輪轂馬達
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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]，此技術還無法用在已量產的電動汽車上[3][2]
自行車
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
歷史
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，將動力轉輸給車輪[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
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
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，而且各個車輪可以提供準確的力矩輸出，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]。
相關條目
參考資料
- ^ 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 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.
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- ^ 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.
- ^ 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.
