电动汽车驱动电机比功率（功率密度）怎么算？

S_Z

在比较电动汽车驱动电机性能的时候  ，很多资料会列写电机的  “比功率”、“功率密度”，也或，“比转矩”，“转矩密度”等  ，这里想就这些个概念的定义讨论一下。

譬如功率密度  ，自然是   “功率/重量”  ，疑问如下
1 . 功率：
1.1 功率是说的峰值功率，还是额定功率？
1.2 若指的是峰值功率  ，自然就涉及到持续时间的问题  ，商用车默认是持续多长时间的峰值功率，乘用车默认是持续多长时间的峰值功率？
2  .重量：
2.1重量指的是电机的整机重量，还是电机的电磁件的重量？
2.2 若指的是电磁件的重量，那具体涵盖哪些部分  ，一般（永磁电机）电磁件指的是  ，定子铜线，定子冲片总重，转子冲片总重 ，磁钢总重，这个基本没有疑议。但很多电机转子冲片是要套装在转子支架（或叫“转毂”）上，转子支架又套装在转轴上  ，电磁件是否计及这部分的重量呢？  就是电磁件是否要计及转子支架和转轴。
2.3承接上面问题，若电磁件重量是要计及转轴的  ，在很多乘用车电驱系统中 ，电机转轴是与变速器等机械机构共用的，重量很重，计及了  ，这个功率密度就会比较小，是否也就没有可比性了。
2.4 若指的是整机重量 ，那在乘用车中，很多驱动电机并没有机座和端盖 ，是与变速箱等机械机构共壳体的，那与不共壳体的一比较功率密度，也没有什么可比性了  。在商用车中 ，还有与档箱共端盖的情况，这都造成大家的重量不是在同一起跑线的。


3.个人觉得比功率、比转矩这种参数 ，在自己的一个系列产品设计中，用来比对自己的同类产品，或许好有些意义，在不同产品中，拿来比较 ，大家冷却不一样，持续时间不一样，甚至结构都不一样，拿来列在一起 ，意义在哪里呢 ？




附上《节能与新能源汽车技术路线图》中，对电机比功率和比转矩的叙述  ，大家可以结合这个图，说一下上面的问题。



最后，非常感谢您的回答与讨论，谢谢！

张老五

个人的理解如下：
1、功率是指峰值功率
1.1、乘用车有功率密度的指标，没有转矩密度的指标；商用车只有转矩密度的指标，没有功率密度的指标
1.2 一般功率密度的时间是30秒，转矩密度的时间是20秒
2 重量只包括电磁件的重量，具体是定转子铁心、铜线和磁钢，肯定不包括机壳和轴，应该也不包括转子支架
3 作为一个指标，功率密度（或者转矩密度）是努力的方向。但如果用来比较设计的水平，那应该加上足够多的前提，包括但不限于：功率相当，转速（最高和额定）相当，冷却方式相同、电压相当。。。。

S_Z

张老五 发表于 2017-9-28 10:43
个人的理解如下：
1、功率是指峰值功率
1.1、乘用车有功率密度的指标，没有转矩密度的指标；商用车只有转 ...

首先，感谢张大哥的回复，谢谢！

您说的我非常认同，和我理解基本是一致的 。

有几个细节问题还想探讨一下  。


1  您说重量是不包括的“转子支架”的   ，关于转子上有两个常见结构 ，一是转子冲片直接套光轴  ，二是转子冲片套转子支架，转子支架套转轴  。前者即使转子冲片上开减重孔，但与第二种结构形式（转子支架的形式）比 ，还是不合算的 。不含转子支架是否合适？


2  您提到  商用车看转矩密度  ，乘用车看功率密度   ，这是为什么？  基于什么方面的考量呢 ？



非常感谢您的回答！

limengde2001

我是这么理解的：
单从电机电磁方面考虑，以电磁主材重为基数的转矩密度比较，更有意义一些，可以用于比较不同转速电机。
但从整车角度看，以总重（最好计入减速器重量）为基数的功率密度进行比较，才是应该关注的重点。

