圖解輪轂電機技術(shù)原理及結構。

      輪轂電機技術(shù)又稱(chēng)車(chē)輪內裝電機技術(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，因此將電動(dòng)車(chē)輛的機械部分大大簡(jiǎn)化。

      輪轂電機技術(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的電動(dòng)汽車(chē)，在20世紀70年代，這一技術(shù)在礦山運輸車(chē)等領(lǐng)域得到應用。而對于乘用車(chē)所用的輪轂電機，日系廠(chǎng)商對于此項技術(shù)研發(fā)開(kāi)展較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括通用、豐田在內的國際汽車(chē)巨頭也都對該技術(shù)有所涉足。目前國內也有自主品牌汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始研發(fā)此項技術(shù)，在2011年上海車(chē)展展出的瑞麒X1增程電動(dòng)車(chē)就采用了輪轂電機技術(shù)。

      本文通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的圖解方式來(lái)進(jìn)一步闡述輪轂電機技術(shù)。

      輪轂電機驅動(dòng)系統根據電機的轉子型式主要分成兩種結構型式：內轉子式和外轉子式。其中外轉子式采用低速外轉子電機，電機的最高轉速在1000-1500r/min，無(wú)減速裝置，車(chē)輪的轉速與電機相同；而內轉子式則采用高速內轉子電機，配備固定傳動(dòng)比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機的轉速可高達10000r/min。隨著(zhù)更為緊湊的行星齒輪減速器的出現，內轉子式輪轂電機在功率密度方面比低速外轉子式更具競爭力。

輪轂電機的種類(lèi)

      有刷電機和無(wú)刷電機，由于效率太低，車(chē)用有刷電機被逐步淘汰。

      有傳感器和無(wú)傳感器，有的電動(dòng)自行車(chē)必須踩一下才能行駛，因為里面沒(méi)有傳感器。它直接測量電機反電動(dòng)勢而知道轉子的位置，進(jìn)行換相。啟動(dòng)前想知道轉子和定子的相對位置必須使用傳感器。

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

      有離合機構和無(wú)離合機構，使用輪轂電機的電動(dòng)自行車(chē)無(wú)電騎行會(huì )有電磁阻力，使用離合機構可減小電磁阻力。也可以使用離合機構來(lái)調節齒輪轉速比。朱幕松的磁力手動(dòng)齒輪離合高速無(wú)刷輪轂電機利用電機磁力復位實(shí)現齒輪手動(dòng)嚙合。

      高速和低速 磁力手動(dòng)齒輪離合高速無(wú)刷輪轂電機重量輕，低速無(wú)刷輪轂電機 結構簡(jiǎn)單 噪音低 功率大 。 其他 電動(dòng)汽車(chē)輪轂驅動(dòng)電機等。

輪轂電機的構造

輪轂電機的原理

      無(wú)刷電機啟動(dòng)前想知道轉子和定子的相對位置必須使用傳感器。無(wú)感電機直接測量電機反電動(dòng)勢而知道轉子的位置，由控制器驅動(dòng)功率管進(jìn)行換相。

      雖然存儲器能記錄定子和轉子的相對位置，但對于極緩慢的轉動(dòng)系統將無(wú)法理解電機繞組反電動(dòng)勢的波形。電機達到一定轉速時(shí)由于受慣性限制波峰波谷都代表一定的角度，剎車(chē)時(shí)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子處在死角位置，要靠藍色磁鋼轉子上方的繞組通電，走出死角。圖2所示電機就沒(méi)有死角，只要知道轉子的位置，就知道怎樣驅動(dòng)功率管。

      圖1圖2所示電機看上去象是把直線(xiàn)電機卷了起來(lái)，繞組通電 好比是用食物引誘著(zhù)驢子（磁鋼）不停地跑，卻總保持著(zhù)一段距離，它功率較大，比較重，結構簡(jiǎn)單，噪音低。磁力手動(dòng)齒輪離合高速無(wú)刷輪轂電機

      利用三個(gè)大而薄的2模鋼齒輪減速來(lái)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，使電機齒輪外轉子端蓋位移，電機齒輪與傳動(dòng)齒輪分離。不要滑行時(shí)利用電機磁力復位實(shí)現齒輪手動(dòng)嚙合，其離合機構簡(jiǎn)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(lái)隔離。輪轂電機的優(yōu)點(diǎn)

