Prius2017代表了豐田公司對HEV驅(qū)動的最新理解

豐田prius的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)算是一座山峰 ，一直是我們的研究標(biāo)桿。在2017年P(guān)rius推出了全新的變速箱P610，其搭配的電機(jī)稱為Prius2017（也叫Prius IV ），代表了豐田公司對HEV驅(qū)動的最新理解。

第四代混動變速箱P610由于雙電機(jī)上下平行布置。改用平行軸齒輪代替原來的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。但動力分流仍由單排行星齒輪完成。

YOUTUB 有個視頻詳細(xì)介紹了拆解這款變速箱，我們將關(guān)鍵過程提取出來。拆開齒輪箱，能夠看到電機(jī)和發(fā)電機(jī)平行排列在箱體中，裝配空間特別緊湊。

發(fā)電機(jī)為23kw，電機(jī)呈扁平狀，電機(jī)端部被塑封，即能夠提供更高的絕緣性，又能夠改善繞組端部散熱情況。

電動機(jī)為一個8極48槽經(jīng)典配比方案，采用了發(fā)卡繞組，電機(jī)呈現(xiàn)扁平狀，最大轉(zhuǎn)矩163NM，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到17000rpm。

從特寫圖上，可知發(fā)卡繞組的結(jié)構(gòu)特別緊湊，美觀。每槽8-根線，端部尺寸特別小。

創(chuàng)新較大的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子采用了高速化加強(qiáng)的V一結(jié)構(gòu) ，在一個槽內(nèi)，磁鋼分為兩段，為了抑制轉(zhuǎn)矩脈動和齒槽轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子表面開有輔助槽。

從數(shù)據(jù)看Prius 2017

下面以電動機(jī)為主對比下Prius2017（四代）相對于前幾代有什么技術(shù)上的變化。

1高速化是發(fā)展趨勢

最明顯的特征是從三代到四代轉(zhuǎn)速從13500rpm提升到了17000rpm，轉(zhuǎn)矩從207Nm下降到了163Nm。

2功率密度提高

高速帶來的明顯好處是功率密度可以提高，再加上其他技術(shù)的輔助四代的體積功率密度提高36%，達(dá)到了5.7kw/L,重量功率密度從1.6提升到了1.7kw/kg，達(dá)到了DOE2020的技術(shù)要求。

3更小的體積尺寸

對比歷代的數(shù)據(jù)四代電機(jī)首次實現(xiàn)了定子直徑的降低，從269mm降低到215mm。 中間至少跨過了2個基座號。

4效率進(jìn)一步提升

在功率密度提高的同時，電機(jī)的效率不降反升，損耗下降了20%，最高效率達(dá)到97%，說明四代的電機(jī)設(shè)計水平有較大的突破。

5冷卻功率加大

從披露的數(shù)據(jù)中，我們發(fā)現(xiàn)四代Prius（P610）的最大允許電流密度高出三代Prius（P410）58%，這是極大的提升，說明電機(jī)的冷卻效率獲得了突破。

四代prius電機(jī)同三代一樣采用同軸冷卻油泵，冷卻油泵安裝在電機(jī)軸末端的支架中，可以看到這是一個簡易的齒輪容積泵。

油泵轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，由于轉(zhuǎn)子齒數(shù)比定子齒少，這種泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，就會形成交替周期變化的容積空間，空間變大時，油被吸入，空間變小時，油被壓出。

通過對比發(fā)現(xiàn)四代Prius油泵的外徑和二代、三代一致，而高度有所增加，這也就意味著，油泵的流量加大，冷卻能力提高。

prius的電機(jī)的油路設(shè)計比較考究，特別要說的是轉(zhuǎn)子油路設(shè)計，匠心獨蘊(yùn)：油泵把油壓入轉(zhuǎn)子中空軸中，在鐵芯中部，設(shè)置了一段含有從軸到內(nèi)層孔的油路，然后在靠外端一段的鐵芯中又設(shè)置了從內(nèi)層孔到中間孔的油路，最后油路被引導(dǎo)到最接近磁鋼的外側(cè)孔中。冷卻油路越接近磁鋼上的熱量越容易被帶走，如此大大改善了轉(zhuǎn)子的冷卻效果。

同理可以推測電動機(jī)的轉(zhuǎn)子冷卻油路，從轉(zhuǎn)子端板出看出，V一型磁極的V兩側(cè)磁鋼和一字磁鋼都設(shè)計有冷卻通道，對轉(zhuǎn)子冷卻效果相當(dāng)可觀。

核心心技術(shù)的突破

從上述數(shù)據(jù)中，我們可以發(fā)現(xiàn)豐田電機(jī)工程師設(shè)計技術(shù)的精進(jìn)，從已公布的文獻(xiàn)中，我們可以看出如下幾個核心技術(shù)的突破：

1磁極結(jié)構(gòu)的突破

四代prius采用全新的V一結(jié)構(gòu)設(shè)計，這是一種高速改良過的磁極結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)17000rpm的高轉(zhuǎn)速運行， 增設(shè)了兩個旁路磁橋。另外為了降低高速時磁鋼的渦流損耗，磁鋼在軸截面上分成了兩段。

不僅如此，為了降低定子鐵耗和轉(zhuǎn)矩脈動，Prius采用了正弦化磁極設(shè)計手段，通過合理的搭配V 和一的磁鋼尺寸和牌號，可以形成更正弦的氣隙磁密。相比三代，四代的永磁氣隙磁密的三次諧波大大降低(大幅度降低鐵耗)，五次諧波得到抑制（改善轉(zhuǎn)矩脈動）。

2發(fā)卡繞組技術(shù)的成熟

經(jīng)過多年的發(fā)展Prius的扁線繞組技術(shù)進(jìn)一步提升。相比三代，槽滿率提升了15%。并且在如下兩個個方面獲得突破：

扁線絕緣材料得以優(yōu)化，更薄，耐電壓級別更高，而且新的絕緣材料焊接特性更加優(yōu)良；

高速扁線繞組成型技術(shù)（為降低高頻積膚效應(yīng)而設(shè)計）；

3輕稀土少稀土技術(shù)

豐田研發(fā)新的無Dy稀土永磁技術(shù)，大幅度降低稀土的用量，相比三代產(chǎn)品磁鋼用量降低15%，而稀土用量降低85%，從而提高了成本競爭優(yōu)勢。