日本电动汽车思路

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外行,对电机一无所知.

关心电动汽车,研究日本方面的思路，心得:

1、电传动替代机械传动，
    丰田PRIUS是机械传动，变速箱两端分别连接内燃机和电机，电机有发电/电动双模，低速电动机带变速箱，中速内燃机带车轮并发电，高速内燃机，最高速内燃机+电动机。
    好处：传动效率高。坏处：全系统封闭化，导致该车型只有一款动力。
   
    丰田发现自己犯了错误，现在开始改正。全电传动替代机械传动。
    好处：系统部件独立化，只要接口通用，就可以任意采用设备。比如内燃机、电机、电池和控制系，都可以独立。一种控制系，修改参数设置，可以通用。

2、开关磁阻电机/盘式电机替代轴输出电机。
   目前的电动车和混动车都是轴输出，即便轮毂电机也是轴输出，且主体也在车轴上。
   轮内轮毂电机将替代轴输出电机，同时避免使用稀土。
   轮内电机好处：精确控制每个车轮，代替内燃机机械车的牵引力控制、制动力分配等电动系统；无须减速系；可以制动，减小机械刹车的使用；不使用稀土；理论效率低，但实际效率并不低，因为无须减速；廉价化；可以实现全轮驱动，民用越野车可以达到多轮驱动；生产组织简单。

3、大型汽车企业自行研制生产全部部件，中小型企业依靠社会力量
    丰田日产将设计生产全部部件，避免外购导致的产值损失。
    本田对电动车持消极态度，实际上指望电机厂商和电子厂商参与，用社会化大生产击败封闭式体系构架。专业化分工，是日立横河这些电机厂商极为渴望的机会：可以大量生产电机（百万乃至千万级。轮内电机一车最少4台），丰田日产让电机厂商愤怒不满，所以会倾全力帮助开放厂家竞争胜利。

4、功率半导体芯片替代传统控制系。
    日本在宽禁带半导体方面进展神速，碳化硅和氮化镓芯片都已经研制成功，可以替代硅芯片。
    目前，宽禁带半导体的主要功能是功率半导体，耐受电压：市售型为一千伏，实验室内是3千伏。用作半导体开关，可以完全替代IGBT，用单芯片替代半导体堆。
    功率半导体可以做升压器，给电池系统升压；可以做逆变器，直流电池电流变交流，提高电机效率。功耗和效率比硅半导体有成倍乃至数量级的的提高。
    实现了逻辑电路与开关系统的二合一，单芯片BMS（电池管理系统），单芯片电机控制系（比如开关磁阻电机）和控制系芯片等，可以大量快速生产，垄断全球市场。

5、技术路线还是混合动力为主。
   弱混合动力方面，通过为汽油机车加装大功率起电机来达到20公里时速，消除怠速，减少油耗。覆盖全部传统车型。
   强混合电力方面，要在10 年内实现全部车型强混合动力化。
   纯电动车方面，仅限于概念车和标杆宣传车。

6、电池方面。
   放弃磷酸铁锂等，开发硅酸铁锂，以及固态电解质保证消防安全性。积极开发下一代电池，比如锂空气电池、锂硫电池、碳纳米管强化电池等。
   目前混动车电池，使用保守的镍氢电池、钛酸锂负极的磷酸铁锂电池等过渡技术。   
   总之，对目前技术下的纯电动车持否定态度，对未来技术电池持积极态度。

7、生产体系方面，开发了大量轻质外围部件。

jumper

这篇文章分析水平较高，我特意支持一下7分，分析电动汽车的局面，确定发展方向。
如果这篇文章预言对了，国内的电动车方向上就悲剧了
     缺点方面国内的电动车都占了！

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电动车部件方面，博世西门子日立三菱这些企业,技术能力、技术储备和电机类型众多,都不是GM 丰田 日产能比的,
所以电机电控企业会加入到开放式接口标准化的路上,良性竞争.
一辆汽车的四太驱动电机,一台主发电机,等于一亿台的全球市场,所以这是电机业爆发的前夜,紧张程度可想而知.
目前某型电机产量过万就是大数字了，以后千万很轻松.
6X6 8X8的民用车,会大量出现,因为通用常规车电机,所以非常容易做到.
因为轮毂电机尺寸问题,超大功率汽车必须多轮化,这样还可以防止爆胎影响.

