未来电驱动主力轮毂电机驱动技术解析
2011年06月05日01:55 来源：Che168类型：转载编辑：胡正暘
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，它和传统的动力系统有何区别呢？它有哪些优点和缺点呢？下面就来看看轮毂电机技术到底有哪些独到之处。
采用轮毂电机技术的福特F-150将此前的所有传动部件通通舍弃不用
注：轮毂严格意义上讲仅指与传动轴连接的法兰、轴承座等部分，不过轮毂这一名词对于普通用户目前更多指的是轮圈，下文中涉及的轮毂一词将涵盖狭义的轮毂和轮圈两部分。
● 轮毂电机技术简介
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。轮毂电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。
米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图
本田研发的轮毂电机实物
上海车展上的瑞麒X1-EV
通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图
轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min，无减速装置，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，为获得较高的功率密度，电机的转速可高达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比低速外转子式更具竞争力。
● 轮毂电机的优缺点
优点1：省略大量传动部件，让车辆结构更简单
类似上图中这种传统变速器在轮毂电机驱动的车辆上已经见不到了
传统后驱车车厢后排地板上的突起在电动车上也会消失，为乘员腾出更大的空间
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。除开结构更为简单之外，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。
优点2：可实现多种复杂的驱动方式
像AHED“先进混合电驱动”样车这样的8轮电驱动很轻松就能实现
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。
优点3：便于采用多种新能源车技术
采用轮毂电机可以匹配包括纯电动、混合动力和燃料电池电动车等多种新能源车型
轮毂电机可以和传统动力并联使用，这对于混合动力车型很有意义
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。
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
铝制下摆臂采用主要就为减重，如果加上轮毂电机，这些努力也就白费了
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。
缺点2：电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能
商用车车桥的内置缓速器采用涡流制动原理，而轮毂电机的制动也可以利用这一原理
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（也即电阻制动）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，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。
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。
结语：
与电动机集中动力驱动相比，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，同时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，如果能在工程上解决这些难题，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。
轮毂电机：电动车发展推手兼顾电动制动
作者：王贵明王金懿
2011年02月17日14:11
来源：《新能源汽车》
节能环保的电动汽车未能及时推广的主要原因是其性价比。目前研发的电动汽车由于受传统汽车设计思路所束缚，其结构仅在传统汽车基础上改装而成，未能充分发挥电机驱动应有的各种技术优势，以致使性价比也难有突破性提高。通过对各种电动汽车动力传动机构的分析比较，采用轮毂式电机驱动方式是最能充分发挥其电机驱动的技术优势。再根据汽车在各种运行工况的特性分析，得出电动汽车对其驱动电机在起步、加速、减速、制动等状况时的各种特性要求。
轮毂电机在电动汽车上应用不仅可实现小马拉大车、提高电机驱动效率的效果，还大大简化了机械传动机构，减轻整车自重，减小其传动和附加损耗，即降低成本，也节能减噪，并且如同高档轿车采用四轮驱动，可进一步提高车轮控制的动态响应性，通过微机控制更易实现在传统轿车上较难实施的各种性能优化措施，从而改善操控性和安全性。以此即可全面提高节能环保型电动微轿车的各项性能指标和性价比，使其达到普及型商品化要求，对推广电动汽车和节能减排起到极好效果。
变磁阻双凸极电机作用强大
通过对车辆起步、加速、爬坡、下坡、高速、低速、滑行、降速、制动和停车等各种行驶工况特性的全面分析，总结出电动汽车对驱动电机的六项性能要求：有较大的启动扭矩和相当的短时过载能力以满足汽车起步、加速和上坡时要求；改善电机的启动特性，避免过大的启动峰值电流损坏蓄电池；有较宽调速范围和理想调速特性以满足汽车高、低速各工况行驶要求；要求电机正反转以简化汽车倒车机构；需电机能方便有效实现发电回馈，将汽车在降速制动和下坡时的动能自动回馈蓄电池，以节能和提高续驶里程；设法利用电磁吸力使电
机的定、转子相互吸住来实现电磁制动，避免机械制动存在的热衰退和水衰退，并改进电磁制动功能以缩短制动时间，提高汽车在频繁起、停运行中的制动效能及其恒定性。
根据上述分析得出电动汽车对其轮毂式电机除了有较好的调速性能，还要求同时兼有电动、发电回馈和电磁制动三项功能。通过对直流、交流、永磁无刷、变磁阻等各类调速电机的结构原理和特性分析比较，由于变磁阻双凸极电机具有结构简单、坚固可靠、制造成本低、调速性能好、效率高等优点，能运行于正、反转电动及发电四个象限，为一种新兴的典型机电一体化装置。并具有高起动转矩、低起动电流，即特别适于汽车起步和蓄电池驱动的特性要求。为使电动、发电、制动三功能同时较好地有效发挥，首先确定了采用变磁阻双凸极电机作为其基本结构形式。
为满足电机的多功能要求，利用制作电机模型，反复模拟运行和改进设计，最终通过巧妙合理安排电机双凸极齿与槽的相对宽度和其绕组的空间布局等一系列改进措施，提高和兼顾了电动、发电和制动三功能的较好发挥。为说明对电机改进的思路和基本原理，需先对现有变磁阻双凸极电机的结构原理作必要说明。
变磁阻双凸极电机主要指开关磁阻SRM电机和双凸极永磁DSPM电机。有关变磁阻双凸极电机的结构原理已有不少专著有详尽介绍，在此限于篇幅不再重复，但需借助所推导的理论公式及其结论来进一步分析并提出其改进思路。图1为典型的三相6/4开关磁阻电机结构原理图，如以图中定、转子所处位置为起点，依次给A→C→B→A相绕组顺序通电，则转子在其磁阻转矩的作用下将顺时针转动；反之，若按B→C→A→B顺序通电，则转子就逆时针转动。通过分析可得到其SRM电机产生电磁转矩的基本表达式：（1-1）它表明SRM电机所产生的瞬时电磁转矩Tem正比于电感L对其转角θ的导数和电流i 的平方。而且若电感L是随转角θ的增加而增加时，绕组通入电流所产生的电磁转矩为正，即电磁转矩为驱动性，电机运行于电动机状态；若电感L是随转角θ的增加而减少时，绕组内流过电流则产生负的电磁转矩，即电磁转矩为制动性，电机运行于发电机状态。
