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本田专为紧凑型汽车而生,其新的Fit混合动力电动机技术介绍gyn

来源|本田,2020年秋季汽车技术学术演讲

资料来源|新能源汽车宅基地

本田第四代新飞度(Fit)的混合动力车型使用称为"e:HEV"的双电机混合动力系统,该系统在大多数日常驾驶场景中均使用电动机。

新的Fit配备了最初用于中型汽车的双电动机混合动力系统,电动机线圈的绝缘涂层由PI材料制成。通过改善磁路的转矩特性,消除铁芯铆钉,改变电磁钢分割的方向以及改进电流控制方法,电动机损耗减少了14%,从而实现了小型化。

e:HEV系统简介

本田在第三代发布的第三代适合(参数|图片)混合动力系统是单电机系统(i-DCD),但第4个2020年2月投放市场。新Fit混合动力车型所使用的系统基于Accel(参数|图片),Insight(参数|图片)和其他支持双电动机系统(i-MMD)的中型车辆,从(系统名称"e:HEV")升级。

动力单元是1.5升阿特金森循环DOHCi-VTEC发动机和双电机混合动力系统的组合。包括配件,尺寸是相对于原装的中型车辆的双电动机混合动力系统在水平和垂直方向上都缩短了20%以上。

混合动力变速器中内置的发动机(左)和混合动力变速器(右)/驱动电机(左)和发电机(右)

e:HEV是配有发电机(发电机)和驱动电机(牵引电机)。驱动马达直接连接到驱动轴,并负责在制动过程中产生驱动力和回收能量。发电机负责为电池充电并为驱动电机供电。

e:HEV系统的驾驶模式包括以下3种类型:

1。EV驱动模式,其中电池驱动驱动电机。

2。在发动机的最高效率区域内驱动发电机,给电池充电,并使用混合动力驱动模式来驱动驱动马达。

3。使用引擎动昌昭股票网力进行驱动的引擎驱动模式。

e:HEV系统的驱动方式

驱动电动机的升级

为紧凑型汽车配备双电动机混合动力系统,需要缩短横向宽度,减小电机尺寸。同时,扭矩的减小和热容量的减小将导致温度升高。为了防止对驾驶性能的限制,有必要整体上减少损失。另外,有必要在纯电动行驶期间改善NVH性能。

在电动机规格方面,与还配备了i-MMD双电动机混合动力系统的AccordHybrid相比,其最大输出功率从135kW降低至80kW,最大扭矩为从315Nm减少到253Nm。

新版和新版的比较驱动电动机的旧设计

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i-MMD电动机和发电机的定子的外径为268mm,线圈端的高度为21mm,因此应通过相同的制造方法生产

定子铁心的厚度从61.5mm减小到55.5mm,减小了约10%。为了确保减小热容时的扭矩,

1。通过调节转子磁路中电磁钢的位置并减小肋的宽度,增加转矩常数(在相同电流下可获得更多转矩)。

2。使用相对介电常数较低的绝缘涂层来减小电磁线的涂层厚度,从而增加导体的截面积并减小铜损。

3。消除定子叠片铆钉,改变转子磁体的方向,以减少涡流并减少高速区域的损耗。

4。除传统的电机PWM控制外,还采用单脉冲控制方法。该控制是在谐振频带之外进行的,同时考虑到损耗的减少以及振动和噪声。

驱动电机的外观

磁路形状

与新型Fit匹配的e:HEV系统的电动机定子外径与双电动机混合动力系统i-MMD相同,但铁芯厚度和磁路形状不同。

为了在确保扭矩的同时减小电流,设计了磁路,方法是调整磁体位置并减小肋宽度,以形成高扭矩特性并提高扭矩常数。

仔细观察新旧磁路((左下))如果进行更改,您会发现转子磁铁附近的间隙(磁通屏障)具有可承受离心力的磁肋。e。

新旧磁路形状的比较/转矩与电流之间的关系

当转子高速旋转时,电磁钢与靠近外径的磁芯之间的离心力会增加,为防止变形,应设置磁肋。。尽管为了确保强度需要一定的宽度,但形成了磁路,因此有必要将其减薄,如果磁肋的宽度变窄,应力会增加,但是可以通过调节左侧和右侧的安装角度来实现。正确的磁铁和由空气层形成的磁通屏障的形状,可以平衡转子轭的强度和性能。

