日本电动汽车马达进展

laplace

非常好的资料，如果能编辑成pdf文档就好了。方便下载收藏！

wgxef

差距不是一点点~

二郎神27

很好的文章，前几天工厂有人发给我门学习过，没想到出自这里……

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日本产综研开发出不使用Dy的Sm-Fe-N磁铁，保持Nd磁铁的8成矫顽力

2011/08/03 00:00
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　　日本产业技术综合研究所的永续材料研究部门开发出了以90％以上的相对密度烧结不含Dy（镝）的Sm-Fe-N（钐-铁-氮）类磁铁粉末的技术（图1）。

                               
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图1：开发出的Sm-Fe-N类磁铁
将两块直径15mm、厚6mm的烧结磁铁重叠，凭借磁力可吸附30个约4g的铁珠。

　　广泛应用于EV（电动汽车）马达等的Nd-Fe-B（钕-铁-硼）类磁铁中添加的Dy已成为一大问题。由于地壳中储量少且可开采地区有限，因此进口价格高企。

　　Sm-Fe-N类磁铁粉末是特性仅次于Nd-Fe-B类磁铁的磁铁材料，作为不使用Dy的高性能磁铁材料而备受期待。但是，虽然作为磁铁粉末的特性高，但如果在500 ℃以上的高温下烧结，就会失去磁铁的特性，因此利用普通的烧结方法，无法制造出特性优良的烧结磁铁。所以目前的产品只有用树脂等来粘合磁铁粉末的粘结磁铁。

　　产综研一直在开发烧结Sm-Fe-N类磁铁粉末的技术，但以前的技术无法提高密度，最大磁能积不足100kJ/m3。

　　此次，产综研利用向模具通入电流脉冲的方法在400 ℃左右的低温下烧结制造出了Sm-Fe-N类磁铁粉末（图2）。当向模具和粉末中通入电流时，会因电阻而发热，这样就可比从外部加热器导热用更短的时间提高温度。另外，通过使用脉冲电流能够引起集肤效应，可在不提高内部温度的前提下促进粉末界面的结合。从而能够防止结晶构造的变化，实现不降低原有粉末特性的烧结工艺。

                               
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图2：脉冲通电烧结法
用伺服冲压机加压，同时通入脉冲电流。

为了通过程序控制烧结过程中加载的负荷，产综研采用了伺服冲压机。另外，通过在模具上采用超硬合金，施加大负荷，提高了相对密度。通过这些措施，得以在低温下制成了致密的烧结体。

　　此次使用了日本大同特殊钢生产的各向同性Sm-Fe-N类磁铁粉末，在保留时间1分钟内，制成了相对密度高达90％以上的烧结磁铁。制成的磁铁的特性为：剩磁通密度0.91T、矫顽力770kA/m、最大磁能积129kJ/m3。

　　上述特性分别相当于Nd-Fe-B磁铁普遍公认数字的约7成、8成、4成，作为单纯的替代品还有些勉强，而且还存在着Sm也是稀缺资源的问题。Sm-Fe-N可以被作为当Dy价格上涨或难以采购到时的备用品。 （记者：浜田基彦）


■日文原文：パルス通電により低温で焼結，Dyを使わず、Nd磁石の8割の保磁力

qshzhou

看之后很受启发

wgxef

谢谢楼主分享，技术在线是个好网站。

feief123

回复 50# wgxef

拷了那么多，都有点不好意思了！谢谢---

yewenting

这些资料很宝贵，好好学习阿

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　　日本航空电子工业开发出了测量混合动力车（HEV）和电动汽车（EV）驱动马达转子旋转角度的旋转变压器，并在“CEATEC JAPAN 2011”上进行了展示（参阅本站报道，图1）。其特点是，即使安装转子时产生的偏心高达400μm左右，角度误差也只有±1.5～2度。普通旋转变压器如果偏心为400μm左右，则角度误差会升至8～10度。而新产品即使转子的安装位置多少有些偏差，仍能获得目标精度，使其在生产线上的安装变得简单。该产品将配备于本田“思域”HEV款和SIM-Drive开发的EV“SIM-LEI”的驱动马达上。

