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轮毂电机的结构形式是什么驱动方式有哪些

2019-08-24

2019-01-30 22:40:41来源:贤集网 赵媛

新能源车现在已经成为汽车行业颇具前瞻性的领域,而新能源车型的驱动技术和传统内燃机汽车有着不小的区别,而其中有一类驱动技术有着很大的发展前景,这就是轮毂电机技术。轮毂电机由定子、轴承、转子、悬架轴承座、小型逆变器、传统铝合金轮圈组成。要知道,轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术,它的最大特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内,得以将电动车辆的机械部分大为简化。轮毂电机技术又称车轮内装电机技术,它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内,因此将电动车辆的机械部分大大简化。下面贤集网小编来为大家介绍更多关于轮毂电机的知识,包括:轮毂电机的结构形式、驱动方式、优点、缺点、主要分类。一起来看看吧!

轮毂电机的结构形式

1、轮毂电机动力系统通常由电动机、减速机构、制动器与散热系统等组成。轮毂电机动力系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式:内转子型和外转子型。如图所示为两种型式轮毂电机的结构简图。通常,外转子型采用低速外传子电机,电机的最高转速在1000-1500r/min左右,无任何减速装置,电机的外传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。内转子型则采用高速内转子电机,同时装备固定传动比的减速器。为了获得较高的功率密度,电机的转速通常高达10000r/min。减速结构通常采用传动比在10:1左右的行星齿轮减速装置,车轮的转速在在1000r/min左右。

2、高速内转子的轮毂电机具有较高的比功率,质量轻,体积小,效率高,噪声小,成本低;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。低速外转子电机结构简单、轴向尺寸小,比功率高,能在很宽的速度范围内控制转矩,且响应速度快,外转子直接和车轮相连,没有减速机构,因此效率高;缺点是如要获得较大的转矩,必须增大发动机体积和质量,因而成本高,加速时效率低,噪声大。图所示为两种结构形式的轮毂电机。这两种结构在目前的电动车中都有应用,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。

3、轮毂电机动力系统由于电机电制动容量较小,不能满足整车制动效能的要求,通常需要附加机械制动系统。轮毂电机系统中的制动器可以根据结构采用鼓式或者盘式制动器。由于电动机电制动容量的存在,往往可以使制动器的设计容量可以适当减小。大多数的轮毂电机系统采用风冷方式进行冷却,也有采用水冷和油冷的方式对电机、制动器等的发热部件进行散热降温,但结构比较复杂。

轮毂电机的驱动方式

一、直接驱动 :

直接驱动式电动汽车采用低速外转子电动机,电动轮与车轮组成一个完整部件总成,采用电子差速方式,电机布置在车轮内部,直接驱动车轮带动汽车行驶。其主要优点是电机体积小、质量轻和成本低,系统传动效率高,结构紧凑,既有利于整车结构布置和车身设计,也便于改型设计。这种电动轮直接将外转子安装在车轮的轮辋上驱动车轮转动。然而电动汽车在起步时需要较大的转矩,也就是说安装在直接驱动型电动轮中的电动机必须能在低速时提供大转矩。为了使汽车能够有较好的动力性,电动机还必须具有很宽的转矩和转速调节范围。由于电机工作产生一定的冲击和振动,要求车轮轮辋和车轮支承必须坚固、可靠,同时由于非簧载质量大,要保证车辆的舒适性,要求对悬架系统弹性元件和阻尼元件进行优化设计,电机输出转矩和功率也受到车轮尺寸的限制,系统成本高。

1、优点是:不需要减速机构,不但使得整个驱动轮结构更加简单、紧凑,轴向尺寸也减小,而且效率进一步提高,响应速度也变快。

2、缺点是:起步、顶风或爬坡等承载大扭矩时需大电流,易损坏电池和永磁体;电机效率峰值区域很小,负载电流超过一定值后效率急剧下降。因此,此方式适用于平路或负载较轻的场合。

二、减速驱动:

带轮边减速器轮毂电机电驱动系统采用高速内转子电动机,适合现代高性能电动汽车的运行要求。属于减速驱动类型,这种电动轮允许电动机在高速下运行,通常电动机的最高转速设计在4000~20000 r/min,其目的是为了能够获得较高的比功率,而对电动机的其它性能没有特殊要求,可以采用普通的内转子高速电动机。减速机构布置在电动机和车轮之间,起到减速和增矩的作用,从而保证电动汽车在低速时能够获得足够大的转矩。电机输出轴通过减速机构与车轮驱动轴连接,使电机轴承不直接承受车轮与路面的载荷作用,改善了轴承的工作条件;采用固定速比行星齿轮减速器,使系统具有较大的调速范围和输出转矩,充分发挥驱动电机的调速特性,消除了电机输出转矩和功率受到车轮尺寸的影响。设计中主要应考虑解决齿轮的工作噪声和润滑问题,其非簧载质量也比直接驱动式电动轮电驱动系统的大,对电机及系统内部的结构方案设计要求更高。

