日本电动汽车思路

fanyangping1

只要想做没有办不到的事情，关键现在学术氛围，实干的太少了

张老五

回复 122# fanyangping1


    LSD，我明天想去次火星，后天回来，您帮我想想咋做，如何？

zhuhu14

回复 86# lijian613
市场份额只能说明当前的状态，作为科研人员应该具有一定的前瞻性，稀土是有限的，固然永磁机对于中国来说是有一定优势，开关磁阻机目前有些技术瓶颈，但是 不能就此就放弃啊，多条腿走路不好吗？诚然你做过相关研究，写过很多篇sci文章，可是你对电机模型做了多少深入的研究，   包括实物的制作。

lijian613

回复 124# zhuhu14

我不清楚你们搞开关磁阻的研究如何开展的，难道仅仅限于5525的帖子信息

做相关研究怎么可能不做样机， 不深入研究电机模型呢， 说这话让人容易怀疑你有没有
根本的工程素养

zhuhu14

回复 125# lijian613
科研方向的命运不是因为你的一家结论就能终止的。
不在多说。

lijian613

回复 127# zhuhu14

zhuhu14， 无稽之谈，
我何德何能，发的帖子能让科研方向的命运终止？
卑怯的人生只会选择逃避，
欢迎你继续抛砖。

wxl-sdrj

回复 14# 5525

希望楼主能更进一步介绍日本做的SR电机详细的实验数据。
特别是在
1）额定转速点1200rpm，脉动转矩与最大转矩的比值。
2）此转速满载情况下，电磁噪声情况。
是否能找到实验数据？
多谢！

5525

回复  5525


    胡扯！纯粹是胡扯！论文电机瞬间稳定在400度，（我的理解这是摄氏温度）
你们家的电 ...
lijian613 发表于 2010-12-25 16:00

                               
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    一个错别字！

不是瞬间稳定，是瞬间温度，打错了一个字，抱歉！

电动汽车在连续下坡时，车轮内部温度瞬间到400度，一般平直路段也有近200度，所以永磁电机不能直接放轮内。
非永磁电机耐受温度高些，所以轮内电机应该是非永磁的，用什么另论，日本人倾向于开关磁阻式，当然丰田式倾向轮外单轮电机，使用减速。

5525

【电动汽车拆解】马达（十一）：通过切换马达线圈，在大转速范围内保持输出功率

2010/06/11 00:00

　安川电机开发出了供EV（电动汽车）及HEV（混合动力车）使用的“QMET Drive”马达驱动系统，并实现了实用化（图1）。该系统的特点是采用了称为“QMET”（Qualified Magneto-ElectoronicTransmission）的技术，该技术可根据马达的转速来切换电流流经的线圈，从而使马达一直保持90％以上的效率。

                               
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图1：驱动马达系统“QMET Drive”
采用通过半导体开关来切换驱动马达线圈的“QMET”技术。（a）驱动马达、（b）逆变器。

　　原来的马达在运转范围内存在某一扭矩和速度（转速）下效率达到最高值的点，偏离该点，效率就会逐渐下降。采用低转速下获得高效率的设计时，就会出现在高转速下效率显著下降的问题（图2）。

                               
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图2：马达效率分布
效率高的点在低转速范围和高转速范围中有所不同。（a）通过切换线圈的数量，可大范围确保效率高的点。（b）线圈切换马达的效率分布示例。

　　而切换线圈的马达在高转速下也可保持高效率。这样，EV及HEV便可在控制所配充电电池容量的同时，确保持续行驶距离。

　　新开发的驱动马达系统在马自达2009年开始租售的串联HEV“普利马氢转子发动机混合动力车（Premacy Hydrogen RE Hybrid）”上首次被采用。安川电机运用QMET技术，在2010年开发出了输出功率不同的3种EV通用马达。

在串联HEV上采用

　　马自达普利马氢转子发动机混合动力车是一款串联HEV。串联HEV虽然配备有发动机，但并非将发动机直接用作驱动力，而是被用于使发电机旋转产生电力。

　　HEV起动时发动机停止工作，仅凭马达来驱动。行驶时电池停止向马达供电，通过发动机的旋转，凭借发电机生产的电力来驱动马达。另一方面，在坡道及超车等需要使用大功率进行加速时，发动机就会起动，通过电池和发电机同时提供电力来驱动马达。而减速时，马达就起到发电机的作用。

　　马自达采用的驱动马达系统“QMET Drive”由支持线圈切换的驱动马达、逆变器及电子式线圈切换电路（开关）构成。驱动马达在内侧配备了嵌入磁铁的转子，在外侧则配备带线圈的定子。

