新能源汽車驅動電機高速化趨勢分析
發布時間：2023年5月9日 |
文章來源：旺材電機與電控 |
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行業內高速電機一般指轉速超過10000r/min的電機。新能源汽車驅動電機高速化，可以提高功率，進而提升汽車動力性，或者保持同樣功率和動力性，同時可以縮小電機體積，降低成本。隨著新能源汽車近些年的更新換代，可以看到國內外驅動電機的轉速一直向高速化發展，見下表（本人不完全統計）：豐田普銳斯（Prius）三代車型轉速逐步提升，國外Lucid Air motors車最高轉速達到了20000rpm，國內長安630/北汽647V（華為三合一）最高轉速達到17300rpm。
但電機高速化也會帶來一些問題，以下五點是我認為需要重點注意的問題：
轉子高速旋轉時，沖片和磁鋼都會受到離心力的作用。轉速越高，離心力越大。當沖片上的開孔較多較大時，孔之間的間隙就會比較小。這時在較大的離心力的作用下，沖片體脆弱部分的強度可能超過其屈服強，其變形也可能會影響氣隙變小，從而引起性能變化甚至掃膛。而且釹鐵硼永磁材料抗拉強度很小。所以轉子強度分析是高速電機設計的關鍵之一。
為了適應17900rpm的高轉速，特斯拉Plaid版電機中直接取消了應力脆弱的隔磁橋，采用了轉子護套，這樣還能減少漏磁。采用獨特的機器纏繞碳纖維護套工藝，因為常用的通電線圈加熱護套，較高溫度會使永磁體退磁。雖然碳纖維轉子護套提高了轉速的上限，但碳纖維復合材料的成本及機器纏繞的工藝難度都是一個挑戰。
對于高速電機，軸承有一個重要參數dn值需要特別注意。dn值等于軸承檔的直徑與轉速的乘積，通常dn值不超過2*10^6。另外可考慮采用新技術軸承，如空氣軸承、磁懸浮軸承、陶瓷軸承等，但在承載力、精密度、可靠性、成本方面需要權衡考慮。
在高轉速/高頻情況下，定子繞組會產生明顯的趨膚效應和鄰近效應，合稱為繞組渦流損耗，尤其對現在備受青睞的扁線電機而言，繞組渦流損耗在高速時更需認真分析與對待。
NVH是新能源汽車電機的重要技術指標。高速電機由于轉速高，使得激振頻率很高，而且電機細長，質量較輕，阻尼比較小，振型豐富，易產生各種頻率的振動。而且轉速高也易產生較大的空氣噪聲。因此NVH是高速電機必須解決的問題，需要在電磁設計、結構設計、電機控制等方面綜合考慮。
高速電機的測試需要高轉速的電機臺架。據不完全調研，目前驅動電機用臺架最高轉速有25000rpm一臺、23000rpm幾臺。國創中心23000rpm臺架應該是國內第一套23000rpm，已正常對外和對內測試運行了一年時間。如果有再高轉速的電機，找臺架資源來測試可能會是個頭疼的問題。
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