新能源汽车驱动电机发展趋势

新能源汽车驱动电机发展趋势
本文梳理了电动汽车用电机的发展现状,根据目前已经量产的50多家电动车用电机的典型电机设计与应用进展情况,从不同的方向进行一个描述总结。从电机的角度主要的研发现状可以总结为以下几点:
一、电机类型永磁化
圣手书生永磁化已经成为了行业的标配,电励磁及感应电机的研发应用逐渐增多。另外,一些特种电机的研发也在持续的进行。如开关磁阻电机、轴向电机、无稀土永磁电机等。目前市场上的各种纯电和混动新能源汽车,永磁同步电机占多数,感应电机占一小部分。相比永磁同步电机,交流感应电机体积较大,但是价格适中,但是感应电机可以做得功率很大并且不存在退磁问题,所以一些大型车或者追求性能的电动汽车,比如特斯拉Model S和蔚来ES8,都采用感应电机。总的趋势来讲,永磁化是一个方向,不过在大功率以及高速的应用下感应电机还是有自己的一席之地。
其他类型的电机主要是在特种车辆上进行应用;
开关磁阻电机:Turntide Technologies公司通过在电机中放置传感器来追踪转子运动,已经克服了很多此类电机的问题。工程师使用机器学习算法来确定开关电流的正确时间。工程师设计出一种无传感器开关磁阻电机,将振动最小化。
轴向磁通电机:比利时Magnax公司的产品减少电机重量、尺寸和成本。他们的设计旨在把转子和定子齿部的空气间隙减到最小。电机使用了SRS的方式,两个转子,各位于定子的一边。在这种配置中,
定子支撑起电磁齿轮,但并不充当转子的支撑或轭。轭是一个占定子质量三分之二的钢制圆筒。若没有轭,电机重量可大大减轻,该公司估计这一做法可让电动汽车续航能力提升7%。
44英寸
双向磁通电机:Linear Labs公司(位于美国得克萨斯州达拉斯-沃斯堡)采用了另一种方式,该公司选择在一个电机中结合轴向和径向磁通设计。该公司的“三维(3D)周向通量电机”包括围绕定子的4个转子。中央转子在定子内部旋转,而第二个转子在定子外部旋转。另外两个转子分别位于定子的左右两端,总共有4个磁通源,各个转子在运动的方向上都会产生扭矩。
扁线电机or圆线电机
扁线电机渗透率快速提升。2021年特斯拉换装国产扁线电机,带动渗透率大幅提升,扁线电机的趋势已经确定。众多潜在爆款车型使用扁线电机,预计2025年渗透率将快速提升至95%。众多高端车型均搭载扁线电机,比亚迪的DMI车型和e++平台全系都是扁线电机,大众MEB、蔚来ET7、智己L7、极氪001等明星车型采用的都是扁线电机。
气体储罐扁线电机能大幅度提升转换效率。在WLTC工况,扁线电机比传统圆线电机的转换效率高1.12%;在市区工况(低速大扭矩),两者效率值相差10%。按照典型的续航500km的A级轿车(搭载60kwh电池包和150kw电机)计算,WLTC工况下,搭载扁线电机的电池成本节约672元,市区工况下,电池成本节约6000元。
太平洋cs
扁线的槽满率大于圆线,当槽满率越高时相同功率电机所需要的铜线更短,进而电阻降低发热减少。
从理论上来说,圆线的净槽满率一般在约40%左右,而扁线则可以提升至70%。由于圆线的截面为圆形,不可避免在导线间存在不规则缝隙,而扁线间的间隙更小,槽满率更高。扁线电机的高效率区间比圆线电机高出许多,圆线电机的高效区一般要求是效率>85%的区间占比不低于85%,被称为“双85”。而扁线电机的效率>90%的区间占比不低于90%,被称为“双90”。电机的效率与转速和扭矩相关,市区工况中出现的频繁启停工况属于低转速高扭矩工况,而这正是圆线电机的低效率区间,而扁线电机在该工况下的转换效率更高。
扁线电机散热性能好:温升相对圆线电机降低10%。因扁线相对圆线更为紧密的接触,散热性提升,研究发现高槽满率下绕组间的导热能力是低槽
满率的150%。绕组在热传导能力上具有各向异性,轴向的热传导能力是径向方向的100倍。更低的温
升条件下,整车可以实现更好的加速性能。
电磁噪音低:整车更安静。扁线电机导线的应力比较大,刚性比较大,电枢具备更好的刚度,对电枢噪音具有抑制作用;可以取相对较小的槽口尺寸,有效降低齿槽力矩,进一步降低电机电磁噪音。
小体积带来高集成效率,契合多合一电驱发展趋势:因扁线更高的槽满率,同功率电机铜线用量和对应定子较少,体积有望下降30%。此外,扁线电机因更为先进绕线方式带来更易裁剪的电机端部,与圆线电机相比减少15-20%的端部尺寸,空间进一步降低,实现电机小型化和轻量化。
扁线电机大规模应用也需要克服一些缺点,比如良品率低,转速上不去,标准化难以及专利壁垒等。在高端车型中为满足对高性能的追求,搭配扁线电机数量也开始由原来的单电机增加到双电机,例如
保时捷首款纯电动跑车Taycan,甚至部分车型会搭配三电机。
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本文发布于:2024-09-20 16:26:40,感谢您对本站的认可!

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