必看技术贴:一文读懂国内外轮毂电机研究结果

冰封之城

【第一电动网】(特约作者 冰封之城)业内曾有说法称比亚迪“汉”将采用轮毂电机并具备原地掉头功能,然而据最新发布的消息,这些可能不会被采用。那么我们一起来回顾下这些年来出现的轮毂驱动的电动汽车们。轮毂电机是将轮毂和驱动装置直接合并为一体的电机,也就是将电机、传动和制动装置都整合到轮毂中,俗称电动轮,有学者称其为轮式电机、车轮电机,英文名称以“in-wheel motor”居多,也称作“hub motor”和“wheel motor”。轮毂电机的驱动方式可分为减速驱动和直接驱动两大类。


项目

减速驱动

直接驱动

形式

减速驱动一般采用高速内转子电机,配备固定传动比的减速器,能获得较高的功率密度,内转子电机的转速最高可达到10000 r/min。高速内转子电机配备的减速器一般采用行星齿轮减速机构,包括行星轮、太阳轮和行星架,安装在电机与轮毂之间。电机输出的转矩通过行星齿轮减速机构的减速增矩驱动轮毂转动,从而使汽车前进。

直接驱动一般采用的是低速外转子电机,电机的外转子直接与轮毂机械连接,电机的转速一般在1500 i/min左右,无减速结构,车轮的转速与电机转速一致。

优点

由于电机在高转速下运转,故具有较髙的比功率和效率,而且体积小,质量轻,通过减速结构的增矩后,输出转矩大,爬坡性能好,能保证汽车在低速运行时获得较大的平稳转矩。

由于没有减速机构,使得整个驱动轮的结构更加紧凑,轴向尺寸较前一种驱动形式小,传递效率更高。

缺点

难以实现润滑,会使行星齿轮减速结构的齿轮磨损较快,使用寿命变短,不易散热,噪声比较大。

在起步、顶风或爬坡等需要承载大扭矩的情况时需要大电流,很容易损坏电池和永磁体,电机效率峰值区域小,负载电流超过一定值后效率下降很快。


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图1:Robert发明的电动轮毂                图2:大型矿用自卸车电动轮

20世纪50年代初,美国人Robert发明了电动汽车轮毂,并申请了美国专利,如图1所示,这是一个将电动机、传动系统和制动器融为一体的轮毂装置。直到1968年,这种轮穀才被通用电器公司应用到大型矿用自卸车上,并被命名为“电动轮”。这是电动轮结构皆次在汽车上被采用。图2是大型矿用自卸车的电动轮示意图。

1991年日本人在美国申请专利,电动轮驱动系统被应用到电动汽车上。图3是自动电行车的电动轮毂,图4所示的就是这种专利的电动轮结构图。

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图3自动电行车的电动轮毂                    图4新一代电动汽车电动轮

1996年,日本国家环境保护局在第13国际电动汽车会议期间展出了名为Luciole的小型纯电动汽车,该车在两个后轮各采用一个36kW的电动轮驱动系统,因此整车总输出功率为72kW,转矩为154Nm,驱动系统由永磁同步电动机、行星齿轮减速器和领从蹄鼓式制动器构成,电动机最大转速为8700r/n,减速比为5,图5是该电动轮的外形图。

2000年,日本的ARACO公司开发出一种单座四轮小型纯电动汽车COMS,并且投放于日本市场。图为COMS电动轮的剖面图,可见电动轮是由电动机和行星齿轮减速器组成的,行星齿轮减速器布置在电动机转子内部,这使电动轮的轴向尺寸变得很小。

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图5luciole电动汽车电动轮 图6 COMS电动轮剖面图

加拿大Technologies M4公司也研制出专门用于电动汽车上的TM4电动轮。

该电动轮没有减速器,直接由电动机驱动车轮。

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图7 TM4电动轮三维图                           图8 TM4电动轮的剖面图

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