轮毂电机或带来电动汽车变革性创新，但为何尚未普及？

编译 / 钱亚光

设计 / shelly

来源 / insideevs.com, felss.com

费迪南德·保时捷（Ferdinand Porsche）似乎总是能走在时代的前沿。早在 1900 年，他就设计出了第一辆前驱电动汽车Lohner Porsche。为了弥补其原始的铅电池的不足，这辆车甚至配备了汽油发动机，就是今天的“增程式电动汽车”。

这款创新的电动汽车有一个常被忽视的技术就是轮毂电机，1896年，保时捷在英国注册了轮毂电机的专利。最终，这种技术催生出了第一款全轮驱动车辆。轮毂电机与常见的内置电机不同，它们直接集成在轮子内部，无需复杂的传动轴或差速器。

轮毂电机可以更直接地把动力传输至路面，有望实现更高效的动力传输和设计灵活性，并且具有其他若干优点，似乎也是一种将传统燃油汽车改造为混合动力车的绝佳方式，而且成本极低。

然而，尽管一些汽车制造商和科技供应商曾对这些想法有所尝试，但都没有取得实际成果。为什么我们基本没有在量产电动汽车上看到它们，也没有看到它们作为一种第三方解决方案来实现汽车的电动化呢？

在传统的电动汽车中，动力电池为驱动车轮的电机提供电力。大多数现代电动汽车配备一个电机用于驱动前轮或后轮，或者配备两个电机进行全轮驱动。一些汽车制造商还在其车型中增加了三个甚至四个电机以获取更强的动力。

但这些电机总是安装在车轮之间的内侧，集成在驱动桥本身之中。鉴于电机的尺寸越来越小，难道就不能把电机安装在车轮内部吗？

将电机安装在车轮内似乎是增加车辆内部空间的好办法。这样既可以使用更大的电池，也可以简单地增加车内的载货空间或乘客空间。

轮毂电机还将简化电动汽车平台的设计，更轻松地改变轴距和轮距，使得在相同的平台上生产前驱、后驱和全轮驱动的车辆成为可能，且只需进行少量的改动。这种更低的复杂性无疑将有助于初创企业降低工程和制造方面的前期成本，同时也能缩短实际制造汽车所需的时间，从而为新兴公司提供更大的成功机会。

轮毂电机的另一个显著优势在于能大幅降低传动系统的损耗。这种损耗在内燃机车辆中最为严重，因为内燃机将动力通过变速箱、差速器和传动轴传递至车轮，而这些部件都会产生损耗。即使是目前的电动汽车也仍然配备有减速齿轮、差速器和传动轴，而且当动力从电机传递至车轮时，仍有部分能量会损失掉。

将电机置于车轮内部直接为其提供动力，这样就能减少摩擦力和能量的浪费。这不仅能确保电机的大部分功率能够传递到地面，同时，这种更简单、更经济的传动系统还能用来增加续航里程。

轮毂电机还将使扭矩控制和扭矩分配更加精确，不仅能够模拟限滑差速器的作用，还能进一步提升性能，实现通过精确控制每个电机来达到的其他常规方式无法实现的牵引力水平。

与将电机置于车轮之间相比，将电机安装在轮毂处有许多优势，但同时也带来了新的问题。

首先，轮毂处的总质量增加，悬挂部件上的额外重量会影响车辆的舒适性、抓地力和操控精度。电动机的转子部分可能会直接与轮子相连，而定子则会固定在悬架上。由于定子实际上已成为轮子的一部分，这会增加其转动惯量，意味着它会更难以改变速度和方向，从而降低其加速和改变方向的能力，从而可能降低车辆的灵活性。

这可以通过将沉重的刹车装置放在车轮内侧来加以弥补，但这样做也会增加悬架和副车架的设计复杂性，很可能抵消掉安装轮毂电机所带来的诸多优势。

其次，轮毂电机还存在耐用性问题。它们所承受的冲击要比置于车体内部的电机情况严重得多。

无论轮胎和悬挂系统遭受何种损坏，都有可能以某种方式传递到电机上。路面的坑洼或是不平整都会使电机受到震动，从而影响诸如轴承或转子这类运动部件的使用寿命。此外，电机还会接触到水、雪和盐，这可能会导致密封件加速磨损，并有可能渗入电机内部，引发各种问题。

第三，散热也是轮毂电机需要克服的潜在难题。工程师们或许能够设计出巧妙的车轮结构来散热，同时也能找到将冷空气导向电机以防止过热的方法。许多高性能汽车都采用这种方式来保持制动冷却，对于驱动单元来说也应该能起作用，只是效率可能不会那么高，因为你不会对那些会发热的内部组件进行冷却。

此外，还有安全问题。从电池到电机的传动系统中还会铺设高压电缆。在发生导致车辆失去一个车轮的碰撞事故时，这些高压电缆可能会暴露出来，从而对车内人员以及车辆周围的紧急救援人员构成严重的触电危险。

这种风险是可以通过某些方式来降低的，但这也会给原本以简单性著称的系统增加复杂性。而轮毂电机的稀缺性也推高了其价格，而经济因素无疑在很大程度上影响了汽车制造商为何没有采用这种技术。

