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轴向磁场轮毂电机的结构设计 电动汽车已经逐渐使用轮毂电机来代替发动机，这可以很好的减少油耗及尾气排放，促进绿色发展。 但是，轮毂电机对所选的电机在尺寸结构、重量以及效率等方面都有严格的要求。 目前，市面上的电动汽车大多使用中央集中式驱动电机，这种电机大多数都是传统径向磁通永磁电机，具有体积较大、功率密度不高、传动效率低下以及结构复杂等缺点。 通过对轴向磁场轮毂电机进行研究，发现相对传统径向电机而言，轴向磁场电机在结构、尺寸、功率密度等方面都有其独特的优点，更适宜用作轮毂电机。 因此，研发具有功率密度高、结构简单以及高效率等优点的轴向磁场轮毂电机就显得尤为重要，对推动我国新能源汽车产业发展有重要意义。 本课题选择了市面上的某款纯电动汽车作为安装匹配的目标，设计了一种单转子双定子结构的轴向磁场轮毂电机，该电机符合在尺寸、性能等方面对轮毂电机驱动汽车的要求。

传统汽车引擎轰鸣的时代正在被电机转动声取代。你肯定见过特斯拉底盘下方那台大块头驱动电机，但工程师们更疯狂的想法是把电机直接塞进轮毂——就像给车轮装上独立的小心脏。

轮毂电机可不是简单把普通电机缩小。普通径向磁场电机就像夹心饼干，磁感线从转子中心辐射状发散。这种结构天生有个致命伤：当你想缩小体积时，磁路利用率直线下降。这就好比用圆底锅煎鸡蛋，边缘空间全浪费了。

这时候轴向磁场结构就像平底锅登场了。它的磁感线平行于转轴方向延展，定子和转子变成两个圆盘面对面叠放。用Python做个简单磁场模拟就能看出差异：

import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 100) radial_field = np.exp(-0.5*theta) # 指数衰减 axial_field = np.ones_like(theta)*0.8 # 均匀分布 plt.polar(theta, radial_field, label='径向磁场') plt.polar(theta, axial_field, label='轴向磁场') plt.legend() plt.show()

这段代码揭示了一个关键现象：轴向结构的磁场分布更均匀。这意味着在相同体积下，轴向电机能多塞30%以上的有效磁通量。就像把衣柜改成推拉门，空间利用率瞬间提升。

不过真把电机塞进轮毂时，我遇到了意想不到的难题。某次用SolidWorks建模时，发现双定子结构的轴向力竟然高达800N。这相当于每个轮胎时刻承受着两个成年人的体重，轴承分分钟报废。

解决方案藏在咖啡研磨机的结构里——对称布局。把转子夹在两个定子中间形成"三明治"，轴向力相互抵消。用ANSYS做力学仿真时，参数设置窗口突然弹出一条警告：

Warning: Magnetic saturation detected in stator teeth

这说明硅钢片选型出了问题。换成20JNEH1200非晶合金材料后，铁损直降45%。这材料就像给电机装上了吸能海绵，把原本会转化成热量的磁能重新利用。

散热设计更是充满玄机。传统水冷管路在轮毂里根本施展不开，后来从显卡散热器获得灵感，用3D打印制作了螺旋状风道。Motor-CAD热仿真时特意设置了极限工况：

setOperatingPoint('speed',2000,'torque',300); setAmbientTemp(45);

结果最高温升控制在75K以内，完全满足IP67防护要求。这相当于让电机在撒哈拉沙漠飙车时还能保持清凉。

当第一台样机装车测试时，工程师们最担心的是簧下质量增加。但实测数据显示，得益于铝镁合金外壳，整套系统比传统驱动桥轻了18kg。这减重效果相当于卸掉四个备胎，过减速带时悬挂回弹都变得利索了。

现在看着试驾车轮毂里转动的铜绕组，突然理解为什么说电机设计是机械与电磁的探戈。每个参数调整都像在跳交谊舞——磁密不能踩到材料特性的脚，散热不能脱离结构设计的节奏。而当功率密度最终突破5kW/kg时，那感觉就像亲眼看见内燃机时代的黄昏。