科尼赛克 David、Quark、Terrier的故事 | 850V 6相SiC逆变器、轴/径向磁通电机、双行星排减速器

文摘   汽车   2024-12-06 06:46   上海  

- 关于Koenigsegg动力系统的解读的"四部曲",第二曲
- 文字原创,Mr.H,共四部分,21000字+
- 本篇为知识星球节选,完整版报告与解读在知识星球发布
- 1000+最新电动汽车动力系统相关的报告与解析已上传知识星球,欢迎学习交流

导语:科尼塞克(Koenigsegg),这家源自瑞典的小型手工超级跑车制造商,是一个融合了艺术与梦想的公司。自创立以来,始终秉持着“打造出全世界最快的汽车”的初心,以匠心独运的设计和极致的性能为核心竞争力。在过去25年的深厚积累之上,造就了诸多"地表最强"的速度艺术品为了完整地了解TA的故事,解密造就这一"地表最强"的原因,通过"四部曲"一起来了解下Koenigsegg的故事。

第一曲:我们会聊聊Koenigsegg Gerema,这款源自瑞典全球限量仅300台的速度艺术品,通过解读Gerema的动力系统的拓扑和特征参数,了解TA如何做到0~100km/h加速1.9秒最高时速400km/h
第二曲:我们会解密Koenigsegg首款自主研发的驱动系统,是如何通过[850V 6相 SIC逆变器] + [混合式轴向-径向磁通电机] + [双行星减速器] 实现了"地表最强"动力输出?他们究竟长什么样子?有什么技术特征?关键指标参数是什么?又带来了什么样的技术优势?
第三曲、第四曲:我们聚焦<混合式轴向-径向磁通电机技术>探讨这一技术方案背后的奥秘,为了搞清楚下面几个问题:
  • 1. 为什么轴向磁通并未在电动汽车中普及?
  • 2. 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好(机理解释、各自优势、对比说明)?
  • 3. 混合式径向-轴向磁通电机有什么样的技术特征?
  • 4. 混合式径向-轴向磁通电机到底好不好?有什么样的挑战需要解决?

今天,我们聚焦第二曲:科尼赛克 David、Quark、Terrier的故事


第一曲

1. 为什么叫Gerema?

2. Gerema,如何做到了"给予更多"?

3. 前/后轴动力系统的技术特征和参数说明

4. Gemera的动力系统特性分析 (知识星球发布)

| SysPro备注:本片节选,完整内容及技术报告在知识星球发布

第二曲

前期回顾:Koenigsegg Gemera动力系统解读

在上一期中,我们通过解读Koenigsegg Gemera的动力系统的拓扑结构,了解Gemera搭载了一套<2.0T三缸双涡轮增压Freevalve发动机+三台电机>的动力系统,实现了综合功率1700HP、综合扭矩3500N·m的强劲输出
图片来源:Koenigsegg

进一步观察Gemera动力系统,发现发动机旁并联布置了了两个混合式轴向-径向磁通电机,并且在每个电机后端分别配置了一个小速比(3.3:1)减速器,为每个后轮提供了372kw峰值功率1000Nm的峰值扭矩

正是这种"强劲电机+小速比"的组合,使Gemera在工作转速范围内都有较宽的扭矩曲线,真正做到了"既强劲有力,又灵活敏捷"据官方数据,从静止加速到100km/h仅需惊人的1.9秒,即使在350km/h的转速下仍然有超过1600Nm的后备力量,而Gemera的最高时速更是可达400km/h!或许,这正是他们对于Gemera设计理念的体现:给予更多。

图片来源:Koenigsegg

那么,Koenigsegg Gemera的动力系统到底有什么样的秘密,实现了这一"地表最强"的表现?今天我们通过观察其电驱动系统,一探究竟!



