ホイールハブエレクトリックモーターの究極のガイド

導入

自動車産業は、持続可能性、効率性、イノベーションが中心的な舞台に立つにつれて、地震の変化を遂げています。この進化の中心は、車両の動力と駆動の方法を再定義するゲームを変えるテクノロジーであるホイールハブ電気モーターです。従来の内燃焼エンジンや集中型電気モーターとは異なり、ホイールハブモーターは車輪に直接統合され、従来のドライブトレインに関連する多くの非効率性を排除します。

この技術は、乗用車を再構築するだけでなく、商業輸送、産業機械、レクリエーション車両に革命をもたらしています。モーターをホイール自体に配置することにより、デザイナーとエンジニアは、効率の向上、独立ホイール制御、設計の柔軟性の向上など、可能性の世界のロックを解除します。

電気自動車（EV）の需要が世界的に舞い上がるにつれて、車のハブモーターの役割がさらに重要になります。このガイドでは、これらのモーターがどのように機能するか、その利点、アプリケーション、革新、および自動車および産業部門での明るい未来を探ります。

ホイールハブエレクトリックモーターの仕組み

ホイールハブ電気モーターのメカニズムを理解することは、車両の設計とパフォーマンスに対する革新的な影響を理解するために不可欠です。このテクノロジーは、モーターをホイールアセンブリに直接統合し、ドライブトレインを簡素化し、効率を高めます。

ホイールハブ電気モーターの主要なコンポーネント

• ステーター：
  ステーターはモーターの固定成分です。通常、銅巻線で作られており、電気が流れているときに磁場を作成します。これらの巻線の品質と構成は、モーターの性能を最適化し、効率的なエネルギー変換を確保するために重要です。
• ローター：
  ローターはモーターの回転部分であり、ステーター内または周囲に配置されています。固定子が磁場を生成すると、ローターはこのフィールドと相互作用し、スピンします。この回転は、ホイールの動きに直接変換されます。
• モーターハウジング：
  ステーターとローターの両方を包み込むモーターハウジングは、これらのコンポーネントをほこり、水、破片などの環境要素から保護します。また、動作中のモーターの構造的完全性と耐久性を保証します。
• コントローラ：
  コントローラーは、モーターの脳として機能します。ステーターへの電気の流れを調節し、速度、トルク、および全体的な電力供給を管理します。最新のコントローラーは、パフォーマンスを最適化し、さまざまな運転条件に適応するアルゴリズムを組み込んだ非常に高度なものです。
• ブレーキシステム：
  多くのホイールハブモーターには、多くの場合、再生ブレーキ能力を備えた統合ブレーキシステムが含まれています。このシステムは、停止電力を提供するだけでなく、減速中に運動エネルギーをキャプチャし、電気エネルギーに戻してバッテリーを充電します。
• 作業原則
• ホイールハブ電気モーターの動作は、車両のバッテリーから供給される電気から始まります。コントローラーはこの電気を固定子に導き、磁場を作成します。このフィールドはローターと相互作用し、回転運動を生成します。ローターはホイールに直接接続されているため、回転はモーターの入力に応じて、車両を前後または後方に推進します。

このダイレクトドライブメカニズムは、トランスミッション、車軸、微分などの従来のドライブトレインコンポーネントの必要性を排除し、よりコンパクトで効率的なシステムをもたらします。

制御と効率

高度なモーターコントローラーにより、各ホイールの速度とトルクを正確に管理できます。この独立した制御は、特に滑りやすい状態または不均一な状態で、牽引力と安定性を改善します。また、ホイール間の電力分布が動的に調整されて、ハンドリングとパフォーマンスを向上させるトルクベクトル化も可能になります。

インホイールモータードライブの技術的要件
電気自動車の動作条件の複雑さを考慮し、イン輪モーター駆動モードの特性と組み合わせることで、in輪モーターの技術的要件には主に次のものが含まれます。

