新能源电动汽车使用轮毂电机关键技术浅析

杨军、徐芙蓉、沈陈越、洪金涛

（南京依维柯汽车有限公司 211806)

0 引言

煤炭、石油、天然气等化石能源在不断的消耗殆尽，而排放出来的废气又会造成严重的环境污染，如光化学烟雾、酸雨、臭氧破坏等问题都在威胁人类的生存。目前我国也开始越来越重视环境问题，正在进行产业结构调整，大力提倡绿色生产、低碳生活，印证了新时代节能减排的主题[1]。

1 电动汽车驱动方式比较

1.1 传统内燃机汽车驱动模式

在比较电动汽车驱动方式之前，应该清楚传统内燃机汽车的驱动方式。传统内燃机汽车通过机械传动，将发动机产生的驱动力经由传动系统传递至车轮。整个机械系统构造庞大、质量笨重、机械传递噪声大、结构复杂、不方便维修、空间利用率低、依赖化石能源并产生污染排放，这些都是传动驱动模式的劣势和缺点。

1.2 新能源电动汽车驱动模式

新能源电动汽车的驱动方式主要可以分为集中电机驱动、轮边电机驱动和轮毂电机驱动三种模式。集中电机驱动方式与传统内燃机驱动并没有本质上的差异，仅仅是将汽车的发动机替换为电动机，提供汽车的驱动力。这一驱动方式整体改动不大，技术简单易行。但是其缺点非常明显，无法改进传递系统的传递效率，电能消耗很高。而如今的动力电池技术仍不够成熟，容量相对较小，使得续航里程短，巨大的缺陷注定集中电机驱动无法长远发展。

轮边电机驱动是如今使用最为广泛的驱动方式，通过将电动机连接减速器安装在车轮内侧，技术简单易行。同时省去了传动系统等，减少了车身质量，提高传递效率。

轮毂电机是通过集成动力装置、传动装置和制动装置于汽车轮毂中，减少了电动机到车轮的中间机械机构，包括离合器、变速器、传动轴与差速器等，简化了系统构成，提高了传动效率，降低动力电池消耗，增加了乘用空间，这些优势使得轮毂电机的发展成为必然。同时轮毂电机布置灵活，控制简单，仅仅对电动机进行控制就能实现汽车的起停、加减速等功能，并通过应用计算机辅助控制，大大提升汽车的操控性、通过性和平顺性等。但轮毂电机的运行环境极为恶劣，制动造成的高温、雨水造成的潮湿、震动和冲击等，都对轮毂电机的质量提出了苛刻的要求。

2 轮毂电机驱动方式

轮毂电机的驱动方式主要分为减速式和直接驱动式。减速式轮毂电机采用内转子结构，连接行星齿轮或磁齿轮2种减速机构，在轮毂电机高速旋转时实施减速增矩，为汽车提供强劲而平稳的动力输出。其优势明显，运行效率较高，占用空间小，尤其在低速时，输出转矩稳定。但是机械齿轮在高速旋转下极易磨损，所以导致其寿命短、故障率高、散热差以及噪声大等缺点。

而轮毂电机的直接驱动方式则采用外转子结构，由于省去了机械机构部分，使得其动态响应迅速，同时效率进一步提升。与减速式不同，直接驱动式的轮毂电机机械结构较大，但是故障率很低，易于维护和保养。但机械结构大就造成体积和质量的缺陷，而且整体设计和制造成本较高。其两者的优缺点如表1所示。

表1 轮毂电机的驱动方式比较

3 轮毂电机技术特点

轮毂电机由于其独特的存在位置和特殊的功能性，需要满足以下几个特点：恒转矩区高转矩低转速、恒功率区高转速低转矩、调速范围宽、转矩密度高、起动扭矩大、电机质量小和工作效率高，能够实现强制制动和能量回馈。其主要分为以下几种。

3.1 直流电机

直流电机作为最基础和最简单的轮毂电机，技术已相当成熟。直流电机已经能够实现非常稳定和精确的电机控制，通过电枢控制和弱磁控制能基本达到汽车运行的要求，得到非常平稳的转矩和很高的转速。但是所有的直流电机都存在一个致命的弱点，即电刷实现换向，对电刷的磨损尤为严重，这就缩短了电机的使用寿命，而且还会存在换向火花，这是提高电机转速最大的限制因素。

3.2 异步电机

异步电机相对于直流电机成本更低、结构简单、使用方便、寿命长及噪声低。但也存在很多的不足之处，其中比较严重的就是调速性能很差，难以满足轮毂电机对起动、制动的苛刻要求。

3.3 永磁电机

永磁电机可以分为永磁无刷直流电机和永磁同步电机2种。无刷直流电机是在直流电机的基础上进行永磁改进，利用电子换向装置取代了传统的电刷结构，其特点与直流电机基本一样，具有平稳转矩和高转速输出，但是有效的避免了电刷的磨损，增强了使用寿命。而同步电机与无刷直流电机最大的区别就是驱动波为正弦波，控制模式和电机模型都更加复杂。

3.4 开关磁阻电机

开关磁阻电机是近年来发展十分迅速的一种轮毂电机，开关磁阻电机优势明显，结构简单，可控性强，同时具有调速范围广、起动电流小的优势，而且电机功率和效率都非常不错，能够为轮毂电机提供强大的驱动、制动、调速能力[2]。

4 结束语

在新能源电动汽车的各种驱动方式中，轮毂电机驱动一直是主流驱动方式。轮毂电机有着巨大的应用优势，一方面使用轮毂电机可以舍弃传统汽车中繁琐的传动系统，大大简化机械部分；另一方面，使用线控技术能够减少机械控制，增加电子控制，提高控制精度和控制效率。因此新能源电动汽车使用轮毂电机是发展电动汽车的必然趋势，只有不断提升轮毂电机的关键技术，才能更好的挖掘电动汽车的巨大潜力，推动电动汽车新领域的发展与前进。

[1]赵志芳.浅谈轮毂电机在电动汽车上的应用[J].低碳世界,2017(13):60-61.

[2]黄书荣,邢栋,徐伟.新能源电动汽车用轮毂电机关键技术综述[J].新型工业化,2015,5(02):27-32.