我国是电动自行车使用大国,经过多年发展,车用驱动系统种类繁多、技术成熟。但是市场混乱,超标车屡屡出现。随着新的法律法规《电动自行车安全技术规范》出台,对市场做了严格的限定。因此研发一款满足法律法规的要求,可以实现更高功率密度、更小型化轻量化的新型轮毂驱动系统具有重大意义。本文将从理论计算和仿真分析两方面对新型轮毂驱动系统进行研究,采用场路结合法设计电机,采用有限元仿真法设计两级行星牵引减速轴承,从理论层面验证了设计结构的合理性。主要研究内容如下:(1)提出一款新型轮毂驱动系统构型。对比分析了现有电动自行车用轮毂驱动系统构型特点,结合电动自行车动力性能需求以及车身结构布局,提出了一种新型轮毂驱动系统构型。采用高速外转子电机驱动,并通过两级行星牵引减速轴承进行减速增扭,通过两级减速,提高电机设计转速,改进功率密度。完成电动自行车动力性分析,确定了电机和减速轴承的设计指标。(2)电机结构和电磁方案设计分析。针对确定的设计指标,通过磁路法对电机参数进行分析计算。首先分析了不同绕组方案以及不同极槽配比对电机的影响,选定12/10极槽配比和双层集中绕组进行设计。完成了永磁体的设计,分析选择了适合的永磁材料,确定了永磁体的结构布置和充磁方式,并通过参数化分析,确定永磁体尺寸。对气隙长度进行参数化设计,对气隙磁密波形作了优化分析。选取合适的齿轭磁密,计算出定子尺寸及定子内部槽的尺寸。分析计算了电机绕组匝数和反电动势。最后通过Ansoft Rmxprt磁路计算软件对以上设计的结果进行优化,反复调整参数以得到最优的结果。(3)在Maxwell 2D有限元仿真软件中对电机性能进行仿真分析。通过对静态磁场仿真,得到电机磁场分布和气隙磁密波形,通过仿真结果进一步对电机进行改进优化。分析空载启动和空载稳定运行性能,得到空载反电动势,计算电机齿槽转矩,并做了优化分析。分析电机负载启动以及额定负载工况下运行特性,得到电机的额定转速、额定转矩和额定功率,结果显示达到设计目的。对电机的损耗进行分析,计算出电机效率为93.6%。(4)完成两级行星牵引减速轴承的设计和仿真。结合电动自行车动力性指标及电机的输出性能,设计了两级行星牵引减速轴承的结构和尺寸。通过Workbench软件分析了减速轴承滚动体和外圈的最小壁厚,并通过仿真得到的变形量设计出装配后的最小过盈量。在此基础上设计出减速轴承的结构和详细尺寸,并对其进行了额定工况下的强度校核,分析了接触应力和弯曲应力,结果满足强度要求。最后对减速轴承进行模态分析,确定工作时系统不会产生共振现象。