新能源电动汽车用轮毂电机技术探讨

徐 齐

（枣庄科技职业学院，山东滕州 277500）

0 引言

随着天然气、石油等能源资源的消耗量逐年增大，其对于大气环境所造成的影响越来越显著，促使社会发展受到限制。在这种背景下，新能源电动汽车能够有效实现无污染、低噪声的要求，电动汽车在社会中获得广泛的认可，促使学术界开始将研究重点逐渐转移至电动汽车领域。结合电动汽车的驱动方式进行分析，轮毂电机驱动方式在实践过程中使用的频率相对较高，这是因为这种驱动方式具备较强的灵活性、动力传输效率比较高等优势。

1 电动汽车驱动方式比较

1.1 传统内燃机汽车驱动模式

传统型的汽车采用内燃机功能的方式，这种驱动方式是借助内燃机所产生的动力驱动汽车行驶。内燃机驱动模式的发动机体积庞大、结构复杂，发动机在运行时会发出较大的噪声且发动机比较重，后期的检修难度比较大，最重要的是内燃机需要使用石油作为燃料进行驱动，缺乏环保性。

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大致可分为以下3 种：①集中电机驱动方式；②轮毂驱动方式；③轮边驱动方式。下面对这3种驱动方式逐一进行介绍：

（1）集中电机驱动方式。相对于其他两种驱动方式，集中电机驱动与传统汽车的驱动方式差异性并不是很大，仅是将传统汽车结构中的发动机变为电机。驱动形式的变化幅度不大，在技术实现方面的难度也不大，但是这种方式所暴露出来的问题是供能效率非常低，会消耗大量的电力资源。

（2）轮边驱动方式。这种驱动方式是电动汽车首选的一种方式，通过将电机与减速器之间进行连接，技术实现方面的难度不大，这种驱动方式的优点在于能够有效的简化自身的传动结构、减轻汽车的自重、提高电机的工作效率。

（3）轮毂电机驱动方式。这种驱动方式是将多个不同的子系统均装置在汽车的轮毂结构内，这样可以有效简化系统结构，强化汽车的传动效率。

2 轮毅电机驱动方式及特点

集中电机驱动是将传统汽车的内燃机改变成电机，汽车其他部分的结构并未发生变化，无法有效的展现出电动汽车的优势，且这种驱动方式的耗能比较大。

轮边电机的结构简单，后期检修的优势显著，且目前此方面的技术已经发展成熟，应该会成为电动汽车行业未来的发展核心。

轮毂电机的结构精简，能够有效展现出轻量化特点，可以有效提升汽车的控制响应速度。其中，轮毂电机又可以细分为直接驱动方式与减速驱动方式（图1）。减速驱动电机的比功率与效率都非常高，但是因为电机自身的体积不是很大，所以能够有效保障电机稳定的输出功率。这种方式的不足体现在：电机高速运行的状态下会导致齿轮磨损进一步加剧，促使电机的使用周期减少；电机的散热难度比较大、噪声比较大。而直接驱动电机由于未设置中间环节，所以系统的响应速度非常快，能够有效提高系统的工作效率，但是这种电机的成本相对较高，且在过载的情况下汽车的性能会受到很大的影响。减速式和直驱式轮毂异同见表1，减速驱动电动轮结构如图2 所示。

图2 减速驱动电动轮结构

表1 减速式和直驱式轮毂异同

图1 减速驱动和直接驱动轮毂电机构造

由于轮毂电机自身的功能及部位较为特殊，所以轮毂电机应该展现出4 个特点：①当转矩稳定的情况下，电机的转矩比较高，而转速却非常低；②在功率稳定的情况下，电机的转矩比较低，而转速却非常高；③电机的自重比较轻，但是工作效率非常高；④可以实现能量回收以及强制制动功能。

