圖示：典型內轉子結構的輪轂電機驅動(dòng)系統結構示意圖

　　輪轂電機技術(shù)又稱(chēng)車(chē)輪內裝電機技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合到輪轂內，因此將電動(dòng)車(chē)輛的機械部分大大簡(jiǎn)化。輪轂電機技術(shù)并非新生事物，早在1900年，就已經(jīng)制造出了前輪裝備輪轂電機的電動(dòng)汽車(chē)，在20世紀70年代，這一技術(shù)在礦山運輸車(chē)等領(lǐng)域得到應用。而對于乘用車(chē)所用的輪轂電機，日系廠(chǎng)商對于此項技術(shù)研發(fā)開(kāi)展較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括通用、豐田在內的國際汽車(chē)巨頭也都對該技術(shù)有所涉足。

　　輪轂電機驅動(dòng)系統根據電機的轉子型式主要分成兩種結構型式：內轉子式和外轉子式。其中外轉子式采用低速外轉子電機，電機的最高轉速在1000-1500r/min，無(wú)減速裝置，車(chē)輪的轉速與電機相同；而內轉子式則采用高速內轉子電機，配備固定傳動(dòng)比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機的轉速可高達10000r/min。隨著(zhù)更為緊湊的行星齒輪減速器的出現，內轉子式輪轂電機在功率密度方面比低速外轉子式更具競爭力。

01按電機類(lèi)型分類(lèi)

　　目前應用于電動(dòng)輪轂電機主要有四大類(lèi)，即永磁電機(PM)、異步電機(IM)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(SRM)和橫向磁通電機(TFM)。這其中，永磁電機的應用最為普遍，而橫向磁通電機則是一類(lèi)極具競爭力的低速大扭矩新型電機。

　　1、 異步電機

　　異步電機在4類(lèi)電機中發(fā)展歷史最為長(cháng)久。電機的設計、制造以及控制都相對成熟，具有結構簡(jiǎn)單、制造容易、成本低、可靠性高、控制技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，受到歐美國家的青睞。但是異步電機缺點(diǎn)是效率不高，特別是在低速時(shí)，功率密度較小。異步電機是一個(gè)強耦合、多變量、非線(xiàn)性的系統，需采用矢量控制和直接轉矩等控制手段，控制成本較高。

　　2、 永磁無(wú)刷電動(dòng)機

　　永磁無(wú)刷電動(dòng)機可分為由方波驅動(dòng)和由正弦波兩種。與其他電機相比，永磁無(wú)刷電機具有功率密度高、效率高、體積小、結構簡(jiǎn)單、輸出轉矩大、可控性好、可靠性高、噪聲低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域頗受青睞。日本絕大多數電動(dòng)汽車(chē)采用永磁無(wú)刷電機驅動(dòng)系統。當然，永磁無(wú)刷電動(dòng)機也存在一些缺點(diǎn)。首先是受到永磁材料的限制，目前最大功率也只有幾十個(gè)千瓦。其次，永磁轉子的勵磁無(wú)法調節，導致電機調速困難，調速范圍不寬。

　　3、 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機

　　開(kāi)關(guān)磁阻電機是近20年才發(fā)展起來(lái)的一種新型調速電機，具有簡(jiǎn)單可靠、可在較寬轉速和轉速范圍內高效運行、四象限運行、響應速度快和成本較低等優(yōu)點(diǎn)。但是其缺點(diǎn)也很多：轉矩存在較大波動(dòng)、振動(dòng)大、噪聲大；系統非線(xiàn)性，建模困難，控制成本高，功率密度低，等等。

　　4、 橫向磁場(chǎng)電機

　　橫向磁場(chǎng)電機最早是由德國著(zhù)名電機專(zhuān)家H.Weh于上個(gè)世紀80年代末提出，并將之使用到電力艦船和電動(dòng)汽車(chē)上。與其他電機相比，橫向磁場(chǎng)電機的有點(diǎn)十分突出：電路和磁路解耦，設計自由度大大提高;高轉矩密度，大約是標準工業(yè)用異步電機的5~10倍，且特別適合應用于要求低速、大轉矩等場(chǎng)合;繞組型式簡(jiǎn)單，不存在傳統電機的端部，繞組利用率高;各相間相互獨立;效率高；控制電路與永磁無(wú)刷電動(dòng)機相同，可控性好。目前國外已成功開(kāi)發(fā)了許多電動(dòng)汽車(chē)用橫向磁場(chǎng)電機，國內也正在積極開(kāi)展先關(guān)研究。當然橫向磁場(chǎng)電機也存在不少缺點(diǎn)：永磁體數目多，用量大，結構復雜，工藝要求高，成本高，漏磁嚴重，功率因數低，自定位轉矩較大，等等。

圖示：各類(lèi)電機性能對比

　　標注：摘錄自《國內外輪轂電機應用概況和發(fā)展趨勢》——諸文強、辜承林

02按結構形式分類(lèi)

　　從主磁通行經(jīng)路徑看，它囊括了徑向磁場(chǎng)(radial)、軸向磁場(chǎng)(axial)、橫向磁通(transverse)全部三種基本形式。從運動(dòng)方式看，亦有內轉子、外轉子和雙轉子之分。其中，雙轉子結構最有新意。內轉子主動(dòng)，外轉子從動(dòng)，二者通過(guò)一組行星齒輪傳遞動(dòng)力，實(shí)現反向旋轉，使磁場(chǎng)切割導體的速度為內、外轉子速度之和。顯然，這種速度迭加以及機械聯(lián)動(dòng)的巧妙組合，既給電機設計帶來(lái)了張馳空間，又起到了緩釋負載擾動(dòng)、平抑沖擊負荷、有效保護電池的作用。