　　此次开发的旋转变压器由装载了16个线圈的外侧定子（起动器）（图2）、由硅钢板制成的内侧转子及将输出信号转换成角度的R/D转换器构成。将旋转变压器的定子和转子分别安装在马达的定子和转子上使用。

　　为了减小由偏心造成的角度误差，在定子圆周上对称配置了绕线方向相同的线圈。线圈上重叠缠绕了励磁输入电流电线和输出电流电线。输出电流电线的绕线方向与相邻线圈相反，使得输出电流的相位偏移90度。输出电流的相位如果不偏移，角度就不会固定（如不知是45度还是135度）。开发品每180度设置了对称的同向绕线线圈。具体为，每22.5度设置一个线圈，共设置16个线圈。即使因偏心造成转子和定子的间隙出现偏差，也能通过与其相反一侧线圈的输出电流进行比较调整，从而减小角度误差。

　　转子形状的调整也对减小角度误差起到了有益作用。旋转变压器的转子不是规则的圆形，而是每隔一定周期设有峰谷。当定子与转子间隙的距离相应于峰谷的位置而改变时，输出电流就会周期性改变，因而能够检测出角度。开发品属于4X型，每90度设有1个，共计设有4个峰谷，转子转动一周，可输出4个周期。据介绍，此次除转子每隔90度的大峰谷外，还增加了小的峰谷。通过设置小的峰谷来抑制与输出电流重叠的谐波成分变化，从而使角度误差减小。 （记者：清水 直茂，《日经汽车技术》）

                               
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图1：日本航空电子工业开发的HEV/EV哟用旋转变压器（点击放大）

                               
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图2：设在定子上的线圈（点击放大）

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“逆变器和控制器部也与马达一体化”，罗姆和安川电机试制EV马达行驶系统
2011/10/13 00:00
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展示场景。右为此次的试制品。左为采用Si功率元件的EV行驶系统（点击放大）

                               
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线圈切换部、逆变器部以及配备栅极驱动IC和MCU等的控制器部三部分与马达结为一体的试制品（点击放大）

　　罗姆展出了与安川电机共同试制的电动汽车（EV）行驶系统。该系统由行驶马达及其驱动部构成。特点是，在驱动部采用罗姆的SiC功率元件，使驱动部与马达实现了一体化。采用Si功率元件时，马达与驱动部是分别独立的。由于SiC功率元件可较Si功率元件降低电力损耗，且能在200℃以上的高温下工作，因此能使驱动部小型化，还能使之与在高温下工作的马达一体化。

　　试制的EV行驶系统以安川电机已经投产的电动汽车行驶系统“QMET”为基础（参阅本站报道1）。由于采用了SiC功率元件，因此称为“SiC-QMET”。SiC功率元件使用罗姆开发的沟道型MOSFET和肖特基势垒二极管（SBD）。QMET采用了相应于马达转速切换线圈的技术，同时提高了全速区域的输出性能和效率。

　　罗姆和安川电机采用SiC功率元件的QMET已经试制完成，并在数个展会上展出（参阅本站报道2）。此次试制品与原试制品的不同之处在于与马达一体化的驱动部。此次的试制品对线圈切换部、逆变器部以及配备栅极驱动IC和MCU等的控制器等三部分与马达实行了一体化。而原来的试制品与马达一体化的只有线圈切换部。

　　之所以首先从线圈切换部开始与马达一体化，是因为马达和线圈切换部的连接线缆根数多。通过一体化，可以相应节省线缆占用的空间。之后才着手了逆变器部的一体化。（记者：根津 祯，《日经电子》）