如不考虑磁路饱和，绕组电感L是随转角θ呈线性变化。当转子极处于定子两极之间，定子极弧与转子极弧无重合，气隙磁导最小，电感为最小值Lmin。当转子位置角θ增大时，转子极弧与定子极弧开始重合，绕组电感随之增大，当整个定子极弧与转子极弧相重合时，电感达到最大值Lmax，并在βr-βs内保持不变。当θ继续增大时，定、转子极弧的重叠部分将线性减小，故电感随之线性下降。
利用上述电机的电磁转矩公式（1-1）和绕组电感L随转角θ变化的表达式(1-2)，即可较好地说明如何实现电动、发电回馈和电磁制动三种不同的控制方式。通常电机的可控变量为绕组电压±US、开通角θon 和关断角θoff 三个参数。在电动机运行状态时，要求以电感增大区作为电路导通区，即如图2所示的转子角θ1和θ2为开通角θon 和关断角θoff的参考点。而在发电机运行状态时，则以电感减小区作为电路导通区，即以转子角θ3和θ4作为开通角θon 和关断角θoff的参考点。并且在电感最大区βr-βs保持电流，即使该相绕组持续通电就可实现电磁制动。
兼顾电动、制动两项功能
根据上述电磁转矩公式（1-1）可知电感L对其转角θ的导数，即磁导（电感）变化率越大，其电磁转矩Tem就越大。反映在电机结构上也就是电机极弧槽距（Δθ）的减小有利
于提高输出电磁转矩Tem。即从结构上来说，可适当减小槽距，从而即增大凸极齿宽，并且凸极齿宽的增大也正好使电机在制动时能增大其电磁制动力矩。为充分发挥电机的电磁制动效能，要求在电磁制动使绕组持续通电时，能使定、转子圆周上的凸极以电磁相吸而重合的极弧边距尽可能大。为此可通过减少绕组相数和减小凹槽相对宽度两个途径来设法增大了凸极齿宽（突破了此类电机的凸极齿宽一般小于其槽宽的形式）。并且绕组相数的减少，也可减少驱动控制器的功率开关元器件数，即有利于降低其成本。同时又考虑到为减小电机低速时的转矩波动而引起的噪声和振动，需设法通过增加极数来减小转子极距角θcr，并且要求同相绕组在其相邻凸极上的绕向相反，即通电后所产生的磁场极性相反, 各极上的绕组以串联形式连接。
总之，为了兼顾电动、制动两项功能的发挥，电机的设计原则为：通过减少相数和减小凹槽相对宽度来增大凸极齿宽以利提高其电磁制动力矩；通过增加极数来减小电动时的转矩波动，即减小步距角。另外，也可采用改变运行拍数或如同步进电机采用细分驱动电路的方式来设法减小步距角。
通过结构改进提高效率
根据上述改进电机的基本思路，本发明电机采用了绕组相数尽可能少的两种结构，即为二相和三相，在此以外转子内定子的轮毂式电机结构形式分别描述如下：二相磁阻电机的改进结构如图3所示，其特点是转子凸极齿宽大于槽宽，同时定子极数小于转子极数。定子极数为4的整倍数，而转子极数为6的相同整倍数，图3所示电机的倍数为2，即为二相8/12极磁阻电机。为减小电动时的转矩波动，可通过增加极数来减小步距角，其倍数可增大为3、4、5。为使电机在正、反方向均有自起动能力，要求外转子凸极为永磁体，并以异向极性间隔排列，采用永磁体也有利于提高电机功效，由于永磁体在外转子上，运行转动时可利用车轮轮幅自然散热，避免永磁体在高温下出现退磁现象。同时也要求同相绕组在其相邻凸极上的绕向相反，即通电后所产生的磁场极性相反, 各极上的绕组以串联形式连接。图3中电机各极距的设计参考值为：外转子永磁体凸极的齿距为20度，槽距为10度；其内定子的凸极齿距为22度，槽距为23度。
三相磁阻电机的改进结构如图4所示，其特点是定、转子凸极齿宽均大于槽宽，同时定子极数大于转子极数。定子极数为6的整倍数，而转子极数为4的相同整倍数，图4所示电机的倍数为2，即为三相12/8极磁阻电机。为减小电动时的转矩波动，可通过增加极数来减小步距角，其倍数可增大为3、4、5。并且要求同相绕组在其相邻凸极上的绕向相反，即通电后所产生的磁场极性相反, 各极上的绕组以串联形式连接。图4中电机各极距的设计参考值为：外转子凸极齿距为26度，槽距为19度；内定子的凸极齿距为18度，槽距为12度。
由于该类电机运行时，需要根据汽车运行的实际工况，随时改变电机的运行方式，使其运行于电动、发电回馈或电磁制动任一种状态下。为此，根据变磁阻电机运行原理，需配备转角θ位置检测装置，可采用接近开关式、磁敏式、光电式等各种形式。在此为提高抗干扰能力，可用光电式：即按外转子凸极的分布位置做一透光码盘，与外转子同轴连接，而在内定子相应位置上安装有若干对光电耦合开关, 透光码盘与光电耦合开关配合即可检测转角θ的相对位置。当然也可利用电机绕组电感随转子位置变化的这一特性，通过测量非导通绕组
电感来推断转子的位置。转角θ位置检测装置通过对时间t的微分运算也可兼作车轮转速检测用。
轮毂电机在电动汽车上应用不仅可提高电机驱动效率的效果，还大大简化了机械传动机构，减轻整车自重，减小其传动和附加损耗，即降低成本、节能减噪，全面提高节能环保型电动微轿车的各项性能指标和性价比，使其达到普及型商品化要求，对推广电动汽车和节能减排起到极好效果。
轮毂电机使用中要注意的常见问题
轮毂电机皆为外转子式电机，它的大体可分为“交流”和“直流”、“高速”和“低速”等类别。
交流轮毂电机额定电压为380V，是外转子式三相交流电机。
优点：制造工艺简单、造价便宜、可靠性好；
缺点：将直流电源变为交流电源需使用逆变装置，控制器比较复杂，价格较高。在电子问题解决之后，它将是一个值得考虑的方案。
目前，国内外绝大多数厂家均使用外转子式直流轮毂电机。直流电机带齿轮减速器构成的轮毂电机称之为高速轮毂电机。
优点：重量轻，通地齿轮减速增力，扭矩大，爬坡性能好。
缺点：难于实现液态油润滑，齿轮磨损较快，寿命受到影响，噪音偏大。近年来，由于种种原因，市场份额大幅度下降。但它的体积小，重量轻、扭矩大等优点目前还是别的轮毂电机所无法比拟的。只要做好，仍有很好的市场。上海一家电机厂采用中速有刷电机带一级行星齿轮减速，通过外齿圈实现外转子轮毂电机的方案，从扭矩、寿命、噪音到可靠性各方面都取得了较好的效果，这就是一个成功的例子。如果体积不增加而电机的功率再大一点，在中等以上坡度路面上使用，是一个较好的产品。近期南京天地推出的中速无刷电机带一级行星磨擦传动减速的方案是又一个实现小型化的例子。如果能很好地解决制造中的工艺问题，使其可行性得到加强，又将是一个很好的产品，在功率需求不大而需要重量轻的场合使用十分理想。即使原来的半轴结构轮毂电机，做好了也不错。
低速电机轮毂是指没有齿轮减速的通轴结构轮毂电机。由于没有齿轮减速，
为了保证达到骑行所需的功率，所应具有的效率，足够的扭矩和合乎标准的转速，低速电机轮毂必须要有高性能磁性材料和设计合理的几何尺寸；必须要有足够的矽钢片叠数、厚度及相应的尺寸；还必须有满足要求的漆包线线径、圈数、匝数，因此低速轮毂电机重量普遍较大。低速电机轮毂生产设备无特殊要求，制作工艺简单，便于大批量生产，因而造价低廉；无齿轮减速，噪音很小，寿命、可靠性都很好。因此它是电动车用轮毂电机中又一个比较理想的传动部件。
低速电机轮毂又分为“低速无刷”和“低速有刷”两种。
低速无刷电机轮毂从技术性能指标看，要优于低速有刷电机轮毂。但是轮毂无刷电机轮毂内部有三个霍尔转子位置传感器，其安装位置的精确性、性能参数的一致性，经过一段时间使用后性能参数的漂移幅度变化等都会对低速无刷电机轮毂的性能产生影响。搞不好甚至会产生缺相而无法正常使用。其次控制系统比较复杂，控制器包含“转子位置译码电路”、“换向信号转换电路”、“功率开关电路”、“控制功能电路”和“保护电路”等五大部分组成，因此一个设计完善的低速无刷电机轮毂控制器相对比较复杂。价格较高，如果我们不片面追求低价位，很好地解决上述轮毂电机的设计、制造等问题，低速无刷电机轮毂完全是使用性能指标优秀的好产品。
低速有刷电机轮毂从性能角度看不如高速有刷、低速无刷，尤其在大扭矩情况下使用时效率和高速、无刷相比较低，因此在同等容量电池条件下，行驶距离略少。但是，如果做好了，它的可行性很好，加上有刷控制器相对简单，已是成熟产品，其总体价格相对便宜。所以，合格的低速有刷轮毂电机只要使用得当，应是理想的选择。如何使用得当呢？既然我们知道低速有刷在大扭矩情况下效率较低，假如我们在平坦路面上使用，譬如在北京使用，骑车人的体重又在75公斤以下，它将是一个价廉物美的好产品。尤其是我们可以充分利用其定子中间有一个空间来安装力矩传感器，使其成为智能轮毂电机，使用电流通常在2.5A-5A 之间，充分利用其高效率区域，这将是另一个方向性产品，它必将在智能型和智能双控型电动自行车方面发挥巨大作用。
