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[分享] Nissan Leaf驱动电机分析

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[LV.5]常住居民II

发表于 2017-6-13 15:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 limengde2001 于 2017-6-13 15:49 编辑

论坛里看到不少网友分享的Nissan Leaf驱动电机资料,计划本周进行电机设计仿真分析,欢迎探讨

刚做完prius2004的仿真分析,发现还是有不少值得研究的地方,也欢迎讨论
以Prius2004驱动电机为例,学习车用永磁同步电机设计
http://bbs.simol.cn/forum.php?mo ... &fromuid=179494
(出处: 东明机电-西莫电机论坛)



补充内容 (2017-7-10 17:22):
讨论1.8楼成本欢迎探讨,且新开有独立帖子

补充内容 (2017-7-10 17:25):
讨论2.17楼牌号选择欢迎探讨

补充内容 (2017-7-10 17:29):
讨论3.50-51楼汽车电机对齿槽转矩和转矩脉动的要求多少合理?这两款很大莫非控制方面有算法抑制

补充内容 (2017-7-10 17:34):
讨论4.  52楼凸极率和饱和特性有比较好的解释吗

补充内容 (2017-7-10 17:37):
讨论5  54楼离心力引起应力一如既往的高,有比较好的解释吗

补充内容 (2017-11-29 10:11):
讨论3. 脉动和齿槽转矩大基本解决,据介绍,不是直槽电机,转子分两段错极
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[LV.6]常住居民III

发表于 2017-6-13 19:17 | 显示全部楼层
主要做哪块的仿真呢?期待快点出来

点评

主要看电机本体的电磁、结构、热  详情 回复 发表于 2017-6-14 23:11
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[LV.6]常住居民III

发表于 2017-6-13 20:01 | 显示全部楼层
向李工学习,下次也准备分享探讨下YASA公司的那款功率密度到6kW/kg的盘式电机!

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limengde2001 + 15 赞一个! 期待你的分析

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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-14 22:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-6-14 23:02 编辑

先贴上找到的一些资料和模型
有关的一些报告如下:



备好了模型文件,欢迎大家一起分析探讨



下面是外形图,以及电驱动系统关键参数与几款典型产品及美国能源部2020目标的比照

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初涉-江湖 + 6 赞一个!
电动无限 + 3 很给力!
张老五 + 6 感谢分享

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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-14 23:11 | 显示全部楼层
自由落体猫 发表于 2017-6-13 19:17
主要做哪块的仿真呢?期待快点出来

主要看电机本体的电磁、结构、热
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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-17 12:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-6-17 13:41 编辑

一、整车参数及系统匹配分析
leaf电动车可以乘坐5个人,跑100miles,约32780美元,还有补贴。反响很好,被誉为世界第一款买得起的零排放汽车,车主使用成本非常有竞争力。美国一位参议院甚至说“Plugging in my Nissan Leaf will give me the patriotic pleasureof not sending money overseas to people who are trying to blow us up.”  

外观也非常精致时尚。




整车参数
从网上找到该车主要参数如下:
整车(mm):4445(长)×1770(宽)×1545(高)
室内(mm):2080(长)×1460(宽)×1185(高)
轴距(mm):2700
前轮距(mm):1540
后轮距(mm):1535
最小离地间隙(mm):160
整备质量(kg):1520
定员(人):5
总质量(kg):1795
最小转弯半径(m):5.2
JC08模式交流電力量消費率,国土资源省审定值(Wh/km):124
JC08模式一次充电续驶里程,国土资源省审定值(km):200
动力电池:锂离子电池
总电压(V):360
电动机型号:EM61
最大功率(kW【PS】/rpm):80【109】/2730~9800  
最大转矩(N・m【kgf.m】/rpm):280【28.6】/0~2730
主减速比:7.9377
驱动方式:前轮
制动器:盘式制动
制动控制:能量回收型电子控制制动系统
排放:适合日本低排放规制和低公害车制定制度
噪声:符合2002年汽车加速噪声标准限值≤76dB
汽车税:适用于20123月之前汽车登录应当享受的购置与使用税政策。
前后轮胎:205/55R16
风阻系数:0.28
迎风面积:2.3
加速时间:11.5
最大爬坡:30%


系统匹配分析
计算分析得,性能基本和公布的一致:实际爬坡能力超过30%,但是加速时间略微超过11.5s。




耗电:
根据网上车主分享的数据,每度电大约可以跑5miles,即8千米,费用约1毛钱1公里,而且可以看到制动回收的能量非常可观




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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-17 17:23 | 显示全部楼层
说明:看到文章介绍13MY的电驱动系统进行了改进,变化很大。下面分析全部基于11MY。

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 楼主| 发表于 2017-6-17 19:04 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-6-17 19:08 编辑

