Wheel hub motor, hub motor, hay in-wheel motor là những thuật ngữ để chỉ hệ thống truyền động trong đó động cơ được tích hợp vào trục bánh xe, bài viết này sẽ sử dụng thuật ngữ Động cơ trung tâm bánh xe, động cơ trục bánh xe, In-wheel Motor hay viết tắt IWM để diễn giải cho ngắn gọn. Động cơ trung tâm bánh xe thường thấy trên xe đạp điện, xe máy điện, và trên ô tô điện. Động cơ trung tâm đã được đón nhận nồng nhiệt trên những chiếc ô tô điện thời kỳ đầu, nhưng chưa thành công về mặt thương mại trên những chiếc ô tô sản xuất hiện đại.
- Wheel hub motor: Động cơ trung tâm bánh xe
- Hub motor: Động cơ trung tâm (viết ngắn gọn)
- In-wheel motor: Động cơ trong bánh xe
Lịch sử phát minh
Bằng sáng chế cho xe đạp điện với động cơ trung tâm bánh xe đã được cấp vào đầu năm 1895. IWM xe đạp đơn giản, bền bỉ và giá cả phải chăng so với các thiết kế khác nhưng kém phù hợp với tốc độ cao. Động cơ trung tâm bánh xe đã trở nên phổ biến hơn các thiết kế khác vào cuối những năm 2000 và 2010.
Một số thiết kế Động cơ trung tâm bánh xe chạy bằng điện, đốt trong và hơi nước đã được cấp bằng sáng chế vào những năm 1880 và 1890. Trong số những người được trao bằng sáng chế: Wellington Adams ở St. Louis năm 1884; Edward Parkhurst ở Woburn năm 1890; Albert Parcelle sau đó vào năm 1890; Charles Theryc vào năm 1896, người cho rằng không có tổn thất truyền động nào do không có thanh truyền động cổ điển từ động cơ đến bánh xe; C F Goddard vào năm 1896, đã đưa ra một động cơ trung tâm pít-tông cho xe ngựa không ngựa chạy bằng một loại khí giãn nở nào đó; và W C Smith vào năm 1897, đã trích dẫn một Động cơ trung tâm giãn nở khí nổ bên trong trục bánh xe sử dụng cam trên đường ray trong trục để truyền lực tới bánh xe.
Chiếc ô tô có IWM điện đã được Ferdinand Porsche đưa ra vào năm 1897 tại Vienna, Áo. Ông đã phát triển những chiếc ô tô đầu tiên của mình là ô tô điện với động cơ trung tâm bánh xe điện chạy bằng pin. Một chiếc xe đua của Lohner–Porsche được trang bị IWM bốn bánh ra mắt tại Triển lãm Thế giới ở Paris năm 1900. Cùng với đó, một mẫu xe thương mại cũng được giới thiệu, Lohner–Porsche Chaise, với hai động cơ trung tâm bánh trước. Nó được đón nhận nồng nhiệt và một số mẫu dựa trên thiết kế của nó đã được Lohner và các nhà sản xuất khác sản xuất cho đến những năm 1920.
Thiết kế
Động cơ trung tâm bánh xe có thể được thực hiện với bộ truyền động trực tiếp hoặc bánh răng hành tinh. Chúng quay bánh xe thông qua thiết kế rôto hướng trục, hướng trong hoặc hướng ngoài, với thiết kế cổ góp có chổi than hoặc không chổi than.
Động cơ trung tâm hấp dẫn từ quan điểm thiết kế vì tính linh hoạt của chúng. Chúng có thể được sử dụng cho hệ dẫn động cầu trước, cầu sau hoặc bốn bánh. Chúng nhỏ gọn và do đó có nhiều chỗ hơn cho hành khách, hàng hóa hoặc các bộ phận khác của xe. IWM cho phép phân bổ trọng lượng tốt hơn so với một động cơ duy nhất và loại bỏ sự cần thiết của nhiều bộ phận truyền động trong các phương tiện truyền thống như hộp số, bộ vi sai và trục, giúp giảm hao mòn và tổn thất cơ học. IWM điện áp cao phải chắc chắn để tránh hư hỏng các dây cáp và bộ phận điện áp cao của chúng.
