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三代电机的比较 日产Nissan Leaf车型的电驱动系统历时8年，更新三代。因其发展具备延续性，值得我们去研究，看能否挖出其内在的规律或者逻辑。从外表上看，三代电机几乎没有什么变化，都是8极48槽的结构，都是'V一'的转子形式，连定子的外径都几乎没有变化。相比丰田Prius每一代的显著特征变化，可以说是静止不动。那是否说明其技术未有进步？ 11MY·经典的驱动电机 我们先观测一下11MY版电机，这是一款80kw，285Nm的电机，定子外径200mm，叠高151mm，定子采用分布式绕组，绕组端部非常紧凑。转子轴向分两段。 绕组采用散嵌式结构，槽满率达到70%，值得一提是为了降低磁钢的涡流损耗，磁钢沿轴向分成了18段。 电机的性能也较优异，额定转速7000rpm，最高效率发生在6000~9000rpm，达到97%，这受益于V一结构优秀的高速弱磁性能。 在冷却系统方面采用了中规中矩的平行水道构型，机壳采用了低压铸造工艺，值的一说的是电机的冷却效果颇佳，电机在80kw峰值功率连续运行1个小时，绕组温度都在135℃以内。 在“V”结构刚刚崭露头角的时代，大胆的采用“V一”结构。算是勇于创新，但在其它方面就四平八稳，用现在的眼观来看， 这是一款“中规中矩”的电机，和 现在国内许多电机非常相似。 13MY·创新来自电机侧引擎 到了13MY版时，电机的结构未有明显变化，但在细节上有所建树。主要是电机的磁、电负荷平衡进行了调整。13MY变强调高磁通，高电密。主要体现在定子齿的面积变的更小了，12%的槽空间让给了导磁。 但过大的电密带来的温升问题，需要从冷却的角度冷却，13MY采用了“冷却热块技术”。所谓“冷却热块”实际上是一个和基座端面连接的铝基座。设计者巧妙的让绕组引出线作为热的高速公路和“冷却热块相连”使得绕组端部热量被快速带走。 但冷却热块会带来成本的上升，13MY通过缩短叠长使得成本降低。 其基本的逻辑是，通过策略1、策略2的使用使得转矩密度得以上升20%，带来的散热问题，通过策略3得以解决。在这个基础上缩短10mm铁芯使得成本得以平衡，而转矩密度仍然有12%的提高。这是一套完整的组合拳。技术链条的核心节点是策略3 “热块散热技术” 相对电机本体，13MY最大的变化其实是集成化，通过集成化，使得整体重量下降了30kg，但集成来了NVH问题的复杂化。 leaf工程师们发现，如果简单的把电机电控减速器放在一起，整体的振动噪音水平是会上升的。如下图所示，简单的集成，会使得系统在1.7KHZ,在6KHZ出现了噪音尖峰值。 经过反复的排查，发现1.7KHZ是电源模块端盖发出的声音，而6KHZ这是电机本体发出的声音。进一步的排查证明两种噪音的机理是不一样的，相对应的解决方法也不同。具体的解决过程和思路，在我的荔枝微课《蜗牛讲国外先进电机》中有阐述。 总的来说13MY相对11MY主要是在功率密度、NVH、成本三个方面作了改进。这也是大部分EV驱动产品的迫切需求。MY13改进所用的主要引擎是电磁设计和散热设计这些本体设计改善。我们称之为：电机侧引擎。
18MY 系统侧引擎和基础侧引擎 从公开的数据看18MY的电机扭矩和功率都得以上升，但控制器的输出电流也是等比例提高，这就意味着电机的转矩系数没有变，根据其它渠道的信息交叉验证，18MY的电机未有改变。
但这只是表面现象，实际上围绕电机作出了五大技术改进，如下图所示。这里列举两点。
第一点是控制器侧作出的改进，那就是电压利用率提高了。13MY的母线电压利用率最高为80%，而18MY为100%。这就意味着，电机在高速区需要更小的弱磁电流，一方面更多的电流可以供给q轴电流，使得功率得以提高，另外一方面带来铜耗的下降，使得电机的最高效率上升了1.2个百分点。这说明控制器系统侧的改善是电机性能提高的一个大引擎。
那们为什么日产敢用这么高的电压利用率呢，这又反过来和电机相关。现在我们之所以不敢用这么高的系数，是出于可靠性的考虑，电压利用率高，也就意味着控制环路的电压饱和，电流的跟随响应将恶化，很容易出现不稳定的状态。那取多大的安全余量是合适的，又是个非常头疼的问题。因为电机的永磁体磁性能具备不稳定性。在冷态和热态之间，反电动势差值可以达到10%，因此控制器侧为了保证能够覆盖这部分波动量，不得不取较小的电压系数（当然这只是原因之一）。针对这一点，leaf工程师团队的观点是：“在13MY充分验证的基础上，我们对电机磁钢的温升表现已经非常确定，无需为此担心。” “无需为此担心”其实说的是有底气的，因为leaf团队不但获得了13MY的经验数据，而且在MY18的控制算法中加了基于热网络法的“热保护策略”。通过内置的热模型，软件能够根据极少的反馈信息，推断磁钢的实际温度。这也就意味着他们对磁钢当下工况的特性了如指掌，可以动态的控制电压利用率。 通过软件性能提升不需要增加过多的成本，这是系统侧改进带来的优点。这种技术动力我们称之为：“系统侧引擎” 18MY的另外一项进步是体现在成本上的。那就是渗Dy磁材技术 。渗Dy技术在13MY上已经开始应用，在18MY中又有了进一步的发展，那就是晶粒得以细化。
细化晶粒带来两个好处，一个是Dy含量进一步降低，相较11MY Dy用量降低了70%，因此成本得以大幅度下降。另一个好处是磁钢的热阻下降，使得磁钢的散热性能改善。而这又有利于磁钢温升的控制，和电压利用率取值相关联。这就构成了顶层和底层的一种上下呼应。这种在基础材料侧改善的技术动力，可以称之为“基础侧引擎” 技术进步的结构 从MY13到MY18电机看上去没有改变，但其实不是未变，而是静水流深，变化在深处。随着电机设计技术发展趋近饱和，技术进步方向从电机侧往两个方向迁移：一个是系统侧，通过系统提升电机的性能、安全性。比如 热保护策略 、谐波注入等等另外一个是往下移，通过基础材料的进步，在根子上提升性能，降低成本。比如轻稀土技术、超级铜线、超级绝缘材料。
电机侧引擎、系统侧引擎、基础侧引擎构成了电机技术进步的三驾马车。自下而上，自上而下，如果我们把视野放宽，便能看到，这上下两个引擎的发展将带来更广泛、更深层次的技术进步。这已经不是趋势， 而是正在发生的事情。我们要看见它，了解它，抓住它。 更详细、更完整的Leaf三代技术演进的阐述，请订阅我在荔枝上的专栏，链接如下： 另外这里作个广告， 工作室业务增长很快，人手短缺。如果想来我这里实习学技术的同学请联系我，坐标杭州滨江，蜗牛翘首以待。联系二维码如下，暗号“实习”。 死磕自己，服务大家，我是核动力蜗牛，每周分享技术干货。
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