輪轂馬達
輪轂馬達（英語：wheel hub motor、英語：hub motor）或輪內馬達（英語：in-wheel motor）是指整合進車輪輪轂內的馬達，常見於電動自行車及電動機車上。早期的电动汽车常使用輪轂馬達的技術，但因為其高動態輪負載對車輛操控的負面影響[1]，以及裝在車輪上，容易損壞的特性[2]，近年來已量產的電動汽車還沒有使用此技術[3][2]。
自行車
[编辑]早在1895年時，就有人申請電動自行車輪轂馬達的專利[4]。自行車和汽車不同，自行車車輪的輪轂距離輪圈的距離較遠。相較於其他的設計，電動自行車輪轂馬達有簡單、耐用、價格低廉的優點，但比較不適合用在高速[5]。自從2000年代末起，輪轂馬達就已是比較多人使用的設計方式[6]。
汽車
[编辑]歷史
[编辑]
在1880年代以及1890年代，就有許多人提出在輪轂內的電動馬達、燃油引擎以及蒸氣動力引擎[8]。以下是獲得專利的人：聖路易的Wellington Adams在1884年專利獲准[9]；美國Woburn的Edward Parkhurst在1890年專利獲准[10]；Albert Parcelle也在1890年專利獲准[11]；Charles Theryc在1896年專利獲准；其設計沒有引擎到輪子的傳動桿，因此沒有傳動損失[12]；C F Goddard在1896年申請一個活塞輪轂發動機的專利，是用在老式汽車，利用某種氣體的膨脹為動力[13]；W C Smith在1897年申請輪轂內爆炸氣體膨脹發動機，利用輪轂軌道上的凸輪，將動力傳輸給車輪[14]。
斐迪南·保時捷曾於1897年在用維也納用電動輪轂馬達的車輛來賽車。他開發的第一部電動車就是以輪轂馬達驅動，動力來源是電池[15]。裝有四顆輪轂馬達的Lohner–Porsche賽車在1900年巴黎的世界博覽會首次亮相。同時也引入一款車種販售，是前輪有二個輪轂馬達的Lohner–Porsche Chaise。這款車輛的接受度很好，Lohner和其他車廠以此設計為基礎，設計許多其他的車款，直到1920年代為止[16][7]。
設計
[编辑]輪轂馬達帶動車輪的機構可以是直驅式機構或行星齿轮[17]。馬達可以是轴向磁场电机、內轉子或是外轉子設計，馬達可以是有刷的換向器設計，或是使用無電刷的設計[18]。
以設計觀點來考慮，輪轂馬達的好處在於其靈活度大。輪轂馬達可以用在前輪驅動車、後輪驅動車、或是獨立四輪驅動。輪轂馬達體積小，可以保留更多空間給乘客、貨物或是其他車內的零件。輪轂馬達的車內重量分佈會比單一馬達要好，也去除了傳統車輛需要的許多零件，例如变速器、差速器及傳動軸，這可以減少磨損以及機械損失[1][19]。高電壓的輪轂馬達需針對其高壓纜線以及零件進行保護，避免其因受撞擊而損壞[2]。
簧下重量
[编辑]輪轂馬達的一個缺點是其重量沒有加在懸吊系統的阻尼器上，因此增加了簧下質量，對車輛操控以及行駛的品質有負面影響。輪轂馬達雖然會下降行駛品質，但還是比等效的內燃車車輛行駛品質要好，但因為較大的動態滾動阻力，會降低車輛的操控性[1]。Protean Electric和莲花汽车發現若增加懸吊系統的阻尼，可以抵消大部份簧下質量增加所帶來的負面影響，而且可以控制各車輪的力矩輸出，可以提昇車輛的操控性，因此整體效果仍是正面的[20]。
輪轂馬達沒有避震器的保護，也比較沒有對振動以及碎片的防護，因此其耐用性會降低。有些設計會用減少馬達重量的方式來減少簧下重量，例如無鐵心（coreless）設計或是用Litz wire線圈繞組，這些設計雖可減輕重量，但對降低其耐用性[19]。
近輪馬達
[编辑]
汽車的馬達可以設計在車輪內，也可以設計在靠近車輪處，即為近輪馬達（near-wheel motor）或輪端馬達（wheel-end motor）。近輪馬達有輪轂馬達的好處，因為馬達在底盤內，由懸吊系統支撐其重量，避免了輪轂馬達增加簧下重量以及容易磨損的問題。近輪馬達的體積會比輪轂馬達大一些，但到2022年為止，近輪馬達比輪轂馬達要可靠，價值也比較便宜[22]。近輪馬達避免了使用輪轂馬達設計，讓高電壓元件放置在底盤外的風險[2]，也簡化了車輛的設計以及組裝[23]。
