>汽车>>正文

宝马包含“永磁”和“磁阻”的混式电机设计和性能报告

原标题:宝马包含“永磁”和“磁阻”的混式电机设计和性能报告

源 | 汽车电驱动和混动系统

宝马公司为宝马i3和宝马i8配备了具有自主知识产权的eDrive混合式同步电动机,该电动机具有永磁电动机和磁阻电动机优点。宝马公司在这方面取得的进步似乎表明宝马公司找到了一个利用含有较少稀土材料的磁体来制造高功率密度和高效率电动机的方法。

下图为宝马公司2012年专利申请文件中的图纸,该图纸显示一种能提高电动机效率的方法——在电动机内,转子除了磁层,还有两组由数个充气转子凹坑组成的磁通感应组。宝马公司专利申请文件Nº2012/0267977。点击此处看大图。

宝马i3汽车配置的驱动电动机重50千克,最大输出功率为125千瓦,功率系数为2.5千瓦/千克;该电动机能输出线性功率,转速范围较高,其最高转速为11400转/分。

一、壳体评估

如下左图所示,宝马i3的电机作为单独的总成并未与减速箱集成。电机总重量约为42公斤,官方公布的数据显示电机功率可达125kw,扭矩可达250Nm。电机定子是热压进铝水套的,水套外圆为螺旋槽和外壳以形成冷却回路。非常轻松的将定子水套从电机外壳中拉出后,可以看到定子内套两端各装有一个大号的O型圈,这两个O型圈可以保证冷却电机的乙二醇冷却剂不会泄露出来。电机的重量大约为6.9kg,带有法兰盘的水套的重量大约为4.6kg,余下的定子铁芯、铜线、绝缘材料等总共有20.8kg。

二、定子绕组及硅钢片细节

下左图更详细的展示了定子绕组及硅钢片的细节,电机为12极72槽配合,同心绕组,6个并联支路,每槽9匝,每匝12根AWG21圆铜线。电机装有两个温度传感器,一个安装在绕组端部,另外一个安装在转子轴承附近。下右图定子硅钢片并不是完整的圆环型,它是由6块铁芯以拼接的方式组成一个完整的定子铁芯。定子铁芯长度是132.3毫米,外径242.1毫米。

下图是电机转子,它由转子轴、硅钢片、磁铁、转子端板组成,总重量为14.2kg。转子外径为178.6mm,转子硅钢片的形状有点类似于同步磁阻电机的设计,但它在每极上装有一大一小两个钕铁硼磁钢。为了减少运行期间的齿槽转矩和扭矩脉动,转子钢片轴向上一共分成了6层斜极。

I3电机转子的磁钢布局和槽形都非常的复杂和特殊,目的是减小电机磁链的条件下,增加电感凸极率。电机反电动势很小,但输出扭矩却很大;电机需要弱磁的车速很高(工况很少),而扭矩电流比却做得很大。

三、电机参数

电机设计规范

参数 BMW i3
定子内/外径, cm 18.0/24.2
定子叠长度, cm 13.2
定子质量, kg 20.2
定子铁心质量, kg 13.7
定子铜线质量, kg 7.1
定子槽数 72
线圈匝数 9
每相并联电路 6
每相串联线圈 1 per leg
并联导线数 12
导线规格 AWG21
线圈类型 同心绕组

四、宝马i3的逆变器和电机性能评价

为了对电机做更详细的性能测试,如下图,制作了工装夹具,将电机安装在了测试台上作更详细的性能测试。

下图显示了在不同角度及电流的情况下,电机堵转测试的情况 。图表显示产生250Nm的峰值扭矩需要530A的峰值电流。随着角度的变化,扭矩变化非常平顺,输入最大电流,当角度为135度时,电机输出峰值扭矩。

下图所示,随着电流的增加,扭矩变化非常线性,这可以表明:就当电机产生250Nm的峰值扭矩时,磁饱和的程度也不高。

基于360V的电压平台,在不同的转矩和转速下,对宝马i3的电机做了性能和效率测试。在这些测试中,为了发挥系统的最佳状态,电控及电机是被50%的水和50%的乙二醇混合液冷却,冷却液的流量是10L/min,冷却液的温度保持在65度。

下图是电机的效率等高图,从中我们可以看出,电机在2500~9000rpm之间,输出扭矩达到125Nm时的效率可以到94%。

下图是电控的效率等高图,随着速度的增加,电控效率从88%增加至99%。

下图是电机和电控的综合效率图,当电机转速高于5000rpm,输出扭矩大于50Nm时,电机和电控的综合效率可以达到90%以上。通过这些测试可以确认,0~4000rpm电机都可以输出250Nm;5000~11400rpm电机可以输出峰值功率125kw。

在可操作的前提下,对电机在25、50、75kw的功率等级下做连续测试,测试转速为5000rpm、7000rpm及9000rpm。下图显示了电机转速为7000rpm,持续功率分别为25kw、50kw及75kw时的绕组温度变化。持续输出25kw,半小时后电机温度达到85度;持续输出50kw,半小时后电机温度达到95度;持续输出75kw,半小时后电机温度达到110度。

下图所示,电机转速为5000rpm,输出功率为50kw,持续这样的工况半个小时,电机温度达到100度。

另外,宝马i3的逆变器采用英凌650V/800A的FS800系列IGBT。针对它120KW的功率而言,逆变器搭载的电容仅仅为450V/475μF,也有可能是在电池端还有额外的电容并联。返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
宝马i3 edrive o型圈 乙二醇冷却剂 转子硅钢片
阅读 ()
投诉
免费获取
今日搜狐热点
今日推荐