全世界的汽车保有量和使用量巨大,而且增长迅速。21世纪,人类将面临严峻的能源和环境挑战,研究开发节能、环保和安全的汽车是实现交通可持续发展的必由之路。其中,电动汽车以其在使用过程超低排放/零排放、能源利用多元化和高效化、便于实现智能化控制等方面的技术优势备受重视,呈现加速发展态势。在电动汽车诸多电力驱动系统形式中,采用轮毂电机系统作为关键总成,是电动汽车领域的研究重点和研究热点。轮毂电机系统的诞生可以一直追溯到电动汽车诞生的初期,而轮毂电机在电动汽车上的广泛应用主要集中在近几年的概念车上。最早见诸于文献的有关轮毂电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创始人(F.Porsche)。1900年,保时捷研制了两个前轮装备轮毂电机的前轮驱动双座电动汽车。值得引起注意的是,保时捷在1902年就研制出了采用发动机和轮毂电机的混合动力汽车,取得山地汽车拉力赛的好成绩。1910年,保时捷研制了军用陆地列车,最前面的机车发动机和发电机,后面的10辆列车利用轮毂电机驱动,可以说,保时捷是基于轮毂电机的电动汽车和混合动力汽车之父。
20世纪50年代,美国人罗伯特发明了电动汽车轮毂,并申请了专利。1968年这种轮毂被通用电气公司应用在大型矿用自卸车上。采用轮毂电机的电动汽车具有一个明显的优点。就是可以采用扁平的车架结构,因此在需要频繁上下车的城市公共交通客车上大量应用。
轮毂电机动力系统通常由电动机、减速机构、制动器与散热系统等组成。轮毂电机动力系统根据电机的转子型式主要分成两种结构形式:内转子型和外转子型。通常,外转子型采用低速外传子电机,电机的最高转速在1000-1500r/min左右,无任何减速装置,电机的外传子与车轮的轮辋固定或者集成在一起,车轮的转速与电机相同。内转子型则采用高速内转子电机,同时装备固定传动比的减速器。为了获得较高的功率密度,电机的转速通常高达10000r/min。减速结构通常采用传动比在10:1左右的行星齿轮減速装置,车轮的转速在在1000r/min左右。高速内转子的轮毂电机具有较高的比功率,质量轻,体积小,效率高,噪声小,成本低;缺点是必须采用减速装置,使效率降低,非簧载质量增大,电机的最高转速受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。低速外转子电机结构简单、轴向尺寸小,比功率高,能在很宽的速度范围内控制转矩,且响应速度快,外转子直接和车轮相连,没有减速机构,因此效率高;缺点是如要获得较大的转矩,必须增大发动机体积和质量,因而成本高,加速时效率低 ,噪声大。这两种结构在目前的电动车中都有应用,但是随着紧凑的行星齿轮变速机构的出现,高速内转子式驱动系统在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。