　　EV及HEV使用的驱动马达要求在低转速下实现高扭矩以及大额定功率，但问题是很难在整个转速范围内都保持高效率。而安川电机开发的马达在低转速时使用整个线圈，在高转速时只使用约半个线圈，通过切换线圈，同时具有低速和高速时的马达特性，从而可保持高效率。

　　马达的开发背景在于驱动马达存在的课题。驱动马达一般通过向线圈施加逆变器的电压，使电流流过线圈，由此来旋转转子。但这时线圈上会与转速成比例地产生反电动势。

　　在高转速范围内，只能施加从逆变器电压中扣除反电动势后的电压，不让电流流过线圈。由于扭矩与电流成比例，因此电流少的话，扭矩就会变小，进而在某一转速下变成零，这样马达转速就无法超过某个水平。EV及HEV需要在低转速到高转速的范围内输出扭矩，因此需要采取相应的对策。

　　为了解决这一课题，各公司以有别于向线圈输出扭矩的目的，在不同于扭矩输出用电流的相位上流过电流。也就是施加用以消除反电动势的“弱励磁”（图3）。虽然凭借弱励磁可在某一程度的转速范围内输出扭矩，但这样仍不足以支持EV及HEV所需要的大转速范围。于是，安川电机导入了根据转速来切换线圈的QMET驱动技术（图4、5）。当驱动马达的转速达到指定数值时，就会切换马达线圈，使反电动势降低。这时，在高转速下也无需弱励磁，从而保持高效率。

                               
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图3：抑制线圈产生的反电动势
高转速时，为抑制线圈产生的反电动势，施加弱励磁。此外还采用了线圈切换及升压变频器等手段。

                               
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图4：驱动马达线圈的构成
使用低转速用和高转速用两种线圈。低转速时使用整个线圈，而高转速时减少线圈。

                               
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图5：线圈切换系统
由切换线圈的半导体开关、逆变器及驱动马达构成。半导体开关有低转速时使用的开关1（SW1）和高转速时使用的开关2（SW2），根据转速决定打开哪一个。

　　一般而言，为了克服线圈上产生的反电动势，大多在电池与逆变器之间使用升压变频器。即使线圈发生超过逆变器电压的反电动势，通过利用升压变频器提高逆变器的直流电压，可由逆变器施加克服马达反电动势的电压。

抑制反电动势
　　但是，使用升压变频器时，除了需要提高逆变器中所配的功率半导体的耐压值之外，升压电路中的功率半导体及电抗器还会产生损失，从而使效率下降。以前的方法是即便效率略有所下降仍使用升压变频器。

　　QMET驱动技术可通过切换线圈降低马达电压，因此无需提高逆变器所配功率半导体的耐压值，只需考虑线圈切换开关中的功率半导体的导通损失，即可防止效率大幅下降。

　　安川电机以前一直在机床主轴马达驱动等产业用途中，使用带线圈切换功能的马达驱动技术。为了使该技术适用于EV及HEV，此次将机械式开关换成了半导体（IGBT：Insulated Gate BipolarTransistor）开关。在切换时间上，将产业用途需要的数百ms缩短到了近于零秒（图6）。

                               
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图6：抑制线圈切换时的不适感
线圈切换前（低速）和后（高速）的马达转速变化。由于转速变化小，因此不会给用户带来不适感。

　　QMET驱动技术使得用户感觉不到切换线圈的动作，从低速到高速、从高速到低速均可顺利切换，即使在实际的车辆上，也不易察觉到线圈的切换动作。

　　至于线圈切换存在的课题，则是电力电缆数量的增加以及随之而来的重量增加及布线复杂化。

　　要想解决这些课题，需要将线圈切换开关内置到马达中，像操纵普通三相马达一样实现线圈切换。为了将半导体开关内置到马达中，除了在结构上下工夫，消除马达线圈的热量对半导体元件的影响之外，还提高了抗振动性。

　　三种通用马达的最高输出功率分别为47kW、60kW、120kW。通过提供三种功率不同的马达，可满足多种车型的需要。

磁铁非对称配置
　　为了提高驱动马达的效率，安川电机对磁铁的形状和配置下了一番工夫（图7）。安川电机将永久磁铁设计成了呈V字形配置的非对称设计，而非左右对称设置，提高了某一个方向的效率。

                               
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图7：驱动马达转子中嵌入的永久磁铁的配置
永久磁铁呈V字形嵌入。通常为左右对称（上）嵌入，而此次通过非对称（下）嵌入提高了效率。

　　这样做的理由是车辆上的驱动马达在旋转时分为前进（正转）和后退（反转）两种状态，两者相比，前进占大部分使用频率，所以前进时的高效率更受重视。

　　嵌入的磁铁，其转子和定子之间存在因磁铁磁通量而相互吸引的磁铁扭矩，以及转子芯与定子芯之间产生的磁阻扭矩。通过改变嵌入磁铁的形状，便可错开这些扭矩的相位。

　　通过将磁铁扭矩和磁阻扭矩的和、即合成扭矩设定到比对称配置更大的水平，在产生相同扭矩时，便可减小流经线圈的电流。也就是说，尽管程度有限，但通过改变磁铁配置位置能够提高效率（图8）。（特约撰稿人：山田健二，安川电机电气驱动系统事业推进室技术开发部长）

