Мотор-ступица колеса
Мотор -ступица колеса , мотор-ступица или мотор-колесо — это мотор , встроенный в ступицу колеса. Моторы со ступицей колес обычно встречаются на электрических велосипедах . Электрические ступичные двигатели были хорошо приняты в первых электромобилях , но не имели коммерческого успеха в современных серийных автомобилях. [1] [2] поскольку они отрицательно влияют на управляемость автомобиля из-за более высокой динамической нагрузки на колеса. [3] и их расположение делает их склонными к повреждению. [2]
Велосипеды
[ редактировать ]Патенты на электрические велосипеды с ступичными моторами были выданы еще в 1895 году. [4] Велосипедные ступичные моторы просты, долговечны и доступны по цене по сравнению с другими конструкциями, но менее подходят для высоких скоростей. [5] В конце 2000-х и 2010-х годах популярность ступичных моторов по сравнению с другими конструкциями возросла. [6]
Автомобильная промышленность
[ редактировать ]История
[ редактировать ]
Несколько конструкций колесных двигателей с электрическим, внутренним и паровым приводом были запатентованы в 1880-х и 1890-х годах. [8] Среди получивших патенты: Веллингтон Адамс из Сент-Луиса в 1884 году; [9] Эдвард Паркхерст из Воберна в 1890 году; [10] Альберт Парсель позже, в 1890 году; [11] Чарльз Терик в 1896 году, который указывает на отсутствие потерь в трансмиссии благодаря отсутствию классических трансмиссионных тяг от двигателей к колесам; [12] К.Ф. Годдард в 1896 году, который ссылается на поршневой ступичный двигатель для безлошадных экипажей, приводимый в движение каким-то расширяющимся газом; [13] и У. К. Смит в 1897 году, который ссылается на расширительный двигатель с взрывчатым газом внутри ступицы колеса, в котором для передачи мощности на колесо используются кулачки на направляющей ступицы. [14]
Автомобиль с электрической ступицей колес участвовал в гонках Фердинанда Порше в 1897 году в Вене , Австрия. Свои первые автомобили он разработал как электромобили с электрическими мотор-колесами, работающими от аккумуляторов. [15] Гоночный автомобиль Lohner-Porsche, оснащенный четырьмя мотор-колесами, дебютировал на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Одновременно с ним была представлена коммерческая модель Lohner-Porsche Chaise с двумя мотор-колесами передних колес. Он был хорошо принят, и до 1920-х годов компания Lohner и другие производители производили несколько моделей на его основе. [16] [7]
Дизайн
[ редактировать ]Ступичные электродвигатели могут быть выполнены с прямым приводом или планетарной передачей . [17] Они вращают колесо либо с помощью осевого , с внутренним или с выдвижным ротором, либо с щеточным, либо с бесщеточным коллектором. [18]
Ступичные электродвигатели привлекательны с точки зрения дизайна благодаря своей гибкости. Их можно использовать с передним, задним или индивидуальным приводом . Они компактны и, следовательно, оставляют больше места для пассажиров, груза или других компонентов автомобиля. Они обеспечивают лучшее распределение веса по сравнению с одним двигателем и устраняют необходимость во многих компонентах привода традиционных транспортных средств, таких как трансмиссии, дифференциалы и оси, что снижает износ и механические потери. [3] [19] Высоковольтные мотор-колеса должны быть защищены от повреждения высоковольтных кабелей и компонентов. [2]
Неподрессоренная масса
