電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代，動(dòng)力來(lái)源更加廉價(jià)，動(dòng)輒200kW功率的單電機(jī)隨處可見(jiàn)，雙電機(jī)車(chē)型加速輕松可以媲美以往百萬(wàn)級(jí)別的性能燃油車(chē)。

不過(guò)，電機(jī)的技術(shù)門(mén)檻并沒(méi)有人們想象中低，比如近幾年，單電機(jī)的功率越來(lái)越大，功率密度越來(lái)越高，每一次性能上的提升都是材料、散熱、電路控制方面的進(jìn)步。

此前《中國(guó)制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線(xiàn)圖》中的目標(biāo)是，到2025年和2030年，國(guó)內(nèi)乘用車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20s有效比功率分別要達(dá)到≥4kW/kg和≥5kW/kg，因此功率密度是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一個(gè)重要考量參數(shù)。

目前市面上高功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展情況

目前主流的純電汽車(chē)，單電機(jī)峰值功率普遍在100kW-200kW之間，但在一些中高端車(chē)型上，考慮到性能需求，后橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率可以達(dá)到250kW-300kW。

而從已經(jīng)量產(chǎn)的純電車(chē)型來(lái)看，目前峰值功率最大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是Lucid Motor的500kW電機(jī)，單電機(jī)重量74kg，功率密度超過(guò)7kW/kg。這款峰值功率高達(dá)500kW的永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子繞組、減速器、冷卻方面進(jìn)行了特殊優(yōu)化，不計(jì)成本降低體積以及提升性能，最終實(shí)現(xiàn)了超高的功率密度。

上汽智己在即將發(fā)布的LS6上，會(huì)推出一款單軸峰值功率高達(dá)379kW的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，搭載在LS6的后橋上。但上汽在碳博會(huì)上還展示出一款單軸功率高達(dá)475kW的電機(jī)，重量為89.8kg，功率密度超過(guò)5kW/kg。據(jù)官方介紹，這款475kW電機(jī)采用了陶瓷軸承、碳纖維包覆轉(zhuǎn)子、定轉(zhuǎn)子雙油冷等方案，同時(shí)已經(jīng)有實(shí)物展示。

廣汽埃安今年3月發(fā)布了全新一代高性能集成電驅(qū)——夸克電驅(qū)，據(jù)稱(chēng)在最大功率260kW的情況下，電機(jī)重量?jī)H為21.5kg，功率密度高達(dá)12kW/kg。不過(guò)這里官方?jīng)]有詳細(xì)解釋?zhuān)?1.5kg的重量是否包含包括減速器、電驅(qū)逆變器等模塊。

另外要注意的是，上面包括Lucid、智己、埃安三家的高功率密度電機(jī)，都是建立在800V高壓平臺(tái)之上。而市面上主流的400V平臺(tái)上，智己L7的250kW電機(jī)功率密度為3.03kW/kg，已經(jīng)是量產(chǎn)400V平臺(tái)上的最高數(shù)據(jù)。

這也從另外的角度說(shuō)明，如果要達(dá)到《中國(guó)制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線(xiàn)圖》中的目標(biāo)，到2023年電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本都需要上800V平臺(tái)。

高功率密度電機(jī)，有哪些難點(diǎn)？

在包括新能源汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用后，為了提高車(chē)輛續(xù)航，降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率密度，即在功率不降低，電機(jī)性能不降低的情況下，盡可能降低電機(jī)的體積和重量；或使功率、效率提升的同時(shí)，電機(jī)重量不變。總而言之，如今新能源汽車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求就是，輕量化的同時(shí)又要保證性能和效率的水平。

那么對(duì)于高功率密度的電機(jī)而言，也有不少難點(diǎn)，包括散熱、材料、電路設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)等方面。

首先，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其實(shí)是提高電機(jī)功率密度的一個(gè)重要方向。但有一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題是，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高之后，電機(jī)供電的頻率就會(huì)變得很高，這對(duì)整流器、變頻器等器件來(lái)說(shuō)，損耗會(huì)加大，降低系統(tǒng)的可靠性。

除此之外，電機(jī)中磁性材料中由于存在交變或脈動(dòng)磁場(chǎng)而引起的功率損耗會(huì)以熱的形式表現(xiàn)，也就是說(shuō)隨著頻率的提高，這部分發(fā)熱導(dǎo)致的損耗，在電機(jī)總損耗中的比重會(huì)增大，降低電機(jī)的效率。

在高轉(zhuǎn)速電機(jī)中，轉(zhuǎn)子還要面臨著克服離心力的挑戰(zhàn)。目前業(yè)界前列的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過(guò)20000rpm，這使得轉(zhuǎn)子材料承受很大的切向應(yīng)力。所以為了提高轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一些廠(chǎng)商在高轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子上采用碳纖維護(hù)套，或是改進(jìn)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度疊片等材料，來(lái)滿(mǎn)足高轉(zhuǎn)速電機(jī)的需求。

我們還可以看到現(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在冷卻上下了很多功夫，包括水冷、油冷等，實(shí)際上溫度問(wèn)題一直以來(lái)都是電機(jī)發(fā)展過(guò)程中的難題。

因?yàn)樵陔姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，定子繞組的端部往往是發(fā)熱程度最高的部分，所以在油冷系統(tǒng)中，會(huì)通過(guò)往端部噴射冷卻油來(lái)將這些熱量帶走，為其降溫。當(dāng)然，目前點(diǎn)擊的油冷散熱方案多種多樣，包括通過(guò)在定子內(nèi)部設(shè)置油冷管道來(lái)從內(nèi)部散熱等。

另外在定子繞組中，所采用的導(dǎo)線(xiàn)形態(tài)也會(huì)對(duì)電機(jī)的性能產(chǎn)生影響。以往電機(jī)普遍采用圓線(xiàn)繞組，但隨著扁線(xiàn)電機(jī)的應(yīng)用，扁線(xiàn)由于形態(tài)上有利于電機(jī)滿(mǎn)槽率提升，這意味著在電機(jī)空間不變的情況下，可以填充更多的銅線(xiàn)，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，提升功率密度。

體積方面，從圓線(xiàn)變?yōu)楸饩€(xiàn)，同樣空間的定子下可以填充的銅能夠增加20%以上，一定程度上可以令電機(jī)功率提高20%；在散熱方面，扁線(xiàn)繞組由于線(xiàn)與線(xiàn)之間的接觸面積更大，熱傳導(dǎo)效果更好，所以也有利于散熱。

在噪音方面，電機(jī)的槽配合對(duì)電磁振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生、抑制都具有決定性的作用，可以采取更小的槽口尺寸，來(lái)降低電機(jī)電磁噪音。同時(shí)扁線(xiàn)電機(jī)能夠提高電樞剛度，對(duì)電樞噪音也有抑制作用。

小結(jié)：

在電動(dòng)汽車(chē)上，伴隨著整個(gè)新能源行業(yè)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)電機(jī)也在近幾年迎來(lái)了高速發(fā)展階段，各大廠(chǎng)商都在努力提高電機(jī)的功率密度。期待未來(lái)會(huì)有更多功率更大，重量更輕、能耗更低的驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品，來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的普及。