新能源水冷電機(jī)的案例
新能源電動(dòng)汽車水冷電機(jī)散熱理論熱設(shè)計(jì)與熱仿真管理分析
因此，提高電機(jī)的熱工性能需要提高槽繞組與槽襯之間、槽襯與定子表面之間的接觸電阻。提高樹脂的導(dǎo)熱性，提高樹脂將槽襯與定子表面粘結(jié)的能力，應(yīng)可降低這種熱阻。
針對(duì)上面所提到的有關(guān)電機(jī)電機(jī)水冷部分，我們開發(fā)了本程課，新能源電動(dòng)汽車水冷電機(jī)散熱理論熱設(shè)計(jì)與ANSYS ICEPAK熱仿真課程，本教程以一款新能源汽車的15.5KW無(wú)刷FOC控制水冷電機(jī)的理論設(shè)計(jì)過(guò)程與散熱仿真過(guò)程為例，通過(guò)從設(shè)計(jì)參數(shù)的整理為基礎(chǔ)，講解根據(jù)電機(jī)的損耗參數(shù)去如何選取水冷管道的開口面積，依據(jù)水冷管道的開口，再結(jié)合電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)理論方法設(shè)計(jì)整機(jī)的水冷管道的換熱系數(shù)與冷卻面積的匹配。再根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果參數(shù)進(jìn)行整機(jī)的散熱設(shè)計(jì)，依據(jù)整機(jī)的傳導(dǎo)路徑熱阻等，通過(guò)迭代計(jì)算出整機(jī)的散熱面積，從而進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與整機(jī)水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
待電機(jī)設(shè)計(jì)完成，進(jìn)行相關(guān)的校核，再利用ANSYSICEPAK進(jìn)行整燈的熱仿真視頻教程，熱仿真視頻教程通將整機(jī)從CAD軟件的3D模型簡(jiǎn)化開始，到通過(guò)WORKBENCK 導(dǎo)入到ICEPAK軟件內(nèi)，在ICEPAK軟件內(nèi)完成相關(guān)模型的物性設(shè)置，軟件仿真邊界的設(shè)計(jì)置等等......，一步步的充分講解了在ANSYS ICEPAK中對(duì)一款水冷電機(jī)產(chǎn)品從3D模型的前處理，再到如何將3D模型導(dǎo)入到ICEPAK中，再到在軟件中對(duì)模型的物性設(shè)置，到如何進(jìn)行網(wǎng)格劃分及求解等全套操作流程。
展開 新能源汽車電機(jī)的風(fēng)冷和水冷有何區(qū)別？
新能源汽車的散熱單元主要有動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電控系統(tǒng)。從傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱技術(shù)和新能源汽車散熱實(shí)際應(yīng)用效果看，水冷和風(fēng)冷是新能源汽車散熱最主要的兩種方式。
隨著國(guó)家政策的推動(dòng)和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，新能源汽車的普及程度正在逐漸加深中。當(dāng)然，這一情況也離不開新能源汽車技術(shù)的進(jìn)步，其中一項(xiàng)就是新能源汽車散熱技術(shù)。
新能源汽車的散熱單元主要有動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電控系統(tǒng)。從傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱技術(shù)和新能源汽車散熱實(shí)際應(yīng)用效果看，水冷和風(fēng)冷是新能源汽車散熱最主要的兩種方式。
電機(jī)作為純電動(dòng)新能源汽車的驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)極低排放或零排放。純電動(dòng)汽車在驅(qū)動(dòng)與回收能量的工作過(guò)程中，電機(jī)的定子鐵芯、定子繞組在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗以熱量的形式向外發(fā)散，因此就需要有效的冷卻介質(zhì)及冷卻方式來(lái)帶走熱量，保證電機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的冷熱循環(huán)平衡的通風(fēng)系統(tǒng)中安全可靠的運(yùn)行。而電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響電機(jī)的安全運(yùn)行和使用壽命。
采用了風(fēng)冷這種散熱方式的電機(jī)，自帶同軸風(fēng)扇來(lái)形成內(nèi)風(fēng)路循環(huán)或外風(fēng)路循環(huán)，通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，以帶走電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的熱量。其介質(zhì)為電機(jī)周圍的空氣，空氣直接送入電機(jī)內(nèi)，吸收熱量后向周圍環(huán)境排除。風(fēng)冷的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，電機(jī)冷卻成本較低，但是散熱效果和效率都不太好，工作可靠性差，并且對(duì)天氣和環(huán)境的要求也比較高。
