輪邊驅動電機專利技術發展

宗雪嬌（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

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輪邊驅動電機專利技術發展

宗雪嬌
（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

摘要：利用輪邊電機直接驅動電動汽車采用輪邊電機，避免了機械傳動系統中的能量損失，使電能得到了最大的利用。電動汽車采用輪邊直驅式可立即產生旋轉動力，減少了加速時間，并且對每個車輪實施單獨控制非常方便，具有較高的靈敏度。 本文主要以DWPI專利數據庫以及CNABS數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對輪邊驅動電機的技術發展進行了全面的統計分析，總結了與輪邊驅動電機相關的國內和國外專利的申請趨勢、主要申請人分布以及重點技術分支：輪邊驅動電機的發展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規律。

關鍵詞：輪邊電機；永磁電動機;發展路線

0　引言

輪邊電機驅動系統通常由電動機、減速機構、致動器與散熱系統等部件組成。根據所用電機結構類型主要分為兩種典型驅動方式：內轉子型電機驅動系統和外轉子型電機驅動系統。內轉子型電機驅動常采用高轉速、低轉矩的輪轂電機，為滿足車輪實際轉速及力矩要求，電機和車輪間需安裝有固定傳動比的減速機構（如行星齒輪減速裝置）以減速增距。外轉子型電機驅動常配用低轉速、大轉矩特性的電機。其內定子固定于轉子向節臂上，外轉子與車輪輪輞直接固連。

本文主要以DWPI專利數據庫以及CNABS數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對輪邊驅動電機的技術發展進行了全面的統計分析，總結了與輪邊驅動電機相關的國內和國外專利的申請趨勢、主要申請人分布以及重點技術分支：輪邊驅動電機的發展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規律。

1　輪邊驅動電機專利申請概況

1.1 國外專利申請狀況

輪邊驅動電機的全球專利申請趨勢，大致可以分為三個時期，各時期劃分以申請量增長率的變化為標準。

（1）萌芽期（2000年之前）

早在1900年，保時捷研制了兩前輪輪轂電機驅動的雙座電動汽車，然而，由于DWPI數據庫自身收錄特點，在該數據庫中最早出現的相關專利申請在1993年。2000年之前，國外的專利申請量較少，其中1993年、1995年、1997年和2000年各一件，德國申請兩件、日本申請一件和俄羅斯申請一件。

（2）第一發展階段：第一增長期（2001-2005年）

從2001年開始，國外的專利申請量在這一階段開始有所增長，到2005年總的申請量為36件，在該階段，國外有關輪邊驅動電機的申請量發展呈增長趨勢。第一發展階段申請量公司分布，在該階段位列前三的公司均是日本的公司，分別為普利司通株式會社、愛信精機株式會社以及豐田自動車株式會社，在這一階段，三個公司的申請量分別為13件、6件以及4件。從這三個申請人可以看出，日本在這一階段工業迅速發展，其帶動了輪邊驅動電機的研究與發展。在這一階段還有兩件美國申請，其申請人分別為愛考斯研究株式會社和Len Charles Gould。

（3）第二發展階段：第二增長期（2006-2013年）

從2006年開始，國外的專利申請量在這一階段開始增長迅速，到2013年總的申請量為226件，在該階段，國外有關輪邊驅動電機的申請量發展呈快速增長趨勢。

1.2 中國專利申請狀況

輪邊驅動電機中國專利申請趨勢，大致可以分為兩個時期，第一時期為2002-2008年，第二時期為2008至今。

（1）第一時期（2002-2008年）

在第一時期內，一方面中國專利關于輪邊驅動電機領域的數量較國外專利在量的方面要少很多；另一方面，中國專利申請總體比較平緩，上升趨勢不明顯。

（2）第二時期（2009年至今）

在第二時期內，中國專利關于輪邊驅動電機領域的申請量上升趨勢避免，在這一階段的申請量較國外專利申請量多，表明在這一階段，國內關于輪邊驅動電機的研究增多，輪邊驅動電機的研究日益受到重視。

2　輪邊驅動電機專利技術發展路線

對于輪邊驅動電機的研究現狀，日本對輪邊電機研究起步早，其技術在世界上處于領先，以日本慶義塾大學清水浩教授領導的電動汽車研究小組、株式會社普利斯通公司、三菱自動車株式會社、豐田自動車株式會社汽車公司、本田技研株式會社為主要代表，其中日本慶義塾大學清水浩教授領導的電動汽車研究小組研制的IZA、ECO、KAZ等電動汽車均采用輪邊電機驅動技術，其中后輪驅動電動汽車ECO采用的永磁無刷直流電機，額定功率6.8kW，峰值功率可達20kW；豐田汽車公司一直致力于輪邊驅動電動車的開發，2003年東京車展上，豐田公司推出的燃料電池概念車FINE-X采用4輪輪邊驅動技術，2006年4月的美國紐約汽車展上，豐田公司又推出了4輪輪邊驅動電動車FINE-T；三菱公司于2005年推出了后輪輪邊驅動電動車Colt EV，并致力于4輪輪邊驅動車Lancer Evolution M IEV的開發，通過將制動器置于電機內部，提高車輪輪輞內部空間的利用效率，該輪邊驅動系統采用外轉子永磁電機，最大功率達到50kW，最大轉矩為518Nm，電機尺寸445mm（直徑）×134mm；普利斯通開發的動態吸振輪邊驅動系統由外轉子型的第二代發展到內轉子型的第三代，整體尺寸更小，可適合輪輞尺寸在35.56cm（14英寸）以上的輪邊驅動系統，而且電機本體質量僅為第二代的60%；本田汽車公司在其燃料電池車FCX開發上，驅動系統采用3個電機實現，其前輪采用集中電機，單個功率達到80kW，兩后輪分別采用輪邊驅動系統，單個輪轂電機功率達到25kW。

