黄苏融
上海大学 教授
上海电机系统节能工程研究技术中心技委会主任
上海汽车电驱动工程技术研究中心副主任
国务院政府特殊津贴专家
我大致讲几个方面的事情，第一IPM电机发展的创新与挑战。
实际上1991年-2021年威斯康星在做这个研究，我们可以看作永磁和磁组的合成。这块儿是永磁转矩，这个是磁组比较起来。这个下位角后面基本原来和这个比较相关的是两个转矩。
实际上一开始我们是基于对称的永磁电机提高转矩，有两个方面目前主流的产品是在这一块是Lq>Ld的弱磁型的，有一块是Ld>Lq的是助磁型的。
挑战IPM电机大家目前比较认可，越要高处走是机械性能带来很大的挑战，特别是Ld>Lq的机械性能更加弱。
我们看工业界从2001-2017年的成果，主要的挑战是根据我们的目前的需求高速化、高密度、高效率及其低噪声，从6000-17000双V的结构，这里是加强筋，上面有辅助槽，提高转速。辅助槽的概念就是刚才曲教授讲的注入气隙谐波磁导理念，这里在2014年的内容里面附加槽降低短期波动，目前大家都在往这里面走了。
下面看特斯拉实际上从2018年开始，实际上是我们国内目前设计的标杆，目前在不断的超越他。下面我们看他当时用的转子磁极是用单层V型，单层V型又转到高速化。
高速以后转子内径要大，你搞多层没空间放，这个我们讲磁钢进行拼块，解决磁钢涡流，如果你搞多层，又搞拼块，磁钢加工成本很高。表面辅助槽注入气隙谐波磁导，抑制谐波噪声，刚才曲教授反复提的概念。
极槽配合56槽6极，为什么用？我们对标48槽8极电机下，同样的转速频率平均下降25%，损耗率下降15%，齿谐波次数上升，定子电解不厚了，所以可以提高电子O阶的刚度，降低阶次噪声。
大家都在这里面，国内已经在逐步地超越。现在把供应链3秒5秒做得很高，但是如果不泡油里面，内容不增加会出问题。所以特斯拉当时就把绕组一部分泡在油里，光有一层油还不够，一定要增加热容解决短时的峰值转矩过热。
这一块特斯拉有一个是说，把这里作为创新点，把这个剖开了，这一块有一个小孔。这个小孔以后会成为未来的发展方向，因为高速电机这个孔实际上很关键，可以操作波形，降低离线面，提供碳纤维，提高转速。
下面我们看混合离子，第一组对称是Ld>Lq的铁氧体，同时用了电离治疗组，这样就扩大了模型的应用。
刚才讲的第一组对称，现在探索第一组非对称之间，这是刚才讲的对称的。但是有永磁转矩在45度左右，永磁转矩明显是减少了。我们尽可能做非对称把下位角往下移提升永磁转矩峰量，这是目标发表的论文，但是非常很有很多工程问题，机械性能比对称得要差，所以目前还不能做到应用。
下边我们看控制电机运行当中的气隙磁密。降低中低速提高效率降低铁耗，这部分就是变漏磁结构。
有一块在做记忆电机，这个有威斯康星、诸自强教授团队、东南大学林鹤云教授团队的，实际上离应用还有一点困难。最新的是旁路可变磁通记忆电机。
下一个看扁线电机的创新与发展，这个是2003年蔡蔚为了提高电槽内铜导体的占有率，减少绕组端部，由于绕组铜耗，可以提升功率密度和运行效率。
这一块扁线电机，国内供应商成为主流。蔡蔚刚刚回到国内来大家不太认同，现在大家都认同了。但是基本上都是在制造工艺、降低绕组端部上面技术创新，工业界在搞，就是人家提供的。
面向高速化发展以后，实际上扁线电机的涡流减少薄片的厚度，现在的蔡蔚的团队提出多股扁线换位技术，抑制多股扁线导体的高频环流损耗。
我从扁线导体尺度设计里面做一些工作，我们可以看一下，主要是导体的透入深度，这是一个铜导体和电磁的频率有关，这一次传输1万2、1万6、1万8、2万、2万5，我们看透入深度从2.86一直到1.62。
我们如果讲导体的厚度，如果我们取一个相对高度比，等于导线的厚度比上透入深度，这个指标参数很重要，所以我们看如果可吸取0.5的话，导线到2万5就是0.81，如果0.3的话，所以0.8就是到0.49。