采用了水冷這種散熱方式的電機(jī)，會(huì)將冷卻液通過(guò)管道和通路引入定子或轉(zhuǎn)子空心導(dǎo)體內(nèi)部，通過(guò)循環(huán)的冷卻液不斷的流動(dòng)，帶走電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生的熱量，達(dá)到對(duì)電機(jī)冷卻的目的。雖然水冷的成本比風(fēng)冷略高，但它的冷卻效果卻比風(fēng)冷更加顯著，而且散熱均勻、效率高，工作可靠性強(qiáng)，噪音也更小。只要保證了整個(gè)裝置能擁有良好的機(jī)械密封性，就可以在各種環(huán)境下使用。
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隨著國(guó)家政策的推動(dòng)和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，新能源汽車的普及程度正在逐漸加深中。當(dāng)然，這一情況也離不開新能源汽車技術(shù)的進(jìn)步，其中一項(xiàng)就是新能源汽車散熱技術(shù)。
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電機(jī)作為純電動(dòng)新能源汽車的驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)極低排放或零排放。純電動(dòng)汽車在驅(qū)動(dòng)與回收能量的工作過(guò)程中，電機(jī)的定子鐵芯、定子繞組在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗以熱量的形式向外發(fā)散，因此就需要有效的冷卻介質(zhì)及冷卻方式來(lái)帶走熱量，保證電機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的冷熱循環(huán)平衡的通風(fēng)系統(tǒng)中安全可靠的運(yùn)行。而電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響電機(jī)的安全運(yùn)行和使用壽命。
采用了風(fēng)冷這種散熱方式的電機(jī)，自帶同軸風(fēng)扇來(lái)形成內(nèi)風(fēng)路循環(huán)或外風(fēng)路循環(huán)，通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，以帶走電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的熱量。其介質(zhì)為電機(jī)周圍的空氣，空氣直接送入電機(jī)內(nèi)，吸收熱量后向周圍環(huán)境排除。風(fēng)冷的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，電機(jī)冷卻成本較低，但是散熱效果和效率都不太好，工作可靠性差，并且對(duì)天氣和環(huán)境的要求也比較高。
采用了水冷這種散熱方式的電機(jī)，會(huì)將冷卻液通過(guò)管道和通路引入定子或轉(zhuǎn)子空心導(dǎo)體內(nèi)部，通過(guò)循環(huán)的冷卻液不斷的流動(dòng)，帶走電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生的熱量，達(dá)到對(duì)電機(jī)冷卻的目的。雖然水冷的成本比風(fēng)冷略高，但它的冷卻效果卻比風(fēng)冷更加顯著，而且散熱均勻、效率高，工作可靠性強(qiáng)，噪音也更小。只要保證了整個(gè)裝置能擁有良好的機(jī)械密封性，就可以在各種環(huán)境下使用。
展開 基于FLoEFD的新能源水冷電機(jī)流固耦合散熱仿真 ￥20
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新能源汽車試驗(yàn)T型槽平臺(tái)：電池包碰撞與電機(jī)耐久測(cè)試專用方案
在新能源汽車研發(fā)與質(zhì)檢領(lǐng)域，電池包碰撞測(cè)試與電機(jī)耐久測(cè)試是評(píng)估核心部件安全性與可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。新能源汽車試驗(yàn)T型槽平臺(tái)作為測(cè)試的核心基準(zhǔn)載
三、電機(jī)耐久測(cè)試專用方案：高頻振動(dòng)下的保障
1.抗振性能強(qiáng)化：平臺(tái)阻尼比≥0.25，振動(dòng)傳遞率≤3%，可快衰減電機(jī)高頻振動(dòng)，避免成為二次振動(dòng)源；底部配備專用阻尼減振墊，隔離地面振動(dòng)干擾，確保振動(dòng)傳感器采集數(shù)據(jù)純凈。
