电动汽车轮毂电机,电动汽车为何不用电机直接驱动车轮?

电机直接驱动车轮的装置叫做轮毂电机电动汽车轮毂电机,早在100多年前保时捷就曾经应用过。当时是内燃机发电来驱动轮毂电机,不过后来因为成本高,能效低,维护麻烦等原因放弃了轮毂电机,转而采用内燃机+变速器来驱动车辆。

电动汽车轮毂电机,电动汽车为何不用电机直接驱动车轮?

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轮毂电机有很多优点,车辆采用轮毂电机可以省去,离合器组件,变速器,差速器,后桥,传动轴等传动部件。最典型的就是电摩和普通摩托车。电摩就靠电机直接驱动车轮,不仅省去了内燃机,也没有了变速箱,由链条减速传动车轮变成电机直接驱动车轮。轮毂电机省去一些传动部件的同时也节省了大量空间,减轻了车辆自重,而传动效率也高了不少!而且四个车轮是独立控制的,通过电控可以很容易的实现轮间差速功能,而不需要机械差速器。但是轮毂电机优点这么多为什么没有大批量在电动汽车上应用呢?

首先是轮毂电机质自身量大(重),上图可以看到,轮毂电机要比普通汽车轮毂多了很多东西,其中电机质量是最大的。成品轮毂电机质量在30kg以上,过重的车轮对系统悬挂系统要求更高。传统汽车厂商的工程师绞尽脑汁的采用轻体材料把簧下质量降下来,据研究簧下质量减少1公斤相当于减轻15公斤簧上质量。簧下质量和汽车加速性,操控性,稳定有很大的关系,所以工程师都在想办法降低簧下质量,而采用电动车轮毂电机簧下质量一下子一下子增重好几十公斤,正和工程师的意图相反。但是家用车辆日常代步使用,操控性要求可以降低一些,毕竟我们不去赛车。

寿命问题。永磁材料在高温下可能退磁,退磁后电机性能必然下降。而行车中刹车片温度可达到200度以上,如何完美解决散热是一个问题。另外成本也会比较高,成熟稳定的电控技术也需要一定时间来积淀。而把电机,控制器,冷却系统等都继承在狭小的空间内,而车轮平时工作在恶劣的环境下,对轮毂电机的密闭性,散热,抗腐蚀,散热,稳定性要求都很高。这些看似简单的技术想要成熟应用也是一个不简单的技术,目前比亚迪k9(电动大巴)已经采用轮毂电机,而一汽也开发出乘用轮毂电机底盘,相信不久的将来轮毂电机会大放异彩!

轮毂电机,就是指将集成了减速器的电机总成直接装配在轮毂里。光看轮毂电机的定义,大家可能觉得会有点陌生甚至神秘。其实轮毂电机并不算什么新技术,从诞生到现在都有一百多年的历史了,而且现在也还在被广泛应用。只不过并不是应用在汽车上,而是我们大家最习以为常的电动自行车上。

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注意看上图电动自行车的后轮,用的就是一体式密封的轮毂电机驱动的。现在市场上绝大部分电动自行车都是采用的这种后轮轮毂电机驱动。为什么轮毂电机在电动自行车上应用这么广,在汽车上应用却很少呢。原因就是因为电动自行车是两轮的,而汽车是四轮的。(别笑,我说的是认真的)

电动汽车轮毂电机,电动汽车为何不用电机直接驱动车轮?

因为电动自行车采用的一前一后两轮布局,不存在像汽车一样并排的两个轮子之间会存在速差。而且电动自行车的减震悬挂是放在轮毂外面的,就像上面后轮边上的那个减震液压弹簧,并不会存在空间限制。因此,电动自行车可以将轮毂电机整个包裹密封起来。这样就能有很好的防尘防水效果,提高了轮毂电机的使用寿命。轮毂电机的应用大大减少了电动自行车的车身结构,轻便小巧,减少自重还能增加续航里程,这些优点都使电动自行车呈现爆发式增长,拥有庞大的市场。

电动汽车轮毂电机,电动汽车为何不用电机直接驱动车轮?

但是汽车并没有电动自行车这些优点。汽车采用的是前2后2两轮并排的布局。这样的结构在直行时并没有什么影响,但是在转弯的时候,左右对称的两个车轮速度就会有差别,而要解决速差,又要增加一套差速设备,这样就增大了轮毂电机的体积和重力,使得轮毂电机的小巧优势减少。

电动汽车轮毂电机,电动汽车为何不用电机直接驱动车轮?

同时,汽车轮毂里面还要放置悬挂系统,所剩的空间并不宽裕,如果还要再放置轮毂电机的话,只会增加悬挂的重量,这对车辆操控性来说几乎就是灾难性的影响。要知道现在很多汽车采用铝合金铸造件来制作悬挂配件代替钢材,为的只是减少那么几公斤的悬挂系统重量,以提高悬挂响应速度。但是要加入轮毂电机的话,以现在的技术,轮毂电机并不能做到理想的重量,这对汽车悬挂的影响也是不得不面对的一个难题。

而且,因为有汽车悬挂系统的存在,在前轮还有转向系统,这样汽车轮毂就没有办法像电动自行车轮毂电机一样做成一体式密封的,这样电机的防尘防水效果也要大打折扣,影响了电机的寿命。

同时因为汽车速度比电动自行车快很多,需要更大功率的电机来驱动。在轮毂里相对狭小的空间里,电机的散热也是一个很大的问题。散热不良,也会严重影响轮毂电机的使用寿命。

综合上述理由,轮毂电机在汽车领域应用并不是很多。有限的使用领域也是在电动公交车上,因为公交车体型庞大,布置轮毂电机相对来说要从容很多。但是随着国家对新能源汽车的重视和轮毂电机技术的发展,相信在以后轮毂电机一定会大量运用到小型乘用车上。

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2022-06-10

2022-06-10