Nissan Leaf驱动电机分析

limengde2001

张老五 发表于 2017-6-21 20:31
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 ...

最近自己采购铁芯询了若干家价格，的确比我之前估算的贵多了，其中一家铁芯折算到净重超过30元每公斤。如下：

这个价格，五哥怎么看？

张老五

limengde2001 发表于 2017-7-5 15:42
最近自己采购铁芯询了若干家价格，的确比我之前估算的贵多了，其中一家铁芯折算到净重超过30元每公斤。如 ...

这里面单位都是啥？似乎重量单位是公斤，价格单位是元？
那么按毛重算，一公斤大概是15，按净重算，那确实要近30了，感觉这个价格偏贵。
按我的看法，净重的话，应该在20左右，其实已经不便宜了。
从报价上来看，冲压费用高了点，废钢价格低了点，管理费利润和税应该怎么算，也有谈一谈的必要。
当然，价格跟批量有关，毕竟模具是比较贵的，平摊到每片上，差异还是很大的。

limengde2001

yupoo 发表于 2017-6-20 20:28
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

谦虚了，部分数据后面再一起对对

limengde2001

yupoo 发表于 2017-6-20 20:16
，是不是基于温度方面的考虑啊 ，刨除价格的因素

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

limengde2001

libing811 发表于 2017-7-4 15:47
1、磁钢高一个牌号成本上升比较到，特别是UH系列的，还有就是磁钢薄了，抗退磁能力会比较弱。
2、工艺上 ...

我的问题为什么不用38UH这样高剩磁的，而用30UH；同时改后，磁钢不是减薄，而是变窄一些，即宽度方向不放太满

limengde2001

张老五 发表于 2017-7-5 16:18
这里面单位都是啥？似乎重量单位是公斤，价格单位是元？
那么按毛重算，一公斤大概是15，按净重算，那 ...

报价表上单位和你说的一样，模具是单独开的，没有平摊。
废钢3块应该可以到吧。冲压、管理、利税等真的很有学问，期待五哥有时间给大家讲讲课。

张老五

limengde2001 发表于 2017-7-5 17:03
报价表上单位和你说的一样，模具是单独开的，没有平摊。
废钢3块应该可以到吧。冲压、管理、利税等真 ...

废钢到不了3块，1.5应该差不多，不过这个价格也是变化的。
要是模具费也不包括，那这个费用可就高得有点离谱了。我说的20价格，可是包括了模具费的（当然前提是有足够的量）
利润的话，除掉原料，剩下的费用其实一共也就是0.5元罢了，他们居然要收30%的利润？
还有税，这个是增殖税么？那基准是啥？假如0.134的税，那税基就是0.788，似乎他的的利润和税本身又收了一次税。。。。。

limengde2001

关于成本的问题，同意五哥意见，觉得有必要深入谈一谈，为了本帖不跑题，另开了一帖专门探讨

汽车电机成本探讨
https://bbs.simol.cn/forum.php?m ... &fromuid=179494
(出处: 东明机电-西莫电机论坛)

limengde2001

leaf冲片看起来很简洁、美观、协调，让人很舒服，忍不住贴个三维图，呵呵
下层的隔磁桥像不像高尔夫球杆

limengde2001

五、空载磁密、反电势、齿槽转矩
反电势: 753V_peak @10390rpm
齿槽转矩：±9.3Nm，峰值的±3%
气隙磁密 0.8866T，齿磁密 1.583T，轭磁密 1.086T，磁钢空载工作点 0.9547/0.9454T

可见，
leaf的磁密取值与prius2004思路完全不同，更加接近常规工业电机设计。两款电机为什么有这样不同的设计，值得思考。
齿槽转矩远超prius2004，leaf汽车用户反响很好，能否得出结论汽车电机对齿槽转矩没有特别严格的要求？
另外还有一个值得关注的地方稍后再讨论。

limengde2001

六、主要性能仿真分析汇总可见，
这个电机效率很高，达到97%。
转矩脉动与prius2004类似，也不小。是否也能得出结论汽车电机对转矩脉动要求没有想象那么严格？

电动运行	低速额定运行	高速额定运行	峰值转矩运行
InputPower [kW]	36.82	34.59	88.36
OutputPower [kW]	36.93	35.49	82.53
Torque [NewtonMeter]	58.77	34.93	281.46
Speed [rpm]	6000	9700	2800
PowerFactor []	0.9102	0.4869	0.8536
SupplyCurrent [A]	87.19	147.98	315.95
超前角	53.10	80.70	44.90
PhaseVoltage [V]	153.01	149.77	107.82
LineVoltage [V]	265.03	259.41	186.75
E0-rms-line[V]	315.06	509.34	147.03
CoreLoss [W]	477.19	666.98	331.61
SolidLoss [W]	13.65	71.27	24.50
StrandedLossR [W]	332.45	957.67	4.37
MechanicalLoss [W]	240.00	627.27	52.27
TotalLoss [kW]	1.06	2.32	4.77
Efficiency []	97.20	93.86	94.53
TorqueRipple [NewtonMeter]	28.35	30.51	34.06
PowerBalance []	(1.24)	(5.71)	1.71
V(d-axis) [V]	(110.63)	(83.70)	(142.62)
V(q-axis) [V]	188.65	208.70	41.07
I(d-axis) [A]	(98.60)	(206.52)	(315.40)
I(q-axis) [A]	74.03	33.81	316.50
L(d-axis) [uH]	273.67	258.99	241.03
L(q-axis) [uH]	692.33	679.03	436.25
FluxLinkage(d-axis) [Wb]	0.0747	0.0512	0.0312
FluxLinkage(q-axis) [Wb]	0.0435	0.0199	0.1175
电密	4.34	7.36	15.71
电负荷	303	514	1097
热负荷	1313	3782	17239

