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如下左图所示,宝马i3的电机作为单独的总成,并未与减速箱集成。电机总重量约为42公斤,官方公布的数据显示电机功率可达125kw,扭矩可达250Nm。电机定子是热压进铝水套的,水套外圆为螺旋槽和外壳以形成冷却回路。非常轻松的将定子水套从电机外壳中拉出后,可以看到定子内套两端各装有一个大号的O型圈,这两个O型圈可以保证冷却电机的乙二醇冷却剂不会泄露出来。电机的重量大约为6.9kg,带有法兰盘的水套的重量大约为4.6kg,余下的定子铁芯、铜线、绝缘材料等总共有20.8kg。
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定子绕组及硅钢片细节
下左图更详细的展示了定子绕组及硅钢片的细节,电机为12极72槽配合,同心绕组,6个并联支路,每槽9匝,每匝12根AWG21圆铜线。电机装有两个温度传感器,一个安装在绕组端部,另外一个安装在转子轴承附近。下右图定子硅钢片并不是完整的圆环型,它是由6块铁芯以拼接的方式组成一个完整的定子铁芯。定子铁芯长度是132.3毫米,外径242.1毫米。
下图是电机转子,它由转子轴、硅钢片、磁铁、转子端板组成,总重量为14.2kg。转子外径为178.6mm,转子硅钢片的形状有点类似于同步磁阻电机的设计,但它在每极上装有一大一小两个钕铁硼磁钢。为了减少运行期间的齿槽转矩和扭矩脉动,转子钢片轴向上一共分成了6层斜极。
I3电机转子的磁钢布局和槽形都非常的复杂和特殊,目的是减小电机磁链的条件下,增加电感凸极率。电机反电动势很小,但输出扭矩却很大;电机需要弱磁的车速很高(工况很少),而扭矩电流比却做得很大。
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电机参数
电机设计规范
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逆变器和电机性能评价
为了对电机做更详细的性能测试,如下图,制作了工装夹具,将电机安装在了测试台上作更详细的性能测试。
下图显示了在不同角度及电流的情况下,电机堵转测试的情况 。图表显示产生250Nm的峰值扭矩需要530A的峰值电流。随着角度的变化,扭矩变化非常平顺,输入最大电流,当角度为135度时,电机输出峰值扭矩。
下图所示,随着电流的增加,扭矩变化非常线性,这可以表明:就当电机产生250Nm的峰值扭矩时,磁饱和的程度也不高。
基于360V的电压平台,在不同的转矩和转速下,对宝马i3的电机做了性能和效率测试。在这些测试中,为了发挥系统的最佳状态,电控及电机是被50%的水和50%的乙二醇混合液冷却,冷却液的流量是10L/min,冷却液的温度保持在65度。
下图是电机的效率等高图,从中我们可以看出,电机在2500~9000rpm之间,输出扭矩达到125Nm时的效率可以到94%。
下图是电控的效率等高图,随着速度的增加,电控效率从88%增加至99%。
在可操作的前提下,对电机在25、50、75kw的功率等级下做连续测试,测试转速为5000rpm、7000rpm及9000rpm。下图显示了电机转速为7000rpm,持续功率分别为25kw、50kw及75kw时的绕组温度变化。持续输出25kw,半小时后电机温度达到85度;持续输出50kw,半小时后电机温度达到95度;持续输出75kw,半小时后电机温度达到110度。
下图是电机和电控的综合效率图,当电机转速高于5000rpm,输出扭矩大于50Nm时,电机和电控的综合效率可以达到90%以上。通过这些测试可以确认,0~4000rpm电机都可以输出250Nm;5000~11400rpm电机可以输出峰值功率125kw。
下图所示,电机转速为5000rpm,输出功率为50kw,持续这样的工况半个小时,电机温度达到100度。
另外,宝马i3的逆变器采用英凌650V/800A的FS800系列IGBT。针对它120KW的功率而言,逆变器搭载的电容仅仅为450V/475μF,也有可能是在电池端还有额外的电容并联。
车展启示录:电动车就非得长的不一样?
汽车之家
两年一届的北京车展即将闭幕,除了朋友圈内各路媒体、公关、车企的朋友们吐槽组委会组织工作做的一团糟之外,似乎本届车展也和往常存在着一些区别,蔚来、威马、拜腾和小鹏等各路中国初创车企呈现百花齐放的姿态纷纷参展,而作为全球初创车企最有代表性的特斯拉也来到了现场。那么在一众新兴车企都参加的北京车展,我们又能从中看出电动车发展的什么趋势呢?今天就让我从设计层面聊聊电动车的变化。
如今国内的初创车企不约而同的选择生产制造纯电动车,或许这与国内的政策鼓励有关,但相比于传统汽油车,电动车的入门门槛较低却是一个不争的事实:一两个电机加上一大块电池,就成功避免掉传统汽车的横置或纵置、前驱、后驱或四驱等一系列的麻烦,换言之只要你有钱到一定程度,基本能在市场上买到足够的零配件攒出一台电动车。
电动车发展至今,在技术趋同、没有哪一家能够在续航里程或充电时间上把竞争对手远远甩在身后的情况下,就需要靠造型设计来吸引消费者。而这样的特点不由得令我想到了手机市场,因为后者在短短的十年时间经历了两次重大的转折,其中一次与现在的电动车市场极其相似。因此看懂手机的设计,对于了解如今纯电动车的设计会有很大的帮助。
为什么说汽车与手机在设计上存在相似?