[ редактировать ]Одним из недостатков двигателя со ступицей колес является то, что вес двигателя не поддерживается амортизаторами подвески , автомобиля что увеличивает неподрессоренную массу , что отрицательно влияет на управляемость и качество езды. Несмотря на это снижение качества езды с электрическими ступичными двигателями, оно по-прежнему лучше, чем качество езды эквивалентных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, но управляемость автомобиля по-прежнему ухудшается из-за более высокой динамической нагрузки на колеса . [3] Protean Electric и Lotus обнаружили, что большинство негативных последствий добавленной неподрессоренной массы можно устранить, добавив демпфирование подвески, и что возможность использовать точное управление вектором крутящего момента фактически улучшила управляемость автомобиля настолько, что общий эффект от всей конструкции был положительным. [20]
Без поддержки амортизаторов подвески внутриколесные двигатели менее защищены как от ударов, так и от мусора, что снижает их долговечность. Некоторые конструкции уменьшают неподрессоренную массу за счет уменьшения веса двигателя, например, за счет использования конструкции без сердечника или из литценовой проволоки обмоток . Эти конструкции, снижающие вес, могут отрицательно повлиять на долговечность двигателя. [19]
Околоколесные моторы
[ редактировать ]
Подобно моторам- колесам , электромобили могут быть оснащены моторами- колесами , иногда называемыми моторами-колесами. Эта конструкция имеет те же преимущества, что и мотор-колеса, но позволяет избежать проблем с неподрессоренной массой и износом, поскольку двигатели расположены рядом с колесами, но внутри шасси и поддерживаются подвеской. Околоколесные моторы менее компактны, чем внутриколесные, но по состоянию на 2022 год они надежнее и экономичнее. [22] они избегают рисков, связанных с высоковольтными компонентами, расположенными вне корпуса, [2] и они упрощают конструкцию и сборку автомобиля. [23]
Компания American Axle разработала колесные двигатели мощностью 100 и 150 кВт в рамках проекта, финансируемого Министерством энергетики США, по коммерциализации недорогих колесных двигателей, работающих на экологически чистой энергии. Затраты были снижены за счет объединения двигателя, инвертора и редуктора в единый блок, а также за счет отказа от тяжелых редкоземельных элементов. [24] Колесный привод 3-в-1 мощностью 100 кВт стал коммерчески доступным в линейке REE Automotive . автомобилей [23]
Концепт-кары
[ редактировать ]Ранним современным концепт-каром, в котором использовались электрические ступичные двигатели, был IZA, представленный на конференции IEEE в 1997 году и оснащенный четырьмя двигателями мощностью 25 кВт (34 л.с.). [25]
Среди других концепт-каров, представленных на автосалонах, можно назвать: Chevrolet Sequel , 2005 г.; [26] Митсубиси МИЕВ , 2005 г.в.; [27] Hi-Pa Drive Mini QED, 2006 г.; [28] Концепт Honda FCX , 2005 г.; [29] Ситроен С-Метисс , 2006 г.в.; [30] Протеанский электрический Ford F-150, 2008 г.; [31] Heuliez WILL с подвеской Michelin Active Wheel , 2008 г.; [32] Пежо ББ1 , 2009 г.; [33] Hiriko Fold , показанный в 2012 году, складной городской автомобиль с максимальной скоростью 50 км/ч (31 миль в час). [34] [35] с двигателем, рулевыми приводами, подвеской и тормозом, встроенными в каждое колесо и управляемыми с помощью электродистанционной системы; [36] FlatFormer, концептуальное шасси автономного грузовика 6x6, представленное в 2019 году; [37] различные автомобили Indigo Technologies с 2019 года; [2] и прототип Aptera Motors в 2022 году. [38]
Концептуальные автомобили, которые были анонсированы без публичного представления физической модели, включают: концепт Siemens VDO eCorner, 2006 г.; [39] и ЗАП-Х , 2007 г. [40]
-
Мини-электромобиль QED -
МАЗ-7907 Грузовик . Каждое колесо имеет свой электродвигатель. -
Hiriko Fold с электродвигателем в колесах, рулевыми приводами, подвеской и торможением, управляемыми электродистанционной системой.
