就在2022年晚些時候,美國陸軍協會年會展示了1臺基于油電混合動力系統的“M1-X”型坦克技術驗證車。與此同時,在此次美國陸軍協會年會還展示了基于REEV驅動架構的8輪裝甲車、履帶式無人作戰系統,以及眾多來自歐美地區的復合電驅動系統、輪轂電驅動系統以及多種一體化復合REEV驅動系統樣品。
根據相關信息看,這款“M1-X”混動坦克動力系統采用相對先進的一體化復合REEV驅動系統(X組ISG電機+2組驅動電機+X組轉向電機+結構簡化的燃油直驅1\2擋)。
從工作流程比對,X組ISG電機+2組驅動電機+X組轉向電機+燃油直驅1\2擋組成的一體化復合REEV驅動系統,具備PHEV大功率輸出、強化REEV大功率發電、增加電動轉向系統同時,保留機械傳動系統的可靠性綜合優勢。
(資料圖)
但是,要想將一體化復合REEV驅動系統與混動專用發動機“塞”入空間被嚴格限定的動力艙內,就必須要引入效率更高、體積更小、自重更輕的扁線電機!
同時,更可靠的扁線電機(ISG啟發電一體機\驅動電機)的出現,可以完全去掉擠占空間、提高自重、結構復雜的燃油直驅1\2擋,使得應用電動化更加徹底全新一體化復合REEV驅動系統的下一代為主戰坦克(中重型裝甲技術裝備)技戰術優勢呈壓倒性狀態。
最近5年,全球范圍新能源技術軍用化、中重型輪履無人作戰系統發展態勢看,由扁線繞組技術為基礎的電驅動系統+混動專用發電機組成的油電混合驅動系統已經發展出:
縱置REEV驅動系統(適用于輕中型輪履載具);
橫置REEV驅動系統(適用與中重型履帶式載具);
由2組ISG電機+2組驅動電機+1\2組轉向電機+燃油直驅1\2擋的一體化復合REEV驅動系統(適用于下一代主戰坦克);
由2組ISG電機+2組驅動電機+1\2組轉向電機的全新一體化復合REEV驅動系統(適用于新一代主戰坦克);
無論REEV驅動系統、PHEV驅動系統,還是更加復雜的一體化復合REEV驅動系統,決定載具性能以及帶有不同上裝模塊的系統戰術優勢,由扁線電機構成不同類型的電驅動系統起著至關重要的作用。
新能源情報分析網評測組,重點對決定新一代主戰坦克戰術優勢的全新一體化復合REEV驅動系統(X組ISG用扁線電機+2組驅動扁線電機+X組轉向用扁線電機,去掉燃油直驅1\2擋)技術優勢,進行全向研讀和判定。
備注:最終參數、配置以及性能,以官方發布信息為準。
1、基于扁線電機構成的縱置REEV驅動系統技術優勢:
對輕\中型履帶式裝甲戰車(前部動力艙\中后部戰斗艙,不以搭載乘員為主),引入縱置REEV驅動系統對傳統動力系統進行“油改電”的進化,是一種行之有效的嘗試。
對于原有動力系統為前縱置的履帶裝備,在原裝位換裝REEV驅動系統,可以降低研發周期、減少研發風險、縮小研發成本,由此而來的技術的提升和性能的增加,直接導致戰術優勢較大負面的延展。
黃色區域:縱置柴油機
黃色箭頭:柴油機-發電機的能量流
藍色區域:驅動機構
藍色箭頭:驅動電機
綠色箭頭:減速器
這種縱置REEV驅動系統,對動力總成的電動化要求不高,可以在原動力系統的空間較為輕松的布設。唯獨對發電機長度和直徑有所限定。
上圖為臺架測試狀態的縱置REEV驅動系統,發電機-發電機-驅動電機系統技術狀態特寫。
紅色區域:縱置發動機
藍色箭頭:包括發電機和驅動電機以及減速器的電傳動組件
紅色箭頭:電傳動組件的高壓電控模塊
藍色箭頭:發動機輸出動力,經電傳動組件內的發電機輸出電量
黃色箭頭:電傳動組件兩端減速器輸出扭矩至主動輪
綠色箭頭:疑似轉向電機
縱置REEV驅動系統,弱化了發動機的電動化改進幅度和對空間限定范圍,但是對1組發電機和2組驅動電機的效率要求較高,就必然要采用“1槽X線”扁線電機。
需要注意的是(1),縱置REEV驅動系統占用的較大空間,可以在縱置發動機與ISG啟發電一體機之間布置1或2擋增速器,以載具在不同戰術環境下的耗電需求。但是,即便設定3擋增速器,也只能滿足最基本的發電功率分流,而不能起到全部系統內的扭矩與電量聯合精準分流的技術需求。
2、基于扁線電機構成的橫置REEV驅動系統技術優勢:
對于輕中型履帶式裝甲運兵車以及重型履帶式裝甲防護車輛,更多的空間與載荷都要分配給人員輸送或物資轉運(防護需求與高機動需求相對弱化、承載需求相對強化)。引入前置REEV驅動系統,可以通過現有傳統動力裝備進行“油改電”,又可以用于全新正向開發的載具。
