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【年报】2019新能源驱动电机设计总结

发布时间:2020-02-13  分类:天富娱乐科技新闻  作者:dadiao  浏览:2

写在前面

Public已经暂停了三个多月,原因有二。首先,项目设计的工作量太大,难以应付。其次,我不想发一些粗略的文章来弥补这个数字。首先,我必须先看透我的心,然后才能把它呈现给我的朋友。因此,这件事被推迟了。

鼠年已经到来,我们决定在新的一年里延续它。因为写文章首先是自我总结,其次是分享。自我总结不仅可以温习旧知识,学习新知识,还可以勾勒和澄清语境,从而将零散的认知重新组合成系统的知识。因此,今年不仅我会坚持自己写文章,蜗牛团队的其他工程师也会写文章。

新年第一篇文章有很多主题,其中最重要的是2019年的总结。所谓知行合一,是指在做了这么多事情之后,需要停下来总结,把自己的感受提炼成知识,从中找出规律。

回顾2019年,蜗牛团队已经为11位客户提供了服务,其中7位是新能源领域的。我们可以这样说:“虽然整个新能源驱动行业不景气,但相比其它电机行业,它仍然是当下最热的热点”。年内,为客户开发或参与了8个驱动电机平台和13个特定型号。从每个客户的技术要求和实施过程中,我们仍然可以找到许多共同的关键点,让我们一起来。

公司

电机型号

南京天富天富有限公司

5

苏州索达有限公司

3

苏州天富天富有限公司

1

郑州天富天富有限公司

1

东风部件

1

上海天富天富动力有限公司

1

绍兴天富天富科技有限公司

1

表1:2019

01



2019伏特动力技术新能源驱动电机开发客户名单在我们设计的电机平台中,扁平线电机有五种型号,而圆形这并不意味着市场上扁线电机会比圆线电机多。由于圆线电机的技术成熟度高,外包开发的可能性低,我们将收到更多扁平线的订单。但至少它能反映越来越多的制造商不仅仅在态度上倾向扁线,而是已经在行动上开始布局扁线电机

电机类型

扁平线卡发行电机

扁平线卡发行电机

扁平线卡发行电机

250Nm纳米

250Nm纳米

12000转/分

100千瓦

乘用车A

330Nm纳米

16000转/分

160千瓦

物流车辆

330纳米

12000转/分

140千瓦

160千瓦

350纳米

160千瓦

90千瓦

特种车辆车辆

1500纳米

4200转/分

100千瓦



表3:伏特动力服务客户电机效率改进要求

200千瓦 乘用车

商务车

特种车辆车辆

商务车

表3:伏特动力服务客户电机效率改进要求

160千瓦

表3:伏特动力服务客户电机效率改进要求

表3:伏特动力服务客户电机效率改进要求

330Nm纳米

特种车

商务车

330纳米

表3:伏特动力服务客户电机效率改进要求

商务车



为了提高效率,我们采用了三种技术路线,一种是效率要求有所提高,最高速度为14000转/分),或者采用扁线电机,以减少铁的消耗,提高高速效率。在一些产品中,我们采用了0.2毫米和0.27毫米的硅钢片。第三条技术路线是更高性能的硅钢片。所谓全局优化就是将定子和转子的所有参数作为优化变量,在全局范围内寻找效率-成本-输出能力-NVH的最佳平衡解。 我们已经证明,提高扁线电机效率的途径确实是可行的。在100kw电机的扁平线改造中。我们发现,通过合理的绕组设计和定子、转子尺寸的优化,在考虑扁线的交流电阻后,仍然可以达到双90%的效率目标。这也表明全局优化降低损耗



我们对圆线材产品进行了高效优化。使用川崎0.2毫米硅钢片,6000转/分以上的效率明显降低。双v转子结构可进一步降低铁耗,使高速点14000rpm时的铁耗下降58%。然而,硅钢片的价格相对较高,成本相对较低的国产B20AH1200硅钢片也能实现较好的效率提升。



可以充分挖掘电机的潜力,通过全局变量优化提高效率。我们发现对铜消耗量有很大影响的几个因素是:扁线具备提高功率密度、提高效率的双重作用。。对铁损的影响为定子的槽/齿面积比、用铜量、磁钢量的组合,气隙磁密的正弦值与转子的磁极设计密切相关。因此,相关的优化参数是定子齿宽、磁轭厚度、气隙半径、匝数和转子磁极参数,这些参数基本上涵盖了所有电机参数。这使得全局优化成为必要。通过全局优化,降损比例取决于原方案的损失水平。例如,对于后面的电机,优化前后的损耗差为3%,而不改变成本。



03

-

对成本更敏感



2019年,几乎所有企业都对成本非常敏感。据我们统计,目前乘用车、物流车等动力电机的磁场的饱和程度和气隙磁密的正弦性成本约为12~14元/Kw,而商用车等扭矩电机的有效材料成本约为1.8~2.1元/Nm。几乎所有的设计都要求降低成本,一般为5~10%,同时要求提高效率和功率密度,同时追求两个以上的目标,这是一个很大的挑战。



