眾所周知,新能源汽車(chē)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(shí)經(jīng)?？吹?相比之下,關(guān)于電機的介紹就少的多了。目前的新能源汽車(chē),均采用電機驅動(dòng)系統將電能轉化為機械能為汽車(chē)提供動(dòng)力,因此驅動(dòng)電機也是新能源汽車(chē)的核心技術(shù)之一。電動(dòng)汽車(chē)資源網(wǎng)選取了近幾年在新能源汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)酵的輪轂電機進(jìn)行介紹,一文帶你了解什么是輪轂電機。
輪轂電機簡(jiǎn)介
什么是輪轂電機呢?顧名思義輪轂電機是將輪轂和驅動(dòng)裝置直接合并為一體的電機,將電機放進(jìn)輪轂里,讓電機能直接驅動(dòng)車(chē)輪,讓車(chē)輛行駛。輪轂電機技術(shù)也被稱(chēng)為車(chē)輪內裝電機技術(shù),它最大的一個(gè)特點(diǎn)就是將動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都整合進(jìn)輪轂內,以此來(lái)將電動(dòng)車(chē)輛的機械部分簡(jiǎn)化。
輪轂電機技術(shù)已經(jīng)不是一種新事物了,早在1900年,保時(shí)捷就制造出了前輪裝備輪轂電機的電動(dòng)汽車(chē)。上世紀70年代,輪轂電機技術(shù)在礦山運輸車(chē)等領(lǐng)域得到應用。乘用車(chē)輪轂電機方面,日系廠(chǎng)商的技術(shù)研發(fā)開(kāi)展相對較早,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。近幾年國內也逐漸有自主品牌汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始研發(fā)輪轂電機技術(shù)。
輪轂電機分類(lèi)
輪轂電機動(dòng)力系統通常由電動(dòng)機、減速機構、制動(dòng)器與散熱系統等組成。其動(dòng)力系統根據電機的轉子類(lèi)型分成兩種:內轉子型和外轉子型。
內轉子型:一般來(lái)說(shuō),內轉子型采用高速內轉子電機,同時(shí)裝備固定傳動(dòng)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(dòng)比在10:1左右的行星齒輪減速裝置,車(chē)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(yōu)點(diǎn):較高的比功率,質(zhì)量輕,體積小,效率高,噪聲小,成本低;其缺點(diǎn)則是必須采用減速裝置,使效率降低,非簧載質(zhì)量增大,電機的最高轉速受線(xiàn)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(chē)前輪來(lái)說(shuō),就要在其狹小有限的空間內放下電機、減速器、制動(dòng)器、轉向系統等,因此內轉子輪轂電機較少應用于乘用車(chē)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(chǎn)品均尚未量產(chǎn)。
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(wú)任何減速裝置,電機的外傳子與車(chē)輪的輪輞固定或者集成在一起,車(chē)輪的轉速與電機相同。
低速外轉子電機的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)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(chē)輪相連,沒(méi)有減速機構,因此效率高;其缺點(diǎn)是如要獲得較大的轉矩,必須增大發(fā)動(dòng)機體積和質(zhì)量,因而成本高,加速時(shí)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(méi)有減速器的前提下,想獲得滿(mǎn)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(wú)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(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈條少、效率高,目前已有部分企業(yè)進(jìn)入量產(chǎn)狀態(tài)。
輪轂電機的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
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(jiǎn)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(pán)的重量,整車(chē)重量也因此下降。與此同時(shí),避免了傳動(dòng)損失,系統效率提高,能讓續航里程能提高10%左右。
2、簡(jiǎn)化底盤(pán),省卻了機械聯(lián)結。
通過(guò)使用輪轂電機技術(shù),底盤(pán)結構得到優(yōu)化,汽車(chē)不再需要車(chē)橋、傳動(dòng)軸等機械部件。此外,NVH、動(dòng)力學(xué)等一直困擾底盤(pán)的問(wèn)題也大幅度簡(jiǎn)化。系統復雜度降低能夠使底盤(pán)的開(kāi)發(fā)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(dòng),能實(shí)現多種復雜的驅動(dòng)方式。
四輪能夠獨立驅動(dòng)的情況下,四個(gè)輪子動(dòng)力分配可以動(dòng)態(tài)調整,可以大幅度提高不同路面下車(chē)輛穩定性和動(dòng)力性。另一方面,四輪驅動(dòng)可以實(shí)現原地轉向,橫向平移,有助于解決新手最擔心的停車(chē)問(wèn)題。
4、便于采用多種新能源汽車(chē)技術(shù)。
由于純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)以及燃料電池汽車(chē)都需要用到電驅動(dòng),所以不論哪一種新能源汽車(chē),都可以使用輪轂電機。此外,新能源汽車(chē)的制動(dòng)能量回收技術(shù)也能夠應用在輪轂電機驅動(dòng)車(chē)型上。
缺點(diǎn):
1、簧下質(zhì)量加大,影響汽車(chē)操控。
簧下質(zhì)量加大,會(huì )使的輪胎的動(dòng)載和車(chē)身的振動(dòng)加速度均方根值都明顯增加。因此會(huì )引起汽車(chē)垂向振動(dòng)幅度加大,影響輪胎接地特性,不利于車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)控制與行駛平順性。
2、電機容易過(guò)熱
由于汽車(chē)時(shí)常會(huì )處于爬坡等大負荷工況下,輪轂電機又處于十分有限的車(chē)輪空間內,容易過(guò)熱。電機過(guò)熱會(huì )影響轉矩密度,還會(huì )帶來(lái)磁鋼退磁的問(wèn)題。
3、成本相對較高
輪轂電機由于目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度還不足,技術(shù)也被少部分企業(yè)壟斷,相對來(lái)說(shuō)成本要高于已經(jīng)高度產(chǎn)業(yè)化的集中電機。
