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电动汽车轮毂电机简介

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  • 发布时间:2017/10/27 18:15:33
  • 作者:ly_yinhe

  电动汽车轮毂电机技术又称为车轮内装式电机技术,是一种将电机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置技术。轮毂电机可采用永磁无刷、直流无刷、开关磁阻等电机类型,由于电机处于车轮轮毂内,受体积限制,一般要求电机为扁形结构,即电机短而粗。

电动汽车轮毂电机系统示意图

图示:电动汽车轮毂电机系统示意图

电动汽车轮毂电机结构

  电动汽车轮毂电机动力系统的电机类型有永磁、感应、开关磁阻式等,通常由电动汽车电机、减速机构、制动器与散热系统等组成。

  轮毂电机驱动系统根据电机的转子形式主要分成两种结构形式:内转子式和外转子式。内转子式轮毂电机采用高速内转子电机,配备固定传动比的减速器,电机的转速通常高达10000r/min。外转子式轮毂电机则采用低速外转子电机,无减速装置,电机的外转子与车轮的轮辋固定或者集成在一起,车轮的转速与电机相同,电机的最高转速在1000~1500r/min之间,如下图所示。

轮毂电机结构示意图

图示:轮毂电机结构示意图

  内转子式的轮毂电机具有比功率较高、质量轻、体积小、噪声小、成本低等优点。其缺点是必须采用减速装置,使效率降低,非簧载质量增大,电机的最高转速受到线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。

  外转子式轮毂电机的优点是结构简单、轴向尺寸小,能在很宽的速度范围内控制转矩,且响应速度快,没有减速机构,因而效率高。其缺点是要获得较大的转矩,必须增大电机的体积和质量,因而其成本高。这两种结构在目前的电动汽车中都有应用,但是随着紧凑的行星齿轮变速机构的出现,高速内转子式驱动系统在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。

电动汽车轮毂电机驱动方式

  电动汽车轮毂电机使用时可分为减速驱动和直接驱动两大类。

  在减速驱动方式下,电机一般在高速下运行,而且对电机的其他性能没有特殊要求,因此可选用普通的内转子电机。减速机构放置在电机和车轮之间,起减速和增加转矩的作用。减速驱动的优点是:电机运行在高速下,具有较高的功率和效率比:体积小、重量轻;扭矩大、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:不足之处是:难以实现液态润滑、齿轮磨损较快、使用寿命短、不易散热、噪声大。减速驱动方式适合于丘陵或山区,以及要求过载能力大或城区公交车等需要频繁起动停车等场合。

  在直接驱动方式下,电机多采用外转子(即直接将转子安装在轮毂上)。为了使汽车能顺利起步,要求电机在低速时能提供大的转矩。此外,为了使电动汽车能够有较好的动力性,电机需具有较宽的调速范围。直接驱动的优点有:不需要减速机构,使得整个驱动结构更加简单、紧凑,轴向尺寸也较小,而且效率也已进一步提高,响应速度也变快。其缺点是:起步、迎风行驶或爬坡以及承载较大载荷时需要大电流,易损坏电池和永磁体;电机效率峰值区域很小,负荷电流超过一定值后效率急剧下降。此驱动方式适合用于平路或负荷较轻的场合。

电动汽车轮毂电机应用优势

  电动汽车轮毂电机与车轮集成在一起,布置灵活,可以方便地实现前轮驱动、后轮驱动或者四轮驱动车。与内燃机驱动系统或者集中驱动电动系统相比,轮毂电机驱动系统在动力源配置、底盘结构等方面有其独特的技术特征和优势,具体体现在以下几方面:

  1. 动力传递由硬连接改为软连接形式,省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等,使得电动汽车驱动系统和整车结构简洁、有效、可利用空间大;

  2. 可以方便地通过电子线控技术,实现各轮毂电机从零到最大速度的无级变速,以及各车轮之间的差速;

  3. 各轮毂电机的驱动力直接独立可控,使其动力学控制更为灵活、方便,能合理地控制各轮毂电机的驱动力,从而提高恶劣路面条件下的行驶性能;

  4. 容易实现各轮毂电机的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈,提高能源利用效率。采用四轮驱动方式时,可以最大限度的回收制动能量;

  5. 底架结构大为简化,可使整车总布置和车身造型设计的自由度大大增加。若采用动力平台方式,将动力平台嵌入不同的车身造型,方便地实现产品多样化和系列化,缩短新车型的开发周期,降低开发成本;

  6. 在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上,若进一步引入线控四轮转向技术(4WS),则可以进一步提高整车的行驶性能。