轮毂电机技术解读及爆炸图

轮毂电机技术并非新兴技术。早在1900年，保时捷就率先制造了装备有轮毂电机的前轮驱动电动汽车。在20世纪70年代，轮毂电机技术开始在矿山运输车等领域得到应用。对于乘用车所使用的轮毂电机技术，日本汽车制造商在该领域的研发工作较早，并处于领先地位。国际汽车巨头如通用、丰田等也开始涉足该技术领域。同时，国内也有自主品牌汽车制造商开始研发轮毂电机技术。例如，在2011年上海车展上展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。本文将通过简单易懂的图解方式进一步阐述轮毂电机技术。

01  轮毂电机驱动系统根据电机转子的型式主要分为两种结构类型：内转子式和外转子式

外转子式采用低速外转子电机，其最高转速在1000-1500r/min之间，无需减速装置，车轮的转速与电机相同。

而内转子式则采用高速内转子电机，配备固定传动比的减速器。为了实现较高的功率密度，内转子电机的转速可以高达10000r/min。

随着更为紧凑的行星齿轮减速器的出现，内转子式轮毂电机在功率密度方面表现更具竞争力，相较于低速外转子式。

轮毂电机还可以根据电机类型分为有刷电机和无刷电机。然而，由于有刷电机的效率较低，车辆使用中逐渐被淘汰。

此外，轮毂电机还可分为带传感器和无传感器两种类型。一些电动自行车需要进行一定的踩踏才能运行，因为它们没有传感器。这些自行车直接通过测量电机的反电动势来确定转子的位置，从而进行换相。而启动前需要了解转子和定子的相对位置，则需要使用传感器。

轮毂电机可以根据是否采用齿轮和离合机构进行分类

对于为了防止磁钢退磁而减小启动电流的电机，通常需要使用减速齿轮来提高启动效率。然而，随着磁钢材料的改进，不一定需要使用齿轮。

轮毂电机还可以分为有离合机构和无离合机构两种类型

另外，还有一种特殊类型的轮毂电机称为变磁阻轮毂电机。

在使用轮毂电机的电动自行车中，如果没有电力辅助，会有电磁阻力存在。为了减小电磁阻力，可以采用离合机构。离合机构还可以用于调节齿轮转速比。朱幕松的磁力手动齿轮离合高速无刷轮毂电机利用电机磁力复位实现齿轮的手动啮合。

轮毂电机还可以根据其高速和低速特性进行分类

高速无刷轮毂电机具有轻量化、结构简单、噪音低以及高功率的特点。而低速无刷轮毂电机则具有简单的结构、低噪音和较大的功率。此外，轮毂驱动电机还广泛应用于其他电动汽车等领域。

轮毂电机的构造：

轮毂电机的原理：

在无刷电机中，启动前需要了解转子和定子的相对位置，这可以通过传感器实现。传感器测量电机的反电动势，从而确定转子的位置，并由控制器驱动功率管进行换相操作。

尽管存储器可以记录定子和转子的相对位置，但对于转速非常缓慢的系统，无法准确理解电机绕组反电动势的波形。当电机达到一定转速时，由于惯性的限制，波峰和波谷都代表一定的角度，当刹车时，电机会被关闭。因此，在轮毂电机中，使用磁传感器是主流方式。在轮毂电机的原理图中，红色磁钢转子处于死角位置，需要通过蓝色磁钢转子上方的绕组通电，使其脱离死角。而在图2中的电机则没有死角，只要知道转子的位置，就可以确定如何驱动功率管。

图1和图2所示的电机看起来像是将直线电机卷起来。绕组通电的过程可以比喻为用食物引诱着驴子（磁钢）不停地跑，但它们总是保持一定的距离。这种电机具有较大的功率，相对较重，结构简单且噪音低。

磁力手动齿轮离合高速无刷轮毂电机利用三个大而薄的2模钢齿轮减速来提供所需的动力。当需要滑行时，通过偏心离合手柄拉动轴心离合传动的轴、活塞和拉钩，使电机齿轮外转子端盖发生位移，使电机齿轮与传动齿轮分离。而在不需要滑行时，利用电机磁力复位实现齿轮的手动啮合，从而简化了离合机构，不需要超越离合器。

为了防止电机将热量传递给轮胎，需要在它们之间保持一定的距离，并且有些情况下会使用钢丝来隔离，以帮助散热。

轮毂电机具有以下优点：

简化车辆结构：应用轮毂电机可以大大简化车辆的结构，省略了传统的离合器、变速箱、传动轴等传动部件，使车辆结构更为简单。这也带来了更高的空间利用率。

提高传动效率：传统车辆的传动系统存在能量损耗和传动效率低的问题，而轮毂电机驱动的车辆可以获得更高的传动效率，减少能量损失。

实现多种驱动方式：轮毂电机可以实现多种复杂的驱动方式。由于每个轮胎都是单独驱动的，容易实现四驱形式。同时，轮毂电机技术还可以实现两侧车轮反转来实现原地转向的目的。对于特种车辆，如多轮车辆，轮毂电机也是一种理想的解决方案。

实现灵活的驱动形式：由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，可以轻松实现前驱、后驱和四驱形式。全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。此外，轮毂电机还可以通过左右车轮的不同转速甚至反转来实现类似履带式车辆的差动转向，从而大大减小车辆的转弯半径。

适用于多种新能源车技术：轮毂电机驱动便于采用多种新能源车技术。不论是纯电动车、燃料电池电动车还是增程电动车，都可以采用轮毂电机作为主要驱动力。对于混合动力车型，轮毂电机也可以作为起步或急加速时的助力。此外，轮毂电机驱动车型还可以轻松实现制动能量回收等新能源车技术。

轮毂电机的缺点包括以下几个方面：

增加簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆操控产生影响：轮毂电机需要安装在车轮内部，这导致了车辆的簧下质量增加，不利于操控性能。此外，轮毂电机的装置还会增加轮毂的转动惯量，进一步影响车辆的操控灵活性。尤其对于追求动力性能的车辆而言，这一点可能更加显著。

电制动性能有限，消耗较多电能：轮毂电机的电涡流制动容量有限，特别是在重型车辆上，需要与机械制动系统共同工作。为了获得更高的制动效果，需要消耗更多的电能，这对电动车的续航里程产生一定影响。虽然再生制动可以回收部分能量，但制动系统的能量消耗仍然是影响电动车续航里程的重要因素之一。

需要额外的机械制动系统：由于轮毂电机系统的电制动容量较小，不能满足整车制动性能的要求，所以轮毂电机驱动的车辆通常需要配备附加的机械制动系统。对于普通电动乘用车而言，由于没有传统内燃机带动的真空泵，刹车助力需要依靠电动真空泵，这意味着更大的能量消耗。虽然再生制动可以回收一些能量，但为确保制动系统效能，制动系统的能量消耗仍然是考虑电动车续航里程的重要因素之一。

环境适应性要求高：轮毂电机工作在恶劣的环境中，面临水、灰尘等多种不利影响。因此，对于轮毂电机的密封性能有较高的要求。此外，在设计上还需要专门考虑轮毂电机的散热问题，以确保电机的正常运行。

02  总结

轮毂电机是一项具有很好优势的技术，可以节省空间并提高传动效率，因此是新能源汽车发展的有利方向。然而，目前轮毂电机仍存在一些问题需要解决。这些问题包括复杂的车轮工作环境、耐久性的保证、高速行驶时的震动和噪音问题，以及制动和悬架系统的优化等。工程师们需要逐步解决这些问题，以进一步推动轮毂电机技术的发展。

来源：  麦格雷博 磁能产业专家