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摘要：针对8米纯电动公交车驱动用永磁同步电机（以下简称电机）进行结构优化与设计，主要从電机体积、重量、散热性、节约成本等方面进行了说明和论述。通过分析及实验结果表明结构优化后的电机更能满足车辆使用要求，高效工作区范围广，更加轻量化，经济性更好。
关键词：8米纯电动公交车 驱动电机 结构 轻量化
0 前言
新能源纯电动汽车行业近几年来发展迅速，尤其纯电动公交车的市场需求不断增大。电动汽车以其噪声小、零排放等优点成为现代交通工具和清洁汽车技术的最佳解决方案，纯电动公交车驱动电机为整车驱动系统中的核心部件[1]。目前，纯电动公交车的驱动电机主要为稀土永磁同步电机，对电机的要求，正向着轻量化、高效、经济性好的方向发展。公交车为了乘客上下方便，更倾向于一级踏步设计，要求电机外径越小越好。
本文针对8米纯电动公交车驱动电机的结构进行优化设计，以满足电机结构紧凑、体积小、重量轻、成本低等要求，更能适应新能源公交车的需求。
1 电机的参数要求
8米纯电动公交车驱动电机结构相关技术参数要求如表1所示。
2 电机结构优化概述
目前此款8米纯电动公交车所用驱动电机为定子外径Ф365mm的永磁同步电机（以下简称365电机），其结构简图如图1所示。经过电磁性能优化及结构优化与改进，将365电机改进为结构更加紧凑的定子外径为Ф325mm的永磁同步电机（以下简称325电机），其结构简图如图2所示。
改进前后的电机结构主要对比点见表2.
2 电机结构优化特点
此次电机结构优化，主要特点为减小电机外径、轻量化、易加工、节约成本、节约安装空间等特点，下面针对结构优化内容进行说明。
2.1 带轴套的转子结构
在电机轴上安装轴套，用轴套支撑转子铁心，轴套为空心结构，能有效减重，并节约硅钢片材料。若无轴套，转子铁心直接安装在轴上，转子冲片内径为Ф75mm，使用轴套后，转子冲片内径为Ф148mm，单片转子冲片节约材料面积12779mm2，进而有效节约成本。同时，此结构的设计可有效减轻转子整体重量，365电机转子整体重量为63kg，改进后的325电机转子重量为46kg，减重17kg。
对改动后的电机轴系进行了校核，此电机轴与轴套采用20CrMnTi材料（屈服强度835Mpa），如图3所示，为电机运行最大扭矩状态（1600nm，955rpm）校核结果，如图4所示，为电机运行最大转速状态（510nm，3000rpm）校核结果，仿真结果显示，此结构在电机运行最大扭矩状态时所受力最大，此时安全系数为2.3，可满足使用要求。
2.2 拉伸机壳
电动公交车电机机壳，目前大部分采用铸造铝合金机壳，水道为螺旋水道。铸造的加工方法成本较高，需要使用铸造模具，而且，同一款电机，在不改变定子外径的前提下，如需改变功率，需改变定子长度，改变机壳长度，铸造机壳即需要重新设计模具，造成成本浪费。
此次改进后的325电机，采用拉伸挤出机壳，冷却水道为折返型，此机壳可任意选取长度，无需重复设计模具，节约成本，且较相同尺寸铸造机壳重量轻。
图5为对此拉伸机壳的三维模型（水道未封堵示意图），365电机机壳重量25Kg，325电机机壳重量16kg，减重9kg，机壳外径较365电机减小45mm，更能节省安装空间，满足公交车一级踏步登车要求。
2.3 前置出线盒结构
