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    直流有刷電機測試解決方案壓縮機電機定子測試解決方案

    新能源汽車驅(qū)動高速電機有多難做?

      作者:AIP點擊:5290發(fā)布時間:2024-03-19 10:34:17

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    本篇我們聊聊對于電車最核心、最關鍵的“超級電機”-V8s和V6s。V8s更是以最高27200轉(zhuǎn)/分鐘,打破目前新能源汽車驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的極限。

    一、電機提高轉(zhuǎn)速的瓶頸是什么?目前高性能電機轉(zhuǎn)速天花板有多高?

    電機最高轉(zhuǎn)速的突破猶如發(fā)動機的轉(zhuǎn)速極限。需要眾多周邊技術(shù)的層層突破。

    其中,最難突破的就是轉(zhuǎn)子,由于自身旋轉(zhuǎn)過快、高轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)離心力,極端情況會導致變形。

    除了轉(zhuǎn)子以外,還有相連接的軸承也要承受巨大壓力;周邊的電線的纏繞方式、電機散熱+潤滑系統(tǒng);電機安裝工藝、高壓、高電流下對導線材料的選擇等等諸多方面缺一不可。

    目前,主流的400V高性能電機最高轉(zhuǎn)速約在16000-17500轉(zhuǎn)/分鐘之間;采用電機水冷+減速器油冷方式。當前特斯拉800V超高壓,8層扁線定子永磁同步電機的最高轉(zhuǎn)速達到20000轉(zhuǎn)。

    1710815882824678.jpg新能源汽車驅(qū)動用高速電機有多難做?—AIP艾普

    而這一數(shù)據(jù)也在前不久,被國內(nèi)主機廠商的新一代電機以22000轉(zhuǎn)/分鐘的極致轉(zhuǎn)速而“遙遙領先”。但好景不長,小米超級電機的公布,也順便摘走了“遙遙領先”牌匾。

    二、“三大指標”和“五大要求”層層捆綁,制約電機轉(zhuǎn)速提高

    電機是電動汽車的心臟,是核心中的核心。

    最大行駛里程、加速性能以及最高時速,一般視為三大核心指標。整車能跑得遠、跑得快、跑得極,全部依靠電機的性能。

    圍繞這三大指標設計下,對電機設計就會提出五大要求:

    1、電機的高過載能力

    電動車驅(qū)動電機需要自身4-5倍的過載能力,來滿足頻繁極限加速和負載爬坡能力,此時電機不能出現(xiàn)“失速”現(xiàn)象。這是一項非常重要的安全指標。在行業(yè)中,曾經(jīng)就有車輛出現(xiàn)高速失速現(xiàn)象。

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    2、較寬的調(diào)速能力

    電動汽車的最高轉(zhuǎn)速要求達到在公路上巡航時基本速度的4-5倍。以滿足低速運行輸出恒定大扭矩和高速輸出的恒定功率。

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    3、需要高功率密度

    簡單理解就是盡量提升電機功率的前提下,降低重量,做輕量化設計?;疽筮_到1kw/kg以內(nèi)為標準。

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    4、可控性、精度高

    電機需要有寬泛的可控性以及不同速度下,對電機扭矩、轉(zhuǎn)速輸出的精準控制。這項指標直接影響駕乘質(zhì)感。

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    5、更高的可靠性

    電動車驅(qū)動電機長時間工作在高溫、高濕、高功率工況下,需要更好的防水性、更可靠的性能輸出表現(xiàn)。

    三、小米超級電機捅破天花板,27200轉(zhuǎn)/分鐘背后是技術(shù)全面突破

    小米全自研量產(chǎn)HyperEngine V8s電機,轉(zhuǎn)速高達27200轉(zhuǎn)/分鐘,功率達到425kw、單電機最大扭矩635牛米、最高效率98.11%,這一數(shù)據(jù)打破新能源驅(qū)動電機行業(yè)轉(zhuǎn)速天花板;

