近日,日本电产推出了一款适用于电动汽车的轮毂 电机 。该电机被安装在车轮内,与前驱、后驱和四驱驱动系统兼容。
该电机重量为32公斤,输出功率100kW。日本电产称这种设计比占据发动机舱的电机更加高效、也更轻和紧凑。为保障轮毂电机的高效运行,该电机还配备了一个集成减速齿轮和一个油冷却系统。电产计划将在2023年前开始大规模生产新型轮毂电机。
轮毂电机的轮内主动悬架系统是一种电动系统,可以在3/1,000秒的时间内作出反应,自动校正俯仰和滚动运动。轮毂电机的设计也支持动能回收。这意味着系统在制动时可将一些自身的动能给电池充电。
轮毂电动机的最大优点之一是动力直接从电动机传递到车轮。减小动力行进的距离,进而提高电动机的效率。例如,在城市驾驶条件下,内燃机可能仅以20%的效率运行,这意味着其大部分能量都浪费掉了。而在相同环境中的轮毂电机以大约90%的效率运行。
轮毂电机最早可追溯到1884年。在汽车刚兴起时,由于技术的限制,当时电机体积较大,笨重且难以操控;与汽油车内燃机的灵活相比处于下风。因此,轮毂电机被市场所淘汰。
尽管被乘用车抛弃了,但由于其较出色的扭矩和性能,在20世纪70年代,这一技术在矿山运输车等领域重获新生。
近年来,随着新能源汽车的发展,轮毂电机再次回到我们的视野中。目前包括Protean,舍弗勒,米其林,丰田,通用,GE等企业都在研发轮毂电机。之所以电机企业、轮胎企业和整车企业都在研发轮毂电机,主要原因在于,同内燃机和车载电机相比,轮毂电机具有以下三大优势:
一、更加优化的汽车结构。对于传统车辆来说,离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的,而这些部件不但增加了汽车的重量、也让车辆的结构变得更为复杂,同时还存在需要定期维护和故障率的问题。但是轮毂电机就很好地解决了这个问题。不仅能省略大量传动部件,还能让车辆结构更简单。
除开结构更为简单之外,采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率,同时传动效率也要高出不少。
二、多种驱动方式。由于轮毂电机具有独立驱动的特性,因此,可以实现汽车的前驱、后驱和四驱驱动,并且全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常的容易。同时,电机的独立运行还可以实现汽车最小幅度转弯,这对于特殊车辆和大型车辆会更有价值。
三、提高能源使用效率。由于电机安装在车轮上,这样可以降低汽车启动时的动力消耗,提高能量的转化率。同时,轮毂电机卓越的动力回收系统可以回收高达85%的可用动能,这可以帮助其快速的启动和加速。
相比于传统的内燃机和车载电机驱动的车辆而言,轮毂电机可以实现车身轻量化,进而节省能量的消耗。同时,安装在车轮上的电机将会给电池带来更多的安装空间,以提高电动汽车的续航能力。
尽管优势非常明显,但目前轮毂电机还没有大规模量产,原因就在于轮毂电机还存在一些尚未解决的问题。
一、汽车的舒适性问题。虽然整车质量大大下降,但是簧下质量大大提高了,这将对整车的操控、舒适性和悬挂的可靠性带来巨大的影响。
二、居高不下的成本。由于目前轮毂电机还存在技术瓶颈,并不能大规模的列装,而高转化效率、轻量化的四轮轮毂电机价格居高不下,目前尚不足以吸引厂商进行转型。以Protean为例,其此前产量轮毂电机,每台价格约为1,500美元。
三、可靠性问题。由于将精密的电机安装在车轮内部,就算不考虑长期剧烈上下振动和恶劣的工作环境带来的故障问题,也要考虑轮毂作为车祸中很容易受损的部位,轮毂电机的维修成本偏高。,
四、电机冷却问题。由于电机本身就存在发热的问题,加上簧下质量增加,制动压力就会更大,发热也会随之增加,如此集中的发热对制动性能要求非常高,目前只能寄希望于水冷、油冷。且电制动系统会增加耗能,在目前电池难以突破的状况下,这个问题显得更为突出。
目前来看,尽管这项技术还存在许多问题,比如车轮工作环境过于复杂、耐久性不好保证、还有高速的震动、噪音以及悬架的优化等。
但轮毂电机这项技术的优势是显而易见的,不仅能节省大量空间,还能提升传动效率。
重金布局新能源汽车产业的恒大集团,也在近日宣布5亿元收购泰特机电有限公司70%的股份,泰特电机持有荷兰e-Traction公司100%的股份,而e-Traction公司拥有国际最先进的轮毂电机技术。
目前,包括丰田、通用在内的国际汽车巨头都已经涉足该技术领域了。未来将会有越来越多的整车厂选择该项技术。