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轮毂电动机

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，常见于电动自行车及电动机车上。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]，近年来已量产的电动汽车还没有使用此技术[3][2]。

Raleigh SC30自行车的前轮加上了轮毂电动机（前轮中间白色的即为轮毂电动机），即为电动自行车
机车用轮毂电动机的构造，其最内侧深色部分是电动机的轴，较外侧则是定子线圈，外侧则是有永久磁铁的转子

自行车

主条目：电动自行车

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

 
1900年Lohner-Porsche的Chaise纯电动车，有二颗前轮的轮毂电动机 [7]
 
1900年Lohner–Porsche的Mixte赛车，有四颗轮毂电动机[7]

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、燃油发动机以及蒸气动力发动机[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1890年专利获准[11]；Charles Theryc在1896年专利获准；其设计没有发动机到轮子的传动杆，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，将动力传输给车轮[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（英语：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（英语：inrunner）或是外转子（英语：outrunner）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]。

 
2005年本田的FCX概念型轮毂电动机，橘色的是高压缆线。若是改为近轮电动机（near-wheel motor），就可以避免在车底盘外有高电压的问题，其好处类似轮毂电动机

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（英语：individual-wheel drive）。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挂系统的阻尼器上，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（英语：Protean Electric）和莲花汽车发现若增加悬挂系统的阻尼，可以抵消大部分簧下质量增加所带来的负面影响，而且可以控制各车轮的力矩输出，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（英语：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]。

近轮电动机

 
梅赛德斯-奔驰SLS AMG，使用四颗近轮电动机[21]，有轮毂电动机的好处，避免了轮毂电动机增加簧下重量以及容易磨损的问题

汽车的电动机可以设计在车轮内，也可以设计在靠近车轮处，即为近轮电动机（near-wheel motor）或轮端电动机（wheel-end motor）。近轮电动机有轮毂电动机的好处，因为电动机在底盘内，由悬挂系统支撑其重量，避免了轮毂电动机增加簧下重量以及容易磨损的问题。近轮电动机的体积会比轮毂电动机大一些，但到2022年为止，近轮电动机比轮毂电动机要可靠，价值也比较便宜[22]。近轮电动机避免了使用轮毂电动机设计，让高电压元件放置在底盘外的风险[2]，也简化了车辆的设计以及组装[23]。

American Axle（英语：American Axle）透过美国能源部资助的计划，开发了100 kW和150 kW的近轮电动机，此计划是要商品化绿能且低成本的近轮电动机。成本降低的原因是因为将电动机、变频器以及减速齿轮整合成单一元件，并且在电动机材料上避免使用重稀土元素[24]。100 kW的三合一近轮驱动单元已是REE Automotive（英语：REE Automotive）车用产品中的贩售品[23]。

概念车

近代概念车中最早使用轮毂电动机的是IZA，在1997年电气电子工程师学会研讨会中发表，其中用了四颗25 kW（34 hp）的电动机[25]。

其他在车展中展示过的轮毂电动机概念车有：2005年的Chevrolet Sequel（英语：Chevrolet Sequel）[26]；2005年三菱汽车的Mitsubishi MIEV（英语：MIEV）[27]；2006年Hi-Pa Drive（英语：Hi-Pa Drive）的Mini QED[28]；2005年的Honda FCX（英语：Honda FCX）概念车[29]；2006年的雪铁龙C-Metisse[30]；2008年Protean Electric（英语：Protean Electric）的 Ford F-150[31]；2008年Heuliez（英语：Heuliez）的WILL，其中使用Michelin的Active Wheel（英语：Active Wheel）悬挂系统[32]；2009年的Peugeot BB1（英语：Peugeot BB1）[33]；2012年的Hiriko Fold（英语：Hiriko Fold），属于urban car（英语：urban car），最大速度可以到50 km/h（31 mph）[34][35]，有整合到每一个轮子 的电动机、操纵致动器、悬挂以及刹车，由drive-by-wire（英语：drive-by-wire）系统来控制[36]；2019年展示的FlatFormer，是小型6x6的自驾卡车底盘[37]；Indigo Technologies自从2019年起有展示许多的轮毂电动机汽车[2]2022年Aptera（英语：Aptera (solar electric vehicle)）也有展示其太阳能电动车[38]。

有些公司有发布概念车，但没有展示其实体，其中包括2006年西门子VDO（英语：VDO (company)）的eCorner概念[39]，以及2007年的ZAP-X（英语：ZAP (motor company)）[40]。

  •  
    Mini QED电动车
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    MAZ-7907（英语：MAZ-7907）卡车，每一个轮子都有一颗电动机
  •  
    Hiriko Fold（英语：Hiriko Fold）电动车，有轮毂电动机、操纵致动器、悬挂以及刹车，由drive-by-wire系统来控制

贩售车

有轮毂电动机的贩售车型（production vehicle）有：

计划中的贩售车型有：

  • 宝马计划在2025年生产有轮毂电动机的电动车，轮毂电动机由DeepDrive开发[44]。

相关条目

参考资料

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  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 A new type of engine for electric cars. The Economist. 2019-07-11 [2019-08-31]. ISSN 0013-0613. 
  3. ^ Wheel Motors to Drive Dutch Buses. Technology Review. 2009-03-23. 
  4. ^ (美国专利第552,271号)
  5. ^ Zachos, Elaina. Are electric bikes the future of green transportation?. National Geographic. 2023-07-16. 
  6. ^ Introduction to electric bikes: Everything you need to know. Cyclist.co.uk. 2017-04-18. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 von Frankenberg, Richard. Porsche – the Man and His Cars. Robert Bentley. 1961: 58. 
  8. ^ Strohl, Daniel. Ferdinand Porsche, Joseph Ledwinka, and the invention of the electric hub motor. Hemmings. February 12, 2014. 
  9. ^ 美国专利第300,827号
  10. ^ 美国专利第422,149号
  11. ^ 美国专利第433,180号
  12. ^ 美国专利第572,036号
  13. ^ 美国专利第574,200号
  14. ^ 美国专利第593,248号
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外部链接

 
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