stringtranslate.com

Мотор-колесо

Raleigh SC30, переделанный в электрический велосипед с помощью комплекта для электромотор-конверсии

Мотор -ступица колеса , мотор-ступица или мотор-колесо — это двигатель , встроенный в ступицу колеса. Моторы-ступицы колеса обычно встречаются на электрических велосипедах . Электродвигатели-ступицы были хорошо приняты в ранних электромобилях , но не имели коммерческого успеха в современных серийных автомобилях [1] [2], поскольку они отрицательно влияют на управляемость транспортного средства из-за более высокой динамической нагрузки на колесо [3] , а их размещение делает их подверженными повреждениям. [2]

Велосипеды

Патенты на электрические велосипеды с мотор-колесами были выданы еще в 1895 году. [4] Мотор-колеса велосипедов просты, долговечны и доступны по цене по сравнению с другими конструкциями, но менее подходят для высоких скоростей. [5] Мотор-колеса стали популярнее других конструкций в конце 2000-х и 2010-х годах. [6]

Автомобильный

История

1900 Lohner-Porsche «Chaise» — аккумуляторный электромобиль с двумя двигателями в ступицах передних колес [7]
Гоночный автомобиль Lohner–Porsche «Mixte» 1900 года с четырьмя двигателями в ступицах колес [7]

Несколько конструкций электрических, паровых и работающих на топливе двигателей, встроенных в колесо, были запатентованы в 1880-х и 1890-х годах. [8] Среди тех, кто получил патенты: Веллингтон Адамс из Сент-Луиса в 1884 году; [9] Эдвард Паркхерст из Уобёрна в 1890 году; [10] Альберт Парселле позже в 1890 году; [11] Чарльз Терик в 1896 году, который ссылается на отсутствие потерь при передаче благодаря отсутствию классических тяг передачи от двигателей к колесам; [12] К. Ф. Годдард в 1896 году, который ссылается на поршневой двигатель в ступице для безлошадных экипажей, приводимый в движение расширяющимся газом какого-то вида; [13] и У. К. Смит в 1897 году, который ссылается на взрывной двигатель расширения газа внутри ступицы колеса, который использовал кулачки на дорожке в ступице для передачи мощности на колесо. [14]

Электрический автомобиль с мотор-колесом был представлен Фердинандом Порше в 1897 году в Вене , Австрия. Он разработал свои первые автомобили как электромобили с электрическими мотор-колесами, работающими на батареях. [15] Гоночный автомобиль Lohner–Porsche, оснащенный четырьмя мотор-колесами, дебютировал на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Наряду с ним была представлена ​​коммерческая модель, Lohner–Porsche Chaise, с двумя мотор-колесами спереди. Он был хорошо принят, и несколько моделей, основанных на его конструкции, были выпущены Lohner и другими производителями до 1920-х годов. [16] [7]

Дизайн

Двигатели-ступицы могут быть реализованы с прямым приводом или планетарными передачами . [17] Они вращают колесо либо через осевой , либо через ротор с внутренним или внешним ротором , либо с коллектором со щеткой или без щетки . [18]

Honda FCX Concept 2005 мотор-колесо с высоковольтными проводами оранжевого цвета. Проведение высокого напряжения за пределы шасси можно избежать, используя двигатели около колес, которые имеют те же преимущества, что и двигатели в колесах.

Мотор-колеса привлекательны с точки зрения дизайна из-за своей гибкости. Их можно использовать для переднего, заднего или индивидуального привода колес . Они компактны и, следовательно, оставляют больше места для пассажиров, груза или других компонентов транспортного средства. Они обеспечивают лучшее распределение веса по сравнению с одним двигателем и устраняют необходимость во многих компонентах привода в традиционных транспортных средствах, таких как трансмиссии, дифференциалы и оси, что снижает износ и механические потери. [3] [19] Высоковольтные двигатели в колесах должны быть устойчивы к повреждениям их высоковольтных кабелей и компонентов. [2]

