輪轂摩打(英語:wheel hub motor、英語:hub motor)或輪內摩打(英語:in-wheel motor)是指整合進車輪輪轂內的摩打,常見於電動單車電動機車上。早期的電動汽車常使用輪轂摩打的技術,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]

Raleigh SC30單車的前輪加上了輪轂摩打(前輪中間白色的即為輪轂摩打),即為電動單車
機車用輪轂摩打的構造,其最內側深色部份是摩打的軸,較外側則是定子線圈,外側則是有永久磁鐵的轉子

單車

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早在1895年時,就有人申請電動單車輪轂摩打的專利[4]。單車和汽車不同,單車車輪的輪轂距離輪圈的距離較遠。相較於其他的設計,電動單車輪轂摩打有簡單、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,輪轂摩打就已是比較多人使用的設計方式[6]

汽車

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歷史

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1900年Lohner-Porsche的Chaise純電動車,有二顆前輪的輪轂摩打 [7]
 
1900年Lohner–Porsche的Mixte賽車,有四顆輪轂摩打[7]

在1880年代以及1890年代,就有許多人提出在輪轂內的電動摩打、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摩打的車輛來賽車。他開發的第一部電動車就是以輪轂摩打驅動,動力來源是電池[15]。裝有四顆輪轂摩打的Lohner–Porsche英語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,是前輪有二個輪轂摩打的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

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輪轂摩打帶動車輪的機構可以是直驅式機構行星齒輪[17]。摩打可以是軸向磁場電機內轉子英語inrunner或是外轉子英語outrunner設計,摩打可以是有刷的換向器設計,或是使用無電刷的設計[18]

 
2005年本田的FCX概念型輪轂摩打,橘色的是高壓纜線。若是改為近輪摩打(near-wheel motor),就可以避免在車底盤外有高電壓的問題,其好處類似輪轂摩打

以設計觀點來考慮,輪轂摩打的好處在於其靈活度大。輪轂摩打可以用在前輪驅動車、後輪驅動車、或是獨立四輪驅動英語individual-wheel drive。輪轂摩打體積小,可以保留更多空間給乘客、貨物或是其他車內的零件。輪轂摩打的車內重量分佈會比單一摩打要好,也去除了傳統車輛需要的許多零件,例如波箱差速器及傳動軸,這可以減少磨損以及機械損失[1][19]。高電壓的輪轂摩打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

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輪轂摩打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。輪轂摩打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英語Protean Electric蓮花汽車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]

輪轂摩打沒有避震器的保護,也比較沒有對振動以及碎片的防護,因此其耐用性會降低。有些設計會用減少摩打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英語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]

近輪摩打

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梅賽德斯-平治SLS AMG,使用四顆近輪摩打[21],有輪轂摩打的好處,避免了輪轂摩打增加簧下重量以及容易磨損的問題

汽車的摩打可以設計在車輪內,也可以設計在靠近車輪處,即為近輪摩打(near-wheel motor)或輪端摩打(wheel-end motor)。近輪摩打有輪轂摩打的好處,因為摩打在底盤內,由懸吊系統支撐其重量,避免了輪轂摩打增加簧下重量以及容易磨損的問題。近輪摩打的體積會比輪轂摩打大一些,但到2022年為止,近輪摩打比輪轂摩打要可靠,價值也比較便宜[22]。近輪摩打避免了使用輪轂摩打設計,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英語American Axle透過美國能源部資助的計劃,開發了100 kW和150 kW的近輪摩打,此計劃是要商品化綠能且低成本的近輪摩打。成本降低的原因是因為將摩打、變頻器以及減速齒輪整合成單一元件,並且在摩打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英語REE Automotive車用產品中的販售品[23]

概念車

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近代概念車中最早使用輪轂摩打的是IZA,在1997年電氣電子工程師學會研討會中發表,其中用了四顆25 kW(34 hp)的摩打[25]

其他在車展中展示過的輪轂摩打概念車有:2005年的Chevrolet Sequel英語Chevrolet Sequel[26];2005年三菱汽車的Mitsubishi MIEV英語MIEV[27];2006年Hi-Pa Drive英語Hi-Pa Drive的Mini QED[28];2005年的Honda FCX英語Honda FCX概念車[29];2006年的雪鐵龍C-Metisse[30];2008年Protean Electric英語Protean Electric的 Ford F-150[31];2008年Heuliez英語Heuliez的WILL,其中使用Michelin的Active Wheel英語Active Wheel懸吊系統[32];2009年的Peugeot BB1英語Peugeot BB1[33];2012年的Hiriko Fold英語Hiriko Fold,屬於urban car英語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 的摩打、操縱致動器、懸吊以及剎車,由drive-by-wire英語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摩打汽車[2]2022年Aptera英語Aptera (solar electric vehicle)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年西門子VDO英語VDO (company)的eCorner概念[39],以及2007年的ZAP-X英語ZAP (motor company)[40]

販售車

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有輪轂摩打的販售車型(production vehicle)有:

計劃中的販售車型有:

  • 寶馬計劃在2025年生產有輪轂摩打的電動車,輪轂摩打由DeepDrive開發[44]

相關條目

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參考資料

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  2. ^ 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. 
  3. ^ Wheel Motors to Drive Dutch Buses. Technology Review. 2009-03-23. 
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  6. ^ Introduction to electric bikes: Everything you need to know. Cyclist.co.uk. 2017-04-18. 
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  11. ^ 美國專利第433,180號
  12. ^ 美國專利第572,036號
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  14. ^ 美國專利第593,248號
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外部連結

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