05

电驱动系统揭秘:David、Quark、Terrier

5.1 David(逆变器)

5.1.1 技术方案总览

Koenigsegg DAVID逆变器采用了先进的SiC技术1,这种材料具有高导电性和高热稳定性,使得逆变器在工作过程中能够保持高效、稳定的性能。此外,DAVID逆变器还配备了6相输出2,这一设计不仅提高了功率转换效率,还使得逆变器在应对复杂工况时表现出色。在结构设计上,DAVID逆变器展现出了Koenigsegg对细节和品质的极致追求,其重量轻、体积小3的特点,使得逆变器在安装和使用过程中更加便捷,如下图所示。

图片来源:Koenigsegg

5.1.2 指标参数

性能参数:从上面介绍我们了解,Koenigsegg DAVID逆变器为六相交流电力系统,因此在满功率状态下,David能够在850VDC电压下输出高达1300Arms的交流电流,提供高达750kW的功率输出,满足各种高性能应用的需求。
结构参数:在体积和重量方面,DAVID逆变器同样展现出了其卓越的设计水平,逆变器的体积仅为约10升,重量约为15kg。

图片来源:Koenigsegg

5.1.3 技术优势分析 (知识星球发布)...

图片来源:Koenigsegg

| SysPro讲故事:David的故事

在古代以色列,非利士人与以色列人交战。非利士人的首席战士歌利亚(Goliath)身材高大,力大无穷,他每日出阵挑战以色列军队,嘲笑并威胁他们。以色列军队包括国王扫罗(Saul)在内的所有人都对歌利亚感到恐惧,无人敢应战。
这时,年轻的牧童大卫(David)出现了。他带着牧羊时所用的弹弓和石子,勇敢地接受了挑战。尽管大卫在体型和装备上都远远不如歌利亚,但他凭借着自己的智慧和勇气,以及上帝的庇佑,成功地用弹弓击中了歌利亚的额头,将其击倒并割下了他的首级。这一壮举不仅为以色列军队带来了胜利,也使得大卫日后成为了著名的以色列国王大卫王。

可以猜测,将逆变器命名为David,Koenigsegg是希望借此传达出逆变器具有像David一样的勇气、智慧和以弱胜强的能力,能够在面对各种挑战时都表现出色。同时,这也可能是一种对技术创新和不断超越的精神的象征。

5.2 Quark (混合式轴向-径向磁通电机)

5.2.1 技术方案总览

Quark电动机的最大亮点在于其新颖的混合式轴向-径向磁通拓扑(Raxial Flux Topology)设计。这种设计将径向磁流和轴向磁流的优势相结合,利用径向(功率密集)和轴向(扭矩密集)磁通拓扑的特征1,使得Quark在扭矩、功率和重量之间取得了最佳的平衡(传统的电动机往往只能在这三者之间做出妥协,而Quark的出现打破了这一局限)。
此外,Quark还采用了30mm直径的钢制滚珠轴承2,这种轴承能够承受高达250kW的功率输出,确保了电动机在高速运转时的稳定性和可靠性。同时,Quark的转子采用了Koenigsegg著名的Aircore®空心碳纤维技术3,这种技术不仅减轻了电动机的重量,还提高了散热效率,使得Quark在长时间高负荷运转时依然能够保持出色的性能。

图片来源:Koenigsegg


5.2.2 指标参数

性能参数:从指标参数来看,Quark电动机的表现同样令人瞩目。其最大扭矩输出达到了600Nm,能够轻松应对各种高负荷工况,提供强劲的动力支持。而功率输出则高达250kW,使得Quark在电动汽车、航空航天以及VTOL(垂直起降)等领域都具有广泛的应用前景。以下为其特征曲线:

图片来源:Koenigsegg

结构参数:值得一提的是,尽管Quark拥有如此强大的性能,但其重量却控制在了30kg以内(在不包含额外传动线功能的情况下,甚至可以降低到28.5kg以下)。这一重量水平对于电动汽车和航空航天领域来说,无疑是一个巨大的优势,因为它可以显著降低整车的重量,提高能源利用效率。

图片来源:Koenigsegg


5.2.3 技术优势分析 (知识星球发布)...