二、成本及重量分析电机总重56kg,80kW峰值,功率密度1.43。略低于美国能源部2020目标。见楼上图片。

  
主材分析
  
  
项目
  
  
重量
  
  
单价
  
  
成本
  
  
Cu
  
  
6.156
  
  
55
  
  
338.58
  
  
Fe
  
  
23.62
  
  
12
  
  
283.44
  
  
Mag
  
  
2.004
  
  
280
  
  
561.12
  
  
合计
  
  
31.78
  
  
  
  
1183.14
  
  
功率密度
  
  
2.52
  
  
  
  
  
  
转矩密度
  
  
8.81
  
  
  
  
  
  
单位功率
  
  
  
  
  
  
14.79
  
  
单位转矩
  
  
  
  
  
  
4.23
  

粗算,该电机成本不超过2500元,如果卖到4000元,毛利已经十分可观。也可以看到新能源车电机成本其实没有增加多少。

点评

成本恐怕不能这么算 且不说中间铁和磁钢的单价都偏低 机壳、转轴、绝缘材料、轴承,都不便宜  详情 回复 发表于 2017-6-17 22:21
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 楼主| 发表于 2017-6-17 21:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-6-17 21:31 编辑

三、电机基本参数
  
技术指标
  
额定.连续
?Nm@(0~2800rpm)& ?kW@(2800~10390rpm)
峰值.短时
280Nm@(0~2800rpm)& 80kW@(2800~10390rpm)
最高转速
10390 rpm
极限转速
  (考核机械寿命)
12468 rpm
直流母线电压
375V(240V~403V)
最大反电势
  E0-rms-line[V]
  @10390 r/min
? V
最大AC电流
340A/425Arms(3s)
效率
Max 97%
环境温度
——
冷却方式
水冷65℃ ? L/min
绝缘等级
H级
工作制
S9
电池容量
59.5 Ah
电池功率
90 kW
电机重量
56 kg
电池电量
24kWh


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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-17 22:20 | 显示全部楼层
四、 电机结构及其尺寸(Structure Size of IPM)
4.1主要结构及其尺寸
  
电机主要结构及其尺寸
  
电机基座最大外径
260
气隙长度
1
定子铁芯外径
198
定子铁芯内径
132
定子铁芯轴向长度
160
转子铁芯外径
130
转子铁芯内径
44.45
转子铁芯轴向长度
150
4.2定子结构 (48 槽 8 极 单层分布绕组)
  
定子冲片及槽形结构
  
Number of Stator  Slots:      48
  
Outer Diameter of  Stator (mm):         198
  
Inner Diameter of  Stator (mm):         132
  
  
Type of Stator  Slot:      3
  
Stator Slot     
  
            hs0 (mm):   1.2
  
            hs1 (mm):   0.8
  
            hs2 (mm):   17.35
  
            bs0 (mm):   2.814
  
            bs1 (mm):   4.75304
  
            bs2 (mm):   7.0274
  
            rs (mm):      1.75
  
  
Top Tooth Width  (mm):    4.15
  
Bottom Tooth Width  (mm):     4.15
  
Skew Width (Number  of Slots):  0
  
  
Length of Stator  Core (mm):    160
  
Stacking Factor of  Stator Core:   0.97
  
Type of Steel: 30DH
Designed Wedge  Thickness (mm):         0.799999
  
Slot Insulation  Thickness (mm):         0.25
  
Layer Insulation  Thickness (mm):   0
  
End Length  Adjustment (mm):         10
  
Number of Parallel  Branches:     2
  
Number of  Conductors per Slot: 6
  
Type of Coils:       11
  
Average Coil Pitch:      5
  
Number of Wires per  Conductor:       20
  
Wire Diameter  (mm):        0.8
  
Wire Wrap Thickness  (mm):     0.08
  
Stator Slot Fill  Factor (%):  93.0654
4.3转子结构(8P-倒三角型)
  
定子冲片及槽形结构
  
详见前面楼层附件CAD文件
  
PERMANENT MAGNET DATA
  
  
Residual Flux Density (Tesla):    1.105
  
Coercive Force (kA/m):       837.458
  
Maximum Energy Density  (kJ/m^3): 231.348
  
Relative Recoil Permeability:      1.05003


建模参数已齐全,欢迎大家一起分析讨论

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[LV.7]以坛为家I

发表于 2017-6-17 22:21 | 显示全部楼层
limengde2001 发表于 2017-6-17 19:04
二、成本及重量分析电机总重56kg,80kW峰值,功率密度1.43。略低于美国能源部2020目标。见楼上图片。

成本恐怕不能这么算
且不说中间铁和磁钢的单价都偏低
机壳、转轴、绝缘材料、轴承,都不便宜

点评

的确应该根据bom做详细分析,稍后我做个bom,大家对对价格,全面分析下。 这是一个估算,我这边了解的情况大体如下: 1.磁钢的价格:前几天刚询的,38UH280元,38SH只要200了,而且是年后涨了价的,的确比我自  详情 回复 发表于 2017-6-18 09:30