2.熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)：選用低熱膨脹系數(shù)材質(zhì)（11-13×10??/℃），臺(tái)面經(jīng)氮化處理，耐高溫≥200℃，可適配電機(jī)耐久測(cè)試中50-150℃的溫升環(huán)境，減少熱變形對(duì)測(cè)試精度的影響。
3.兼容性適配：預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)化接口，方便對(duì)接扭矩傳感器、功率分析儀等測(cè)試設(shè)備；T型槽支持多規(guī)格電機(jī)夾具安裝，可適配50-300kW新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)測(cè)試，提升平臺(tái)通用性。
綜上，新能源汽車試驗(yàn)T型槽平臺(tái)通過(guò)針對(duì)性的材質(zhì)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全配置，可適配電池包碰撞與電機(jī)耐久測(cè)試需求。科學(xué)選用專用平臺(tái)不僅能保障測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠，還能提升測(cè)試安全性與效率。在新能源汽車向高安全、長(zhǎng)續(xù)航轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)下，專用試驗(yàn)T型槽平臺(tái)成為核心部件測(cè)試的關(guān)鍵裝備，對(duì)推動(dòng)新能源汽車品質(zhì)升級(jí)具有重要意義。
展開 直流勵(lì)磁同步電機(jī)和磁阻電機(jī)在新能源汽車中的應(yīng)用
3) 應(yīng)用領(lǐng)域的需要，比如：異步感應(yīng)電機(jī)IM與永磁同步電機(jī)PMSM構(gòu)成雙電機(jī)前后橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能很好的發(fā)揮組合優(yōu)勢(shì)在各種工況下的綜合效率，提高能量利用效率。
二、驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇原則
1) 動(dòng)力性能：扭矩指標(biāo)、功率指標(biāo)。
2) 動(dòng)態(tài)性能：轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、反應(yīng)速度快、瞬間加速度靈敏。
3) 高效性：效率高、損耗小、節(jié)能，在相同蓄電池kWh條件下，延長(zhǎng)續(xù)航里程，90%面積效率大于90%。
4) 緊湊：體積小、空間利用率高。
5) 高功率密度: 功率體積比提高使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)體積更小，2021年新的標(biāo)準(zhǔn)重新定義了。
6) 高扭矩密度：扭矩體積比提高有利于驅(qū)動(dòng)電機(jī)更緊湊。
7) 高連續(xù)功率比例：相同峰值功率條件下，目前一般水冷電機(jī)連續(xù)功率/峰值功率在40%-50%，如何通過(guò)優(yōu)化冷卻效果提高連續(xù)功率，這里仍然有足夠空間來(lái)改進(jìn)，逼迫我們有好的思維想法。比如：水冷+油冷策略，可以減小電機(jī)體積，提高連續(xù)功率/峰值功率達(dá)到70%。
8) 冷卻性：提高此性能用以實(shí)現(xiàn)上述性能指標(biāo)
9) 魯棒性：可靠性、容錯(cuò)性、過(guò)載能力。
10) NVH指標(biāo)，降噪降振、階次分析、共振點(diǎn)分析、瀑布圖解析
11) 耐久性：使用公里數(shù)、小時(shí)、或者免維護(hù)（異步電機(jī)）
12) 安全性：ISO26262中功能安全的要求、ASILD等實(shí)施，對(duì)于電機(jī)容錯(cuò)性、防錯(cuò)性、安全性要求進(jìn)步提高。
13) 經(jīng)濟(jì)性：RMB/kW、RMB/kg，這是我們必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。
展開 實(shí)例研究：新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)（轉(zhuǎn)自旺材電機(jī)與電控）
傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，而今天說(shuō)的新能源汽車，具體到產(chǎn)品層面，就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，其上位概念是機(jī)動(dòng)汽車。機(jī)動(dòng)汽車是相對(duì)人力（蓄力）車輛而言的概念。目前已經(jīng)是電動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛主要有無(wú)軌電車和有軌電車。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車向電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車發(fā)展是一大趨勢(shì)。目前發(fā)展趨勢(shì)有五個(gè)基本特征：“電動(dòng)化、輕量化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”，即“五化”。或者說(shuō)，汽車未來(lái)發(fā)展是一個(gè)“5維”空間。
