日產(chǎn)聆風電機

透視日產(chǎn)聆風的電機驅動總成

第一電動大牛作者日本企業(yè)策劃咨詢 2012-06-08 15:26

日本日產(chǎn)公司曾于1947年首次推出電動汽車(EV)，并從上世紀60年代開始積極研發(fā)，積累了十分豐富的電動車研發(fā)經(jīng)驗。聆風(LEAF)作為日產(chǎn)公司推行EV專項產(chǎn)品計劃，從2010年12月開始，依次將其投向美國、歐洲及日本市場，計劃從2012年度開始在全球主要地區(qū)實現(xiàn)量產(chǎn)。

聆風電機驅動的順暢感覺以及全功率加速性能，使加速、巡航等多種工況下均具有令人吃驚的動力性、穩(wěn)定性和超低的噪聲。其中，小型、輕量化的驅動電機及減速器，同時具有大功率、高效率的實用特性。

特有的加速性能

LEAF以日產(chǎn)獨自的電機控制技術，實現(xiàn)了任意加速的性能需求(圖1)。其中最為突出的特性為：

圖1透視聆風電機

(1)快速的啟動與加速。精確控制只有電機才有的特有驅動轉矩，通過抵消驅動系統(tǒng)的扭轉振動，實現(xiàn)了相當于3L排量汽油車的啟動與加速性能。

(2)任意調(diào)整車速。利用只有電機才具有的響應性和控制性，根據(jù)加速器角度和車速精確控制轉矩，使加速器角度-轉矩特性成為線性的同時，賦予加速器根據(jù)車速變化的轉矩變化，由此實現(xiàn)在駕駛中安全、及時地隨意調(diào)整車速。

(3)持續(xù)加速的感覺。駕駛時如果超過設定值時，繼續(xù)踩下加速踏板時，可以進入了持續(xù)加速度控制狀態(tài)，可以享受到猶如飛機起飛時的推背加速感覺。

圖2透視聆風電機

電機的基本輸出特性如圖2所示。縱軸表示加速度，橫軸表示時間。ICE為發(fā)動機排量為3L的加速性能曲線;藍色曲線為無特殊技術控制的EV加速性能曲線。與二者相比，LEAF在起步、加速性能的表現(xiàn)方面，不僅起步快、動力足，而且提速過程及加速行駛都體現(xiàn)得非常平穩(wěn)。

圖3透視聆風電機

圖2表所表現(xiàn)的是起步性能優(yōu)越及其特性范圍，明確顯示了與驅動電機特有的轉矩特性相匹配的特點，重點說明的是起步加速度性好，體現(xiàn)了與低速擋、減速比的協(xié)同效應。

圖3所表示的是驅動電機的轉矩特性，可以概括地稱之為速度越低、轉矩越大;反之，轉速越高、轉矩越小。而在極端高速工況時，轉矩趨向于零。由此得出結論：對于電動汽車，高效率的大傳動比減速器必不可少、舉足輕重。

驅動總成及其裝配位置

LEAF電機驅動總成的基本結構如圖4b所示。這款嵌入釹系永久磁鐵的3相交流同步電機的型號為EM61。電機的工作電壓為345V;最大輸出功率為80kW(109ps)/2730～9800r/min;最大轉矩280Nm(28.6kgfm)/0～2730r/min。

電機軸輸出的動力直接輸入減速器的主動齒輪，通過減速器齒輪的減速后，將動力傳輸?shù)杰囕啞?

總減速比為7.9377，相當于驅動電機旋轉8圈、車輪旋轉一圈。而同樣級別的、搭載CVT變速器的頤達(TIDA)汽車，總減速比則為5.473。相比之下，由于LEAF驅動電動機的最高轉速可達9800r/min，并且隨著轉速的不斷上升，輸出轉矩亦將不斷下降?？梢?，只有7.9377的大減速比，才能滿足動力驅動系統(tǒng)的匹配要求。

與同類型傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的動力總成相比，雖然省去變速器等傳動部件，但是逆變器和電池等部件的增加，卻使車輛的整備質量大約增加了200kg。

驅動總成就安裝在相當于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機艙內(nèi)(圖4a)。在初步設計階段，曾有過后置、后驅動(RR)方式的提案。但是，從對應世界各地的碰撞安全試驗基準的要求，加之整車布置和輔助設施配置、冷卻性等方面綜合考慮，最終確定的仍是現(xiàn)階段的驅動總成前置方案。

圖4透視聆風電機

從車輛后方看過去，驅動總成的右側放置驅動電機，左側配置的是大傳動比減速器(圖5)。動力傳遞路線為：電機輸出軸→減速器→終級齒輪→差速器→車輪驅動軸。雖然與發(fā)動機前置、前驅動(FF)汽車的布置大體相同，但與傳統(tǒng)發(fā)動機汽車的動力總成相比，所占據(jù)的空間更小、結構變得更加緊湊。

圖5透視聆風電機

解剖驅動總成

LEAF驅動總成由驅動電機和減速器兩部分組成(圖6)。

圖6透視聆風電機

驅動電機由9極磁鐵的轉子和12極磁鐵的定子構成(圖7)。以小型化和降低價格昂貴的釹系永久磁鐵為目的，采用了重視工作效率的最佳設計方案。具體技術對策是：

(1)將空氣間隙縮小至0.5mm;

(2)為了減少電力損失和發(fā)熱源部件的電渦流，采用了0.3mm厚的超薄型磁鋼板;

(3)把構成每一個磁極的磁鐵分割，通過每個磁極的小型化來抑制電渦流的產(chǎn)生。

圖7透視聆風電機

LEAF驅動總成沒有變速器、只有減速器。減速器的型號為RE1F61A，主要技術參數(shù)如表所示。

LEAF減速器的作用旨在彌補電機轉速升高后的轉矩下降，并滿足汽車使用工況和驅動電機的工作特性，減速器的總減速比接近于8。

圖8的左下方表示汽車的前端(前進方向)，驅動電機的動力輸出軸直接與一級減速器主動齒輪連接。工作時，可以在實現(xiàn)減速的同時增大輸出軸轉矩。動力輸入齒輪前面的立軸及其聯(lián)動裝置，是用于停車的駐車制動器單元。

圖8透視聆風電機

圖9為減速器各傳動齒輪組的斷面圖。減速器的輸入軸主動齒輪的齒數(shù)是17，被動齒輪齒數(shù)為31，故一級減速比為31/17=1.8235。一級減速的輸出齒輪，即二級減速的主動齒輪齒數(shù)為17，被動(終級)齒輪齒數(shù)為74，所以二級減速比為74/17=4.3529。減速器的總減速比為這兩個減速比數(shù)值的乘積。