Неподрессоренная масса

Одним из недостатков мотор-колеса является то, что вес мотора не поддерживается амортизаторами подвески , что увеличивает неподрессоренную массу автомобиля , что отрицательно влияет на управляемость и качество езды. Несмотря на это снижение качества езды с электрическими мотор-колесами, оно все еще лучше, чем качество езды эквивалентных транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, но управляемость автомобиля все еще отрицательно влияет из-за более высокой динамической нагрузки на колесо . [3] Protean Electric и Lotus обнаружили, что большинство негативных эффектов добавленной неподрессоренной массы можно устранить, добавив демпфирование подвески, и что возможность использовать точную векторизацию крутящего момента фактически улучшила управляемость автомобиля настолько, что чистый эффект всей конструкции был положительным. [20]

Без поддержки амортизаторов подвески, двигатели в колесах сами по себе менее защищены как от ударов, так и от мусора, что снижает их долговечность. Некоторые конструкции уменьшают неподрессоренную массу за счет уменьшения веса двигателя, например, используя конструкцию без сердечника или обмотки катушки из литцендратной проволоки . Такие конструкции, снижающие вес, могут отрицательно сказаться на долговечности двигателя. [19]

Двигатели около колес

Прототип Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell 2011 года с четырьмя двигателями, установленными около колес [21] , которые обладают преимуществами двигателей, установленных внутри колес, и при этом избегают проблем с неподрессоренной массой и износом

Подобно двигателям в колесах, электромобили могут быть спроектированы с двигателями около колес, иногда называемыми двигателями в конце колеса. Эта конструкция имеет те же преимущества, что и двигатели в колесах, избегая при этом проблем с неподрессоренной массой и износом, поскольку двигатели находятся рядом с колесами, но внутри шасси, поддерживаемые подвеской. Двигатели около колес менее компактны, чем двигатели в колесах, но по состоянию на 2022 год они более надежны и более экономичны, [22] они избегают рисков, связанных с высоковольтными компонентами вне шасси, [2] и упрощают конструкцию и сборку транспортного средства. [23]

American Axle разработала 100 кВт и 150 кВт двигатели для колес в рамках проекта, финансируемого Министерством энергетики США для коммерциализации экологически чистых недорогих двигателей для колес. Затраты были снижены за счет интеграции двигателя, инвертора и редуктора в единый блок, а также за счет отказа от тяжелых редкоземельных элементов. [24] 100 кВт 3-в-1 привод для колес стал коммерчески доступным в линейке продукции REE Automotive для автомобилей. [23]

Концепт-кары

Ранним современным концепт-каром, использующим электрические двигатели-ступицы, был IZA, представленный на конференции IEEE в 1997 году, построенный с четырьмя двигателями мощностью 25 кВт (34 л.с.). [25]

Другие концепт-кары, представленные на автосалонах, включают: Chevrolet Sequel , 2005; [26] Mitsubishi MIEV , 2005; [27] Hi-Pa Drive Mini QED, 2006; [28] Honda FCX concept, 2005; [29] Citroën C-Métisse , 2006; [30] Protean Electric Ford F-150, 2008; [31] Heuliez WILL с подвеской Michelin Active Wheel , 2008; [32] Peugeot BB1 , 2009; [33] Hiriko Fold , показанный в 2012 году, складной городской автомобиль с максимальной скоростью 50 км/ч (31 миля в час) [34] [35] с двигателем, рулевыми приводами, подвеской и тормозом, интегрированными в каждое колесо, управляемым с помощью системы drive-by-wire ; [36] FlatFormer, концепт автономного шасси грузовика 6x6, показанный в 2019 году; [37] различные транспортные средства от Indigo Technologies с 2019 года; [2] и прототип Aptera Motors в 2022 году. [38]

Концептуальные автомобили, которые были анонсированы без публичной презентации физической модели, включают: концепт Siemens VDO eCorner, 2006; [39] и ZAP-X , 2007. [40]

  • Электромобиль Mini QED
    Электромобиль Mini QED
  • Грузовой автомобиль МАЗ-7907. Каждое колесо имеет свой электродвигатель.
    Грузовой автомобиль МАЗ-7907 . Каждое колесо имеет свой электродвигатель.
  • Hiriko Fold с двигателем внутри колеса, рулевыми приводами, подвеской и тормозами, управляемыми системой привода по проводам
    Hiriko Fold с двигателем внутри колеса, рулевыми приводами, подвеской и тормозами, управляемыми системой Drive-by-Electric

