3轮毂电机概述pdf

简化传动链，提高传动效率
• 传统的传动系统由于结构的复杂性，每一级传动都有传动 效率的损失；轮毂电机直接驱动车轮，避免了传递路径上 效率的损失，可以提升效率（8%~15%），节省能量。
便于底盘空间布置
• 高度集成化，省去了中间的传动机构，可以节省前舱的布 置空间，以及四驱车辆的后排座椅的凸起，乘客可以享受 更大的车内空间。
内转子 外转子
项目 定子安装 转子安装 级数 最高转速 扭矩 减速器
内转子 电机外壳 电机主轴 ↓ ↑
<2000rpm
外转子 电机主轴 电机外壳 ↑ ↓
>10,000rpm
↓ √
↑ ×
外转子轮毂电机
商用车、乘用车皆可使用。转速低、转矩大，通 常不配备减速机构，采用直驱方案。但是由于结构特 性，注定了其体积较大，导致占用空间大、重量偏大， 这是其最大问题。 优点：无机械减速机构，减少传动链条，故障率低， 效率高。 缺点： ①在起步、顶风或爬坡等需要承载大扭矩的工况下需 要大电流，很容易损坏电池和永磁体，电机效率峰值 区域小，负载电流超过一定值后效率下降很快。 ②体积较大，功率密度较低。无减速器时，大扭矩， 必须把转速降下来，即低速大扭矩。扭矩恒定时，功 率和转速成正比，功率密度无法提高，就导致体积大↑， 重量大↑。 外转子轮毂电机尽管体积大、重量大，但是由于结构相对简单、传动链条 少、效率高，已经有Protean等企业进入量产状态。
荷兰 e-Traction 轮毂电机
日本 SIM-Drive 轮毂电机
日本庆应义塾大学清水浩教授创建的 SIM-Drive ，该轮毂电机采用了外转子构 造，峰值功率 65kW ，最大扭矩为 620Nm 。
日本 NSK 轮毂电机
2017年，为实现轮毂电机小型化，NSK研发出全球首款配备 了机械变速箱的轮毂电机。轮毂电机是由两个电机搭载两个行星 齿轮组成的变速机，可以实现大扭矩、及小型电机的转速极大化。 另外，该变速机可通过控制两个电机的速度和扭矩，实现平稳地 加速。
轮毂电机种类
外转子式：低速电机，最高转速：10001500r/min，无减速装置，车轮的转速与电机 相同。 内转子式：高速电机，配备固定传动比的减 速器，为获得较高的功率密度，最高转速： >10000r/min。转矩小、转速高，车用时必须 配备减速器。内转子式轮毂电机+紧凑的行星 齿轮减速器，在功率密度方面比低速外转子式 更具竞争力。
内转子轮毂电机
一般转矩小、转速高，需配备减速器方可驱动车轮。 内转子轮毂电机和 轮边电机 相同之处：内转子电机+减速器
结构区别：一个把电机藏在轮毂里，一个放在轮边。
优点：工作于高转速工况，具有较髙的比功率和效率， 而且体积小，质量轻，通过减速结构的增矩后，输出转 矩大，爬坡性能好，能保证汽车在低速运行时获得较大 的平稳转矩。 缺点：润滑条件恶劣，会使行星齿轮减速结构的齿轮磨 损较快，使用寿命变短，不易散热，噪声比较大。 内转子+减速器方案理论上 功率密度更高、结构更紧凑， 但由于技术过于复杂，目前 尚未见到量产的产品。 由于内转子轮毂电机需要集成减速器，对 于乘用车前轮来说，狭小的空间内需要布 置电机、减速器、制动器、转向系统等等， 故内转子轮毂电机较少见于乘用车应用。
轮毂电机优点 易于实现多种复杂驱动控制
• 单个车轮独立驱动，前驱、后驱还是四驱，都可较轻 松实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来 非常容易。 • 由于电机直接驱动车轮，电机控制器可以高精度控制 车轮的转速和扭矩，配合上层分布式驱动控制，可以 很容易的实现横摆力矩控制等非常复杂的动力学控制。 • 甚至可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似 履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径， 在特殊情况下几乎可以实现原地转向（不过此时对车 辆转向机构和轮胎的磨损较大），对于特种车辆很有 价值。
什么是轮毂电机？
轮毂电机=车轮内装电机，最大优点，最理想布置结 构就是将驱动装置、传动装置和制动装置都整合到轮 毂内，将机械部分大为简化，传动效率高，便于布置。
驱动
1900年， 轮毂电机直驱， 保时捷前驱电动汽车
最理想 的轮毂 电机
传动 制动
20世纪70年代， 轮毂电机在矿山运输车、弹道 导弹发射车等领域得到应用
斯洛文尼亚 ELAPHE 轮毂电机
Elaphe轮毂电机采用电磁拓扑，其主要性能优势是高转矩能力、超高的主 动负荷效率(≥90%)、高效的制冷能力、低制造成本。 2016年4月，浙江亚太机电股份有限公司与ELAPHE推进技术有限公司正式 签署在中国设立合资企业合同。合资公司名称为杭州亚太依拉菲动力技术有限 公司，注册资金500万欧元，亚太股份占51%，经营范围为新能源汽车和工程 机械驱动系统轮毂电机、逆变器、中央控制器等。