改进后的325电机出线盒在前端，与轴伸共用轴向空间，能有效减小电机长度，结构更加紧凑，同时，此接线盒的设计可满足电机三相动力线缆轴向、径向两个方向出线的要求，对不同的使用环境适应能力更强，节约成本，无需重复设计接线盒。此外，对轴向出线的线缆，设计了卡箍结构进行固定和保护，避免在使用过程中电缆根部发生损坏等现象。
2.4 联轴器与轴采用胀套连接
此电机结构的改进，还将365电机前端联轴器与轴的花键连接方式改为胀套连接，此连接方式的优点为，电机轴与联轴器均不需要加工花键结构，加工难度大大降低，加工精度更容易保证。胀套为国标标准件，可节约成本，缩短生产周期，安装方便且使用可靠。
除以上结构特点外，减小了定子外径，有效减小定子重量，365电机定子重量76kg，325电机定子重量63kg，有效减重13kg。
此电机前后端盖与机壳之间采用止口过度配合，安装时涂密封胶密封。接线盒盖与接线盒、旋变室盖板与后端盖之间采用O型密封圈密封，三相电机动力出线线缆采用电缆专用防水屏蔽接头密封与屏蔽，电机整体结构达到IP67要求。
3 试验结果
将改进的325电机进行性能测试，电机绝缘等级为H级，绕组温升按H级考核，电阻法允许温升125℃，测得额定点温升48℃，峰值点温升94℃，额定点和峰值点温升有较大的余量。滚动轴承允许温升为55℃，测得轴伸端轴承温升47℃，非轴伸端轴承温升46℃，也有较大余量。此结果说明所用机壳水冷散热水道方案是可行的。
测得电机噪声声压级78dB，标准要求小于100db，高于标准，符合要求。
改进后的电机重量151Kg，较结构改进之前整体减重22%，结构尺寸及重量在需求范围内，且结构更加紧凑。通过优化，成本节约16%。
325电机效率Map图如图6所示，可见，其高效工作区范围广，此电机结构改进方案是可行的。
4 结束语
本文主要对8米纯电动公交车驱动电机进行结构优化设计研究，从各结构优化特点及内容、仿真验算、实验结果等方面进行验证，证明该电机的结构优化可使同性能电机达到体积小、重量轻、噪音低、高效工作区广、节约成本等目的，可更好地满足8米纯电动公交车的驱动需求，为公交车驱动电机的开发积累了宝贵经验。
5.参考文献
[1] 赵立峰，李云清.纯电动大客车动力传动系统的研究[J].汽车工程，2013128.
关键词：8米纯电动公交车 驱动电机 结构 轻量化
0 前言
新能源纯电动汽车行业近几年来发展迅速，尤其纯电动公交车的市场需求不断增大。电动汽车以其噪声小、零排放等优点成为现代交通工具和清洁汽车技术的最佳解决方案，纯电动公交车驱动电机为整车驱动系统中的核心部件[1]。目前，纯电动公交车的驱动电机主要为稀土永磁同步电机，对电机的要求，正向着轻量化、高效、经济性好的方向发展。公交车为了乘客上下方便，更倾向于一级踏步设计，要求电机外径越小越好。
本文针对8米纯电动公交车驱动电机的结构进行优化设计，以满足电机结构紧凑、体积小、重量轻、成本低等要求，更能适应新能源公交车的需求。
1 电机的参数要求
8米纯电动公交车驱动电机结构相关技术参数要求如表1所示。
2 电机结构优化概述
目前此款8米纯电动公交车所用驱动电机为定子外径Ф365mm的永磁同步电机（以下简称365电机），其结构简图如图1所示。经过电磁性能优化及结构优化与改进，将365电机改进为结构更加紧凑的定子外径为Ф325mm的永磁同步电机（以下简称325电机），其结构简图如图2所示。
改进前后的电机结构主要对比点见表2.