不过，现在仍有一些企业正在努力尝试将轮毂电机上车。目前，只有东风和雷诺的轮毂电机在量产车上有所应用。

2023年3月，东风推出的E70搭载ProteanDrive Pd18轮毂电机，是全球首个完成轮毂电机乘用车认证公告的车型；东风旗下岚图“追光”于同年4月搭载轮毂电机亮相上海车展。11月，搭载东风14吋轮毂电机的纳米01在广州国际车展上正式亮相，其采用电动轴和两个轮毂电机的组合，能够实现类似“坦克掉头”的功能。

2025年3月雷诺正式发布R5 Turbo 3e，这是全球首款搭载量产轮毂电机的车型，将配备两个轮毂电机，每个后轮都将由一个电机单独驱动，功率为400千瓦。雷诺强调轮毂电机的一大优势在于响应速度，“其效果类似于过去的涡轮增压器，但没有延迟时间。”能够对每个车轮的功率分配进行精细控制，将使车辆在高速转弯时表现更加出色，并且还能实现标准的漂移模式。

采用这种集制动盘于一体的驱动单元，不仅节省了后桥的重量和空间。该车需要配备20英寸的轮毂才能适配这些驱动单元，每个单元可产生268马力（约200千瓦），两者的总峰值功率可达540马力（约402千瓦），峰值扭矩达4800牛･米。雷诺预计，该车能在约3.5秒内加速至62英里/时（约100 公里/时），极速可达167 英里/时（约270 公里/时）。

现代汽车也是少数几家正在研发轮毂电机的车企之一。其名为“单轮（Uni Wheel）”的项目旨在为电动汽车及其他产品设计多种驱动装置，强调了优化包装和增加车内空间等相同的优势。该制造商表示，未来他们计划在从小型汽车到高性能电动汽车等各种车型中使用轮毂电机。

汽车传动系统供应商Neapco与轮毂电机专家Elaphe合作，专门设计了一款名为“超级熊（SuperBear）”的轮毂电机，强调了上述优点。其驱动单元甚至内置了两速变速箱，并且设计用于安装在常规的商用级轮毂上，适用于前轮和后轮驱动的应用场景。

2023年Lordstown Endurance皮卡就配备了4个Elaphe轮毂电机，可惜没有投入量产。这次失败可能是因为它采用了独特的电机和配备小电池的增程式电动系统，太过超前于时代了。增程式电动汽车虽然可能成为电动汽车的下一个热门品类，但还没有一款增程式汽车在车上安装轮毂电机。

总部位于英国的轮毂电机技术初创公司Protean Electric成立于2008年，为乘用车、商用车以及更重型的车辆研发轮毂电机，东风就采用的就是该公司的产品。其最新的第五代Proteandrive电机功率可达138马力（约102千瓦），因此在4电机配置下总功率可达552马力（约411千瓦）。该电机可安装在18英寸的车轮内，据其公司称，它适用于重达11400磅（5.2吨）的车辆。

DeepDrive 是电动汽车领域的创新型公司，它基于双转子设计开发出了一种新型轮毂电机技术，在效率、成本降低和功率密度方面有显著改进，能够更有效地利用磁通量，并实现更高的功率密度。这项技术材料节省方面也有优势，所需的磁性材料少了50%，铁也少80%，还没有重稀土磁铁。采用 DeepDrive 技术的车辆效率可提高多达20%，每立方米的成本可以降低30%，这意味着电动车的价格可以进一步压低，利于消费者。

不过，这项技术也带来了挑战，较低的转速使其如果在高性能车上使用，需要配合2挡变速箱，另外更高的制造工艺要求，会使生产流程变得更加复杂，应用到现有的车辆平台上，在设计调整和兼容性方面有一些挑战。该公司目前正与十大汽车制造商中的八家合作，预计到 2028 年将把该电机整合到量产车辆中。

轮毂电机还有外置式的。与完全集成到轮毂中的传统轮毂电机不同的是，外置式轮毂电机通常安装在轮子上，而不直接集成到轮毂中，其优势在于，首先，所承受的机械应力比完全集成在轮毂内的电机要小，从而更加坚固，也更不容易出现诸如轴承故障或磨损等问题；其次，有更好的散热性能，从而提高整体性能和电机寿命；第三，车辆设计的灵活性更高，车企能够更好地根据不同的需求调整车辆架构，因为它们不一定受限于特定的轮毂尺寸或设计，为优化平台设计开辟了新的可能性。

此外，这些电机能够通过直接作用于轮子来提供更好的牵引力和加速性能，从而使动力传输更加高效。

虽然轮毂电机目前尚未成为主流产品，但其在革新车辆设计和功能方面的潜力是不容置疑的，而且它们在特定应用中展现出颇具前景的优势。它们在城市车辆、混合动力车以及独特汽车设计中的潜力仍在不断被探索。随着像Protean这样的创新公司开发出可扩展的解决方案，轮毂电机的实际应用价值或许很快就会得以实现，轮毂电机的采用可能会重新定义汽车行业的效率、设计和性能。