双转子电机

汽车   2024-10-02 00:02   内蒙古  

7月18日,宝马宣布正与DeepDrive公司合作,共同测试一款集成了双转子技术的新型电动机。

DeepDrive开发的双转子电机是一种新结构电机,核心理念是更小的尺寸和更低的成本,未来将搭载在宝马的新车上。

DeepDrive公司总部位于慕尼黑,是一家初创公司,得到了宝马的风险投资,从2021年双方开始合作。

在宝马的支持下,DeepDrive的双转子电机已经进入路试阶段。

1、双转子径向磁通电机

(1)总体概念

  • 简化定子结构,增加第二转子磁路

  • 提高磁场利用率

(2)优势
  • 给定电流下更高的扭矩输出
  • 定子轭部铁损减小-有利于提高驱动效率

(3)挑战

  • 从定子到壳体的扭矩传递

  • 绕组的冷却

2、DeepDrive关于双转子电机的解决方案

(1)扁铜线方案

  • 两侧激光焊接

  • 高扭转刚度

  • 分布式波浪绕组

(2)斜槽设计

  • 每根导线有一个插槽

  • 分离式内环+外环

  • 冲压工艺

(3)定子支撑骨架

  • 将扭矩传递到壳体

  • 确保端部绕组的冷却

  • 铝制

自支撑、扭转刚性绕组将扭矩传递到电机轴向端部

3、转子

(1)钢制转子

  • 谐波含量极小的分布式绕组→低铁损

  • 低合金钢,具有良好磁化性能的结构钢

(2)制造工艺简单

  • 板材拉伸成型工艺

  • 可使用管材成型

(3)表贴式磁铁

  • 高扭矩和功率密度

  • 高速工况可采用CFR套筒方案

4、电磁优势

(1)扭矩和功率输出

  • 在相同的尺寸和磁钢质量下,扭矩提高了30%

  • 在整个速度范围内输出功率高

(2)极小的定子轭部-减小铁损

  • WLTP工况的铁损减少了约30%

  • 在相同的扭矩输出下,铜损耗更低

(3)出色的NVH性能

  • 整个运行期间<0.5%的转矩脉动

  • 无临界径向力激励

(4)绕组中的交流损耗非常小

  • 相邻导体无邻近效应

  • 可以使用非常大的导体,而不会产生过多的交流损耗

5、材料成本和制造优势

(1)定子

  • 冲压工艺

  • 下脚料减少90%

(2)转子

  • 拉伸成型工艺

  • 低碳合金钢

(3)绕组

  • 无折弯成型

  • 每槽单根导线

(4)磁钢

  • 尽量减少材料使用

  • 不含昂贵的镝和铽

通过降低材料成本和生产成本,双转子电机具有巨大的成本潜力

6、双转子电机的应用:轮毂电机

  • 1200Nm~2600Nm/车轮

  • 100kW~200kW/车轮

  • 最高循环效率(范围增加20%)

  • 集成制动器

  • 适用于19-23英寸轮辋

7、双转子电机的应用:中央驱动
  • 2500Nm~4500Nm/轮端

  • 200kW~400kW/轮端

  • WLTP工况和整车高速工况

  • 电驱动系统成本低

  • 重量和空间要求低

8、双转子中央电驱动+带锥齿轮差速器的平行轴两挡变速器

  • 额定电压:650VDC

  • 扭矩(峰值/额定):430Nm/210Nm

  • 功率(峰值/额定):300kW/150kW

  • 峰值转速:14000rpm

  • 总成外径:255mm

  • 运动部件重量:22kg

  • 磁钢重量:1.05kg

  • 铁芯重量:8kg

  • 重量:78kg

  • 减速器速比6~9

  • 3轴、6轴承

  • 与传统PSM相比,材料成本降低了50%

  • 与不同的变速箱解决方案兼容

  • 轻巧紧凑,集成逆变器

  • 可选配集成驻车制动器

9、效率map

(1)包括逆变器在内的峰值效率>97.5%

(2)WLTP和整车高速工况与高效区吻合

(3)机器+逆变器的预计循环损耗

  • C段车辆1.0 kWh/100km

  • D段车辆1.3 kWh/100km

(4)非常低的拖曳损失,有利于全轮驱动应用
  • WLTP中<0.2 kWh/100km拖曳损失
  • 即使不断开离合器,也不会对行程产生影响

10、峰值和连续性能测量

测得1500Nm峰值扭矩、720Nm连续扭矩;峰值功率为120kW,实测连续功率为80kW

11、效率测试(eDrive motor+inverter)

从测量到模拟的效率偏差为0.3%,对循环损失的影响很小(+0.13kWh/100km)

12、WLTP损失分析

13、小结

效率仍然是点驱动系统的主要技术指标。

所提出的双转子径向磁通拓扑结构将高效率与低材料成本相结合。

双转子轮毂或中央电机是当今最有效的电力推进系统,可将车辆续航里程提高20%以上。

不同类型的变速箱可以轻松集成到紧凑的车辆设计空间中。

通过即将推出的逆变器技术(如GaN/vGaN)进一步提高系统效率。

本文校对:庞瑞超


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