在歐洲，法國TM4公司設計的一體化輪邊驅動系統采用外轉子式永磁電動機，將電動機轉子外殼直接與輪輞相連，將電動車外殼作為車輪的組成部分，并且電動車轉子外殼集成為鼓式制動器的制動鼓，制動蹄片直接作用在電動機外殼上，省卻制動鼓的結構，減小了輪邊驅動系統的質量，集成化設計程度相當高。該輪邊驅動系統所使用的永磁無刷直流電動機的性能非常高，其峰值功率可達到80kW，峰值扭矩為670Nm，最高轉速為1385r/min，額定功率為18.5kW，額定轉速為950r/min，額定轉矩為180Nm額定工況下的平均效率可達到96.3%。標志雪鐵龍汽車公司也一直致力于輪邊驅動電動車，開發的4輪輪邊驅動電動車quark，其電機與車輪輪輞一體化設計，單個車輪最大驅動力矩達到1022 Nm，0-48km/h加速時間為6.5s。大眾奧迪公司也推出相應的采用4輪輪邊驅動概念車R-zero，通過800V電壓的鋰電池與輪邊驅動系統的結合，該車的0-100km/h加速時間為29s。西門子公司開發的ecomer將車輪部件、輪轂電機、主動懸架和楔塊制動器全部集成到車輪輪輞里面。英國貝姆勒公司設計的4輪輪邊驅動電動車MINI QED，4個車輪均采用貝姆勒開發的永磁無刷電機驅動，單個電機驅動轉矩達到750 Nm，可以實現4輪獨立驅動，0-100km/h加速時間僅為4.4s。

美國通用汽車公司2001年試制的全新線控4輪驅動燃料電池概念車Autonomy采用輪邊驅動形式，于2005年推出后輪采用輪邊驅動系統的燃料電池電動車Sequel，該車前端采用集中電機驅動，后輪采用兩個輪轂電機驅動，3個電機總功率達到110 kW，續駛里程達到500km。此外，通用公司開發的雪佛蘭S-104缸混合動力皮卡，在兩個后車輪內分別安裝一臺輪轂電機，產生的扭矩相當于一般V6發動機的扭矩，比雪佛蘭S-104缸皮卡高出60%。

澳大利亞國立科學機構CSIRO與悉尼科技大學共同開發的一體化輪邊驅動系統，應用于三輪太陽能電動車Aurora，通過車輪輪輞和電機本體的一體化設計，最高車速達到72km/h。

我國在該領域的研究相對落后，但是近幾年隨著國家“863”計劃電動汽車重大課題研究的伸入，及對輪邊驅動系統認識的加深，各高校、公司也加強對該類新型驅動系統的研究。同濟大學汽車學院在2002-2005年相繼推出了獨立研制的采用輪邊驅動系統的微型電動車“春暉”系列，該車均采用4個低速永磁直流無刷輪轂直接驅動，匹配相應的盤式制動器。哈爾濱工業大學-愛英斯電動汽車研究所研制開發的EV96-1型電動汽車也采用了輪邊驅動系統，輪轂電機的額定功率達到6.8kW，峰值功率為15 kW，采用風冷散熱系統以及盤式制動器，是一種典型的外轉子型電動輪結構型式。深圳比亞迪公司開發的4輪輪邊驅動概念車ET，其單個永磁同步輪轂電機功率達到25 kW，0-100km/h加速時間8.5s。

3　結語

輪邊驅動電機具有結構緊湊、可以改善車輛驅動性能和行駛性能，有利于整車布置等特點，但是在中國的發展時期相對較短，并且晚于國外的研究和發展，應該進一步加強這一技術的研究和發展。

參考文獻

[1]專利申請號：CN2008102377477.6

[2]專利申請號：CN201210125447.2

[3]專利申請號：JP特開2007-138308

[4]專利申請號：CN201010271109.0

[5]專利申請號：CN201210147618.1

宗雪嬌（1988-），女，江蘇省徐州市人，職務：審查員，研究方向：電機。

Development of patent technology of in-wheel motor

Zong Xuejiao
（Patent examination cooperation Jiangsu center of the patent oddice,sipo,Suzhou,Jiangsu,215000）

Abstract：Driving the electric vehicle by in-wheel motor directly,the energy loss of transmission system is evitable and the electric power is greatly saved.Circumrotate momentum is generated immediately by inwheel motor system.This paper mainly to DWPI patent database and CNABS database retrieval results for the analysis of the sample,from the patent literature from the perspective of the development of in-wheel motor system were comprehensive statistical analysis,summarized and in-wheel motor related domestic and foreign patent application trend,mainly distributed in the applicant and the main development route do some analysis, and the obtained certain rules.

Keywords：in-wheel motor;permanent magnet motor;development route

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