对于低速轮毂电机，关键是对制造厂家的选择。我们要挑选那些有技术实力而能把电机技术搞懂、具备设计能力、生产组装设备完善、工艺成熟、检测手段齐全的厂家。
这是必须引起有关整车厂家注意的问题，对轮毂电机的选用要根据使用地点、使用对象、使用条件进行分别考虑。我们都知道一个事实，那就是奥迪、别克、桑塔那、夏利、身托的发动机绝不可能是一种功率，一种性能。为什么电动自行车轮毂电机几乎是一种功率，36V、150W？合适吗？这样做的结果必然导致失去很大一块市场。现在，造型设计已经取得了长足进步，与两年前的单调局面不可同日而语。但对轮毂电机应用则不同，尽管三种电机上演了一出“三国演义”，各执一词，但任何一个生产厂家不能只言自己生产的产品就是最好的。如果是这样这是偏见、误解。关键在于你是否了解各种轮毂电机的性能，根据不同的使用环境，再决定使用选择120W-240W之间的何种功率、何种类型的轮毂电机。只有这样才能物尽其用，各得其所。整车厂家不能对胖子说“不”，不能对高度、坡度不大的丘陵地区说“不”，也不能不允许人家带重量不大的货物。另一方面，也不要浪费，不要让北京等路面质量较好而平坦，使用者体重不大的人去购买大功率、大扭矩轮毂电机的电动自行车。
轮毂式电动汽车驱动系统发展综述（一）
1 轮毂式电动汽车发展现状
轮毂式电动汽车是新兴的一种电动汽车驱动形式。轮毂式电驱动系统有直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮两种基本形式。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速箱、主减速器及差速器等部件，大大简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。因而电动轮成为未来电动汽车的发展方向。
目前国际上对轮毂式电动汽车的研究主要以日本为主。日本庆应义塾大学环境信息学部清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去的十几年中已试制了5种不同形式
的样车。其中，1991年与东京电力公司共同开发的4座电动汽车IZA，采用Ni-Cd 电池为动力源，以4个额定功率为6.8kW、峰值功率达到25kW的外转子式永磁同步轮毂电机驱动，最高速度可达176km/h。1996年，该小组联合日本国家环境研究所研制了采用电动轮驱动系统的后轮驱动电动汽车ECO，该车的电动轮驱动系统选用永磁直流无刷电动机，额定功率为6.8kW，峰值功率为20kW，并匹配行星齿轮减速机，该电动轮采用机械制动与电机再生制动相结合的方式。2001年，该小组又推出了以锂电池为动力源，采用8个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车KAZ。该车安装了8个车轮，大大增加了该车的动力，从而使该车的最高速度可以达到惊人的311km/h。KAZ的电动轮系统中采用高转速的高性能内转子型电动机，其峰值功率可达55kW，提高了KAZ轿车的极限加速能力，使其0～100km/h加速时间达到8s。为了使电动机输出转速符合车轮的实际转速要求，KAZ的电动轮系统匹配行星齿轮减速机构。KAZ前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓式制动器。2003年日本丰田汽车公司在东京车展上推出的燃料电池概念车FINE-N也采用了电动轮驱动技术。美国通用汽车公司2001年试制的全新线控4轮驱动燃料电池概念车Autonomy同样也采用电动轮驱动型式，电动轮驱动系统灵活的控制与布置方式，使得该车能更好地实现线控技术。
国内对电动轮驱动方式的研究也取得了一些进展。同济大学研制的“春晖”系列燃料电池概念车就采用了4个直流无刷轮毂电机独立驱动的电动轮模块。比亚迪于2004年在北京车展上展出的ET概念车也采用了电动汽车这种最新驱动方式：4个轮边电机独立驱动模式。中国科学院北京三环通用电气公司研制的电动轿车用直流无刷轮毂电机，又称电动车轮。单个电动车轮功率为7.5kW，电压264V，双后轮直接驱动。中船总公司724研究所的4轮电动汽车，其电动机性能指标为：额定功率3kW，额定转速3000r/min，额定电压为110V。
2 电动轮汽车结构分析
电动轮式电驱动系统有直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮两种基本形式。这取决于是采用低速外转子还是高速内转子电动机。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。其主要优点就是电机体积小、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，还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。
带轮边减速器电动轮电驱动系统采用高速内转子电动机，能适合现代高性能电动汽车的运行要求。它起源于矿用车的传统电动轮，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4000r/min～20000r/min之间，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，因此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，克服了电机输出转矩和功率受到车轮尺寸影响的问题。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。图1为轮边减速器型电动轮示意图。
3 转向差速控制研究
轮边驱动系统没有传统的减速机构和机械式差速器，因而在转向时需考虑对两个轮边电机的转速和转矩进行重新分配来实现差速控制，从而减少汽车转向时轮胎的磨损和滑移，提高汽车行驶稳定性。
3.1电子差速控制模型分析
在车辆低速转弯时，通常采用图2所示的模型分析车辆的转向差速控制。该模型有如下几个假设条件：（1）车体刚性；（2）车轮纯滚动，即不考虑已发生滑移、滑转和轮胎离开地面的运行状态；（3）轮胎侧向变形与侧向力成正比，即不考虑轮胎材质与结构上的非线性和因垂直载荷不同造成的轮胎侧向弹性系数的变化。
式中：Cin、Cout分别为内、外侧车轮轨迹圆的圆周长，vin、vout分别为内、外侧车轮的旋转线速度（m/s），vc为后轮平均旋转线速度（m/s），△T为对应于轨迹一圈所需要的时间。
3.2改进的电子差速控制方案
改进后的电子差速控制方案在控制车轮转速的基础上以车轮的滑移率为控制目标，以驱动轮的转矩为控制变量，在保证汽车操纵稳定性和平顺性的前提下，当汽车直
线行驶时，平均分配两驱动轮的转速和转矩；在汽车转向时，对两侧车轮输入不同的转速和转矩，使两驱动轮的滑移率最低，确保行驶安全性。
高功率密度盘式轮毂电机集成技术 实能高科 一、轮毂技术国内外现状 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。早在1900年，就已经制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。作为比较先进的驱动技术,国外有很多研究所和公司都对轮毂电机进行了专项研究,并已经开始将其应用到实际产品中。位于美国加州的通用汽车高级技术研发中心成功地将自行研制的轮毂电机应用到雪弗兰s210皮卡车中。该电机给车轮增加的重量只有约15kg,却可产生约25kW的功率,产生的扭矩比普通的雪弗兰s210四缸皮卡车高出60%,加速性能也有所提高。 通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图 日本对轮毂电机研究起步早,技术在世界上处于领先。日本庆应义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去10年中,研制的IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。其中后轮驱动电动汽车ECO采用的永磁无刷直流电机,额定功率618kW,峰值功率可达20kW。 本田研发的轮毂电机实物
