在上期文章輪毂電機Hub Motor，新能源汽車下一代的革命者？（四），重點介紹了Protean輪毂電機技術。本期，接着聊。
Elaphe
Elaphe于2006年在英國成立，發展至今已有15年。量子實體學家Andrej Detela，在20世紀80年代開始研究輪毂電機解決方案，後和Elaphe創始人兼首席執行官Gorazd Lampič聯手建立Elaphe。其使命是将輪毂動力總成解決方案帶入汽車大衆市場。
Elaphe輪毂電機産品有四款，分别為：S400、M700、M1100、L1500。
S400專為輕型電動和混合動力汽車而設計，适用于輕到中等負載的直接驅動應用，并可與标準盤式或鼓式制動器內建。适用13寸/14寸輪胎。
M700電機是一款緊湊的高扭矩輪毂電機，設計用于安裝在标準的15/6英寸輪辋内。這款液冷電機具有超過700 Nm的峰值扭矩，75 kW的峰值功率和50 kW的持續功率，适合多種乘用車類别。它與标準盤式或鼓式制動器相容，使電機能夠在2iWD和4iWD配置中使用。适用15寸/16寸輪胎。
M1100電機定位于重型車輛，如火車、公共汽車和多用途車輛混合動力苛刻環境中。适用17寸輪胎。
L1500則是旗艦産品，采用內建的标準盤式制動器、标準外卡鉗和标準輪毂軸承、EPB, 旨在适應原裝車輛轉向節。适用19寸/20寸輪胎。
談到L1500，就不得不提2018年于美國創立的Lordstown Motor。
Lordstown Endurance是一款正在開發的全輪驅動（AWD）電動皮卡車。其設計包括四個獨立的Elaphe L1500輪毂電機。Endurance的生産日期推遲至2022年4月份以後。如不出意外，Lordstown Endurance将會是世界上第一輛量産的輪毂電機電動皮卡。富士康将收購前通用汽車工廠，并為Lordstown Motors生産Endurance。
關于Lordstown Motor的定位，可以參考其與市場其他車型的對比，該公司也正在大面積融資。
Lordstown Motor早期開發計劃如下，目前看來存在一定延期。
自稱世界上第一輛太陽能純電動汽車Aptera采用的也是Elaphe M700(标準規格16寸)輪毂電機。
回到電機本身，L1500于2019年亮相，其設計基于M700，兩款電機在結構上都有一些相似之處。L1500有83個部件，其中近60%是标準供應商零件，其餘的主要是鑄造或定制的供應商解決方案。
L1500采用外轉子直驅，電機的鋁制轉子外殼包含轭和永磁體，通過傳統的汽車輪毂軸承連接配接到車輛轉向節。
關于L1500的多實體場結構設計，可以參考Elaphe創始人兼首席執行官Lampic在媒體采訪所透露的細節。
我們的測試政策基于三個因素 - 基于OEM和國際标準的測試，然後是内部規範，最後是基于設計故障模式和效果分析練習的内部識别測試，車輛測試和模拟。
"這些标準還告知了我們對電動機和逆變器特定性能參數、EMC、電氣安全、耐用性和電纜布線的要求。基于ISO 26262标準的分析也很有用。
輪毂電機在其使用壽命期間承受的沖擊和應力遠遠超過任何電動軸電機，因為它們幾乎經常與道路直接接觸。是以，Elaphe的開發模型包括大量的研究，模拟和測試，以疊代在其使用壽命内承受各種負載的電機。
作用在 L1500 上的一些負載是在内部産生的。例如，由于銅繞組、鋼層壓和永磁體中的電磁損耗産生的過熱而産生的熱機械應力，以及軸承和密封件中的摩擦損耗。
制造過程中的過度預緊力主要在加工和鑄造過程中引入，也可能導緻電機設計中殘餘内應力在測試之前積聚。為此，Elaphe使用熱處理來最大限度地減少這些載荷及其對結構部件的影響。
外部負載在很大程度上取決于內建電機的車輛類型，因為駕駛風格、駕駛周期和車輛占用率的變化會導緻車輛的品質和重心（CoG）發生變化。例如，由于輪胎與道路之間更惡劣的互相作用，重型商用車和越野車上的電動機将承受更高的外部負載。
此外，主要由振動和彎矩組成的地面引起的或道路引起的負載可以通過輪胎作用于電動機。相反，這些必須通過輪辋和軸承傳遞到轉向節（然後繼續傳輸到車輛底盤）。
為了在面對特别惡劣的道路引起的負載時準确預測和評估電機部件的結構完整性要求，Elaphe使用SUV來模拟嚴重的制動和轉彎場景。測試調查了CoG加速和所有四個車輪上的外部側向載荷 - 特别嚴重的轉彎在汽車的右輪胎之一上産生大約14000 N的力。
根據SAE标準（包括SAE J175和J1981）對L1500上的外部載荷進行了額外的模拟，例如來自坑窪，路緣或其他與崎岖道路有關的問題，用于道路車輛車輪和輪胎的沖擊測試。
