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Hitachi

日立安斯泰莫

2021年9月30日
株式会社日立制作所
日立Astemo株式会社

实现高水平的电机功率密度2.5kW/kg
将电机、逆变器、制动器集成在车轮内部


图1 直接驱动系统“Direct Electrified Wheel”(红色部分可安装在车轮内部)


图2 车轮内装了“Direct Electrified Wheel”的EV(样车模型)

  为实现无碳社会,EV*1正在被推广普及。株式会社日立制作所(以下简称日立)及日立Astemo株式会社(以下简称日立Astemo)开发了一种紧凑轻巧的直接驱动系统*2 “Direct Electrified Wheel” (图1)。该系统集成了电机、逆变器和制动器,可直接安装到EV车轮内部,将EV行驶所需的高驱动力直接传送给车轮。通过电机的轻量化设计,功率密度*3可达到2.5kW/kg。此技术大幅改善了传统轮毂电机存在的车轮内重量增加的问题。该电机外观紧凑小巧,与逆变器和制动器集成为一体,无需对已有的悬架结构进行大的改动即可安装到车轮内部。通过废除驱动轴等间接结构,电机的动力将直接用于EV驱动,与传统EV相比可降低30%的能量损失,增加每次充电后可行驶的续航里程。

  日立和日立Astemo今后将推进该技术的实用型研究,为实现可轻松扩大车内空间及电池 安装空间的轮毂驱动式EV做出贡献。日立Astemo将以本次开发的直接驱动系统和至今为止积累的车辆控制技术为基础,向全球推广更加广泛的EV产品阵容。

  为实现无碳社会,各种投资活动及技术开发正在积极展开,特别是在汽车行业,伴随着法律法规的修正,正在强力推进燃油车向EV的转型。传统EV的驱动系统安装在车身上,所以如何保证车内空间及电池安装空间一直以来是一个难题。作为该问题的解决方案,可安装到车轮内部的轮毂电机在业内广为人知。但它增加了车轮内部的重量,且必须对已有的制动器及悬架进行大的改造。

  日立和日立Astemo基于日立集团在铁路和电梯等广泛移动领域的技术开发和商业化成果,开发了用于轮毂驱动式EV的技术,即将电机、逆变器和制动器集成一体的紧凑轻巧型直接驱动系统。其技术特点如下:

1. 使用海尔贝克阵列磁铁和扁平线圈实现高水平的功率密度

  提高电机驱动力的有效方法是增加磁极数,但存在可有效利用的磁通量比例降低、线圈的焊接位置和焊接空间增大等问题。该技术通过将磁铁排列成海尔贝克阵列*4,增加每个磁极的有效磁通量以提高驱动力,同时通过束焊*5高密度排列扁平线圈,减轻了电机的重量,实现了2.5kW/kg的高功率密度。由此可明显抑制车轮内重量的增加,从而避免因重量增加而导致的能耗增加的传统轮毂电机存在的问题。

2. 将电机,逆变器,制动器集成一体的直接驱动系统

  传统的电机功率密度低,在确保足够驱动力时需占用车轮内部的空间,因此难以沿用已有的制动器和悬架。此外,为了防止冷却水粘附在构成逆变器的功率半导体上导致漏电,需要有绝缘的专用冷却通道的空间。本次开发的技术将制动器、逆变器和轻小型的电机集成一体,用高绝缘冷却油将功率半导体直接冷却,然后循环到电机中直接冷却线圈,大幅削减了冷却管道的空间,无需对悬架等现有结构进行大的改造即可安装到车轮内部。

  本次研发成果的一部分,将于10月4日至6日在德国亚琛举行的第30届亚琛学术讨论会上展出。

  • 1. EV: Electric Vehicle、电动车
  • 2. 直接驱动:将电机的驱动力直接传送到车轮的驱动方式
  • 3. 电机的功率密度:电机的输出功率和重量之比。重量包括存放电机的外壳和驱动轴。
  • 4. 海尔贝克阵列:通过将磁铁的N极旋转90°排列,在电机的每个磁极产生高密度磁通量的结构。
  • 5. 束焊:通过集中照射光束使金属局部熔化的焊接方法。

直接驱动系统“Direct Electrified Wheel”的各项规格参数

项目 数值
电机功率密度 2.5 kW/kg
轮毂尺寸 19 英寸
最大输出功率 60 kW
最大扭矩 960 Nm
电源电压 420 V
最大电流 280 A

关于日立集团

  日立通过社会创新事业,运用数据和技术革新社会基础设施,为实现人们的幸福生活和构建可持续发展社会做出贡献。日立致力于“环境(保护地球环境)”“强韧(Resilience,企业业务的持续性和社会基础设施的韧性)”“安心·安全(人们健康舒适的生活)” 三大重点方向的价值创造。在IT、能源、产业、移动、生活、汽车系统六大领域,运用融合OT、IT及产品的Lumada解决方案,解决客户和社会课题。2020年度的合并销售额达到87,291亿日元(约5,199亿元),截至2021年3月末,连结子公司达871家,全球员工约35万名。

  详情请参阅日立网站(www.hitachi.com )。

关于日立Astemo

  日立Astemo通过提供有助于提高安全性、舒适性和环保型的先进移动解决方案,提升“社会价值”、“环境价值”和“经济价值”,为实现可持续发展社会,改善人们的生活品质和提升客户的企业价值做出贡献。

 以上