特斯拉3D6電機轉子技術原理解析

首先特斯拉3D6電機的轉子采用經典的單V永磁結構，采用三分段的方式對噪音進行優化，中間分段是邊緣的兩倍。

之前介紹的比亞迪轉子采用6段V型（中間粗的其實是2級，看上去只有5段，實際是6段）

這種錯極設計我們之前講過，但分段細致度包括魯片卻沒有之前比亞迪和華為的轉子那么細致。包括上一代特斯拉電機轉子側面的噪音優化輔助槽方面是做得非常細致的，分高低兩種，其中大輔助槽放置在V字磁鋼槽的表面磁橋處，小輔助槽放置在靠近極中心的地方。這次特斯拉3D6轉子上我們暫時沒發現之前那么細致的高低搭配，簡化為單一半徑的靜音槽，結合同樣比較簡化的3分段設計來看，特斯拉整體細致度沒有那兩家那么好的。

光切定子肯定有人覺得不過癮，沒關系，咱們這一期為了更好展現技術細節，老王來到了線切割加工中心，咱們把電機轉子軸都剖開看一看。

撰稿前老王在一些咨詢機構報告中看到了上一代特斯拉電機軸，是油液先進入到中心，由突出部甩到內壁后，冷卻油再從四個小孔噴出進行散熱。

電機低效制熱模式潤滑油和熱流量示意

這次切割后發現，特斯拉回歸了和比亞迪華為一樣的直通空心結構，油液進入端環之后，能立即給到轉子兩側的甩油孔，給轉子進行冷卻，但仔細看還是沒有比亞迪考慮那么細致，因為比亞迪的油道是可以流經永磁體兩側而特斯拉多數油液只能通過中間的減重孔，沒有比亞迪那么直接，華為按理來說也可以做到和比亞迪一樣的散熱能力，只可惜用粘膠把油道填滿了。不過整體三者都算是能對轉子進行芯部冷卻的電機。還是說得過去的。

另外關于特斯拉轉子油道的這個設計變化，老王的猜測是一開始的軸芯突出部，應該是考慮到了油液攪動阻力，控制了噴油流量，所以冷卻油的噴射點必須從中間開始以保證散熱均勻，現在不需要，油液流量變大由一側直接泵入即可。支撐這種觀點的另一個依據在于原則上3D6電機的出現是為了配合特斯拉第四代熱管理系統的，所以芯部設計老王猜測是增大了油液在電機內的流量以強化電機低效率制熱模式的能力。?

◇?所謂低效制熱模式，有時候我們也叫做電機堵轉發熱，發熱效率遠高于PTC。在這一點特斯拉之前設計比較保守，那么從軸芯的設計向比亞迪華為靠攏這一點來看，特斯拉應該是解決了油液在電機內大量噴射后的攪動阻力問題。像比亞迪和華為都是自己設計了低粘度潤滑油才敢這么設計流量的，而特斯拉顯然也察覺到了這種設計的甜頭。當然這只是一種論述路徑，電機的發展影響到的機械結構還是挺多的。

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之前其他咨詢報告中顯示上一代特斯拉電機采用芯部突出設計。

本次我們拆解切割后，發現三家都沒有采用之前的突出甩油設計。?

我們其實可以把電機的一些核心機械設計進行一個簡單的橫向對比。三臺電機在永磁體排列和制備方面，比亞迪和特斯拉采用規則形狀的燒結釹鐵硼單塊永磁磁鋼，而華為雖然采用分塊樣式的永磁體但第二集中經過我們的測試它還是和普通單塊永磁磁鋼類似，在這個方面三臺電機我們認為相差不大，三家電機只有特斯拉不是雙V型排列的永磁體。

疊片工藝方面比亞迪厚度最小，其余兩家差別不大，都屬于比較先進的加工工藝，其中比亞迪永磁體側面固定點較多，其他兩家較少。三家都有明顯的裝配扣點，渦流發熱的挑戰都不小。分段錯極布局華為和比亞迪是6層，特斯拉是3層，這一點特斯拉略顯簡單。整體魯片工藝水平三家差異不明顯，比亞迪略優。定子扁線層數方面，特斯拉是10層，多于比亞迪，高功率輸出下特斯拉占優，低轉速城市路況比亞迪有一定優勢。

