眾所周知,新能源汽車有三大核心部件:電池、電機以及電控。電池方面的介紹相信大家平時經常看到,相比之下,關于電機的介紹就少的多了。目前的新能源汽車,均采用電機驅動系統將電能轉化為機械能為汽車提供動力,因此驅動電機也是新能源汽車的核心技術之一。電動汽車資源網選取了近幾年在新能源汽車領域開始發酵的輪轂電機進行介紹,一文帶你了解什么是輪轂電機。
輪轂電機簡介
什么是輪轂電機呢?顧名思義輪轂電機是將輪轂和驅動裝置直接合并為一體的電機,將電機放進輪轂里,讓電機能直接驅動車輪,讓車輛行駛。輪轂電機技術也被稱為車輪內裝電機技術,它最大的一個特點就是將動力裝置、傳動裝置和制動裝置都整合進輪轂內,以此來將電動車輛的機械部分簡化。
輪轂電機技術已經不是一種新事物了,早在1900年,保時捷就制造出了前輪裝備輪轂電機的電動汽車。上世紀70年代,輪轂電機技術在礦山運輸車等領域得到應用。乘用車輪轂電機方面,日系廠商的技術研發開展相對較早,目前處于領先地位,包括通用、豐田在內的國際汽車巨頭也都對該技術有所涉足。近幾年國內也逐漸有自主品牌汽車廠商開始研發輪轂電機技術。
輪轂電機分類
輪轂電機動力系統通常由電動機、減速機構、制動器與散熱系統等組成。其動力系統根據電機的轉子類型分成兩種:內轉子型和外轉子型。
內轉子型:一般來說,內轉子型采用高速內轉子電機,同時裝備固定傳動比的減速器。為了獲得較高的功率密度,電機的轉速通常高達10000r/min。減速結構通常采用傳動比在10:1左右的行星齒輪減速裝置,車輪的轉速在在1000r/min左右。
高速內轉子的輪轂電機具有以下優點:較高的比功率,質量輕,體積小,效率高,噪聲小,成本低;其缺點則是必須采用減速裝置,使效率降低,非簧載質量增大,電機的最高轉速受線圈損耗、摩擦損耗以及變速機構的承受能力等因素的限制。
由于內輪子輪轂電機要有集成減速器,對乘用車前輪來說,就要在其狹小有限的空間內放下電機、減速器、制動器、轉向系統等,因此內轉子輪轂電機較少應用于乘用車上。內轉子加減速器的方案理論上功率密度高、結構也更緊湊,但由于其制造工藝復雜,目前的產品均尚未量產。
外轉子型:而通常外轉子型采用低速外傳子電機,電機的最高轉速在1000-1500r/min左右,無任何減速裝置,電機的外傳子與車輪的輪輞固定或者集成在一起,車輪的轉速與電機相同。
低速外轉子電機的優點是結構簡單、軸向尺寸小,比功率高,能在很寬的速度范圍內控制轉矩,且響應速度快,外轉子直接和車輪相連,沒有減速機構,因此效率高;其缺點是如要獲得較大的轉矩,必須增大發動機體積和質量,因而成本高,加速時效率低,噪聲大。
外轉子輪轂電機則節省了半軸及減速機等部分,但是其體積巨大,在沒有減速器的前提下,想獲得滿足需求的扭矩,就必須將轉速降低。眾所周知,扭矩恒定的情況下,功率和轉速為正比,轉速上不去,功率密度就無法提高,導致體積龐大,重量較高。即使外轉子輪轂電機體積龐大、重量高,但是其結構相對內轉子輪轂電機來說較為簡單、傳動鏈條少、效率高,目前已有部分企業進入量產狀態。
輪轂電機的優缺點
優點:
1、效率高,增加續航里程。
輪轂電機的運行效率很高,原因是其簡化了減速器、變速器、叉速器等機械傳遞結構,大幅度降低了底盤的重量,整車重量也因此下降。與此同時,避免了傳動損失,系統效率提高,能讓續航里程能提高10%左右。
2、簡化底盤,省卻了機械聯結。
通過使用輪轂電機技術,底盤結構得到優化,汽車不再需要車橋、傳動軸等機械部件。此外,NVH、動力學等一直困擾底盤的問題也大幅度簡化。系統復雜度降低能夠使底盤的開發周期相應減少,從3年減少到1年,甚至更短。
3、四輪能夠獨立驅動,能實現多種復雜的驅動方式。
四輪能夠獨立驅動的情況下,四個輪子動力分配可以動態調整,可以大幅度提高不同路面下車輛穩定性和動力性。另一方面,四輪驅動可以實現原地轉向,橫向平移,有助于解決新手最擔心的停車問題。
4、便于采用多種新能源汽車技術。
由于純電動汽車、插電式混合動力汽車以及燃料電池汽車都需要用到電驅動,所以不論哪一種新能源汽車,都可以使用輪轂電機。此外,新能源汽車的制動能量回收技術也能夠應用在輪轂電機驅動車型上。
缺點:
1、簧下質量加大,影響汽車操控。
簧下質量加大,會使的輪胎的動載和車身的振動加速度均方根值都明顯增加。因此會引起汽車垂向振動幅度加大,影響輪胎接地特性,不利于車輛的動力學控制與行駛平順性。
2、電機容易過熱
由于汽車時常會處于爬坡等大負荷工況下,輪轂電機又處于十分有限的車輪空間內,容易過熱。電機過熱會影響轉矩密度,還會帶來磁鋼退磁的問題。
3、成本相對較高
輪轂電機由于目前產業化進度還不足,技術也被少部分企業壟斷,相對來說成本要高于已經高度產業化的集中電機。