03按驅動(dòng)方式分類(lèi)

　　直接驅動(dòng)時(shí)，電機多采用外轉子結構，即轉子直接帶動(dòng)輪轂旋轉，因而轉速較低。與此相對應，間接驅動(dòng)時(shí)，電機則多為內轉子結構，轉速較高，通過(guò)行星輪加齒環(huán)機構實(shí)現減速，帶動(dòng)輪轂旋轉，因而也稱(chēng)之為減速驅動(dòng)。

04按旋轉速度分類(lèi)

　　輪轂電機還有高速和低速之分，但對應的轉速范圍并沒(méi)有明確的界定，視應用對象不同而不同。通常，僅當驅動(dòng)方式確定之后，高、低速范圍的界定才具有相對準確的含義，即直接驅動(dòng)一般對應于低速電機(體積大，耗材多，功率密度小，噪聲低)，而間接驅動(dòng)則多對應于高速電機(體積小，耗材少，功率密度大，噪聲高)。

01輪轂電機應用優(yōu)勢

　　(一) 省略大量傳動(dòng)部件，讓車(chē)輛結構更簡(jiǎn)單

　　對于傳統車(chē)輛來(lái)說(shuō)，離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器乃至分動(dòng)器都是必不可少的，而這些部件不但重量不輕、讓車(chē)輛的結構更為復雜，同時(shí)也存在需要定期維護和故障率的問(wèn)題。但是輪轂電機就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。除開(kāi)結構更為簡(jiǎn)單之外，采用輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛可以獲得更好的空間利用率，同時(shí)傳動(dòng)效率也要高出不少。

　　(二) 可實(shí)現多種復雜的驅動(dòng)方式

　　由于輪轂電機具備單個(gè)車(chē)輪獨立驅動(dòng)的特性，因此無(wú)論是前驅、后驅還是四驅形式，它都可以比較輕松地實(shí)現，全時(shí)四驅在輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛上實(shí)現起來(lái)非常容易。同時(shí)輪轂電機可以通過(guò)左右車(chē)輪的不同轉速甚至反轉實(shí)現類(lèi)似履帶式車(chē)輛的差動(dòng)轉向，大大減小車(chē)輛的轉彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實(shí)現原地轉向(不過(guò)此時(shí)對車(chē)輛轉向機構和輪胎的磨損較大)，對于特種車(chē)輛很有價(jià)值。

　　(三) 便于采用多種新能源車(chē)技術(shù)

圖示：電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)系統圖例

　　新能源車(chē)型不少都采用電驅動(dòng)，因此輪轂電機驅動(dòng)也就派上了大用場(chǎng)。無(wú)論是純電動(dòng)還是燃料電池電動(dòng)車(chē)，抑或是增程電動(dòng)車(chē)，都可以用輪轂電機作為主要驅動(dòng)力;即便是對于混合動(dòng)力車(chē)型，也可以采用輪轂電機作為起步或者急加速時(shí)的助力，可謂是一機多用。同時(shí)，新能源車(chē)的很多技術(shù)，比如制動(dòng)能量回收(即再生制動(dòng))也可以很輕松地在輪轂電機驅動(dòng)車(chē)型上得以實(shí)現。

02輪轂電機應用缺點(diǎn)

　　(一) 、 增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉動(dòng)慣量，對車(chē)輛的操控有所影響

　　對于普通民用車(chē)輛來(lái)說(shuō)，常常用一些相對輕質(zhì)的材料比如鋁合金來(lái)制作懸掛的部件，以減輕簧下質(zhì)量，提升懸掛的響應速度?？墒禽嗇炿姍C恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時(shí)也增加了輪轂的轉動(dòng)慣量，這對于車(chē)輛的操控性能是不利的。不過(guò)考慮到電動(dòng)車(chē)型大多限于代步而非追求動(dòng)力性能，這一點(diǎn)尚不是最大缺陷。

　　(二) 、 電制動(dòng)性能有限，維持制動(dòng)系統運行需要消耗不少電能

　　現在的傳統動(dòng)力商用車(chē)已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動(dòng)原理(也即電阻制動(dòng))的輔助減速設備，比如很多卡車(chē)所用的電動(dòng)緩速器。而由于能源的關(guān)系，電動(dòng)車(chē)采用電制動(dòng)也是首選，不過(guò)對于輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛，由于輪轂電機系統的電制動(dòng)容量較小，不能滿(mǎn)足整車(chē)制動(dòng)性能的要求，都需要附加機械制動(dòng)系統，但是對于普通電動(dòng)乘用車(chē)，沒(méi)有了傳統內燃機帶動(dòng)的真空泵，就需要電動(dòng)真空泵來(lái)提供剎車(chē)助力，但也就意味了有著(zhù)更大的能量消耗，即便是再生制動(dòng)能回收一些能量，如果要確保制動(dòng)系統的效能，制動(dòng)系統消耗的能量也是影響電動(dòng)車(chē)續航里程的重要因素之一。

　　此外，輪轂電機工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求，同時(shí)在設計上也需要為輪轂電機單獨考慮散熱問(wèn)題。