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LEAF采用的马达是与丰田和本田应用于混合动力车（HEV）的马达同样的永久磁铁嵌入式同步马达（图4）

　　为了提高效率，LEAF的马达把转子和定子之间的间隔（间隙）设置为了与丰田“普锐斯”等基本相同的0.5mm左右。

　　除了缩小间隙外，效率提高的关键做法还有减少了电磁钢板和磁铁中产生的涡电流。涡电流除了会造成电力损失之外，还会产生热，会增加马达和逆变器冷却时所需的能量，同时还会增大系统成本。为了减少涡电流，LEAF的电磁钢板采用了厚度仅为0.3mm的薄型产品。另外，还通过把每个磁极使用的磁铁分为多个小磁铁的做法抑制了涡电流的产生。

                               
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罗西门

图片看不见啊

402909230

真的是一个借鉴的好东西，希望我们也能够设计出这样的电动机，是中国的电动汽车占领国际舞台。

ziluolee

这样的好贴，不顶不厚道！！！

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【新一代磁材料】（上）低铁损、高磁通密度的软磁性材料，可节约相当于7座火力发电站的电力

2011/11/15 00:00
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　　马达及变压器等处理强磁的装置要求采用可通过大磁通密度的材料。而此前的材料存在磁场变化所产生的电损失（铁损）较大的缺点。日本东北大学教授牧野彰宏等开发出的材料具备高饱和磁通密度和低铁损等超出以往常识的特性。如果在日本的所有马达及变压器上均使用这种材料，可节约相当于7座火力发电站的电力。

　　由日本东北大学开发并于2010年7月发表的“低损失高磁通密度纳米结晶软磁性材料*”，通过调整以往纳米结晶材料的成分，获得了可实现低铁损*和高饱和磁通密度*的特性。通过同时实现低铁损和高饱和磁通密度，有望在大功率设备上发挥出色的节能效果。

*软磁性材料＝顽磁力小，导磁率大的磁性材料。
*铁损＝在磁性材料周围卷绕线圈，并在线圈中流过交流电流，使磁性材料磁化时消耗的电能。
*饱和磁通密度＝材料可通过的极限磁通量。即使以超过这一数值的磁通密度施加磁场，也无法获得饱和磁通密度值以上的磁通量。

　　该材料按重量比含铁93～94％。在构造上，10nm左右的α铁（α-Fe）粒子周围具有非磁性层（图1）。非磁性层的成分使用硅（Si）、硼（B）、磷（P）、铜（Cu）等普通元素，不含稀有金属，因此受材料价格高涨的影响较小。

                               
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图1：实现低铁损和高饱和磁通密度的纳米结晶材料
采用以P及Cu等的合金的非晶包围10nm左右的α-Fe结晶的构造。可从非晶状态下通过热处理器来制造。

　　虽然目前仅处于能够制造评测材料的状态，但为了开发出在大型马达上也可使用的材料，日本东北大学正在与企业共同推进研究。

打破软磁性材料的常识

　　铁损低而饱和磁通密度高的材料尽管一直有市场需求，但长期以来未能实现。原因是软磁性材料的开发中铁损与饱和磁通密度是相关的要素（图2）。减小铁损，饱和磁通密度就会下降，而提高饱和磁通密度，铁损又会变大。

                               
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图2：软磁性材料的特性
导磁率越高，铁损就越低。不过，越是提高导磁率，饱和磁通密度变会变得越低，因此低铁损与高饱和磁通密度无法同时实现。此次开发的纳米结晶材料打破了这一常识，同时实现了高导磁率和高饱和磁通密度。

　　比如，在铁损低且导磁率高的软磁性材料中，铁氧化物类的铁氧体、钴（Co）基非晶合金或镍铁合金（Ni-Fe）等广为人知，但与饱和磁通密度极高的纯铁相比，这些材料的饱和磁通密度总的来说都在数分之一左右。而饱和磁通密度高的Fe及硅钢与导磁率高的Co基非晶合金等比较，导磁率要小1位数以上。

