這些年電驅(qū)動技術(shù)的快速發(fā)展，主要性能已提前達(dá)到2025年目標(biāo)，有力促進(jìn)新能源汽車發(fā)展;同時，800V高頻高速集成一體化技術(shù)的加速落地，既推進(jìn)了電驅(qū)動重大變革，又面臨一系列重大挑戰(zhàn):整個產(chǎn)業(yè)鏈正在開展SiC功率模塊、絕緣性能、EMC、NVH等基礎(chǔ)前沿問題的多目標(biāo)、多體系創(chuàng)新協(xié)同攻關(guān)創(chuàng)新。

以下是演講實(shí)錄：

黃蘇融：大家上午好！我們今天講這四方面內(nèi)容，1 電驅(qū)動發(fā)展的黃金年代，2 高性能EV電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新，3 800V高頻高速EV電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)，4 關(guān)鍵技術(shù)小結(jié) 。

電驅(qū)動發(fā)展的黃金年代

第一個黃金年代--傳統(tǒng)電機(jī)年代，以19世紀(jì)傳統(tǒng)電機(jī)開始，引領(lǐng)電氣化發(fā)展。

第二個黃金年代--變頻調(diào)速電機(jī)年代,上個世紀(jì)電力電子與電機(jī)的結(jié)合，通過變頻調(diào)速技術(shù)，引領(lǐng)新型變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)發(fā)展。

第三黃金年代就是當(dāng)前，這些年我們電驅(qū)動技術(shù)快速發(fā)展，主要性能已經(jīng)達(dá)到2025年目標(biāo)，有力的促進(jìn)了新能源汽車發(fā)展，隨著800V高頻高速集成一體化技術(shù)的加速落地，推進(jìn)了電驅(qū)動重大變革，同時又面臨一系列重大挑戰(zhàn)，其中包括整個產(chǎn)業(yè)鏈正在研究的碳化硅功率模塊，因為碳化硅有效提高電機(jī)系統(tǒng)效率，但是畢竟成本高，重點(diǎn)關(guān)注低成本解決方案。絕緣性能、EMC、NVH等基礎(chǔ)前沿問題需要整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同攻關(guān)，昨天多位大會報告提到從整個系統(tǒng)角度協(xié)同解決NVH等難題。NVH已不再單一地從電機(jī)本體提出解決方案，控制系統(tǒng)的諧波電流注入法已成熟有效抑制特定階次噪聲和轉(zhuǎn)矩波動。

第三個黃金年代就是電驅(qū)動黃金年代，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同攻關(guān)，推動新能源汽車電驅(qū)動產(chǎn)業(yè)。

高性能EV電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新

IPM永磁同步電機(jī)研發(fā)熱點(diǎn)

1.基于IPM-d軸對稱磁極結(jié)構(gòu)，提高磁阻轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩密度

目前車用驅(qū)動電機(jī)主流產(chǎn)品是IPM永磁電機(jī)，IPM永磁電機(jī)模型物理概念是；永磁轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩疊加，形成永磁同步磁阻轉(zhuǎn)矩電機(jī)，在相同電流情況下提高輸出轉(zhuǎn)矩，IPM永磁電機(jī)分成兩大類。

（1）一類是我們目前車用永磁驅(qū)動電機(jī)主流產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：Lq>Ld，弱磁型IPM。

（2）另一類：Ld>Lq 助磁型IPM，10多年電機(jī)研究者一直在關(guān)注。

1）在Ld>Lq 助磁型IPM結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)子磁極采用鐵氧體，依照氣隙磁場正弦分布，確定磁鋼徑向高度尺寸。

2）方便地混合勵磁，在轉(zhuǎn)子磁極增加直流勵磁繞組，調(diào)節(jié)勵磁電流，增加中低速輸出轉(zhuǎn)矩，在寬域范圍實(shí)現(xiàn)電機(jī)反電勢與電壓的匹配。

2.引入IPM-d軸非對稱磁極結(jié)構(gòu)

基于IPM-d軸對稱磁極結(jié)構(gòu)，我們分析永磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩與空間相位角圖的關(guān)系。永磁轉(zhuǎn)矩最大相位角是0電角度，磁阻轉(zhuǎn)矩最大相位角在45電角度左右，永磁與磁阻的最大合成轉(zhuǎn)矩在45電角度左右。由此可見，在45電角度處永磁轉(zhuǎn)矩沒有充分被使用。如果引入IPM-d軸非對稱磁極結(jié)構(gòu)，永磁與磁阻的最大合成轉(zhuǎn)矩在35電角度以下，則合成的永磁轉(zhuǎn)矩分量就顯著提高了。相關(guān)研究論文成果表明，IPM-d軸非對稱磁極結(jié)構(gòu)方法不僅提高轉(zhuǎn)矩密度，降低成本；還能抑制相關(guān)階次的轉(zhuǎn)矩波動。

