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新款電動汽車驅(qū)動電機的發(fā)展

Nissan Leaf 2013年版的新車型采用了驅(qū)動電機、逆變器和充電系統(tǒng)集成技術。該集成技術減少了部件數(shù)量，減輕了整車的質(zhì)量，但會對整車的噪聲和振動水平產(chǎn)生新的影響。為解決這個問題，對驅(qū)動電機的電磁場、質(zhì)量等進行重新修正。

驅(qū)動電機的修正目標：①減輕整機質(zhì)量；②改善電機噪聲和振動性能；③降低電機重稀土元素用量。

（1）減輕整機質(zhì)量。減輕電機鐵芯質(zhì)量是減輕整機質(zhì)量非常有效的方法，需重新設計電機磁場分布以提高轉(zhuǎn)矩密度。通過優(yōu)化定子齒形和回枷鎖（back-yoke）形狀可有效提高電機轉(zhuǎn)矩密度20%。將電機鐵芯長度由150mm降至140mm，可使電機整體質(zhì)量減輕4.0kg。

（2）改善電機噪聲和振動性能。電機集成技術可使新車型動力系統(tǒng)在低頻區(qū)（約1.7kHz）和高頻區(qū)（約6kHz）處出現(xiàn)較為嚴重的噪聲和振動現(xiàn)象。在低頻區(qū)時，出現(xiàn)不良噪聲和振動的原因是電機結(jié)構(gòu)存在問題，此時只有當電機連接減速齒輪工作才會出現(xiàn)較高的振動幅值，而電機單獨工作則狀態(tài)優(yōu)良。為此，可通過將電機轉(zhuǎn)子合理分成兩部分結(jié)構(gòu)才能有效解決此問題。高頻區(qū)時，出現(xiàn)噪聲和振動問題的原因是電機本體產(chǎn)生高頻電磁波，可通過抑制電機電磁力矩的方法來解決。而抑制電磁阻力矩的途徑是優(yōu)化電磁磁場分布，其優(yōu)化方法有兩種：①通過改變永磁鐵寬度來改變氣隙磁場，進而控制電磁阻力矩大??；②通過改變電機d坐標軸與電機齒槽效應中心間的夾角。

（3）降低電機重稀土元素用量。有3種有效解決方法：①優(yōu)化定子齒槽形狀，降低永磁鐵溫度；②采用先進的加工制造技術，減少永磁材料中稀土成分；③減輕電機永磁鐵質(zhì)量。

仿真驗證及臺架試驗，結(jié)果表明，所提出的優(yōu)化方案可有效減輕電機整體質(zhì)量4kg，大幅改善了電機NVH特性，且稀土用量降低40%。

Tohru Nakada, et al. SAE 2014-01-1879.

編譯：謝秀磊