2 车用电机：广域高效

广域高效电磁设计技术：

        车用电机与传统工业电机工况有较大区别必须根据实际工况对电机进行优化设计。通过对电机的极槽比（影响出力，NVH），齿槽比（影响转矩平稳，损耗），裂比（定子内外径之比，电/磁分配），气隙磁场和绕组分布进行多重优化， 根据新能源汽车路谱设计在整个工作平面上广域高效的电机。

3 直流与交流

4 异步与同步

5 拓扑结构

6 广域高效永磁电机设计

       永磁电机是电动汽车尤其是轿车的主流技术；永磁磁阻式比表贴式更适合电动汽车应用（可以利用磁阻转矩，有较宽的调速范围，也可以调节两个转矩分量的比重， 满足特定转矩转速要求）。

        扁线（铜条）绕组的特点是：槽满率高；端部规整免绑扎；散热性好；易于实现机械化；需要焊接。

        需要注意的是趋肤效应引起高频交流电阻增加。铜条尺寸设计需考虑透入深度。

平台化的电机产品研发导向：

1）高性能，高可靠性、低成本电动力总成系统，满足整车动力需求。

2）广域高效，高密度和高扩速比电机和驱动多维优化设计技术，满足工况需求。

3）电磁热力机理与可靠性工艺与技术，满足可靠性，安全性，保修期。

永磁驱动电机控制策略

多模式控制算法

无位置传感器技术

直接转矩控制

非线性控制

驱动系统与集成

系统功能设计

系统指标设定与分解

空间布置

元器件选型

功率主回路(变流平台)

• 提供电能双向流动与转换

• 要求低感/低损耗

• 主要包括功率模块/直流侧支撑电容及母排/吸收电容/充电回路/传感器

机械结构

• 为控制器组件提供机械安装

• 为控制器提供环境保护

硬件平台

• DSP主控/反馈信息/接收命令等功能

• 可靠驱动保护功率模块IGBT

• 提供多路隔离电源

软件平台

• 电机控制内环策略

• 适应整车驾驶舒适性与安全性的外环控制策略

• 系统标定与调试功能

散热结构

• 主要为功率器件IGBT、直流侧支撑电容提供散热

• 减小内部热耦合

要求：

• 高功率密度：高速、高转矩密度

• 宽调速范围-调节永磁或反电势

• 低成本-新材料与优化设计

对策：

• 高功率密度的新颖电机研究与创新发明，如轴向磁场，横向磁场，双凸极，变磁阻式，可变励磁式等；

• 电磁，机械，传热等多种物理量仿真及优化技术。

新颖电机

       稀土磁钢已经占了整个车用驱动电机成本的20%-30%。材料的上涨导致了车用驱动电机的成本、价格上涨，从而导致了整车的成本上升。

低成本永磁电机研究方向：

1、低成本永磁材料及其在车用驱动电机中使用的可行性研究；

2、低成本永磁磁阻电机的拓扑结构优化；

3、性能优化设计，兼顾恒转矩与恒功率的总体效率和性能；

4、低成本永磁磁阻电机制造工艺技术；

5、兼顾磁阻转矩和永磁转矩的最优效率和最大转矩优化控制策略研究。

成本对比：在永磁材料价格较高的时候，通过优化设计，低成本永磁电机的有效材料总成本可能下降49%之多。

       近年来，国外相继推出了应用于不同车型的电驱动控制器，日本、美国和欧洲在此领域处于领先地位。日本以丰田为代表连续多年不断推出了集成度与功率不断提升的产品。器件与电路的封装集成，主要以器件封装技术为核心，实现驱动系统的小型化高密度化。

另一个发展动向是以SiC为代表的第三代宽禁带功率器件开始应用于车用电驱动系统，其良好的高温（结温250℃以上）和高频特性（开关频率可达100kHz）有望为车用变流器带来革命性变化。

碳化硅IPM，是替代IGBT下一代技术，更高的开关频率(200KHZ)，更低的开关与导通损耗，驱动损耗最低（5V），更小的电容、电感与散热器，降低无源器件成本（20%-30%）。

电驱系统集成化趋势

分布式驱动

        集成电动底盘技术，基础就是电动轮驱动和线传操纵(X-by-Wire)。电动轮技术的采用使底盘空间得到解放，可以用来容纳电池、线束、控制设备等，而汽车的转向、制动和动力控制各系统都通过线传操纵实现。上部车身和底盘之间再也没有复杂的机械传动结构，驾驶操纵手柄与底盘的电子系统之间仅需要一个标准化的通用接口。底盘中集成了电机控制器和总成控制器。电机控制器及速度、加速度传感器与总成控制器间通过高速数据链路连接起来。

       集中驱动方式基本采用高速电机，通过减速器传递动力，然而，减速装置上回损失一些能量，同时，动力系统布置占用空间。因此，不采用减速装置而由电机直接驱动车轮的技术一直受到学术和产业界的关注。直接驱动往往与汽车各轮的独立驱动结合在一起，也称为与电动汽车分散独立驱动，该技术在提高汽车能效、安全和车辆智能化方面具有很大的潜力。

    日本四国电力公司、日本NTN公司、德国宇航中心（German Aerospace Center）、德国舍夫勒（SCHAEFFLER）集团公司、香港中文大学等研究机构分别研制了四轮独立驱动和转向的电动汽车，探索将机器人技术和智能控制技术、电动汽车技术结合。进一步的研究表明，新的驱动方式可以在小转弯半径、高空间利用率、高能量制动能量回收率等方面具有优势。

      轮毂电机方面，国外美国Protean公司，英国牛津大学，日本庆应大学等开发出的产品具有较高的水平。国内也有大学和公司研制出转矩密度55NM/L的产品。

直接驱动与减速驱动

深圳国际小电机磁材展

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