分析國內(nèi)外電動汽車永磁驅(qū)動電機(jī)等主流產(chǎn)品的極槽配合， 前十年最高轉(zhuǎn)速在12000轉(zhuǎn)以下， 每極每相槽數(shù)q等于2的分布繞組以及48槽8極和72槽12極的極槽配合設(shè)計方案成為主流：隨著電動汽車驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速及其頻率的不斷提高18000轉(zhuǎn)以上，NVH和扁線集膚效應(yīng)渦流損耗等問題凸現(xiàn)；48槽8極和72槽12極的電機(jī)定子軛部厚度尺寸使得定子鐵心零階模態(tài)剛度不夠。早年業(yè)內(nèi)認(rèn)可的低噪聲Leaf電動汽車，其2011版驅(qū)動電機(jī)采用48槽8極設(shè)計方案，由于零階模態(tài)剛度不夠，24階和48階噪聲過大。Leaf 2013版驅(qū)動電機(jī)將定子槽深尺寸作了改進(jìn)，增加定子軛部厚度，加強(qiáng)定子零階模態(tài)剛度，以抑制噪聲。2018 特斯拉3 采用54槽6極極槽配合設(shè)計方案比較合適，選擇4極電機(jī)方案的最低4階模態(tài)太低，6極電機(jī)方案可增加軛部厚度尺寸，提高零階剛度，電機(jī)運(yùn)行頻率下降后，可降低扁線電機(jī)導(dǎo)體集膚效應(yīng)影響和磁鋼渦流損耗影響：同時54槽6極極槽配合電機(jī)的每極每相槽數(shù)q等于3，有利于抑制諧波的多種負(fù)面效應(yīng)，提高電機(jī)性能。因此，54槽6極的永磁同步驅(qū)動電機(jī)方案將受到關(guān)注 。

回顧IPM 電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)從單層I型和單層V型到多層I型、多層V型和多層I和V混合型的發(fā)展歷程，搞設(shè)計仿真都體會到，多層IPM結(jié)構(gòu)容易提高磁阻轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上單層V型結(jié)構(gòu)設(shè)計方案只要精心優(yōu)化也可實(shí)現(xiàn)高磁阻轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)矩波動，并且單層V型磁鋼有效降磁鋼用料和磁鋼加工費(fèi)。特殊精心優(yōu)化的單層V型結(jié)構(gòu)將是未來高速IPM電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的首選方案。

Hair-pin 扁線繞組研究歷程與當(dāng)前開發(fā)熱點(diǎn)。

扁線繞組不是新名詞，汽輪發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等大型高壓發(fā)電機(jī)都采用矩形扁線的成型繞組，包括多種繞組轉(zhuǎn)位技術(shù)，絕緣技術(shù)和各種冷卻散熱技術(shù)。當(dāng)前把大型電機(jī)扁線統(tǒng)組與冷卻散熱技術(shù)小型化應(yīng)用于電動汽車驅(qū)動電機(jī)，實(shí)現(xiàn)車用驅(qū)動電機(jī)高密度輕量小型化。為降低扁線繞組端部長度和繞組的集膚效應(yīng)，提高繞組槽滿率與自動化制造技術(shù)，先后出現(xiàn)Hairpin繞組，I-Pin繞組，X-Pin繞組。面對發(fā)展需求和各種挑戰(zhàn)，國內(nèi)外電機(jī)研發(fā)人員正在不斷提出新的繞組技術(shù)方案。

新結(jié)構(gòu)新材料EV驅(qū)動電機(jī)。

目前分布直驅(qū)的輪轂/輪邊電機(jī)，普遍采用表貼式磁極+分?jǐn)?shù)槽集中繞組設(shè)計方案，該設(shè)計方案的最大優(yōu)勢是繞組端部尺寸小和繞組端部銅耗小。然而，該設(shè)計方案：無磁阻轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)矩/電流比小；磁鋼用量大,成本高，磁鋼渦流損耗亦大：同時，分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機(jī)諧波大，導(dǎo)致諧波損耗和諧波漏抗大，電機(jī)性能差，效率低。