（1）自動車の重量が限られているため、ハブのスペースにより、ハブモーターは高いトルク密度を持つために必要です。

（2）自動車の高速開始、加速、登山、頻繁な開始と停止の要件を満たすために、インホイールモーターは非常に広い速度レギュレーション範囲と強力なオーバーロード能力を持ち、高効率を維持できます幅広い速度とトルク作業領域。

（3）in輪モーターは、高温、低温、重度の振動、変化しやすい天候の影響に耐えることができ、通常はさまざまな過酷な環境で機能するはずです。

（4）さまざまな複雑な駆動条件下では、in輪モーターは強い干渉能力と高い制御精度を持つ必要があります。 DCモーター、誘導モーター、永久磁石同期モーター、および切り替えられた不動性モーターはすべて、電気自動車駆動システムで広く使用されています。他のドライブモーターと比較して、永久磁石同期モーターは、サイズが小さい、軽量、速い応答、高効率の利点があります。さらに、高出力密度、高トルク密度、高効率に加えて、永久磁石同期モーターも独自の弱い磁気膨張機能を備えており、電気自動車駆動システムでは永久磁石同期モーターがますます使用されています。永久磁石同期モーターは、上記の技術的要件をイン輪モーターの要件を満たすことができますsしたがって、永久磁石同期モーターは、電気自動車用のイン輪モーターに最適です。

ホイールハブの利点電気モーター

自動車用のハブモーターの採用の増加は、従来の推進システムよりも多くの利点の証です。これらの利点は、効率、設計の柔軟性、および費用対効果に及び、最新の電気自動車（EV）で好ましい選択肢となっています。

1。効率の向上

従来のドライブトレインは、送信、車軸、微分などの成分の摩擦によりエネルギー損失を経験します。対照的に、ホイールハブモーターはホイールに直接電力を供給し、中間コンポーネントを排除し、エネルギー損失を最小限に抑えます。この直接駆動アプローチは、全体的な効率を大幅に向上させ、車両の範囲とパフォーマンスの改善に変換します。

2。スペースの最適化

モーターをホイールアセンブリに直接統合することにより、ハブモーターは、以前はドライブシャフトや車軸などのかさばるドライブトレインコンポーネントで占められていたスペースを解放します。この新たなスペースは、より大きなバッテリーパック、車両の範囲の増加、またはより多くの乗客や貨物に対応するためのインテリアレイアウトを最適化するために利用できます。この機能は、コンパクトな車両や電気バスにとって特に有利です。

3。独立したホイールコントロール

ハブモーターは、各ホイールが独立して動作できるようにし、高度な車両のダイナミクスへの道を開くことができます。注目すべき機能の1つは、各ホイールへの電力を正確に分布させるトルクベクトルです。これにより、特に不均一または滑りやすい地形でのコーナリング、安定性、および全体的な操作が強化されます。また、高速運転シナリオの安全性とパフォーマンスを向上させます。

4。メンテナンスのコスト削減

従来のドライブトレインと比較して可動部品が少ないため、ハブモーターは機械的な摩耗と裂傷を減らします。ギアボックス、ディファレンシャル、複雑な車軸などのコンポーネントがないため、メンテナンスと修理が簡素化されます。これにより、全体的な所有コストが低下するだけでなく、車両の信頼性も向上します。

5。軽量のデザイン

重いドライブトレインコンポーネントの除去は、より軽い車両に寄与します。体重の減少は、推進に必要なエネルギーが少なく、エネルギー効率と車両の範囲をさらに高めることを意味します。この体重減少は、加速とブレーキの性能も向上させます。

6。操作性の向上

Hub Motorsは、四輪ステアリングやゼロターンラジウス機能などの革新的な車両設計をサポートしています。これらの機能により、車両は、タイトな都市空間、駐車場、オフロード環境でより操縦しやすくなり、比類のない柔軟性を提供します。

7。静かな操作

電気モーターは、内燃機関よりも自然に静かです。ハブモーターを使用すると、ホイール内で騒音と振動が分離され、キャビンノイズがさらに減少します。これにより、より滑らかで穏やかな運転体験が生じ、乗客の快適さが向上します。