Серийные автомобили

Серийные автомобили с мотор-колесами включают в себя:

Планируемые к производству автомобили включают в себя:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Колесные двигатели для привода голландских автобусов". Обзор технологий . 23 марта 2009 г.
  2. ^ abcde "Новый тип двигателя для электромобилей". The Economist . 11 июля 2019 г. ISSN  0013-0613 . Получено 31 августа 2019 г.
  3. ^ abc Vos, R.; Besselink, IJM; Nijmeijer, H. (22–26 августа 2010 г.). Влияние двигателей, установленных в колесах, на комфортность езды электромобилей . Труды 10-го Международного симпозиума по усовершенствованному управлению транспортными средствами (AVEC10). Лафборо, Соединенное Королевство. С. 835–840.
  4. ^ ( патент США 552,271
  5. ^ Захос, Элайна (16 июня 2023 г.). «Электрические велосипеды — будущее зеленого транспорта?». National Geographic .
  6. ^ «Введение в электрические велосипеды: все, что вам нужно знать». Cyclist.co.uk . 18 апреля 2017 г.
  7. ^ abcd фон Франкенберг, Ричард (1961). Porsche – человек и его автомобили . Роберт Бентли. п. 58.
  8. ^ Strohl, Daniel (12 февраля 2014 г.). «Фердинанд Порше, Йозеф Ледвинка и изобретение электрического мотор-колеса». Хеммингс .
  9. ^ Патент США 300,827
  10. ^ Патент США 422,149
  11. ^ Патент США 433,180
  12. ^ Патент США 572,036
  13. ^ Патент США 574,200
  14. ^ Патент США 593,248
  15. ^ "Фердинанд Порше". Биография.com . 5 апреля 2021 г.
  16. ^ ab "Lohner". Всемирный справочник по производителям автомобилей . Факты о публикациях в файлах . 1987. стр. 294.
  17. ^ "Редукторные мотор-колеса против безредукторных мотор-колеса". EbikeSchool.com . Получено 24 июня 2023 г. .
  18. ^ Кристенсен, Лоуэлл (22 июля 2014 г.). «Проектирование бесщеточных двигателей в ступице». Проектирование машин .
  19. ^ ab Mraz, Stephen J. (10 августа 2010 г.). «Двигатели-ступицы для полностью электрических транспортных средств все еще имеют некоторые технологические проблемы, которые необходимо преодолеть». Проектирование машин .
  20. ^ Уайтхед, Эндрю; Хилтон, Крис. «Внутриколесные моторы снова катятся». IEEE Spectrum (июль 2018 г.): 27. Инженеры Lotus смогли устранить большую часть эффекта добавленной неподрессоренной массы, используя немного большее демпфирование подвески. Более того, они обнаружили, что когда эта неподрессоренная масса исходила от реальных моторов, прикрепленных к колесам, возможность независимого питания каждой стороны автомобиля существенно улучшала управляемость автомобиля. Теперь мы провели аналогичные исследования на других транспортных средствах. И во всех случаях мы обнаружили, что после перенастройки амортизаторов и добавления индивидуального управления колесами чистый эффект на управляемость автомобиля улучшается. Так что неподрессоренная масса на самом деле не является препятствием.
  21. ^ "Детройт 2011: Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell — цвет электрической страсти". AutoBlog . 10 января 2011 г.
  22. ^ Madichetty, Sreedhar; Neroth, Avram John; Mishra, Sukumar; Babu, B. Chitti (сентябрь 2022 г.). «Путь к электрификации грузовых автомобильных перевозок в Индии: изучение силовой установки и энергопотребления аккумуляторных электрических грузовиков». Chinese Journal of Electrical Engineering . 8 (3): 57–75. doi : 10.23919/CJEE.2022.000026 . S2CID  252841869.
