Audi e-tron包含四種規格電驅總成,如圖1所示,電機為非同步電機,不同型號的總成的電機區別僅為電機長度,電機控制器的區別僅為軟體版本,其中多數部件為通用件,包括位置感測器、轉子軸承、密封件等。
APA250:平行軸,非同步電機,250Nm;
AKA320:同軸,非同步電機,320Nm;
APA320:平行軸,非同步電機,230Nm;
ATA250:同軸,兩套總成,單總成250Nm。
圖1 Audi e-tron電驅總成類別
下面主要看看APA250電驅總成,爆炸圖如圖2所示,該款總成在匈牙利Győr工廠生產的,為了生產該總成,工廠採用了很多新的製造概念,包括新型繞線中心,模組化電橋裝配線等。
圖2 APA250電驅總成
電機控制器
電機控制器基本引數圖3所示,主控晶片採用英飛凌AURIX系列,最大有效相電流為560A,額定為260A,電壓範圍為150~460V,功率密度30kw/l,重量8kg,體積為5L。其爆炸圖如圖4所示,惟一突出的為側邊的HV DC接外掛,比較有新意的是其內部結構為橫向排布,縱向高度為88mm,從內部爆炸圖(圖5)可以看出,功率器件冷卻採用雙面水冷的方式,冷卻效果比當前普遍採用的單面水冷方式高很多,目前用上的很少很少。
圖3 電機控制器技術引數
圖4 電機控制器結構
圖5 電機控制器內部結構
另外為了保證控制器與電機連線處的密封,採用新型三唇式環境密封件與EMC接觸環整合在一起,這樣既可以補償機械上的公差,還可確保系統遮蔽和接地。
電機
Audi e-tron的電機為非同步電機,採用分散式繞組和鋁鼠籠式轉子,根據佈局和使用情況,電機的區別在於有效長度和繞組數,功率輸出範圍為90kw~140kw,其技術引數如圖6所示。
圖6 電機技術引數
電機定子(圖7)具有48個齒的疊片鐵芯,使用高滲透性的電氣板,透過“ GluLockHT”包裝技術將0.35mm的疊片堆疊在一起,這樣銅填充率可達到47%以上,另外電機系統的絕緣等級為H。
圖7 電機定子
電機轉子(圖8)由58齒的疊片鐵芯和高純度的鑄鋁鼠籠組成,具有良好的散熱。轉子能承受120m/s的離心速度,耐溫極限為180℃。
圖8 電機轉子
減速器
減速器(圖9)採用了軸向平行佈局的兩級傳動概念。第一傳動級是行星齒輪組,其中三個行星齒輪和一個徑向釋放的環形齒輪同時轉換扭矩和速度。太陽齒輪透過花鍵與電動機的轉子軸牢固鎖定。太陽輪軸的電機側由轉子軸的固定軸承支撐,而在相反側,則由四點軸承軸向引導。軸的端部可以在限定的自由度內進行徑向調節,從而確保在所有操作情況下都能與周圍的花鍵最佳對準。其技術引數如圖10所示。
圖9 減速器
圖10 減速器技術引數
e-tron是Audi的的電動車系列,目前已有e-tron 50和e-tron 55兩款車型,兩者均搭載前後兩套電驅系統,其中前驅搭載的是APA250,後驅搭載的是AKA320(APA250 AKA320具體資訊請點選Audi e-tron電驅總成),搭載效果圖如圖1所示,APA250和AKA320兩者電機的功率曲線如圖2所示,Audi e-tron電驅總成中提到的APA320和ATA250主要是用於後續的E-tron Sportback車型 。
圖1 APA250和ATA320效果圖
圖2 左邊為ATA320功率曲線,右邊為APA250的功率曲線
在e-tron電驅系統中,電機和傳動軸是由Audi自己開發,電控和減速器為採購,其中減速器是由舍弗勒提供。
下面聊一聊電驅總成的冷卻系統。
這套電驅系統中採用了水冷和對流冷卻組合,冷卻區域主要分為四個,分別是:轉子內冷卻,定子冷卻、軸承冷卻、功率器件冷卻,如圖3所示。
圖3 電驅系統冷卻系統圖
定子冷卻
繞組中產生的熱量(歐姆損失)透過鐵芯和絕緣系統,將熱量傳至冷卻套,流動的冷卻水將熱量帶走。
軸承套冷卻
電機的軸承套冷卻為水冷,因此可以有效降低轉子軸承的溫度。軸承套在轉子區域內還具有散熱片結構,類似於內部通風的制動盤,透過轉子風扇葉片產生的定向空氣流高效地將轉子籠環中的熱量排出,並對定子繞組頭形成良好的對流冷卻。
轉子冷卻
由於轉子的對流冷卻不足以滿足電機的效能需求,因此在轉子內部配備了內部冷卻裝置,轉子內部冷卻透過熱傳導將轉子產生的熱量轉移至冷卻液中,從而支援對流冷卻。同時轉子內部冷卻還可以使內圈和外圈的軸承溫度更加均勻,從而使軸承的壽命和效能更佳。在高轉速下(15000rpm)下,為了保證轉子內部冷卻的可靠性,透過使用帶有難磨損的碳化矽密封環的滑環來密封。