还会出现单轮驱动，双轮驱动等型号。
单轮驱动，即后三轮，用处是单人汽车，特别适合刷卡式出租车：由乘客自己刷卡驾驶。
双轮驱动，即A级车。四轮驱动：B级车。6轮或8轮驱动：越野车或C级D级车。

这样，一种型号的轮内电机，可以供从超微型到高级车和越野车等不同车型的使用，这样电机产量极大化，价格极小化，竞争力可想而知。

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电池方面，一是保证安全性，用固态电解质替代易燃易爆电解液，性能倒在其次，因为这涉及消费者保护法，一旦出事，赔偿是2亿美元一级的，非故意事故，赔偿在2 百万美元。

二是用多种电池组合来替代单一锂电池。
以前的思路是锂电池一统天下，现在是锂电池，锂空气电池和锂电容器组合型电池组。
锂空气电池能量巨大，实际能量密度最少比锂离子电池高4倍，也许更多，但需要纳米技术介入，锂空的特点是自放电严重：车停了依然在放电，所以需要锂离子电池储存能量。
锂电容器，好处是可以快速放电，特别是汽车启动时的几秒，性能会超越汽油车。同时制动能量回收和电池调峰都需要它，所以必不可少。

锂空+锂电+锂电容，这个格局是未来日本纯电动车目前的思路。

zhzm3651

不知道LZ对电动车的这些想法是怎么收集来的？看上去和我们的发展思路不一样啊。

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主要来自日经BP和其他专业网站,
我经过一年多的观察思索,觉得日本人的路线是正确的，尤其是盘式电机和开关磁阻电机.
中国依赖稀土电机,日本避免用稀土,所以思路不一样.发展汽车用永磁电机的 思路是国家级的，所以这点与日本的差别最巨大.

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现在日本人的另外一个思路跟电机无关,但非常重要,就是机器人汽车或者说无人驾驶汽车.

无人驾驶汽车,可以友多种构型,
终极目的是无人驾驶,中间用途是封闭道路自动导航.此外还有超微型的外卖车,老年人车等.

无人驾驶汽车，可以解放大量劳动力(司机),理论上可以让汽车的数量超过人口,特别是超微型车的出现,使得网络外卖业得到发展的可能性,

目前的技术，完全可以作到封闭道路无人驾驶,或者普通道路低速行驶.

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中国纯电动车,通过电池更换来实现续航力.这需要电网和国家的统一安排,需要大投入长投入期.
这是日本所无法达到了，他们是自然渗透,电动汽车要求达到汽油机车的续航力.这是日本人把电动汽车当作普通汽车替代物的必然.日本完全无法接受换电池的思路，因为需要大量设置更换站,所以只能是夜间充电.

lijian613

回复 6# 5525

lz好像不太懂电机啊，盘式电机只是电机的结构， 盘式可以是异步机，可以是永磁机，也可以做成开关磁阻机。
不能说用盘式就可以避开稀土永磁材料。
我们既然有稀土资源，就应该大力发展永磁电机，增加自己的竞争力

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回复 9# lijian613


    我是电机外行,前面说了，主要是从电动车角度看电机的.
    日本的思路是开关磁阻电机,目的是避免稀土使用.盘式开关磁阻电机是日本人的重点,因为盘式可以叠加来成倍增加功率,这需要进一步减厚度.
   
    你的意思是开发使用稀土的盘式永磁电机,但成本肯定不如廉价的开关磁阻电机.
       因为出产稀土就使用稀土,问题是目前稀土用途以弱电为主,强电系统稀土使用量大,必然导致稀土价格暴增.想一想铜价对电机的冲击就知道了.
    巨量生产电机(千万级),不可能不考虑造价.

    日本人的目的,是开发轮内电机,开关磁阻式是最佳的轮内电机,如果结合盘式设计则更佳.因为不需要减速机构,可以直接降低造价.
    轮内电机还可以制动,取消盘式刹车机构,进一步降低成本.减轻重量.噪声和震动有减震机构与车身隔离,少量的噪声反而对交通安全有好处.这样,轮毂电机簧下质量大的缺陷给抵消了大半.减震机构可以加装电动螺杆以提高反应速度,抵消车轮质量大带来的冲击.这样，簧下质量就不是问题了.
    因为没有减速机构,各轮独立旋转,所以是最佳构造.

总之,日本认为轮内电机是发展方向,
外转子式开关磁阻电机和盘式开关磁阻电机是重点.

