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        輪轂電機系統的發展歷史及結構形式

        發布日期:2022-08-26 新聞來源:威衡科技

        全世界的汽車保有量和使用量巨大,而且增長迅速。21世紀,人類將面臨嚴峻的能源和環境挑戰,研究開發節能、環保和安全的汽車是實現交通可持續發展的必由之路。其中,電動汽車以其在使用過程超低排放/零排放、能源利用多元化和高效化、便于實現智能化控制等方面的技術優勢備受重視,呈現加速發展態勢。在電動汽車諸多電力驅動系統形式中,采用輪轂電機系統作為關鍵總成,是電動汽車領域的研究重點和研究熱點。

        輪轂電機系統的誕生可以一直追溯到電動汽車誕生的初期,而輪轂電機在電動汽車上的廣泛應用主要集中在近幾年的概念車上。
        最早見諸于文獻的有關輪轂電機及其應用來自于著名汽車公司保時捷的創始人(F.Porsche)。1900年,保時捷研制了兩個前輪裝備輪轂電機的前輪驅動雙座電動汽車。值得引起注意的是,保時捷在1902年就研制出了采用發動機和輪轂電機的混合動力汽車,取得山地汽車拉力賽的好成績。1910年,保時捷研制了軍用陸地列車,最前面的機車發動機和發電機,后面的10輛列車利用輪轂電機驅動,可以說,保時捷是基于輪轂電機的電動汽車和混合動力汽車之父。

        20世紀50年代,美國人羅伯特發明了電動汽車輪轂,并申請了專利。1968年這種輪轂被通用電氣公司應用在大型礦用自卸車上。采用輪轂電機的電動汽車具有一個明顯的優點。就是可以采用扁平的車架結構,因此在需要頻繁上下車的城市公共交通客車上大量應用。

        輪轂電機動力系統通常由電動機、減速機構、制動器與散熱系統等組成。輪轂電機動力系統根據電機的轉子型式主要分成兩種結構形式:內轉子型和外轉子型。通常,外轉子型采用低速外傳子電機,電機的最高轉速在1000-1500r/min左右,無任何減速裝置,電機的外傳子與車輪的輪輞固定或者集成在一起,車輪的轉速與電機相同。內轉子型則采用高速內轉子電機,同時裝備固定傳動比的減速器。為了獲得較高的功率密度,電機的轉速通常高達10000r/min。減速結構通常采用傳動比在10:1左右的行星齒輪減速裝置,車輪的轉速在在1000r/min左右。
        高速內轉子的輪轂電機具有較高的比功率,質量輕,體積小,效率高,噪聲小,成本低;缺點是必須采用減速裝置,使效率降低,非簧載質量增大,電機的最高轉速受線圈損耗、摩擦損耗以及變速機構的承受能力等因素的限制。低速外轉子電機結構簡單、軸向尺寸小,比功率高,能在很寬的速度范圍內控制轉矩,且響應速度快,外轉子直接和車輪相連,沒有減速機構,因此效率高;缺點是如要獲得較大的轉矩,必須增大發動機體積和質量,因而成本高,加速時效率低 ,噪聲大。這兩種結構在目前的電動車中都有應用,但是隨著緊湊的行星齒輪變速機構的出現,高速內轉子式驅動系統在功率密度方面比低速外轉子式更具競爭力。


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