轮毂电机的概念及驱动形式

1、轮毂电机的驱动技术要求

考虑到电动汽车运行工况的复杂性，并结合轮毂电机驱动方式的特点，对轮毂电机的技术要求主要包括：

(1)由于汽车自重和轮毂空间有限，要求轮毂电机具有较高的转矩密度；

(2)为满足汽车的快速起动、加速、爬坡和频繁起停等要求，轮毂电机应具有非常宽的调速范围和较强的抗过载能力，且在较宽的转速、转矩工作区域内能保持较高的效率；

(3)轮毂电机应能承受高温、低温、剧烈振动和多变天气的影响，在各种恶劣环境下能够正常工作；

(4)在多种复杂行驶工况下，轮毂电机应具有较强的抗干扰能力和较高的控制精度。

2、轮毂电机的结构型式

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，电机的高转速在1000-1500r/min，无减速装置，车轮的转速与电机相同。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15000r/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。内转子轮毂电机转矩小、转速高，需配备减速器方可驱动车轮。

（1）外转子轮毂电机

外转子轮毂电机可以用在商用车上，也可以用在乘用车上。外转子电机由于转速低、转矩大，通常都不需要减速机构，电机的外转子直接与轮毂机械连接。外转子轮毂电机的优缺点如下：

优点：取消机械减速机构，结构更加紧凑，减少传动链条，降低故障率，传递效率更高；能在较宽的速度范围内控制扭矩，并且响应速度快。

缺点：在起步、顶风、加速或爬坡等需要承载大扭矩的情况时，电机需要大电流，容易损坏电池和永磁体，电机效率峰值区域小，负载电流超过一定值后效率下降很快；电机的体积和质量均偏大，成本高。

外转子轮毂电机虽然节省了半轴和减速机构等部分，但是巨大的体量是其无法规避的弱项，尤其在没有减速器的情况下，要获得足够大的扭矩，就须把转速降下来，就是低速大扭矩。在恒定扭矩下，功率和转速成正比，转速上不去，功率密度就无法提高，进而导致体积较大，重量偏大。

（2）内转子轮毂电机

内转子轮毂电机的高转速为15000r/min。为了满足车轮实际转速的要求，需要与减速装置配合使用，来达到减速增扭的目的。内转子轮毂电机对电机要求不高，但是由于引入了减速机构，使轮毂电机结构变得复杂，并增加了汽车非簧载质量。内转子轮毂电机的优缺点如下：

优点：电机运行在高转速下,具有较高的比功率和效率，重量轻，体积小、成本低,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。

缺点：采用减速机构效率低，非簧载质量大，电机高转速受到线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承载能力等因素的限制；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。

由于内转子轮毂电机需要集成减速器，对于乘用车前轮来说，狭小的空间内需要布置电机、减速器、制动器、转向系统等等，故内转子轮毂电机较少见于乘用车应用。

3、轮毂电机的驱动形式

（1）减速驱动

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:电机运行在高转速下,具有较高的比功率和效率，重量轻，体积小、成本低,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。缺点是:采用减速机构效率低，非簧载质量大，电机高转速受到线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承载能力等因素的限制；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等场合。

（2）直接驱动

电机多采用外转子结构形式，电机的外转子直接与轮毂机械连接，电机转速较低，一般在1500rpm左右，省去了减速机构，驱动系统重量轻。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。直接驱动的优点是：由于没有减速机构，使得整个驱动轮的结构更加紧凑，轴向尺寸也较前一种驱动形式小，传递效率更高。其缺点是：在起步、顶风或爬坡等需要承载大扭矩的情况时需要大电流，很容易损坏电池和永磁体，电机效率峰值区域小，负载电流超过一定值后效率下降很快。此方式适用于平路或负载较轻的场合。