Серийные автомобили
[ редактировать ]К серийным автомобилям с мотор-колесами относятся:
- Lohner–Porsche Chaise, Mixte и другие. Несколько моделей на основе этой конструкции были произведены Лонером и другими производителями в начале 1900-х годов. [16] [7]
- Lightyear 0 , недолгое время выпускавшийся в 2022 году, прежде чем его производитель объявил о банкротстве. [41] [42]
- Lordstown Endurance , некоторое время выпускавшийся в 2022 году, прежде чем его производитель объявил о банкротстве. [43]
Планируемые серийные автомобили включают:
См. также
[ редактировать ]- ActiveWheel
- Механизм прямого привода
- Ступично-центральное рулевое управление
- Индивидуальный полный привод
- Запирающие ступицы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Колесные двигатели для привода голландских автобусов» . Обзор технологий . 23 марта 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Новый тип двигателя для электромобилей» . Экономист . 11 июля 2019 г. ISSN 0013-0613 . Проверено 31 августа 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Вос, Р.; Бесселинк, IJM; Неймейер, Х. (22–26 августа 2010 г.). Влияние мотор-колес на комфортность езды электромобилей . Материалы 10-го Международного симпозиума по усовершенствованному управлению транспортными средствами (AVEC10). Лафборо, Великобритания. стр. 835–840.
- ^ ( патент США 552271
- ^ Захос, Элейна (16 июня 2023 г.). «Являются ли электрические велосипеды будущим экологически чистого транспорта?» . Нэшнл Географик .
- ^ «Знакомство с электрическими велосипедами: все, что вам нужно знать» . Cyclist.co.uk . 18 апреля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д фон Франкенберг, Ричард (1961). Porsche – человек и его автомобили . Роберт Бентли. п. 58.
- ^ Строл, Дэниел (12 февраля 2014 г.). «Фердинанд Порше, Йозеф Ледвинка и изобретение электродвигателя-концентратора» . Хеммингс .
- ^ Патент США 300827.
- ^ Патент США 422149.
- ^ Патент США 433180.
- ^ Патент США 572036.
- ^ Патент США 574 200.
- ^ Патент США 593248.
- ^ «Фердинанд Порше» . Биография.com . 5 апреля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Лонер» . Всемирный справочник автопроизводителей . Факты о файловых публикациях . 1987. с. 294.
- ^ «Редукторы и безредукторные ступичные двигатели» . EbikeSchool.com . Проверено 24 июня 2023 г.
- ^ Кристенсен, Лоуэлл (22 июля 2014 г.). «Проектирование бесщеточных двигателей со ступицей» . Дизайн машины .
- ^ Перейти обратно: а б Мраз, Стивен Дж. (10 августа 2010 г.). «Ступичным двигателям для полностью электрических транспортных средств все еще предстоит преодолеть некоторые технологические проблемы» . Дизайн машины .
- ^ Уайтхед, Эндрю; Хилтон, Крис. «Внутриколесные моторы снова катятся». IEEE Spectrum (июль 2018 г.): 27.
Инженерам Lotus удалось в значительной степени устранить эффект добавленной неподрессоренной массы за счет немного большего демпфирования подвески. Более того, они обнаружили, что когда эта неподрессоренная масса создается настоящими двигателями, прикрепленными к колесам, возможность независимого привода каждой стороны автомобиля существенно улучшает управляемость автомобиля. Мы уже провели аналогичные исследования на других транспортных средствах. И во всех случаях мы обнаружили, что после перенастройки амортизаторов и добавления индивидуального управления колесами общий эффект на управляемость автомобиля становится лучше. Так что неподрессоренная масса, в конце концов, не является препятствием.
- ^ «Детройт 2011: Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell — цвет электрической жары» . Автоблог . 10 января 2011 г.
- ^ Мадичетти, Сридхар; Нерот, Аврам Иоанн; Мишра, Сукумар; Бабу, Б. Читти (сентябрь 2022 г.). «Путь к электрификации автомобильных грузовых перевозок в Индии: изучение трансмиссии аккумуляторных электрогрузовиков и энергопотребления» . Китайский журнал электротехники . 8 (3): 57–75. дои : 10.23919/CJEE.2022.000026 . S2CID 252841869 .
- ^ Перейти обратно: а б Ноубл, Бреана (26 января 2023 г.). «American Axle продвигается вперед, стремясь к независимости и инновациям» . Детройтские новости . Архивировано из оригинала 26 января 2023 года.