　　此次的纳米结晶材料在拥有与以往高导磁率材料相当的低铁损的同时，还拥有与硅钢相当的高磁通饱和密度，具有颠覆以往常识的性能，具有划时代的意义。

总耗电量的3.4％为铁损

　　以低铁损实现高磁通密度的此次材料有望在需要强磁场的用途中大展拳脚。其中，尤其有望做出大贡献的是在输电网用大电流变压器及马达上的利用。这是因为，如果能够在电压器及马达上使用此次的纳米结晶材料，便可通过减少铁损，实现节能。

　　在电压器及马达的线圈内侧设置的芯材要求能够通过1.5T左右的磁通密度。这一用途一般使用硅钢。如果在该硅钢与此次的纳米结晶材料之间比较以50Hz周期通过1.5T磁通密度时的铁损，此次的材料能够实现减少一位数或仅为数分之一的小数值（图3）。

　　在总用电量中占有比例的变压器及马达的铁损一般占日本国内总耗电量的3.4％，这一数量每年高达335亿kWh之多（图4）。如果能够将变压器及马达中的硅钢全部换成此次的材料，便可在同样的使用条件下，将电力损失量减少72％，降至96亿kWh。其效果相当于7座火力发电站的发电量。今后通过改进优化材料，还有望将铁损进一步减至一半以下，降低为40亿kWh。

                               
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图3：铁损少的纳米结晶材料
注意一下1.5T以上部分的话，此次开发的纳米结晶材料即使与铁损少的硅钢相比，铁损只有其一半左右。

                               
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图4：铁损造成的电力损失
整个日本每年有335亿kWh的铁损（JFE 21世纪财团调查）。如果此次的纳米结晶材料能够应用于所有马达及变压器，便可节约相当于7座火力发电站的电力。

通过构造改进推进软磁性化

　　下面来谈一下以往的软磁性材料中为何低铁损（高导磁率）与高饱和磁通密度成为相反的要素，以及东北大学是如何利用新材料来解决这一问题的。

　　首先，要想实现低铁损或高导磁率，必须使磁各向异性*和磁应变*极小化。而高饱和磁通密度方面，最好在材料中高浓度含有饱和磁通密度大的Fe元素。不过，纯铁本身具有很大的磁各向异性和负的磁应变，因此导磁率较低（表1）。

                               
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*磁各向异性＝是指磁化方向不同，磁化强度各异的性质。
*磁应变＝是指使磁性体的磁化强度变化的话，材料的形状等也会变化的现象。

　　从1900年前后开始研究的初期软磁性材料为了减小Fe的磁各向异性和磁应变，采用的是添加与Fe不同的金属，减弱Fe要素的方法（图5）。不过，添加其他金属原子，减小Fe浓度的话，就会发生电荷迁移，引起比添加金属的比例更大的Fe磁化下降。结果导致原本有2.2T的纯铁的饱和磁通密度受到极大损失。

                               
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图5：软磁性材料的进步
初期的软磁性材料通过合金化尝试降低磁各向异性和磁应变。从1970年代起开始使用通过改变原子的排列构造来实现软磁性化的技术。

　　1970年代非晶*研究兴起。有人曾尝试使原子形成非结晶的非平衡状态，也就是以几何学方式打乱Fe原子的位置，由此来降低Fe的磁各向异性和磁应变。这样一来，尽管仍残留有磁应变，但基本消除了磁各向异性。

*非晶＝是指在原子排列上不像结晶那样有规则性，而是无秩序的材料。

　　不过，纯铁的非晶化以现有的技术无法实现，要想制造出非晶材料，必须按原子比例添加20％左右的其他金属元素。这最终会导致Fe的高饱和磁通密度减弱。如果做相同减弱的话，与金属相比半金属的电荷迁移更小，不会使Fe的磁化大幅降低。因此选择Si及B等半金属进行混合。

