Nissan Leaf驱动电机分析

limengde2001

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?m ... &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

自由落体猫

主要做哪块的仿真呢？期待快点出来

Nephology

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！

limengde2001

先贴上找到的一些资料和模型
有关的一些报告如下：

ape006_burress_2012_p.pdf (5.28 MB, 下载次数: 769)

2017-6-14 22:51 上传

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ape006_burress_2013_o.pdf (3.02 MB, 下载次数: 629)

2017-6-14 22:51 上传

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ape051_miller_2013_o.pdf (2.29 MB, 下载次数: 591)

2017-6-14 22:51 上传

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Development of High Response Motor and Inverter.pdf (3.29 MB, 下载次数: 643)

2017-6-14 22:51 上传

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leaf,i-miev等4款日本电动车的参数配置.zip (53.51 KB, 下载次数: 349)

2017-6-14 22:51 上传

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lenz13_2_15_Nissan_Nakada_e.pdf (1.05 MB, 下载次数: 378)

2017-6-14 22:51 上传

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Th Nissan Leaf Drive Train.pdf (1.3 MB, 下载次数: 459)

2017-6-14 22:51 上传

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备好了模型文件，欢迎大家一起分析探讨
leaf_dxf.dwg (41.58 KB, 下载次数: 270)

2017-6-14 22:54 上传

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阅读权限: 20

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

limengde2001

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

limengde2001

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

limengde2001

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。

limengde2001

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。

limengde2001

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

limengde2001

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

张老五

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

yupoo

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

limengde2001

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

张老五

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？

yupoo

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，

zhongke

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。
Advanced Power Electronics and Electric Motors_FY2012 annual progress report_ Be.pdf (861.43 KB, 下载次数: 481)

2017-6-20 11:20 上传

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limengde2001

讨论1：磁钢的选材
为什么用30UH，不多冲点磁，磁钢用窄点？

yupoo

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

yupoo

Back EMF

field

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

limengde2001

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