輪轂電機(jī)技術(shù)

輪轂電機(jī)技術(shù)又稱車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合到輪轂內(nèi)，因此將電動(dòng)車輛的機(jī)械部分大大簡化。

輪轂電機(jī)技術(shù)并非新生事物，早在1900年，保時(shí)捷就首先制造出了前輪裝備輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車，在20世紀(jì)70年代，這一技術(shù)在礦山運(yùn)輸車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。而對(duì)于乘用車所用的輪轂電機(jī)，日系廠商對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)研發(fā)開展較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括通用、豐田在內(nèi)的國際汽車巨頭也都對(duì)該技術(shù)有所涉足。目前國內(nèi)也有自主品牌汽車廠商開始研發(fā)此項(xiàng)技術(shù)，在2011年上海車展展出的瑞麒X1增程電動(dòng)車就采用了輪轂電機(jī)技術(shù)。

本文通過簡單易懂的圖解方式來進(jìn)一步闡述輪轂電機(jī)技術(shù)。

輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)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)子式采用低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/min，無減速裝置，車輪的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同；而內(nèi)轉(zhuǎn)子式則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，配備固定傳動(dòng)比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可高達(dá)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(jī)在功率密度方面比低速外轉(zhuǎn)子式更具競爭力。

有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，由于效率太低，車用有刷電機(jī)被逐步淘汰。

有傳感器和無傳感器，有的電動(dòng)自行車必須踩一下才能行駛，因?yàn)槔锩鏇]有傳感器。它直接測量電機(jī)反電動(dòng)勢而知道轉(zhuǎn)子的位置，進(jìn)行換相。啟動(dòng)前想知道轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置必須使用傳感器。

有齒輪和無齒輪，為了防止磁鋼退磁而減小啟動(dòng)電流的電機(jī)必須使用減速齒輪來提高啟動(dòng)效率。磁鋼材料改進(jìn)后，就不一定要齒輪。

有離合機(jī)構(gòu)和無離合機(jī)構(gòu)，使用輪轂電機(jī)的電動(dòng)自行車無電騎行會(huì)有電磁阻力，使用離合機(jī)構(gòu)可減小電磁阻力。也可以使用離合機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)速比。朱幕松的磁力手動(dòng)齒輪離合高速無刷輪轂電機(jī)利用電機(jī)磁力復(fù)位實(shí)現(xiàn)齒輪手動(dòng)嚙合。

高速和低速 磁力手動(dòng)齒輪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)簡單 噪音低 功率大 。 其他 電動(dòng)汽車輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

無刷電機(jī)啟動(dòng)前想知道轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置必須使用傳感器。無感電機(jī)直接測量電機(jī)反電動(dòng)勢而知道轉(zhuǎn)子的位置，由控制器驅(qū)動(dòng)功率管進(jìn)行換相。

雖然存儲(chǔ)器能記錄定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，但對(duì)于極緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)將無法理解電機(jī)繞組反電動(dòng)勢的波形。電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)由于受慣性限制波峰波谷都代表一定的角度，剎車時(shí)就關(guān)閉電機(jī)。所以使用磁傳感器的輪轂電機(jī)是主流。輪轂電機(jī)原理圖紅色磁鋼轉(zhuǎn)子處在死角位置，要靠藍(lán)色磁鋼轉(zhuǎn)子上方的繞組通電，走出死角。圖2所示電機(jī)就沒有死角，只要知道轉(zhuǎn)子的位置，就知道怎樣驅(qū)動(dòng)功率管。

圖1圖2所示電機(jī)看上去象是把直線電機(jī)卷了起來，繞組通電 好比是用食物引誘著驢子（磁鋼）不停地跑，卻總保持著一段距離，它功率較大，比較重，結(jié)構(gòu)簡單，噪音低。

利用三個(gè)大而薄的2模鋼齒輪減速來得到所需動(dòng)力。需要滑行時(shí)由偏心離合手柄拉動(dòng)軸心離合傳動(dòng)的軸、活塞及拉鉤，使電機(jī)齒輪外轉(zhuǎn)子端蓋位移，電機(jī)齒輪與傳動(dòng)齒輪分離。不要滑行時(shí)利用電機(jī)磁力復(fù)位實(shí)現(xiàn)齒輪手動(dòng)嚙合，其離合機(jī)構(gòu)簡單，省去超越離合器。