日本包含丰田在内的各大公司在2003年东京汽车展上纷纷推出自己的轮毂驱动产品,如:普利司通公司的动力阻尼型车轮内装式电机系统、丰田公司的燃料电池概念车FINE2N等等。法国的TM4公司设计的一体化电动轮,采用外转子永磁无刷直流电动机,额定功率为1815kW,额定转矩为950r/min,额定工况下的平均效率可达96.13%,峰值功率可达80kW,峰值扭矩为670N?m,最高转速为1385r/min。 目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。 米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图 轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最
电动汽车用轮毂电机的研究 张继晨 （武汉理工大学汽车工程学院；汽研1202；学号：1049721202240） 摘要：轮毂电机驱动系统是电动车辆的先进驱动方式，高品质的轮毂电机及其驱动控制系统是国内外电气工程领域的重要研究方向。本文阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究现状，在分析了轮毂电机驱动特点基础上，介绍了轮毂电机的结构，探讨轮毂电机驱动系统的控制，特别是转向时的差速控制，并思考轮毂电机发展的关键技术。 关键词：电动汽车；驱动系统；轮毂电机；差速控制 Application of In-Wheel Motors Used for Electric Automobile Zhang Jichen (School of Automobile Engineering, Wuhan University of Technology, Class: 1202, Number: 1049721202240) Abstract:As advanced drives for electric vehicles, it is one of the most important edge research areas to develop the high-performance in-wheel motors both at home and abroad. This article described two different driving methods and their application status at home and abroad. With a presentation of the features of in-wheel motors and drives, introduced the structure of the in-wheel motors, and propose the control of the in-wheel motors system, especially the control of the steering differential while some potential technical solutions for the drives are discussed. Key words: electric automobile; driving system; in-wheel motor; differential control 前言 随着全球资源紧缺与环境污染矛盾的不断凸显，作为具有节能和环保双重效益的电动汽车近几年得到了迅速的发展。目前电动汽车的电机、电池性能已经能基本上满足车辆性能的要求，在新结构、新控制、新技术等方面展示出了巨大的发展潜力。在各种形式驱动的电动汽车中，轮毂电机将是电动汽车的最终驱动形式。轮毂电机的快速响应特性可提高电动汽车的动态控制能力，使汽车在驱动、制动、转向等多种工况下均具有较好的表现。轮毂电机不但可以进行防抱死控制、牵引力控制、转矩矢量控制，还可以进行主动平顺性控制，因此轮毂电机可以替代传统汽车底盘中绝大部分执行机构。目前，对轮毂电机来说，最重要的技术是将电动机、传动系统、制动系统和悬架系统共同嵌入到车轮中，而体积过大时轮毂电机电动汽车普及的一个障碍。 1. 轮毂式电动汽车发展现状 轮毂式电动汽车是一种新兴的驱动式电动汽车，有两种基本形式，即直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。电动轮将成为未来电动汽车的发展方向。 1.1 国外研究现状 目前国际上对轮毂电机电动汽车的研究主要以日本为主。日本很早就开始了对轮毂电机研究和开发，取得了一系列的研究成果，其技术在世界各国电动汽车研究领域处于领先位置。日本庆应义塾大学的电动汽车研究小组先后研制了IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。2001年该小组研制了超级电动轿车“KAZ”，该车采用8个55kW的永磁同步电机驱动，最高车速达到了311km/h，0~100km/h的加速时间是8s，电动车轮匹配了一套行星齿轮减速机构。2004年，该小组再次推出电动轿车Eliica，该车采用8个直驱式轮毂电机直接驱动车辆，最高车速在良好工况下达到400km/h，0~60km/h加速时间为4s，大大提高了轮毂电动汽车的性能。 美国通用汽车公司也致力于轮毂电机电动汽车的研究，它对未来电动汽车发展提出了名为“Autonomy”的概念，其思想是将电动轮驱动与线控操作技术相结合。大大提高了汽车的操纵稳定性和智能化。轮毂电机驱动技术的采用使底盘空间增大，使汽车的布置结构更加灵活，且汽车的转向、制动和动力控制等系统都能通过线控操纵来实现，
电动汽车直接驱动车轮的原因 电力驱动是未来汽车的发展方向，但以特斯拉为代表的纯电动汽车也仅仅是将引擎替换为电机，依然使用齿轮变速箱进行动力传递。为何不采用四个电机直接驱动四个车轮呢？再结合计算机控制技术对每个车轮的精准控制，这样岂不比四驱、双离合等技术强太多？ 我们知道对传统汽车而言离合器、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，如果采用电机直接驱动轮毂，那就可以大大减少整个传动、制动等系统部件，使车辆结构更加简单，同时也提供了整车的传动效率。针对这一设想其实早在20世纪70年代就有汽车厂商提出轮毂电机技术，只是当时整个汽车领域主要还是以内燃机驱动，并且因为内燃机体积的缘故很难集成到轮毂中，所以也限制了轮毂电机技术的发展。那么什么是轮毂电机技术？ 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。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，都可以比较轻松地实现，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。 随着新能源汽车的发展，不少汽车都是采用电驱动的方式，因此轮毂电机驱动技术也就派上大用场，不仅可以使用轮毂电机作为主要驱动力，而且可以用于提供起步、急加速的助力以及刹车时的制动力，并且在新能源汽车领域的能量回收技术也可以轻松实现，在控制方面可以通过针对每个轮毂电机单独控制，轻松实现四驱，并且可以对四轮进行差速控制实现不同的抓地力分配，提高电动汽车效率。