American Axle透過美國能源部資助的計劃，開發了100 kW和150 kW的近輪馬達，此計劃是要商品化綠能且低成本的近輪馬達。成本降低的原因是因為將馬達、變頻器以及減速齒輪整合成單一元件，並且在馬達材料上避免使用重稀土元素[24]。100 kW的三合一近輪驅動單元已是REE Automotive車用產品中的販售品[23]。
概念車
[编辑]近代概念車中最早使用輪轂馬達的是IZA，在1997年电气电子工程师学会研討會中發表，其中用了四顆25 kW（34 hp）的馬達[25]。
其他在車展中展示過的輪轂馬達概念車有：2005年的Chevrolet Sequel[26]；2005年三菱汽車的Mitsubishi MIEV[27]；2006年Hi-Pa Drive的Mini QED[28]；2005年的Honda FCX概念車[29]；2006年的雪鐵龍C-Metisse[30]；2008年Protean Electric的 Ford F-150[31]；2008年Heuliez的WILL，其中使用Michelin的Active Wheel懸吊系統[32]；2009年的Peugeot BB1[33]；2012年的Hiriko Fold，屬於urban car，最大速度可以到50 km/h（31 mph）[34][35]，有整合到每一個輪子 的馬達、操縱致動器、懸吊以及剎車，由drive-by-wire系統來控制[36]；2019年展示的FlatFormer，是小型6x6的自駕卡車底盤[37]；Indigo Technologies自從2019年起有展示許多的輪轂馬達汽車[2]2022年Aptera也有展示其太陽能電動車[38]。
有些公司有發佈概念車，但沒有展示其實體，其中包括2006年西门子VDO的eCorner概念[39]，以及2007年的ZAP-X[40]。
-
Mini QED電動車
-
MAZ-7907卡車，每一個輪子都有一顆馬達
-
Hiriko Fold電動車，有輪轂馬達、操縱致動器、懸吊以及剎車，由drive-by-wire系統來控制
販售車
[编辑]有輪轂馬達的販售車型（production vehicle）有：
- Lohner–Porsche的Chaise, Mixte等車型。在1900年代初期Lohner等車廠曾以此車型設計許多的電動車[16][7]
- Lightyear 0，在2022年曾生產一陣子，負責生產此車型的子公司於2023年破產[41][42]
- Lordstown Endurance，在2022年曾生產一陣子，但後來其車廠於2023年破產重整，並停止生產此車型[43]。
計劃中的販售車型有：
相關條目
[编辑]參考資料
[编辑]- ^ 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 2.3 2.4 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.
- ^ (美國專利第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 7.3 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.
- ^ 美國專利第300,827号
- ^ 美國專利第422,149号
- ^ 美國專利第433,180号
- ^ 美國專利第572,036号
- ^ 美國專利第574,200号
- ^ 美國專利第593,248号
- ^ Ferdinand Porsche. Biography.com. April 5, 2021.
- ^ 16.0 16.1 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.
- ^ Detroit 2011: Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell is the color of electric hotness. AutoBlog. January 10, 2011.
