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輪轂電機
來源:互聯網

輪轂電機(又叫電動輪)是將動力、傳動以及制動裝置全部整合在輪轂內的電機。輪轂電機省去了離合器、變速器、傳動軸、差速器等大量機械部件,使車輛結構大為簡化,車輛噪聲極低,整車質量減輕。

輪轂電機驅動系統布置非常靈活,在同樣功率需求的情況下可采用多電動輪驅動的形式,將功率分配給多個電動機從而降低電氣和機械傳動部件的要求。可適配純電動、增程式等多種車型,同時因其低成本、易維護特性,成為電動摩托車的核心動力方案。輪轂電機驅動只需通過控制系統控制電機就可以完成對車輪驅動力的控制,電動機轉矩響應快,使用全輪驅動和驅動輪單獨控制的措施,可以最大限度地利用地面的附著能力,同時還可以提高車輛的離地間隙,從而提高越野車輛的通過性能。輪轂電機驅動便于采用線控四輪轉向技術,有效減小轉向半徑,甚至實現零半徑轉向,提高轉向性能。另外,輪轂電機驅動系統可實現再生制動功能,提高能源利用效率,有效提高汽車的續航里程。但輪轂電機的采用必將增加非簧載質量,進而影響車輛運行的平穩性和可操縱性,另外由于輪轂電機工作環境極其惡劣,需要經受震動、涉水、高溫等極端工況的考驗,所以對技術水平和生產工藝都提出了近乎嚴苛的要求。由于以上特點,輪轂電機被視為電動汽車的最終驅動方式,也是現階段電動汽車研究的熱點和難點之一,其歷史可追溯至1896年保時捷首次將輪轂電機應用于電動汽車。[1]

注意事項

輪轂電機的工作原理是永磁同步電機,輪邊電機、輪轂電機”是指電機安裝在車輛的位置不同的電機而言。

優缺點

輪轂電機的優點:

優點1:省略大量傳動部件,讓車輛結構更簡單

優點2:可實現多種復雜的驅動方式

由于輪轂電機具備單個車輪獨立驅動的特性,因此無論是前驅、后驅還是四驅形式,它都可以比較輕松地實現,全時四驅在輪轂電機驅動的車輛上實現起來非常容易。

輪轂電機的缺點:

1,雖然整車質量大大下降,但是簧下質量大大提高了,這將對整車的操控性能、舒適性以及懸掛系統的可靠性帶來巨大影響。

2,成本問題,高轉化效率、輕量化的四輪輪轂電機成本居高不下。

3,可靠性問題,將精密的電機放到輪轂上,長期劇烈上下振動和惡劣的工作環境(水、塵)帶來的故障問題,也要考慮輪轂部分是車禍中很容易受損的部位,維修成本高。

4,制動熱量與能耗問題,電機本身就在發熱,由于簧下質量增加,制動壓力更大,發熱也更大,如此集中的發熱對制動性能要求高。

種類

電機

由于效率太低,車用有刷電機被逐步淘汰。

傳感器

有的電動自行車必須踩一下才能行駛,因為里面沒有傳感器。它直接測量電機反電動勢而知道轉子的位置,進行換相。啟動前想知道轉子和定子的相對位置必須使用傳感器。

齒輪

為了防止磁鋼退磁而減小啟動電流的電機必須使用減速齒輪來提高啟動效率。磁鋼材料改進后,就不一定要齒輪。

離合機構

使用輪轂電機的電動自行車無電騎行會有電磁阻力,使用離合機構可減小電磁阻力。也可以使用離合機構來調節齒輪轉速比。朱幕松的磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機利用電機磁力復位實現齒輪手動嚙合。

高速和低速

磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機重量輕,低速無刷輪轂電機 結構簡單 噪音低 功率大。

其他

電動汽車輪轂驅動電機等。

工作原理

輪轂電動輪的核心是輪轂電機,輪轂電機的工作原理與集中式驅動電機基本相同,但結構較為特殊。其主要功能是:根據汽車工況和負載要求,由電子控制器提供控制信號,通過功率變換器分配給每個輪轂電機所需的電壓和電流,以調節各電機的運行狀態,實現能量變換,即將汽車動力源所提供的電能轉換為機械能,或者將電動輪上的動能反饋到儲能元件中或將機械能轉換為電能進行電磁制動。

無刷電機啟動前想知道轉子和定子的相對位置必須使用傳感器。無感電機直接測量電機反電動勢而知道轉子的位置,由控制器驅動功率管進行換相。雖然存儲器能記錄定子和轉子的相對位置,但對于極緩慢的轉動 系統將無法理解電機繞組反電動勢的波形。電機達到一定轉速時由于受慣性限制波峰波谷都代表一定的角度,剎車時就關閉電機。所以使用磁傳感器的輪轂電機是主流。輪轂電機原理圖紅色磁鋼轉子處在死角位置,要靠藍色磁鋼轉子上方的繞組通電,走出死角。圖2所示電機就沒有死角,只要知道轉子的位置,就知道怎樣驅動功率管。

圖1圖2所示電機看上去象是把直線電機卷了起來,繞組通電 好比是用食物引誘著驢子(磁鋼)不停地跑,卻總保持著一段距離,它功率較大,比較重 結構簡單 噪音低。磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機 利用三個大而薄的2模鋼齒輪減速來得到所需動力。需要滑行時 由偏心離合手柄拉動軸心離合傳動的軸、活塞及拉鉤,使電機齒輪外轉子端蓋位移,電機齒輪與傳動齒輪分離。不要滑行時利用電機磁力復位實現齒輪手動嚙合,其離合機構簡單,省去超越離合器。

散熱

為了防止電機把熱量傳給輪胎,兩者間必須有一定距離,有的用鋼絲來隔離。

參考資料 >

新能源電動汽車用輪轂電機關鍵技術綜述.華中科技大學“能量轉換系統研究組”.2024-03-06

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