驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)作為新能源汽車關(guān)鍵的“三電”技術(shù)之一，將逐步向輕量化、高功率和高能效方向發(fā)展。在當(dāng)前電池技術(shù)無(wú)法取得重大突破的背景下，提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率、功率密度、安全性與可靠性，成為新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要研究方向，而扁線電機(jī)憑借高功率密度、高效率的優(yōu)勢(shì)將成為新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)未來(lái)的主流技術(shù)方向。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類

電機(jī)按照工作原理，可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，直流電機(jī)分為有刷直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)，交流電機(jī)分為同步電機(jī)、異步電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，同步電機(jī)又分為永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)。

工業(yè)電機(jī)與車用電機(jī)的區(qū)別

工業(yè)電機(jī)只在1~2個(gè)額定點(diǎn)運(yùn)行，固定轉(zhuǎn)速、固定功率、固定環(huán)境。電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中，頻繁地啟動(dòng)/停車、加速/減速等，對(duì)于車用電機(jī)，運(yùn)行工況復(fù)雜的多，這就要求電機(jī)的性能更高。在全轉(zhuǎn)速扭矩范圍內(nèi)功率、扭矩、退磁、振動(dòng)、散熱、絕緣需要滿足各種不同運(yùn)行區(qū)域要求，給電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)極大挑戰(zhàn)；車用電機(jī)要追求更高的功率密度、轉(zhuǎn)矩密度，因此對(duì)于尺寸、體積和重量的要求更高；車用電機(jī)對(duì)安全性能要求極高，電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造要考慮退磁、應(yīng)力校核、機(jī)械強(qiáng)度、防護(hù)等級(jí)、絕緣等級(jí)等因素；另外，電機(jī)的輸出性能與運(yùn)行工況和電氣邊界條件相關(guān)程度高、較難明確定義，系統(tǒng)輸入限制嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)不同電壓和電流條件下，電機(jī)的性能要求也完全不同。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的典型技術(shù)特點(diǎn)

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中90%是永磁同步電機(jī)，因其效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等特點(diǎn)，具有明顯優(yōu)勢(shì)。永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別：在低轉(zhuǎn)速區(qū)，異步電機(jī)高效區(qū)面積相對(duì)于永磁同步電機(jī)更小，而且更偏向于高速區(qū)；永磁同步電機(jī)功率密度高，異步電機(jī)價(jià)格低，但是異步機(jī)的體積更大，作為后驅(qū)電機(jī)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較少。

圖1. 永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的高效區(qū)

不同冷卻方式，風(fēng)冷、水冷和油冷。油冷電機(jī)的持續(xù)性能高于水冷，水冷高于風(fēng)冷。特別是對(duì)于高壓高速電機(jī)，油冷的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)會(huì)更加明顯。

圖2. 不同冷卻方式電機(jī)

不同繞組形式，分布式繞組和集中式繞組。分布式繞組主要特點(diǎn)是分布比較長(zhǎng)，線包會(huì)疊在一起，而且跨距通常會(huì)跨6個(gè)槽，導(dǎo)致端部更長(zhǎng)，空間占用也偏大，但它散熱比較好，繞組性能比較高。集中式繞組優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反，集中式繞組通常適合做比較扁的電機(jī)，適用于P1、P2這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于端部尺寸要求不高的應(yīng)用，通常采用分布式繞組方式。

圖3. 不同繞組形式

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程可以分為四層。第一層是物理變量，鐵芯尺寸、材料銅線線徑、磁鋼尺寸，第二層變量是中間變量，具體指在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的核心變量，比如磁通、電負(fù)荷、熱負(fù)荷、漏磁、磁密等。第三層為應(yīng)用層，客戶要求電機(jī)達(dá)到哪些指標(biāo)，如效率、功率、扭矩等等。達(dá)到了客戶要求后，還要保證電機(jī)的安全性和可靠性，即第四層——安全層。要做瞬態(tài)電流、模態(tài)分析、NVH、強(qiáng)度分析等等，最后所有變量滿足要求，設(shè)計(jì)才會(huì)凍結(jié)。如果一個(gè)變量不滿足需求，就要反復(fù)循環(huán)迭代。電磁仿真、機(jī)械仿真、熱仿真、聯(lián)合仿真，每個(gè)模塊都是相互獨(dú)立且緊密聯(lián)系的。

對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)講，電機(jī)的成本與性能、成本與效率、峰值性能與持續(xù)性能、峰值轉(zhuǎn)矩與峰值功率等參數(shù)之間都是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，需要相互平衡，設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程在于取舍。

針對(duì)新能源乘用車應(yīng)用領(lǐng)域，方正電機(jī)的開(kāi)發(fā)與制造以永磁同步電機(jī)為主，幾乎覆蓋國(guó)內(nèi)主流的需求。從135平臺(tái)到235平臺(tái)的規(guī)劃，分別對(duì)應(yīng)于低壓、高壓、風(fēng)冷、水冷和油冷，目前都有開(kāi)發(fā)。過(guò)去兩年方正電機(jī)對(duì)扁線電機(jī)的加碼研發(fā)，取得較快發(fā)展，目前的扁線電機(jī)可以給客戶提供具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的電驅(qū)解決方案。