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本帖最后由 futurecar 于 2012-4-13 21:38 编辑
新款普锐斯致胜的奥秘(三):电机的单脉冲驱动区域增大以及停用两种昂贵材料
2009/08/26 00:00
电机的单脉冲驱动区域增大
对于电机,第三代普锐斯通过考察线圈的缠绕方式和压缩成形技术,把线圈端部(线圈中定子横向突出的部分)的单线长度缩短了20%。把磁钢片的厚度从第二代的0.35mm缩小到0.3mm,降低了涡流造成的铁损。通过这一改进,电机的重量减轻了35%,体积缩小了40%,总长度缩短了30%(图6)。
图6:电机左侧为第二代,右侧为第三代。扭矩从400N·m降低到207N·m,实现了小型化。(点击放大)
使用逆变器控制电机时,低速区使用PWM(Pulse Width Modulation)开关方式,高速区使用单脉冲开关方式,两者的中间区域使用过调制PWM开关方式。使用单脉冲开关时,当输入矩形波后,电机线圈的电感会延缓电流的上升沿,得到近似于正弦波的波形。过调制PWM开关则介于PWM与单脉冲开关之间,可以利用3个矩形波形成正弦波。
单脉冲的开关次数较少,因此损失较小。但无法得到PWM水平的扭矩响应,所以难以实现精密控制。PWM则与之相反,虽然损失较大,但响应速度较快。
第三代普锐斯的电机大幅扩大了单脉冲开关的区域 3)。通过在发动机起动时切换为PWM,并事先把工作电压提高至最高的650V,抑制了起动时的第一次爆震。
而对于发电机,线圈的缠绕方式从过去的分布缠绕改为了集中缠绕。因此,线圈端缩短了30%,减少了铜损(图7)。集中缠绕可以缩短线圈端,而且生产性好,是现代电机经常采用的“首选”方式,但齿槽效应方面存在难点。因此,第三代普锐斯采用了发电机方为集中缠绕,电机方则为分布缠绕的做法。
停用两种昂贵材料
掌管混合动力系统的PCU(功率控制单元)由于大功率所以采用了水冷方式。第二代中各自独立的电机及发电机用IPM(Intelligent Power Module)和升压用IPM在第三代中合二为一(图8)。部件数量和螺栓数量分别减少了23%和34%。组装的自动化率也从0%提高到了82%。
图7:发电机第三代采用分布缠绕,重量减少了36%,体积减少了37%。(点击放大)
图8:第三代的PCU ECU、逆变器、升压转换器、DC-DC转换器全部内置。(点击放大)
对小型化、低价格化的实现起作用的是散热方式的改变。与第二代相比,第三代降低了热阻,把散热机构的体积缩小到了第二代的1/3。散热器为丰田自动织机在昭和电工的协助下开发出来的。 |
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