一、汽車“5維”空間的基本內(nèi)容
(a)電動(dòng)化是“5維”空間的第一維，是最基礎(chǔ)的。大力發(fā)展電動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)（EV）、插電混動(dòng)（PHEV）、混動(dòng)（HEV）、燃料電池（FCV）汽車的并行發(fā)展；
(b)提高動(dòng)力電池比能是一個(gè)長(zhǎng)期的任務(wù)，要求整車輕量化是必然的。主要工作有：加快新材料、新工藝的應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)高性能鋁合金、鎂合金等材料的應(yīng)用和碳纖維車身一體化的設(shè)計(jì)，是當(dāng)下十分重要的工作；
(c)智能化和網(wǎng)聯(lián)化，整車在端、管、云模塊發(fā)力。打造支持綜合業(yè)務(wù)、個(gè)性化定制的5G核心業(yè)務(wù)+開放式車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)，才能追趕上汽車發(fā)展潮流；
(d)共享化,整車企業(yè)圍繞研發(fā)、生產(chǎn)、營(yíng)銷以及服務(wù)四方面展開數(shù)字共享技術(shù)的全面研發(fā)，以支持后續(xù)的出行服務(wù)，適宜汽車轉(zhuǎn)型的要求。
二、電動(dòng)化基本點(diǎn)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用
汽車是載客（運(yùn)貨）的移動(dòng)工具之一。電氣化火車的驅(qū)動(dòng)已經(jīng)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)了。過(guò)去有一個(gè)流行的說(shuō)法，“要想火車跑得快，全靠車頭帶”，而今天高速火車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)400公里/小時(shí)，卻沒有“火車頭”一說(shuō)了。為什么？現(xiàn)在高速火車在每一節(jié)車廂下面，都安裝了驅(qū)動(dòng)電機(jī)。即使速度比較低的地鐵和輕軌，也是電機(jī)驅(qū)動(dòng)了。無(wú)軌電車不是汽車，但是底盤結(jié)構(gòu)與汽車最為接近的機(jī)動(dòng)車，車輪是通用的，道路也是公用的，無(wú)軌電車也是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。
展開 【討論】咱們國(guó)家的新能源汽車三電技術(shù)有突破嗎？ 如果有，是否能將新能源車的車用電機(jī)運(yùn)用到洗衣機(jī)上？
汽車行業(yè)正在經(jīng)歷電動(dòng)化與智能化的變革，題主提到的“三電技術(shù)”就屬于電動(dòng)化的范疇：電池、電機(jī)、電控。從三電技術(shù)來(lái)看，我認(rèn)為是有突破的，用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)話：以電池為例，中國(guó)企業(yè)的出貨量由2011年的1.08GWh上升至62.35GWh，市場(chǎng)占比由2.32%上升至42.1%，由弱變強(qiáng)，努力追趕。到2021年第一季度，前十名過(guò)半為中國(guó)企業(yè)，其中寧德時(shí)代裝機(jī)量占比31.5%，天下三分獨(dú)占一分，穩(wěn)居第一，完成反超。
新能源汽車電機(jī)電控振動(dòng)試驗(yàn)
一、電機(jī)電控正弦振動(dòng)
1.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T18488.1--2015
1.2 試驗(yàn)條件選擇：依據(jù)裝車部位選取條件，一般為“其他部位”。下圖注釋1中 X和Y方向位移和加速度可以除2，但目前各大供應(yīng)商均選擇量級(jí)不除2來(lái)測(cè)試。
二、電機(jī)電控隨機(jī)振動(dòng)
依據(jù)裝車類型分為純電動(dòng)乘用車，混合動(dòng)力乘用車，商用車。
2.1 純電動(dòng)乘用車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：ISO16750-3-2007
2.2 試驗(yàn)條件選擇： 試驗(yàn)IV-乘用車,彈性體(車身)
2.3 混合動(dòng)力乘用車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：ISO16750-3-2012
2.4 試驗(yàn)條件選擇：試驗(yàn)II- 乘用車，變速箱
2.5 商用車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：ISO16750-3-2012