或许有些读者对十几年前的那个时期没有太多的记忆,那时的手机还未进入智能化大触屏的时代,正是诺基亚、摩托罗拉、黑莓、三星等品牌百舸争流的时期。
然而作为时代的搅局者,乔布斯手持第一代iPhone横空出世,不知大家是否对那时的情景有印象,一大块触摸屏的设计在那个手机设计百花争艳的年代来说并没有太大的吸引力,大家仍旧习惯选择使用带实体键盘的手机,因此那时传统手机企业依然在大量的推出非触屏手机上市销售。
虽然手机刚推出时并没有受到非常热烈的反响,但伴随着iPhone推出的iOS系统,却给手机市场带来了巨大的变革。直接触控和随意书写的模式,无疑比其他厂商自带的系统优秀不少。而随后谷歌公司也推出了安卓系统后,这种便利的触控智能操作系统甚至在后来改变了人们对手机的认知,众所周知iOS和安卓也成为了今天手机操作系统的霸主。
虽然或直板或翻盖或旋转的开启方式略有不同,但那时人们对手机的认知还停留在近十年来该有的样子:需要有九宫格或全尺寸的实体键盘加上一块屏幕。可以说苹果及安卓智能手机的出现,强势的改变了人们对于手机的审美,毕竟实用性大于美观性。这就是近年来手机市场经历的第一次转折,也是为何如今的手机大多都是一整块触控屏幕的原因。
经历第一次转折后,市场上的智能手机无非就是两个样子:拥有一块大屏幕,使用iOS系统的苹果手机和拥有一块大屏幕、使用安卓系统的其他手机。可是如何在整个手机都是屏幕的这种状态下营造出每个品牌不同的外观呢?这就给设计师们留下了一个难题。毕竟一整块屏幕无法改变,而手机的屏占比也越来越大,可供他们发挥的空间非常的小,这也就是智能手机市场的第二次转折。
最终,各家的设计师们还是找到了打造自家独特设计语言的方法,或许这些区别对于整个手机来说真的很小,可就是在这些细小的地方打造差异化才是工业设计师的工作难度之所在,也是各个品牌吸引消费者的点睛之笔。而现在,纯电动车的设计师们也面临着这个困难,汽车的设计从未变得如此重要。
设计上脑洞大开的初创车企?
十年前在手机上发生的故事,如今似乎也渐渐地发生在了汽车产业中,电动车的到来逐渐撼动了传统能源车的市场,而在外观造型方面,一场革命似乎也在悄然发生。由于传动方式的改变,传统能源车上需要给水箱散热、给内燃机提供空气的进气格栅,已经没有了存在的必要。因此有些车企,就开始打起了电动车进气格栅的主意。
蔚来和威马,作为两家已经量产的初创车企,他们的步伐已经走在了大多数初创车企之前。而他们两家公司的首款产品,在外观前脸的造型上也能发现一些共通点。首先是视觉上,不论是ES8还是EX5,都在两颗大灯之间设计有一条明显的装饰带,不会让人感到汽车“两眼”之间光秃秃的缺少东西。
传统车企在电动车设计上是否过于保守?
看完了这么多的初创车企,咱们再来看看传统车企是如何在纯电动车上对设计方面进行改变的尝试。首先是捷豹旗下的I-PACE,作为一款纯电动汽车,它很大程度上延续了目前使用在传统能源车型上的家族化设计语言。虽然整体的家族化设计保持不变,让人一眼就能认出这是一款捷豹,但在小细节上,设计师还是有针对性的做出了一定的改变。
激进与保守,你选谁?
下面我拿特斯拉的Model 3举例,对他的前脸进行了一些改变,有的加上了一些其他品牌目前在售车型的进气格栅,对于这样的变化,你会怎么选择呢?为了让你们有切身的体会,我拿Model 3做了下改变:
总结:
虽然目前的大部分电动车并未摆脱类似进气格栅这样的设计,并非它们离不开它,恰恰相反的是如今的纯电动车的技术和使用便利性上还没有到达颠覆传统燃油车的那一步,因此与传统燃油车相比太过另类的设计反而会令消费者感到别扭,因此众多设计师也选择遵循消费者目前的审美,没有对其发起挑战。但是我相信有一天,当一台纯电动车在使用便利性和续航里程上足以挑战传统燃油车,那么即便它的外观非常另类,也必将大卖,这和大触屏手机大行其道的道理一样。
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接下来的舞台就是您的
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