本田在磁路设计中,通过将宽度减小0.2mm,可以减少磁通短路。在将磁铁置于外径侧的情况下,磁通密度增加,从而增加了转矩常数,并使电流减少了4%。/p>

新的绕组绝缘膜

用于驱动电动机和发电机的绕组涂料已从原来的PAI%2BPEEK变为带有气泡的PI(大概是住友电工Wintec制造的聚酰胺)。中空扁线是一种新型的电磁线)。

定子绕组采用具有矩形横截面的矩形线,从而提高了槽填充率。为了扩大电磁线的导体截面积,有以下2种方法:

1。减小薄膜厚度。

2。减小定子齿的宽度并增加槽的宽度。

但是减小齿的宽度会引起磁通。磁通密度饱和,从而减小了输出转矩,因此本田采用了减小膜厚的方法来解决。

定子线圈部分的横截面/定子内径(发电机)的侧面

e:HEV系统的电机配有一个步进电机,变压器,并使用高于172V的570V电池电压,这需要高压绝缘。产生局部放电。如果放电状态持续,则薄膜将逐渐被腐蚀,最终可能导致绝缘损坏。

此外,考虑到高海拔(低气压)和高低温对环境的影响,汽车需要采用不会引起局部放电的绝缘设计。

绝缘膜的初始局部放电电压由绝缘膜的厚度和相对介电常数决定。为了减小膜的厚度,必须降低相对介电常数。

在e:HEV系统的开发中,有必要提高插槽的满速率并减少损耗。要将电机绕组导体的横截面积扩大6%,有必要将涂层厚度减少18%。介电常数为2.7及以下的绝缘材料。

相对介电常数为2.7以下的绝缘树脂通常使用聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),但是这两种材料的耐热性较差,因此不适合用于汽车领域。因此,本田着眼于相对介电常数为1.0的气体,并通过在耐热性较高的绝缘树脂中形成气泡以降低相对介电常数来开发绝缘树脂。基本绝缘树脂使用具有250C的耐热性和较低的相对介电常数的聚酰亚胺(PI),可实现2.7和更低的相对介电常数(2.4)。

电磁线涂膜的局部放电和涂层腐蚀

如果连接了绝缘树脂中形成的气泡,将导致绝缘损坏,电压降和机械应力。力量下降。通过使用可以形成具有外部轮廓的气泡的材料,可以实现独立的气泡。

右下图是绝缘树脂的SEM(扫描电子显微镜)图。每个气泡都有一个外部轮廓,您可以在没有交流的情况下看到独立的气泡。增大气泡率(体积比)有利于绝缘,但在线圈成型过程中会在涂层上产生应变,应力集中可能会导致破裂。因此,考虑到绝缘性和可加工性,气泡率保持在15%25?33%25。

各种绝缘树脂电磁线绝缘树脂的耐热性/SEM图像

e:HEV系统的电机绕组与i-MMD相同,它使用4条扁平线预制成单元线圈,然后组装。

定子和成形的单元线圈/驱动电机定子的外观

定子铁芯去除了铆接扣

定子铁芯是硅钢板层压通过压制组装,如果仅打孔,则只是一块独立的铁板,因此通常通过铆接和焊接过程将其固定以保持层压状态。为了减少涡电流的产生,在硅钢板的表面上有非常薄的绝缘涂层,但是铆接会破坏绝缘涂层。焊接将导致薄板之间的连接和涡流短路,从而导致更大的短路。,导致更大的涡流损耗。