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limengde2001 + 15 多谢支持

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[LV.6]常住居民III

发表于 2017-6-17 23:20 | 显示全部楼层
严重关注此贴。期待大家一起回去仿真,并将结果和楼主多对比,然后大家在一起讨论一下

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参与人数 1西莫币 +15 收起 理由
limengde2001 + 15 我很赞同

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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-18 09:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-6-18 09:57 编辑
张老五 发表于 2017-6-17 22:21
成本恐怕不能这么算
且不说中间铁和磁钢的单价都偏低
机壳、转轴、绝缘材料、轴承,都不便宜


的确应该根据bom做详细分析,稍后我做个bom,大家对对价格,全面分析下。

这是一个估算,我这边了解的情况大体如下:

1.磁钢的价格:前几天刚询的,38UH280元,38SH只要200了,而且是年后涨了价的,的确比我自己之前的估计要便宜很多。
我估计应该是材料技术有了进步成本降低了(例如,日产说leaf用的磁钢是专门研发的,镝少用了7%)。

2.铁:卷料大约7000元/吨,估算下来12-13元铁芯厂应该就愿意做了。

3.机壳:这个电机200外径,外壳总重16kg差不多,水冷机壳约8kg,价格稍贵60元/公斤,480元;端盖8kg,30元/公斤,240元, 合计720元。

4.轴:约5kg,

5.轴承:估计6208两个,200应该够了

6.旋变:

还有绝缘材料绝缘漆、接插件、温度传感器、密封圈、紧固件、防水接头、胶水等





点评

硅钢是哪个牌号? 铁的重量是净重还是毛重?  详情 回复 发表于 2017-6-19 08:38
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[LV.7]以坛为家I

发表于 2017-6-19 08:38 | 显示全部楼层
limengde2001 发表于 2017-6-18 09:30
的确应该根据bom做详细分析,稍后我做个bom,大家对对价格,全面分析下。

这是一个估算,我这边了解 ...

硅钢是哪个牌号?
铁的重量是净重还是毛重?

点评

硅钢30DH,铁是净重 16楼的报告138页中看到售价了,代理商价格约15000元(当时汇率6.3): At the time of purchase in early CY 2012,dealership prices for the motor, inverter, and transaxle were listed at  详情 回复 发表于 2017-6-21 16:31
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[LV.6]常住居民III

发表于 2017-6-19 19:11 | 显示全部楼层
limengde2001 发表于 2017-6-17 22:20
四、 电机结构及其尺寸(Structure Size of IPM)
4.1主要结构及其尺寸4.2定子结构 (48 槽 8 极 单层分布 ...

楼主,30DH的材料特性有吗,
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[LV.2]偶尔看看II

发表于 2017-6-20 11:23 | 显示全部楼层
贡献一篇文章,应该和楼主的没有重复,里面有Nissan Leaf的效率map和Lock rotor test。

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[LV.5]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-6-20 14:29 | 显示全部楼层
讨论1:磁钢的选材
为什么用30UH,不多冲点磁,磁钢用窄点?
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[LV.6]常住居民III

发表于 2017-6-20 20:16 | 显示全部楼层
limengde2001 发表于 2017-6-20 14:29
讨论1:磁钢的选材
为什么用30UH,不多冲点磁,磁钢用窄点?

,是不是基于温度方面的考虑啊 ,刨除价格的因素

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我不是说耐温等级选高些,而是说可以相同耐温等级多充磁,比如从30uh改为38UH  详情 回复 发表于 2017-7-5 16:45
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[LV.6]常住居民III

发表于 2017-6-20 20:28 | 显示全部楼层



作为小菜鸟,做了一个仿真,请各位大神指正啊。
所有数据均为6000rpm 得出的

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谦虚了,部分数据后面再一起对对  详情 回复 发表于 2017-7-5 16:23

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 楼主| 发表于 2017-6-21 16:31 | 显示全部楼层
张老五 发表于 2017-6-19 08:38
硅钢是哪个牌号?
铁的重量是净重还是毛重?

硅钢30DH,铁是净重

16楼的报告138页中看到售价了,代理商价格约15000元(当时汇率6.3):
At the time of purchase in early CY 2012,dealership prices for the motor, inverter, and transaxle were listed at about $2,406, $3,871, and $1,562,respectively

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大神,请问30DH这款0.3mm的硅钢怎么没有听说过啊?是哪个公司生产的冲片啊?是日本的牌号吗?有它的B-H曲线和B-P曲线的数据吗?谢谢!  详情 回复 发表于 2018-3-29 11:48
查了一些资料,NissanLeaf用的是0.3厚度的硅钢片,这个牌号7000元是肯定买不到的 而且,计算出的是净重,买硅钢片时可是毛重,这就差不多2倍了。。。。  详情 回复 发表于 2017-6-21 20:31
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