これらの利点を組み合わせることにより、ホイールハブの電気モーターは、車両の効率と設計を再定義するだけでなく、持続可能な輸送の未来を形作っています。

クラッチ、トランスミッション、プロペラシャフト、ディファレンシャル、さらには転送ケースも従来の車両に不可欠であり、これらのコンポーネントは軽量であるだけでなく、車両の構造をより複雑にし、定期的なメンテナンスと故障率にも問題があります。しかし、インホイールモーターはこの問題を非常にうまく解決します。

構造がよりシンプルであることに加えて、インホイールモーターによって駆動される車両は、より良いスペース使用率とはるかに高いトランスミッション効率を実現できます

ホイールハブエレクトリックモーターのアプリケーション

ホイールハブエレクトリックモーターの汎用性により、幅広い産業とアプリケーションでの採用が行われました。

乗用車

電気自動車（EV）は、自動車用のハブモーターの最も顕著な用途です。コンパクトシティ車から高性能の高級車まで、ハブモーターは効率、取り扱い、設計の柔軟性を高めるために使用されます。

公共交通機関

電気バスとシャトルは、静かな操作とエネルギー効率のためにハブモーターを利用しています。メンテナンス要件の削減と乗客の快適性が向上すると、都市交通システムに最適です。

商用車

配送用バン、軽度のトラック、およびその他の商用車は、ハブモーターのコンパクトな設計の恩恵を受け、パフォーマンスを犠牲にすることなく貨物容量を増やすことができます。

レクリエーション車両

ハブモーターは、電気スクーター、自転車、全地形車両（ATV）など、さまざまなレクリエーション車両に電力を供給しています。これらのモーターは、信頼性、コンパクトさ、統合の容易さを提供します。

産業機械

工場や倉庫では、ハブモーターは自律的なフォークリフト、ロボットプラットフォーム、およびその他の機械で使用されており、正確な制御と高効率を提供します。

軍事と防衛

ハブモーターは、頑丈な地形の車両のサイレント操作と機動性の向上を提供する能力により、軍事アプリケーションのために探索されています。

インホイールモータードライブテクノロジーの開発動向

（1）軽量。

ハブ駆動の電気自動車ドライブシステムは、インホイールモーター、ブレーキ、リム、ハブ、タイヤ、トランスミッション、ベアリングで構成されており、各コンポーネントは、サイズの最適化、構造最適化、新しい材料選択によって軽量化できます。 in輪モーターの軽量は、電力密度を改善し、モーター構造の設計を最適化することで実現できます。

（2）統合。

電気自動車に効果的に適用されるインホイールモータードライブテクノロジーを実現するには、既存の電気自動車シャーシをそれに基づいて変換し、車両全体のサスペンション構造とパラメーターを調整し、インホイールモーターを統合する必要があります。サスペンションは、スプリングされた負荷質量と非スプルング質量の割合を維持し、インホイールモーターに適した自動車シャーシを開発して、インホイールモーターの優位性を完全にプレイし、反映します。ホイールやインホイールモーターなどの主要なコンポーネントを統合する統合されたインホイールモータードライブシステムは、将来研究する必要がある重要な技術です。

（3）インホイールモーター冷却技術。

電気自動車の動作条件は複雑で変更可能であり、インホイールモーターは狭輪に設置されており、モーターの冷却と過熱が不十分である傾向があります。車のブレーキをかけると、ブレーキがより多くの熱を発生させると、熱がモーターに直接移動し、モーターが過熱します。永久磁石の材料が140°Cを超えると、それは消磁につながり、それが車両全体の性能に直接影響します。現在、インホイールモーター冷却システムは十分に完璧ではなく、永久磁石の消磁を避けるために、空気冷却と水冷によってローターとステーターを冷却するために適切なインホイールモーター冷却システムが開発されています。材料。