2.6 試驗(yàn)條件選擇：試驗(yàn)VII- 商用車，彈性體（固有頻率小余30HZ以下需要追加測(cè)試，具體請(qǐng)查閱標(biāo)準(zhǔn)）
2.7 振動(dòng)疊加溫度選擇（高溫一般為105~125）
2.8 振動(dòng)臺(tái)選擇，電機(jī)質(zhì)量大，振動(dòng)量級(jí)大，一般選擇5噸以上推力振動(dòng)臺(tái)，臺(tái)面最好為800mm*800mm以上。電控質(zhì)量輕，尺寸小，一般選擇3噸以上推力振動(dòng)臺(tái)，臺(tái)面最好為600mm*600mm以上。
三、電池包隨機(jī)振動(dòng)
3.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T31467-2015
3.2 Z方向試驗(yàn)條件
3.3 Y方向試驗(yàn)條件1
3.4 Y方向試驗(yàn)條件2
3.5 按電池包裝車位置選取Y軸試驗(yàn)條件
3.6 X方向試驗(yàn)條件
3.7 試驗(yàn)順序和方向定義：Z→Y→X 水平縱向X方向即為行車方向
3.8 振動(dòng)臺(tái)選擇，電池包尺寸大，質(zhì)量重，振動(dòng)量級(jí)小，一般選擇5噸以上推力振動(dòng)臺(tái)，臺(tái)面1200mm*1200mm以上。
展開 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展
一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型發(fā)展
1. 感應(yīng)交流電機(jī)
目前市場(chǎng)上的各種純電和混動(dòng)新能源汽車，永磁同步電機(jī)占多數(shù)，感應(yīng)交流電機(jī)占一小部分，這兩種電機(jī)基本就是電動(dòng)乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的全部了。
2. 永磁同步電機(jī)
網(wǎng)上說(shuō)中國(guó)富含稀土礦所以中國(guó)的電動(dòng)汽車選用帶永磁體的同步電機(jī)，同時(shí)也是考慮到國(guó)家戰(zhàn)略安全作為出發(fā)點(diǎn)，其實(shí)并不是這樣，主要還是是永磁同步電機(jī)適合大規(guī)模生產(chǎn)，性能更好，更具有市場(chǎng)價(jià)值。
對(duì)于空間布置尺寸要求比較高的中小型電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，功率和扭矩密度更高的永磁同步電機(jī)就是優(yōu)先的選擇，并且同步電機(jī)更適合頻繁啟停的工況，適合城市上下班通勤的應(yīng)用場(chǎng)景，而且永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)單，便于維修。這也是Tesla Model 3改用同步電機(jī)的原因之一。
3. 開關(guān)磁阻電機(jī)
開關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)點(diǎn)顯著。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、維護(hù)方便甚至免維護(hù)，起動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大、電流小；高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好，在寬廣轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率而且有很好的容錯(cuò)能力。
開關(guān)磁阻電機(jī)缺點(diǎn)也顯著，其脈動(dòng)引起的噪音與震動(dòng)難以控制，非常影響用戶體驗(yàn)的，因此并沒有大規(guī)模應(yīng)用乘用車領(lǐng)域。但是在商用車領(lǐng)域，它就可以大顯身手了，國(guó)內(nèi)很多電動(dòng)公交車、大巴和貨車上面，都能夠看到它的身影。
所以，基本可以這么說(shuō)：中小型車以永磁同步為主，大型及高性能乘用車趨向感應(yīng)電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)則適用于大型商用車，另外還運(yùn)用于家用電器、航空、航天、電子領(lǐng)域。
二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1. 電工鋼片
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、效率和壽命與所用的硅鋼片有很大關(guān)系，尤其是電機(jī)轉(zhuǎn)子所用的無(wú)取向電工鋼片，磁性能決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和效率，鐵損越低電機(jī)效率越高，磁感增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩才能增加，力學(xué)性能決定了定子和轉(zhuǎn)子的加工精度、承載強(qiáng)度和最大轉(zhuǎn)速。
2.