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下面转几则相关新闻:

马达（十）：不用永久磁铁的驱动马达
2010/05/27 00:00 打印 E-mail  



　　目前，电动汽车以及混合动力车的驱动马达必不可少地要采用高成本的稀土材料。东京理科大学着眼于SR马达，开发出了用于混合动力车的驱动马达。实现了与丰田上一代“普锐斯”马达同等尺寸、输出功率、扭矩及效率。另外还通过充分利用分析软件，改进了磁芯材料以及马达构造

　　东京理科大学试制出了用于混合动力车用的驱动马达（图1）。其特点是采用了完全不使用磁铁的SR（开关磁阻）马达构造。这表明，即使不采用钕类磁铁等成本较高的稀土类材料，也能制造出驱动马达。

　　由于稀土类材料不仅受到产国以及产量的限制，而且容易成为投机的对象，因此，市场价格随着时间的不同，有时会出现2～3倍的变动。如果此次试制的驱动马达能实用化，那么，汽车厂商就能比以前更大程度地降低混合动力车的价格，并且能够面向未来制定稳定的量产计划。

                               
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图1：此次试制的驱动马达
（a）外观。驱动马达没有采用普通的IPM（内嵌式永磁同步）马达构造，而是采用了SR（开关磁阻）马达的构造。实现了与上一代“普锐斯”IPM马达同等的性能指标。（b）马达内部的磁芯构造。定子为18极，转子为12极。通过增加极数，提高了扭矩。定子上带有线圈。




　　丰田“普锐斯”以及本田“Insight”等代表性混合动力车的驱动马达，是在转子中嵌入钕类磁铁而成的IPM（内嵌式永磁同步）马达。IPM马达由于既可利用磁铁扭矩、又可利用磁阻（Reluctance）扭矩，因此，效率及性能较高。然而，由于制造起来仍然依赖钕类磁铁，所以希望有新的解决方案。

　　另一方面，SR马达虽然具有不使用磁铁的特点，但由于不能利用磁铁扭矩，只能利用磁阻扭矩，因而存在着效率及扭矩较低的问题。因此，要想实现混合动力车所需要的效率及扭矩，则必需加大马达的尺寸，所以采用SR马达被认为不是现实可行的方法。

　　此次设计的SR马达通过在马达的材料及构造上下工夫，在与丰田上一代普锐斯（2003年推出）的IPM马达同等尺寸的条件下，确保了效率、扭矩以及输出功率（表1）。具体而言，在1200rpm条件下，实现了50kW（上一代普锐斯为50kW）的输出功率、403N·m（上一代普锐斯为400N·m）的扭矩以及86％（上一代普锐斯为83％）的效率。今后，将对所试制马达的性能是否达到了设计值进行验证。

                               
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借助磁阻差旋转

　　SR马达利用转子与定子间产生的磁阻差，使转子产生旋转。在两者的磁阻由高变低的作用下，定子不停地吸引转子。

　　在转子与定子的凸极重合的地方，转子与定子的间隙（距离）变小，磁阻也变小。

　　相反，在间隙较大的地方，磁阻也变大。系统找出转子与定子之间磁阻减少的组合，并向对象定子的线圈中通入电流，由此使转子产生旋转。转子与定子的磁极重合时以及不重合时的电感（磁力）差越大，扭矩也越大。

在构造及材料上下工夫

　　此次试制的SR马达是通过马达磁场分析软件设计的。通过分析软件，选择了马达磁芯的材料以及马达的构造。

　　上一代普锐斯的IPM马达的积厚（磁芯的轴向厚度）为83.6mm，如果将71.4mm的线圈尾端长度（线圈突出于磁芯轴向长度之外的长度）包含在内，则约为156mm。由于线圈为分布卷绕方式，因而线圈尾端较长，磁芯的积厚不能做得太大。

　　而SR马达由于采用了集中卷绕方式，因此，可减短线圈尾端，相应地增大了马达磁芯的积厚。开发SR马达时，就把与上一代普锐斯的IPM马达相同的大小的扭矩作为了开发目标。

　　磁芯材料方面，为板厚为0.35mm的硅钢板，与普锐斯等车型上通用的“35A300”（JIS标准）与JFE钢铁的“10JNEX900”（厚度为0.10mm）进行了对比。10JNEX900含有6.5％的硅。

　　随着频率增高，通用件35A300的铁损增幅变得比10JNEX900更大（图2）。此处的频率与转子的极数成比例。另外，已知如果增加转子的极数，则扭矩增大。也就是说，较大的扭矩可通过增加极数来得到（表2）。通过分析软件的估算得知，如果定子/转子的极数从6:4变成8:6，则最大扭矩从160N·m增至221N·m。

5525

上面的是内转子轴出型号,不过原理可以用在外转子机型.不过还是不如盘式理想.
盘式开关磁阻电机,有着全系统高效率(尽管电机体效率低)和低价格的特点,所以是未来主要机型.日本人在这方面是思路比利用稀土资源优势高明.

lijian613

磁组机与永磁机的性能不知道lz做过综合调研没有，磁组机转矩纹波大，噪声，震动大，高级控制方法不成熟，电力电子元件旋转范围小，效率，功率因素，这些都很大的限制发展。
另外盘式电机铁芯的制造过程，机械结构安装，不知道你了解多少
请综合的看待问题，不要仅贴上日本人的几个报道，听风便是雨

