深度解析比亞迪海豹八合一電動力總成電機(jī)技術(shù)

比亞迪海豹最大的亮點(diǎn)就是全新的純電平臺e平臺3.0，比亞迪最新技術(shù)的結(jié)晶，不僅延續(xù)了比亞迪引以為傲的超安全刀片電池，并且使用了電池與車身融為一體的設(shè)計(jì)。e 3.0平臺還將提供全球首創(chuàng)的八合一電動力總成，涵蓋驅(qū)動總成（電機(jī)和變速器）、電機(jī)控制器、PDU（電源分配單元）、DC-DC、OBC、VCU、BMS等8大核心點(diǎn)，使車輛的續(xù)航水平進(jìn)一步提升。從此前發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，比亞迪海豹的續(xù)航有600km和700km兩種版本，相比Model 3 556km和675km的續(xù)航有一定的優(yōu)勢。

定子設(shè)計(jì)

這臺電機(jī)有一個(gè)很專業(yè)的名稱，叫做扁線/發(fā)卡/多相/交流/油冷/轉(zhuǎn)子永磁同步電。雖然聽起來很高端，但其實(shí)我們只需要關(guān)注兩個(gè)重要因素——銅耗和鐵耗，就能清晰地了解該電機(jī)的性能。要優(yōu)化這兩個(gè)因素，需要分別從定子和轉(zhuǎn)子入手。

為什么是轉(zhuǎn)子永磁

如果你在研究永磁同步電機(jī)，你可能會發(fā)現(xiàn)定子上往往沒有永磁體，而是多層線圈。不過，這并不是說永磁體不能固定在這里。問題在于，將線圈集成在轉(zhuǎn)子中非常麻煩。因?yàn)槔@組是旋轉(zhuǎn)的，那么如何將三相交流電引出來呢？這會導(dǎo)致非常高的大電流對引出滑環(huán)的要求也更高。此外，高速大扭矩對材料要求也更高，這樣的成本不劃算。因此，目前電動車中尚未看到永磁體固定在定子上的電機(jī)。

什么是扁線？ 其次，什么是扁線？大家看這里，比亞迪的定子繞組從圓銅線變成了截面為矩形的銅條，跟寬掛面一樣。

電機(jī)繞組這里是要通電的，高功率輸出時(shí)會發(fā)熱造成能量損失，這也是銅耗的主要來源，電機(jī)發(fā)熱和功率的計(jì)算公式類似都是I方R，電流和動力輸出有關(guān)你不能去限制，有限空間內(nèi)只能在電阻上面去動刀。截面是方形的繞組空間半徑相仿但等效半徑更大相對電阻就更小，發(fā)熱量就會更低。

槽滿率是啥？ 另一原因就是電機(jī)想做到高性能，槽滿率是核心指標(biāo)。你可以片面理解就是如果一臺電機(jī)盡可能多地在橫截面積和這些裸槽中去安排銅線，它的槽滿率就高，反之單純提升電流電壓等于徒增能耗。所以設(shè)計(jì)者希望每條銅線的間隙被填得更滿，就像海運(yùn)，為了方便提高載貨率，集裝箱不可能給你做成橢圓的。所以電機(jī)銅線截面積做成矩形，同等條件功率可以做得更高。

為了清晰展現(xiàn)電機(jī)截面，這回我們選擇了全新設(shè)備——高壓水刀，之所以這用水刀是因?yàn)槲覀兿氡Ａ舯M可能多的定子用于后續(xù)節(jié)目，不過大家也能看到，水刀切割也產(chǎn)生了一些問題，就是表面的平整度還是做得不夠好。

比亞迪6層扁線電機(jī)定子 也不能用線切割因?yàn)榫€切割是通過電火花的放電原理對導(dǎo)體進(jìn)行加工的，而定子內(nèi)部有絕緣紙。啟動后，刀頭會以300bar的壓強(qiáng)直擊定子將其剖開。剖開后我們發(fā)現(xiàn)，比亞迪電機(jī)的6層扁線發(fā)卡是豎直排列的，非常緊密規(guī)整。

華為圓銅線電機(jī) ? 1、趨膚效應(yīng) 有人會問，直接塞一塊矩形銅條一勞永逸不香么？為啥做多層繞組？還6層？大家注意，動力電機(jī)是交流電驅(qū)動的，既然是交流電，繞組銅線從截面看過去，電流就不是均勻的，像在皮膚流動一樣，這種效應(yīng)叫做趨膚效應(yīng)，趨膚深度與交流電頻率的平方根倒數(shù)成正比，頻率越高電機(jī)工作時(shí)交流電越會趨向于銅線的表層流動。 ?

2、多層發(fā)卡 所以要想帶動車輛前進(jìn)并且高轉(zhuǎn)速，對電機(jī)來說，繞組追求的東西就變了，盡可能減小導(dǎo)線電阻率的同時(shí)、槽滿率要足夠高，還要盡可能增加繞組導(dǎo)線的表面積，于是扁線發(fā)卡多層繞組電機(jī)就這么誕生了，像比亞迪端部這種形式更規(guī)律，制造更方便，所以大家要知道，無論是扁線還是發(fā)卡，都是需求導(dǎo)致的結(jié)果。 ?