2 电机结构优化特点
此次电机结构优化，主要特点为减小电机外径、轻量化、易加工、节约成本、节约安装空间等特点，下面针对结构优化内容进行说明。
2.1 带轴套的转子结构
在电机轴上安装轴套，用轴套支撑转子铁心，轴套为空心结构，能有效减重，并节约硅钢片材料。若无轴套，转子铁心直接安装在轴上，转子冲片内径为Ф75mm，使用轴套后，转子冲片内径为Ф148mm，单片转子冲片节约材料面积12779mm2，进而有效节约成本。同时，此结构的设计可有效减轻转子整体重量，365电机转子整体重量为63kg，改进后的325电机转子重量为46kg，减重17kg。
对改动后的电机轴系进行了校核，此电机轴与轴套采用20CrMnTi材料（屈服强度835Mpa），如图3所示，为电机运行最大扭矩状态（1600nm，955rpm）校核结果，如图4所示，为电机运行最大转速状态（510nm，3000rpm）校核结果，仿真结果显示，此结构在电机运行最大扭矩状态时所受力最大，此时安全系数为2.3，可满足使用要求。
2.2 拉伸机壳
电动公交车电机机壳，目前大部分采用铸造铝合金机壳，水道为螺旋水道。铸造的加工方法成本较高，需要使用铸造模具，而且，同一款电机，在不改变定子外径的前提下，如需改变功率，需改变定子长度，改变机壳长度，铸造机壳即需要重新设计模具，造成成本浪费。
此次改进后的325电机，采用拉伸挤出机壳，冷却水道为折返型，此机壳可任意选取长度，无需重复设计模具，节约成本，且较相同尺寸铸造机壳重量轻。
图5为对此拉伸机壳的三维模型（水道未封堵示意图），365电机机壳重量25Kg，325电机机壳重量16kg，减重9kg，机壳外径较365电机减小45mm，更能节省安装空间，满足公交车一级踏步登车要求。
2.3 前置出线盒结构
改进后的325电机出线盒在前端，与轴伸共用轴向空间，能有效减小电机长度，结构更加紧凑，同时，此接线盒的设计可满足电机三相动力线缆轴向、径向两个方向出线的要求，对不同的使用环境适应能力更强，节约成本，无需重复设计接线盒。此外，对轴向出线的线缆，设计了卡箍结构进行固定和保护，避免在使用过程中电缆根部发生损坏等现象。
2.4 联轴器与轴采用胀套连接
此电机结构的改进，还将365电机前端联轴器与轴的花键连接方式改为胀套连接，此连接方式的优点为，电机轴与联轴器均不需要加工花键结构，加工难度大大降低，加工精度更容易保证。胀套为国标标准件，可节约成本，缩短生产周期，安装方便且使用可靠。
除以上结构特点外，减小了定子外径，有效减小定子重量，365电机定子重量76kg，325电机定子重量63kg，有效减重13kg。
此电机前后端盖与机壳之间采用止口过度配合，安装时涂密封胶密封。接线盒盖与接线盒、旋变室盖板与后端盖之间采用O型密封圈密封，三相电机动力出线线缆采用电缆专用防水屏蔽接头密封与屏蔽，电机整体结构达到IP67要求。
3 试验结果
将改进的325电机进行性能测试，电机绝缘等级为H级，绕组温升按H级考核，电阻法允许温升125℃，测得额定点温升48℃，峰值点温升94℃，额定点和峰值点温升有较大的余量。滚动轴承允许温升为55℃，测得轴伸端轴承温升47℃，非轴伸端轴承温升46℃，也有较大余量。此结果说明所用机壳水冷散热水道方案是可行的。
测得电机噪声声压级78dB，标准要求小于100db，高于标准，符合要求。
改进后的电机重量151Kg，较结构改进之前整体减重22%，结构尺寸及重量在需求范围内，且结构更加紧凑。通过优化，成本节约16%。
325电机效率Map图如图6所示，可见，其高效工作区范围广，此电机结构改进方案是可行的。
4 结束语
本文主要对8米纯电动公交车驱动电机进行结构优化设计研究，从各结构优化特点及内容、仿真验算、实验结果等方面进行验证，证明该电机的结构优化可使同性能电机达到体积小、重量轻、噪音低、高效工作区广、节约成本等目的，可更好地满足8米纯电动公交车的驱动需求，为公交车驱动电机的开发积累了宝贵经验。
5.参考文献
[1] 赵立峰，李云清.纯电动大客车动力传动系统的研究[J].汽车工程，2013128.