馬達損耗9成可預(yù)測，雙電層電容器“上車”

　　日經(jīng)BP社于2012年6月舉辦了“AutomotiveTechnology Day 2012 summer”（圖1）。各公司公開了混合動力車（HEV）及純電動汽車（EV）基礎(chǔ)技術(shù)。

圖1：多家公司就HEV/EV基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)表演講。圖為豐田汽車的水谷良治。

　　豐田汽車的水谷良治主要介紹了車載馬達的分析技術(shù)。將馬達轉(zhuǎn)動時的損耗細分為轉(zhuǎn)子鐵損、磁損及定子線圈銅損。水谷指出“如果找不到損耗發(fā)生在哪里，就無法采取對策”。據(jù)水谷介紹，通過對馬達的實際損耗進行分析，已經(jīng)能夠預(yù)測9成以上的損耗發(fā)生在何處（圖2）。

圖2：實際損耗與分析的損耗結(jié)果非常接近
摘自豐田的演講資料。在各工作點上，比較了實測值和分析值。

　　豐田在分析損耗時，作為加載于馬達上的電流波形，采用了包含高頻成分的接近實際波形的數(shù)據(jù)。而原來使用的是接近理想的正弦波。比如計算磁鐵損耗時，即使用正弦波進行分析，也幾乎不產(chǎn)生渦電流（圖3）。而采用接近實際波形的數(shù)據(jù)時，得知會因諧波成分而產(chǎn)生巨大渦電流。可以根據(jù)該結(jié)果采取磁鐵形狀優(yōu)化措施——將磁鐵做成薄片重疊配置。

圖3：為開發(fā)馬達而徹底分析損耗
摘自豐田的演講資料。分析了磁鐵的渦電流損耗。

　　日產(chǎn)汽車的伊藤健介紹了EV“LEAF”（中國名：聆風(fēng)）的馬達所采用的控制系統(tǒng)。據(jù)伊藤介紹，LEAF的驅(qū)動系統(tǒng)“易于采用線性控制方法”。即，實際機構(gòu)也按照線性車輛模型計算出來的數(shù)值來運行。由于運行易于預(yù)測，因此控制系統(tǒng)基本由前饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。使用前饋系統(tǒng)，易于提高響應(yīng)性。

　　不過，如果只有前饋控制，就無法對應(yīng)來自馬達軸齒隙的變動，車身會產(chǎn)生巨大振動。因此LEAF還構(gòu)建了反饋控制系統(tǒng)（圖4）。將齒隙看作為驅(qū)動馬達時的干擾，由反饋系統(tǒng)根據(jù)干擾值控制馬達輸出功率。其結(jié)果，在油門開度小的區(qū)域抑制了容易出現(xiàn)的齒隙（圖5）問題。

圖4：EV的馬達控制并用了前饋和反饋系統(tǒng)
摘自日產(chǎn)的演講資料。階躍響應(yīng)的結(jié)果非常好。

圖5：實際抑制了齒隙 摘自日產(chǎn)的演講資料。

　　此外，關(guān)于馬達技術(shù)，富士通半導(dǎo)體的神俊一介紹了馬達控制用IC技術(shù)，多摩川精機的北澤完治介紹了最新的旋轉(zhuǎn)變壓器，小田原機械工程的宮脅伸郎介紹了馬達繞線技術(shù)，東洋大學(xué)的堺和人介紹了可變磁力馬達，英飛凌科技日本公司的杵筑弘隆介紹了功率半導(dǎo)體，東京大學(xué)的藤本博志介紹了輪內(nèi)馬達的控制方法等。

以雙面冷卻將熱阻降至一半以下

　　馬自達的高橋正好，就預(yù)定于2012年內(nèi)上市的采用雙電層電容器（EDLC）的減速能量再生系統(tǒng)發(fā)表了演講。通過將減速時的再生能量儲存在EDLC中使用，在有頻繁加減速的情況下可將燃效提高約10％。

　　高橋指出不采用充電電池而采用EDLC的原因在于“EDLC充電時間短、安全性高且價格便宜”。

　　減速能量再生系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件有EDLC模塊、輸出電壓可在12～25V之間變化的發(fā)電機及DC-DC轉(zhuǎn)換器三種（圖6）。在左前輪前面的空間放置EDLC。松開油門時，發(fā)電機發(fā)電，所發(fā)電儲存在EDLC中。并以DC-DC轉(zhuǎn)換器將電壓降至12V，或直接用于電裝品或貯存于鉛蓄電池中使用。因EDLC以25V的電壓充滿電的，因此可以改變輸出電壓通常穩(wěn)定在12V的發(fā)電機的電壓。另外，DC-DC轉(zhuǎn)換器只降壓不升壓。

圖6：采用EDLC的減速能量再生系統(tǒng)的概要
馬自達的演講資料。減速時，EDLC在10秒內(nèi)即可充滿電。

　　電裝的大山佳彥介紹了雙面冷卻方式的逆變器。該方式是從上下面兩面冷卻開關(guān)元件IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的方法。其主要特點是，可將熱阻降至原來單面冷卻方式的一半以下（圖7）。該逆變器可相應(yīng)于HEV的輸出功率來選擇功率半導(dǎo)體元件個數(shù)。即使使用同種元件，只需改變數(shù)量便可支持各種輸出功率的HEV。

圖7：從兩面冷卻逆變器
電裝的演講資料。將溫度升幅控制在了一半以下。

　　另外，電池技術(shù)方面，三重大學(xué)的堀場達雄介紹了鋰離子充電電池的技術(shù)動向，瑞薩電子的坪田正志就電池控制IC作了演講。