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EV电机"冷却"技术

电力牵引电机的拓扑

在电动汽车的新大陆上,有一场争论的硝烟从未散去——到底哪种电机是最好的?

在电动汽车的新大陆上,有一场争论的硝烟从未散去——到底哪种电机是最好的?

对此,Equipmake的经营主管、创新型电力传动系统设计研发专家Ian Foley表示,“这就像80年代早期的计算机之争。直到IBM的PC成为业界标准,这场争论才得以平息。现在我们有各种类型的电机,不同的电机的制造理念也不一样。我们不应只着眼于电机,而是要考察包括电机、电池、逆变器、齿轮箱和控制器在内的整体系统解决方案。最后,哪个解决方案成本最低,哪个就是赢家。”

Foley希望,最后的胜利属于自己公司的APM200轮辐电机。他表示,APM200效率卓越,是目前扭矩和功率密度(kW/kg)最高的电动汽车永磁电机,而且它还有成本低、重量轻等优点。

APM200电机的重量约为49kg (108 lb),最高转速为10,000rpm,最大功率和最大扭矩分别为220kW(295 hp) and 450 N·m (332 lb·ft),采用了成本更低的钕铁硼磁铁(NdFeB),降低了电机整体造价,并搭载了5.5:1整体行星齿轮箱,齿轮箱的输出轴和轮毂直接相连。此外,Equipmake还为APM200研发了专用逆变器,采用了结合碳化硅二极管和IGBT(绝缘栅双极晶体管)的动力电子技术,使得电机能在高变频下保持大功率运转。

轮辐电机系统剖析图

一冷再冷

冷却是决定电机性能的关键。电机磁铁的温度越低,电机输出峰值功率的时间就越长。但是,光做到冷却还不够,必须要保证冷却的成本适中、质量可靠、量产效率高。

Foley表示,“轮辐电机的结构能够满足以上这些要求。传统的永磁电机的磁铁呈V型,被压在转子四周的压片上,压入深度很浅,而轮辐电机的磁铁则像辐条一样垂直于铝制转子的表面,使得磁铁得以非常接近冷却液(60℃水/乙二醇)。换言之,传统电机的磁铁是分布在压片上,所以无法接近冷却液;而轮辐电机磁铁的一端是在铝制中心毂上,所以我们可以让冷却液足够靠近磁铁,达到散热的目的。尽管和传统电机相比,轮辐电机的生产难度更高,但是我们设计的电机已经可以量产,对此我们很有信心。”

Foley表示,实现电机量产的关键在于落实设计细节,比如找到将压片安装在中心毂上的方法,“中心毂基本上是锻造件。我们的冷却非常高效,所以能获得所需的高强度。铝制中心毂的温度控制在100℃以下,因此我们可以使用成本低但性能、可靠性、寿命都毫不逊色的磁铁。热能工程是让一款电动汽车电机脱颖而出的一大关键。”

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