铆接和焊接零件产生的涡流

传统电动机通常使用铆接和焊接来同时固定铁芯。这次开发的电动机不是通过铆接固定的。定子铁心仅在铁心的外径侧的磁通量较少的位置焊接,因此,能够减小涡电流的短路。(左下方)

定子的焊接部分/通过铆接和焊接减少涡流

像这样去除定子铁心的铆接,然后焊接位置也应在磁通量中选择。更少的零件可以大大减少铆接和焊接之间的涡流损耗。(右上)

更改电磁钢的切割方向

e:HEV的电动机是永磁同步电动机。定子线圈产生的旋转磁场除基本频率外还具有谐波分量。转子的钕磁铁是导体,会产生涡流,从而导致损耗。

为了减小涡电流,对磁铁进行了分割,但是过去,是根据层叠方向(轴向)进行分割的。

电动机这次采用的方法是将分割的磁铁粘在一起,将它们插入转子并固定,并通过用较短的涡流路径分割圆周磁铁来减少涡流损耗。

电磁钢分段方向产生的涡流差

升级电流控制

逆变器通过PWM(脉冲宽度调制)的大小。通过降低开关频率,可以降低逆变器损耗,但是电流波形的失真将变得严重,谐波分量将增加,电动机损耗将增加。此外,如果定子环的振动模式与开关频率共振,则会影响车辆的NVH性能。

e:HEV系统同时考虑了损耗的减少和安静性,并且使用的开关频率与电动机的谐振频率不同。

电动机速度和载波频率

当使用永磁体的同步电动机的转子旋转时,磁通量将与定子线圈交链并发电,从而产生电能产生反电动势。速度越高,电压接近电源电压时驱动电流就无法流动。尽管可以通过弱磁控制扩大输出功率范围,但损耗会相应增加。

提高逆变器电压利用率之后,驱动电流也可以高速流动。这样可以减少损失。最初,作为提高电压利用率的策略,采用了过调制PWM控制。这次,在某些区域使用单脉冲控制(ON状态持续一定时间)方式),电机损耗降低了2%。

与在相同直流电源电压下的PWM和过调制PWM相比,单脉冲控制可以获得更大的峰值,但是由于波形是矩形波,电动机的输入电流会失真,从而导致NVH中的性能很差。

提高电压利用率

这次,系统使用单脉冲控制,可以减少高速损耗。通过限制使用范围,既要考虑减少损耗又要考虑静音性。

电动机速度和噪声水平/考虑噪声的PWM和单脉冲控制之间的差异

减少损耗的效果

e:HEV系统驱动电机采用针对高扭矩特性的磁路设计。通过改善电磁线涂层,扩大导体截面积,消除固定铁芯的铆钉,更改磁体分裂方向,添加单脉冲控制以改善电流控制等方式,将损耗降低,并将电机损耗降低14%总共在JC08操作条件下。

此外,在降低损耗的同时,电动机的最高效率达到了97.8%25,在几乎涵盖所有城市运行条件的区域内,平均效率均达到95%25以上。

降低电机损耗/电机效率MAP的效果

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Q:14%25的损失减少效果是在JC08工作条件和WLTP工作条件下的减少损失效果吗?

A:与JC08相比,WLTP具有更高的高速工作条件和更宽的单脉冲控制范围,因此降低损耗的效果将更大。

问:不铆接的组装过程有哪些缺点?

A:去掉铆接点后,铁芯的刚度会降低,因此会增加定子制造过程的难度。但是,已经通过升级制造工艺技术解决了这个问题。通过调节焊接条件,内径侧也不会打开。

问:在某些领域,单脉冲控制不用于处理噪声和振动。在对热管理要求更高的领域中会出现问题吗?

A:在本讲座中,仅说明了共振,但也关注了热方面。在高速驱动的工作点采用单脉冲控制。

资料来源:本田,2020年秋季汽车技术学术演讲

图片:Marklines

浏览次数: 更新时间:2016-03-25 14:31:49
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