轮毂电动机
 |
.jpg)
轮毂电动机（英语：wheel hub motor、英语：hub motor）或轮内电动机（英语：in-wheel motor）是指整合进车轮轮毂内的电动机，常见于电动自行车上。早期的电动汽车常使用轮毂电动机的技术，但因为其高动态轮负载对车辆操控的负面影响[1]，以及装在车轮上，容易损坏的特性[2]，此技术还无法用在已量产的电动汽车上[3][2]
自行车
早在1895年时，就有人申请电动自行车轮毂电动机的专利[4]。自行车和汽车不同，自行车车轮的轮毂距离轮圈的距离较远。相较于其他的设计，电动自行车轮毂电动机有简单、耐用、价格低廉的优点，但比较不适合用在高速[5]。自从2000年代末起，轮毂电动机就已是比较多人使用的设计方式[6]。
汽车
历史
在1880年代以及1890年代，就有许多人提出在轮毂内的电动电动机、燃油引擎以及蒸气动力引擎[8]。以下是获得专利的人：圣路易的Wellington Adams在1884年专利获准[9]；美国Woburn的Edward Parkhurst在1890年专利获准[10]；Albert Parcelle也在在1890年专利获准[11]；Charles Theryc在1896年专利获准；其设计没有引擎到轮子的传动杆，因此没有传动损失[12]；C F Goddard在1896年申请一个活塞轮毂发动机的专利，是用在老式汽车，利用某种气体的膨胀为动力[13]；W C Smith在1897年申请轮毂内爆炸气体膨胀发动机，利用轮毂轨道上的凸轮，将动力转输给车轮[14]。
斐迪南·保时捷曾于1897年在用维也纳用电动轮毂电动机的车辆来赛车。他开发的第一部电动车就是以轮毂电动机驱动，动力来源是电池[15]。装有四颗轮毂电动机的Lohner–Porsche赛车在1900年巴黎的世界博览会首次亮相。同时也引入一款车种贩售，是前轮有二个轮毂电动机的Lohner–Porsche Chaise。这款车辆的接受度很好，Lohner和其他车厂以此设计为基础，设计许多其他的车款，直到1920年代为止[16][7]。
设计
轮毂电动机带动车轮的机构可以是直驱式机构或行星齿轮[17]。电动机可以是轴向磁场电机、内转子或是外转子设计，电动机可以是有刷的换向器设计，或是使用无电刷的设计[18]。
以设计观点来考虑，轮毂电动机的好处在于其灵活度大。轮毂电动机可以用在前轮驱动车、后轮驱动车、或是独立四轮驱动。轮毂电动机体积小，可以保留更多空间给乘客、货物或是其他车内的零件。轮毂电动机的车内重量分布会比单一电动机要好，也去除了传统车辆需要的许多零件，例如变速器、差速器及传动轴，这可以减少磨损以及机械损失[1][19]。高电压的轮毂电动机需针对其高压缆线以及零件进行保护，避免其因受撞击而损坏[2]。
簧下重量
轮毂电动机的一个缺点是其重量没有加在悬吊系统的阻尼器上，因此增加了簧下质量，对车辆操控以及行驶的品质有负面影响。轮毂电动机虽然会下降行驶品质，但还是比等效的内燃车车辆行驶品质要好，但因为较大的动态滚动阻力，会降低车辆的操控性[1]。Protean Electric和莲花汽车发现若增加悬吊系统的阻尼，可以抵消大部分簧下质量增加所带来的负面影响，而且各个车轮可以提供准确的力矩输出，可以提升车辆的操控性，因此整体效果仍是正面的[20]。
轮毂电动机没有避震器的保护，也比较没有对振动以及碎片的防护，因此其耐用性会降低。有些设计会用减少电动机重量的方式来减少簧下重量，例如无铁心（coreless）设计或是用Litz wire线圈绕组，这些设计虽可减轻重量，但对降低其耐用性[19]。
相关条目
参考资料
- ^ 1.0 1.1 1.2 Vos, R.; Besselink, I. J. M.; Nijmeijer, H. Influence of in-wheel motors on the ride comfort of electric vehicles. Proceedings of the 10th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC10). Loughborough, United Kingdom: 835–840. 2010-08-22.
- ^ 2.0 2.1 2.2 A new type of engine for electric cars. The Economist. 2019-07-11 [2019-08-31]. ISSN 0013-0613.
- ^ Wheel Motors to Drive Dutch Buses. Technology Review. 2009-03-23.
- ^ (美国专利第552,271号)
- ^ Zachos, Elaina. Are electric bikes the future of green transportation?. National Geographic. 2023-07-16.
- ^ Introduction to electric bikes: Everything you need to know. Cyclist.co.uk. 2017-04-18.
- ^ 7.0 7.1 7.2 von Frankenberg, Richard. Porsche – the Man and His Cars. Robert Bentley. 1961: 58.
- ^ Strohl, Daniel. Ferdinand Porsche, Joseph Ledwinka, and the invention of the electric hub motor. Hemmings. February 12, 2014.
- ^ 美国专利第300,827号
- ^ 美国专利第422,149号
- ^ 美国专利第433,180号
- ^ 美国专利第572,036号
- ^ 美国专利第574,200号
- ^ 美国专利第593,248号
- ^ Ferdinand Porsche. Biography.com. April 5, 2021.
- ^ Lohner. The World Guide to Automobile Manufacturers. Facts on File Publications: 294. 1987.
- ^ Geared Hub Motors Vs Gearless Hub Motors. EbikeSchool.com. [2023-06-24].
- ^ Christensen, Lowell. Designing In-Hub Brushless Motors. Machine Design. July 22, 2014.
- ^ 19.0 19.1 Mraz, Stephen J. Hub Motors for All-Electric Vehicles Still Have Some Technological Challenges to Overcome. Machine Design. 2010-08-10.
- ^ Whitehead, Andrew; Hilton, Chris. In-Wheel Motors Roll Again. IEEE Spectrum: 27.
The Lotus engineers were able to eliminate much of the effect of the added unsprung mass by using slightly more suspension damping. What's more, they found that when that unsprung mass came from actual motors attached to the wheels, the ability to power each side of the car independently improved the car's handling substantially. We've now carried out similar studies on other vehicles. And in all cases, we've found that once the dampers are retuned and we add individual wheel control, the net effect on the vehicle's handling is for the better. So unsprung mass really isn't a showstopper after all.