                               
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图8：流经驱动马达的电流扭矩固定时正转（前进时）和反转（后通时）的电流值比较。通过非对称嵌入磁铁，正转时（加速或减速均）只需投入比反转时少的电流。

■日文原文：EV/HEV部品解剖　第7回モータの巻線を切り替え広い回転域で出力を維持

■相关报道

5525

安川电机拟扩销HEV/EV用行驶系统，以线圈切换技术保证广泛的额定功率范围

2010/01/26 00:00
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输出功率性能的比较(点击放大)

　　日本安川电机开发出了混合动力车（HEV）及电动汽车（EV）用马达行驶系统，并在“第一届EV及HEV驱动系统技术展”（2010年1月20～22日，东京有明国际会展中心）上展出。通过根据马达转速来切换线圈，确保了广泛的额定功率范围。虽目前已由部分车型采用，但该公司称今后将扩大销售：“2013年前后将使之成为一项业务”。

　　EV用系统由永久性磁铁式行驶用马达和逆变器构成。行驶用马达具有内侧配备有钕磁铁制转子，外侧配备有采用线圈的定子构造。定子的线圈分为两部分，低速旋转时电流在全部圈线内通过，而高速旋转时则在部分线圈内通过。安川电机通过依马达转速切换线圈，既提高了全速度区域的功率输出性能，又提高了效率，并实现了系统的小型化。

　　汽车对马达从低转速区到高转速区的较广泛范围的功率输出性能均有高要求。所以，仅凭一个马达基本上很难满足整个区域的性能要求。因此，通过像上述那样切换线圈，方可获得低转速用马达的功率输出性能与高转速用马达的功率输出性能的优势互补获得功率输出性能。该公司将这一线圈切换技术称为“QMET（Qualified Magneto-Electronic Transmission）驱动技術”。因通过利用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的电子开关瞬间切换线圈，马达旋转没有不谐调的感觉。该公司在其展台上设置了实际汽车的模拟演示设备，参观者可参与线圈切换时感觉不到马达振动的体验。

　　安川电机曾向马自达组合了氢转子发动机与马达的“普利马氢转子发动机混合动力车（Premacy Hydrogen RE Hybrid）”提供过采用该技术的马达行驶系统（参阅本站报道），此次的系统不仅也可用于EV，而且还发布了可供大范围应用的产品线。备有功率输出性能不同的三种型号（额定输出功率分别为25/35/80kW，最大输出功率分别为47/60/120kW）。
主要性能指标
　                    47kW型        60kW型         120kW型
电气特性       

最大转速              9000rpm        1万rpm        1万2000rpm
额定输出功率        25kW        35kW        80kW
最大输出功率        47kW        60kW        120kW

直流输入电压（最大值）        420V
直流输入电压（最小值）        230V
起动转矩            95N・m        150N・m        310N・m
转矩精度        ±5％

保护功能                 过负荷/过电流/过电压/过旋转/过热

环境特性       
存放温度        －25～＋120℃
工作温度        －20～＋105℃
湿度        10～90％
冷却方式        水冷
冷却条件        冷却水温：65℃（最大）
冷却水量：10L/min（最小）

　　此外，在行驶用马达方面，还改进了永久磁铁的配置。汽车的行驶用马达大部分采用顺向旋转设计，因此以通过顺向旋转使马达效率提高为目的对磁铁进行了配置。具体而言，在永久磁铁式马达中，转矩通常为磁铁转矩与磁阻转矩之和，对称配置永久磁铁的话，磁石转矩与磁阻转矩就会出现45°左右的相位差。该公司表示，为了在顺向旋转时尽量减少该相位差，使转矩提高，此次对磁铁的配置进行了优化。（记者：高野 敦，狩集 浩志）

