在上期文章
輪轂電機Hub Motor，新能源汽車下一代的革命者？（四），
重點介紹了Protean輪轂電機技術。本期，接著聊。
Elaphe
Elaphe於2006年在英國成立，發展至今已有15年。
量子物理學家Andrej Detela，在20世紀80年代開始研究輪轂電機解決方案，後和Elaphe創始人兼執行長Gorazd Lampič聯手建立Elaphe。其使命是將輪轂動力總成解決方案帶入汽車大眾市場。
Elaphe輪轂電機產品有四款，分別為：S400、M700、M1100、L1500。
S400專為輕型電動和混合動力汽車而設計，適用於輕到中等負載的直接驅動應用，並可與標準盤式或鼓式制動器整合。適用13寸/14寸輪胎。
M700電機是一款緊湊的高扭矩輪轂電機，設計用於安裝在標準的15/6英寸輪輞內。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，適合多種乘用車類別。它與標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。適用15寸/16寸輪胎。
M1100電機定位於重型車輛，如火車、公共汽車和多用途車輛混合動力苛刻環境中。適用17寸輪胎。
L1500則是旗艦產品，採用整合的標準盤式制動器、標準外卡鉗和標準輪轂軸承、EPB， 旨在適應原裝車輛轉向節。適用19寸/20寸輪胎。
談到L1500，就不得不提2018年於美國創立的
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輪轂電機。Endurance的生產日期推遲至2022年4月份以後。
如不出意外，Lordstown Endurance將會是世界上第一輛量產的輪轂電機電動皮卡
。富士康將收購前通用汽車工廠，併為Lordstown Motors生產Endurance。
關於
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採用的也是
Elaphe M700（標準規格16寸）輪轂電機。
回到電機本身，L1500於2019年亮相，其設計基於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%是標準供應商零件，其餘的主要是鑄造或定製的供應商解決方案。
L1500採用外轉子直驅，電機的鋁製轉子外殼包含軛和永磁體，透過傳統的汽車輪轂軸承連線到車輛轉向節。
關於L1500的多物理場結構設計，可以參考
Elaphe創始人兼執行長
Lampic在媒體採訪所透露的細節。
我們的測試策略基於三個因素 - 基於OEM和國際標準的測試，然後是內部規範，最後是基於設計故障模式和效果分析練習的內部識別測試，車輛測試和模擬。
“這些標準還告知了我們對電動機和逆變器特定效能引數、EMC、電氣安全、耐用性和電纜佈線的要求。基於ISO 26262標準的分析也很有用。
輪轂電機在其使用壽命期間承受的衝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。因此，Elaphe的開發模型包括大量的研究，模擬和測試，以迭代在其使用壽命內承受各種負載的電機。
作用在 L1500 上的一些負載是在內部產生的。例如，由於銅繞組、鋼層壓和永磁體中的電磁損耗產生的過熱而產生的熱機械應力，以及軸承和密封件中的摩擦損耗。
製造過程中的過度預緊力主要在加工和鑄造過程中引入，也可能導致電機設計中殘餘內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於整合電機的車輛型別，因為駕駛風格、駕駛週期和車輛佔用率的變化會導致車輛的質量和重心（CoG）發生變化。例如，由於輪胎與道路之間更惡劣的相互作用，重型商用車和越野車上的電動機將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透過輪胎作用於電動機。相反，這些必須透過輪輞和軸承傳遞到轉向節（然後繼續傳輸到車輛底盤）。
為了在面對特別惡劣的道路引起的負載時準確預測和評估電機部件的結構完整性要求，Elaphe使用SUV來模擬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 - 特別嚴重的轉彎在汽車的右輪胎之一上產生大約14000 N的力。
根據SAE標準（包括SAE J175和J1981）對L1500上的外部載荷進行了額外的模擬，例如來自坑窪，路緣或其他與崎嶇道路有關的問題，用於道路車輛車輪和輪胎的衝擊測試。
在透過CAD模擬迭代新L1500設計的關鍵方面之前，Elaphe首先選擇關鍵的外圍部件（包括輪輞，制動器和軸承），以確定為定子和轉子留出多少空間。
