轮边驱动电机专利技术发展

宗雪娇（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州，215000）



轮边驱动电机专利技术发展

宗雪娇
（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州，215000）

摘要：利用轮边电机直接驱动电动汽车采用轮边电机，避免了机械传动系统中的能量损失，使电能得到了最大的利用。电动汽车采用轮边直驱式可立即产生旋转动力，减少了加速时间，并且对每个车轮实施单独控制非常方便，具有较高的灵敏度。 本文主要以DWPI专利数据库以及CNABS数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的视角对轮边驱动电机的技术发展进行了全面的统计分析，总结了与轮边驱动电机相关的国内和国外专利的申请趋势、主要申请人分布以及重点技术分支：轮边驱动电机的发展路线做了一定的分析，并从中得到一定的规律。

关键词：轮边电机；永磁电动机;发展路线

0　引言

轮边电机驱动系统通常由电动机、减速机构、致动器与散热系统等部件组成。根据所用电机结构类型主要分为两种典型驱动方式：内转子型电机驱动系统和外转子型电机驱动系统。内转子型电机驱动常采用高转速、低转矩的轮毂电机，为满足车轮实际转速及力矩要求，电机和车轮间需安装有固定传动比的减速机构（如行星齿轮减速装置）以减速增距。外转子型电机驱动常配用低转速、大转矩特性的电机。其内定子固定于转子向节臂上，外转子与车轮轮辋直接固连。

本文主要以DWPI专利数据库以及CNABS数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的视角对轮边驱动电机的技术发展进行了全面的统计分析，总结了与轮边驱动电机相关的国内和国外专利的申请趋势、主要申请人分布以及重点技术分支：轮边驱动电机的发展路线做了一定的分析，并从中得到一定的规律。

1　轮边驱动电机专利申请概况

1.1 国外专利申请状况

轮边驱动电机的全球专利申请趋势，大致可以分为三个时期，各时期划分以申请量增长率的变化为标准。

（1）萌芽期（2000年之前）

早在1900年，保时捷研制了两前轮轮毂电机驱动的双座电动汽车，然而，由于DWPI数据库自身收录特点，在该数据库中最早出现的相关专利申请在1993年。2000年之前，国外的专利申请量较少，其中1993年、1995年、1997年和2000年各一件，德国申请两件、日本申请一件和俄罗斯申请一件。

（2）第一发展阶段：第一增长期（2001-2005年）

从2001年开始，国外的专利申请量在这一阶段开始有所增长，到2005年总的申请量为36件，在该阶段，国外有关轮边驱动电机的申请量发展呈增长趋势。第一发展阶段申请量公司分布，在该阶段位列前三的公司均是日本的公司，分别为普利司通株式会社、爱信精机株式会社以及丰田自动车株式会社，在这一阶段，三个公司的申请量分别为13件、6件以及4件。从这三个申请人可以看出，日本在这一阶段工业迅速发展，其带动了轮边驱动电机的研究与发展。在这一阶段还有两件美国申请，其申请人分别为爱考斯研究株式会社和Len Charles Gould。

（3）第二发展阶段：第二增长期（2006-2013年）

从2006年开始，国外的专利申请量在这一阶段开始增长迅速，到2013年总的申请量为226件，在该阶段，国外有关轮边驱动电机的申请量发展呈快速增长趋势。

1.2 中国专利申请状况

轮边驱动电机中国专利申请趋势，大致可以分为两个时期，第一时期为2002-2008年，第二时期为2008至今。

（1）第一时期（2002-2008年）

在第一时期内，一方面中国专利关于轮边驱动电机领域的数量较国外专利在量的方面要少很多；另一方面，中国专利申请总体比较平缓，上升趋势不明显。

（2）第二时期（2009年至今）

在第二时期内，中国专利关于轮边驱动电机领域的申请量上升趋势避免，在这一阶段的申请量较国外专利申请量多，表明在这一阶段，国内关于轮边驱动电机的研究增多，轮边驱动电机的研究日益受到重视。

