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1、高功率密度盤式輪轂電機集成技術(shù)
實能高科
一、輪轂技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀
輪轂電機技術(shù)又稱車輪內(nèi)裝電機技術(shù)，它的最大特點就是將動力、傳動和制動裝置都整合到輪轂內(nèi)，因此將電動車輛的機械部分大大簡化。早在1900年，就已經(jīng)制造出了前輪裝備輪轂電機的電動汽車，在20世紀70年代，這一技術(shù)在礦山運輸車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。 作為比較先進的驅(qū)動技術(shù),國外有很多研究所和公司都對輪轂電機進行了專項研究,并已經(jīng)開始將其應(yīng)用到實際產(chǎn)品中。 位于美國加州的通用汽車高級技術(shù)研發(fā)中心成功地將自行研制的輪轂電機應(yīng)用到雪弗蘭s210皮卡車中。該電機給車輪增加的重量只有約15kg,卻可產(chǎn)生約25kW的功率,產(chǎn)生的扭矩比普通的 雪弗
2、蘭s210四缸皮卡車高出60%,加速性能也有所提高。
通用開發(fā)的為150噸的重型卡車設(shè)計的輪轂電機（內(nèi)燃動力電傳動）
典型內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
日本對輪轂電機研究起步早,技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先。日本慶應(yīng)義塾大學清水浩教授領(lǐng)導(dǎo) 的電動汽車研究小組在過去10年中,研制的IZA、ECO、KAZ等電動汽車均采用輪轂電機驅(qū)動技術(shù)。 其中后輪驅(qū)動電動汽車ECO采用的永磁無刷直流電機,額定功率618kW,峰值功率可達20kW。
本田研發(fā)的輪轂電機實物
日本包含豐田在內(nèi)的各大公司在2003年東京汽車展上紛紛推出自己的輪轂驅(qū)動產(chǎn)品,如:普利司通公司的動力阻尼型車輪內(nèi)裝式電機系統(tǒng)、豐田公
3、司的燃料電池概念車FINE2N等等。 法國的TM4公司設(shè)計的一體化電動輪,采用外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電動機,額定功率為1815kW,額定轉(zhuǎn)矩為950r/min,額定工況下的平 均效率可達96.13%,峰值功率可達80kW,峰值扭矩為670N?m,最高轉(zhuǎn)速為1385r/min。
目前國內(nèi)也有自主品牌汽車廠商開始研發(fā)此項技術(shù)，在2011年上海車展展出的瑞麒X1增程電動車就采用了輪轂電機技術(shù)。
米其林研發(fā)的將輪轂電機和電子主動懸掛都整合到輪內(nèi)的驅(qū)動/懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)電機的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式：內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式。其中外轉(zhuǎn)子式采用低速外傳子電機，電機的最高轉(zhuǎn)速在100
4、0-1500r/min，無減速裝置，車輪的轉(zhuǎn)速與電機相同；而內(nèi)轉(zhuǎn)子式則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，配備固定傳動比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機的轉(zhuǎn)速可高達10000r/min。隨著更為緊湊的行星齒輪減速器的出現(xiàn)，內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機在功率密度方面比低速外轉(zhuǎn)子式更具競爭力。
二、 輪轂電機優(yōu)缺點
優(yōu)點1：電動車/新能源結(jié)構(gòu)緊湊簡單
類似上圖中這種傳統(tǒng)變速器在輪轂電機驅(qū)動的車輛上已經(jīng)見不到了
傳統(tǒng)后驅(qū)車車廂后排地板上的突起在電動車上也會消失，為乘員騰出更大的空間
對于傳統(tǒng)車輛來說，離合器、變速器、傳動軸、差速器乃至分動器都是必不可少的，而這些部件讓車輛的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，同時也存在需要定
5、期維護和故障率的問題。但是輪轂電機就很好地解決了這個問題。除開結(jié)構(gòu)更為簡單之外，采用輪轂電機驅(qū)動的車輛可以獲得更好的空間利用率，同時傳動效率非常高。
優(yōu)點2：可實現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動方式及組合
