Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Raleigh SC30 с установленным комплектом вторичного электрического преобразователя ступичного двигателя.

Двигатель ступицы колеса (также называемый колесным двигателем , приводом ступицы колеса , двигателем ступицы или внутриколесным двигателем ) - это электродвигатель, который встроен в ступицу колеса и напрямую приводит в движение .

История [ править ]

В Lohner-Porsche Mixte Hybrid , первом в мире бензиново-электрическом гибридном автомобиле , использовались моторы ступицы колеса. [1] [2]
  • Концепция первого колесного двигателя: Веллингтон Адамс из Сент-Луиса впервые задумал построить электродвигатель непосредственно в колесе транспортного средства, хотя он был прикреплен с помощью сложной передачи. Патент Адамса - это патент США 300827 в 1884 году.
  • Изобретен колесный двигатель с высоким крутящим моментом и низкой частотой вращения: двигатель был встроен в колесо без зубчатой ​​передачи и учитывал соображения крутящего момента за счет использования нового двигателя с высоким крутящим моментом и низкой частотой вращения, изобретенного Эдвардом Паркхерстом из Уоберна, Массачусетс, в патенте США 422149 в 1890 году (и неправильно упомянуто. в патенте Парселла №320,699).
  • Преимущества электрического колесного двигателя, раскрытые в патенте: один из первых электродвигателей ступицы колеса был изобретен французом Чарльзом Териком и запатентован в 1896 году в виде патента США 572036 «Колесо со ступицей электродвигателя для транспортных средств». В патенте он объяснил все преимущества, включая отсутствие потерь при передаче, из-за отсутствия классических тяг трансмиссии от двигателей к колесам.
  • Дизельный мотор-колесо: не все моторы-ступицы были электрическими. К.Ф. Годдард в 1896 году изобрел поршневой мотор-ступицу для безлошадных экипажей, запатентованный в патенте США 574 200 . Он представил, что он будет питаться за счет какого-то расширяющегося газа. Его конструкция с гибкими изогнутыми спицами со смещением от центра позже появилась в колесах луноходов Apollo в 1960-х годах.
  • Использование кулачков, другого типа колесного двигателя внутреннего сгорания: в патенте США 593248 WC Смит в 1897 году разработал еще один двигатель с взрывоопасным газом внутри ступицы колеса, который использовал кулачки на гусенице в ступице для передачи мощности на колесо.

Электродвигатель ступицы колеса участвовал в гонках Фердинанда Порше в 1897 году в Вене , Австрия. Первое инженерное обучение Porsche было посвящено электричеству, а не внутреннему сгоранию. В результате он разработал свои первые автомобили в виде электромобилей с электрическими колесными двигателями, работающими от батарей. Lohner Porsche , оснащенный одним двигателем колеса на каждом из передних колес, появился на Всемирной выставке в Париже в 1900 году и создал сенсацию в молодом автомобильном мире. В последующие годы было произведено 300 автомобилей Lohner Porsche и продано состоятельным покупателям. [3]

В конце концов рост мощности бензинового двигателя превысил мощность электродвигателей ступицы колеса, и это компенсировало любые потери через трансмиссию. В результате автомобили перешли на бензиновые двигатели с трансмиссией, но они никогда не были такими эффективными, как электродвигатели в ступицах колес. Потенциальное исключение из этой истории произошло 17 января 2012 года с выдачей патента США 8096103 , General Wheel Rotation Power Motor, трехцилиндрового колесного двигателя с приводом от давления, содержащегося в ступице, который применяет эту силу через кривошипные колеса непосредственно к вращающемуся ободу, окружающему обод. концентратор. [4]

Используется в нынешних и будущих автомобилях [ править ]

  • Обычно они встречаются на электрических велосипедах и мотоциклах . [5]
  • Колесные двигатели применяются в промышленности, например, ведущие колеса, входящие в состав сборочных линий.
  • Производители шин и комплектующих разработали их [6], и первым серийным автомобилем, в котором они были применены, был Luka EV от MW Motors. [7]
  • Ступичные двигатели также можно встретить на автобусах. [8]

По состоянию на 2020 год как минимум три компании планируют выпустить серийные автомобили с колесными моторами в 2021 году:

  • Aptera Motors анонсировала высокоэффективный Aptera EV , закрытый трехколесный автомобиль на солнечной энергии, в котором используются мотор-редукторы от компании Elaphe . [9]
  • Компания Lightyear анонсировала автомобиль Lightyear One, работающий на солнечной энергии и использующий мотор- редукторы . [10]
  • Lordstown Motors анонсировала полноприводный грузовик Lordstown Endurance с двигателями от Elaphe . [9]

Концепт-кары [ править ]

Электромобиль PML Mini QED
Автомобиль МАЗ-7907 . Каждое колесо имеет свой электродвигатель.