轮毂电机驱动车辆悬架系统设计及优化 引言 本文介绍了轮毅电机式驱动车辆的发展历史和发展现状，针对高校自主开发的电动汽车实体平台的特点，以及传统悬架的自身优势，选取麦弗逊悬架作为匹配对象，进行虚拟样机模型的建立，并进行仿真分析及优化，进而在此基础之上完成整车模型的创建，进行整车操纵稳定性和平顺性的试验仿真，得到试验结果并进行评价。本文结介国外的最新的科技，全而的介绍了电动轮悬架系统与电动轮本身高度结介的主动轮技术，这是未来悬架的发展方向。 在本文中，首先，根据悬架各部件之间的相对位置，在ADAMS \ Ca:中建立麦弗逊前悬架的虚拟样机模型，并对其进行了双轮同向激振仿真运动学仿真，分析得到悬架参数的变化规律;其次，利用ADAMS \ Insight模块对原始悬架模型进行结构优化，根据仿真结果确定悬架系统更为介理的结构;再次，根据实车参数建立整车虚拟样机模型，并进行进行转向盘转角阶跃输入试验、转向盘转角脉冲输入试验、稳态回转试验和蛇行试验四项车辆操纵稳定性试验仿真，以及汽车三角凸块脉冲输入平顺性试验仿真;最后对仿真结果进行评价。 关键词:轮毅电机式电动轮；麦弗逊悬架；优化；操纵稳定性；凡顺性 一、论文背景和意义 1.1.1论文背景 近年来，随着科技的不断发展和人民生活水平的提高，汽车在作为传统的代步工具越来越多的融入人们生活的同时，也从一个侧面反映了国家的工业水平和科技水平，成为衡量一个国家的发达程度的重要标志。 在当今经济危机愈演愈烈，世界经济陷入低谷难以自拔的时刻，汽车工业因其自身与上下游诸多工业联系广泛的特点，在成为首当其冲的对象之后，有责任和能力带领其它实体工业走出困境。而在世界能源危机愈演愈烈，全球生态环境日益恶化以及汽车保有量不断增加的背景之下，如何能够使整个逆势反弹、转危为安，技术创新是必不可少的动力之一。在此背景之下，世界各国及各大汽车公司将新能源汽车作为技术研发的重点，而其中具有不依赖传统燃料、高效率、低污染等特点的电动汽车成为了各大厂商技术攻关的重中之重。当前电动汽车的驱动方案主要有两种:差速半轴方案和电动轮方案。其中电动轮方案以其高度集成化、轻质量、高效率的优势，成为了作为未来最具市场潜力和竞争力的结构方案。 1. 1.2研究意义
电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势 褚文强, 辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉 430074) 摘 要:介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势,比较了各种电动汽车用电机的基本性能。阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究与应用现状。无位置传感器控制技术、转矩脉动的抑制、弱磁扩速、电机本体的设计及永磁材料等将是今后轮毂电机的研究热点。 关键词:电动汽车;驱动系统;轮毂电机 中图分类号:T M384∶U469.72 文献标识码:A 文章编号:167326540(2007)0420001205 Appli ca ti on St a tus and D evelop i n g Tend of I n2W heel M otors Used for Electr i c Auto m ob ile CHU W en2qiang, G U Cheng2lin (College of Electrical and Electr onic Engineering,Huazhong University of Science and Technol ogy,W uhan430074,China) Abstract:The advantages of in2wheel mot or compared with the driving syste m of traditi onal mot ors are de2 scribed.Then t w o different driving methods and their app licati on status at home and abr oad are intr oduced.The qual2 itative analysis of several kinds of typ ical driving mot or is made next.Their perf or mances are compared and their ad2 vantages/disadvantages are als o point out.Finally the devel op ing trend of wheeled mot or technol ogy is p resented. Key words:electr i c auto m ob ile;dr i v i n g syste m;i n2wheel m otor 0 概 述 早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。近年来,随着电动汽车的兴起,轮毂电机重新引起了重视。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活,可以使电动汽车成为两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。与内燃机汽车和单电机集中驱动电动汽车相比,使用轮毂电机驱动系统的汽车具有以下几方面优势: (1)动力控制由硬连接改为软连接型式。通过电子线控技术,实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮间的差速要求,从而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,使驱动系统和整车结构简洁,有效可利用空间大,传动效率提高。 (2)各电动轮的驱动力直接独立可控,使其动力学控制更为灵活、方便;能合理控制各电动轮的驱动力,从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。 (3)容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。 (4)底架结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。 (5)若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4W S),实现车辆转向行驶高性能化,可有效减小转向半径,甚至实现零转向半径,大大增加了转向灵便性。 1 驱动系统 1.1 驱动方式 轮毂电机的驱动方式可以分为减速驱动和直接驱动两大类[1]。 在减速驱动方式下(见图1),电机一般在高 — 1 —
1 轮毂电机系统的概念与应用领域 轮毂电机系统是本文提出的概念。通常，人们称其为轮毂电机，也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动轮，英文名称以“in-wheel motor”居多，也有称“wheel motor”和“wheel direct drive motors”的。实际上，以上称谓严格来说都是不准确的。“轮毂电机、轮式电机和车轮电机”都侧重于电机，而“电动轮”侧重于车轮。若从系统观点出发，我们所指确切应为驱动电机和车轮紧密集成而形成的一体化的多功能系统，即为“integrated motor and wheel system”。为了方便起见，本文对已经被工程界广泛应用的“轮毂电机”和“in-wheel motor”稍作修改，以“轮毂电机系统”和“in-wheel motor system”作为中英文称谓。 轮毂电机系统在各种交通工具中都有应用。不同的应用场合对轮毂电机的结构型式和技术性能等都提出了不同的要求，相应的产生了各种轮毂电机系统及其特色技术。本文的主要研究对象是汽车用轮毂电机系统。 2 轮毂电机系统的发展历史 轮毂电机系统的诞生可以一直追溯到电动汽车诞生的初期，而轮毂电机在电动汽车上的广泛应用主要集中在近几年的概念车上。 最早见诸于文献的有关轮毂电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创始人保时捷（F. Porsche）。1900年，保时捷研制了两个前轮装备轮毂电机的前轮驱动双座电动汽车，并在电动汽车比赛中取得了最好的成绩。