主要原因在于：
1.总重作为基数就不用说了
2.看功率密度：因为一般一款车型，在满载重量、迎风面积、风阻系数、最高车速、爬坡要求定了之后，功率就基本定了。转矩、转速要求是可以根据后桥、减速箱等调的。

另外，我认为这种比较会对拓宽设计思路有很大的优势：
1.可以从电磁、结构、热的角度综合优化电机本体
2.可以从减速电机系统角度优化电机和减速器的配合（比如通过调整速比，让电机工作在高校区）
3.可以从整车角度优化后桥与减速电机

当然这样分析，难度会增大很多，而且只有主机厂的研发才可以，但的确可以解决很多问题。
反之，用传统指标在相同条件比较同类产品，实际意义不大，拉不开档次。只要达到中等设计水平，和现有的标杆产品比，差的有天壤之别，但好的好不了太多。

y1949b

补充一个橡树林的报告关于功率密度各厂家典型电机的报告  ，大家可以说说这些个功率密度是怎么算的。

zhangsichao911

个人认为：
1.     功率指的是峰值功率；
1.2   对于车用电机应该能再峰值功率下长时间工作；
2.     重量一般指电机整体重量，但是对于做电机设计的厂家来说，用电机整体重量算出来的功率密度没有用电磁件算出来的功率密度意义大，个人提供一种思路计算，电磁件的重量按成品定子＋转子铁芯＋磁性材料＋隔磁材料＋定子同长的转子轴重量
3.     个人认为功率密度、转矩密度应该是一种横向比较的指标。对于主机厂来说，在满足同样的安装、使用要求的情况下，比较不同厂家电机峰值功率/整机重量 最有意义。而对于电机设计来说，设计的电机峰值功率/电磁件重量更能反映电机设计的好坏。
4       讲的不对的地方欢迎大家拍砖

张老五

S_Z 发表于 2017-9-28 11:34
首先，感谢张大哥的回复，谢谢！

您说的我非常认同，和我理解基本是一致的 。

所以要把转子支架去掉啊，毕竟冲出来的转子，强度怎么也没法跟支架相比，而且支架不 一定在轴向方向上是全满的
这样不是正好起到了鼓励减重的目标？

后一个问题，我个人的理解是：
对乘用车来说，提高电机转速可以减重，带来的后果是减速箱的速比有增加，但速比的在一定范围内的变化对重量没什么影响。因此综合来说，提高功率密度有助于整体的减重。
对商用车来说（特别指大巴这一类），电机本来功率很大，而车速要求并不高（很多大巴只要求80或100的时速），再考虑车轮直径等因素的影响，实际上最终的输出转速是比较小的。在这种情况下如果强调功率密度，那么就会带来一个问题，一旦电机转速提升，会造成减速箱的速比增加，有可能会用到三级甚至四级减速箱，这里减速箱本来的体积重量也要大大增加。总体上起不到减重的目的。因此在此提出转矩密度的要求，也就是意味着，可以在减速箱速比不变的前提下，通过提高转矩密度来降低电机重量，从而达到整车减重的目的。

mfkfnaps

关于减速，目前机器人行业比较流行的谐波减速机能否应用于汽车上(比如一级谐波+一级齿轮)，而不是采用传统的纯齿轮减速呢？

limengde2001

y1949b 发表于 2017-9-28 19:31
补充一个橡树林的报告关于功率密度各厂家典型电机的报告  ，大家可以说说这些个功率密度是怎么算的。

算入所有重量，包括定转子、机壳、端盖、轴、轴承、旋变、接线盒、引接线等等结构部件。但具体计算分两种情况：
1.独立电机：整机实称
例如leaf电机：整机实称56kg，峰值功率80kw，算下来1.4，见下图