為了充實外殼和電機介面的理想設計，Elaphe的技術專家進行了”拓撲最佳化“。這些從具有目標結構剛度水平的每個元件的模糊CAD近似開始，然後反覆將它們暴露於不同的載荷模擬（包括不同的組合和數量），經過數十次迭代。
關於L1500的電機最終驗證，可以參考如下。
進行熱機械模擬以檢查轉子和定子之間的氣隙如何由於嚴重的熱量和衝擊而變形。這些模擬必須表明變形程度永遠不會超過某個（未公開的）值，從而確保繞組或永磁體之間不會發生衝擊。
一旦透過CAD和FEA分析確認了所有設計選擇，就可以構建電機變體的原型，並在公司的測試臺上進行一系列測試，以驗證模擬的準確性。
L1500 上的測試包括機械衝擊測試。這些衝擊包括18個衝擊，每個衝擊的測量值為100 g（有效），以及60個衝擊，每個衝擊50 g。
透過結合振動臺和熱室，在水平、垂直和軸向方向上施加高達 2000 Hz 和 40 g 的力的振動，還測試了隨機振動耐久性。與之前的疲勞模擬一樣，這兩項測試均按照 ISO 16750-3：2007 標準進行。
除了內部測試設施外，Elaphe有時還使用第三方測試設施進行更常規或專業的測試，例如振動，衝擊，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輪轂電機包括至少轉子1、轉子板2、轉子管3、軸承系統4和制動系統5，其連線方式使轉子板2擰或透過其他方式連線到轉子管3和軸承系統4，其中轉子管3的開口和定子1的開口位於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整合在軸承系統4和定子1的活動部件之間。如圖所示，透過這種設計，電機及其部件實現了簡單的拆卸和組裝。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，如定子板和定子管。如果使用一塊，那麼鑄造是一種可能的生產方法。
為減少焊點及減少端部高度，定子採用波繞組線，
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。磁通量透過定子鐵芯3傳遞。齒4和槽5的數目小於磁週期數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，在開發輪轂電機技術的早期，原型中轉子磁鋼主要使用N40UH磁鐵（最高工作溫度為180°C），以確保良好的熱效能，後憑藉經驗和最佳化的模型精度，
用N40SH取代了N40UH
，後者的溫度等級為150°C。
用於粘接槽中永磁體的粘合劑的選擇以類似於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迴圈，負載迴圈，溼度，衝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）。繞組已採用Elaphe的定製樹脂灌封。
從結構上，也可以看到Elaphe電機控制器並不是整合在輪轂內部，而是外部整合在底盤上，與其他控制器一起工作。
任何技術路線的決策都伴隨著市場的判斷
，根據
Elaphe的描述，這種選擇是由一系列原因驅動的。
首先，公司觀察到輪轂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。因此，Elaphe預計每臺電機都會進行大量的定製和不同的生產週期。鑑於這種對典型輪轂電機客戶保持靈活性的需求，圍繞整合逆變器設計電機將意味著提高每個客戶的設計和元件成本。由於初始價格較高，這可能會降低採用率。
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，並且它不會像車輪內部那樣造成任何簧下質量或熱約束。因此，線束中有三根高柔性相位電纜和兩根訊號電纜，用於將逆變器連線到L1500。
沒有鎖定的逆變器也為在動力總成範圍內降低成本開闢了可能性。例如，電動汽車設計人員可以選擇在單個外殼中整合雙逆變器，這可以使用單迴圈冷卻系統，共享單個邏輯板，更快的全軸控制通訊等。
隨著封裝和冷卻要求隨著不同的逆變器技術和拓撲結構而變化，將逆變器安裝在車輛底盤上意味著與試圖將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
：從上述的內容，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，比如控制器的整合。閱讀過上期的文章的讀者，會發現筆者其實是更傾向於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，可以挑戰並保持自己的第一想法，但千萬不要去徹底否定，
保持懷疑和期待的態度去證實就好了。
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