什么是輪轂電機(jī)技術(shù)(圖解)

輪轂技術(shù)又稱內(nèi)置于車輪的電機(jī)技術(shù)，其特點(diǎn)是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置集成在輪轂中，因此電動(dòng)汽車的機(jī)械部分大大簡(jiǎn)化。

中央技術(shù)并不是一個(gè)新事物。早在1900年，保時(shí)捷就首次制造出前輪裝有輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車。在20世紀(jì)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）70年代，這項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于礦山運(yùn)輸車輛領(lǐng)域。至于乘用車使用的輪轂電機(jī)，日本廠商開發(fā)這一技術(shù)較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括通用、豐田在內(nèi)的國(guó)際汽車巨頭也涉及這一技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)也有自主品牌汽車廠商開始研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。2011年上海車展，瑞麒X1（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的增程式電動(dòng)車采用了輪轂電機(jī)技術(shù)。

根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子類型，輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式兩種。其中外轉(zhuǎn)子式采用低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)，最高轉(zhuǎn)速1000-1500r/min，無減速器，輪速與電機(jī)相同；內(nèi)轉(zhuǎn)子型采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，帶固定傳動(dòng)比的減速器。為了獲得更高的功率密度，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以高達(dá)10000轉(zhuǎn)/分。隨著更緊湊的行星齒輪減速器的出現(xiàn)，內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)在功率密度上比低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)更具競(jìng)爭(zhēng)力。

運(yùn)動(dòng)型

無刷電機(jī)和無刷電機(jī)

由于效率低，汽車有刷電機(jī)已被淘汰。

有和沒有傳感器。

有些電動(dòng)自行車要踩著跑，因?yàn)槔锩鏇]有傳感器。它直接測(cè)量電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，知道轉(zhuǎn)子的位置，進(jìn)行換相。啟動(dòng)前，必須使用傳感器了解轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置。

有齒輪和無齒輪

為了防止磁鋼退磁，降低啟動(dòng)電流，電機(jī)必須使用減速齒輪來提高啟動(dòng)效率。磁鋼材質(zhì)改進(jìn)后，不使用齒輪。

有和沒有離合機(jī)構(gòu)。

可變磁阻輪轂電機(jī)帶輪轂電機(jī)的電動(dòng)自行車在無電騎行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁阻力，離合機(jī)構(gòu)可以降低電磁阻力。離合器機(jī)構(gòu)也可以用來調(diào)節(jié)傳動(dòng)比。朱慕松的磁性手動(dòng)離合高速無刷輪轂電機(jī)，利用電機(jī)的磁性復(fù)位實(shí)現(xiàn)手動(dòng)掛檔。

高速和低速

手動(dòng)離合高速無刷輪轂電機(jī)重量輕，低速無刷輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音低，功率大。

其他的

電動(dòng)車輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

馬達(dá)輪轂的結(jié)構(gòu)

電機(jī)輪轂原理

在啟動(dòng)無刷電機(jī)之前，必須使用傳感器來了解轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置。通過直接測(cè)量感應(yīng)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)得知轉(zhuǎn)子的位置，控制器驅(qū)動(dòng)功率管換向。雖然存儲(chǔ)器可以記錄定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，但是對(duì)于一個(gè)非常慢的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它無法理解電機(jī)繞組反電動(dòng)勢(shì)的波形。當(dāng)電機(jī)達(dá)到一定速度時(shí)，由于慣性的限制，波峰和波谷都代表一定的角度。制動(dòng)時(shí)，電機(jī)關(guān)閉。所以采用磁傳感器的輪轂電機(jī)是主流。電機(jī)輪轂示意圖紅色磁鋼轉(zhuǎn)子處于死角位置，由藍(lán)色磁鋼轉(zhuǎn)子上方的繞組通電，走出死角。圖2所示的電機(jī)沒有死角。只要知道轉(zhuǎn)子的位置，就知道如何驅(qū)動(dòng)功率管。

圖2所示的電機(jī)看起來像一個(gè)被卷起的線性電機(jī)。給繞組通電就像引誘一頭驢(磁鋼)帶著食物跑，但始終保持一定的距離。它比重力結(jié)構(gòu)具有更高的功率和更低的噪音。手動(dòng)擋離合高速無刷輪轂電機(jī)采用三個(gè)大而薄的2模鋼齒輪減速以獲得所需動(dòng)力?；瑒?dòng)時(shí)，偏心離合手柄拉動(dòng)軸向離合變速器的軸、活塞和回縮器，使電機(jī)齒輪的外轉(zhuǎn)子端蓋移位，電機(jī)齒輪與變速器齒輪分離。不想滑行的時(shí)候，可以利用電機(jī)的磁力復(fù)位來實(shí)現(xiàn)齒輪的手動(dòng)嚙合。其離合機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了超越離合器。