（4）恒久的な磁石材料の消磁抑制技術。

エネルギー密度が高い永久磁石インホイールモーターは、将来の輪膜モーターの発達方向を表しています。熱の破壊に加えて、永久磁石のインホイールモーターは、永久磁石材料によって決定される高強度の振動条件下でも磁化することができます。衝撃と振動に耐性のある永久磁石材料の開発、および永久磁石インホイールモーターの消磁は、将来の研究の焦点です。

（5）トルクリップル抑制技術。

電磁症、温度、応力などのマルチフィールドカップリング効果の下でのインホイールモーターのトルクリップル問題を解決し、モーターパラメーターを修正および補正し、モーターのトルクの変動を減らし、速度とトルク制御を改善しますインホイールモーターの精度、およびインホイールモーターの制御性能が向上します。さまざまな種類の自動車におけるインホイールモータードライブテクノロジーの適用が増加しており、さまざまな動作環境とさまざまな作業条件での複数のイン輪モーター間の速度とトルクの調整された制御性能を改善することが、イン輪モーターの開発方向です。将来的にはテクノロジーを駆動します。

（6）電子微分制御技術。

従来の車両の機械透過部分のキャンセルにより、インホイールモーターは車両を直接駆動して運転し、速度が特定の値を超えた場合、車は明らかな不安定性を持ちます。現在、国内外の電子微分制御技術はまだ最初の蓄積段階にあります。これには、ハブモーターの電子微分制御技術がタックルする必要があり、電子微分技術レベルが従来の機械的微分を超えるようにする必要があります。

（7）センサーレス制御技術。

インホイールモーターのローター情報は、機械センサーを介して簡単かつ正確に取得できますが、ローターの慣性モーメントも増加します。さらに、機械センサーには、センサーの感度が低いことや、過酷な労働条件下での整流エラーによって引き起こされる不正確な設置などの欠陥があるだけでなく、システムコストとメンテナンスの困難を増加させます。従来の機械センサーは、永久磁石インホイールモーターの速度とトルクの正確な制御の要件を満たすことができなくなりました。近年、モーターテクノロジーの開発とセンサーレス制御技術の継続的な改善により、電気自動車用の輪型モーターのセンサーレス制御は、必然的に輪in輪モータードライブ技術の開発方向になります。

（8）調整された制御技術。

ホイールハブモーターはペア（少なくとも1ペア）の車両に適用されます。これは、体の左右に対称的なハブモーターの性能を必要とするだけでなく、複数のモーターのトルクを同期して同期させる必要があります。さまざまな運転条件下で車両の安全な運転を確保するために調整されました。さらに、in輪モーターの振動加速度は大きく、インホイールモーターのサービス寿命を延長するためには、耐久性が良好です。

（9）知的化。 

インテリジェントなネットワーク化された車両技術の開発により、新しいエネルギー車両の環境認識能力が継続的に強化され、コントロールアルゴリズムが継続的に改善されました。この開発動向は、必然的に、インホイールモータードライブシステム（速度調整、トルク分布、ブレーキ制御、電子微分制御、エネルギー管理制御戦略、冷却システム制御、バス制御など）の主要な技術を強制します。インテリジェンス、電子機器、情報化の方向。

（10）低コスト。

新しいエネルギー車両では、インホイールモーターズが従来の自動車の電力システムを破壊し、新しい運転方法です。研究の観点から見ると、インホイールモーターは、将来のドライブテクノロジーの開発について人々を非常に楽観的にしていますが、高コストのために、インホイールモータードライブテクノロジーの大規模な商用アプリケーションはまだ実現されていません。したがって、インホイールモータードライブテクノロジーのコストを削減することで、この技術の市場競争力が確実に向上します。

ホイールハブエレクトリックモーターの未来

エネルギーと環境の問題が強調され、電気自動車は世界中のすべての国で自動車産業の戦略的焦点となっており、高品質のインホイールモーターとその制御システムは、電気工学の分野における重要な研究方向とホットスポットです国内外の海外であり、明らかな利点のために、電気自動車の開発の重要な開発方向になっています。現在、インホイールモーターは電気自動車で成功しており、研究開発の継続的な深化、インホイールモーターパフォーマンスの継続的な改善、バッテリー技術、パワー制御システム、および発生することにより、予見可能です。車両エネルギー管理システムおよびその他の関連技術であるインホイールモーターは、電気自動車で広く使用されます。

