隨著新能源汽車行業的快速發展,對于驅動電機的峰值功率、運行效率、響應速度和振動噪音等多項性能提出了更高的要求,從而驅動電機也逐步走向油冷化、扁線化、多合一集成化。
驅動電機油冷散熱
油冷可直接接觸驅動電機內部,是首選散熱方式。驅動電機冷卻系統主要可分為風冷和液冷兩大類。風冷散熱采用空氣作為冷卻介質,通過空氣對流散熱,其構造簡單、成本低,運行維護方便,但冷卻效果一般,主要運用于小功率級別的電動車。液冷散熱又可以分為冷卻水和油兩種,水冷成本低且無污染,但由于電機內絕緣的需求,水冷只能在電機殼外壁水套內進行散熱;而油冷因為其良好的絕緣性,可以直接在電機內部進行接觸散熱,效果更佳,因此也成為驅動電機散熱首選。
上圖:電機的油冷方式
通過空心電機軸間接油冷效果更佳。油冷根據是否對內部電磁線繞組等部分進行冷卻,可以分為直接油冷和間接油冷。直接油冷有浸油和噴油式兩類,浸油式即利用油的絕緣特性,直接將油通入電機內部,浸沒定轉子,這種方法能有效增強電機內部的傳熱系數,但浸油式會使轉子在運行過程中與油發生摩擦,降低電機效率;噴油式是利用油泵將變壓器油噴到轉子上設計的固定葉片,通過葉片的旋轉作用,將變壓器油飛濺到電機定子繞組端部等部件進行冷卻。而間接油冷則是冷卻油通過空心電機軸和電機外殼體進行循環散熱,可直接去除電機內部熱量,并且與轉子摩擦損耗較小,優勢較為明顯。
驅動電機扁線化
高功率的需求以及規模效應的到來,使得扁線電機將成為行業主流。以往驅動電機電磁線絕大多數均為圓銅線,由于圓線精度要求等各方面要求相對較低,且小批量的時候可以使用人工,所以經濟性相對較好。隨著新能源汽車時代的到來,電機正逐步走向高功率、高轉速,對于電機的工作效率要求越來越高,因此扁線電機正在成為行業主流,2021 年扁線電機滲透率已經達到 27%,后續隨著電機行業規模效應的進一步提升,扁線電機將會持續快速滲透。
上圖(左):圓線結構示意圖
上圖(右):扁線結構示意圖
扁線電機滿槽率更高,驅動效率更好。扁線與圓線最大區別在于兩者橫截面有所不同,由圓線所組成的電磁線繞組滿槽率較低,而扁線所組成的電磁線繞組縫隙更小,滿槽率較高。根據相關信息統計,在相同的空間內,扁線電機可以多填充 20%~30%的導線,即可以提高約 20%的槽滿率,從而使整機最高效率提高 2%左右。同時,我們也可以發現使用扁線電機,其高功率區間更大,對于電池續航的效果更加友好。
上圖(左):圓線電機和扁線電機導體界面分布圖
上圖(右):圓線電機和扁線電機的熱模擬結構
驅動電機多合一集成化
電驅系統優勢明顯,符合當前發展趨勢。多合一電驅系統是指將驅動電機、電機控制器、減速器、直流變換器、車載充電器、高壓配電盒等零部件集成,共用殼體線束等部件,實現輕量化、更低的成本、更高的效率。電驅系統集成后,相比原來分散式體積會縮小,節省車內空間,有利于車企進行模塊化設計,降本增效。同時,以市面上集成度較多的三合一為例(即驅動電機+電機控制器+減速器),集成化可以共用油冷散熱,減速器內潤滑油可以充當電機內冷卻油,優勢更加明顯。
上圖(左):電驅動系統集成零部件
上圖(右):三合一電驅系統
審核編輯 :李倩
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原文標題:驅動電機發展趨勢丨油冷、扁線、集成
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