃油燃汽汽车使用量迅速增长，其所带来的各种负面影响推动了全球能源危机的频发，汽车制造行业对环境要求的逐渐提高。在此情形下，为适应全球低碳、环保以及可持续发展的要求,汽车作为人类社会必不可少的重要一环,继续探寻新的发展方向，为全球环境问题做出贡献。在这种社会大环境下,具有布局简单、动力能源来源广泛以及传动效率高等优势的轮毅电机独立驱动电动汽车日益受到人们的关注。电动汽车底盘驱动系统是决定电动汽车动力性能、操控性和安全性的关键，主要分为集中式驱动和分布式驱动两大类。分布式驱动型式相比于集中式驱动型式的技术特点和优势主要有以下几点：①分布式驱动型式一般采用轮边、轮毂电机系统，其动力输出部件体积、质量分散，车辆轴荷的分配更加合理，整车布置更加灵活度。②单轮驱动力矩可独立、连续调节，为车辆动力学控制创造了理想条件，通过车轮转矩矢量控制，可最大限度提高车辆的操纵稳定性和机动性。③省去了传统集中式驱动的差速器和传动轴，特别是轮毂电机分布式驱动系统，其驱动电机集成于轮辋内，完全消除机械传动装置，大大减小整车重量，同时提高了驱动系统的效率和功率密度。④由于采用多轮动力输出，系统冗余度大幅提高，容错能力强，整车动力控制和行动灵活多变，可以大幅提高军用电驱动车辆战场生存能力，具有重要的军事应用价值。
从车辆驱动系统技术发展与革新的角度来看，集中式驱动发展为分布式轮边驱动，再到分布式轮毂驱动是电动汽车底盘驱动系统提升技术水平，提高整车动力性能的必然趋势。以轮毂电机为基础的分布式驱动技术是对民用新能源汽车、军用电驱动车辆的全局性优化与升级，是目前较为先进的电动车辆驱动技术，已经得到世界各国研究学者和汽车工业界的广泛关注。而轮毂电机是动力、传动和制动三大功能的高度集成，以轮毂电机为典型代表的分布式驱动系统是电动车辆动力输出较为理想的解决方案，有望成为军/民用电驱动车辆领域最具发展前景的底盘驱动技术。
相较于传统汽车，在结构上轮毂电机驱动电动汽车省去了传统燃油燃汽汽车集中式驱动的传动系统,使得电动汽车底盘结构得到极大简化,节省了车内空间,整车电气布置更加灵活。对分布式驱动电动汽车驱动控制技术的研究，有助于充分发挥分布式驱动电动汽车转矩独立控制的优势，提高整车的稳定性、安全性和平顺性。
从驱动构型上分类，轮毂电机可以分为直接驱动和间接（减速）驱动两种类型。直接驱动型轮毂电机的典型代表是径向磁场外转子电机，其具有转矩密度高、噪声低等优点，但同时也存在体积较大、有效材料消耗较多、功率密度较低等缺点。英国纽卡斯尔大学在外转子轮毂电机方面的研究成果最终实现了产业化，与英国Protean公司开发成功的外转子轮毂电机，峰值转矩为1000N·m，转矩密度达到18.5N·m/kg，在世界主要电动汽车生产制造商的预研车型上都有装车试用，主要面向的是民用新能源汽车领域。然而，外转子直驱轮毂电机在电动汽车分布式驱动系统中应用也面临着很多技术困难：如集成难度大、制动力不足；刹车制动会导致电机高温从而引发不可逆退磁；定转子受温度、振动影响大，影响车辆运行安全性能等。间接驱动型轮毂电机采用高速电机 减速器结构形式实现高转矩输出，其电机本体具有体积小、有效材料消耗少、功率密度高等优点，但也存在噪声较大，高速控制难等特点。
目前，用于电动汽车的永磁同步电机有柱式结构和盘式结构。柱式电机的最高效率基本达到上限，很难有大幅上升，对于延长续航里程来讲作用不大，同时柱式电机仅为一个大功率中驱电机，若发生故障，则电动汽车无法正常行驶。盘式永磁同步电机具有低速大转矩、高能量密度等优点，其控制方法与传统柱式永磁同步电机控制方法基本相同。另外，多盘电机可在某个电机发生故障时关闭该电机，让电动汽车继续行驶至指定地点，提高系统的安全性和可靠性。
在文献[1]中，简要介绍了电动汽车行业里轮毂电机驱动技术的发展；轮毂电动机因为具有更高的传动效率、更简化的底盘结构、灵活的驱动系统布置等优点，使其在电动车领域得到了广泛的应用。同时，由于轮毂电机应用场合的特殊性，作者特别提到永磁电机的特点使其成为了当下轮毂电机发展的热点。作者也指出轮毂电机了几点缺点以及国内外学者针对这些缺点所做的各种研究。轮毂电机驱动技术未来的发展方向将主要集中在轻量化、一体化、冷却技术、永磁材料的退磁抑制技术等方面。
在文献[4]中，作者介绍了轮毂电机目前应用中的热点问题，譬如轮毂电机非簧载质量的减少、以及轮毂电机的冷却。其中，针对轮毂电机非簧载质量的减少问题，国内外学者提出的方法主要有：通过特殊形式的电机将非簧载质量转化为簧载质量；利用电机质量构造吸振器对非簧载质量引发的垂向振动负效应进行控制；改变簧载质量与非簧载质量的比值。此外，有关轮毂电机的冷却，主要方法有：在电动轮的结构设计中考虑采用气体(风)来冷却电机，应用有利于气体循环流动的电动轮结构来冷却轮毂电机；在电动轮的结构设计中考虑采用液体(水)来冷却电机，通过设置专门的冷却液(水)道，通过与液体的热交换来冷却轮毂电机。
由于轮内直接驱动是电动汽车最有效的驱动方式，并且是未来应用的趋势。在文献[6]中，作者提出了一种具有混合磁结构设计的新型变通量外转子永磁同步电动机。混合磁极采用Nd-Fe-B和Al-Ni-Co永磁体(PM)，可以通过改变Al-Ni-Co的磁化状态来调节气隙通量，这有利于实现电磁结构设计可提供多种速度和负载。作者介绍了电动机的基本结构特点和磁通调节原理。基于磁路分析推导了永磁体尺寸的设计和计算方法。然后，描述了Al-Ni-Co的Preisach磁滞模型，并采用时步有限元方法（FEM）进行耦合，以分析电动机的性能，并研究了其磁化强度。最后，通过仿真获得了所提出的电动机的运行性能，从而验证了设计的可行性。
文献[9]中介绍了一种用于预测轮辐型永磁同步轮毂电机性能的分析模型，其中梯形磁体解决了齿饱和问题。考虑了磁体形状对建模的影响。为了符合标准边界条件，将梯形磁体简化为扇形磁体。根据磁体产生的磁场的不变性原理，扇形磁体的尺寸通过集总磁路模型计算。然后，将电动机分成六个子域，即轴，内部扇形磁体，外部扇形磁体，转子槽，气隙和定子槽。根据边界条件，通过求解泊松和拉普拉斯方程获得磁场，反电动势和扭矩。考虑了牙齿饱和的影响。有限元方法和实验被用来验证分析模型的准确性。另外，所提出的方法还可以用于评估具有任何不规则磁体的轮辐式电动机的性能。