1。自動運転車

自動運転車が主流になると、ハブモーターは、高度なナビゲーションシステムの正確な制御と柔軟性を提供する上で極めて重要な役割を果たします。

2。ヘビーデューティアプリケーション

電力密度と耐久性の進歩は、電気トラックやバスを含む頑丈なアプリケーションでハブモーターのための道を開いています。

3。グローバル市場の拡大

電気自動車の採用は、新興市場で急速に成長しています。手頃な価格のハブモーターデザインは、この拡張を促進するための鍵となります。

4。持続可能性に焦点を当てます

将来のハブモーターは、リサイクル可能な材料とエネルギー効率の高い製造プロセスの使用を強調し、グローバルな持続可能性の目標に合わせます。

5。カスタマイズとパーソナライズ

EVがより一般的になるにつれて、Hub Motorsは、多様な消費者のニーズに応えるための出力、サイズ、統合のためのカスタマイズオプションを提供します。

6。再生可能エネルギーとのコラボレーション

ハブモーターを車両のソーラーパネルなどの再生可能エネルギー源と統合することで、その持続可能性と効率がさらに向上します。

インホイールモーターは、次のような新しい技術的課題を提示します。

（1）インホイールモーターシステムは、ドライブ、ブレーキング、負荷をかけるなどのさまざまな機能を統合し、設計を最適化することは困難です。

（2）ホイールの内部スペースは制限されており、モーターの電力密度性能に高い要件があり、設計が困難です。

（3）モーターとホイールの統合は、広大な障害のある質量につながります。これは、サスペンションの振動分離性能を悪化させ、不均一な道路状況下で車両の取り扱いと安全性に影響します。同時に、インホイールモーターは大きな道路衝撃荷重を負担し、モーターには振動抵抗の厳格な要件があります。

（4）冷却不足によって引き起こされるハブモーターの過熱と燃焼は、大きな負荷と低速の登山の長い勾配の状態で発生する傾向があり、モーターの熱放散と強制冷却は注意を払う必要があります。

（5）車輪部分の水と汚れは収集しやすく、モーターの腐食と損傷をもたらし、生命の信頼性が影響を受けます。

（6）in輪モーターの動作トルクの変動により、自動車のタイヤ、サスペンションおよびステアリングシステムの振動とノイズ、およびその他の車両の音や振動の問題が発生する可能性があります。

電気自動車にインホイールモーターを適用することは、小さな馬が描くカートの効果を実現し、モータードライブ効率を改善するだけでなく、機械的伝達メカニズムを大幅に簡素化し、車両全体の重量を減らし、透過と追加の追加損失、つまり、コストを削減し、エネルギーを節約し、ノイズを削減します。ハイエンド車が四輪駆動を採用すると、ホイールコントロールの動的な応答をさらに改善でき、さまざまなパフォーマンス最適化測定値を実現するのが簡単です。はハンドリングと安全性を向上させるために、マイクロコンピューター制御を介して従来の自動車で実装することは困難です。このようにして、省エネと環境に優しい電気マイクロカーのパフォーマンス指標とコストパフォーマンスを包括的に改善し、普遍的な商業化の要件を満たし、電気自動車と省エネと省エネを促進する上で優れた役割を果たすことができます。排出削減。

車両の開始、加速、登山、下り坂、高速、沿岸、速度削減、ブレーキ、停止などのさまざまな運転条件の特性の包括的な分析を通じて、ドライブモーターの電気自動車の6つの性能要件が要約されます。