在通過CAD仿真疊代新L1500設計的關鍵方面之前，Elaphe首先選擇關鍵的外圍部件（包括輪辋，制動器和軸承），以确定為定子和轉子留出多少空間。
為了充實外殼和電機接口的理想設計，Elaphe的技術專家進行了"拓撲優化"。這些從具有目标結構剛度水準的每個元件的模糊CAD近似開始，然後反複将它們暴露于不同的載荷模拟（包括不同的組合和數量），經過數十次疊代。
關于L1500的電機最終驗證，可以參考如下。
進行熱機械模拟以檢查轉子和定子之間的氣隙如何由于嚴重的熱量和沖擊而變形。這些模拟必須表明變形程度永遠不會超過某個（未公開的）值，進而確定繞組或永磁體之間不會發生沖擊。
一旦通過CAD和FEA分析确認了所有設計選擇，就可以建構電機變體的原型，并在公司的測試台上進行一系列測試，以驗證模拟的準确性。
L1500 上的測試包括機械沖擊測試。這些沖擊包括18個沖擊，每個沖擊的測量值為100 g（有效），以及60個沖擊，每個沖擊50 g。
通過結合振動台和熱室，在水準、垂直和軸向方向上施加高達 2000 Hz 和 40 g 的力的振動，還測試了随機振動耐久性。與之前的疲勞模拟一樣，這兩項測試均按照 ISO 16750-3：2007 标準進行。
除了内部測試設施外，Elaphe有時還使用第三方測試設施進行更正常或專業的測試，例如振動，沖擊，環境IP等級和EMC。
接下來，結合Elaphe專利，看下電機結構如何。
專利US2015/0137669 A1輪毂電機包括至少轉子1、轉子闆2、轉子管3、軸承系統4和制動系統5，其連接配接方式使轉子闆2擰或通過其他方式連接配接到轉子管3和軸承系統4，其中轉子管3的開口和定子1的開口位于從任何方向看的比最大制動系統5或軸承系統4的橫截面大的至少一個軸向面上。制動系統5內建在軸承系統4和定子1的活動部件之間。如圖所示，通過這種設計，電機及其部件實作了簡單的拆卸群組裝。如果不需要，定子1可以組裝成一個部件或作為更多部件的元件，如定子闆和定子管。如果使用一塊，那麼鑄造是一種可能的生産方法。
為減少焊點及減少端部高度，定子采用波繞組線，專利US 9,601,957 B2顯示了緊湊多相波繞組6。電機在轉子鐵芯1上有偶數個磁鋼2。磁體在徑向方向磁化，磁化方向在切向方向交替。磁通量通過定子鐵芯3傳遞。齒4和槽5的數目小于磁周期數K乘以相數的4到2倍。定子極數保持在40個以上。
需要注意的是，在開發輪毂電機技術的早期，原型中轉子磁鋼主要使用N40UH磁鐵（最高工作溫度為180°C），以確定良好的熱性能，後憑借經驗和優化的模型精度，用N40SH取代了N40UH，後者的溫度等級為150°C。
用于粘接槽中永磁體的粘合劑的選擇以類似于轉子和定子結構的方式進行測試和驗證。其耐用性和耐用性在溫度循環，負載循環，濕度，沖擊和振動中進行了檢查。
下圖是L1500 定子在安裝盤式制動器之前（左）和（之後）。繞組已采用Elaphe的定制樹脂灌封。
從結構上，也可以看到Elaphe電機控制器并不是內建在輪毂内部，而是外部內建在底盤上，與其他控制器一起工作。
任何技術路線的決策都伴随着市場的判斷，根據Elaphe的描述，這種選擇是由一系列原因驅動的。
首先，公司觀察到輪毂電機市場有非常多樣化的要求，有許多不同的車輛和價值主張。是以，Elaphe預計每台電機都會進行大量的定制和不同的生産周期。鑒于這種對典型輪毂電機客戶保持靈活性的需求，圍繞內建逆變器設計電機将意味着提高每個客戶的設計群組件成本。由于初始價格較高，這可能會降低采用率。
Elaphe認為的優點如下
在底盤上，逆變器上的環境和結構負載要低得多，并且它不會像車輪内部那樣造成任何簧下品質或熱限制。是以，線束中有三根高柔性相位電纜和兩根信号電纜，用于将逆變器連接配接到L1500。
沒有鎖定的逆變器也為在動力總成範圍内降低成本開辟了可能性。例如，電動汽車設計人員可以選擇在單個外殼中內建雙逆變器，這可以使用單循環冷卻系統，共享單個邏輯闆，更快的全軸控制通信等。
随着封裝和冷卻要求随着不同的逆變器技術和拓撲結構而變化，将逆變器安裝在車輛底盤上意味着與試圖将全新的逆變器強制進入舊逆變器的空間相比，它可以相對容易地更換。
注：從上述的内容，可以清晰的看到Protean和Elaphe選擇的是兩種截然不同的技術路線，比如控制器的內建。閱讀過上期的文章的讀者，會發現筆者其實是更傾向于Protean方案，但是Elaphe選擇的另外一種。
這兩種方案均有優缺點，每個人都會有自己的看法和決策。筆者在這裡要說的是，在沒有任何資料支援的情況下，可以挑戰并保持自己的第一想法，但千萬不要去徹底否定，保持懷疑和期待的态度去證明就好了。
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