随着新能源汽车行业的快速发展,对于驱动电机的峰值功率、运行效率、响应速度和振动噪音等多项性能提出了更高的要求,从而驱动电机也逐步走向油冷化、扁线化、多合一集成化。
驱动电机油冷散热
油冷可直接接触驱动电机内部,是首选散热方式。驱动电机冷却系统主要可分为风冷和液冷两大类。风冷散热采用空气作为冷却介质,通过空气对流散热,其构造简单、成本低,运行维护方便,但冷却效果一般,主要运用于小功率级别的电动车。液冷散热又可以分为冷却水和油两种,水冷成本低且无污染,但由于电机内绝缘的需求,水冷只能在电机壳外壁水套内进行散热;而油冷因为其良好的绝缘性,可以直接在电机内部进行接触散热,效果更佳,因此也成为驱动电机散热首选。
上图:电机的油冷方式
通过空心电机轴间接油冷效果更佳。油冷根据是否对内部电磁线绕组等部分进行冷却,可以分为直接油冷和间接油冷。直接油冷有浸油和喷油式两类,浸油式即利用油的绝缘特性,直接将油通入电机内部,浸没定转子,这种方法能有效增强电机内部的传热系数,但浸油式会使转子在运行过程中与油发生摩擦,降低电机效率;喷油式是利用油泵将变压器油喷到转子上设计的固定叶片,通过叶片的旋转作用,将变压器油飞溅到电机定子绕组端部等部件进行冷却。而间接油冷则是冷却油通过空心电机轴和电机外壳体进行循环散热,可直接去除电机内部热量,并且与转子摩擦损耗较小,优势较为明显。
驱动电机扁线化
高功率的需求以及规模效应的到来,使得扁线电机将成为行业主流。以往驱动电机电磁线绝大多数均为圆铜线,由于圆线精度要求等各方面要求相对较低,且小批量的时候可以使用人工,所以经济性相对较好。随着新能源汽车时代的到来,电机正逐步走向高功率、高转速,对于电机的工作效率要求越来越高,因此扁线电机正在成为行业主流,2021 年扁线电机渗透率已经达到 27%,后续随着电机行业规模效应的进一步提升,扁线电机将会持续快速渗透。
上图(左):圆线结构示意图
上图(右):扁线结构示意图
扁线电机满槽率更高,驱动效率更好。扁线与圆线最大区别在于两者横截面有所不同,由圆线所组成的电磁线绕组满槽率较低,而扁线所组成的电磁线绕组缝隙更小,满槽率较高。根据相关信息统计,在相同的空间内,扁线电机可以多填充 20%~30%的导线,即可以提高约 20%的槽满率,从而使整机最高效率提高 2%左右。同时,我们也可以发现使用扁线电机,其高功率区间更大,对于电池续航的效果更加友好。
上图(左):圆线电机和扁线电机导体界面分布图
上图(右):圆线电机和扁线电机的热模拟结构
驱动电机多合一集成化
电驱系统优势明显,符合当前发展趋势。多合一电驱系统是指将驱动电机、电机控制器、减速器、直流变换器、车载充电器、高压配电盒等零部件集成,共用壳体线束等部件,实现轻量化、更低的成本、更高的效率。电驱系统集成后,相比原来分散式体积会缩小,节省车内空间,有利于车企进行模块化设计,降本增效。同时,以市面上集成度较多的三合一为例(即驱动电机+电机控制器+减速器),集成化可以共用油冷散热,减速器内润滑油可以充当电机内冷却油,优势更加明显。
上图(左):电驱动系统集成零部件
上图(右):三合一电驱系统
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