◇?華為DriveOne采用圓線電機也是強調高功率，整體效率不及比亞迪和特斯拉。這一塊華為稍微落后一些。極對數方面，比亞迪采用8極72槽，華為和特斯拉都是采用6級54槽。

極對數和線圈槽數有大量評價維度，今后慢慢講，本季講一個技術點，就是永磁同步電機，多數都是正弦波交流驅動，但實際上接收的不可能是理想正弦波對吧?因為電機定轉子之間有氣隙，磁場有畸變，干擾輸入到轉子的電流電壓。這之中存在大量高階次諧波對電機運行產生影響，轉化到用戶身上就是噪音和振動。

轉子靜止狀態下一定總是傾向于停留在某些特定位置。因為定子開槽空間相對局限，轉子磁極和定子開槽相對應的磁路，磁阻總有不平衡量，而磁力線不管你那么多，總會將轉子拉到磁阻路徑最小的位置。而當轉子旋轉時，永磁體兩端對應的齒槽區域內磁場波動就會變得更大，這種感覺類似你開車不斷壓到減速帶的感覺，這種力矩波動，我們稱為齒槽轉矩。

為此人們約定了一些評價因子，就是定子槽數和極數的最大公約數，以及最小公倍數。因為本次三臺電機他們各自的槽數和極數都是能整除，所以評價因子就是他們自身轉子的級數以及他們的槽數，最小公倍數自然就是槽數。比亞迪這里是8級72槽，特斯拉和華為都是6級54槽更低一些。這個數值越低，電機齒諧波次數就越高，齒槽波動越大，噪音和振動就不容易控制。

但按永磁同步電機轉速公式來看，這種極對數較少，換來的是相對低的鐵損系數，因為在多數轉速區間，鐵耗是和電機頻率程正相關性。?

6磁極的華為特斯拉，在16000轉運行頻率估計和8極的比亞迪12000轉左右的頻率在一個級別，這也進一步解釋了為啥比亞迪為什么把轉子沖片做得這么精致的原因，就是為了盡可能優化鐵損。

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像特斯拉和華為這樣的54槽6極的電機，在這種格局下不妨就采用調大電流去推高轉速和扭矩的路線，從用戶角度更容易被接受。而比亞迪雖然電機控制系統不好做，但8級72槽的這個設計，相當于更多的電極一起并聯出力。峰值扭矩提升相對會比較容易一些，而且想做高功率也不用傻傻的用大電流來硬打，加上之前我們說的比亞迪減速比是11左右也能夠互為佐證，綜合來看在性能指標方面都是指向節能和靜音的。

◇?冗余設計角度來說，三臺電機峰值轉速都有提升的余地，只不過可能沒必要，尤其是比亞迪的16000轉搭配10.8的減速比這種格局來說，老王認為比亞迪應該是考慮到更高的通用屬性從而限制了峰值轉速。這就好比當初刀片電池剛推出時，看起在能量方面仍然有提升空間，但通過技術創新和規?；?，像特斯拉這種頂流公司都會考慮采購，這就是工程哲學的魅力。

另一方面，大電流的發熱其實特斯拉人家也不怕，因為轉子有芯部油冷，定子還有噴淋孔道，所以特斯拉才敢上9.3的減速比，而華為也不能只看圓線電機這種缺點，華為的優勢是在逆變模塊的可靠性方面做到完善的同時，用模塊化的思維滲透到供應鏈的需求層面。舉個不恰當的例子，比亞迪的電機有點像8缸發動機，平順性好噪音也小，但為了省油油略微限制了運動擋。而特斯拉或者華為這個格局就是暴躁的小排量，相對容易控制，但有時候想跑快必須以能耗為代價。

總的來看，在機械設計這個維度，我們可以暫時下一個樸素的結論，就是特斯拉偏向運動，比亞迪偏向節能和靜音。

審核編輯：黃飛

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