眾所周知,新能源汽車有三大核心部件:電池、電機(jī)以及電控。電池方面的介紹相信大家平時(shí)經(jīng)常看到,相比之下,關(guān)于電機(jī)的介紹就少的多了。目前的新能源汽車,均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能為汽車提供動(dòng)力,因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是新能源汽車的核心技術(shù)之一。電動(dòng)汽車資源網(wǎng)選取了近幾年在新能源汽車領(lǐng)域開始發(fā)酵的輪轂電機(jī)進(jìn)行介紹,一文帶你了解什么是輪轂電機(jī)。
輪轂電機(jī)簡(jiǎn)介
什么是輪轂電機(jī)呢?顧名思義輪轂電機(jī)是將輪轂和驅(qū)動(dòng)裝置直接合并為一體的電機(jī),將電機(jī)放進(jìn)輪轂里,讓電機(jī)能直接驅(qū)動(dòng)車輪,讓車輛行駛。輪轂電機(jī)技術(shù)也被稱為車輪內(nèi)裝電機(jī)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(nèi),以此來(lái)將電動(dòng)車輛的機(jī)械部分簡(jiǎn)化。
輪轂電機(jī)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(jī)的電動(dòng)汽車。上世紀(jì)70年代,輪轂電機(jī)技術(shù)在礦山運(yùn)輸車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。乘用車輪轂電機(jī)方面,日系廠商的技術(shù)研發(fā)開展相對(duì)較早,目前處于領(lǐng)先地位,包括通用、豐田在內(nèi)的國(guó)際汽車巨頭也都對(duì)該技術(shù)有所涉足。近幾年國(guó)內(nèi)也逐漸有自主品牌汽車廠商開始研發(fā)輪轂電機(jī)技術(shù)。
輪轂電機(jī)分類
輪轂電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器與散熱系統(tǒng)等組成。其動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子類型分成兩種:內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型。
內(nèi)轉(zhuǎn)子型:一般來(lái)說(shuō),內(nèi)轉(zhuǎn)子型采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī),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(jī)的轉(zhuǎn)速通常高達(dá)10000r/min。減速結(jié)構(gòu)通常采用傳動(dòng)比在10:1左右的行星齒輪減速裝置,車輪的轉(zhuǎn)速在在1000r/min左右。
高速內(nèi)轉(zhuǎn)子的輪轂電機(jī)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(jī)的最高轉(zhuǎn)速受線圈損耗、摩擦損耗以及變速機(jī)構(gòu)的承受能力等因素的限制。
由于內(nèi)輪子輪轂電機(jī)要有集成減速器,對(duì)乘用車前輪來(lái)說(shuō),就要在其狹小有限的空間內(nèi)放下電機(jī)、減速器、制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等,因此內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)較少應(yīng)用于乘用車上。內(nèi)轉(zhuǎn)子加減速器的方案理論上功率密度高、結(jié)構(gòu)也更緊湊,但由于其制造工藝復(fù)雜,目前的產(chǎn)品均尚未量產(chǎn)。
外轉(zhuǎn)子型:而通常外轉(zhuǎn)子型采用低速外傳子電機(jī),電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/min左右,無(wú)任何減速裝置,電機(jī)的外傳子與車輪的輪輞固定或者集成在一起,車輪的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同。
低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向尺寸小,比功率高,能在很寬的速度范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩,且響應(yīng)速度快,外轉(zhuǎn)子直接和車輪相連,沒有減速機(jī)構(gòu),因此效率高;其缺點(diǎn)是如要獲得較大的轉(zhuǎn)矩,必須增大發(fā)動(dòng)機(jī)體積和質(zhì)量,因而成本高,加速時(shí)效率低,噪聲大。
外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)則節(jié)省了半軸及減速機(jī)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(zhuǎn)速降低。眾所周知,扭矩恒定的情況下,功率和轉(zhuǎn)速為正比,轉(zhuǎn)速上不去,功率密度就無(wú)法提高,導(dǎo)致體積龐大,重量較高。即使外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)體積龐大、重量高,但是其結(jié)構(gòu)相對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)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(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
1、效率高,增加續(xù)航里程。
輪轂電機(jī)的運(yùn)行效率很高,原因是其簡(jiǎn)化了減速器、變速器、叉速器等機(jī)械傳遞結(jié)構(gòu),大幅度降低了底盤的重量,整車重量也因此下降。與此同時(shí),避免了傳動(dòng)損失,系統(tǒng)效率提高,能讓續(xù)航里程能提高10%左右。
2、簡(jiǎn)化底盤,省卻了機(jī)械聯(lián)結(jié)。
通過使用輪轂電機(jī)技術(shù),底盤結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,汽車不再需要車橋、傳動(dòng)軸等機(jī)械部件。此外,NVH、動(dòng)力學(xué)等一直困擾底盤的問題也大幅度簡(jiǎn)化。系統(tǒng)復(fù)雜度降低能夠使底盤的開發(fā)周期相應(yīng)減少,從3年減少到1年,甚至更短。
3、四輪能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng),能實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式。
四輪能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的情況下,四個(gè)輪子動(dòng)力分配可以動(dòng)態(tài)調(diào)整,可以大幅度提高不同路面下車輛穩(wěn)定性和動(dòng)力性。另一方面,四輪驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向,橫向平移,有助于解決新手最擔(dān)心的停車問題。
4、便于采用多種新能源汽車技術(shù)。
由于純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車以及燃料電池汽車都需要用到電驅(qū)動(dòng),所以不論哪一種新能源汽車,都可以使用輪轂電機(jī)。此外,新能源汽車的制動(dòng)能量回收技術(shù)也能夠應(yīng)用在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車型上。
缺點(diǎn):
1、簧下質(zhì)量加大,影響汽車操控。
簧下質(zhì)量加大,會(huì)使的輪胎的動(dòng)載和車身的振動(dòng)加速度均方根值都明顯增加。因此會(huì)引起汽車垂向振動(dòng)幅度加大,影響輪胎接地特性,不利于車輛的動(dòng)力學(xué)控制與行駛平順性。
2、電機(jī)容易過熱
由于汽車時(shí)常會(huì)處于爬坡等大負(fù)荷工況下,輪轂電機(jī)又處于十分有限的車輪空間內(nèi),容易過熱。電機(jī)過熱會(huì)影響轉(zhuǎn)矩密度,還會(huì)帶來(lái)磁鋼退磁的問題。
3、成本相對(duì)較高
輪轂電機(jī)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(duì)來(lái)說(shuō)成本要高于已經(jīng)高度產(chǎn)業(yè)化的集中電機(jī)。
