Nissan Leaf驱动电机分析
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
https://bbs.simol.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=160496&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554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 主要做哪块的仿真呢？期待快点出来 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！ 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
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 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2012年3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
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。
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
Cu6.15655338.58
Fe23.6212283.44
Mag2.004280561.12
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。
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
@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
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 StatorSlots: 48Outer Diameter ofStator (mm): 198Inner Diameter ofStator (mm): 132 Type of StatorSlot: 3Stator 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): 4.15Bottom Tooth Width(mm): 4.15Skew Width (Numberof Slots):0 Length of StatorCore (mm): 160Stacking Factor ofStator Core: 0.97Type of Steel: 30DH
Designed WedgeThickness (mm): 0.799999Slot InsulationThickness (mm): 0.25Layer InsulationThickness (mm): 0End LengthAdjustment (mm): 10Number of ParallelBranches: 2Number ofConductors per Slot: 6Type of Coils: 11Average Coil Pitch: 5Number of Wires perConductor: 20Wire Diameter(mm): 0.8Wire Wrap Thickness(mm): 0.08Stator Slot FillFactor (%):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): 1.105Coercive Force (kA/m): 837.458Maximum Energy Density(kJ/m^3): 231.348Relative Recoil Permeability: 1.05003
建模参数已齐全，欢迎大家一起分析讨论
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 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 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
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？ 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， 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。
讨论1：磁钢的选材
为什么用30UH，不多冲点磁，磁钢用窄点？ 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
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 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