1、优点是:电机运行在高转速下,具有较高的比功率和效率;体积小、重量轻,通过齿轮增力后,扭矩大、爬坡性能好;能保证在汽车低速运行时获得较大的平稳转矩。

2、缺点是:难以实现液态润滑,齿轮磨损较快、使用寿命短,不易散热,噪声偏大。减速驱动方式适用于丘陵或山区,以及要求过载能力较大、旅游健身等场合。

轮毂电机的优点

1、省略大量传动部件,让车辆结构更简单

对于传统车辆来说,离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的,而这些部件不但重量不轻、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。但是轮毂电机就很好地解决了这个问题。除了结构更为简单之外,采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率,同时传动效率也要高出不少。

2、可实现多种复杂的驱动方式

由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性,因此无论是前驱、后驱还是四驱形式,它都可以比较轻松地实现,全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机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。

3、便于采用多种新能源车技术

新能源车型不少都采用电驱动,因此轮毂电机驱动也就派上了大用场。无论是纯电动还是燃料电池电动车,抑或是增程电动车,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。同时,新能源车的很多技术,比如制动能量回收(即再生制动)也可以很轻松地在轮毂电机驱动车型上得以实现。

轮毂电机的缺点

1、增大簧下质量和轮毂的转动惯量,对车辆的操控有所影响

对于普通民用车辆来说,常常用一些相对轻质的材料比如铝合金来制作悬挂的部件,以减轻簧下质量,提升悬挂的响应速度。可是轮毂电机恰好较大幅度地增大了簧下质量,同时也增加了轮毂的转动惯量,这对于车辆的操控性能是不利的。不过考虑到电动车型大多限于代步而非追求动力性能,这一点尚不是最大缺陷。

2、电制动性能有限,维持制动系统运行需要消耗不少电能

(1)现在的传统动力商用车已经有不少装备了利用涡流制动原理(即电阻制动)的辅助减速设备,比如很多卡车所用的电动缓速器。而由于能源的关系,电动车采用电制动也是首选,不过对于轮毂电机驱动的车辆,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,都需要附加机械制动系统。

(2)但是对于普通电动乘用车,没有了传统内燃机带动的真空泵,就需要电动真空泵来提供刹车助力,但也就意味了有着更大的能量消耗,即便是再生制动能回收一些能量,如果要确保制动系统的效能,制动系统消耗的能量也是影响电动车续航里程的重要因素之一。

(3)此外,轮毂电机工作的环境恶劣,面临水、灰尘等多方面影响,在密封方面也有较高要求,同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。

轮毂电机的主要分类

轮毂电机的电机类型分为永磁、感应、开关磁阻式。其特点如下:

1、感应(异步)电机结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠,转矩脉动小,噪声低,不需要位置传感器,转速极限高;缺点是驱动电路复杂,成本高,相对永磁电机而言,异步电机效率和功率密度偏低;

2、无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构,具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围,发展前景十分广阔,已在国内外多种电动车辆中获得应用;

3、开关磁阻式电机具有结构简单,制造成本低廉,转速/转矩特性好等特点,适用于电动汽车驱动;缺点是设计和控制非常困难和精细,运行噪声大。

上述是贤集网小编为大家讲解的轮毂电机的结构形式、驱动方式、优点、缺点、主要分类。希望能够帮助到大家!随着新能源汽车驱动技术的发展升级,轮毂电机技术逐渐进入人们的视野。轮毂电机技术被看作是新能源汽车未来最佳的驱动解决方案。近年来,新能源汽车发展步伐加快,轮毂电机技术要迎来大展拳脚的好时机。目前轮毂电机还有很多问题没有解决,尚不能形成市场。但是随着纯电动汽车的保有量继续增加,轮毂电机驱动技术的普遍应用已经指日可待。轮毂电机技术具备很大的优势,它布局更为灵活,不需要复杂的机械传动系统。但同时它也有自己的显著不足,比如密封和起步电流/扭矩间的平衡关系,以及转向时驱动轮的差速问题等等。轮毂电机驱动系统是纯电动汽车未来的先进驱动方式,高品质轮毂电机及其驱动控制系统目前已经成为国内外电气工程领域的重要研究对象。而在我国,轮毂电机驱动技术将在未来的新能源车中拥有广阔的前景。

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