　　1988年，也在此次的材料中采用的纳米结晶被开发出来。纳米结晶拥有在α-Fe周围包围有非晶的构造。通过使用液体淬火法形成非晶后进行加热的方法来制造。该材料几乎没有磁应变及磁各向异性，实现了高导磁率，而且与原来的结晶材料及非晶材料相比拥有更高的饱和磁通密度。（特约撰稿人：牧野 彰宏，日本东北大学金属材料研究所教授）

作者简介：牧野彰宏
工学博士。1980年在日本东北大学研究生院毕业后进入阿尔卑斯电气。在担任该公司中央研究所副所长后，1999年起成为日本秋田县立大学系统科学技术部教授。2005年起任日本东北大学金属材料研究所金属玻璃综合研究中心教授。1992年和1995年因“高Bs纳米结晶磁性合金研发项目”获得日本金属学会论文奖及该技术开发奖，并且2000年还因“非平衡相磁性材料及其应用项目”获得日本金属学会本金属学会成就奖。

■日文原文：低鉄損·高磁束密度の新軟磁性材，火力発電所7基分の省エネも可能

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日本非稀土材料，已经超越了大多数国家，非常便宜又有效，竞争力太强大了。

中国的稀土保护政策，搬起石头砸了国产电机行业的脚。

nafic

想看看图片，文字太长了

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NSK展示可改变减速比的轮内马达

2011/12/15 00:00

                               
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图1：NSK展示的轮毂马达。2个11kW的马达并列（点击放大）

                               
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图2：（a）在低速模式下，单向离合器锁定。（b）在高速模式下，整体协同转动（点击放大）

　　日本精工（NSK）在“第42届东京车展2011”上展出了将2个11kW的马达、2组行星齿轮机构（以下简称行星齿轮）以及单向离合器组合使用的“轮毂马达”。该产品主要用作EV（电动汽车）的轮内马达。特点是车轮转数较低时也可将马达转数保持在高水平，可从扭矩较小的马达获得较大的起动扭矩。

　　马达的起动扭矩较大，因此与发动机不同无需变速箱，这是一个定论。不过，由于起动扭矩和高速旋转扭矩无法兼顾，如果组合使用变速箱的话，马达输出功率较小也无妨。NSK认为，如果变速箱和小型马达组合使用后的大小、重量和价格，低于只是减速器和大型马达组合使用时的大小、重量和价格，那么用户就能够采用变速箱。

　　NSK基于上述考虑开发出了马达变速箱组件“轮毂马达”。由于是轮内，因此没有空间收纳通常使用的双轴两级变速箱。NSK决定采用2个马达，通过改变两者的转动方向来改变输出轴的转数。大小则可收纳在16英寸的车轮中。

　　行星齿轮的外侧（车轮侧=图中左侧）是双小齿轮，内侧（轮毂侧=图中右侧）是单小齿轮。2组行星齿轮的内侧排列着2个马达，内侧马达转动2组行星齿轮的恒星齿轮。外侧马达转动内侧行星齿轮的内齿轮和外侧行星齿轮架。内侧行星齿轮架经由单向离合器与外壳连接。外侧行星齿轮的内齿轮转动车轮。

　　在高速模式下，按照相同方向和相同转数来转动内侧和外侧两个马达。内外行星齿轮的各个要素相对不动，整体协同转动。

　　如果车轮转数下降，就将内侧马达的转动方向反过来，从而切换为低速模式。单向离合器锁定后，内侧齿轮架停止运转。旋转力按照外侧齿轮的恒星齿轮→外侧行星齿轮架→内侧行星齿轮内齿轮的方式循环。由此可将马达转数保持在高水平状态，同时降低车轮的转数。（记者：浜田 基彦，《日经汽车技术》）

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图片咋看不到啊---第一和第二页的

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    图片挂了，以后 修补。