2　轮边驱动电机专利技术发展路线

对于轮边驱动电机的研究现状，日本对轮边电机研究起步早，其技术在世界上处于领先，以日本庆义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组、株式会社普利斯通公司、三菱自动车株式会社、丰田自动车株式会社汽车公司、本田技研株式会社为主要代表，其中日本庆义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组研制的IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮边电机驱动技术，其中后轮驱动电动汽车ECO采用的永磁无刷直流电机，额定功率6.8kW，峰值功率可达20kW；丰田汽车公司一直致力于轮边驱动电动车的开发，2003年东京车展上，丰田公司推出的燃料电池概念车FINE-X采用4轮轮边驱动技术，2006年4月的美国纽约汽车展上，丰田公司又推出了4轮轮边驱动电动车FINE-T；三菱公司于2005年推出了后轮轮边驱动电动车Colt EV，并致力于4轮轮边驱动车Lancer Evolution M IEV的开发，通过将制动器置于电机内部，提高车轮轮辋内部空间的利用效率，该轮边驱动系统采用外转子永磁电机，最大功率达到50kW，最大转矩为518Nm，电机尺寸445mm（直径）×134mm；普利斯通开发的动态吸振轮边驱动系统由外转子型的第二代发展到内转子型的第三代，整体尺寸更小，可适合轮辋尺寸在35.56cm（14英寸）以上的轮边驱动系统，而且电机本体质量仅为第二代的60%；本田汽车公司在其燃料电池车FCX开发上，驱动系统采用3个电机实现，其前轮采用集中电机，单个功率达到80kW，两后轮分别采用轮边驱动系统，单个轮毂电机功率达到25kW。

在欧洲，法国TM4公司设计的一体化轮边驱动系统采用外转子式永磁电动机，将电动机转子外壳直接与轮辋相连，将电动车外壳作为车轮的组成部分，并且电动车转子外壳集成为鼓式制动器的制动鼓，制动蹄片直接作用在电动机外壳上，省却制动鼓的结构，减小了轮边驱动系统的质量，集成化设计程度相当高。该轮边驱动系统所使用的永磁无刷直流电动机的性能非常高，其峰值功率可达到80kW，峰值扭矩为670Nm，最高转速为1385r/min，额定功率为18.5kW，额定转速为950r/min，额定转矩为180Nm额定工况下的平均效率可达到96.3%。标志雪铁龙汽车公司也一直致力于轮边驱动电动车，开发的4轮轮边驱动电动车quark，其电机与车轮轮辋一体化设计，单个车轮最大驱动力矩达到1022 Nm，0-48km/h加速时间为6.5s。大众奥迪公司也推出相应的采用4轮轮边驱动概念车R-zero，通过800V电压的锂电池与轮边驱动系统的结合，该车的0-100km/h加速时间为29s。西门子公司开发的ecomer将车轮部件、轮毂电机、主动悬架和楔块制动器全部集成到车轮轮辋里面。英国贝姆勒公司设计的4轮轮边驱动电动车MINI QED，4个车轮均采用贝姆勒开发的永磁无刷电机驱动，单个电机驱动转矩达到750 Nm，可以实现4轮独立驱动，0-100km/h加速时间仅为4.4s。

美国通用汽车公司2001年试制的全新线控4轮驱动燃料电池概念车Autonomy采用轮边驱动形式，于2005年推出后轮采用轮边驱动系统的燃料电池电动车Sequel，该车前端采用集中电机驱动，后轮采用两个轮毂电机驱动，3个电机总功率达到110 kW，续驶里程达到500km。此外，通用公司开发的雪佛兰S-104缸混合动力皮卡，在两个后车轮内分别安装一台轮毂电机，产生的扭矩相当于一般V6发动机的扭矩，比雪佛兰S-104缸皮卡高出60%。

澳大利亚国立科学机构CSIRO与悉尼科技大学共同开发的一体化轮边驱动系统，应用于三轮太阳能电动车Aurora，通过车轮轮辋和电机本体的一体化设计，最高车速达到72km/h。

我国在该领域的研究相对落后，但是近几年随着国家“863”计划电动汽车重大课题研究的伸入，及对轮边驱动系统认识的加深，各高校、公司也加强对该类新型驱动系统的研究。同济大学汽车学院在2002-2005年相继推出了独立研制的采用轮边驱动系统的微型电动车“春晖”系列，该车均采用4个低速永磁直流无刷轮毂直接驱动，匹配相应的盘式制动器。哈尔滨工业大学-爱英斯电动汽车研究所研制开发的EV96-1型电动汽车也采用了轮边驱动系统，轮毂电机的额定功率达到6.8kW，峰值功率为15 kW，采用风冷散热系统以及盘式制动器，是一种典型的外转子型电动轮结构型式。深圳比亚迪公司开发的4轮轮边驱动概念车ET，其单个永磁同步轮毂电机功率达到25 kW，0-100km/h加速时间8.5s。

3　结语

轮边驱动电机具有结构紧凑、可以改善车辆驱动性能和行驶性能，有利于整车布置等特点，但是在中国的发展时期相对较短，并且晚于国外的研究和发展，应该进一步加强这一技术的研究和发展。

参考文献

[1]专利申请号：CN2008102377477.6

[2]专利申请号：CN201210125447.2

[3]专利申请号：JP特开2007-138308

[4]专利申请号：CN201010271109.0

[5]专利申请号：CN201210147618.1

宗雪娇（1988-），女，江苏省徐州市人，职务：审查员，研究方向：电机。

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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