  23. ^ ab Noble, Breana (26 января 2023 г.). «American Axle продвигается вперед с независимостью и инновациями». The Detroit News . Архивировано из оригинала 26 января 2023 г.
  24. ^ Креселиус, Дэвид (22 июня 2021 г.), «Недорогой, высокопроизводительный, не содержащий HRE 3-в-1 электропривод», Ежегодный обзор заслуг Управления транспортных технологий Министерства энергетики США за 2021 г. по электрификации, Министерство энергетики США
  25. ^ Хаг, Йохан (2011). Модули углов колес: анализ технологий и концепций (PDF) (диссертация). Королевский технологический институт KTH . стр. 8.
  26. ^ Эберле, Ульрих; фон Гельмольт, Риттмар (14 мая 2010 г.). «Устойчивый транспорт на основе концепций электромобилей: краткий обзор». Энергия и наука об окружающей среде . 3 (6). Королевское химическое общество : 689. doi :10.1039/C001674H . Получено 8 июня 2010 г.
  27. ^ "Mitsubishi представляет электромобиль 2010 года". NBC News . 11 мая 2005 г.
  28. ↑ Спинелли, Майкл (1 октября 2006 г.). «Давайте ехать, ехать, ехать». Wired.com .
  29. ^ "Honda Worldwide - Tokyo 2005". Honda.com . Архивировано из оригинала 1 мая 2006 года . Получено 22 сентября 2023 года .
  30. ↑ Падеану, Адриан (17 января 2018 г.). «Citroën C-Métisse 2006 года: концепция, которую мы забыли». Motor1.com .
  31. ^ Wojdyla, Ben (12 мая 2017 г.). «Drived: Protean Ford F-150 All-Electric Pickup Truck». PickupTrucks.com .
  32. ^ Йони, Доменик (9 октября 2008 г.). «Париж 2008: Heuliez, Michelin и Orange упаковывают революцию в простую упаковку». AutoBlog.com .
  33. ^ "Peugeot показывает два концепта HYbrid4, новый концепт BB1 EV во Франкфурте". Green Car Congress . 15 сентября 2009 г. Получено 31 мая 2010 г.
  34. ^ "Электрический городской автомобиль Hiriko складывается для экономии места". Wired UK . 26 января 2012 г. Получено 1 февраля 2012 г.
  35. ^ Hitipeuw, Jimmy (30 января 2012 г.). "Складной электромобиль". Kompas.com. Архивировано из оригинала 2 февраля 2012 г. Получено 16 июля 2012 г.
  36. ^ Холлоуэй, Джеймс (20 февраля 2012 г.). "Hiriko - складной электрический двухместный автомобиль 2013 года выпуска". Gizmag . Получено 26 июля 2012 г.
  37. ^ Энрике Руффо, Густаво (23 октября 2019 г.). «Партнерство REE с Hino демонстрирует больше технологий в области электродвигателей в колесах». InsideEVs .
  38. ↑ Пол Ридден (12 сентября 2022 г.), «Прототип SEV Aptera Gamma дебютировал на публике в Сан-Диего», NewsAtlas
  39. ^ Брайант, Эрик (10 августа 2006 г.). «Siemens VDO анонсирует концепцию мотор-в-ступице eCorner». AutoBlog.com .
  40. ↑ Ульрих, Лоуренс (23 сентября 2007 г.). «Они электрические, но могут ли они быть фантастическими?». The New York Times .
  41. ^ Уилкинсон, Люк (25 июня 2019 г.). «Lightyear представляет дальнобойный солнечно-электрический автомобиль». Auto Express . Великобритания . Получено 26 июня 2019 г. .
  42. ^ "Производство Lightyear 0 приостановлено, поскольку компания фокусируется на доступной модели". InsideEVs .
  43. ^ Миллер, Кейлеб (27 июня 2023 г.). «Lordstown подает заявление о банкротстве, активы Endurance Pickup выставлены на продажу». Автомобиль и водитель .
  44. ^ Кристиан Агатие (5 июля 2024 г.), «Безумный прототип купе BMW с ДНК Neue Klasse и двигателями в ступицах колес появляется из пустоты», AutoEvolution

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме « Встроенные в колеса двигатели» .