图片来源:Koenigsegg

| SysPro讲故事:Quark的故事

一位名叫亚历克斯的年轻工程师,对电磁学有着近乎痴迷的热爱。在无数个日夜中,亚历克斯沉浸在电动机的研发中,他梦想着创造一种能够完美融合高效能与环保理念的驱动系统,让超级跑车在风驰电掣间也能与大自然和谐共存。

在一次深夜的沉思中,亚历克斯的思绪飘向了宇宙的深处,他联想到了构成物质世界最基本单元之一的“夸克”。夸克,这个在微观世界中无处不在,却又神秘莫测的基本粒子,不仅参与着宇宙间四种基本力的相互作用,还蕴藏着无尽的能量与可能性。

亚历克斯意识到,他所追求的电动机,不正是要在宏观世界中实现这种微观粒子的能量转换与传递吗?TA要像夸克一样,虽小却蕴含着巨大的力量,既要能精准地调控电能的流动,又要能在瞬间爆发出惊人的驱动力。

Quark,作为基本力的粒子,不仅象征着电机世界中电磁转换和能量传递的全面性和高效性,更是寄托了Koenigsegg对电动机性能极致的追求和科技创新的执着。


5.3 Terrier(驱动系统)
5.3.1 技术方案总览
Terrier驱动系统的核心在于其独特的"1个David+2个Quark+2个行星减速器"配置。这一配置将两个驱动单元(Quar)与一个逆变器(David)以及行星齿轮箱相结合,形成了具有强大扭矩矢量分配能力的驱动系统。其中最为关键的是David的6相逆变系统,将直流端能量分别供给两个Quark驱动单元,从而实现了电力的高效利用和扭矩的精确控制。

此外,Terrier驱动系统还采用了轻量化设计和高度集成的组件,使得整个系统的重量和尺寸都得到了极大的降低。这不仅提高了电动汽车的能效和续航能力,还为其在赛车和航空航天等高端领域的应用提供了可能。

图片来源:Koenigsegg


5.3.2 指标参数
从指标参数来看,Terrier驱动系统的峰值功率输出达到了2x250kW,即500kW的总功率,这足以满足大多数高性能电动汽车的需求。同时,峰值扭矩也高达2x550Nm,即1100Nm的总扭矩,为电动汽车提供了强劲的动力支持。

图片来源:Koenigsegg

值得注意的是,Terrier驱动系统还具备扭矩矢量分配功能,能够根据车辆的行驶状态和驾驶员的意图,精确调整左右车轮之间的扭矩分配,从而提高了车辆的操控性和稳定性。

图片来源:Koenigsegg

5.3.3 技术优势分析 (知识星球发布)...

图片来源:Koenigsegg

第三曲

6. 一文读懂轴向磁通电机的所有故事
6.1 为什么并非所有电动汽车电机都是轴向磁通?
6.2 轴向磁通电机的挑战
  • 6.2.1 设计挑战
  • 6.2.2 制造挑战
  • 6.2.3 热管理挑战 (知识星球发布)
6.3 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好?  (知识星球发布)
  • 6.3.1 轴向磁通量与径向磁通量 (知识星球发布)

  • 6.3.2 为什么轴向磁通可以大幅提升电机性能? (知识星球发布)

    • 6.3.2.1 无定子轭部带来的优势
    • 6.3.2.2 绕组拓扑带来的优势
    • 6.3.2.3 磁路上的优势

第四曲
7. 混合式轴向-径向磁通电机的技术揭秘
7.1 轴向磁通 vs. 径向磁通
7.2 混合式轴向-径向磁通电机,"混"在哪里?
7.3 混合式轴向-径向磁通电机的本质 (知识星球发布)
7.4 混合式轴向-径向磁通电机仿真示例与特征说明  (知识星球发布)
  • 7.4.1 磁通密度的分布
  • 7.4.2 反电动势(Back EMF)性能
  • 7.4.3 轴向力分析 
  • 7.4.4 齿槽转矩 
  • 7.4.5 磁通密度与扭矩容量  
7.5 总结


以上是关于科尼赛克"地表最强"动力系统揭秘"四部曲"之第二曲:Gemera的故事,以及其动力系统的特性和方案解读(节选)完整版解读在知识星球 [SysPro|国际峰会报告解读] 专栏发布,欢迎查阅。
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