新能源汽车驱动电机高速化趋势分析

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。