Несколько концептуальных автомобилей были разработаны с использованием колесных двигателей:

  • General Motors, продолжение 2005 г.
  • Mini QED от Protean Electric в 2006 году, пикап Ford F-150 в 2008 году [11] и другие автомобили, использующие его Hi-Pa Drive
  • Концепт-модель Mitsubishi MIEV 2005 г.
  • Chebela (2010), небольшой городской прототип электромобиля с двумя приводными двигателями в задней части.
  • Citroën C-Métisse с колесными электродвигателями, разработанными TM4 . [12]
  • Siemens VDO (купленный Continental ) концепция eCorner в 2006 году [13] [14]
  • Heuliez БУДЕТ использовать колесо Michelin Active Wheel (которое также включает моторизованную активную подвеску ) в 2008 году [15]
  • ZAP-X в 2007 году «будет использовать высокотехнологичные ступиц электродвигатели на всех четырех колесах, обеспечивая 644 лошадиных сил на землю от аккумулятора литий-ионный. В узловые двигатели устранило бы необходимость передачи, осей и обычных тормозов, открытие место под полом для гигантского аккумуляторного блока ". [16]
  • Peugeot BB1 в 2009 году включает в себя задние двигатели в колеса , разработанные с Michelin . [17]
  • Hiriko складной городской электрический прототип имеет приводные двигатели , расположенные внутри каждого из четырех колес, и имеет с электронным управлением , максимальная скорость 50 км / ч (31 миль в час). [18] [19] Каждое колесо объединяет двигатель, рулевые приводы, подвеску и тормозную систему прямо внутри колеса, управляемую системой управления по проводам. [20]
  • В 2019 году израильский стартап REE анонсировал свой угловой модуль, который сочетает в себе двигатель, тормозную систему, подвеску, программное обеспечение и электронное управление, и предусматривает использование четырех из этих модулей в транспортных средствах для доставки и небольших фургонах. [21] Дочерняя компания Toyota Hino Motors показала концептуальное грузовое шасси 6x6 под названием FlatFormer с использованием аналогичной технологии на Токийском автосалоне в 2019 году . [22]

Механизм [ править ]

Электромагнитные поля ступичного двигателя подводятся к неподвижным обмоткам двигателя. Внешняя часть двигателя следует за этими полями или пытается следовать за ними, вращая прикрепленное колесо. В щеточном двигателе энергия передается щетками, контактирующими с вращающимся валом двигателя. Энергия передается в бесщеточном двигателе электронным способом, что исключает физический контакт между неподвижными и движущимися частями. Хотя бесщеточные двигатели более дороги, большинство из них более эффективны и долговечны, чем системы с щеточными двигателями.

Ступичный двигатель обычно имеет одну из трех конфигураций. Наименее практичным считается двигатель с осевым потоком, где обмотки статора обычно зажаты между наборами магнитов. Две другие конфигурации представляют собой радиальные конструкции с магнитами двигателя, прикрепленными к ротору; в одном, двигателе внутреннего вращения, ротор находится внутри статора, как в обычном двигателе. В другом, двигателе внешнего вращения, ротор находится вне статора и вращается вокруг него. Применение ступичных двигателей в транспортных средствах все еще развивается, и ни одна из конфигураций не стала стандартной. [23]

Электродвигатели имеют наибольший крутящий момент при запуске, что делает их идеальными для автомобилей, поскольку им также требуется наибольший крутящий момент при запуске. Идея «увеличения оборотов», столь характерная для двигателей внутреннего сгорания, не нужна для электродвигателей. Наибольший крутящий момент возникает, когда ротор первым начинает вращаться, поэтому электродвигатели не требуют трансмиссии. Может потребоваться понижающая передача, но в отличие от трансмиссии, обычно работающей в паре с двигателем внутреннего сгорания, для электродвигателей переключение передач не требуется. [24]

Ступичные двигатели колес все чаще используются на электрических велосипедах и электросамокатах в некоторых частях мира, особенно в Азии. [25] [26]

Сравнение с традиционной конструкцией электромобилей в автомобилях [ править ]

По сравнению с обычной электрической транспортным средством конструкции с одним двигателя , расположенный в центре вождения два (иногда четыре) колеса с помощью оси или приводного вала , [27] в-Колесной двигатель имеют определенные преимущества и недостатки:

Поездка по проводам [ править ]

В опытной модели Hiriko Fold используется ступичное колесо, которое объединяет двигатель, рулевые приводы, подвеску и тормозную систему прямо внутри колеса, управляемую системой управления по проводам.