展開 淺析新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)
永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩密度和功率密度高、比功率較大、效率高、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。永磁化將成為電機(jī)發(fā)展的重要方向之一。
5.3 數(shù)字化
最大程度的使用軟件來(lái)代替硬件部分，實(shí)現(xiàn)通訊、診斷、保護(hù)、監(jiān)控等功能，控制系統(tǒng)數(shù)字化是電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
6 國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)水平
整體來(lái)看，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)取得較大進(jìn)展，已經(jīng)自主開發(fā)出滿足各類新能源汽車需求的產(chǎn)品，部分主要性能指標(biāo)已達(dá)到相同功率等級(jí)的國(guó)際先進(jìn)水平。但是在峰值轉(zhuǎn)速、功率密度及效率方面與國(guó)外仍存在一定的差距
表2 國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)電機(jī)企業(yè)的永磁同步電機(jī)參數(shù)比較
在技術(shù)指標(biāo)方面，國(guó)內(nèi)電機(jī)與國(guó)外電機(jī)相比尚存在以下幾方面的差距：
① 峰值轉(zhuǎn)速
峰值轉(zhuǎn)速是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要指標(biāo)，也是目前國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)較之國(guó)外電機(jī)差距最為明顯的指標(biāo)。國(guó)內(nèi)絕大部分永磁同步電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速在 10000 rpm 以下，而國(guó)外基本在10000 rpm 以上。
② 功率密度
雖然國(guó)內(nèi)電機(jī)在功率方面基本能夠達(dá)到國(guó)際水平，但是在同功率條件下存在重量劣勢(shì)，因此功率密度較之國(guó)際水平存在較大差距。目前，國(guó)內(nèi)的永磁同步電機(jī)功率密度多處于 1～2 kw/kg 區(qū)間內(nèi)，與 2020 年 3.5 kw/kg 的目標(biāo)值存在較大差距。
③ 效率
在電機(jī)效率方面，國(guó)內(nèi)電機(jī)的最高效率均達(dá)到 94%～96%，已達(dá)到西門子、Remy 等企業(yè)的水平。但是在高效區(qū)面積方面，如系統(tǒng)效率大于 80% 的區(qū)域占比方面尚存在一定差距。我國(guó)電機(jī)的高效區(qū)面積占比集中在 70%～75%，而國(guó)外電機(jī)基本達(dá)到 80%。
④ 冷卻方式
電機(jī)的冷卻方式已經(jīng)從自然冷卻逐步發(fā)展為水冷，目前國(guó)內(nèi)電機(jī)企業(yè)采用水冷為主，國(guó)外先進(jìn)的電機(jī)企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到油冷電機(jī)。國(guó)內(nèi)部分電機(jī)企業(yè)也研發(fā)出油冷電機(jī)，如精進(jìn)等，使電機(jī)的冷卻效率得到進(jìn)一步提升。
展開 
新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)
傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，而今天說(shuō)的新能源汽車，具體到產(chǎn)品層面，就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，其上位概念是機(jī)動(dòng)汽車。機(jī)動(dòng)汽車是相對(duì)人力（蓄力）車輛而言的概念。目前已經(jīng)是電動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛主要有無(wú)軌電車和有軌電車。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車向電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車發(fā)展是一大趨勢(shì)。目前發(fā)展趨勢(shì)有五個(gè)基本特征：“電動(dòng)化、輕量化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”，即“五化”。或者說(shuō)，汽車未來(lái)發(fā)展是一個(gè)“5維”空間。
