【宝马ved】专题宝马BMW第五代电驱系统E-Drive

文章在新款2022宝马i4上分享了宝马第五代电动驱动器系统概述。

电励磁电机93%电驱动系统效率2020宝马i3功率密度40%永磁或稀土材料

第五代电力驱动系统

电力传动系统的开发

这个电动驱动系统在设计上有几个有趣的地方，现在正与大家交流和共享。

电气驱动器组件剖面图

首先，新一代电动驱动系统放弃宝马i3的技术路径(永磁同步)，电机使用电动励磁程序。这与之前共享的雷诺RENAULT的新电气平台CMF-EV相同。选择该方案的原因是，马勒管理委员会主席兼CFO Michael Frick可以参考宣传马勒电力激励驱动器的原话。

作为我们的新马达，我们履行作为可持续运营公司的责任，放弃磁铁，因此使用稀土元素不仅从地缘政治角度，而且在负责任地利用自然和资源方面具有巨大的潜力。

电励磁电机与传统永磁同步电机不同的是，除了定子电流激励外，还有单独的转子电流激励(代替永磁)。

电动励磁电机

由于转子是旋转部件，为了实现电流激励，通常使用滑环碳刷的结构。

电动励磁电机机构

在定子设计方面采用四层扁线，54槽。三相出局线的“辫子结构”比较特殊。这主要是为了配合控制器的部署方案而做出的决定。

电机定子

四层扁线定子

上图的输出端与传统定子绕组末端注射不同，可以看到黑色塑料末端环。宝马在专利CN111066225A中介绍了“冷却帽”。

如专利所述，所述冷却帽在配置了尽可能大的接触面进行冷却的情况下接触绕组头。因此，冷却帽可以将绕组头和绕组头的内部或难以接近或难以接近的区域可靠地引导余热进入周围环境。此外，这顶冷却帽可以在简单、成本不高的情况下制作。

成并且可通过套装到绕组头上来装配在定子上。

定子绕组端部冷却

从实物可以看出，黑色塑料端环采用的是塑料PA6+GF30，也确实不是传统绕组端部注塑，而是可拆解的机械装配，与专利匹配度较高。通过塑料代替空气，虽然可以提升散热能力，但也失去空气对流散热的优势。如果说一定有散热能力的提升，也只能是“冷却帽”与端盖直接接触。这种设计如果单纯的从散热角度来说，不免有点牵强，可能还存在其他方面考虑，综合最优。

留心的读者可能会发现，温度传感器的出线方式与众不同，只可意会不可言传。

电机温度传感器

在转子设计方面，采用圆线的电励磁转子，6极，无磁钢。需要留意的是，转轴装配采用液氮冷套工艺。

电机转子

转子内部结构

转子注塑工艺参考宝马专利CN110832757B。

转子注塑

在非花键端，可以看到传统电励磁所需要的碳刷。

非花键端励磁导电碳刷固定结构

励磁导电碳刷

励磁碳刷结构可参考宝马专利CN112840539A。

励磁碳刷结构

非花键端电机固定轴承供应商KOYO，采用四层波簧预紧。

非花键端轴承

波簧

非花键端轴承密封结构设计，采用SKF油封。从结构上来看，这与无纺布导电油封神似，可惜在SKF官网上并没有找到该产品的详细介绍，推测作用更多的是防尘。

SKF油封

花键端轴承供应商KOYO，采用卡簧限位。

花键端轴承

花键端轴承密封结构设计，同样采用SKF油封。

花键端轴承油封

除了非花键端的励磁导电碳刷，在花键端还有轴承电腐蚀解决方案-接地碳刷。

接地碳刷固定结构

接地碳刷

相比较永磁同步电机而言，电励磁电机轴承腐蚀问题更加复杂。在电机的运行期间，除了定子绕组产生容性耦合电压在转轴上，转子绕组也会产生同样效果。虽然宝马专利CN110168880B（用于电机的转子和转子电路），提供了一种理论方案，将与转子绕组与转子体或转子轴之间这样的容性耦合关联的缺点进一步减少。但从实际应用情况来看，最好的方案还是上述的终端解决（导电碳刷或其他应用方案）。