5525

回复  5525

希望楼主能更进一步介绍日本做的SR电机详细的实验数据。
特别是在
1）额定转速点1200rpm， ...
wxl-sdrj 发表于 2011-1-5 22:35

                               
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    资料不多，抱歉！

ZT：
　　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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另外，有篇老文章可以参考下：

eprints点gla点ac点uk/2842/1/vibration2miller点pdf

5525

一家英国企业网站：
srdrives点com

可以看出，日本人在控制海外SR电机事业。
——————————————————————————————————————————
ZT：

5525

独立商品咨询师、金属行业战略专家Jack Lifton称，普锐斯是“世界上耗费稀土金属最多的产品”。

    他称每部普锐斯发动机需要1公斤钕，每块电池需要10到15公斤镧。而根据丰田的增产计划，这些数字还可能会翻倍。

    丰田计划2009年在美国销售10万辆普锐斯，明年则销售18万辆。公司预计2010年起每年将销售100万辆。
——————————————————————————————
10万辆就是“世界上耗费稀土金属最多的产品”，一亿辆需要几十万吨，比目前产量还大。
所以从成本价格上考虑，无稀土是电动汽车的必须。

lijian613

回复 135# 5525

电动车上电池稀土使用量最大，
你还 无稀土是电动车的必须， 电动车不用电池用什么？
动动脑子再说话行不

5525

回复  5525

电动车上电池稀土使用量最大，
你还 无稀土是电动车的必须， 电动车不用电池用什么？
动 ...
lijian613 发表于 2011-1-7 17:45

                               
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    普锐斯电池用镧，不等于所有电池都用镧，镧和稀土不是电池必须原料，普锐斯的镍氢电池阴极用镧改善性能，
锂电池无须用镧和其他稀土。所以电动车电池不必使用稀土。
不懂就别瞎说，你对电机以外什么都不懂。

lijian613

呵呵，你终于逮到机会了， 可以舒舒服服放开嗓子吼出来 不懂就别瞎说

发动机需要1公斤钕，每块电池需要10到15公斤镧
日本人一台车用几块电池咱不清楚， 就算按两块算， 那电池稀土使用量占绝对比例。
那何必老拿永磁电机说事呢， 你该多贴点日本人怎么搞新型电池的， 搞出来的电池不用稀土，
所以电动车也不必使用稀土，呵呵

wxl-sdrj

回复 134# 5525

支持你对日本在电动汽车发展方向的介绍。
请将更多的资料介绍上来。

wxl-sdrj

希望论坛成为大家交流的地方！
把国内外前沿的东西交流一下，会避免我们在做产品和研究的时候走很多的弯路。
感谢5525的介绍--特别是在后期的几篇文章----不要强调日本工业和科研的水品，以免伤我们国人的信心。
但是，作为中国人当自强！
如何使我们的产品能让用户看得起。
使我们国内的电动汽车配套产品---电池、电机、控制器、增程器、制动器等等，能在电动汽车实现产业化的时候无论在性能、质量、价格等各方面可以与国外好的产品能有一拼！
------------
希望不要再泛泛的说哪一种电机能用在电动汽车上，哪一种不适合，我们应该谈的是：
哪一种电机更适合哪一种汽车？
或哪一种场所？
它有那一些优点，我们来充分利用。
它有那一些缺点？我们如何来解决。
------------
我有两个预测：
1）经过5--15年的努力，进入大批量生产的电动汽车用电机，应该远离了现在通用的工业电机的内部结构和外型；这种电机----（不知道那个时候，是否还能称之为电机）
------它的驱动控制方式肯定是一种有序定向、随机非线性------现在看来非常复杂的控制方式。它的优点：综合利用现有方波、正旋波、开通关断角以及其它波形（准方波、阶梯波、三角波）的优势，实现零位转换和理想化的适宜性转换以完美的适应汽车不同运行状态；这个产品的高效区面积应该是现有永磁同步电机的5倍以上。
但这驱动的核心---仍然受制于日本高速运算工具。
这一点尽管很堵心，但是在高端芯片等技术上都能超过日本还有一段时间。
-------它的主功率元件应该是与电机在一体或紧密直连。
-------电机所用的材料由于产量巨大，完全可以有能力实现现在认为不可能采用的非晶，甚至是高温超导材料---由于这些材料的采用：
-------电机的内部结构必然完全不同于现在的通用产品。
2）日本的零部件厂商近几年会大举投入中国---除了能吃到中国电动汽车产业发展的大蛋糕之外，也会遏制中国相关零部件产业的发展。
这是我们应当重视的！
（此贴是个人的想法，请不要转帖。谢谢！）

5525

对！我支持这个预测，因为现在的什么直流交流同步异步什么的区分，实在太粗略了，机内电流磁场那么紊乱，怎么能用几个概念概括呢！
就得实时测量实时订策略实时控制，这一切必须在芯片内完工，只有逻辑芯片和开关器件二合一的东西才能完成，所以GaN和SiC芯片的意义就在这里。

5525

另外，什么汽车用什么电机，非常对，因为现在汽车使用汽油机、柴油机，还曾经研究过内燃机和煤油机轻重油机，都是各有特点。

简单区分：轮内电机、轮轴电机，舱内电机。轮内电机不能永磁，舱内电机必须永磁（因为效率高）。
个人认为，高级轿车用轮内，低级小车用轮轴，大功率车辆，比如卡车和巴士用舱内。