一、汽車“5維”空間的基本內(nèi)容
(a)電動(dòng)化是“5維”空間的第一維，是最基礎(chǔ)的。大力發(fā)展電動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)（EV）、插電混動(dòng)（PHEV）、混動(dòng)（HEV）、燃料電池（FCV）汽車的并行發(fā)展；
(b)提高動(dòng)力電池比能是一個(gè)長(zhǎng)期的任務(wù)，要求整車輕量化是必然的。主要工作有：加快新材料、新工藝的應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)高性能鋁合金、鎂合金等材料的應(yīng)用和碳纖維車身一體化的設(shè)計(jì)，是當(dāng)下十分重要的工作；
(c)智能化和網(wǎng)聯(lián)化，整車在端、管、云模塊發(fā)力。打造支持綜合業(yè)務(wù)、個(gè)性化定制的5G核心業(yè)務(wù)+開放式車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)，才能追趕上汽車發(fā)展潮流；
(d)共享化,整車企業(yè)圍繞研發(fā)、生產(chǎn)、營(yíng)銷以及服務(wù)四方面展開數(shù)字共享技術(shù)的全面研發(fā)，以支持后續(xù)的出行服務(wù)，適宜汽車轉(zhuǎn)型的要求。
二、電動(dòng)化基本點(diǎn)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用
汽車是載客（運(yùn)貨）的移動(dòng)工具之一。電氣化火車的驅(qū)動(dòng)已經(jīng)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)了。過(guò)去有一個(gè)流行的說(shuō)法，“要想火車跑得快，全靠車頭帶”，而今天高速火車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)400公里/小時(shí)，卻沒有“火車頭”一說(shuō)了。為什么？現(xiàn)在高速火車在每一節(jié)車廂下面，都安裝了驅(qū)動(dòng)電機(jī)。即使速度比較低的地鐵和輕軌，也是電機(jī)驅(qū)動(dòng)了。無(wú)軌電車不是汽車，但是底盤結(jié)構(gòu)與汽車最為接近的機(jī)動(dòng)車，車輪是通用的，道路也是公用的，無(wú)軌電車也是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。
載客（運(yùn)貨）移動(dòng)工具要實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不僅是夢(mèng)想，也是汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的基本趨勢(shì)。
展開 電機(jī)控制器技術(shù)及趨勢(shì)-新能源
通過(guò)加入過(guò)調(diào)制，能有效提高弱磁區(qū)輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩，提高輸出電壓4%，峰值功率對(duì)應(yīng)提高4%左右，改善整車在高速的動(dòng)力性能；
通過(guò)加入過(guò)調(diào)制，輸出相同功率，電流會(huì)明顯降低，能減小系統(tǒng)發(fā)熱，提高控制器的過(guò)載能力，改善整車動(dòng)力性能；
通過(guò)加入過(guò)調(diào)制，能有效提高基波電壓，與沒有過(guò)調(diào)制相比，可以有效提高電機(jī)效率，電機(jī)電流能明顯減小（0~8%），效率提高可以有效延長(zhǎng)續(xù)航里程。
2.4、廣域高效HSM電機(jī)
除了電控效率提升，還包括電機(jī)效率提升。
HSM電機(jī)混合同步電機(jī)，相比IPM電機(jī)可以兼顧低速區(qū)效率和高速區(qū)效率。HSM尤其在中高速恒功率運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，效率優(yōu)勢(shì)更加明顯。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在低速區(qū)、高速區(qū)，HSM效率高于常規(guī)IPM電機(jī)，總體來(lái)看使用HSM技術(shù)之后可以提高電機(jī)效率。
在公交車與團(tuán)體車工況下，IPM與HSM電機(jī)進(jìn)行對(duì)比，HSM電機(jī)占優(yōu)勢(shì)。
