新能源汽车驱动电机高速化趋势分析

今日电机

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马永志

北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司

电机开发总师

从事新能源汽车电机开发工作14余年，先后在国内主流整车企业和电机公司任职电磁工程师、部门经理、电机开发总师等，对电机设计尤其电磁仿真设计、标定测试有着丰富经验。负责过多个电机项目的开发指导、设计优化、标定测试等工作，包括国家科技部项目、市科委项目、企业研发与量产项目。项目工作主要涉及：圆线&扁线电机电磁设计、扁线绕组交流损耗仿真、电感磁链仿真及与实测对比、台架标定及测试、整车动力性经济性仿真等。工作期间发表专利、论文十余篇。

新能源汽车驱动电机高速化趋势分析

EV MOTOR

行业内高速电机一般指转速超过10000r/min的电机。新能源汽车驱动电机高速化，可以提高功率，进而提升汽车动力性，或者保持同样功率和动力性，同时可以缩小电机体积，降低成本。随着新能源汽车近些年的更新换代，可以看到国内外驱动电机的转速一直向高速化发展，见下表（本人不完全统计）：丰田普锐斯（Prius）三代车型转速逐步提升，国外Lucid Air motors车最高转速达到了20000rpm，国内长安630/北汽647V（华为三合一）最高转速达到17300rpm。

但电机高速化也会带来一些问题，以下五点是我认为需要重点注意的问题：

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高速带来的转子离心力大

转子高速旋转时，冲片和磁钢都会受到离心力的作用。转速越高，离心力越大。当冲片上的开孔较多较大时，孔之间的间隙就会比较小。这时在较大的离心力的作用下，冲片体脆弱部分的强度可能超过其屈服强，其变形也可能会影响气隙变小，从而引起性能变化甚至扫膛。而且钕铁硼永磁材料抗拉强度很小。所以转子强度分析是高速电机设计的关键之一。

转子总变形云图

转子总应力云图

为了适应17900rpm的高转速，特斯拉Plaid版电机中直接取消了应力脆弱的隔磁桥，采用了转子护套，这样还能减少漏磁。采用独特的机器缠绕碳纤维护套工艺，因为常用的通电线圈加热护套，较高温度会使永磁体退磁。虽然碳纤维转子护套提高了转速的上限，但碳纤维复合材料的成本及机器缠绕的工艺难度都是一个挑战。