前言
轮毂电机技术是把电机安放在汽车轮毂内,电机能直接驱动车辆。省去了传动轴、差速器等传统车辆的零部件。车辆的机械结构得到简化,传动效率高。2023年的第二十届上海国际汽车工业展览会(以下简称“上海车展”)中,日立、舍弗勒、红旗、博世等公司都有轮毂电机的展示,下面对这些轮毂电机分布式驱动系统的技术形式进行介绍。
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日立Astemo在上海车展带来了一台紧凑轻巧的直接电机驱动系统,该系统集成了电机、逆变器和制动器,整套系统可直接集成到新能源车的轮毂内。电机的输出驱动力直接传送给车轮,简化可机械结构,提高了传动效率。
电机采用了定子扁线技术,从照片中可以看出,所采用的的扁线高宽比很小,可有效抑制因集肤效应产生的电机高频损耗,提高高速时的运行效率。见图4。
转子采用了磁钢海尔贝克(Halbach)排列,Halbach磁钢排列技术可以最大限度的增加每个磁极的有效磁通量,来提高驱动力和其他性能。或在保证电机性能不变的情况下,减少驱动电流,提高运行效率。但Halbach磁钢排布技术中的充磁、安装等工艺环节稍显复杂,工艺成本有所升高。见图3。
采用扁线和Halbach磁钢排布技术后,电机的功率密度可达到2.5kW/kg。改善了传统轮毂电机簧下质量过大的问题。
图5
这套轮毂驱动系统采用了电机、逆变器、制动器三和一的结构。用冷却油将功率半导体直接冷却,然后循环到电机中冷却线圈,大幅削减了冷却管道的空间。因此这套系统无需对悬架等现有结构进行大的改造即可安装到车轮内部。见图5。
表1
这套系统的相关参数见表1,数据来自原于Astemo的公 众 号。
图6
图7
舍弗勒轮毂电机采用内转子结构,其中电机的定子和转子、齿轮箱和机械摩擦制动器都布置在以轮毂轴承为中心的轮辋内。这种紧凑的设计方式为车身节省了大量空间。
和日立的轮毂电机系统不同,舍弗勒轮毂电机逆变器没有集成在轮毂电机上,其可以安装在车内任何地方。可采用一个逆变器控制一到两台轮毂电机,这要具体取决于使用场景。
轮毂电机的动力传递方式降低了能量损失,使驱动系统更为高效。另一个优点是,各个车轮的扭矩和旋转方向可实现独立的矢量控制,这样,即使在冬季雪地路况下,全轮驱动汽车也可以轻松穿行。
舍弗勒目前有48V和400V两种电压平台的轮毂电机,并在积极探索更高电压的可能性。见图6、7。
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在上海车展上,博世展出了分布式四驱的轮毂电机驱动系统,系统电压为72V,电机功率为4kW。从功率看这可能是为物流车或简单代步车辆准备的驱动系统。在展台的介绍中,标明了是最后一公里自动驾驶的轮毂驱动系统。
轮毂电机驱动方案赋能最后一公里自动驾驶更多不同的应用场景,底盘变得更轻便,不再需要安装中央传动系统,使自动驾驶车辆拥有更多可用空间和更高效率。
轮毂电机可以让底盘轻松实现模块化设计,安装简便,功能可拓展性强。适用于室内、室外等多场景使用。
四驱的轮毂驱动赋予底盘更灵活的运动姿态,以应对复杂的最后一公里场景。
轮毂驱动方案与自动驾驶车辆完美契合,提供高度集成驱动、制动和转向实现线控功能的可能性。见图9、10。
图11
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一汽的轮毂电机介绍资料不多,通过大屏幕的信息可以看出,轮毂电机可以作为自动驾驶的一种基础性的底盘结构。有轮毂电机的加入,更易实现线控底盘的开发。
总结
轮毂电机驱动系统作为一种分布式驱动的形式越来越受到业内人士的重视。但轮毂电机驱动系统用于乘用车还需要克服一系列的难题,比如密封性、抗震性、电驱系统的冷却以及应对簧下质量的轻量化。但轮毂电机用于自动驾驶的物流车等特殊车辆,可有效简化车辆的机械结构,提高车辆的运行效率,并有利的支持车辆的自动驾驶能力。OEM工程师可根据轮毂电机的具体情况进行取舍。
来源:电动新视界