轮毂电机缺点
增大了簧下质量和 轮毂转动惯量
容易过热退磁
严重影响NVH 及可靠性
工作环境恶劣
Biblioteka Baidu
轮毂电机缺点 增大了簧下质量和轮毂转动惯量
• 大幅增大了簧下质量、轮毂转动惯量，这对于车辆的操控性 能是不利的。 • 有可能使悬下重量增加一倍多，严重恶化了汽车的平顺性。 • 相比传统燃油车，电动汽车的簧上质量也在增加（电池重 量）。簧上质量与簧下质量按同比例增加时，整车性能受到 的影响就不会那么突出。
英国 Protean 轮毂电机
Protean 轮毂电机，集成了驱动控制， 外 转 子 ， 峰 值 功 率 75kW ， 峰 值 扭 矩 1250NM 的，最高转速 1800rpm ，质量为 36kg ，可安装在直径为 18 英寸以上的车 轮中，能回收高达85%的制动能量。 Protean 已与多家整车厂商合作研发 了 20 多款装置轮毂电机的样车和改装车 型，包括福特 F150 电动皮卡、广汽传祺 后驱电动汽车以及基于梅赛德斯奔驰 E级 的巴博斯纯电动与混合动力车型。 2016 年 7 月，万安科技出资 600 万美 元与 Protean 在中国天津设立一家合资公 司，占注册资本的60%，量产PD18轮毂电 机。
解决思路
①合理布置电机水冷管路；
②轮毂做成风扇的造型，加强散热； ③把制动产生的热量隔开，将硅钢片放置在刹车盘内，制动时摩擦产生的热量 会进行一层隔热处理。
轮毂电机产品
舍弗勒
protean
>1500kg 米其林，舍弗勒，ZF，NTN，NSK，YASA Protean（万安），elaphe（亚太）, e-Traction（泰特）， BYD，电驱动，苏交科，……
轮毂电机优点
省略大量传动部 件，结构简单 适用于多种新能 源车及新技术 简化传动链， 提高传动效率
模块化开发 及应用 易于实现多种 复杂驱动控制
便于底盘 空间布置
轮毂电机优点
省略大量传动部件，结构简单
• 传统车辆具有离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动 器等，这些部件不但重量重、让车辆的结构更为复杂，同 时也存在需要定期维护和故障率的问题。
德国舍弗勒轮毂电机
福特联手国际著名汽车零 部件厂商舍弗勒（Schaeffler） 以福特嘉年华为基础而开发的 eWheelDrive轮毂电机驱动汽车。 eWheelDrive轮毂电机驱动系统 集成了驱动控制及制动装置。 舍弗勒轮毂电机，内转子， 采用水冷设计，单个电机最大 功率40千瓦，电机工作时平均 输出功率为 33千瓦，两台电机 输出扭矩可达700牛米。
严重影响NVH及可靠性
• 轮毂电机安装在簧下，没有悬架减振，地面激励通过轮胎直 接作用于轮毂电机本体，严重影响其NVH性能及可靠性。
工作环境恶劣
• 面临水、灰尘等多方面影响，密封有较高要求，同时又需要 考虑散热问题。
轮毂电机缺点
容易过热退磁
• 一般情况下，电机材料达到140℃的时候开始出现退磁现象， 200℃以上时会出现明显退磁现象。 • 在汽车驱动时，车轮由于经常需要处在大负荷低速爬长坡工 况下，轮毂电机又放置在狭小的车轮内，容易出现冷却不足 导致电机过热，使得轮毂电机材料过热退磁。 • 在汽车制动时，制动器会产生很大热量，热量会直接传到轮 毂电机上，使得轮毂电机材料过热退磁。
荷兰 e-Traction 轮毂电机
e-Traction公司研发了The Motion全套 动力总成由四部分组成，分别是： 1、The Wheel SM500轮毂电机驱动技术， 该技术由永磁同步电机、外转子、内置 逆变器等组成； 2、The Drive电机驱动技术，这是电机控 制的子系统； 3 、 The Control 分布式驱动控制系统，这 是电驱动力总成控制子系统； 4、The Connect高压配电子系统。 搭载 e-Traction 轮毂电机的客车，目 前已经在欧洲5个国家、11个城市运行。 2016年9月，中国天海集团子公司的泰特 机 电 耗 资 5500 万 欧 元 全 资 收 购 了 eTraction公司。
轮毂电机优点
模块化开发及应用
• 由于轮毂电机的高集成度，轮毂电机理论上尺寸只与车轮 大小有关，所以更容易模块化，避免重复开发，可以缩短 新车型的开发周期和开发费用。
适用于多种新能源车及新技术
• 无论是纯电动还是燃料电池电动车，或是增程电动车，都 可以用轮毂电机作为主要驱动力。 • 即便是对于混合动力车型，也可以采用轮毂电机作为起步 或者急加速时的助力，可谓是一机多用。 • 很多新技术，比如制动能量回收也可以很轻松地在轮毂电 机上得以实现。