新能源電動汽車使用輪轂電機關鍵技術淺析

楊軍、徐芙蓉、沈陳越、洪金濤

（南京依維柯汽車有限公司 211806)

0 引言

煤炭、石油、天然氣等化石能源在不斷的消耗殆盡，而排放出來的廢氣又會造成嚴重的環境污染，如光化學煙霧、酸雨、臭氧破壞等問題都在威脅人類的生存。目前我國也開始越來越重視環境問題，正在進行產業結構調整，大力提倡綠色生產、低碳生活，印證了新時代節能減排的主題[1]。

1 電動汽車驅動方式比較

1.1 傳統內燃機汽車驅動模式

在比較電動汽車驅動方式之前，應該清楚傳統內燃機汽車的驅動方式。傳統內燃機汽車通過機械傳動，將發動機產生的驅動力經由傳動系統傳遞至車輪。整個機械系統構造龐大、質量笨重、機械傳遞噪聲大、結構復雜、不方便維修、空間利用率低、依賴化石能源并產生污染排放，這些都是傳動驅動模式的劣勢和缺點。

1.2 新能源電動汽車驅動模式

新能源電動汽車的驅動方式主要可以分為集中電機驅動、輪邊電機驅動和輪轂電機驅動三種模式。集中電機驅動方式與傳統內燃機驅動并沒有本質上的差異，僅僅是將汽車的發動機替換為電動機，提供汽車的驅動力。這一驅動方式整體改動不大，技術簡單易行。但是其缺點非常明顯，無法改進傳遞系統的傳遞效率，電能消耗很高。而如今的動力電池技術仍不夠成熟，容量相對較小，使得續航里程短，巨大的缺陷注定集中電機驅動無法長遠發展。

輪邊電機驅動是如今使用最為廣泛的驅動方式，通過將電動機連接減速器安裝在車輪內側，技術簡單易行。同時省去了傳動系統等，減少了車身質量，提高傳遞效率。

輪轂電機是通過集成動力裝置、傳動裝置和制動裝置于汽車輪轂中，減少了電動機到車輪的中間機械機構，包括離合器、變速器、傳動軸與差速器等，簡化了系統構成，提高了傳動效率，降低動力電池消耗，增加了乘用空間，這些優勢使得輪轂電機的發展成為必然。同時輪轂電機布置靈活，控制簡單，僅僅對電動機進行控制就能實現汽車的起停、加減速等功能，并通過應用計算機輔助控制，大大提升汽車的操控性、通過性和平順性等。但輪轂電機的運行環境極為惡劣，制動造成的高溫、雨水造成的潮濕、震動和沖擊等，都對輪轂電機的質量提出了苛刻的要求。

2 輪轂電機驅動方式

輪轂電機的驅動方式主要分為減速式和直接驅動式。減速式輪轂電機采用內轉子結構，連接行星齒輪或磁齒輪2種減速機構，在輪轂電機高速旋轉時實施減速增矩，為汽車提供強勁而平穩的動力輸出。其優勢明顯，運行效率較高，占用空間小，尤其在低速時，輸出轉矩穩定。但是機械齒輪在高速旋轉下極易磨損，所以導致其壽命短、故障率高、散熱差以及噪聲大等缺點。

而輪轂電機的直接驅動方式則采用外轉子結構，由于省去了機械機構部分，使得其動態響應迅速，同時效率進一步提升。與減速式不同，直接驅動式的輪轂電機機械結構較大，但是故障率很低，易于維護和保養。但機械結構大就造成體積和質量的缺陷，而且整體設計和制造成本較高。其兩者的優缺點如表1所示。

表1 輪轂電機的驅動方式比較

3 輪轂電機技術特點

輪轂電機由于其獨特的存在位置和特殊的功能性，需要滿足以下幾個特點：恒轉矩區高轉矩低轉速、恒功率區高轉速低轉矩、調速范圍寬、轉矩密度高、起動扭矩大、電機質量小和工作效率高，能夠實現強制制動和能量回饋。其主要分為以下幾種。

3.1 直流電機

直流電機作為最基礎和最簡單的輪轂電機，技術已相當成熟。直流電機已經能夠實現非常穩定和精確的電機控制，通過電樞控制和弱磁控制能基本達到汽車運行的要求，得到非常平穩的轉矩和很高的轉速。但是所有的直流電機都存在一個致命的弱點，即電刷實現換向，對電刷的磨損尤為嚴重，這就縮短了電機的使用壽命，而且還會存在換向火花，這是提高電機轉速最大的限制因素。

3.2 異步電機

異步電機相對于直流電機成本更低、結構簡單、使用方便、壽命長及噪聲低。但也存在很多的不足之處，其中比較嚴重的就是調速性能很差，難以滿足輪轂電機對起動、制動的苛刻要求。

3.3 永磁電機

永磁電機可以分為永磁無刷直流電機和永磁同步電機2種。無刷直流電機是在直流電機的基礎上進行永磁改進，利用電子換向裝置取代了傳統的電刷結構，其特點與直流電機基本一樣，具有平穩轉矩和高轉速輸出，但是有效的避免了電刷的磨損，增強了使用壽命。而同步電機與無刷直流電機最大的區別就是驅動波為正弦波，控制模式和電機模型都更加復雜。

3.4 開關磁阻電機

開關磁阻電機是近年來發展十分迅速的一種輪轂電機，開關磁阻電機優勢明顯，結構簡單，可控性強，同時具有調速范圍廣、起動電流小的優勢，而且電機功率和效率都非常不錯，能夠為輪轂電機提供強大的驅動、制動、調速能力[2]。

4 結束語

在新能源電動汽車的各種驅動方式中，輪轂電機驅動一直是主流驅動方式。輪轂電機有著巨大的應用優勢，一方面使用輪轂電機可以舍棄傳統汽車中繁瑣的傳動系統，大大簡化機械部分；另一方面，使用線控技術能夠減少機械控制，增加電子控制，提高控制精度和控制效率。因此新能源電動汽車使用輪轂電機是發展電動汽車的必然趨勢，只有不斷提升輪轂電機的關鍵技術，才能更好的挖掘電動汽車的巨大潛力，推動電動汽車新領域的發展與前進。

[1]趙志芳.淺談輪轂電機在電動汽車上的應用[J].低碳世界,2017(13):60-61.

[2]黃書榮,邢棟,徐偉.新能源電動汽車用輪轂電機關鍵技術綜述[J].新型工業化,2015,5(02):27-32.