電機(jī)小型化是現(xiàn)在擺在諸多汽車企業(yè)面前的問(wèn)題，今天為大家?guī)?lái)“汽車電驅(qū)系統(tǒng)輕薄短小”加速系列第二篇連載，為大家介紹技術(shù)宅-本田是如何實(shí)現(xiàn)體積更小且成本更低的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的。

“面向電動(dòng)化本田握有一個(gè)大型武器” -本田技術(shù)研究所四輪R＆d中心第4技術(shù)開(kāi)發(fā)室第2模塊首席研究員貝冢正明先生指出。這里所謂的大型武器指的是2016年后本田混合動(dòng)力車（HEV）上采用的全新結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相比，在保持相同輸出和扭矩的情況下，體積和重量分別減少了大約23％（圖B-1）。

因此，包括逆變器和減速器在內(nèi)的i-MMD驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化成為可能。現(xiàn)行雅閣的HEV款中采用的2電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)），與使用常規(guī)電機(jī)相比，高度縮減了9.2%，寬度縮減了9.7%。

圖B-1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)小型輕量化

本田技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的全新結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與常規(guī)電機(jī)相比更加小巧輕便（a、b）。由此，在更廣泛的領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了高效率驅(qū)動(dòng)（c）。電機(jī)的小型化助力了本田驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)“i-MMD”的小型化，由此寬度減少了9.7％，高度減少了9.2％（d）。 （圖（c）和（d）是根據(jù)本田工業(yè)技術(shù)研究所的數(shù)據(jù)編制的）

由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變小，可以輕松地橫向部署到更多車型上（貝塚先生指出）。而采用常規(guī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)尺寸，能夠橫向部署的，以sedan車型為主，也就2~3款車型。

本田將以新型結(jié)構(gòu)電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)各個(gè)車型的要求稍作修改，從而應(yīng)用到各種HEV車型上。通過(guò)批量生產(chǎn)結(jié)構(gòu)大致相同的電機(jī)，從而降低零件的采購(gòu)成本和制造成本。

增加線圈的占積率

為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)小型化，本田增加了繞線的占積率（空間中銅的比例），使定子變小。通過(guò)使用大截面的方形導(dǎo)線作為線圈，使得占積率達(dá)到了60％（圖B-2）。 在傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)中，使用薄的圓形線圈，占積率一般只能達(dá)到48％。

圖B-2不斷提高線圈的占積率，損耗降低

為了使定子小型化，線圈使用截面積大的方形導(dǎo)線（a）。與傳統(tǒng)的圓形線圈相比，方形導(dǎo)線可使占積率從48％增加到60％。但是，由于和圓線相比方線變粗，導(dǎo)體（銅）中的“過(guò)電流損失”會(huì)增大。通常通過(guò)增大定子的槽寬度或減小每個(gè)線圈的厚度來(lái)減小過(guò)電流損耗（b）。（圖：基于本田技術(shù)研究所資料制作）

由于過(guò)電流損耗分別與磁通密度和導(dǎo)體厚度的平方成正比。本田通過(guò)降低磁通密度以及使導(dǎo)體變薄（線圈變薄）來(lái)降低過(guò)流損耗。減小磁通密度主要通過(guò)擴(kuò)大槽寬度實(shí)現(xiàn)，但是增加槽寬度的同時(shí)扭矩會(huì)減小，因此本田以實(shí)現(xiàn)315Nm扭矩為目標(biāo)，將槽寬調(diào)整到了4.4mm。而使導(dǎo)體變薄，本田通過(guò)將線圈并列分割，使得單根線圈經(jīng)過(guò)的電流變小而實(shí)現(xiàn)。具體是將線圈分成2根并列，每根分別流過(guò)150A電流，匝數(shù)是8。與300A流過(guò)一圈匝數(shù)為4匝的情況相比，導(dǎo)體可以變薄，而過(guò)流損耗也減少了約60％。

縮短線圈末端

為了實(shí)現(xiàn)小型化，本田同時(shí)還縮短了從定子突出的線圈部分（“線圈末端”）（圖B-3）。本田技術(shù)人員認(rèn)為線圈末端部分“對(duì)電機(jī)工作沒(méi)有貢獻(xiàn)”。

圖B-3 縮短線圈末端

新舊構(gòu)造線圈端部比較，在新構(gòu)造電機(jī)中，從定子（“線圈端”）突出的線圈部分縮短，有效實(shí)現(xiàn)了小型化（a）。為了縮短線圈端部，采用了新的繞線方法（b）。

傳統(tǒng)電機(jī)做法是預(yù)先盤(pán)繞圓形線圈之后，將繞好圓線圈從定子鐵心半徑方向穿過(guò)，這樣的話線圈引線末端就會(huì)很長(zhǎng)。這次為了縮短線圈末端，采用了新的繞線結(jié)構(gòu)方法。首先，將矩形線圈塑形成U字形，以形成“并列分割線圈”。接下來(lái)，將該分割線圈從定子鐵心的軸方向插入。之后，將插入側(cè)以及對(duì)側(cè)伸出的線圈前端焊接在一起而形成線圈。

常規(guī)方法中，從定子鐵芯的半徑方向插入預(yù)先卷繞的圓線線圈，為了防止線圈被夾住，卷繞直徑相對(duì)較大，線圈端部也會(huì)變長(zhǎng)。同時(shí)，在插入定子鐵心后，還涉及許多人工處理的工序，例如用繩子捆綁使得線圈不能散開(kāi)，壓扁線圈端部等等。

新的繞線工藝，需要投資新的制造設(shè)備。與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝不需要繩子捆綁，也不需要將線圈末端壓扁，從而更易于自動(dòng)化。由此實(shí)現(xiàn)高效率大批量生產(chǎn)，成本也能降低。基于對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車需求大幅增長(zhǎng)的預(yù)期，本田采取了這樣的具備大批量生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的工藝。

采用低成本易采購(gòu)的電磁鋼板

還有一點(diǎn)創(chuàng)新就是考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)量的增加，定子采用了低成本易采購(gòu)的電磁鋼板。一般來(lái)說(shuō)，為了降低鐵損，定子是通過(guò)堆疊多層薄磁鋼片制成的。然而，薄的電磁鋼片制造難度大且價(jià)格昂貴。換句話說(shuō)，在電磁鋼板的鐵損降低和成本降低之間存在權(quán)衡關(guān)系。

如上所述，由于線圈引起的損耗可以減小，雖然鐵損增加，但是為了降低成本，最終使用了比常規(guī)電機(jī)更厚的電磁鋼板。傳統(tǒng)產(chǎn)品的厚度為0.25mm，但本田采用的厚度為0.3mm。貝塚先生表示這個(gè)厚度流通量很大，不但便宜，而且易于采購(gòu)。