新能源汽車驅(qū)動電機(jī)高速化趨勢分析
發(fā)布時間：2023年5月9日 |
文章來源：旺材電機(jī)與電控 |
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行業(yè)內(nèi)高速電機(jī)一般指轉(zhuǎn)速超過10000r/min的電機(jī)。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)高速化，可以提高功率，進(jìn)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(jī)體積，降低成本。隨著新能源汽車近些年的更新?lián)Q代，可以看到國內(nèi)外驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速一直向高速化發(fā)展，見下表（本人不完全統(tǒng)計）：豐田普銳斯（Prius）三代車型轉(zhuǎn)速逐步提升，國外Lucid Air motors車最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了20000rpm，國內(nèi)長安630/北汽647V（華為三合一）最高轉(zhuǎn)速達(dá)到17300rpm。
但電機(jī)高速化也會帶來一些問題，以下五點是我認(rèn)為需要重點注意的問題：
轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，沖片和磁鋼都會受到離心力的作用。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大。當(dāng)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(qiáng)度可能超過其屈服強(qiáng)，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(qiáng)度很小。所以轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析是高速電機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵之一。
為了適應(yīng)17900rpm的高轉(zhuǎn)速，特斯拉Plaid版電機(jī)中直接取消了應(yīng)力脆弱的隔磁橋，采用了轉(zhuǎn)子護(hù)套，這樣還能減少漏磁。采用獨特的機(jī)器纏繞碳纖維護(hù)套工藝，因為常用的通電線圈加熱護(hù)套，較高溫度會使永磁體退磁。雖然碳纖維轉(zhuǎn)子護(hù)套提高了轉(zhuǎn)速的上限，但碳纖維復(fù)合材料的成本及機(jī)器纏繞的工藝難度都是一個挑戰(zhàn)。
對于高速電機(jī)，軸承有一個重要參數(shù)dn值需要特別注意。dn值等于軸承檔的直徑與轉(zhuǎn)速的乘積，通常dn值不超過2*10^6。另外可考慮采用新技術(shù)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(quán)衡考慮。
在高轉(zhuǎn)速/高頻情況下，定子繞組會產(chǎn)生明顯的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，合稱為繞組渦流損耗，尤其對現(xiàn)在備受青睞的扁線電機(jī)而言，繞組渦流損耗在高速時更需認(rèn)真分析與對待。
NVH是新能源汽車電機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)。高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高，使得激振頻率很高，而且電機(jī)細(xì)長，質(zhì)量較輕，阻尼比較小，振型豐富，易產(chǎn)生各種頻率的振動。而且轉(zhuǎn)速高也易產(chǎn)生較大的空氣噪聲。因此NVH是高速電機(jī)必須解決的問題，需要在電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電機(jī)控制等方面綜合考慮。
高速電機(jī)的測試需要高轉(zhuǎn)速的電機(jī)臺架。據(jù)不完全調(diào)研，目前驅(qū)動電機(jī)用臺架最高轉(zhuǎn)速有25000rpm一臺、23000rpm幾臺。國創(chuàng)中心23000rpm臺架應(yīng)該是國內(nèi)第一套23000rpm，已正常對外和對內(nèi)測試運(yùn)行了一年時間。如果有再高轉(zhuǎn)速的電機(jī)，找臺架資源來測試可能會是個頭疼的問題。
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