功率更大，重量更輕，車企卷向驅動電機功率密度

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）在電動汽車時代，動力來源更加廉價，動輒200kW功率的單電機隨處可見，雙電機車型加速輕松可以媲美以往百萬級別的性能燃油車。

不過，電機的技術門檻并沒有人們想象中低，比如近幾年，單電機的功率越來越大，功率密度越來越高，每一次性能上的提升都是材料、散熱、電路控制方面的進步。

此前《中國制造2025重點領域技術路線圖》中的目標是，到2025年和2030年，國內乘用車驅動電機20s有效比功率分別要達到≥4kW/kg和≥5kW/kg，因此功率密度是未來電動汽車驅動電機的一個重要考量參數。

目前市面上高功率驅動電機發展情況

目前主流的純電汽車，單電機峰值功率普遍在100kW-200kW之間，但在一些中高端車型上，考慮到性能需求，后橋驅動電機的峰值功率可以達到250kW-300kW。

而從已經量產的純電車型來看，目前峰值功率最大的驅動電機是Lucid Motor的500kW電機，單電機重量74kg，功率密度超過7kW/kg。這款峰值功率高達500kW的永磁同步電機在轉子繞組、減速器、冷卻方面進行了特殊優化，不計成本降低體積以及提升性能，最終實現了超高的功率密度。

上汽智己在即將發布的LS6上，會推出一款單軸峰值功率高達379kW的驅動電機，搭載在LS6的后橋上。但上汽在碳博會上還展示出一款單軸功率高達475kW的電機，重量為89.8kg，功率密度超過5kW/kg。據官方介紹，這款475kW電機采用了陶瓷軸承、碳纖維包覆轉子、定轉子雙油冷等方案，同時已經有實物展示。

廣汽埃安今年3月發布了全新一代高性能集成電驅——夸克電驅，據稱在最大功率260kW的情況下，電機重量僅為21.5kg，功率密度高達12kW/kg。不過這里官方沒有詳細解釋，21.5kg的重量是否包含包括減速器、電驅逆變器等模塊。

另外要注意的是，上面包括Lucid、智己、埃安三家的高功率密度電機，都是建立在800V高壓平臺之上。而市面上主流的400V平臺上，智己L7的250kW電機功率密度為3.03kW/kg，已經是量產400V平臺上的最高數據。

這也從另外的角度說明，如果要達到《中國制造2025重點領域技術路線圖》中的目標，到2023年電動汽車驅動電機基本都需要上800V平臺。

高功率密度電機，有哪些難點？

在包括新能源汽車上的廣泛應用后，為了提高車輛續航，降低驅動電機的功率密度，即在功率不降低，電機性能不降低的情況下，盡可能降低電機的體積和重量；或使功率、效率提升的同時，電機重量不變?？偠灾?，如今新能源汽車對驅動電機的需求就是，輕量化的同時又要保證性能和效率的水平。

那么對于高功率密度的電機而言，也有不少難點，包括散熱、材料、電路設計、轉子設計等方面。

首先，提高電機的轉速，其實是提高電機功率密度的一個重要方向。但有一個顯而易見的問題是，電機轉速提高之后，電機供電的頻率就會變得很高，這對整流器、變頻器等器件來說，損耗會加大，降低系統的可靠性。

除此之外，電機中磁性材料中由于存在交變或脈動磁場而引起的功率損耗會以熱的形式表現，也就是說隨著頻率的提高，這部分發熱導致的損耗，在電機總損耗中的比重會增大，降低電機的效率。

在高轉速電機中，轉子還要面臨著克服離心力的挑戰。目前業界前列的驅動電機轉速已經超過20000rpm，這使得轉子材料承受很大的切向應力。所以為了提高轉子結構強度，一些廠商在高轉速電機的轉子上采用碳纖維護套，或是改進轉子的結構設計，采用高強度疊片等材料，來滿足高轉速電機的需求。

我們還可以看到現在的驅動電機在冷卻上下了很多功夫，包括水冷、油冷等，實際上溫度問題一直以來都是電機發展過程中的難題。

因為在電機運轉過程中，定子繞組的端部往往是發熱程度最高的部分，所以在油冷系統中，會通過往端部噴射冷卻油來將這些熱量帶走，為其降溫。當然，目前點擊的油冷散熱方案多種多樣，包括通過在定子內部設置油冷管道來從內部散熱等。

另外在定子繞組中，所采用的導線形態也會對電機的性能產生影響。以往電機普遍采用圓線繞組，但隨著扁線電機的應用，扁線由于形態上有利于電機滿槽率提升，這意味著在電機空間不變的情況下，可以填充更多的銅線，產生更強的磁場強度，提升功率密度。

體積方面，從圓線變為扁線，同樣空間的定子下可以填充的銅能夠增加20%以上，一定程度上可以令電機功率提高20%；在散熱方面，扁線繞組由于線與線之間的接觸面積更大，熱傳導效果更好，所以也有利于散熱。

在噪音方面，電機的槽配合對電磁振動和噪聲的產生、抑制都具有決定性的作用，可以采取更小的槽口尺寸，來降低電機電磁噪音。同時扁線電機能夠提高電樞剛度，對電樞噪音也有抑制作用。

小結：

在電動汽車上，伴隨著整個新能源行業的發展，驅動電機也在近幾年迎來了高速發展階段，各大廠商都在努力提高電機的功率密度。期待未來會有更多功率更大，重量更輕、能耗更低的驅動電機產品，來推動電動汽車的普及。