像AHED“先進混合電驅(qū)動”樣車這樣的8輪電驅(qū)動很輕松就能實現(xiàn)
由于輪轂電機具備單個車輪獨立驅(qū)動的特性，因此無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式，它都可以比較輕松地實現(xiàn)，全時四驅(qū)在輪轂電機驅(qū)動的車輛上實現(xiàn)起來非常容易。同時輪轂電機可以通過左右車輪的不同轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實現(xiàn)類似履帶式車輛的差動轉(zhuǎn)向，大大減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向（不過此時對車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)和輪胎的磨損較大），對于特種車輛
6、很有價值。
優(yōu)點3：便于采用多種新能源平臺技術(shù)
采用輪轂電機可以匹配包括純電動、混合動力和燃料電池電動車等多種新能源車型
輪轂電機可以和傳統(tǒng)動力并聯(lián)使用，這對于混合動力車型很有意義
新能源車型不少都采用電驅(qū)動，因此輪轂電機驅(qū)動也就派上了大用場。無論是純電動還是燃料電池電動車，抑或是增程電動車，都可以用輪轂電機作為主要驅(qū)動力；即便是對于混合動力車型，也可以采用輪轂電機作為起步或者急加速時的助力，可謂是一機多用。同時，新能源車的很多技術(shù)，比如制動能量回收（即再生制動）也可以很輕松地在輪轂電機驅(qū)動車型上得以實現(xiàn)。
缺點1：由于現(xiàn)有電機技術(shù)功率密度有限，增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量
7、，對車輛的操控有所影響
鋁制下擺臂采用主要就為減重，如果加上輪轂電機，這些努力也就白費了
對于普通民用車輛來說，常常用一些相對輕質(zhì)的材料比如鋁合金來制作懸掛的部件，以減輕簧下質(zhì)量，提升懸掛的響應(yīng)速度。可是輪轂電機恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，這對于車輛的操控性能是不利的。不過考慮到電動車型大多限于代步而非追求動力性能，這一點尚不是最大缺陷。
但隨著未來汽車技術(shù)發(fā)展的需求，高功率密度的輪轂電機技術(shù)的尋找成為了關(guān)鍵。
缺點2：電制動性能有限，維持制動系統(tǒng)運行需要消耗不少電能
商用車車橋的內(nèi)置緩速器采用渦流制動原理，而輪轂電機的制動也可以利用這一原理
8、
現(xiàn)在的傳統(tǒng)動力商用車已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動原理（也即電阻制動）的輔助減速設(shè)備，比如很多卡車所用的電動緩速器。而由于能源的關(guān)系，電動車采用電制動也是首選，不過對于輪轂電機驅(qū)動的車輛，由于輪轂電機系統(tǒng)的電制動容量較小，不能滿足整車制動性能的要求，都需要附加機械制動系統(tǒng)，但是對于普通電動乘用車，沒有了傳統(tǒng)內(nèi)燃機帶動的真空泵，就需要電動真空泵來提供剎車助力，但也就意味了有著更大的能量消耗，即便是再生制動能回收一些能量，如果要確保制動系統(tǒng)的效能，制動系統(tǒng)消耗的能量也是影響電動車續(xù)航里程的重要因素之一。但隨著高功率密度的輪轂電機的出現(xiàn)，可以提供更高的制動能力，從而可以減小對附加機械制動系統(tǒng)的依
9、賴。
缺點3： 安裝可靠性有待提高。 輪轂電機工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求，同時在設(shè)計上也需要為輪轂電機單獨考慮散熱問題。
因此對高效率的輪轂電機有著更高的要求。效率更高，功率密度更高的電機可以在散熱密封等方案上可以使電機具有更多的空間進行設(shè)計和安裝。深圳市實能高科動力設(shè)計的全封閉高功率密度輪轂電機方案，功率密度是目前應(yīng)用技術(shù)的2-5倍，同時保持了>95%的超高效率，是輪轂電機劃時代的技術(shù)方案。
結(jié)語：與電動機集中動力驅(qū)動相比，輪轂電機技術(shù)具備很大的優(yōu)勢，它布局更為靈活，不需要復(fù)雜的機械傳動系統(tǒng)，同時也有自己的顯著不足，比如密封和起步電流/扭矩間的平衡關(guān)系，以及轉(zhuǎn)向時驅(qū)動輪的差速問題等等，高功率密度高效率的輪轂電機驅(qū)動技術(shù)可以使輪轂電機技術(shù)更快的應(yīng)用于新能源車型，將在未來的新能源車中擁有廣闊的前景。
本田研發(fā)的輪轂電機實物
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輪轂電機驅(qū)動技術(shù)解析