1.開始、加速、上り坂になるときに車の要件を満たすために、大きな開始トルクとかなりの短期過負荷容量があります。

2。モーターの開始特性を改善して、過度の開始ピーク電流がバッテリーに損傷を与えないようにします。

3.自動車の高速度および低速のさまざまな労働条件の運転要件を満たすために、幅広い速度規制と理想的な速度規制特性があります。

4.モーターは、車の反転メカニズムを簡素化するために前後に回転する必要があります。 5.モーターは、発電フィードバックを簡単かつ効果的に実現し、エネルギーを節約して駆動範囲を改善するために、減速ブレーキと下り坂中の車の運動エネルギーを自動的にフィードバックできる必要があります。

6.電磁吸引を使用して、モーターの固定子とローターを互いに引き付けて電磁ブレーキを達成し、機械的ブレーキの熱崩壊と水崩壊を避け、電磁ブレーキ機能を改善してブレーキング時間を短縮し、改善してください。頻繁に開始および停止操作で自動車のブレーキ効率と恒常性。

上記の分析によると、電気自動車は、イン輪モーターに優れた速度調節性能を持っているだけでなく、電気、発電フィードバック、電磁ブレーキの3つの機能も同時に必要とすると結論付けられています。 DC、AC、AC、永久磁石ブラシレス、可変抵抗、およびその他のタイプの速度調整モーターの構造原理と特性の分析と比較を通じて、可変抵抗性二重顕著なポールモーターは、単純な構造、固体で信頼できる低い低い構造の利点があるため製造コスト、優れた速度レギュレーションのパフォーマンス、高効率では、順方向および逆の発電および発電の4つの象限で実行できます。また、開始トルクが高く、開始電流が低く、これは特に自動車の開始とバッテリーの駆動特性に適しています。電気、発電、ブレーキの3つの機能を同時に効果的に効果的に再生するために、可変抵抗性二重顕著なポールモーターは、その基本的な構造形態として最初に決定されます。

モーターの多機能要件を満たすために、モーターモデルが作成され、動作が繰り返しシミュレートされ、設計が改善され、最終的に二重顕著な歯の相対幅や溝などの一連の改善策が改善されました。モーターとその巻線の空間レイアウトは、電気、発電、ブレーキの3つの機能のより良い遊びを改善し、考慮に入れるために巧妙かつ合理的に配置されました。モーターの改善のアイデアと基本原則を説明するために、既存の可変性のある二重顕著なポールモーターの構造原理を説明する必要があります。

可変抵抗性二重の顕著なポールモーターは、主にスイッチされたrectivededのSRMモーターと二重顕著な永久磁石DSPMモーターを指します。可変抵抗性二重顕著なポールモーターの構造原理は、多くのモノグラフで詳細に導入されており、スペースの制限のためにここでは繰り返されませんが、派生の助けを借りて改善のアイデアをさらに分析および提示する必要があります。理論的式とその結論。

要するに、電気とブレーキの2つの機能を考慮するために、モーターの設計原理は次のとおりです。位相数を減らし、溝の相対幅を減らすことにより、顕著な歯の幅が増加して改善します。その電磁ブレーキトルク。極の数を増やすことで、電力中のトルクの変動が減少します。つまり、ステップ角が減少します。さらに、操作ビートの数を変更したり、同期フィードモーターにサブディビジョンドライブ回路を使用したりすることで、ステップ角を減らすこともできます。

結論

ホイールハブエレクトリックモーターは、単なる革新的な技術ではありません。これは、モビリティについての考え方のパラダイムシフトを表しています。ドライブトレインを簡素化し、効率を高め、新しい設計の可能性を可能にすることにより、ハブモーターは電気自動車が支配する将来の舞台を設定しています。

私たちがより持続可能で電化された世界に向かって進むにつれて、自動車用のハブモーターは、自動車の景観を変える上で重要な役割を果たします。都市のEVから産業機械まで、それらのアプリケーションは広大で多様です。継続的な進歩と採用の拡大により、ホイールハブエレクトリックモーターの未来は、すべての人にとって明るく、よりクリーン、よりスマートで、より効率的な輸送です。このテクノロジーを受け入れることで、私たちは車両を前進させるだけでなく、より環境に優しい、より革新的な未来に向かって運転しています。

続きを読む：電気自動車充電コントローラーの概要