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MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)

发布时间:2022-02-03 09:59:59人气:624

MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)


通过测试验证,项目组认为相较当前技术SMC材料+铜转子的技术组合确实在转矩密度、功率密度、效率三方面都具备优势。详细数据如下图所示。。


MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)

MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)

SMC材料制造的定子功率较小,最高效率只有91%,无法满足最终需求,因此该技术路线未获得进一步发展,SC1技术路线更像是练手的学习型项目, 小试牛刀后,学习所得将另外一条技术路线SC2中开花结果。


SC2:  大展身手·新技术密集应用

SC2技术路线是由西门子领衔担当的,目标是一款高度紧凑集成的三合一驱动总成。采用三合一同轴集成结构,电机功率55kw,转速11000rpm,在2012年左右算是具备相当的前瞻性。


MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)

该项目除了SMC材料之外还应用了大量新技术,有驱动成面的也有电机成面的,我们集中来看电机技术。

首先该电机采用了爪极电机结构,爪机电机可能有些读者比较陌生,我这里稍微介绍一下。爪极电机的定子和常规电机相同,转子却是轴向前后两个八爪鱼犬牙交错而成,每个爪之间留有空隙。具体结构如下图所示。它的电磁原理是:转子通过永磁或绕组直流励磁,两个爪分别被磁化为N极和S极,两爪犬牙交错,形成交变的NS转子磁场。这种电机结构简单可靠,成本很低,在BSG上大量应用。


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不但如此,该转子的材料采用的是SMC材料制造而成的,如下图所示:借用SC1的项目经验,项目组发现SMC材料的三个方向各向同性的特性特别适合爪极电机这种三维磁场的分布。

MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)

MotorBrain的爪极电机轴向分为9段,因为转速高达13000rpm,转子外表面包裹了碳纤维材料,这种结构的转子有一个明显的优势,几乎没有转子铁损,因为碳纤维SMC材料都不导电,因此其铁耗,特别是PWM谐波引起的高频铁耗可以忽略不记。

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应该说SMC材料在高速爪极电机应用是成功的,因为爪极电机的转子爪磁密要求不高,这就避开了该材料导磁能力不佳的缺点。而SMC材料三个方向都能较好导磁特性的特点,又符合爪极电机需要轴向导磁的需要。更为重要的是SMC材料制造成的转子爪是整体的,不需要考虑硅钢的轴向叠压问题,因此制造非常方便。这种种扬长避短的策略组合堪称典范。通过学习我们认识的未来的电机可能会走出一条不需要叠压的技术路线。电机从2D结构转换为3D结构。

MotorBrain电机背后的技术(伏特动力科技推介二)

爪极SMC电机也存在短板,就是抗离心应力不够,因为每个爪都是一个悬臂梁结构,天然的不具备高转速特性,因此在13000rpm以上的方案中,还需要其它技术补充。这就有了SC2技术路线的B方案--铁氧体IPM电机。该电机也是轴向9个转子盘组装而成,每个转子盘采用SPOKE结构,这种结构具备聚磁特性,能够提升气隙磁密,因此几乎是铁氧体材料的专用结构。

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不但如此SC2还采用了容错电机的技术路线。这体现了欧洲对用车安全的高度重视。这款电机采用的是三·三相偏20°的绕组结构,也就是说电机有三套独立的绕组,即便有两套绕组损坏也不会影响电机运行,体现了高度的安全冗余。

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该电机不但三套绕组是完全独立的,每套绕组中也增设了安全措施,逆变器和绕组之间有保险丝,而且设计了短路环路,以保证万一出现缺相时,该套绕组的能量能够快速的通过短路闭环释放掉,而不影响其它绕组、控制元件。

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