以下文章來(lái)源于RIO電驅(qū)動(dòng) ，作者小凌

隨著全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也呈現(xiàn)出了驚人的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。從數(shù)年前的18000rpm，到如今的輕松超越20000rpm，這不僅僅是數(shù)字上的突破，更是對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的一次次嚴(yán)峻考驗(yàn)。本文就高速電機(jī)開(kāi)發(fā)的幾個(gè)點(diǎn)與大家探討下。

01#轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)的選擇

在高速電機(jī)中，鐵損成為了一個(gè)不可忽視的關(guān)鍵因素，尤其是在高轉(zhuǎn)速區(qū)間。電機(jī)的極數(shù)與鐵損之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，這是因?yàn)殡S著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升，鐵芯中的磁通變化頻率也會(huì)相應(yīng)增大，進(jìn)而引發(fā)鐵損的顯著增加。以下是鐵損的計(jì)算公式：

以20000rpm的電機(jī)為例，6極電機(jī)的工作頻率達(dá)到1000Hz，而8極電機(jī)的工作頻率則提升至1333Hz。根據(jù)上述鐵損的計(jì)算公式，工作頻率的升高直接導(dǎo)致鐵損的增大。

在高速電機(jī)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)中，我們可以看到8/48的極槽配合正在逐漸減少，而6/54的極槽配合則逐漸增多。

這一轉(zhuǎn)變的原因正是基于上述的鐵損考量。為了降低高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的鐵損，設(shè)計(jì)師們傾向于選擇6/54的極槽配合，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的電磁性能和更高的效率。

02#冷卻系統(tǒng)的選擇

對(duì)于高速永磁電機(jī)，溫度對(duì)其性能的影響至關(guān)重要。由于永磁體的工作點(diǎn)會(huì)隨溫度而漂移，過(guò)高的溫度甚至可能引發(fā)永磁體失磁的風(fēng)險(xiǎn)。加之新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高功率密度，使得散熱面積受限，因此，散熱設(shè)計(jì)成為確保電機(jī)性能穩(wěn)定的關(guān)鍵。

首先在考慮散熱方式時(shí)，我建議對(duì)于轉(zhuǎn)速超過(guò)18000rpm的電機(jī)，采用油冷方式。這是因?yàn)?，?dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)16000rpm時(shí)，轉(zhuǎn)子的發(fā)熱問(wèn)題變得尤為突出。水冷電機(jī)，其主要冷卻對(duì)象是定子，而在高轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子的熱量難以通過(guò)水冷方式有效散發(fā)。

其次對(duì)于溫度監(jiān)控，目前電機(jī)設(shè)計(jì)中通常在定子內(nèi)部嵌入溫度傳感器。對(duì)于水冷電機(jī)，由于流道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，定子繞組的溫度分布相對(duì)均勻，定子溫度能得到很好的控制。然而，對(duì)于油冷電機(jī)，流道的設(shè)計(jì)自由度較大，導(dǎo)致繞組間的溫度差異較水冷電機(jī)更為明顯。因此，在選擇溫度傳感器的位置時(shí)，需要特別考慮繞組溫升較高的地方，以確保所監(jiān)控的溫度與繞組最高點(diǎn)的溫度差異盡量小，從而準(zhǔn)確反映電機(jī)的實(shí)際熱狀態(tài)。

03#高速軸承的技術(shù)挑戰(zhàn)

轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)是高速電機(jī)研制的核心組件，其中軸承技術(shù)的選擇尤為關(guān)鍵，目前電機(jī)軸承用的為深溝球軸承，這里我就不講什么保持架設(shè)計(jì)，滾到設(shè)計(jì)，就聊一聊應(yīng)用的一些問(wèn)題。

在高轉(zhuǎn)速環(huán)境下，球軸承面臨著嚴(yán)重的發(fā)熱和跑圈風(fēng)險(xiǎn)。這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的提升，軸承內(nèi)部的摩擦和熱量產(chǎn)生也會(huì)急劇增加，從而導(dǎo)致軸承性能下降甚至失效，因此高速軸承的潤(rùn)滑十分關(guān)鍵。

上文提到驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)18000rpm后建議選擇油冷的另一個(gè)重要原因便是軸承潤(rùn)滑。對(duì)于水冷電機(jī)，其軸承通常采用自潤(rùn)滑球軸承，然而，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這種軸承面臨著漏脂問(wèn)題以及內(nèi)外圈溫差過(guò)大的挑戰(zhàn)。

相比之下，油冷系統(tǒng)中使用的開(kāi)式球軸承能夠有效地冷卻軸承的內(nèi)外圈，避免了漏脂問(wèn)題，并且具有較低的滾動(dòng)摩擦系數(shù)。但是要注意軸承潤(rùn)滑油道的設(shè)計(jì)，避免軸承冷卻不充分，下圖為特斯拉早先油冷示意圖（后續(xù)取消內(nèi)置突出結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是發(fā)現(xiàn)內(nèi)置突出結(jié)構(gòu)比較雞肋又比較花錢(qián)），在軸肩開(kāi)孔，內(nèi)置突出結(jié)構(gòu)保證冷卻油流速比較均勻的進(jìn)入前后軸肩（后來(lái)取消應(yīng)該是發(fā)現(xiàn)均不均勻?qū)鋮s影響不大，國(guó)內(nèi)大多數(shù)油冷電機(jī)也沒(méi)有內(nèi)部突出結(jié)構(gòu)。）