- ^ Креселиус, Дэвид (22 июня 2021 г.), «Бюджетный, высокопроизводительный электропривод 3-в-1 без HRE», Ежегодный обзор заслуг Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США за 2021 год в области электрификации , Министерство энергетики США.
- ^ Хаг, Йохан (2011). Модули углов колес: анализ технологий и концепций (PDF) (Диссертация). Королевский технологический институт KTH . п. 8.
- ^ Эберле, Ульрих; фон Гельмольт, Риттмар (14 мая 2010 г.). «Экологичный транспорт на основе концепций электромобилей: краткий обзор» . Энергетика и экология . 3 (6). Королевское химическое общество : 689. doi : 10.1039/C001674H . Проверено 8 июня 2010 г.
- ^ «Mitsubishi представляет электромобиль 2010 года» . Новости Эн-Би-Си . 11 мая 2005 г.
- ^ Спинелли, Майкл (1 октября 2006 г.). «Давайте мотор, мотор, мотор, мотор» . Wired.com .
- ^ «Honda Worldwide – Токио 2005» . Хонда.com . Архивировано из оригинала 1 мая 2006 года . Проверено 22 сентября 2023 г.
- ^ Падеану, Адриан (17 января 2018 г.). «Citroën C-Métisse 2006 года: концепция, которую мы забыли» . Motor1.com .
- ^ Войдила, Бен (12 мая 2017 г.). «Управляемый: полностью электрический пикап Protean Ford F-150» . ПикапТракс.com .
- ^ Йони, Доменик (9 октября 2008 г.). «Париж 2008: Heuliez, Michelin и Orange заворачивают революцию в простую упаковку» . Автоблог.com .
- ^ «Peugeot демонстрирует во Франкфурте два концепта HYbrid4 и новый концепт BB1 EV» . Конгресс зеленых автомобилей . 15 сентября 2009 года . Проверено 31 мая 2010 г.
- ^ «Электрический городской автомобиль Хирико складывается для экономии места» . Проводная Великобритания . 26 января 2012 года . Проверено 1 февраля 2012 года .
- ^ Хитипеу, Джимми (30 января 2012 г.). «Складной электромобиль» . Компас.com. Архивировано из оригинала 2 февраля 2012 года . Проверено 16 июля 2012 г.
- ^ Холлоуэй, Джеймс (20 февраля 2012 г.). «Хирико — складной электрический двухместный комплект 2013 года» . Гизмаг . Проверено 26 июля 2012 года .
- ^ Энрике Руффо, Густаво (23 октября 2019 г.). «Партнерство REE с Hino позволяет больше узнать о технологиях производства колесных двигателей» . ВнутриEVs .
- ^ Пол Ридден (12 сентября 2022 г.): «Прототип SEV Aptera Gamma публично дебютирует в Сан-Диего» , NewsAtlas
- ^ Брайант, Эрик (10 августа 2006 г.). «Siemens VDO анонсирует концепцию eCorner «мотор-в-ступице»» . Автоблог.com .
- ^ Ульрих, Лоуренс (23 сентября 2007 г.). «Они электрические, но могут ли они быть фантастическими?» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Уилкинсон, Люк (25 июня 2019 г.). «Lightyear представляет солнечный электромобиль с большим запасом хода» . Авто Экспресс . Великобритания . Проверено 26 июня 2019 г.
- ^ «Производство Lightyear 0 приостановлено, поскольку компания фокусируется на доступной модели» . ВнутриEVs .
- ^ Миллер, Калеб (27 июня 2023 г.). «Лордстаун подает заявление о банкротстве, активы Endurance Pickup выставлены на продажу» . Автомобиль и водитель .
- ^ Кристиан Агати (5 июля 2024 г.), «Безумный прототип купе BMW с ДНК Neue Klasse и двигателями в ступицах колес возникает из пустоты» , AutoEvolution
Внешние ссылки
[ редактировать ]