导体的问题涡机损耗槽口的大，槽底的小。就是我们家的房子最大层太阳很大，底层太阳很小。这个起伏连接效应主要是由导体中产生。槽越深差距越大，所以我们做扁线电机、高频电机不能做深槽。
下面的高密度电机计算，一个是在刻吸等于厚度比透入深度在0-1分范围内，即槽深分布主机电磁，这个推导公式，有一些仿真软件都基本上验证过，实际国际上没有人干这个活。这里KR等于交流电组比上直接流电组。第一个KRS是小20个交流电组，H是定子槽的。下一个RKS是定子槽里面的温度系数，下面AEF是定子铁芯，WAV是绕组的平均长度，K20N是绕组端部的电子系统。再下一步是端部电组的温度系数。
黄苏融
我们看温度系数大家比较熟悉，下面基于端部结构效应的电子系数，这个是槽内的运行系数，是一个扁线和圆线。如果是短矩多项绕组上下槽不同槽不同向的话，有一个转矩系数。
我们平时想电流密度、电机磁吸，这里起一个交流电流密度的密度比，是交流电流密度比和直流电流密度之比。如果导体厚度和深度相等的话，导线是空心化的，占比有36.8，如果导线比取0.5的话是0.61，0.3的话是0.71。
这里通过理论分析，纵坐标是导体相对高度参数，就是我们讲的刻吸等于导体高度和透入深度，所以我们看这里面每层绕组的层数。我们可以看到频率越高、槽越深，交流电组5倍、10倍甚至到100倍，所以大家都意识到导线为什么走四层、八层要减薄。
扁线导体涡流损耗，与导体的槽内的位置有关，在槽口损耗大，槽体损耗小，还有和导体尺寸越薄损耗越小，有槽深尺寸有关。我们讲单根导体涡流损耗正比于线导体高度与透入深度比的四次方。我们现在看的问题是槽口部分的导体涡流损耗大导线细一点，降低涡流损耗，槽体的涡流损耗小好像可以粗一点。
这里有提出了，上层放三角形绕组，下层放Y型绕组串接起来。以前我们国内有一个叫YX三线绕组，YX型绕组是一个槽三角一个槽Y，我现在给他改成功，上层是三角下层是Y，什么好处呢？就是把这个接起来。
因为上层三角下层Y串接以后，两个绕组的线电流是相同的，下次Y绕组是相电流等于线电流，但是上层三角形绕组相电流的幅值是线电流的三分之一，就一直讲导线可以小三分之一的面积。并且相位领先于线电流30度这样的话我们把上层导体减少用三分之一以后，降低孙和1.73四次方8.96倍。
第二个三角形和Y绕组不同想，漏磁通也不同相。
黄苏融
EVH 1000
下面讲第三个，高密度超短绕组端部的创新研究。
这是2000年我和电驱动合作开发空压机，当时我们对标分析了波绕线圈就是这个样子，绕组长度排得很短，就15毫米。但是制造工艺很难，难以产业化，所以一直没放出去，但是一直是我的心病，一直在考虑。2012年我就提了把硅钢片利用取向钢，当时研究硅钢片齿部的性能。取向钢的磁感可以接近20槽磁钢，磁密度降低做这个事情。定子槽开口槽顶闭合体系，都说卷绕磁吸的好处，把材料的利用率大大提高。实际上2020年安川电机已经有这个方法了。
盘磁电机我在威斯康星的时候主要是研究了很多种，这是2001年我在TORUS NS发表论文，首次提出定子不取消，我还提出了怎么如何做预化仿真，机械识别怎么选。
下面看YASA，他们是引用了我的论文和我的方法。下面讲YASA的问题，YASA的方案不是好方案，我们都知道放飞速绕组电机绕组转矩是优势，但是损耗大，SPM转矩根本用不到。
下面我们做什么方案？首先做的IPM、SPOKE电机，用分布绕组，关键怎么去突破，这里我取一个刚才我讲的前面的绕组电组，刚才我讲的导线尺寸配合有效降低绕组电组。
下面是小结，时间有限就不再说了，谢谢大家。
黄苏融
欢迎加入新能源汽车产业交流群
关注公众号后台回复关键词“社群”
即可获取入群方式
发现“分享”和“赞”了吗，戳我看看吧