美國艾利遜推出的一款橫置REEV驅動系統,主打更低的運行噪音和高效的發電功率等技術設定。在更加緊湊的總成中,主要有2組驅動電機、1套轉向電機小總成。橫置發動機串聯1組ISG啟發電一體機,與橫置REEV驅動架構關聯,僅需占據載具前端空間同時,間接起到部分防護功能。
黃色箭頭:橫置發動機
綠色箭頭:至ISG啟發電一體機的功率流
藍色箭頭:ISG啟發電一體機至兩組驅動電機的功率流(1組電量分流為2組)
白色箭頭:經過兩組減速器輸出至主動輪的扭矩流
白色區域:轉向電機小總成
在實際應用中,橫置REEV驅動系統也可以與縱置發動機關聯。驅動電機可以設定1或2組減速齒輪,以滿足更大扭矩或更高車速的載具端技術需求。
但是!如果要想額外設定1組由發動機通過直驅1\2擋,將扭矩“繞過發電機\驅動電機”直接傳遞到主動輪,就需要騰出更多的空間。
紅色區域:減速器(通過多組齒輪達到大扭矩\高車速需求)
紅色箭頭:減速器輸出扭矩
藍色箭頭:扭矩經過離輪端至主動輪(理論上可以在輪端額外設定1組換擋系統)
橫置REEV驅動系統的優勢,在于與橫置發動機關聯提升空間利用率。但是在經過驅動電機-減速器-主動輪的功率分流策略,與橫置REEV驅動系統沒有太多變化。
需要注意的是(2),無論縱置REEV驅動系統,還是橫置REEV驅動系統,都只能與1套ISG啟發電一體機關聯,發電功率被限定、功率分流的控制精準程度被限定,額外增設燃油直驅1\2擋可能性被大幅壓縮。
3、基于扁線電機構成的全新一體化復合REEV驅動系統技術優勢:
在2022年美國陸軍協會年會亮相的“M1-X”混動坦克,在配置的一體化復合REEV驅動系統內,2組ISG啟發電一體機滿足載具端驅動用電需求同時、強化了火力上裝模塊端的用電需求同時,1組ISG啟發電一體機還可以在動力全負載輸出時用于驅動(PHEV模式)。
同樣在2022年美國陸軍協會年會上,展示了1款基于具備整體吊裝與更換能力的全新一體化復合REEV驅動系統。2組柴油機+2組ISG啟發電一體機+橫置REEV驅動模塊構成的動力總成。
橫置REEV驅動模塊(黃色箭頭)內的驅動電機則采用X-PIN繞組技術電機(藍色箭頭)。
展示的全新一體化復合REEV驅動系統,橫置REEV驅動單元與2臺增程動力系統關聯(2組柴油機各串聯1組大功率ISG啟發電一體機),完全摒棄了“多余”的燃油直驅1\2擋系統。而2組縱置的柴油機之間的空間可以用來擱置更耐高溫的鋰硫電池系統。
紅色箭頭:2組單獨設定的縱置發動機
黃色箭頭:2組與發電機串聯的ISG啟發電一體機
白色箭頭:橫置REEV驅動模塊電控單元
黃色箭頭:驅動電機及減速器模塊
藍色箭頭:疑似轉向電機小總成
需要注意的是(3),作為這套全新一體化復合REEV驅動系統的重要部件,采用X-pin繞組技術的扁線電機(模型)單獨進行了單獨展示。
X-pin繞組技術與Hair-pin(扁線)繞組技術,都是通過提升槽滿率,而達成縮短長度和增加功率的技術手段!X-pin繞組技術存在著加工難度大、良品率低、以及成本不可控等現實因素。
當下,中國國內電機廠商主推Hair-pin(扁線)繞組技術及成品相當成熟。
多數國內電機廠商可以將“1槽6線”繞組技術電機大規模量產和民用;
少數國內電機廠商可以將“1槽8線”繞組技術電機應用在高端民用EV車輛;
幾家國內電機廠商可以將“1槽10線”繞組技術電機規模化量產并應耐用在特種領域中;
顯然,根據驅動系統特點與載具戰術需求,使用采用“1槽X”線繞組技術的扁線永磁同步電機(稀土作為重要原料),不僅符合中國新能源市場發展需求、中國本土新能源產業鏈特點、還有利于強化中國特有的稀土資源改變全球新能源市場走向!
我們的征途是星辰大海!
“M1-X”坦克的一體化復合REEV驅動系統,保留1套簡化的1\2擋直驅系統作為備份驅動單元的技術,可以看做是一種過渡性的策略。
引入效能與可靠性兼顧的扁線電機的全新一體化復合REEV驅動系統,將精準功率和電量分流、不再保留1\2擋直驅系統的技術路線,將是最佳解決方案。
研制具全新一體化復合REEV驅動系統并用于正向開發的履帶式火力打擊\高速突擊裝甲技術裝備,最大程度緩解了傳統液力傳動系統的可靠性、摩托化機動維修養護周期等問題。
用擁有全部知識產權、自行研發和自行量產的高性能的扁線電機作為電動化傳動系統的核心部件,并將備份用的燃油直驅1\2擋系統去掉,或將有利于解決驅動與供電、多組功率分流精準調控的難題!
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