图2所示为保时捷研制的轮毂电机驱动电动汽车。值得引起注意的是，保时捷在1902年就研制出了采用发动机和轮毂电机的混合动力汽车，取得山地汽车拉力赛的好成绩。1910年，保时捷研制了军用陆地列车，最前面的机车装备发动机和发电机，后面的10辆列车利用轮毂电机驱动（图3）。可以说，保时捷是基于轮毂电机的电动汽车和混合动力汽车之父。 20世纪50年代，美国人罗伯特发明了电动汽车轮毂，并申请了专利。1968年这种轮毂被通用电器公司应用在大型矿用自卸车上。采用轮毂电机的电动汽车具有一个明显的优点，就是可以采用采用扁平的车架结构，因此在需要频繁上下车的城市公共交通客车上大量应用。图所示为许多汽车公司研制的低车架和低地板公交车上应用的轮毂电机结构。 轮毂电机系统驱动作为电动汽车的一种重要驱动形式，得到了各大汽车厂商和组织的重视。自90年代起，日本就推出了一系列轮毂电机系统驱动的电动汽车，如TEPCO的IZA，NIES的Eco，Luciole等等，最近又有三菱的Colt、Lancer Evolut MIEV，本田的FCX concept等新车型。通用自2002年开始推出的概念车AUTOnomy(自主魔力)、Squel采用的都是轮毂电机系统驱动。与此同时，各大厂商加大了对轮毂电机系统的研发力度，高性能的新型轮毂电机系统不断涌现，轮毂电机的门
新能源汽车轮毂电机直驱技术发展趋势 随着国内石油能源紧张以及环境污染的日益加剧，采用新能源汽车替代传统燃油车成为今后国内汽车行业主要的发展方向。随着政府政策的大力支持和各大主机厂的广泛宣传，近些年新能源汽车特别是纯电动汽车和插电式混合动力汽车受到了大量消费者的青睐。同时，分布式驱动系统作为区别于中央驱动的另外一种驱动方式，也受到了广泛关注。 其实早在1900年，费迪南德保时捷就把轮毂电机技术应用到了汽车制造上，首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车。但是受制于当时的电池寿命等原因，该技术并未得到广泛应用。直到20世纪70年代，轮毂电机技术逐步在矿山运输车等专业领域得到应用。目前市面上生产销售的电动自行车，多采用轮毂电机直驱方案，但该电机功率小、扭矩低，并不能满足乘用车的动力要求。 图1:早期装载轮毂电机的汽车 随着电机技术的不断发展，国外已有几家企业，如Protean、Elaphe 和e-Traction等设计了适用于乘用车和商用车的轮毂电机产品。但笔者认为乘用车应用门槛高、产品验证周期长，对系统的安全性、可靠性和耐久性等要求高，同时采用轮毂电机直驱系统对现有底盘平台的
颠覆太大，短期内轮毂电机并不会在乘用车上首先实现批量生产。但其高效的驱动形式、紧凑的结构设计和灵活的控制方式，在商用车、专用车和无人驾驶等领域应该会先于乘用车得到广泛的应用。本文主要针对商用车、专用车和无人驾驶平台，阐述和分析采用轮毂电机直驱系统的优势和目前还需克服的技术难题，也希望和大家共同探讨分布式驱动系统的应用前景。 一.商用车和物流车领域 现代物流业作为国民经济的基础产业，也间接推动了物流车行业的发展。物流配送主要可分为城际物流和同城物流:由于受到续航里程和充电时间的限制，目前用于城际配送的物流车基本采用传统的柴油车，今后可以重点发展串联式混合动力或者燃料电池物流车来解决里程焦虑和充电问题，不论哪种形式均可采用轮毂电机后驱方案;但对同城物流来说，国内很多大城市都限制燃油物流车进入市区，故同城物流配送采用纯电动物流车替换如依维柯、全顺、海狮等车型将成主要趋势。 目前市面上大部分的纯电动物流车都是在传统柴油车的基础上改装而来，采用中央电机替换柴油发动机，整车质量重、底盘离地间隙高、载重量和装载空间有限、能耗高，不能满足物流行业对于车辆大装载空间、高载重比和长续航的需求。如采用分布式驱动系统，可
轮毂电机自动离合器科技成果鉴定 材料 禹城市乾力电动乘用车有限公司 年月
目录 一、车用轮毂电机自动离合器鉴定大纲----------------------------1 二、车用轮毂电机自动离合器工作总结报告------------------------1 三、车用轮毂电机自动离合器技术研究报告------------------------1 四、车用轮毂电机自动离合器效益分析报告------------------------1 五、车用轮毂电机自动离合器用户意见----------------------------1 六、车用轮毂电机自动离合器实验数据------------------------------1 七、车用轮毂电机自动离合器发明专利证书-----------------------1 八、车用轮毂电机自动离合器说明书及相关图纸----------------1 九、车用轮毂电机自动离合器查新报告----------------------------1
鉴定大纲 一、项目名称 车用轮毂电机自动离合器 二、任务来源 自选项目 三、鉴定依据 实验报告、企业报告、查新报告等 四、鉴定形式 会议鉴定 五、鉴定内容 1、审查所提供技术文件的正确性、科学性、可行性 2、审查该技术的各项指标是否达标，并与国内外同类技术相 比较对该技术的研究水平给与评价； 3、对该技术的经济效益和社会效益给予评价； 4、提出建议和改进意见。 六、鉴定程序 1、鉴定部门成立鉴定委员会，成立资料审查组、产品技术检 测组和意见起草组。 2、项目单位组工作总结、技术报告、效益分析 3、专家提问项目单位答疑
未来电驱动主力轮毂电机驱动技术解析 2011年06月05日01:55 来源：Che168类型：转载编辑：胡正暘 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，它和传统的动力系统有何区别呢？它有哪些优点和缺点呢？下面就来看看轮毂电机技术到底有哪些独到之处。 采用轮毂电机技术的福特F-150将此前的所有传动部件通通舍弃不用 注：轮毂严格意义上讲仅指与传动轴连接的法兰、轴承座等部分，不过轮毂这一名词对于普通用户目前更多指的是轮圈，下文中涉及的轮毂一词将涵盖狭义的轮毂和轮圈两部分。 ● 轮毂电机技术简介 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。轮毂电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。
米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图 本田研发的轮毂电机实物
上海车展上的瑞麒X1-EV 通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图 轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min，无减速装置，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，为获得较高的功率密度，电机的转速可高达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比低速外转子式更具竞争力。 ● 轮毂电机的优缺点 优点1：省略大量传动部件，让车辆结构更简单