散熱

為了防止

輪轂電機(jī)的應(yīng)用可以大大提高

對(duì)于傳統(tǒng)汽車來說，離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器甚至分動(dòng)箱都是必不可少的。這些部件不僅重量輕，使車輛的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，而且還存在定期維護(hù)和故障率的問題。不過輪轂電機(jī)很好的解決了這個(gè)問題。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛除了結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單外，還能獲得更好的空間利用率和更高的傳動(dòng)效率。

它可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)模式。

因?yàn)槊總€(gè)輪胎獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，所以很容易實(shí)現(xiàn)四驅(qū)。輪轂電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，甚至可以使兩側(cè)車輪反向，達(dá)到原地轉(zhuǎn)向的目的。另外，對(duì)于一些特殊的車輛，比如車輪數(shù)量較多的“蜈蚣車”，輪轂電機(jī)也是一個(gè)非常好的解決方案。

由于輪內(nèi)電機(jī)是單輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，所以無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)都可以輕松實(shí)現(xiàn)。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，很容易實(shí)現(xiàn)全時(shí)四驅(qū)。同時(shí)，輪轂電機(jī)通過左右輪不同速度甚至反向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)類似履帶車的差速轉(zhuǎn)向，大大減小了車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向(但此時(shí)車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪胎磨損較大)，對(duì)于特種車輛來說非常有價(jià)值。

便于采用各種新能源汽車技術(shù)。

很多新能源汽車都是電力驅(qū)動(dòng)，所以輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)大有用武之地。無論是純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車還是增程式電動(dòng)汽車，都可以使用輪轂電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力；即使是混合動(dòng)力汽車，在起步或急加速時(shí)，輪轂電機(jī)也可以作為助力器，可謂一機(jī)多用。同時(shí)，新能源汽車的很多技術(shù)，比如制動(dòng)能量回收(即再生制動(dòng))，也可以很容易地在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)。

電機(jī)輪轂的缺點(diǎn)

增加輪轂的簧下重量和慣性矩會(huì)影響車輛的操控性。

電機(jī)需要安裝在輪輞內(nèi)，增加了車輛的簧下重量，不利于操控。根據(jù)Protean公司生產(chǎn)的輪轂電機(jī)，單個(gè)電機(jī)質(zhì)量為30kg。

對(duì)于普通民用車輛來說，往往采用一些相對(duì)較輕的材料，如鋁合金來制作懸架部件，以減輕簧下重量，提高懸架的響應(yīng)速度。而輪轂電機(jī)恰恰大大增加了輪轂的簧下重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)車輛的操控性能不利。但考慮到大部分電動(dòng)車僅限于步行而非追求動(dòng)力性能，這還不是最大的缺陷。

電制動(dòng)的性能是有限的，保持制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行需要大量的電力。

在重型車輛中，渦流制動(dòng)能力不高，因此需要與機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)配合工作。對(duì)于電動(dòng)車來說，需要更多的能量才能達(dá)到更高的制動(dòng)效果，這在一定程度上影響了續(xù)航里程。

現(xiàn)在很多傳統(tǒng)動(dòng)力商用車都配備了利用渦流制動(dòng)原理(即電阻制動(dòng))的輔助減速裝置，比如很多貨車使用的電動(dòng)緩速器。因?yàn)槟茉?，電制?dòng)也是電動(dòng)車的首選。對(duì)于輪內(nèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，由于輪內(nèi)電機(jī)系統(tǒng)的電制動(dòng)能力較小，不能滿足整車的制動(dòng)性能要求，因此需要額外的機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。但對(duì)于普通電動(dòng)乘用車來說，沒有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵，需要電動(dòng)真空泵提供制動(dòng)輔助，但也意味著更大的能耗。甚至再生制動(dòng)也能回收一些能量。如果要保證制動(dòng)系統(tǒng)的效率，制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)更有效。

另外，輪轂電機(jī)的工作環(huán)境比較惡劣，受水和灰塵的影響，對(duì)密封的要求比較高。同時(shí)，輪轂電機(jī)的散熱也要在設(shè)計(jì)中單獨(dú)考慮。

摘要

Hub技術(shù)確實(shí)有很好的優(yōu)勢(shì)，不僅可以節(jié)省大量空間，還可以提高傳輸效率。是新能源汽車發(fā)展的一個(gè)很好的方向。但是，這項(xiàng)技術(shù)仍然存在許多問題，如車輪的工作環(huán)境過于復(fù)雜，耐用性差，高速振動(dòng)和噪聲，以及優(yōu)化