Автомобили с электронным управлением тормозами и ускорением для каждого отдельного колеса предоставляют больше возможностей для компьютеризированной динамики транспортного средства, таких как:

  • Тормозное управление, при котором смещение тормоза отдельных колес регулируется для помощи в управлении (аналогично гусеничным транспортным средствам, таким как бульдозер ) [28]
  • Активные программные дифференциалы, в которых скорость отдельных колес регулируется в ответ на другие входные данные
  • Активное смещение тормозов, при котором усилие торможения отдельных колес регулируется в реальном времени для поддержания устойчивости автомобиля.

Однако эти преимущества также присущи автомобилям с бортовым мотором на каждое колесо. Колесные агрегаты с внутриколесными двигателями могут поворачиваться на большие углы, чем позволяет обычная рулевая рейка , а «угловые модули» Protean и REE добавляют двигатели рулевого управления, которые позволяют автомобилю двигаться в любом направлении, что называется крабовым рулевым управлением . [29]

Поскольку колесные двигатели тормозят и ускоряют транспортное средство с помощью одной твердотельной электрической / электронной системы, многие из вышеперечисленных функций могут быть добавлены в качестве обновлений программного обеспечения, вместо того, чтобы требовать установки дополнительных систем / оборудования. Это должно привести к удешевлению систем активной динамической безопасности дорожных транспортных средств с колесными двигателями. [ необходима цитата ]

Снижение веса [ править ]

Исключение механической трансмиссии, включая коробки передач, дифференциалы, карданные валы и оси, обеспечивает значительную экономию веса и производственных затрат, а также снижает воздействие продукта на окружающую среду. [30]

Проблемы с неподрессоренной массой [ править ]

Основным недостатком двигателя ступицы колеса является то, что вес электродвигателя увеличивает неподрессоренную массу , что отрицательно сказывается на управляемости и плавности хода. Колеса более медленно реагируют на дорожные условия, особенно на быстрое движение по неровностям, и передают неровности шасси, а не поглощают их.

Большинство обычных электродвигателей состоит из черных металлов, состоящих из многослойной электротехнической стали . Этот черный металл составляет большую часть веса электродвигателей. Чтобы свести к минимуму этот вес, в нескольких последних конструкциях колесных двигателей минимизировано содержание электротехнической стали в двигателе за счет использования конструкции без сердечника с обмотками катушки из проволоки Litz для уменьшения потерь на вихревые токи . Это значительно снижает вес колесного двигателя и, следовательно, неподрессоренную массу. [ необходима цитата ]

Другой используемый метод заключается в замене чугунного фрикционного тормоза в сборе с колесным двигателем аналогичного веса. Это не приводит к увеличению неподрессоренной массы и позволяет автомобилю разгоняться до 1G. [31]

Хорошим примером этого является двигатель Michelin Active Wheel, установленный на Heuliez Will, первом электромобиле с активным приводом на колеса, в результате чего неподрессоренная масса передней оси составляет 35 кг, что выгодно отличается от небольших автомобилей, таких как Renault Clio, у которого на передней оси находится неподрессоренная масса 38 кг. [32]

См. Также [ править ]

  • ActiveWheel
  • Блокировка ступиц
  • Механизм прямого привода

Ссылки [ править ]

