新能源汽车的解决方案中，有一种非主流的方案一直没有受到广泛的关注，而他们的工程师却一直默默的努力着，他们认为这项技术能够颠覆人类出行。这就是题主说的轮毂电机。

基本结构和原理

轮毂电机，顾名思义是将电机安装在车辆轮毂上。电机直接驱动车轮带动整车行驶。电机一般都是永磁同步电机。

如上图所示，搭载有轮毂电机的车辆没有了传统的发动机、变速箱、驱动轴、排气系统。

虽然各家轮毂电机在细节上略有差异，但基本结构都是类似的。如上图以Protean公司的PD18产品为例，一般都是将制动盘、制动卡钳

、电机定子、电机转子集成到标准的轮辋内。转子与制动盘、轮辋固定在一起。

上图剖面图（TM4公司产品）看的更直观些。这款产品定子在内，转子在外；连接外部的分别是冷却水管和控制电缆。

这些机械结构统统布置在悬架内，对悬架的设计也具有一定的挑战。上图分别显示了扭力梁悬架

、多连杆悬架集成轮毂电机的例子。

基本分类

1 带减速机构的轮毂电机

有些轮毂电机采用高速内转子电机，配备固定传动比的减速器，这样能够获得较高的功率密度，电机的转速最高可达1万转。

上图是NSK公司提供的轮毂电机解决方案。减速器采用了行星齿轮减速机构

。

2 直驱式轮毂电机

绝大多数的轮毂电机都是不带减速机构的，称为直驱式轮毂电机，这部分电机转速一般比较低。我们第一部分都是以这类轮毂电机为例来进行讲解的。

直驱式轮毂电机根据永磁体和定转子位置不同可以分为三类：内转子电机、外转子电机和轴向电机（Axial-flux motor）。

优势分析

1 成本的降低

轮毂电机一个最直接的好处就是整车将会取消一大批零部件。

发动机、变速箱、离合器、传动轴、驱动轴、差速器等等都会取消。而且这绝大多数都是技术壁垒高、开发难度大的零部件，无形中减少了巨大的研发费。当然，整车成本也会大幅度下降（不过目前轮毂电机尚未形成规模效应，其成本也很高）。

2 节能环保

作为新能源解决方案，节能环保是自带属性。除了电能替代石油实现的节能环保外，轻量化是最大的贡献。

上图是福特F150

应用轮毂电机在取消传统零部件后实现了约618Kg的减重效果，自然能够节省能源。

并且这种节能效果随着车速的增加越来越明显。

3 模块化设计

如果车辆的驱动系统换为轮毂电机，只有车轮大小会对动力系统产生布置方面的影响。这样真正实现了汽车模块化，“换壳生产”从此不是梦。

4 强大的动力

与其他电动车一样，电机先天的优势带来在加速度上相对于传统车的绝对领先。下图红色曲线是汽油机配合变速箱实现的不同车速下的驱动力，而绿色则是4个轮毂电机输出的动力。

以下为宝马X6轮毂电机版与汽油机版的对比。

5 更优的控制

由于四个轮毂电机能分别直接控制四个车轮，这使得理论上对车辆的控制更加直接、准确。

劣势及挑战

虽然轮毂电机有很多的优势，但至今没有发展成主流，必然还是有很多劣势的。对于坚持轮毂电机的工程师们而言，这是对他们的挑战。

1 平顺性的影响

轮毂电机最饱受诟病的是沉重的轮毂电机会使得车辆的簧下质量大幅度增加，这会严重影响车辆行驶的平顺性和操控性。

通过车辆四分之一悬架模型分析，随着簧下质量的增加，悬架二阶共振加速度峰值会显著增加。

2 热管理

轮毂电机全部集成在轮辋内，散热环境差。电机工作过程中散发的热量难以耗散，尤其是制动过程中产生的大量热量很容易使得电机过热。而电机过热会导致永磁体退磁，直接影响电机寿命。

通过冷却水管导入冷却水带走热量是常用的解决方案。

3 集成控制

虽然理论上而言，四个电机控制四个车轮会使得车辆有着更精确的控制，但实现四个电机的协作工作还是很困难的。尤其与目前发展了几十年，成熟的ABS\ESP等系统相比，还有一定的差距需要弥补。

4 可靠性

可靠性的挑战一方面是来源于轮毂电机的使用环境是在车轮内，难免会受到冲击、沙石、泥水的污染破坏；另一方面是来自于电磁兼容。

总结

总而言之，轮毂电机还有很长的道路要走。我们今天抛砖引玉，下一篇给大家介绍工程师们是如何应对这些挑战的，并着重介绍下轮毂电机在开发过程中的验证手段。

下面是Protean公司轮毂电机宣传短视频，只有30多秒，感兴趣可以看一看。