日立汽车系统的驱动马达：改进转子的沟槽配置转矩脉动最多减少6成.DOC

日立汽车系统的驱动马达：改进转子的沟槽配置，转矩脉动最多减少6成 图1 新开发的转子“转矩减小转子”转子外周上可看到浅浅的沟槽，通过改进沟槽的配置，减小了转矩脉动（转矩变动幅度）。 　　日立汽车系统开发出了减小转矩脉动（转矩变动幅度）的驱动马达（图1）。通过改进转子外周沟槽的配置，使转矩脉动最多减小6成。今后混合动力车（HEV）和插电式混合动力车（PHEV）的发展趋势倾向于延长EV的可行驶距离。该公司认为，这就要求进一步减小导致噪音和振动的转矩变动幅度，所以此次的技术将发挥重要作用。?　　此次开发出的转子为“脉动减小转子”。日立汽车系统面向电动汽车（EV）和HEV推出的转子分为每极配置1个磁铁的“无斜槽转子”和每极配备多数个磁铁的“偏移斜槽转子”两种（图2）。?　　其中，每极使用1个磁铁的无斜槽转子由于使用的磁铁数量较少，因此能够降低成本，不过马达的转矩变动幅度较大。另一方面，磁铁错落配置的偏移斜槽转子虽然可以减小转矩变动幅度，却有着部件数量较多、成本增加的问题。?　　新开发的转子通过改进沟槽的形状，同时解决了成本及转矩变动幅度两方面的问题。具体来说就是把每极有两个沟槽的极和完全没有沟槽的极交叉配置，从而减小整个马达的转矩变动幅度（图3）。?　　成本与无斜槽转子相同，但根据旋转数的不同，转矩变动幅度最多可减小6成（图4）。模拟结果显示，偏移斜槽转子的转矩变动幅度比新开发的转子还能小一些。? 图2 原来的转子的构造每极配置1个磁铁的“无斜槽转子”和把磁铁分割为复数个、并错落配置的“偏移斜槽转子”。偏移斜槽转子虽然可以减小转矩变动幅度，不过由于部件数量增加，成本升高。这次开发出了低成本、同时可以减小转矩变动幅度的转子。 图3 新开发的转子的构造通过每隔1极配置两个沟槽来减小转矩变动幅度。注意到没有沟槽的转子和有沟槽的转子（所有极都配置两个沟槽）的转矩变动幅度的相位完全相反。 图4 转矩与转矩变动幅度的比较模拟显示的新开发的转子与原来的转子的比较，转矩值大致相同。峰值转矩120N·m按100％换算。另一方面，转矩变动幅度在4000转以下时较小，而在高旋转区就会产生变动幅度变大的问题。新开发的转子的转矩变动幅度最多可减少60％。 　　日立汽车系统在开发新的转子时，注意到了外周没有沟槽的转子和所有极都有沟槽的转子的转矩变动幅度相位完全相反的现象。?　　如果在1个转子上组合配置有沟槽的极和无沟槽的极，那么转矩变动幅度就能相互抵消。新开发的转子为8极。理论上来说，最好做成4个极有沟槽，剩余4个极没有沟槽的转子。模拟结果显示，有沟槽的极和没有沟槽的极交互配置时，不仅能减小转矩变动幅度，还能降低有沟槽的极导致的噪音，因此采用了这一沟槽配置。?沟槽的配置不同? 现有的EV和HEV的驱动马达中，也有采用有沟槽的转子的实例，不过和此次开发的转子不一样。虽然目的同样是减小转矩变动幅度，不过，做法是在所有的极都配置沟槽、或沟槽的位置在磁铁正上方等，与此次开发的产品原理不同的。?　　沟槽的位置在磁铁正上方的话，只有那一部分的定子与转子的距离（间隙）增加，磁铁与定子之间产生的磁束减少，转矩也随之减小。新开发的转子通过在磁铁的两侧配置沟槽，可以减少转矩的损失。?　　此次所开发的技术是对转子的改良，可适用于与任何定子的组合。转子是由电磁钢板通过积层冲压而成形的。由于沟槽能够在积层冲压工序中实现，因此几乎不会增加成本。?　　另一方面，在通过改良定子来减小转矩变动幅度时，包括线圈在内都要进行改良，因此还需要改良生产技术等，很容易导致生产成本的提高。?　　通过试制的马达进行比较时可以发现，与原来的转子相比，新开发的转子能够将振动的相对值减小到10dB、绝对值减少到1/3（图5）。? 图5 试制品最多可将振动减小到1/3对以往的转子（无斜槽、偏移斜槽）和新开发的转子进行比较。振动作为影响转矩变动幅度的主要因素，是与定子刚性和共振条件也相关的值。从低旋转区到高旋转区，新开发的转子振动较少。与原来的设计（无斜槽）相比，最多可减小到10dB（绝对值为1/3）（4500rpm附近） 　　试制品的性能参数如下，最大输出功率为50kW，峰值转矩为120N·m。每个沟槽的尺寸约为深0.5mm×宽8mm左右。转子为8极，定子为48插槽。线圈的绕线方式方面，由于是以分布绕线为前提的，因此不能适用集中绕线。1张电磁钢板的厚度为0.35mm，转子与定子的间隙为0.5mm。