轮毂电机在滑板底盘中的重要性

没有轮毂电机的配合，所谓滑板底盘与老式的非承载式车身即带大梁的车身结构没有本质区别。

采用滑板底盘的Rivian车身。

2015燃油版福特F-150的底盘，与所谓滑板底盘相差无几。

电动版福特F-150的底盘，很明显与燃油版相差无几。

号称滑板底盘的Rivian的独立悬挂。

电动版福特F-150的后悬挂。

真正的滑板底盘应该如上图，采用轮毂电机，轮毂电机将制动、驱动、转向都集成在轮子内，没有了悬挂，没有了动力传递系统，彻底颠覆汽车行业，博世、大陆汽车和采埃孚之类的底盘类企业会受到影响。

轮毂电机之所以无法用在乘用车上有几点原因。

其一、汽车行业都知道，"簧下一公斤，簧上十公斤"。

其大致意思是簧下质量降低一公斤，整体取得的优化效果相当于簧上质量降低十公斤。而轮毂电机大幅度增加簧下质量，而汽车行业都想尽办法降低簧下质量。

簧下质量对车辆性能的影响主要是舒适性、操控性、加速以及制动性能。簧下质量对加速性的理解相对容易，就好比是短跑运动员的跑鞋，肯定越轻越好。

这点放在汽车上也是一样的，车轮重量越轻，它的转动惯量就越小，转动惯量小就意味着相同动力的情况下车轮更容易被驱动，从而能获得更短的加速时间。而且较轻的簧下质量也可以换来更卓越的制动效果。

簧下质量会直接影响车辆的操控性能，簧下质量越小，车辆操控就越灵活。这是因为簧下质量越小，它们的惯性也就越小，惯性越小就意味着运动状态相对容易改变，当遇到凹凸不平的路面时，悬架就会根据路面的起伏情况快速做出反应，操控性能和舒适性自然会得到提高。因此轮毂电机无法用于乘用车，其舒适性太差。

英国Protean的轮毂电机，恒大在2019年5月30日斥资5800万美元收购了Protean，不过在2021年，恒大将其卖给土耳其人创立的伦敦电动汽车公司Bedeo。恒大还收购了一家号称世界最先进的商用车轮毂电机驱动技术公司——荷兰e-Traction。不过2019年3月花5亿人民币收购e-Traction，2021年11月又1400万人民币卖出。相信Protean也是亏本大甩卖。

其二，轮毂电机运行环境恶劣，可靠性是首要问题。

轮毂电机作为电动汽车的驱动核心零部件，集成了动力、传动与制动功能，本身具有很高的可靠性要求；加之轮毂电机贴近地面，长期经受剧烈震动、灰尘、砂石、泥水等复杂的工作环境，对于可靠性的要求更为苛刻。

其三、各轮毂电机之间转速与扭矩独立受控，虽然给整车的动力系统提供了灵活性，却也给一致性校准提出了更高的要求。

集中电机驱动方式轮毂结构相对简单生产一致性高，运转过程中通过机械传动连接，保障各轮的运动一致性。相较于传统轮毂，轮毂电机在生产与运转中的一致性难度成倍增长，这要求厂商具备精良的制造工艺能力与深度多次的校准。

其四、轮毂电机驱动系统把驱动电机、减速机构、制动器都集中在车轮内，非簧载质量大幅增加。

仅完全靠轮胎缓减冲击，这会导致车辆垂直方向的振动幅度变大，车辆行驶过程中的平顺性与舒适性完全丧失，也就是说你等于坐在一辆三轮板车上，非铺装道路颠簸程度会让你痛不欲生。簧下质量的增加还将导致轮胎的附着性能变差，严重影响车辆操控。

其五、散热冷却困难是轮毂电机技术必须要面对的问题，如果处理不当甚至会造成电机烧毁。

轮毂电机将动力、传动、制动集中在狭小的空间之内，电动汽车可能经常处于加速减速爬坡等高负荷运行状态，刹车过程中也会产生巨大的热量，而轮毂电机还必须提高密封性来应对复杂恶劣的工作环境。

轮毂电机有一个无法突破的材料瓶颈，那就是永磁材料的温度上限问题。轮毂电机体积要尽量小，重量轻，这样才能放进轮毂内，要知道轮毂电机并非是轮毂内只有电机，还有其他辅助机构，如转向和制动，它们也会占据大量的空间。效率要尽量高，效率高意味着热损耗低。因此轮毂电机必须用稀土永磁电机。