    聯(lián)合研發(fā)HyperEngine V6/V6s,最高轉(zhuǎn)速為21000轉(zhuǎn)/分鐘,也是行業(yè)一流水準。

    新能源汽車驅(qū)動用高速電機有多難做?—AIP艾普

    講到電機參數(shù)時,我?guī)缀跞套龉P記,沒有漏掉任何一張數(shù)據(jù)參數(shù)。接下來,我為大家做個簡單的復盤和小白化解讀。

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    四、小米自研HyperEngine V8s:體重輕、力量大

    除了我們上圖所見的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩參數(shù)以外,還有一項非常重要的指標,就是電機功率密度。

    在上一段中我們介紹,最低標準為1kw/kg就是合格標準。而V8s超級電機的功率密度達到了10.14kw/kg,比基礎標準高出10倍。這項數(shù)據(jù)也超過了特斯拉當下最先進水平的60%(6.22kw/kg)。

    這項指標簡單的理解就是,電機輸出1kw對應自身重量是1kg。在同等重量下,能夠產(chǎn)生更大的功率就是集成化、輕量化的更好設計。

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    五、HyperEngine V6/V6s:超越特斯拉電機

    此次首次亮相的小米SU7搭載的就是這兩款電機。最高21000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速也位居行業(yè)第一梯隊。

    其中,HyperEngine V6超級電機的最大功率為220kw,最大扭矩為400牛·米,而HyperEngine V6s超級電機的最大功率則達到了275kw,最大扭矩為500牛·米。電機功率密度達到6.78kw/kg。同樣超越了特斯拉目前最先進的電機。

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    如果你覺得以上兩個轉(zhuǎn)速還不夠高的話,那么可以再看看小米超級電機 技術(shù)預研的電機轉(zhuǎn)速,已經(jīng)達到恐怖的35000轉(zhuǎn)/分鐘,這項技術(shù)絕不是停留在PPT上,在發(fā)布會現(xiàn)場,雷總播放了該電機在實驗室中的運轉(zhuǎn)極限。

    該電機通過碳纖維「激光固化纏繞工藝」,達到了35000轉(zhuǎn)/分鐘最高轉(zhuǎn)速。

    充足的專利技術(shù)儲備,展示了小米在電機技術(shù)領域的創(chuàng)新實力和深厚積淀,也為其未來產(chǎn)品的多樣性和創(chuàng)新性提供了更多可能。

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    實際上,每一次性能的提升都是技術(shù)的再一次進步和發(fā)展,都體現(xiàn)出企業(yè)的技術(shù)實力。那么,電機為何能一次再一次突破極限,再創(chuàng)新高呢?

    1、AI仿真技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)子應力

    在設計之初,設計團隊就用上了AI仿真技術(shù)。歷時8個月、20萬次電磁和結(jié)構(gòu)耦合AI仿真迭代以及多輪樣品試制。

    現(xiàn)在AI設計已經(jīng)逐漸成為一線汽車廠商研究設計的主流,譬如車身結(jié)構(gòu)、材料篩選等,通過AI仿真技術(shù),可以快速形成推薦方案,工程師再通過篩選進行排查和驗證??梢岳斫鉃?,大數(shù)據(jù)下的GPT功能。

    小米這個強度的AI仿真技術(shù)還是很有看點的,科技大廠在這方面的實力可見一斑。

    2、更高級的工藝

    HyperEngine V8s實現(xiàn)了98.11%的電機效率。其定轉(zhuǎn)子硅鋼片的差異化厚度設計,將0.2mm的定子超薄硅鋼片與0.35mm的轉(zhuǎn)子超高強度硅鋼片相結(jié)合,強度與效率齊頭并進。

    另外。高性能釹鐵硼永磁體的應用,突破了傳統(tǒng)的54槽6極設計專利封鎖,采用了8層Hairpin扁線繞組,槽滿率高達77%。

    小米通過更高的工藝和繞組方式,提升滿槽率,從而提升電機的效率和輸出功率。

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    3、雙向全油冷散熱,S型立體油路設計

    HyperEngine V8s采用雙向全油冷散熱和S型立體油路設計。

    定子部分通過雙循環(huán)立體油路,散熱面積增大了100%,實現(xiàn)了最高20度的降溫;轉(zhuǎn)子部分則利用專利S型油路,散熱面積增加了50%,達到了最高30度的降溫效果。

