博格華納的外轉(zhuǎn)子二合一增程器與無刷勵磁方案！

本文深入探討博格華納最新推出的外轉(zhuǎn)子二合一增程器與無刷勵磁電機(jī)技術(shù)，聚焦其小型化設(shè)計、無位置傳感器策略及油冷系統(tǒng)優(yōu)化等創(chuàng)新點(diǎn)，揭示這些技術(shù)方案如何突破傳統(tǒng)瓶頸，引領(lǐng)發(fā)電機(jī)構(gòu)型新趨勢。

博格華納近期推出的一款二合一增程器可以說是為數(shù)不多的即將量產(chǎn)的發(fā)電機(jī)新構(gòu)型，其采用的外轉(zhuǎn)子直連結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)飛輪減振，實現(xiàn)了多方面優(yōu)化，最主要的是實現(xiàn)了增程器的小型化，此前其無刷勵磁電機(jī)以旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)置化、平衡環(huán)功能復(fù)用及油冷系統(tǒng)優(yōu)化，同樣也突破了傳統(tǒng)有刷電機(jī)的空間與維護(hù)瓶頸，那么本期內(nèi)容就來一起看看這兩項技術(shù)方案的彎彎繞繞。

01. 外轉(zhuǎn)子二合一增程器

電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)和外轉(zhuǎn)子電機(jī)。外轉(zhuǎn)子電機(jī)就是字面意思，轉(zhuǎn)子在定子的外部。由于其高輸出轉(zhuǎn)矩的性能廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、輪轂電機(jī)等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域往往對電機(jī)的外形尺寸與功率密度要求極高，故通常設(shè)計成緊湊型高功率密度，電機(jī)尺寸小，高功率輸出。

博格華納最新推出的增程二合一系統(tǒng)解決方案，采用的就是外轉(zhuǎn)子直連，這種外轉(zhuǎn)子電機(jī)是博格華納專為增程車型量身定制的產(chǎn)品，采用的表貼式磁鋼，內(nèi)定子用的是連續(xù)波繞定子以及集成式電機(jī)控制的設(shè)計。

其轉(zhuǎn)子總成結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子支架的連接盤上設(shè)置了連接面和多個連接孔，方便轉(zhuǎn)子支架和發(fā)動機(jī)曲軸之間通過螺栓進(jìn)行連接，省去中間連接軸等結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)輸出動力驅(qū)動轉(zhuǎn)子總成轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子總成轉(zhuǎn)動時和其內(nèi)側(cè)的定子總成相互作用發(fā)電并輸出，轉(zhuǎn)子總成除作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外，還作為飛輪儲存旋轉(zhuǎn)動能，以下降發(fā)動機(jī)的輸出扭矩波動，取代傳統(tǒng)飛輪減振結(jié)構(gòu)以減少零件數(shù)量和布置空間。

圖片來源：博格華納

為實現(xiàn)控制器總成與定子總成的軸向集成，其發(fā)電機(jī)殼體設(shè)計為包含外殼和同軸嵌套的安裝筒。安裝筒嵌入定子總成的環(huán)形內(nèi)側(cè)空間，其內(nèi)部軸向貫通的容納空腔，一端開口用于插入控制器總成，另一端封閉但預(yù)留線路接口。外殼與安裝筒一體成型，將定子總成和轉(zhuǎn)子總成完整封裝?？刂破鲀?nèi)部的電容模塊、高壓直流模塊嵌入冷卻筒，PCBA模塊外置?？刂破鳉んw通過法蘭面螺栓連接發(fā)電機(jī)殼體并罩住控制器，冷卻裝置與控制器殼體將控制器封裝為集成式結(jié)構(gòu)以滿足IP防護(hù)等級要求。