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磁组机与永磁机的性能不知道lz做过综合调研没有，磁组机转矩纹波大，噪声，震动大，高级控制方法不成熟，电 ...
lijian613 发表于 2010-10-16 20:29

                               
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你说的这些，恰恰是我对国产开关磁阻电机没有指望的来源。

为什么呢，只要使用单片式控制系统，实时测量实时开关，噪声震动大的问题可以缓解，而使用DSP加IGBT是不可能完全避免噪声震动的。

单片式控制系统，就是把位置传感器的信息传入芯片，在芯片内进行逻辑演算，在芯片内进行开关作业。
只有GaN或SiC芯片才能作到，硅基芯片不可能。

开关磁阻式电机，必须使用机体内嵌式的芯片控制。这个芯片正式日本人在搞的，几年后才出来。等出来了，就垄断全球开关磁阻电机市场了。

当然，这对我们整车企业是好消息，对电机行业则不然。

永磁机只能用在发动机仓，适合做内燃机的发电机或变速箱外接的电动机（类似普锐斯）。轮内电机，还是盘式开关磁阻电机或外转子开关磁阻电机。

至于观察日本新闻是听风就是雨，你这么认为我也没办法。要知道，日本人是认真细致的，专业记者更是如此，比欧美专业媒体更可信，我这样认为。

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日本人的思路，中国人显然不能抄袭或追赶，国家的政策就是稀土永磁电机，所以你们只能服从国家的政策。
既然确定了这条道路，等于确定了轴输出电机之路，虽然理论上稀土永磁盘式电机是存在的，但别指望日本人给你开发芯片。开关磁阻式电机控制系太复杂，盘式超薄电机也很难，不如搞容易开发的。
所以，控制系简单的、稀土永磁轴输出电机配上减速器，这些是国产电动汽车的标配。这也是国情决定的。

yufeng9912

我想这种带有战略性质的发展方向，也是根据各国不同的国情制定的。都需要扬长避短的，我们完全可以学习别人的先进技术先进理念，有效的利用自己的资源优势，发展有中国特色的路子。哈。。。说的有点冠冕堂皇了。惭愧。

lixinhang

哪个国家都一样，新闻上所说的不能完全相信，特别是关于技术方面的文章。非专业人士没有分辨能力，容易被文章错误诱导。关于这个东京理科大学的研究，请大家要注意３点问题。
１：该SR性能是和上一代普锐斯的IPM马达比较，那么为什么不和最新的普锐斯的IPM马达比较呢？估计大家想一想就会想到其中原因吧。
２：SR由于不能利用磁铁扭矩，只能利用磁阻扭矩，因而存在着效率及扭矩较低的问题。该研究只是通过增加极数来获得较大的扭矩，这个方法不是什么新理论，大家都知道。问题是极数增加，磁场周期频率增加，铁损会大幅增加，因此该马达用０.１㎜硅钢片，和现在的０.３５㎜比较硅钢成本会增加多少呢？
３：上面所说的增加极数的另一个问题，所需功率原件增加，控制电路成本会怎么样？

如果不考虑成本，不用磁铁不难实现，但在商业领域现实吗？如果有实用性，丰田为什么不采用呢，这点技术对于丰田等大公司并不是什么难题。相信他们在决定电机结构时肯定多方研讨过，不是拍脑门决定的。学术机关的研究成果和产业界是有很大区别的。大家要要仔细分辨清楚。

张老五

别的我不懂，这个硅钢么，还略知一二
频率增加，需要用越来越薄的硅钢，这是肯定的。这个0.1的东东么，没有成品，只有样品，试验品，试制品，叫什么不重要，重要的是目前来看，批量供货是不可能滴，当然作为一种研究，倒也无妨。
至于成本，0.35的要比0.5的贵，供货量还少。0.2的要比0.35的贵得多，钢厂还觉得在亏本。至于再薄的，生产效率和工艺难度根本就不在一个数量级上，真要做，恐怕价格要高上几倍。

0576motor

高人

lijian613

回复 14# 5525

sr电机的控制方法，不管dsp+igbt，还是Gan或者sic，原理都是一样的
不从电机控制算法上入手，光靠什么gan活sic不可能解决问题。
dsp的计算控制能力，现在足够强大了，igbt的性能也不是问题。sr电机的弊端是本体固有的东西。

永磁机就不能做成轮内机吗？ 就不能做成外转子吗？ 永磁机可以， 异步机也可以。

进口日本的电机，对你们整车企业是好消息？难道楼主供职的是日本汽车公司？
真是可笑！