時間:2023-08-04 10:11:53來源:今日電機
電車時代,電機好壞到底該怎樣評價呢?
或許很多人會認為,電機的種類決定了電機的好壞。
作為目前使用最多的兩種電機——永磁同步電機和交流異步電機,雖然外界對于兩種電機種類各有看法,但其實兩者各有優(yōu)勢,并不能單純依靠種類來評價好壞。
也有人認為電機的好壞應(yīng)當(dāng)和它的性能參數(shù)有關(guān),比如加速、極速和電耗,不管是什么種類的電機,只要這三個參數(shù)越高,電機就越好。
但實際上,極速、加速、電耗也不能決定電機的好壞,因為在它們之后,還有一個核心要素在限制著它們的上限,導(dǎo)致電機無法做出更極致的性能。
真正評價電機好壞的核心是散熱。不管是電車的加速能力、持久的極速性能,還是經(jīng)濟的電耗水平,都離不開散熱的支持。散熱既決定了電機的上限,也決定了電機的下限。
例如永磁同步電機特別依賴散熱,因為它的轉(zhuǎn)子使用了永磁體材料,在高溫情況下,永磁體會有完全退磁的風(fēng)險,并且是不可逆的。
而交流異步電機,由于轉(zhuǎn)子使用了傳統(tǒng)的線圈繞組結(jié)構(gòu),會導(dǎo)致它在滿負荷運行時會散發(fā)大量的熱,過高的溫度不僅會融掉內(nèi)部的各種絕緣材料,極端的甚至還能把繞組也融掉。
因此,為了保證不過熱,很多車企都嚴(yán)格限制電機轉(zhuǎn)速,這就導(dǎo)致很多電車沒法發(fā)揮極致的加速、極速等性能;只有散熱提升,電機才有解限、以及繼續(xù)向上發(fā)展的可能。
優(yōu)秀的電機散熱應(yīng)該是怎樣的?
現(xiàn)在很多車企都在提升電機散熱能力的技術(shù)布局,把升級重點集中在了扁線電機、薄片層疊工藝、油冷系統(tǒng)方面。
扁線取代圓線
對比傳統(tǒng)的圓線電機,扁線電機不僅可以提升約10%的工作效率,散熱能力也能提升10%,可以說是全方位的提升。
圓線電機中,定子繞組由很多根圓銅線組成,對電流的分?jǐn)偰芰τ邢?,空間利用率并不高,進而會放出更多熱量。
扁線繞組通過使用形似矩形的銅條,以簡單堆疊的方式徹底填滿了插槽空間,電流能夠被直徑更粗、表面積更大的扁線分?jǐn)?,從而降低發(fā)熱量。
在這方面,特斯拉的Model 3和Model Y搭載的永磁同步電機就使用了10層扁線繞組,雖然扁線繞組不一定越多越好,但在提升散熱的同時,特斯拉電耗低、極速高的優(yōu)勢,也很難說沒有這10層扁線繞組的功勞。
使用薄片層疊工藝
采用薄片層疊工藝的電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)看起來就像是把無數(shù)的黃瓜切片拼成了一個整體一樣。車企選擇把轉(zhuǎn)子切成無數(shù)薄片,在減少轉(zhuǎn)子體積的同時,減少電流回路的產(chǎn)生,薄片之間則用焊接等工藝進行連接。
但薄片層疊工藝最大的受益者,還是鑲嵌在其中的永磁體,因為它對高溫最敏感。只要轉(zhuǎn)子的溫度得到控制,永磁體的壓力就能小很多。
這方面可以參考比亞迪的電機,除了使用薄片層疊工藝外,比亞迪甚至還在轉(zhuǎn)子薄片的制作材料中加入了少量硅,改變轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電能力,從而控制熱量。
用油冷取代水冷
油冷能深入到水冷達不到的地方,且不導(dǎo)電不導(dǎo)磁,可以直接深入到很多水冷管道深入不到的電機內(nèi)部區(qū)域,可以大幅提升散熱能力。
在這方面,問界M5的油冷電機平均峰值溫度能降低30℃,能夠讓電機獲得更強的性能上限和持續(xù)能力,比如零百加速反復(fù)加速15次不衰減,長時間高速行駛更穩(wěn)定等。
總結(jié)
國內(nèi)外很多車企與電機供應(yīng)商都在圍繞散熱性能積極推進對應(yīng)的技術(shù)與工藝,其實還有很大的優(yōu)化空間,有的已經(jīng)取得了不錯的成果,只是由于短時間內(nèi)成本無法降低,所以無法量產(chǎn)。而隨著相關(guān)技術(shù)材料、工藝成本的逐漸下降,電機的散熱性能終究是會穩(wěn)步提升的,而在徹底解除“散熱”的封印后,電機的整體性能也將真正得到質(zhì)變。
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