圖片來源：博格華納

博格華納的這款外轉(zhuǎn)子二合一增程器首當(dāng)其沖的優(yōu)勢就是小型化設(shè)計，可減少軸向空間，這款外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)軸向長度只有177.4mm。增程器的小型化是不爭的趨勢，一方面可下降車輛整體重量，提高續(xù)航里程。另一方面能優(yōu)化車輛空間布局，為電池等其他部件騰出更多空間。而且，增程器的體積要與車輛機(jī)艙空間適配，小型車機(jī)艙空間有限，增程器需更緊湊。

圖片來源：博格華納

其內(nèi)定子電機(jī)采用的是博格華納的連續(xù)波繞技術(shù)，將端部高度控制在設(shè)定值，實現(xiàn)緊湊的軸向空間，取消端部焊點(diǎn)，既能下降端部高度也能下降焊接電阻，從而提高效率，值得注意的是博格華納的設(shè)備都是其自研自制。

其次就是這款二合一增程器采用的是無位置傳感器設(shè)計，無位置傳感器的控制策略，是通過采集與轉(zhuǎn)速有關(guān)的電流、電壓變量，估算出轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速信息來代替機(jī)械式編碼器。轉(zhuǎn)速和位置信號觀測的方法很多（磁鏈法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法、龍貝格觀測器等），基于滑模觀測器（是一種基于滑膜變結(jié)構(gòu)的非線性控制方法）的轉(zhuǎn)速和位置信號觀測方法應(yīng)用較為廣泛。博格華納無位置傳感器方案的算法在精度和動態(tài)響應(yīng)方面均達(dá)到了旋變的同等性能。當(dāng)然博格華納也有電渦流方案可選，主要看客戶意向來挑選。

圖片來源：博格華納

NVH上也有很大改善，外轉(zhuǎn)子直連取消了花鍵的傳動噪音，同時電機(jī)高效區(qū)向低速段移動，有利于下降發(fā)動機(jī)噪音。目前博格華納的這款增城二合一方案已經(jīng)進(jìn)入最后的驗證階段，預(yù)計于2025年第四季度正式量產(chǎn)。

02. 無刷勵磁電機(jī)

勵磁電機(jī)（EESM）因制造成本低、操作安全且具備高效弱磁能力而被廣泛應(yīng)用，可分為有刷和無刷兩種類型。有刷勵磁電機(jī)通過滑環(huán)與電刷的物理接觸向轉(zhuǎn)子線圈供電，但其存在電刷磨損嚴(yán)重、需隔離油霧造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及軸向空間占用大等問題。

圖片來源：博格華納

博格華納的無刷勵磁電機(jī)則是通過旋轉(zhuǎn)變壓器在旋轉(zhuǎn)的次級線圈中感應(yīng)電流，再經(jīng)整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電供轉(zhuǎn)子線圈使用，避免了物理接觸磨損，且旋轉(zhuǎn)變壓器與電子器件封裝的軸向長度顯著小于有刷設(shè)計，有效縮短了電機(jī)軸向尺寸。

◎其電源轉(zhuǎn)換路徑為車輛電池→逆變器（DC→AC）→諧振補(bǔ)償電路（優(yōu)化功率傳輸）→旋轉(zhuǎn)變壓器初級線圈→次級線圈感應(yīng)AC→整流器→ DC供給轉(zhuǎn)子勵磁線圈。

圖片來源：博格華納

其整流器是由多個二極管（76）構(gòu)成，直接壓入轉(zhuǎn)子平衡環(huán)（80）的隔離式雙部件中，利用平衡環(huán)金屬材質(zhì)作為散熱器，二極管的引線連接至PCB完成AC/DC整流，減少獨(dú)立散熱器需求。旋轉(zhuǎn)變壓器和整流器是位于油冷卻腔中，由平衡環(huán)油孔噴出的油冷卻，另外，次級線圈被包括在PCB上并且二極管被壓入散熱器中，因此零件的數(shù)量也減少了，該設(shè)計使電機(jī)軸向長度顯著小于現(xiàn)有有刷電機(jī)。