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宝马i3|美国新能源汽车2025路线规划新进展新突破（续一）( 二 )


宝马i3|美国新能源汽车2025路线规划新进展新突破（续一）
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3. 考虑谐波的绕组型式优化
电机的磁动势谐波和反电势的谐波对电机的损耗、噪音、转矩等都密切相关 。 合理的绕组排布及转子的结构型式能够大幅度的减少或消除某些有害的空间谐波 。 如下图展示新型的双层的分布绕组可以优化谐波 ， 优化后仅有槽谐波存在 。 另外 ， 24槽22极4层的分数槽集中绕组能够明显的降低谐波含量 。
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4. 基于所需气隙磁通密度的多层IPM转子综合分析工具
采用多自由度和可视化的参数驱动转子模型来优化转子的结构型式 。 这样正弦的转子磁场可最大程度地减少不必要的谐波损耗并且能够降低电机的转矩脉动 ， 使得电机转矩输出更平滑 ， 气隙磁通密度更高 ， 电机抗退磁性能会更好 。
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基于上述原理模型的研发了12槽10极电机原型 ， 定子采用集中绕组和转子采用3层IPM结构 。 转子采用3层的结构型式设计 ， 有利于高功率/转矩输出 。 同时改进的电机结构型式更易于冷却并实现较低转矩波动 。 同时定子采用集中绕组的型式能够减少了绕组的铜损 ， 降低了电流密度 ， 并提高了效率 。
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5. IPMSM设计被选择用于BP1 100 kW参考设计研究
在采用新的转折速度和最大速度目标进行设计研究 ， 使用各种拓扑和材料进行的大规模参数化优化 。 同时确定了使用V型IPM的最终优化研究（48槽8极带分布和发夹式绕组以及12槽10极集中绕组） ， 选取不含重稀土的材料如：Hitachi Neomax NMX S49F ， M250-35a和POSCO 35PNT650Y 。
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目前完成了电机电磁和机械结构的应力分析 ， 接下来将会选取12槽10极的电机进行全面的优化及分析工作 ， 同时如下图给出了此方案的部分性能 ， 可以看出转子部分的损耗还是很大的 ， 而且有很大的提升空间 ， 需要进一步的优化以及采用辅助冷却方式 。 另外 ， 具体的样机制造以及方案的验证工作还没有展开 。
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宝马i3|美国新能源汽车2025路线规划新进展新突破（续一）
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整车的热管理是一个系统整合的概念 ， 如果分解到细枝末节 ， 将会是一个非常庞大的课题 。 这里包括了整车各子部件发热功率的研究 ， 各子部件材料特性的分析 ， 冷却系统的仿真模拟等诸多的因素 。 可以说热管理系统对于整车的开发是相对困难且又至关重要的环节 。 因此 ， 2025整体路线图中有很多的工作都是对整车热管理系统的一个研究 。
ELT214：Electric Motor Thermal Management
本项目的主要目标还是围绕2025的路线图关于电机的三个关键词成本 ， 寿命 ， 功率密度 。 研究实现紧凑 ， 可靠和高效的电机为目标：
? 电动机的功率密度提高了10倍（2025年 ， 相对于2015年的目标）
? 电动机的寿命提高了2倍 。
? 电动机成本降低了53％（2025年 ， 相比2015年的目标）
相关的分工是由国家可再生能源实验室（NREL）负责热和可靠性研究 ， 橡树岭国家实验室（ORNL）负责电机开发 ， 建模和材料研究 ， 艾姆斯实验室负责电机材料研究 ， 桑迪亚国家实验室（SNL）负责电机和材料研究 ， 乔治亚理工学院负责电机热管理技术 。 由于项目的启动时间比较晚 ， 目前只是完成了30%的工作 。 本次汇报也只是浅尝辄止的做了一些目前技术上的方向和现状 ， 大家有兴趣也可以查询负责单位的相关论文深度学习 。


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