考慮到電動汽車運行工況的復(fù)雜性,并結(jié)合輪轂電機驅(qū)動方式的特點,對輪轂電機的技術(shù)要求主要包括:(1)由于汽車自重和輪轂空間有限,要求輪轂電機具有較高的轉(zhuǎn)矩密度;
(2)為滿足汽車的快速起動、加速、爬坡和頻繁起停等要求,輪轂電機應(yīng)具有非常寬的調(diào)速范圍和較強的抗過載能力,且在較寬的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩工作區(qū)域內(nèi)能保持較高的效率;
(3)輪轂電機應(yīng)能承受高溫、低溫、劇烈振動和多變天氣的影響,在各種惡劣環(huán)境下能夠正常工作;(4)在多種復(fù)雜行駛工況下,輪轂電機應(yīng)具有較強的抗干擾能力和較高的控制精度。
2、輪轂電機的結(jié)構(gòu)型式
輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)電機的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式:內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式。其中外轉(zhuǎn)子式采用低速外轉(zhuǎn)子電機,電機的最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/min,無減速裝置,車輪的轉(zhuǎn)速與電機相同。內(nèi)轉(zhuǎn)子式則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機,配備固定傳動比的減速器,為獲得較高的功率密度,電機的轉(zhuǎn)速可高達15000r/min。隨著更為緊湊的行星齒輪減速器的出現(xiàn),內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機在功率密度方面比低速外轉(zhuǎn)子式更具競爭力。內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高,需配備減速器方可驅(qū)動車輪。外轉(zhuǎn)子輪轂電機可以用在商用車上,也可以用在乘用車上。外轉(zhuǎn)子電機由于轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大,通常都不需要減速機構(gòu),電機的外轉(zhuǎn)子直接與輪轂機械連接。外轉(zhuǎn)子輪轂電機的優(yōu)缺點如下:優(yōu)點:取消機械減速機構(gòu),結(jié)構(gòu)更加緊湊,減少傳動鏈條,降低故障率,傳遞效率更高;能在較寬的速度范圍內(nèi)控制扭矩,并且響應(yīng)速度快。缺點:在起步、頂風、加速或爬坡等需要承載大扭矩的情況時,電機需要大電流,容易損壞電池和永磁體,電機效率峰值區(qū)域小,負載電流超過一定值后效率下降很快;電機的體積和質(zhì)量均偏大,成本高。外轉(zhuǎn)子輪轂電機雖然節(jié)省了半軸和減速機構(gòu)等部分,但是巨大的體量是其無法規(guī)避的弱項,尤其在沒有減速器的情況下,要獲得足夠大的扭矩,就必須把轉(zhuǎn)速降下來,就是低速大扭矩。在恒定扭矩下,功率和轉(zhuǎn)速成正比,轉(zhuǎn)速上不去,功率密度就無法提高,進而導(dǎo)致體積較大,重量偏大。
內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機的最高轉(zhuǎn)速為15000r/min。為了滿足車輪實際轉(zhuǎn)速的要求,需要與減速裝置配合使用,來達到減速增扭的目的。內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機對電機要求不高,但是由于引入了減速機構(gòu),使輪轂電機結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,并增加了汽車非簧載質(zhì)量。內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機的優(yōu)缺點如下:
優(yōu)點:電機運行在高轉(zhuǎn)速下,具有較高的比功率和效率,重量輕,體積小、成本低,通過齒輪增力后,扭矩大、爬坡性能好,能保證在汽車低速運行時獲得較大的平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩。
缺點:采用減速機構(gòu)效率低,非簧載質(zhì)量大,電機最高轉(zhuǎn)速受到線圈損耗、摩擦損耗以及變速機構(gòu)的承載能力等因素的限制;難以實現(xiàn)液態(tài)潤滑,齒輪磨損較快、使用壽命短,不易散熱,噪聲偏大。
由于內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機需要集成減速器,對于乘用車前輪來說,狹小的空間內(nèi)需要布置電機、減速器、制動器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等等,故內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機較少見于乘用車應(yīng)用。
3、輪轂電機的驅(qū)動形式
電機一般在高速下運行,而且對電機的其他性能沒有特殊要求,因此可選用普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機。減速機構(gòu)放置在電機和車輪之間,起減速和增加轉(zhuǎn)矩的作用。減速驅(qū)動的優(yōu)點是:電機運行在高轉(zhuǎn)速下,具有較高的比功率和效率,重量輕,體積小、成本低,通過齒輪增力后,扭矩大、爬坡性能好,能保證在汽車低速運行時獲得較大的平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩。缺點是:采用減速機構(gòu)效率低,非簧載質(zhì)量大,電機最高轉(zhuǎn)速受到線圈損耗、摩擦損耗以及變速機構(gòu)的承載能力等因素的限制;難以實現(xiàn)液態(tài)潤滑,齒輪磨損較快、使用壽命短,不易散熱,噪聲偏大。減速驅(qū)動方式適用于丘陵或山區(qū),以及要求過載能力較大等場合。電機多采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式,電機的外轉(zhuǎn)子直接與輪轂機械連接,電機轉(zhuǎn)速較低,一般在1500rpm左右,省去了減速機構(gòu),驅(qū)動系統(tǒng)重量輕。為了使汽車能順利起步,要求電機在低速時能提供大的轉(zhuǎn)矩。直接驅(qū)動的優(yōu)點是:由于沒有減速機構(gòu),使得整個驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)更加緊湊,軸向尺寸也較前一種驅(qū)動形式小,傳遞效率更高。其缺點是:在起步、頂風或爬坡等需要承載大扭矩的情況時需要大電流,很容易損壞電池和永磁體,電機效率峰值區(qū)域小,負載電流超過一定值后效率下降很快。此方式適用于平路或負載較輕的場合。