高功率密度盘式轮毂电机集成技术 一、轮毂技术国内外现状 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。早在1900年，就已经制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。作为比较先进的驱动技术,国外有很多研究所和公司都对轮毂电机进行了专项研究,并已经开始将其应用到实际产品中。位于美国加州的通用汽车高级技术研发中心成功地将自行研制的轮毂电机应用到雪弗兰s210皮卡车中。该电机给车轮增加的重量只有约15kg,却可产生约25kW的功率,产生的扭矩比普通的雪弗兰s210四缸皮卡车高出60%,加速性能也有所提高。 通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图 日本对轮毂电机研究起步早,技术在世界上处于领先。日本庆应义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去10年中,研制的IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。其中后轮驱动电动汽车ECO采用的永磁无刷直流电机,额定功率618kW,峰值功率可达20kW。 本田研发的轮毂电机实物 日本包含丰田在内的各大公司在2003年东京汽车展上纷纷推出自己的轮毂驱动产品,如:普利司通公司的动力阻尼型车轮内装式电机系统、丰田公司的燃料电池概念车FINE2N等等。法国的TM4公司设计的一体化电动轮,采用外转子永磁无刷直流电动机,额定功率为1815kW,额定转矩为950r/min,额定工况下的平均效率可达96.13%,峰值功率可达80kW,峰值扭矩为670N?m,最高转速为1385r/min。 目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。
1 引言 全世界的汽车保有量和使用量巨大，而且增长迅速。21世纪，人类将面临严峻的能源和环境挑战，研究开发节能、环保和安全的汽车是实现交通可持续发展的必由之路。其中，电动汽车以其在使用过程超低排放/零排放、能源利用多元化和高效化、便于实现智能化控制等方面的技术优势备受重视，呈现加速发展态势。在电动汽车诸多电力驱动系统型式中，采用轮毂电机系统的动力系统结构型式正日益成为发展方向，而轮毂电机系统作为关键总成成为电动汽车领域的研究重点和研究热点。本文在综合大量文献的基础上，针对轮毂电机系统的研究进展进行了综合分析。论文阐述了轮毂电机系统的概念，回顾了轮毂电机及其在电动汽车上研究和应用历史，对比分析轮毂电机的结构型式、电机应用类型以及性能特点，在剖析轮毂电机驱动系统结构型式对整车性能的积极和消极影响的基础上总结出轮毂电机系统的设计开发的关键技术问题。 2 轮毂电机系统的概念与应用领域 轮毂电机系统是本文提出的概念。通常，人们称其为轮毂电机，也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动轮，英文名称以“in-wheel motor”居多，也有称“wheel motor”和“wheel direct drive motors”的。实际上，以上称谓严格来说都是不准确的。“轮毂电机、轮式电机和车轮电机”都侧重于电机，而“电动轮”侧重于车轮。若从系统观点出发，我们所指确切应为驱动电机和车轮紧密集成而形成的一体化的多功能系统，即为“integrated motor and wheel system”。为了方便起见，本文对已经被工程界广泛应用的“轮毂电机”和“in-wheel motor”稍作修改，以“轮毂电机系统”和“in-wheel motor system”作为中英文称谓。
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1 前言 随着能源短缺和环境污染形势日渐恶化，新能源汽车已成为世界各国的重点研发领域。 电动车作为最主要的新能源汽车类型，电驱动技术是其核心技术之一。 随着电池、电机等电动车相关技术的日渐成熟，产品级电动车已经实现量产化，轮毂电机以其突出优势，得到国内外整车及零部件厂商持续的关注和研发投入。 本文对轮毂电机进行概述，说明其技术优势和难点，对当前主流轮毂电机产品及其驱动的电动车进行综述，总结由轮毂电机引发的技术发展趋势。
轮毂电机将2个或多个电机集成于轮毂内部，驱动形式可分为减速驱动和直接驱动。 减速驱动型轮毂电机多采用内转子结构实现减速驱动，由于电机转速高，需要配置减速器降低输出转速并增加转矩，以适应车轮的输出需求。 直接驱动型多采用外转子结构实现直接驱动，无需减速机构，可实现驱动系统轻量化，但装备直接驱动轮毂电机的电动车在起步时，转矩从零开始上升，导致加速性较差。 两种驱动形式的优缺点如表1所示。 直流电机、永磁无刷直流电机、开关磁阻电机、异步电机、永磁同步电机等均可用于研发轮毂电机。 目前先进轮毂电机多采用效率高、功率密度大、可靠性好的永磁同步电机。
表1 不同类型轮毂电机优缺点对比 减速驱动类型的轮毂电机按照减速机构类型，又可分为同轴摆线减速器式轮毂电机、同轴行星齿轮减速器式轮毂电机和偏轴式轮毂电机。
2.2 轮毂电机和轮毂电机电动车优势 轮毂电机作为电动车动力源，本身具有一系列优势，包括：响应速度快、转矩控制精度高、可提供驱动和制动转矩、可独立进行转矩控制、使用寿命长等。 轮毂电机直接安装于驱动轮内，无需设计变速器、万向传动装置、差速器等传统传动部件，将给电动车底盘设计与控制带来巨大变革和优化，包括： （1）系统效率提高,轮毂电机驱动系统比集中式电机驱动效率高出10%以上； （2）转矩响应精度高、响应速度快，可实现分布式驱动轮独立控制； （3）底盘布置自由度高，整车轻量化程度大幅提高；是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车的优选动力源； （4）有利于实现更加优化的分布式驱动、制动控制，更便于自动驾驶上层控制策略的实现。
新能源电动汽车用轮毂电机技术思考 发表时间：2019-01-15T15:39:55.390Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：周厚桥[导读] 摘要：结合实际，对新能源电动汽车用轮毂电机技术进行分析，首先探讨电动汽车驱动方式比较，其次对轮毂电机驱动方式的经济性进行比较，最后总结了新能源电动汽车用轮毂电机技术要点，希望分析后能给相关人员提供参考。 江苏金彭车业有限公司江苏 221000摘要：结合实际，对新能源电动汽车用轮毂电机技术进行分析，首先探讨电动汽车驱动方式比较，其次对轮毂电机驱动方式的经济性进行比较，最后总结了新能源电动汽车用轮毂电机技术要点，希望分析后能给相关人员提供参考。 关键词：新能源；电动汽；车用轮毂；电机技术 0前言 随着社会的高速发展与社会的进步，煤炭、石油、天然气等能源的逐渐应用，其资源产量的逐渐下降，所排放出的废气却非常多，给环境造成了巨大的影响，比如光化学污染、酸雨、臭氧层破坏等问题日益严重，严重的威胁了人们的身体健康。当前的人们对于环境问题的重视程度比较高，在全社会中都逐步的实施产业结构调整，低碳、绿化的生产方式逐渐被提倡，这也符合了节能环保工作的需要，同时也是实现可持续发展的重要举措。 1 电动汽车驱动方式比较 1.1 传统内燃机汽车驱动模式 传统内燃机的驱动形式中，是通过内燃机产生动力进行车辆的驱动，发动机所产生机械动能来驱动车轮运动，其整个机械结构构造比较大、质量较大、噪声非常大、组成部分复杂、维修比较困难、空间较为紧张，最为关键的就是需要使用石油等资源来进行驱动，这是传统汽车驱动方式的主要缺陷。 1.2 新能源电动汽车驱动模式 新能源电动汽车在驱动中主要采用的是集中电机驱动、轮边驱动以及轮毂驱动等基本的形式。集中电机驱动的方式与传统汽车的驱动方式并不存在明显的差异，只是将传统汽车中的发动机转换成为电动机来进行车辆的驱动。这种驱动形式的整体改变较小，技术方面改造也比较容易，所存在的缺陷也比较明显，就是传递效率无法提升，电能消耗量巨大。而当前的动力电池技术却相对比较差，容量也比较小，续航里程比较短，这些限制了整个行业无法实现快速的发展。 轮边电机是当前主要应用的驱动形式，此时可以将电动机直接与减速器连接起来安装在车轮的内部结构中，技术方面比较简单，可以减少缩减传动结构，减少车身重量、提升工作效率。 轮毂电机的主要结构就是将集成动力系统、传动系统以及制动系统全部安装在汽车轮毂结构中，减少了到车轮中传输的动力结构，也就是离合器、变速器等等结构，系统结构实现了更加的简化，可以大大提升传动效率，避免电池过度的消耗，乘用空间也能够大幅提升，所以给未来发展带来了巨大的契机。同时，该电机结构形式可以更好的进行汽车结构布置，还能够更好合理的进行系统控制，只是通过电动机的控制就能够完成启动、加减速等操作，还能够利用计算机进行有效的控制，可以更好的实现汽车性能的提升，整体的操作更加的平顺。