扁线电机可以减小铁芯的体积。是否有助于降低成本取决于具体情况和分析。为了说明,我们分析并比较了两个功率和扭矩相似的电机。圆线电机120kw@290Nm,定子和转子铁芯体积为5.3L,扁线电机体积为4.3L,功率和扭矩为140kw@330Nm。从下图的数据可以看出,扁线的单位功率和单位转矩成本与圆线基本相同,处于同一水平。从成本构成上,还可以发现扁线点磁钢材料的成本和铜线材料的成本所占的比例较大,分别比圆线高1%和7%,因为扁线使用更多的铜和更好的磁钢以提高功率密度和效率。另外,扁铜线的价格比圆铜线高。



04

-

反电动势需求增加

我们对新趋势感到担忧,一些主机制造商正越来越多地控制电机的反电动势。如下表所示,540伏和336伏系统的反电动势通常会降低。从主机厂来看,电磁有效材料。反电动势低时,控制器的IGBT和电容在短路故障情况下承受的电压降小,不易击穿,因此可以选择耐压水平低的器件,反电动势越低,控制器电路器件的选择成本越低。然而,这给电机设计带来了巨大的挑战。

但扁线存在设备投资大,柔性低的缺点,我们的客户往往采用委外代工的方法来规避该风险

电机的最高反电动势调低,是安全和成本控制的需要

系统

540v系统

1080V

850V

336V系统

650V

550V



从上图可以理解这种关系。对于PMSM电机,“扭矩”和“反电动势”都与永磁机构正相关。如果反电动势压力很小,永磁磁链将跟随减小。如果不增加电流,扭矩也会降低,因此需要更多的电流。这导致电流在峰值转矩的工作条件下很容易超过允许的极限。反电动势要求越低,越容易激发电流超过边界的矛盾。为了克服这个矛盾,原反电动势要求如上图所示,蓝色磁阻转矩部分与永磁连杆无关,并且与反电动势解耦,因此增加磁阻转矩的比例可以缓解反电动势和电流双强约束之间的矛盾。新反电势要求@

05

NVH成为最大的挑战

NVH是我们的工作重点之一。在与客户的接触中,我们可以感觉到NVH给电机的发展带来了很大的麻烦。然而,大多数团队仍然无法应对当前的困难。2019年,我们接管了四个电机的NVH诊断和优化。其中两人成功完成了降噪任务。另外两个并非一帆风顺。在实践中,理论与实践的一致性仍然存在偏差。车辆驱动电机的主要NVH故障表现形式大致分为两种。一种是电机加载运行后,车内有明显的秩序噪声,尤其是在工作温度条件下,秩序噪声会比较突出。另一种是空载或台架噪声超标,如弱磁区噪声超标或某一点超标。虽然这两种问题发生在不同的情况下,但内部失效机制可能是相同的。



从电机内部来看,电机故障机制主要有两种。一种是强迫共振。在大电流激励下,阶次电磁力过大,而机壳、端盖等结构部件的刚度较弱。它表现出从010到59000范围内的阶噪声的明显特征。另一种问题是共振。在转速扫频过程中,一定阶次的电磁力与电机结构的某一模态重叠,容易激发共振。这种情况经常发生在我们需要更多的非反电动势关联扭矩,就是非转子永磁磁链产生的扭矩,也就是磁阻转矩。。其特点是某一转速点的噪声超标。另一种机制与转子驱动系统有关,并涉及相对复杂的传动链的设计。目前,棘手的电机NVH问题有两个共同的特点:一是,分数槽电机的电磁力优化比整数槽更困难。由于馏分罐具有更多的电磁力分量,许多种类的电磁力经常超过标准,需要进行优化。压下瓢很容易。即使诊断出明确的电磁力优化目标,也很难实施。



的另一个共同点是它对过程和控制有很大的影响。电机的制造过程会影响结构的刚度、阻尼和模态。工艺质量的偏差对电机有很大影响。如果在实施过程中不进行监控,将会给诊断和优化工作带来很大的麻烦。电机控制策略和标定效果对NVH性能也有很大影响。作用机制如下:控制委员会很长一个转速范围内都存在,且随载荷增加而增加的。NVH特性很容易恶化。因此,电机NVH问题的解决不仅是电机设计的问题,而且与电机制造和电机控制密切相关。

06

总结

忙碌的一年过去了,却没有意识到这一点。回顾2019年,我觉得还有很多细节,这个过程还没有及时结束。一些技术突破还没有被很好地记录下来用于标准化。有些项目在没有记录的情况下犯了错误,走了弯路。死者已经去世,未来可以追溯。2020年,应加强以下两个方面的工作:第一,扁线电机和NVH的设计经验应标准化和合理化,以避免程序错误;第二,要反复考虑和沟通客户的需求,定期梳理,从源头上提高开发的成功率。展望2020年,行业环境仍不乐观,更不确定

下一个公告:

《2020新能源驱动电机设计展望》

高磁阻方案将受到青睐

扁平线电机设计和技术将迅速发展

集中绕组技术路线是新的机遇

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