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具有30k RPM电机和高度集成环形逆变器的高功率密度电驱动单元（EDU）

2025-05-13AAM张***

AI智能总结

AAM 是全球领先的传动系统供应商，专注于设计、工程和制造汽车动力系统及技术，支持纯电动、混合动力和内燃机车辆。报告重点介绍了 AAM 的高速电机技术及其在电驱动系统中的应用。

电动驱动趋势

电机转速不断提高，系统集成度增强。
高速电机带来的优势：
- 功率密度提升：在相同功率下，高速电机可实现更低的扭矩，从而减小电机体积和重量，降低成本。
- AAM 的高速电机显著减小了 EDU（电动驱动单元）的尺寸、质量和成本。

高速电机面临的挑战

主要障碍：重型稀土（HRE）材料的使用。
AAM 的解决方案：无稀土感应电机项目，部分由美国能源部（DOE）合作资助。

AAM 30kRPM 高速 EDU

电机规格：
- 224kW 感应电机，铜转子，最高转速 30kRPM。
- 双轴结构，23:1 减速齿轮，SiC 绝缘环逆变器（650Vdc）。
- 电机和逆变器体积：9.07 升，功率密度：24.7 kW/L。
电机设计：
- 基于 Tesla Model 3 进行仿真，根据车辆性能（前后轴）设计高速电机规格。
- 优化电机设计，选定最佳方案。
电机结构：
- 封装式定子设计：集成散热鳍片，封装相端子和密封表面，提高冷却效率。
- 烧结式 MOSFET 散热器组件，TO-247 封装。
齿轮箱设计：
- 复合螺旋齿轮，总减速比 23:1，180° 齿轮位置抵消转子轴轴向载荷。
- 低成本高速轴承设计。

测试结果

电机单独测试：
- 在高速测功机上进行测试，最高转速 30kRPM（无负载），15kRPM（负载）。
- 峰值扭矩：200.6 Nm，峰值功率：223.4 kW，峰值效率：95.35%。
完整 EDU 测试：
- DOE EDU 峰值测试结果：最高转速 0-30kRPM，峰值轴扭矩 4265 Nm，峰值功率 194 kW，系统效率 91.4%。
- 提供了轴扭矩输出和功率输出图。

项目总结

主要成果：
- 开发了高功率密度 EDU，获得 DOE 资助。
- 高效感应电机，支持 30kRPM 运行。
- 封装式定子设计，烧结式 MOSFET 散热器组件。
- 高集成度环形逆变器，低电感母线。
- 双轴齿轮箱，抵消转子轴载荷。
- 测试结果与电机仿真预期一致，具备可量产计划。
下一步计划：
- 新 40kRPM 感应电机设计。
- 新 39.6:1 双轴齿轮箱。
- 新 800A、800V 环形逆变器。
- 预计功率密度达到 60 kW/L。

DavidCrecelius AAMAdvancedTechnologyDevelopmentCenterDetroit, Michigan TopicsOverview AAMisaLeadingGlobalDrivelineSupplier Global leader in design,engineering and manufacturing of automotive propulsion systemsandtechnologiestosupportelectric,hybridand ICEvehicles TrendsinElectricPropulsion IncreasingMotorSpeedsandSystemIntegration BenefitsofHigh-SpeedMotors POWER=TORQUEXSPEED HigherspeedenableslowertorqueforthesamepowerLowertorqueenablesaphysicallysmallermotor Lessactivematerial.LessmassLesspackagespace·Lesscost Samepower, smallermotor,lesscost AAM'sHigh-SpeedMotorReducesEDUsize,mass,andcost BarrierstoHigh-SpeedMotors MotorBarriers-HeavyRareEarth(HRE)Materials AAM30kRPMHigh-SpeedEDU 224kWInductionMotorw/CopperRotorMaxOperatingSpeed:30kRPMDualLayshaft23:1GearReductionSicRingInverter@650VdcDielectric Oil Cooling: Motor, Inv, Gear BoxMotor&InverterVolume:9.07LitersPowerDensity:24.7kW/L (Motor+Inv)TeslaModel3PowerDensity:10.02kW/LHeavyRareEarth(HRE)MineralFreeMotorProjectpartiallyfundedbyDepartmentofEnergy(DOE)cooperativeagreement Induction Motor Design Specification UtilizedTeslaModel3assimulationplatform Constructedhigh-speedmotorspecsbasedonvehicleperformance(Front&Rear) DevelopedarrayofEMmotordesignsandselectedoptimal High-SpeedMotorEMDesign Cross-SectionofMotorOnly&FullEDU StatorDesignandEncapsulation EncapsulatedStatorDesign EncapsulatedStatorHardware Over molded end tums with integrated fins for improved convection coolingPhaseterminalsencapsulatedMolded sealing surfaces on end turns for oil flowInjectionovermoldedencapsulation High-SpeedRotorDesign&Build RingInverterAssembly InverterDesign&Components DC Link Voltage: 650VdcMaxPhaseCurrent:350ArmsPowerDevice:SiC1200V.TO-247(x24)PeakOutputPower:280kVAInvertervolume:1.415liters(lncludingCap) SinteredMOSFETHeatsinkAssemblies DualLayshaftHigh-SpeedGearbox Compound HelicalGear Overall ratio23:1Compoundhelicalgearsloadshareloadfromrotorshaft180°pinion gear location cancels axial load on rotor shaftRinggearcombinesloadfromdualhelicalgearsReduced axial load on rotor gear enables low-cost high-speed bearing Full EDUbuildwithhigh-speedmotor,ringinverter,anddual layshaftqearreduction Motor Only Testing Motor only unit assembled and setup on high-speed dyno fortestingCompletedtestingaccordingtoestablishedtestplanTested motorto 30kRPM underno-load condition andto15kRPM loaded due to dyno limitationMotordrivenbySemikronSKAlinverter MotorOnlyTestResults PeakTorque:200.6NmPeak Power:223.4kwPeak Motor Efficiency = 95.35% MotorEfficiencyTestResults Full EDUDynoTesting DOEEDUPeakTestResults MotorSpeed:0-30kRPMPeakAxleTorque:4265NmPeakPower:194kWPeak SystemEfficiency=91.4%Motor + gearbox + inverter EDUAxleTorqueOutput EDUAxleOutputPowerMap Project Summary KeyAccomplishments >DevelopedhighpowerdensityEDUw/DOEfundingassistance>Highefficiencyinductionmotorwith3okRPMoperation≥Injectionovermoldedstatorencapsulation>Copper sintered MOSFETheat sinkassemblies on TO-247packageHighly integrated ring inverter withlow inductancebus bar>Dual layshaftgearboxwithrotorshaftloadcancelling>Dyno testing alignment with expectedmotor simulation>AchievablemanufacturingplanforthedevelopedEDU Next Steps:FurtherHigh-SpeedDevelopment >New40kRPM IMmotordesign>New39.6:1dual layshaftgear-box>New 800Arms,800Vring inverter>Projectedpowerdensityof~60kW/L 每日免费获取资料每日微信群内分享7+最新行业报告：每周分享当周华尔街日报、经济学人行业报告均为公开版，权利归原作者所有，参一江湖仅分发做内部学习。关注公众号领取粉丝福利行业报告英语外刊！行业社群参一江湖·聚焦行业前沿 &AQ Decide now: Switch between the sessions or stay here

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