簡單易懂的圖解方式來進一步闡述輪轂電機技術(shù)

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。

輪轂電機技術(shù)并非新生事物，早在1900年，保時捷就首先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。而對于乘用車所用的輪轂電機，日系廠商對于此項技術(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)。

本文通過簡單易懂的圖解方式來進一步闡述輪轂電機技術(shù)。

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)子式采用低速外轉(zhuǎn)子電機，電機的最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/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。

1輪轂電機的種類

有刷電機和無刷電機，由于效率太低，車用有刷電機被逐步淘汰。

有傳感器和無傳感器，有的電動自行車必須踩一下才能行駛，因為里面沒有傳感器。它直接測量電機反電動勢而知道轉(zhuǎn)子的位置，進行換相。啟動前想知道轉(zhuǎn)子和定子的相對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電流的電機必須使用減速齒輪來提高啟動效率。磁鋼材料改進后，就不一定要齒輪。

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

高速和低速 磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機重量輕，低速無刷輪轂電機 結(jié)構(gòu)簡單 噪音低 功率大 。 其他 電動汽車輪轂驅(qū)動電機等。

2輪轂電機的構(gòu)造

3輪轂電機的原理

無刷電機啟動前想知道轉(zhuǎn)子和定子的相對位置必須使用傳感器。無感電機直接測量電機反電動勢而知道轉(zhuǎn)子的位置，由控制器驅(qū)動功率管進行換相。

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

圖1圖2所示電機看上去象是把直線電機卷了起來，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。

5磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機

利用三個大而薄的2模鋼齒輪減速來得到所需動力。需要滑行時由偏心離合手柄拉動軸心離合傳動的軸、活塞及拉鉤，使電機齒輪外轉(zhuǎn)子端蓋位移，電機齒輪與傳動齒輪分離。不要滑行時利用電機磁力復(fù)位實現(xiàn)齒輪手動嚙合，其離合機構(gòu)簡單，省去超越離合器。

散熱，為了防止電機把熱量傳給輪胎，兩者間必須有一定距離，有的用鋼絲來隔離。

6輪轂電機的優(yōu)點

省略大量傳動部件，讓車輛結(jié)構(gòu)更簡單

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

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，而這些部件不但重量不輕、讓車輛的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，同時也存在需要定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。除了結(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，同時傳動效率也要高出不少。 可實現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動方式，由于每個輪胎都是單獨驅(qū)動的，非常容易實現(xiàn)四驅(qū)形式。應(yīng)用輪轂電機技術(shù)甚至可以實現(xiàn)兩側(cè)車輪反轉(zhuǎn)來達到原地轉(zhuǎn)向的目的。此外，對于一些特種車輛，如車輪數(shù)量超多的“蜈蚣車”來說，輪轂電機也是非常好的解決方式。

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)，對于特種車輛很有價值。

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，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)。

7輪轂電機的缺點

增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，對車輛的操控有所影響 輪轂電機要安裝在輪圈內(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)的輪轂電機來看，單個電機的質(zhì)量為30kg。

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?？墒禽嗇炿姍C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。

電制動性能有限，維持制動系統(tǒng)運行需要消耗不少電能 電渦流制動容量不高，在重型車上需要配合機械制動系統(tǒng)共同工作。對于電動車而言，要達到更高的制動效果則需要耗費更高的能量，在一定程度上影響了續(xù)航里程。

現(xiàn)在的傳統(tǒng)動力商用車已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動原理(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。

此外，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。

8總結(jié)

輪轂電機這項技術(shù)確實有著很好的優(yōu)勢，不僅能節(jié)省大量空間，還能提升傳動效率，是新能源車發(fā)展的一個很好的方向。但是目前來看這項技術(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、噪音以及制動和懸架的優(yōu)化等等，這些都是工程師們需要一步步解決的。