散熱，為了防止電機(jī)把熱量傳給輪胎，兩者間必須有一定距離，有的用鋼絲來隔離。

省略大量傳動(dòng)部件，讓車輛結(jié)構(gòu)更簡單

應(yīng)用輪轂電機(jī)可以大大簡化車輛的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的離合器、變速箱、傳動(dòng)軸將不復(fù)存在。這也意味著節(jié)省出更多的空間。

對(duì)于傳統(tǒng)車輛來說，離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器乃至分動(dòng)器都是必不可少的，而這些部件不但重量不輕、讓車輛的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，同時(shí)也存在需要定期維護(hù)和故障率的問題。但是輪轂電機(jī)就很好地解決了這個(gè)問題。除了結(jié)構(gòu)更為簡單之外，采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛可以獲得更好的空間利用率，同時(shí)傳動(dòng)效率也要高出不少。 可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式，由于每個(gè)輪胎都是單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的，非常容易實(shí)現(xiàn)四驅(qū)形式。應(yīng)用輪轂電機(jī)技術(shù)甚至可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪反轉(zhuǎn)來達(dá)到原地轉(zhuǎn)向的目的。此外，對(duì)于一些特種車輛，如車輪數(shù)量超多的“蜈蚣車”來說，輪轂電機(jī)也是非常好的解決方式。

由于輪轂電機(jī)具備單個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)，全時(shí)四驅(qū)在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上實(shí)現(xiàn)起來非常容易。同時(shí)輪轂電機(jī)可以通過左右車輪的不同轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)類似履帶式車輛的差動(dòng)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(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向(不過此時(shí)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪胎的磨損較大)，對(duì)于特種車輛很有價(jià)值。

便于采用多種新能源車技術(shù)，新能源車型不少都采用電驅(qū)動(dòng)，因此輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)也就派上了大用場。無論是純電動(dòng)還是燃料電池電動(dòng)車，抑或是增程電動(dòng)車，都可以用輪轂電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力；即便是對(duì)于混合動(dòng)力車型，也可以采用輪轂電機(jī)作為起步或者急加速時(shí)的助力，可謂是一機(jī)多用。同時(shí)，新能源車的很多技術(shù)，比如制動(dòng)能量回收(即再生制動(dòng))也可以很輕松地在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車型上得以實(shí)現(xiàn)。

增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)車輛的操控有所影響 輪轂電機(jī)要安裝在輪圈內(nèi)，這使得車輛的簧下質(zhì)量增加不利于操控。還以Protean公司生產(chǎn)的輪轂電機(jī)來看，單個(gè)電機(jī)的質(zhì)量為30kg。

對(duì)于普通民用車輛來說，常常用一些相對(duì)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?？墒禽嗇炿姍C(jī)恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時(shí)也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這對(duì)于車輛的操控性能是不利的。不過考慮到電動(dòng)車型大多限于代步而非追求動(dòng)力性能，這一點(diǎn)尚不是最大缺陷。

電制動(dòng)性能有限，維持制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行需要消耗不少電能 電渦流制動(dòng)容量不高，在重型車上需要配合機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)共同工作。對(duì)于電動(dòng)車而言，要達(dá)到更高的制動(dòng)效果則需要耗費(fèi)更高的能量，在一定程度上影響了續(xù)航里程。

現(xiàn)在的傳統(tǒng)動(dòng)力商用車已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動(dòng)原理(即電阻制動(dòng))的輔助減速設(shè)備，比如很多卡車所用的電動(dòng)緩速器。而由于能源的關(guān)系，電動(dòng)車采用電制動(dòng)也是首選，不過對(duì)于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，由于輪轂電機(jī)系統(tǒng)的電制動(dòng)容量較小，不能滿足整車制動(dòng)性能的要求，都需要附加機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，但是對(duì)于普通電動(dòng)乘用車，沒有了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)的真空泵，就需要電動(dòng)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(dòng)能回收一些能量，如果要確保制動(dòng)系統(tǒng)的效能，制動(dòng)系統(tǒng)消耗的能量也是影響電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的重要因素之一。

此外，輪轂電機(jī)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(shí)在設(shè)計(jì)上也需要為輪轂電機(jī)單獨(dú)考慮散熱問題。

輪轂電機(jī)這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)有著很好的優(yōu)勢，不僅能節(jié)省大量空間，還能提升傳動(dòng)效率，是新能源車發(fā)展的一個(gè)很好的方向。但是目前來看這項(xiàng)技術(shù)還存在許多問題，比如車輪工作環(huán)境過于復(fù)雜、耐久性不好保證、還有高速的震動(dòng)、噪音以及制動(dòng)和懸架的優(yōu)化等等，這些都是工程師們需要一步步解決的。（來源：汽車維修）