但是轮毂电机的运行环境比较恶劣，制动过程中也会产生高温的状况，且雨水的存在也能够导致潮湿、震动等方面，所以对于电机质量要求比较高。 2 轮毂电机驱动方式 轮毂电机的驱动方式主要就分为减速式与直接驱动的方式。减速轮毂电机的主要的组成形式就是内转子形式，可以通过系统结构来实现达到行星齿轮等来进行减速，在轮毂电机在高速旋转的过程中来达到减速增矩的需要，为了可以给汽车提供持续、稳定的动力，其技术优势非常的明显，工作效率也比较高，且结构比较小，不会占用较大的空间，特别是在低速运行的过程中，可以更好的实现转矩的稳定输出。但是机械齿轮在高速运行的过程中，会造成结构部分的大力磨损，就会导致工作效率比较低，故障率比较高，运行的噪声也比较大。 而轮毂电机直接驱动方式主要采用的是外转子结构形式，因为在设计中直接优化了机械结构部分，所以动态响应速度比较大，可以更好的提升工作效率。较之减速式结构形式，直接驱动的轮毂电机结构尺寸比较大，但是其故障发生率比较低，可以在日常运行中实现维护、保养更加便捷，但是机械设计中所存在的缺陷问题，整体设计成本比较高，具体的两种电动机优缺点详见下表1所示。 3 轮毂电机技术特点 轮毂电机因为其具备独特的特性和功能，其主要具备如下的技术特点：恒转矩高转矩低转速、恒功率高转速低转矩，并且具备有可调范围比较大、转矩密度大以及工作效率比较高等优势，可以有效的实现制动与能量回馈。在实践中主要分为如下几种形式： 3.1 直流电机 该电动机是最为基础与简单的轮毂电机的形式，因为长期的应用，所以其技术非常的成熟。直流电机在应用的过程中可以实现更加稳定的动力输出与电机控制，在应用电枢控制与弱磁控制中可以满足汽车稳定运行的需要，可以更好的获取稳定的转矩和较高的转速。但是所有的直流电动机全部存在的缺陷就是电刷实现换向，在应用中会造成极为严重的磨损问题，所以其使用寿命会比较低，维护成本非常高。 3.2 异步电机 异步电机的成本相对来说比较低，且结构构造相对比较简单，还能够满足降噪与延长寿命的需要。但是也存在很多的缺陷和问题，最为严重的就是调速性较差，无法大道轮毂电机对于启动、制动等方面的要求。 3.3 永磁电机
轮毂电机驱动电动车悬架和转向系统设计与性能匹配 轮毂电机电动车是电动汽车的重要分支,除具备普通电动汽车低能耗、低排放的特点外,其采用电机直接驱动车轮的驱动形式,使车内空间的利用和布置更为灵活,四轮独立控制也为其控制策略提供了更多可能。但由于轮毂电机电动车整车质量分布和底盘结构发生改变,其整车动力学特性也受到影响。 为解决这一问题,本文在某A0级内燃机轿车的基础上,开发了一种适用于轮毂电机电动车的专用悬架和转向系统,该系统包括一种双节臂式前悬架系统、扭杆梁式后悬架系统和机械转向系统。基于多体动力学理论和有限元方法,建立了对标车和电动车整车刚柔耦合多体动力学虚拟样机模型并进行了实车试验验证。 在虚拟样机模型的基础上,运用多体动力学和多目标优化理论、稳健性优化方法、遗传算法、代理模型技术等基础理论和方法对电动车整车性能、前后悬架、转向系统参数进行了深入的理论分析与优化匹配。针对安装轮毂电机后车辆横向尺寸放生变化进而影响汽车操纵稳定性的问题,设计了一种面向轮毂电机驱动车辆的新型双节臂前悬架系统,该悬架的特点在于其主销参数由虚拟铰接点确定,可以在较狭窄的横向布置空间内得到理想的主销参数。 初步设计的双节臂悬架有运动干涉问题和转向系传动比变化问题。分析表明,问题产生的根源在于转向过程中悬架主销位置发生了变化,导致车轮发生不规律的运动。 通过灵敏度分析选取对主销参数变数贡献较大的7个设计变量进行优化设计。最终使转向过程中的主销内倾角的变化量由4°减小到0.32°,主销后倾角的变化量由5°左右减小到1.18°,且消除了相关运动干涉。 考察了扭杆梁后悬架的扭杆梁长度对汽车整车性能的影响。通过截短扭杆梁
电动汽车轮毂电机原理及安装 轮毂电机技术又称车轮内装轮毂电机技术，它的最大特点就是将动力、传动系统和制动装置都整合到轮毂内。直白点说，就是给汽车轮子里面装上“发动机”，使单个车轮得以实现独立驱动。这是不是有点脚踏“风火轮”的感觉？ 电动汽车轮毂电机的安装图： 电动汽车轮毂电机原理： 电动汽车轮毂电机总成及控制系统属于汽车零部件，是电动汽车零部件的关键核心部件，该系统的特点是：将电机系统、刹车系统、悬挂系统于一身的独特设计，有永磁无刷同步电动汽车轮毂电机和开关磁阻轮毂电机，可采用PWM控制和交流变频控制，洛阳合能电气这种完善的产品设计，具有效率高、重量轻、寿命长、噪音低、匹配强、结构简单，组装容易、功能齐全、独立悬挂、安全可靠的特点。其中： ①、集成化轮毂总成：将轮毂电机的电机系统，变速系统，刹车总成、悬架
总成融为一体，结构紧凑简单牢固，便于整体车辆的设计和便于任何车辆的改装设计及油电混合动力汽车的设计。 ②、变频双动力驱动：轮毂电机在车辆起步时用变频方法促使电机有较大输出转矩，以满足车辆的起步要求，正常运行时减少电流输出以节省电力。 ③、电子差速控制：在控制车轮转速的基础上，以车轮的滑移率为控制目标，以驱动轮的转矩而控制变量。在保证汽车操纵较高性和平顺性前提下，当汽车直线行驶时，平均分配两驱动轮的转速和转矩，在汽车转向时利用敏感电路输入不同的转速和转矩。使两驱动轮的滑移率最低，实施电子差速确保行驶安全性。 而且，不用车桥、变速箱等机械部件而直接悬挂在车身上安装轮胎，传动消耗等于零，转动效率百分之百。与传统的电机传动轴-变速箱-差速器-车桥等电动汽车机械传动系统有质的变化，因而整体结构，驱动性能，综合效率，续驶里程优于任何形式的驱动结构，可配置成两轮驱动和四轮驱动，是电动汽车驱动系统的首选，而且可与任何型号的汽车相匹配，组成电油混合动力汽车，轮毂电机驱动是未来电动汽车驱动形式的发展方向。
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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。 轮毂电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首先制造 出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技 术在矿山运输车等领域得到应用。 而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。 目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年 上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。 本文通过简单易懂的图解方式来进一步阐述轮毂电机技术。
轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。 其中外转子式采用低速外转子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min，无减速装置，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，为获得较高的功率密度，电机的转速可高达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比低速外转子式更具竞争力。
有刷电机和无刷电机，由于效率太低，车用有刷电机被逐步淘汰。 有传感器和无传感器，有的电动自行车必须踩一下才能行驶，因为里面没有传感器。 它直接测量电机反电动势而知道转子的位置，进行换相。 启动前想知道转子和定子的相对位置必须使用传感器。 有齿轮和无齿轮，为了防止磁钢退磁而减小启动电流的电机必须使用减速齿轮来提高启动效率。 磁钢材料改进后，就不一定要齿轮。 有离合机构和无离合机构，使用轮毂电机的电动自行车无电骑行会有电磁阻力，使用离合机构可减小电磁阻力。 也可以使用离合机构来调节齿轮转速比。 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手动啮合。 高速和低速磁力手动齿轮离合高速无刷轮毂电机重量轻，低速无刷轮毂电机结构简单噪音低功率大。 其他电动汽车轮毂驱动电机等。