Khối lượng không treo
Một nhược điểm của động cơ trung tâm bánh xe là trọng lượng của động cơ không được hỗ trợ bởi bộ giảm xóc của hệ thống treo, làm tăng thêm trọng lượng không treo của xe, ảnh hưởng xấu đến khả năng xử lý và chất lượng lái. Mặc dù chất lượng lái xe bị giảm với động cơ trung tâm điện, nhưng nó vẫn tốt hơn chất lượng lái của xe động cơ đốt trong tương đương, nhưng khả năng xử lý của xe vẫn bị ảnh hưởng tiêu cực.
Protean Electric và Lotus nhận thấy rằng hầu hết các tác động tiêu cực của khối lượng không treo tăng thêm có thể được loại bỏ bằng cách bổ sung hệ thống giảm chấn của hệ thống treo, và khả năng sử dụng vectơ mô-men xoắn chính xác thực sự đã cải thiện khả năng xử lý của ô tô đến mức hiệu quả ròng của toàn bộ sự sắp xếp là tích cực.
Không được hỗ trợ bởi bộ giảm xóc của hệ thống treo, bản thân động cơ trong bánh xe ít được bảo vệ khỏi va đập và mảnh vụn, làm giảm độ bền của chúng. Một số thiết kế giảm trọng lượng không treo bằng cách giảm trọng lượng của động cơ, ví dụ bằng cách sử dụng thiết kế không lõi hoặc cuộn dây Litz. Những thiết kế giảm trọng lượng này có thể có ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của động cơ.
Động cơ gần bánh xe
Tương tự như IWM, xe điện có thể được thiết kế với động cơ gần bánh xe, đôi khi được gọi là động cơ đầu bánh xe. Thiết kế này có những ưu điểm tương tự như động cơ trong bánh xe đồng thời tránh được các vấn đề về trọng lượng và mài mòn không có lò xo, vì động cơ ở gần bánh xe nhưng bên trong khung xe, được hỗ trợ bởi hệ thống treo. Động cơ gần bánh nhỏ hơn động cơ trong bánh, tính đến năm 2022, chúng đáng tin cậy hơn và tiết kiệm chi phí hơn, chúng tránh được những rủi ro liên quan đến các bộ phận điện áp cao ngoài khung máy và đơn giản hóa việc thiết kế và lắp ráp xe. American Axle đã phát triển động cơ bánh xe công suất 100 kW và sẽ ra mắt trong dòng sản phẩm xe thương mại REE Automotive.
Những mẫu xe concept sử dụng IWM
Một mẫu xe ý tưởng hiện đại đầu tiên sử dụng động cơ trung tâm điện là IZA, được giới thiệu tại hội nghị IEEE năm 1997, được chế tạo với bốn động cơ 25 kW (34 mã lực).
Những mẫu xe ý tưởng khác được trưng bày tại triển lãm ô tô bao gồm: Chevrolet Sequel, 2005; Mitsubishi MIEV, 2005; Hi-Pa Drive Mini QED, 2006;Honda FCX concept, 2005; Citroën C-Métisse, 2006; Protean Electric Ford F-150, 2008; Heuliez WILL sử dụng hệ thống treo Michelin Active Wheel, 2008; Peugeot BB1, 2009; Hiriko Fold, ra mắt năm 2012, một chiếc ô tô đô thị gấp với tốc độ tối đa 50 km/h (31 mph) với động cơ, bộ truyền động lái, hệ thống treo và phanh được tích hợp vào mỗi bánh xe, được điều khiển bằng hệ thống truyền động bằng dây; FlatFormer, một mẫu khung gầm xe tải tự hành 6×6, được ra mắt vào năm 2019; và nhiều loại xe khác nhau của Indigo Technologies kể từ năm 2019.
Những chiếc xe sản xuất
- Lohner–Porsche Chaise, Mixte và những hãng khác. Một số mẫu dựa trên thiết kế này đã được Lohner và các nhà sản xuất khác sản xuất vào đầu những năm 1900.
- Lightyear 0, được sản xuất một thời gian ngắn vào năm 2022 trước khi nhà sản xuất nộp đơn xin phá sản.
- Lordstown Endurance, được sản xuất một thời gian ngắn vào năm 2022 trước khi nhà sản xuất nộp đơn xin phá sản.
- Aptera, một chiếc xe ba bánh chạy bằng năng lượng mặt trời sử dụng động cơ trung tâm của Elaphe Propulsion Technologies được lên kế hoạch và sản xuất vào năm 2023.