3 不同种类轮毂电机的技术

为了保障电动汽车的性能达到实际工作的要求，必须要保证驱动电机具备以下要求：当转矩稳定的情况下，电机的转矩比较高，而转速却非常低；在功率稳定的情况下，电机的转矩比较低，而转速却非常高；电机的自重比较轻，但是工作效率非常高；可以实现能量回收以及强制制动功能。比较合适的轮毂电机有异步电机、开关磁阻电机、直流电机等。每一种电机的技术特点都存在一定的差异性，下面对这些电机进行介绍。

3.1 直流电机

这种类型的电机操作性不难，技术层面的发展比较成熟。往往都是借助电枢控制、弱磁实现对变速箱的控制。考虑到汽车的性能要求，一般在恒定转矩区都是采用比较大的转矩；而在恒定功率区则是采用较大的转速。但是汽车是借助机械实现转向的，所以可能会导致电刷的磨损比较严重，后期维护保养的频率比较高。同时，这种类型的电机体积比较大，生产成本比较高。目前直流电机在市场中的使用频率不高。

3.2 异步电机

这种类型的电机结构简单，整个电机比较经济且耐用，转矩偏小，电机运行过程中所造成的噪声比较低，不需要额外设置传感器。异步电机的缺陷主要是表现为：生产成本比较高、驱动电路比较复杂等。由于这种电机的工作效率比较低，所以异步电机也不适用于电动汽车中。

3.3 永磁无刷直流电机

这种类型的电机使用电子转换器，这种转换器有效替代转向器的作用，这种组件可以促使电机进行旋转，完成对电机性能的调整，且在实际运行的过程中比较稳定，后期维护的难度不大，不会造成额外的能量消耗，工作效率非常高。所以这种电机能适用在轮毂电机中。

3.4 永磁同步电机

这种类型的电机与永磁无刷直流电机在结构方面基本上相同，主要的区别是这种电机是采用正弦波进行驱动。假若按照永磁体装置的方式进行区分，可以将其分为内置式与表面式。表面式的电机一般都是配备低转速的电机，而内置式的电机则是配备高转速的电机。相对于其他类型的电机，永磁同步电机的噪声非常小，转动惯量也不是很大，能有效实现高精准度控制，成为轮毂电机的选择之一。

3.5 开关磁阻电机

开关磁阻电机在未来的发展过程中必然会成为轮毂电机中的重点。这种电机结构中的转子与定子全部是采用凸极结构，但是定子与转子的组合极数存在差异，一般有两种表现形式：①定子6 极，转子4 极；②定子8 极，转子6 极。这种电机的转子上不但不会设置绕组，且还不会设置永磁体，但是会在定子上安装绕组。开关磁阻电机的工作效率相对而言非常高，且功率密度也明显比其他电机大，加之开关磁阻电机的结构非常简单、调速范围非常宽泛，促使其在轮毂电机中的竞争性比较强。

3.6 横向磁通电机

相对于其他电机而言，这种电机的优势更为显著，其主要是突显出以下3 个方面的优势：①能够有效的实现电路与磁路之间的解耦，且设计方面的自由性也得到的提升；②虽然工作效率与转矩都比较高，但是仅是适合低转速环境下；③电机的绕组结构相对而言比较简单，与传统型的电机绕组存在显著差异。

4 轮毂电机未来发展

轮毂电机的优化方向主要有以下3 个：①应该提升调速范围与转矩的波动范围，有效满足不同施工情况的需求；②提升工作效益与能源利用率，有效降低电机的自身重量；③可以有效解决电机再加速冷却、密封以及抗振等多方面表现出来的问题，促使电机的可靠性得到有效提升。随着科学技术不断的发展，电池、控制系统都获得良好的发展，轮毂技术必然在未来获得更大的发展。

5 结语

轮毂电机的结构相对比较的复杂，与传统性汽车的驱动系统存在显著的差异，这对于汽车的布置有显著的影响。轮毂电机的出现能够有效的促使电动汽车的动力分配更为灵活，在很大程度上改善汽车的整体性能。但是结合实际情况来看，目前轮毂电机技术在电动汽车方面的应用仍然存在诸多的不足之处尚待解决。学术界应该积极的面对这一问题，提出科学合理的应对方案，以推动电动汽车获得更大的发展。