众所周知,新能源汽车有三大核心部件:电池、电机以及电控。电池方面的介绍相信大家平时经常看到,相比之下,关于电机的介绍就少的多了。目前的新能源汽车,均采用电机驱动系统将电能转化为机械能为汽车提供动力,因此驱动电机也是新能源汽车的核心技术之一。电动汽车资源网选取了近几年在新能源汽车领域开始发酵的轮毂电机进行介绍,一文带你了解什么是轮毂电机。
轮毂电机简介
什么是轮毂电机呢?顾名思义轮毂电机是将轮毂和驱动装置直接合并为一体的电机,将电机放进轮毂里,让电机能直接驱动车轮,让车辆行驶。轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术,它最大的一个特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都整合进轮毂内,以此来将电动车辆的机械部分简化。
轮毂电机技术已经不是一种新事物了,早在1900年,保时捷就制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车。上世纪70年代,轮毂电机技术在矿山运输车等领域得到应用。乘用车轮毂电机方面,日系厂商的技术研发开展相对较早,目前处于领先地位,包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。近几年国内也逐渐有自主品牌汽车厂商开始研发轮毂电机技术。
轮毂电机分类
轮毂电机动力系统通常由电动机、减速机构、制动器与散热系统等组成。其动力系统根据电机的转子类型分成两种:内转子型和外转子型。
内转子型:一般来说,内转子型采用高速内转子电机,同时装备固定传动比的减速器。为了获得较高的功率密度,电机的转速通常高达10000r/min。减速结构通常采用传动比在10:1左右的行星齿轮减速装置,车轮的转速在在1000r/min左右。
高速内转子的轮毂电机具有以下优点:较高的比功率,质量轻,体积小,效率高,噪声小,成本低;其缺点则是必须采用减速装置,使效率降低,非簧载质量增大,电机的最高转速受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。
由于内轮子轮毂电机要有集成减速器,对乘用车前轮来说,就要在其狭小有限的空间内放下电机、减速器、制动器、转向系统等,因此内转子轮毂电机较少应用于乘用车上。内转子加减速器的方案理论上功率密度高、结构也更紧凑,但由于其制造工艺复杂,目前的产品均尚未量产。
外转子型:而通常外转子型采用低速外传子电机,电机的最高转速在1000-1500r/min左右,无任何减速装置,电机的外传子与车轮的轮辋固定或者集成在一起,车轮的转速与电机相同。
低速外转子电机的优点是结构简单、轴向尺寸小,比功率高,能在很宽的速度范围内控制转矩,且响应速度快,外转子直接和车轮相连,没有减速机构,因此效率高;其缺点是如要获得较大的转矩,必须增大发动机体积和质量,因而成本高,加速时效率低,噪声大。
外转子轮毂电机则节省了半轴及减速机等部分,但是其体积巨大,在没有减速器的前提下,想获得满足需求的扭矩,就必须将转速降低。众所周知,扭矩恒定的情况下,功率和转速为正比,转速上不去,功率密度就无法提高,导致体积庞大,重量较高。即使外转子轮毂电机体积庞大、重量高,但是其结构相对内转子轮毂电机来说较为简单、传动链条少、效率高,目前已有部分企业进入量产状态。
轮毂电机的优缺点
优点:
1、效率高,增加续航里程。
轮毂电机的运行效率很高,原因是其简化了减速器、变速器、叉速器等机械传递结构,大幅度降低了底盘的重量,整车重量也因此下降。与此同时,避免了传动损失,系统效率提高,能让续航里程能提高10%左右。
2、简化底盘,省却了机械联结。
通过使用轮毂电机技术,底盘结构得到优化,汽车不再需要车桥、传动轴等机械部件。此外,NVH、动力学等一直困扰底盘的问题也大幅度简化。系统复杂度降低能够使底盘的开发周期相应减少,从3年减少到1年,甚至更短。
3、四轮能够独立驱动,能实现多种复杂的驱动方式。
四轮能够独立驱动的情况下,四个轮子动力分配可以动态调整,可以大幅度提高不同路面下车辆稳定性和动力性。另一方面,四轮驱动可以实现原地转向,横向平移,有助于解决新手最担心的停车问题。
4、便于采用多种新能源汽车技术。
由于纯电动汽车、插电式混合动力汽车以及燃料电池汽车都需要用到电驱动,所以不论哪一种新能源汽车,都可以使用轮毂电机。此外,新能源汽车的制动能量回收技术也能够应用在轮毂电机驱动车型上。
缺点:
1、簧下质量加大,影响汽车操控。
簧下质量加大,会使的轮胎的动载和车身的振动加速度均方根值都明显增加。因此会引起汽车垂向振动幅度加大,影响轮胎接地特性,不利于车辆的动力学控制与行驶平顺性。
2、电机容易过热
由于汽车时常会处于爬坡等大负荷工况下,轮毂电机又处于十分有限的车轮空间内,容易过热。电机过热会影响转矩密度,还会带来磁钢退磁的问题。
3、成本相对较高
轮毂电机由于目前产业化进度还不足,技术也被少部分企业垄断,相对来说成本要高于已经高度产业化的集中电机。
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