目前，采用表貼式磁極+分?jǐn)?shù)槽集中繞組的車用驅(qū)動電機(jī)最高效率在95%左右，采用IPM磁極+分布繞組的車用驅(qū)動電機(jī)最高效率在97.5%左右。

現(xiàn)在討論：基于材料服役特性的EV電機(jī)多領(lǐng)域一體化正向設(shè)計

主要包括：材料多領(lǐng)域服役行為多領(lǐng)域一體化設(shè)計 多領(lǐng)域多層面仿真 三個層面。

內(nèi)油冷提高冷卻散熱能力，提高持續(xù)運(yùn)行功率和可靠性(壽命)，是當(dāng)前一個熱點(diǎn)。中國電器工業(yè)協(xié)會旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)委會正在修訂“源汽車驅(qū)動電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu) 技術(shù)規(guī)范”團(tuán)標(biāo)；中汽協(xié)會公布了“直接油冷電機(jī)及其材兼容性技術(shù)要求與驗證方法”團(tuán)標(biāo)，下一步關(guān)注的重點(diǎn)是如何提高ATF油的熱性能和絕緣性能，滿足內(nèi)油冷電機(jī)需求。

振動噪聲設(shè)計與抑制技術(shù)。

建立了電驅(qū)動系統(tǒng)振動噪聲的一流實(shí)驗室和正向設(shè)計與評估方法，有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩主動補(bǔ)償、特定階次諧波注入等振動噪聲抑制的控制策略技術(shù)。

800V高頻高速EV電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)

對繞組介電應(yīng)力挑戰(zhàn)很大，以前關(guān)注熱老化，現(xiàn)在電老化比熱老化更嚴(yán)峻。電機(jī)高速高頻化后，扁導(dǎo)線必然趨向更薄型，導(dǎo)線絕緣也如何更薄，如何減少槽內(nèi)絕緣的氣隙與缺陷，抑制局部放電挑戰(zhàn)很大。

關(guān)鍵技術(shù)小結(jié)

EV電機(jī)多領(lǐng)域一體化正向設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)：電磁材料服役特性研究、高效-NVH區(qū)規(guī)劃與轉(zhuǎn)矩脈動抑制(極槽配合、抑制低階齒諧波，結(jié)構(gòu)合理布局-尺寸材料的多領(lǐng)域特性匹配),定子鐵芯和繞組端部模態(tài)及其剛度阻尼設(shè)計、抑制電磁共振效應(yīng)?？垢哳l渦流的軸向疊層-周向分塊結(jié)構(gòu)的正弦化磁極、降低諧波損耗、轉(zhuǎn)矩脈動和電磁嗓聲。

冷卻散熱(間接水冷或直接油冷)，絕緣設(shè)計方面：復(fù)合絕緣材料-環(huán)境相容-絕緣工藝、提高PDIV & CIV(局部放電起始電壓&電暈起始電壓), 冷卻介質(zhì)相容，抗集膚效應(yīng)的-對稱排列-端部換位繞組、高熱導(dǎo)繞組絕緣。

高頻軸承電流抑制，電機(jī)-驅(qū)動-集成化、提高EMC & EMI能力。

今天的報告就到這里。

主持人：好，非常感謝黃教授，每次聽黃教授講課都有一些新的收獲，這次不光提出了一些新技術(shù)的方向，關(guān)于技術(shù)，另外其實(shí)我覺得最關(guān)鍵的是從基礎(chǔ)學(xué)科，另外是怎么系統(tǒng)解決這樣的電機(jī)方案，我們演講完之后，給大家留一個提問，如果大家有問題的話可以舉手示意一下。

提問：黃教授您好，我想問一下剛才您軸向磁通電機(jī)這一塊，您是對分布繞組和集中繞組這一塊，因為我看目前的產(chǎn)品大多數(shù)都是分布式槽集中繞組，它比如說在它的性能上有哪些缺點(diǎn)嗎？

黃蘇融：這種電機(jī)方案性能一般，它的好處繞組端部短，由于分?jǐn)?shù)槽集中繞組諧波份量較分布繞組諧波大很多，損耗也比較大，第二對磁鋼造成較大的渦流，磁阻轉(zhuǎn)矩?zé)o法利用，所以磁鋼多用成本高，磁鋼造成渦流損耗，好處是繞組端部短。剛才講我們攻關(guān)目標(biāo)是如何縮短分布繞組端部過長的問題。剛才講了一個扁線繞組端部長度最小尺寸13mm，導(dǎo)體尺寸1mm，q=2的分布繞組；如果q等于1的分布繞組端部長度還可以更小。

今天就交流這些，歡迎各位批評指正。

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