輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)專利技術(shù)發(fā)展

宗雪嬌（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

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輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)專利技術(shù)發(fā)展

宗雪嬌
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

摘要：利用輪邊電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車采用輪邊電機(jī)，避免了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量損失，使電能得到了最大的利用。電動(dòng)汽車采用輪邊直驅(qū)式可立即產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，減少了加速時(shí)間，并且對每個(gè)車輪實(shí)施單獨(dú)控制非常方便，具有較高的靈敏度。 本文主要以DWPI專利數(shù)據(jù)庫以及CNABS數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)的視角對輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)相關(guān)的國內(nèi)和國外專利的申請趨勢、主要申請人分布以及重點(diǎn)技術(shù)分支：輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：輪邊電機(jī)；永磁電動(dòng)機(jī);發(fā)展路線

0　引言

輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、致動(dòng)器與散熱系統(tǒng)等部件組成。根據(jù)所用電機(jī)結(jié)構(gòu)類型主要分為兩種典型驅(qū)動(dòng)方式：內(nèi)轉(zhuǎn)子型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和外轉(zhuǎn)子型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)轉(zhuǎn)子型電機(jī)驅(qū)動(dòng)常采用高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的輪轂電機(jī)，為滿足車輪實(shí)際轉(zhuǎn)速及力矩要求，電機(jī)和車輪間需安裝有固定傳動(dòng)比的減速機(jī)構(gòu)（如行星齒輪減速裝置）以減速增距。外轉(zhuǎn)子型電機(jī)驅(qū)動(dòng)常配用低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩特性的電機(jī)。其內(nèi)定子固定于轉(zhuǎn)子向節(jié)臂上，外轉(zhuǎn)子與車輪輪輞直接固連。

本文主要以DWPI專利數(shù)據(jù)庫以及CNABS數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)的視角對輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)相關(guān)的國內(nèi)和國外專利的申請趨勢、主要申請人分布以及重點(diǎn)技術(shù)分支：輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規(guī)律。

1　輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)專利申請概況

1.1 國外專利申請狀況

輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的全球?qū)＠暾堏厔?，大致可以分為三個(gè)時(shí)期，各時(shí)期劃分以申請量增長率的變化為標(biāo)準(zhǔn)。

（1）萌芽期（2000年之前）

早在1900年，保時(shí)捷研制了兩前輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙座電動(dòng)汽車，然而，由于DWPI數(shù)據(jù)庫自身收錄特點(diǎn)，在該數(shù)據(jù)庫中最早出現(xiàn)的相關(guān)專利申請?jiān)?993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(fā)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(guān)輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的申請量發(fā)展呈增長趨勢。第一發(fā)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(huì)社、愛信精機(jī)株式會(huì)社以及豐田自動(dòng)車株式會(huì)社，在這一階段，三個(gè)公司的申請量分別為13件、6件以及4件。從這三個(gè)申請人可以看出，日本在這一階段工業(yè)迅速發(fā)展，其帶動(dòng)了輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究與發(fā)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(huì)社和Len Charles Gould。

（3）第二發(fā)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(guān)輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的申請量發(fā)展呈快速增長趨勢。

1.2 中國專利申請狀況

輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)中國專利申請趨勢，大致可以分為兩個(gè)時(shí)期，第一時(shí)期為2002-2008年，第二時(shí)期為2008至今。

（1）第一時(shí)期（2002-2008年）

在第一時(shí)期內(nèi)，一方面中國專利關(guān)于輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域的數(shù)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(shí)期（2009年至今）

在第二時(shí)期內(nèi)，中國專利關(guān)于輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)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(nèi)關(guān)于輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究增多，輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究日益受到重視。

2　輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)專利技術(shù)發(fā)展路線

對于輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究現(xiàn)狀，日本對輪邊電機(jī)研究起步早，其技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先，以日本慶義塾大學(xué)清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的電動(dòng)汽車研究小組、株式會(huì)社普利斯通公司、三菱自動(dòng)車株式會(huì)社、豐田自動(dòng)車株式會(huì)社汽車公司、本田技研株式會(huì)社為主要代表，其中日本慶義塾大學(xué)清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的電動(dòng)汽車研究小組研制的IZA、ECO、KAZ等電動(dòng)汽車均采用輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其中后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車ECO采用的永磁無刷直流電機(jī)，額定功率6.8kW，峰值功率可達(dá)20kW；豐田汽車公司一直致力于輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的開發(fā)，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(qū)動(dòng)技術(shù)，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(qū)動(dòng)電動(dòng)車FINE-T；三菱公司于2005年推出了后輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車Colt EV，并致力于4輪輪邊驅(qū)動(dòng)車Lancer Evolution M IEV的開發(fā)，通過將制動(dòng)器置于電機(jī)內(nèi)部，提高車輪輪輞內(nèi)部空間的利用效率，該輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，最大功率達(dá)到50kW，最大轉(zhuǎn)矩為518Nm，電機(jī)尺寸445mm（直徑）×134mm；普利斯通開發(fā)的動(dòng)態(tài)吸振輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由外轉(zhuǎn)子型的第二代發(fā)展到內(nèi)轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而且電機(jī)本體質(zhì)量僅為第二代的60%；本田汽車公司在其燃料電池車FCX開發(fā)上，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用3個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，其前輪采用集中電機(jī)，單個(gè)功率達(dá)到80kW，兩后輪分別采用輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，單個(gè)輪轂電機(jī)功率達(dá)到25kW。