- ^ Madichetty, Sreedhar; Neroth, Avram John; Mishra, Sukumar; Babu, B. Chitti. Route Towards Road Freight Electrification in India: Examining Battery Electric Truck Powertrain and Energy Consumption. Chinese Journal of Electrical Engineering. September 2022, 8 (3): 57–75. S2CID 252841869. doi:10.23919/CJEE.2022.000026
.
- ^ 23.0 23.1 Noble, Breana. American Axle plows ahead with independence, innovation. The Detroit News. January 26, 2023. （原始内容存档于January 26, 2023）.
- ^ Crecelius, David, Low Cost, High-Performance, HRE-Free 3-In-1 Electric Drive Unit, 2021 DOE Vehicle Technologies Office Annual Merit Review about Electrification, United States Department of Energy, June 22, 2021
- ^ Hag, Johan. Wheel Corner Modules: Technology and Concept Analysis (PDF) (学位论文). KTH Royal Institute of Technology: 8. 2011.
- ^ Eberle, Ulrich; von Helmolt, Rittmar. Sustainable transportation based on electric vehicle concepts: a brief overview. Energy & Environmental Science (Royal Society of Chemistry). 2010-05-14, 3 (6): 689 [2010-06-08]. doi:10.1039/C001674H.
- ^ Mitsubishi unveils electric car for 2010. NBC News. May 11, 2005.
- ^ Spinelli, Michael. Let's Motor, Motor, Motor, Motor. Wired. October 1, 2006.
- ^ Honda Worldwide - Tokyo 2005. Honda.com. [September 22, 2023]. （原始内容存档于May 1, 2006）.
- ^ Padeanu, Adrian. 2006 Citroën C-Métisse: Concept We Forgot. Motorsport Network. January 17, 2018.
- ^ Wojdyla, Ben. Driven: Protean Ford F-150 All-Electric Pickup Truck. PickupTrucks.com. May 12, 2017.
- ^ Yoney, Domenick. Paris 2008: Heuliez, Michelin and Orange wrap a revolution in a plain package. AutoBlog.com. October 9, 2008.
- ^ Peugeot Shows Two HYbrid4 Concepts, New BB1 EV Concept at Frankfurt. Green Car Congress. 15 September 2009 [31 May 2010].
- ^ Hiriko electric city car folds up to save space. Wired UK. 26 January 2012 [1 February 2012].
- ^ Hitipeuw, Jimmy. The Folding Electric Car. Kompas.com. 30 January 2012 [16 July 2012]. （原始内容存档于2 February 2012）.
- ^ Holloway, James. Hiriko - the fold-up electric two-seater set for 2013. Gizmag. 20 February 2012 [26 July 2012].
- ^ Henrique Ruffo, Gustavo. REE Partnership With Hino Shows More On In-Wheel Motor Tech. InsideEVs. October 23, 2019.
- ^ By Paul Ridden, Aptera Gamma prototype SEV makes public debut in San Diego, NewsAtlas, September 12, 2022
- ^ Bryant, Eric. Siemens VDO announces eCorner motor-in-hub concept. AutoBlog.com. August 10, 2006.
- ^ Ulrich, Lawrence. They're Electric, but Can They Be Fantastic?. The New York Times. 23 September 2007.
- ^ Wilkinson, Luke. Lightyear unveils long-range solar-electric car. Auto Express (UK). 25 June 2019 [26 June 2019].
- ^ Lightyear 0 Production On Hold As Company Focuses On Affordable Model. InsideEVs （英语）.
- ^ Mille, Caleb. Lordstown Files for Bankruptcy, Endurance Pickup Assets up for Sale. Car and Driver. June 27, 2023.
- ^ Cristian Agatie, Crazy BMW Coupe Prototype With Neue Klasse DNA and Wheel Hub Motors Emerges From the Void, AutoEvolution, July 5, 2024