省略大量傳動(dòng)部件，讓車(chē)輛結構更簡(jiǎn)單

      應用輪轂電機可以大大簡(jiǎn)化車(chē)輛的結構，傳統的離合器、變速箱、傳動(dòng)軸將不復存在。這也意味著(zhù)節省出更多的空間。

      對于傳統車(chē)輛來(lái)說(shuō)，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(chē)輛的結構更為復雜，同時(shí)也存在需要定期維護和故障率的問(wèn)題。但是輪轂電機就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。除了結構更為簡(jiǎn)單之外，采用輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)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)現多種復雜的驅動(dòng)方式，由于每個(gè)輪胎都是單獨驅動(dòng)的，非常容易實(shí)現四驅形式。應用輪轂電機技術(shù)甚至可以實(shí)現兩側車(chē)輪反轉來(lái)達到原地轉向的目的。此外，對于一些特種車(chē)輛，如車(chē)輪數量超多的“蜈蚣車(chē)”來(lái)說(shuō)，輪轂電機也是非常好的解決方式。

      由于輪轂電機具備單個(gè)車(chē)輪獨立驅動(dòng)的特性，因此無(wú)論是前驅、后驅還是四驅形式，它都可以比較輕松地實(shí)現，全時(shí)四驅在輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛上實(shí)現起來(lái)非常容易。同時(shí)輪轂電機可以通過(guò)左右車(chē)輪的不同轉速甚至反轉實(shí)現類(lèi)似履帶式車(chē)輛的差動(dòng)轉向，大大減小車(chē)輛的轉彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實(shí)現原地轉向(不過(guò)此時(shí)對車(chē)輛轉向機構和輪胎的磨損較大)，對于特種車(chē)輛很有價(jià)值。

      便于采用多種新能源車(chē)技術(shù)，新能源車(chē)型不少都采用電驅動(dòng)，因此輪轂電機驅動(dòng)也就派上了大用場(chǎng)。無(wú)論是純電動(dòng)還是燃料電池電動(dòng)車(chē)，抑或是增程電動(dòng)車(chē)，都可以用輪轂電機作為主要驅動(dòng)力；即便是對于混合動(dòng)力車(chē)型，也可以采用輪轂電機作為起步或者急加速時(shí)的助力，可謂是一機多用。同時(shí)，新能源車(chē)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驅動(dòng)車(chē)型上得以實(shí)現。輪轂電機的缺點(diǎn)

      增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉動(dòng)慣量，對車(chē)輛的操控有所影響 輪轂電機要安裝在輪圈內，這使得車(chē)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(lái)看，單個(gè)電機的質(zhì)量為30kg。

      對于普通民用車(chē)輛來(lái)說(shuō)，常常用一些相對輕質(zhì)的材料比如鋁合金來(lái)制作懸掛的部件，以減輕簧下質(zhì)量，提升懸掛的響應速度?？墒禽嗇炿姍C恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時(shí)也增加了輪轂的轉動(dòng)慣量，這對于車(chē)輛的操控性能是不利的。不過(guò)考慮到電動(dòng)車(chē)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)系統運行需要消耗不少電能 電渦流制動(dòng)容量不高，在重型車(chē)上需要配合機械制動(dòng)系統共同工作。對于電動(dòng)車(chē)而言，要達到更高的制動(dòng)效果則需要耗費更高的能量，在一定程度上影響了續航里程。

      現在的傳統動(dòng)力商用車(chē)已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動(dòng)原理(即電阻制動(dòng))的輔助減速設備，比如很多卡車(chē)所用的電動(dòng)緩速器。而由于能源的關(guān)系，電動(dòng)車(chē)采用電制動(dòng)也是首選，不過(guò)對于輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛，由于輪轂電機系統的電制動(dòng)容量較小，不能滿(mǎn)足整車(chē)制動(dòng)性能的要求，都需要附加機械制動(dòng)系統，但是對于普通電動(dòng)乘用車(chē)，沒(méi)有了傳統內燃機帶動(dòng)的真空泵，就需要電動(dòng)真空泵來(lái)提供剎車(chē)助力，但也就意味了有著(zhù)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)系統的效能，制動(dòng)系統消耗的能量也是影響電動(dòng)車(chē)續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(shí)在設計上也需要為輪轂電機單獨考慮散熱問(wèn)題?？偨Y

      輪轂電機這項技術(shù)確實(shí)有著(zhù)很好的優(yōu)勢，不僅能節省大量空間，還能提升傳動(dòng)效率，是新能源車(chē)發(fā)展的一個(gè)很好的方向。但是目前來(lái)看這項技術(shù)還存在許多問(wèn)題，比如車(chē)輪工作環(huán)境過(guò)于復雜、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。

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