功率更大，重量更輕，車企卷向驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率密度

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在電動(dòng)汽車時(shí)代，動(dòng)力來源更加廉價(jià)，動(dòng)輒200kW功率的單電機(jī)隨處可見，雙電機(jī)車型加速輕松可以媲美以往百萬級(jí)別的性能燃油車。

不過，電機(jī)的技術(shù)門檻并沒有人們想象中低，比如近幾年，單電機(jī)的功率越來越大，功率密度越來越高，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《中國制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中的目標(biāo)是，到2025年和2030年，國內(nèi)乘用車驅(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電動(dòng)汽車驅(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，單電機(jī)峰值功率普遍在100kW-200kW之間，但在一些中高端車型上，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)的純電車型來看，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)稱在最大功率260kW的情況下，電機(jī)重量僅為21.5kg，功率密度高達(dá)12kW/kg。不過這里官方?jīng)]有詳細(xì)解釋，21.5kg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明，如果要達(dá)到《中國制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中的目標(biāo)，到2023年電動(dòng)汽車驅(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)？

在包括新能源汽車上的廣泛應(yīng)用后，為了提高車輛續(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?？偠灾?，如今新能源汽車對(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)顯而易見的問題是，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、變頻器等器件來說，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)磁場而引起的功率損耗會(huì)以熱的形式表現(xiàn)，也就是說隨著頻率的提高，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，來滿足高轉(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)際上溫度問題一直以來都是電機(jī)發(fā)展過程中的難題。

因?yàn)樵陔姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，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)通過往端部噴射冷卻油來將這些熱量帶走，為其降溫。當(dāng)然，目前點(diǎn)擊的油冷散熱方案多種多樣，包括通過在定子內(nèi)部設(shè)置油冷管道來從內(nèi)部散熱等。

另外在定子繞組中，所采用的導(dǎo)線形態(tài)也會(huì)對(duì)電機(jī)的性能產(chǎn)生影響。以往電機(jī)普遍采用圓線繞組，但隨著扁線電機(jī)的應(yīng)用，扁線由于形態(tài)上有利于電機(jī)滿槽率提升，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，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場強(qiáng)度，提升功率密度。

體積方面，從圓線變?yōu)楸饩€，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，扁線繞組由于線與線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，來降低電機(jī)電磁噪音。同時(shí)扁線電機(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)也在近幾年迎來了高速發(fā)展階段，各大廠商都在努力提高電機(jī)的功率密度。期待未來會(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，來推動(dòng)電動(dòng)汽車的普及。