补充一个转矩脉动的计算，2800rpm-140Nm时，转矩脉动±19.93Nm，为输出转矩130.94的±15.22%。可以看到脉动比prius2004还要差，prius在一半峰值转矩的时可以到±10%左右。

limengde2001

7、   电感参数分析计算

相对于prius的V型，leaf采用了创新的双层磁钢布置结构，所以有必要专门对比分析电感参数。

很有意思的是，leaf电机的凸极率与prius2004的V型差不多，在小电流时甚至还小点，不过在大电流是要大些。Prius2004的电感如下：

峰值转矩时磁密如下

limengde2001

八、矢量控制MTPA策略变频运行

高效区占比高达96%，其中没考虑杂散损耗及变频器谐波引起的损耗。即便如此，高效区也是很高，leaf的高效率设计值得研究学习。
另外，需要说明包络线是理想包络，没有根据热要求进一步处理，这个稍后利用motorCAD处理。

矢量控制MTPA策略变频运行
母线电压	375		极限相电流	340A
峰值转矩	300		峰值功率	140
峰值转速功率	140		转折速度	4000
最高效率	97.5%		80%高效区占比	8818.26/9158.16=96.29%＞85%

limengde2001

九、转子结构离心应力分析

转子磁路结构离心应力分析
n (rpm)	nb	nh	1.2 nh
	6000	10390	12460
最大离心应力/MPa	134	402.5	579.7
空载运行转子表面最大形变/mm	0.01195	0.03583	0.05159

结构的力场仿真分析表明，该转子“V+一”型结构 局部虽然经过优化，但是在超速转速及最高转速时，与prius2004类似，局部应力最大值超过普通硅钢片的屈服强度。
因此，有必要深入谈一谈转子结构强度的问题，开贴如下，欢迎指点。
汽车电机转子冲片结构强度设计探讨
https://bbs.simol.cn/forum.php?mo ... 4084&fromuid=179494
(出处: 东明机电-西莫电机论坛)

6000rpm时如下
10390rpm时如下

12460时如下

yupoo

limengde2001 发表于 2017-7-6 22:44
五、空载磁密、反电势、齿槽转矩
反电势: 753V_peak @10390rpm
齿槽转矩：±9.3Nm，峰值的±3%

楼主算的齿槽转矩也不小啊， 我算的也差不多大，一度以为自己算错了，还试了好几个软件计算，结果都差不多，看来齿槽转矩对汽车电机来说貌似没有那么重要？

开关磁阻

大神，发表下个人拙见
1、MAP的转折转速不对，最多3000转
2、PMSM的Ld Lq并不是一根曲线哦
3、电流圆小了
4、EMF是不是大了点？还有齿槽转矩怎么这么大，该电机我用手转过，比较轻松

yupoo

开关磁阻 发表于 2017-7-10 17:34
大神，发表下个人拙见
1、MAP的转折转速不对，最多3000转
2、PMSM的Ld Lq并不是一根曲线哦

就齿槽转矩谈一下，因为我拿好几个软件都算了，没有小的啊，都差不多啊 8 nm 左右啊，没有像pruis 那样1nm以下的啊，

其他的话，空载反电势的确有点高，不知道控制器那边能不能受得了啊

yupoo

关于转矩波动

limengde2001

开关磁阻 发表于 2017-7-10 17:34
大神，发表下个人拙见
1、MAP的转折转速不对，最多3000转
2、PMSM的Ld Lq并不是一根曲线哦

磁阻客气啦，久仰大名
1.转折速度，的确要小一些。我没有限制80kw输出，不过不是电磁计算问题，我想是需要根据瞬态及稳态热要求，进一步缩小可运行状态范围。不知你是否是这个意思？
2.交直轴电感的确应该是张map图，我在此抽取了一个低速状态的一条曲线，主要是为了看该电机转矩变化到峰值转矩的凸极率及饱和效应。从图可见实际v+-的结构形式并不比prius04的凸极率高（额定状态）。峰值转矩的电流需求小，原因在于饱和程度低
3.-----
4.emf可能与硅钢片设置有关，我把导磁性能调低了，漏磁少了些。
齿槽转矩应该不会有错的

limengde2001

yupoo 发表于 2017-7-10 22:52
就齿槽转矩谈一下，因为我拿好几个软件都算了，没有小的啊，都差不多啊 8 nm 左右啊，没有像pruis 那样1n ...

就算700V，弱磁倍数也达到1.87，高速弱磁时有的地方超前角需达到89度，的确对控制器要求很高。
有大学老师提到依据国内控制器水平，弱磁倍数不要超过1.6，超前角不要超过80度，不知大家怎么看？