在歐洲，法國TM4公司設(shè)計(jì)的一體化輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子式永磁電動(dòng)機(jī)，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外殼直接與輪輞相連，將電動(dòng)車外殼作為車輪的組成部分，并且電動(dòng)車轉(zhuǎn)子外殼集成為鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓，制動(dòng)蹄片直接作用在電動(dòng)機(jī)外殼上，省卻制動(dòng)鼓的結(jié)構(gòu)，減小了輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量，集成化設(shè)計(jì)程度相當(dāng)高。該輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所使用的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的性能非常高，其峰值功率可達(dá)到80kW，峰值扭矩為670Nm，最高轉(zhuǎn)速為1385r/min，額定功率為18.5kW，額定轉(zhuǎn)速為950r/min，額定轉(zhuǎn)矩為180Nm額定工況下的平均效率可達(dá)到96.3%。標(biāo)志雪鐵龍汽車公司也一直致力于輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，開發(fā)的4輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車quark，其電機(jī)與車輪輪輞一體化設(shè)計(jì)，單個(gè)車輪最大驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1022 Nm，0-48km/h加速時(shí)間為6.5s。大眾奧迪公司也推出相應(yīng)的采用4輪輪邊驅(qū)動(dòng)概念車R-zero，通過800V電壓的鋰電池與輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合，該車的0-100km/h加速時(shí)間為29s。西門子公司開發(fā)的ecomer將車輪部件、輪轂電機(jī)、主動(dòng)懸架和楔塊制動(dòng)器全部集成到車輪輪輞里面。英國貝姆勒公司設(shè)計(jì)的4輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車MINI QED，4個(gè)車輪均采用貝姆勒開發(fā)的永磁無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到750 Nm，可以實(shí)現(xiàn)4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，0-100km/h加速時(shí)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(qū)動(dòng)燃料電池概念車Autonomy采用輪邊驅(qū)動(dòng)形式，于2005年推出后輪采用輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的燃料電池電動(dòng)車Sequel，該車前端采用集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)，后輪采用兩個(gè)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，3個(gè)電機(jī)總功率達(dá)到110 kW，續(xù)駛里程達(dá)到500km。此外，通用公司開發(fā)的雪佛蘭S-104缸混合動(dòng)力皮卡，在兩個(gè)后車輪內(nèi)分別安裝一臺輪轂電機(jī)，產(chǎn)生的扭矩相當(dāng)于一般V6發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，比雪佛蘭S-104缸皮卡高出60%。

澳大利亞國立科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO與悉尼科技大學(xué)共同開發(fā)的一體化輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用于三輪太陽能電動(dòng)車Aurora，通過車輪輪輞和電機(jī)本體的一體化設(shè)計(jì)，最高車速達(dá)到72km/h。

我國在該領(lǐng)域的研究相對落后，但是近幾年隨著國家“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大課題研究的伸入，及對輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)識的加深，各高校、公司也加強(qiáng)對該類新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院在2002-2005年相繼推出了獨(dú)立研制的采用輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的微型電動(dòng)車“春暉”系列，該車均采用4個(gè)低速永磁直流無刷輪轂直接驅(qū)動(dòng)，匹配相應(yīng)的盤式制動(dòng)器。哈爾濱工業(yè)大學(xué)-愛英斯電動(dòng)汽車研究所研制開發(fā)的EV96-1型電動(dòng)汽車也采用了輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輪轂電機(jī)的額定功率達(dá)到6.8kW，峰值功率為15 kW，采用風(fēng)冷散熱系統(tǒng)以及盤式制動(dòng)器，是一種典型的外轉(zhuǎn)子型電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)型式。深圳比亞迪公司開發(fā)的4輪輪邊驅(qū)動(dòng)概念車ET，其單個(gè)永磁同步輪轂電機(jī)功率達(dá)到25 kW，0-100km/h加速時(shí)間8.5s。

3　結(jié)語

輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可以改善車輛驅(qū)動(dòng)性能和行駛性能，有利于整車布置等特點(diǎn)，但是在中國的發(fā)展時(shí)期相對較短，并且晚于國外的研究和發(fā)展，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)這一技術(shù)的研究和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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宗雪嬌（1988-），女，江蘇省徐州市人，職務(wù)：審查員，研究方向：電機(jī)。

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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