考慮整車工況的綜合能效定向優(yōu)化技術(shù)，通過(guò)調(diào)整電機(jī)各損耗分量比例，實(shí)現(xiàn)效率的定向優(yōu)化，結(jié)合具體車型路況信息，定制化開發(fā)綜合能效更高的電機(jī)，提高續(xù)航里程。
三、電控系統(tǒng)模塊結(jié)溫保護(hù)技術(shù)
做了很多熱仿真，得到了控制器的最大能力，最大能力未必能保護(hù)好電機(jī)控制器，現(xiàn)實(shí)工況很復(fù)雜。
3.1、IGBT結(jié)溫估算現(xiàn)實(shí)意義
結(jié)溫是判定IGBT處于安全運(yùn)行的重要條件，IGBT的工作結(jié)溫限制著控制器的最大輸出能力。
展開 新能源汽車電機(jī)基本工藝
不同廠家，電機(jī)生產(chǎn)工藝略有差異，不過(guò)萬(wàn)變不離其宗，整體的工藝流程圖基本相同，建議大家研讀一下。
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【技術(shù)】新能源汽車電機(jī)熱管理
圖新型混合型電機(jī)冷卻系統(tǒng)（更正：圖中“電池”更正為“銅管水套”）
1、風(fēng)冷
采用風(fēng)冷的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要設(shè)計(jì)獨(dú)立的冷卻零件、維護(hù)方便及成本低，缺點(diǎn)是冷卻效果較差。為保證足夠的散熱量需求，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制器需要增大與氣流的接觸面積，導(dǎo)致電機(jī)和控制器體積和成本的增加；驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器在車輛上使用時(shí)對(duì)應(yīng)的工況較為復(fù)雜，風(fēng)冷無(wú)法在各工況下保持所需的散熱量，故僅在熱負(fù)荷小的小型車驅(qū)動(dòng)電機(jī)或輔助電機(jī)采用風(fēng)冷。
氣體冷卻方式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低。KONDO M等對(duì)永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻系統(tǒng)，在軸承四周布置了環(huán)形冷卻腔以隔絕電機(jī)內(nèi)部的熱空氣，在電機(jī)軸承的外側(cè)安裝了帶槽的小圓盤，通過(guò)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫對(duì)流。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了電機(jī)的冷卻性能，且平均能耗也有所減少。
2、油冷
日系車型的電機(jī)則能夠采用ATF（自動(dòng)變速器油）作為冷卻介質(zhì)，與冷卻液相比，油冷電機(jī)體積更小，前機(jī)艙布置較為緊湊。
3、水冷
液體具有更高的比熱，且可以根據(jù)需要主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，故而液冷具有更好的穩(wěn)定性。對(duì)于新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器等元件，采用液冷可以迅速帶走熱量，實(shí)現(xiàn)溫度的快速降低，提高電機(jī)和控制器的效率和壽命。現(xiàn)階段新能源汽車電機(jī)和控制器普遍使用液冷冷卻。
液體冷卻方式因其優(yōu)異的換熱性能，而廣受關(guān)注，主要研究熱點(diǎn)是電機(jī)外殼水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及水道的設(shè)計(jì)。田玉冬等對(duì)一臺(tái)額定功率為21 kW的電動(dòng)車的永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種C型環(huán)槽水路結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用有限元數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)電機(jī)水冷系統(tǒng)及電機(jī)內(nèi)部的三維溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算分析。研究結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)子區(qū)域內(nèi)溫度分布均勻，最高溫度集中于磁鋼中部；定子區(qū)域內(nèi)繞組端部的溫度高于中部溫度。
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