quanjing

新能源汽车驱动电机高速化趋势分析

发布时间:2023年4月18日 | 文章来源:今日电机 | 浏览次数:323 | 访问原文

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
01

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。

碳纤维保护套
02

高速轴承的选择

对于高速电机,轴承有一个重要参数dn值需要特别注意。dn值等于轴承档的直径与转速的乘积,通常dn值不超过2*10^6。另外可考虑采用新技术轴承,如空气轴承、磁悬浮轴承、陶瓷轴承等,但在承载力、精密度、可靠性、成本方面需要权衡考虑。

轴承

带轴承转子
03

高速带来的绕组涡流损耗

在高转速/高频情况下,定子绕组会产生明显的趋肤效应和邻近效应,合称为绕组涡流损耗,尤其对现在备受青睐的扁线电机而言,绕组涡流损耗在高速时更需认真分析与对待。

4层绕组损耗云图       8层绕组损耗云图
04

NVH恶化

NVH是新能源汽车电机的重要技术指标。高速电机由于转速高,使得激振频率很高,而且电机细长,质量较轻,阻尼比较小,振型丰富,易产生各种频率的振动。而且转速高也易产生较大的空气噪声。因此NVH是高速电机必须解决的问题,需要在电磁设计、结构设计、电机控制等方面综合考虑。

 

05

标定测试台架资源

高速电机的测试需要高转速的电机台架。据不完全调研,目前驱动电机用台架最高转速有25000rpm一台、23000rpm几台。国创中心23000rpm台架应该是国内第一套23000rpm,已正常对外和对内测试运行了一年时间。如果有再高转速的电机,找台架资源来测试可能会是个头疼的问题。

高速电机台架