目前高性能电机都是稀土永磁电机，其优点具体如下：

效率高：异步电动机效率曲线一般在60%额定负载以下时下跌较快，轻载时效率很低。稀土永磁电动机效率曲线高而平，在20%~120%额定负载时均处于高效率区。

功率因数高：稀土永磁同步电动机的功率因数实测值已接近极限值1.0，功率因数曲线和效率曲线一样高而平，功率因数高，不需要低压无功补偿，充分利用配电系统容量。

定子电流小：转子无励磁电流，无功功率降低，定子电流明显下降，与同等容量异步电动机相比，定子电流值可下降30%~50%。同时，因定子电流大幅降低，电机温升下降，轴承润滑脂及轴承寿命延长。

高失步转矩和牵入转矩：稀土永磁同步电机有较高的失步转矩和牵入转矩，使电动机具有较高的负载能力，并可以顺利牵入同步。

作为对比，交流异步电机（感应电机）在工作时，转子绕组要从电池吸收部分电能励磁，消耗了电能，这部分电能最终以电流在转子绕组中发热消耗掉，该损耗约占电机总损耗的20~30%，降低了电机的使用效率。而且重量偏大，11kW的异步电机重量为110kg，而永磁电机仅为48kg，相当于交流异步电机重量的43.6%。

稀土永磁材料的发展历程

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稀土永磁材料按照其开发顺序可分为四代：  

继铝镍钴永磁和铁氧体永磁材料之后，第一、二代稀土永磁材料 SmCo5 和Sm2Co17 相继问世

第三代稀土永磁是80年代开发成功的钕铁硼磁材

而以稀土铁氮和稀土铁碳为代表的第四代稀土永磁尚在研发阶段

烧结钕铁硼永磁材料具有较高的磁能积、内禀矫顽力和剩磁强度。其最大磁能积约为第一代稀土永磁SmCo5的2倍，第二代稀土永磁Sm2Co17的1.5倍，其内禀矫顽力约为第二代稀土永磁Sm2Co17的2倍，而其剩磁分别为第一代稀土永磁SmCo5的1.3倍和第二代稀土永磁Sm2Co17 的1.2倍。  

目前最好的稀土永磁是钕铁硼。1982年，日本住友特殊金属的佐川真人（Masato Sagawa）发现钕磁铁，日立金属将钕铁硼磁体商业化，至今日立金属和住友特殊金属掌握着钕铁硼商业化90%的核心专利。新能源汽车中的牵引电机和EPS转向中的高性能电机基本都是钕铁硼永磁电机。

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钕铁硼按照制造工艺的不同可分为粘结钕铁硼、烧结钕铁硼和热压钕铁硼三种。其中，烧结钕铁硼和热压钕铁硼的主要特点是磁性能优异、抗腐蚀性能好；而粘结钕铁硼的优势在于可以一次成形，尺寸精确、形状复杂、材料利用率高，但其磁性能不及烧结钕铁硼，因此应用范围受限；目前，热压钕铁硼制作工艺复杂，加工成本高，原材料价格甚至超过成品价格，因此目前产量较少。

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烧结钕铁硼磁材的品种和牌号随着时间推移不断扩展，性能不断提升。N系列和M系列主要应用于MRI、音响家电系列产品和VCM、磁选机、消费电子领域，H系列主要应用于电机和传感器领域，而SH系列内禀矫顽力进一步提升，逐步应用于风力发电机、工业电机等对磁材性能要求较高的领域，UH系列多用于汽车电机和空调压缩机，而磁性能最好的EH和TH系列则在混合动力汽车、电磁阀门和传感器等领域应用广泛。

N系列是做轮毂电机的最佳材料，然而其有个致命缺点，温度上限低，只有80度。

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这里要提到居里温度点，200多年前一位著名的物理学家在自己的实验室里发现了磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，它原来的磁性就会消失，这位伟大的物理学家就是居里夫人的丈夫—皮埃尔·居里，后来人们把这个温度叫居里点（Curie point），又叫居里温度（Curie temperature，Tc）或磁性转变点。

如果温度超过居里温度，磁体内部分子剧烈运动并出现退磁的情况，并且是不可逆的；磁体退磁后可再次被充磁，但磁力会大幅下降，仅能达到原来的50%左右。磁性越强，居里温度点就越低。

第四代稀土材料钐铁氮由于钐的加入，居里温度点略高于钕铁硼，但磁能积不如钕铁硼，并且要钐铁氮商业化，至少还要等20年。   轮毂电机或者说真正的滑板底盘在矿山机械领域已有应用，但在乘用车领域是不可能的，乘用车必须考虑舒适性和可靠性。

审核编辑：刘清