  1. ^ «История гибридных автомобилей» . HybridCars.com. 27 марта 2006 Архивировано из оригинала 4 сентября 2009 года . Проверено 21 марта 2010 года .
  2. ^ Mixte Voiturette
  3. ^ "Вехи - История Porsche" . США: Порше. Архивировано из оригинала 18 декабря 2005 года.
  4. ^ Офис патентов США
  5. ^ «электрический мотоцикл» . Электрек . Дата обращения 31 августа 2019 .
  6. ^ «Новый тип двигателя для электромобилей» . Экономист . 11 июля 2019 г. ISSN 0013-0613 . Дата обращения 31 августа 2019 . 
  7. ^ "Лука EV" . MW Motors . Проверено 12 сентября +2016 .
  8. ^ "Колесные двигатели для привода голландских автобусов" . Обзор технологий . 23 марта 2009 . Проверено 23 ноября 2009 года .
  9. ^ a b Сенсиба, Дженнифер (23 декабря 2020 г.). «Двигатели-концентраторы Aptera пережили испытания на пытки, ответы на другие вопросы» . CleanTechnica . Проверено 29 декабря 2020 года .
  10. ^ «Технология - Lightyear One - сверхэффективная солнечная технология» . Нидерланды: Светлый год . Проверено 3 января 2021 года .
  11. ^ «Тест-драйв нового пикапа с электродвигателем» . 15 сентября 2009 . Проверено 31 мая 2011 года .
  12. ^ «TM4 разработала и произвела электродвигатели, используемые в концептуальном автомобиле CITRON C-Métisse» . TM4. Архивировано из оригинального 29 октября 2013 года . Проверено 18 июля 2013 года .
  13. ^ "Электропроводная технология Siemen VDO поворачивает угол поворота" . VDO . 16 октября 2006 Архивировано из оригинала 18 января 2008 года.
  14. ^ "Автомобильные моторы исчезнут - в колеса" . VDO . 8 августа 2006 Архивировано из оригинального 27 мая 2008.
  15. ^ "Пресс-кит MICHELIN ACTIVE WHEEL" . Мишлен . 26 сентября 2008 . Проверено 15 сентября 2009 года .
  16. ↑ Ульрих, Лоуренс (23 сентября 2007 г.). «Они электрические, но могут ли они быть фантастическими?» . Нью-Йорк Таймс .
  17. ^ «Peugeot демонстрирует две концепции HYbrid4, новый концепт BB1 EV во Франкфурте» . Конгресс зеленых автомобилей . 15 сентября 2009 . Проверено 31 мая 2010 года .
  18. ^ "Электрический городской автомобиль Hiriko складывается для экономии места" . Проводная Великобритания . 26 января 2012 . Проверено 1 февраля 2012 года .
  19. ^ Джимми Hitipeuw (30 января 2012). «Складной электромобиль» . Kompas.com. Архивировано из оригинального 2 -го февраля 2012 года . Проверено 16 июля 2012 года .
  20. ^ Джеймс Холлоуэй (20 февраля 2012 г.). «Hiriko - раскладной электрический двухместный комплект на 2013 год» . Гизмаг . Проверено 26 июля 2012 года .
  21. ↑ Густаво Энрике Руффо (13 сентября 2019 г.). «Теперь мы можем объяснить, как работает двигатель REE в колесе» . Внутри электромобилей .
  22. ^ «REE сотрудничает с Hino Motors, чтобы продемонстрировать новый концептуальный автомобиль FlatFormer на 46-м Токийском автосалоне» (пресс-релиз). BusinessWire . 23 октября 2019.
  23. ^ "Проектирование бесщеточных двигателей в ступице" . machinedesign.com.
  24. ^ "Электровелосипед Rad Power - это частично мопед и частично грузовой велосипед" . designboom | журнал архитектуры и дизайна . 27 августа 2019 . Дата обращения 31 августа 2019 .
  25. ^ "Информация о Hub Motors" . ebikes.ca . Канада. Архивировано из оригинала 9 февраля 2008 года.
  26. ^ "Задние моторы ступицы, силовые установки электромобилей, Phoenix, RoadRunner, моторы ступицы Sparrow" . Электрический райдер . НАС. Архивировано из оригинального 20 октября 2006 года.
  27. ^ https://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/OVERVIEW/in_wheel_motor.html#:~:text=In%20conventional%20EV%20models%2C%20the,terms%20of%20sound%20and%20vibration .
  28. ^ Роберсон, Билл. «Что должно быть дальше для электромобилей: настоящее управление всеми колесами» . Forbes . Дата обращения 31 августа 2019 .
  29. ↑ Кэрри Хэмпел (18 июля 2019 г.). «Модуль Protean обеспечивает маневренность на 360 градусов» . electrive.com . Дата обращения 31 августа 2019 .
  30. ^ «Aptera возвращается, детка! У нового улучшенного электромобиля будет 1000 миль пробега» . CleanTechnica . 29 августа 2019 . Дата обращения 31 августа 2019 .
  31. ^ Концепт-кар Michelin Hy-Light Active Wheel Motor EV . Проверено 27 мая 2020 года - через YouTube.
  32. ^ Lepisto, Кристина. «Мишлен представляет активное колесо в доступном электромобиле» . Архивировано из оригинала 18 марта 2009 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • Технология полного привода e-Traction с прямым приводом
  • Экспериментальный автомобиль Mitsubishi , представленный в мае 2005 года, оснащен колесными двигателями в задней части.
  • Колесо ez
  • Колесные электродвигатели Elaphe Performance