2.集成减速电机：需要进行折算
例如丰田prius的重量不是全部外壳，因为与行星排动力混合系统公用机壳，所以按位置折算分配，体积密度也如此，见下图

yupoo

这个问题，我认为最靠谱的计算方法，功率密度=额定功率/整车重量，大家就都老实了，哈哈

limengde2001

y1949b 发表于 2017-9-28 19:31
补充一个橡树林的报告关于功率密度各厂家典型电机的报告  ，大家可以说说这些个功率密度是怎么算的。

分析2016年BMWI3，功率密度2.9，可比前面图中所列产品进度很大。
1.请问各厂商现在做到多少，4的目标值现在有做到了吗
2.国内2020目标，写的是“有效比功率”，这个有效是什么意思？是不是指只算铜铁磁钢三样电磁主材，如果这样算的话，i3已经达到4了

WZ_leelfy

上面提到的基本都是混合动力的，对于纯电动驱动电机集成变速器一体化装置功率密度或力矩密度现在是什么水平，国家《“新能源汽车”国家重点专项2018年度项目申报指南建议》中要求：一化化驱动电机系统功率密度≥1.8 kW/kg

S_Z

张老五 发表于 2017-9-29 17:08
所以要把转子支架去掉啊，毕竟冲出来的转子，强度怎么也没法跟支架相比，而且支架不 一定在轴向方向上是 ...

明白了 ，非常感谢张大哥的回答！谢谢！

S_Z

limengde2001 发表于 2017-9-30 10:44
算入所有重量，包括定转子、机壳、端盖、轴、轴承、旋变、接线盒、引接线等等结构部件。但具体计算分两种 ...

非常感谢李工的回答，谢谢！

关于您提到的“集成减速电机”中 ，“按位置折算分配”具体是怎么折算的  ，依据是什么？  怎么定量的 折算的 ，您方便说说吗？  非常谢谢！

双灯鱼2

y1949b 发表于 2017-9-28 19:31
补充一个橡树林的报告关于功率密度各厂家典型电机的报告  ，大家可以说说这些个功率密度是怎么算的。

你好，橡树岭的报告能否分享一下？学习学习，谢谢。

yuanshipeng315

张老五 发表于 2017-9-28 10:43
个人的理解如下：
1、功率是指峰值功率
1.1、乘用车有功率密度的指标，没有转矩密度的指标；商用车只有转 ...

非常赞同，特别是第三点比较功率密度的前提条件要明确，要不没有意义

limengde2001

S_Z 发表于 2017-10-11 08:57
非常感谢李工的回答，谢谢！

关于您提到的“集成减速电机”中 ，“按位置折算分配”具体是怎么折算的  ...

如何折算：
这里说的按位置分配，就是把包容铁芯的机壳部分，算作电机机壳，其他部分算作减速器机壳。

定量：
prius电机是这样做的：采用机加工方法，铣去非包容铁芯的机壳部分，自己再加工端盖，使之成为一个完整独立电机，称总重机壳

依据：
没有什么规范性依据，只能算一种合理方法，根据壳体腔室的功能性，把壳体分配给电机和减速器

戚烨斌

张老五 发表于 2017-9-28 10:43
个人的理解如下：
1、功率是指峰值功率
1.1、乘用车有功率密度的指标，没有转矩密度的指标；商用车只有转 ...

各位大哥好，您说峰值功率密度的计算是峰值功率/有效重量，即电磁铁重量：定转子铁芯、漆包线以及磁钢，那么行业内有文件证明这个说法是对的吗？

戚烨斌

张老五 发表于 2017-9-28 10:43
个人的理解如下：
1、功率是指峰值功率
1.1、乘用车有功率密度的指标，没有转矩密度的指标；商用车只有转 ...

各位大哥好，您说峰值功率密度的计算是峰值功率/有效重量，即电磁铁重量：定转子铁芯、铜线以及磁钢，那么行业内有文件证明这个说法是对的吗？我的看法和您一样，但是急需一份文件证明这个说法是对的

戚烨斌

如果按照整体重量来算，国家鼓励企业目录里面的峰值功率密度大于等于2.5kw/kg    行业内很难满足吧？