    此外,定子硅鋼疊片還采用了“階梯式”錯位設計,使有效散熱面積再增加7%。

    目前,高功率電機都已全油冷方式進行降溫,定子雙循環(huán)立體油路,簡單理解就是通過加大循環(huán)系統(tǒng),讓更多的油給定子降溫。持續(xù)恒溫才能讓電機工作在最佳狀態(tài)。

    小米這個電機做得更加極致,油路設計、散熱面積、立體循環(huán)還是很有創(chuàng)新性的。

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    4、電機材料的提升

    小米業(yè)界首發(fā)960MPa最高強度特種硅鋼片,是行業(yè)主流的2倍多(450Mpa);提升強度。

    隨著電機轉(zhuǎn)速的提高,在電機內(nèi)部也形成巨大的離心力和應力,此時需要對電極轉(zhuǎn)子運動部件的材料進行加強。

    小米將再一次提升2倍行業(yè)標準,來完成高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

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    核心技術(shù)好比磚石,建造堅實的房屋,需要諸多磚石的層層累積。小米追求電機最高轉(zhuǎn)速也絕不是炫技,而是扎實地走好每一步。小米在超級電機的領先技術(shù)絕不是以上幾點那么簡單,發(fā)布會現(xiàn)場展示,小米為這款電機申請了155項專利,其中已授權(quán)60項。還在電機最高轉(zhuǎn)速、電驅(qū)最高效率、功率密度上達到了中國電工技術(shù)學會和國創(chuàng)中心雙認證的“國際領先水平”。

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    六、堅持正向開發(fā),重新定義汽車的決心

    發(fā)布會上,小米對于汽車的定義同樣令人驚喜。

    傳統(tǒng)汽車的核心是代步工具,目前的智能汽車是以汽車平臺為基礎,增添智能化功能。而小米汽車的造車理念是賦予生態(tài)和智能的移動智能空間。

    小米將汽車、消費電子、智能生態(tài)融合。重新定義汽車工業(yè)的技術(shù)棧。

    此前雷總曾表示,小米造車的投入是其他汽車制造商的十倍。一般汽車品牌造一輛車總計投入300人至400人,費用在10億元至20億元,而小米汽車的第一輛車整體投入3400名工程師,研發(fā)費用超100億元。自研出很多“頂尖的好東西”。

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    小米電機轉(zhuǎn)速突破的一大步,在整個電車技術(shù)發(fā)展中只是一小步。但這一步也彰顯了小米的技術(shù)實力和技術(shù)儲備。也讓小米汽車在行業(yè)中,邁出了堅實的一步。在外行人看來,“這不就是提高點轉(zhuǎn)速么,至于如此鼓吹么?”。從小格局看,可以認為這次突破極限是汽車行業(yè)的領先。從大格局來看,我認為這是國內(nèi)材料、數(shù)控加工、裝配工藝、等諸多基礎工業(yè)的新突破。

    如果我們換個說法,基普喬格用1小時59分40秒跑完全馬為何值得歡呼雀躍?奧運會中每一次世界紀錄的突破為何會載入史冊?因為這些都是“突破極限”的挑戰(zhàn)。

    小米歷經(jīng)13年技術(shù)積累,已經(jīng)擁有完備的智能生態(tài)布局,稱之為“全球第一”并不為過。再加上汽車技術(shù)的全棧自研,率先翻開“科技大廠 生態(tài)造車”的新篇章。定位C級高性能生態(tài)科技轎車的小米SU7也是在新篇章下的第一個產(chǎn)品。在智能化、性能、安全、健康、等不同維度下,期待有更顛覆、創(chuàng)新的表現(xiàn)。

    本篇介紹內(nèi)容也只是小米汽車技術(shù)發(fā)布會的冰山一角,除了超級電機遙遙領先以外,還有摩德納平臺架構(gòu)、超級大壓鑄、碳化硅電池平臺等等。


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