3、油冷冷卻 比亞迪這臺扁線電機(jī)采用油冷散熱。油因?yàn)榫植坎粚?dǎo)磁不導(dǎo)電的特性，作為冷卻介質(zhì)比水有更好的寬容度。

這次我們分別用線切割切開了三個(gè)電機(jī)的軸發(fā)現(xiàn)內(nèi)部還是有有很多值得分享的細(xì)節(jié)。就比亞迪這臺電機(jī)軸來說，油液能從軸端一側(cè)泵入，由邊緣這些小孔對轉(zhuǎn)子疊片中的永磁體散熱，這樣相當(dāng)于從內(nèi)到外都有油液的冷卻，要知道永磁體一旦退磁是不可逆的，這種設(shè)計(jì)極其必要，今后凡永磁電機(jī)如果不帶這個(gè)芯部油冷，可直接判定為落后產(chǎn)品。

另外我們注意到一些車企動力電機(jī)直接采用ATF變速箱油，這種油在開發(fā)之初優(yōu)化了變速箱里液力變矩器渦扇的一些起泡特性，用于相對固定的電機(jī)殼體冷是綽綽有余的，但隨著把油深入到定轉(zhuǎn)子來噴淋問題就來了，目前ATF油的腐蝕性對銅線表面的涂層包括絕緣紙有損傷，而絕緣層的厚度和整個(gè)電機(jī)開關(guān)頻率有很大關(guān)系，所以包括比亞迪在內(nèi)的一眾大廠都自己開發(fā)電機(jī)專用油。轉(zhuǎn)速和溫控都需要相互配合，一些用戶吐槽沒法在小修理廠做保養(yǎng)不然不給質(zhì)保確實(shí)是一個(gè)用戶抱怨，但從科學(xué)性角度來說電機(jī)不能隨便更換油品。所以新能源方面嘗鮮的用戶其實(shí)是需要默認(rèn)廠家提前收割的。

另外我們在比亞迪電機(jī)上看到了植入在定子內(nèi)部的溫度傳感器，這個(gè)傳感器的位置設(shè)計(jì)在油冷通道的附近，不然在殼體外部去測溫不利于整體溫控?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測。對溫度的監(jiān)控深度和銳度決定了你敢不敢把轉(zhuǎn)速全部釋放出來。

4、轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì) 拆掉端蓋之后能看到永磁體是呈現(xiàn)V型插在這些空當(dāng)里的。

很多人認(rèn)為電機(jī)都長這樣，那你就大錯(cuò)特錯(cuò)了。細(xì)節(jié)差異能讓差異變得很大，我們先講缺點(diǎn)。首先比亞迪這臺電機(jī)轉(zhuǎn)子疊片采用扣點(diǎn)+焊接設(shè)計(jì)。

之前講過，轉(zhuǎn)子在切割磁場時(shí)會產(chǎn)生渦電流，而焊接扣點(diǎn)會讓渦電流它在整個(gè)轉(zhuǎn)子上形成回路增加鐵耗發(fā)熱，定子也是這種沖片形式其實(shí)也有發(fā)熱但外層定子散熱更直接，再有就是轉(zhuǎn)子永磁體怕熱，高溫會導(dǎo)致永久退磁。

很多人一看比亞迪這個(gè)設(shè)計(jì)就開噴了，但老王從相關(guān)資料查到，比亞迪的沖片采用一種新型的低鐵損系數(shù)的電工鋼。這種材料會選用內(nèi)部含雜質(zhì)比較高的材料能減弱渦電流效應(yīng)，同時(shí)采用更薄的尺寸來降低鐵耗發(fā)熱。

比亞迪的電機(jī)相當(dāng)于格局上打出來一個(gè)比較好的基礎(chǔ)，我們需要在這個(gè)基礎(chǔ)上去談扣點(diǎn)還是粘膠，所以這一優(yōu)一劣大家才能知道它的權(quán)重，這種屬于典型的滿足動力指標(biāo)的同時(shí)降低了成本，先進(jìn)性不高但還沒犯規(guī)。

這個(gè)轉(zhuǎn)子仔細(xì)看它的永磁體插片不是從頭貫通到尾，而是采用分段布局配合側(cè)面棱線來減少綜合噪音的。因?yàn)楸举|(zhì)上驅(qū)動這臺電機(jī)的正弦波交流電是由一條條柱狀的直流電通過逆變開關(guān)電路給湊出來的，它的噪音都是高轉(zhuǎn)速高階次諧波產(chǎn)生的，而這種噪音恰恰可以用這種分段方式平滑掉，有些像斜齒輪比直齒輪更靜音的道理類似。
比亞迪轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)列了一下表，優(yōu)缺點(diǎn)都突出。

所以說光是轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)格局就有很多技術(shù)要點(diǎn)，拆車可不能盲人摸象，每多拓展一層知識，你對產(chǎn)品的評價(jià)就會提高一個(gè)層次。

永磁體插片

再有，說到永磁體，旁邊這空當(dāng)是干嘛的？比亞迪采用了空置的方式，因?yàn)殁S鐵硼永磁體這種燒結(jié)材料很難加工成復(fù)雜形狀，這些沒有填滿的空隙只能放在這。那么有沒有企業(yè)把這塊填上呢？畢竟多一些磁感線穿出對電機(jī)轉(zhuǎn)子是有利的。有的，或者說這種專用的粘合劑目前只有一家公司在量產(chǎn)，叫做LucidAir，這家公司采用燒結(jié)型的永磁體和粘結(jié)型軟性永磁體組成的混合磁鋼。

目前國內(nèi)的電機(jī)也有類似技術(shù)比如上汽和一汽。永磁插片邊緣這個(gè)薄薄的區(qū)域，我們稱為隔磁橋。

這個(gè)裝置其實(shí)是保證電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不解體的一種保護(hù)框架。但因?yàn)樾枰龑?dǎo)磁場穿出，這個(gè)地方是不能做的太厚的。

磁力顯影片

老王這回買了一神器給大家演示一下，這個(gè)叫磁場觀察膜，能顯示磁感線的位置方向。沒磁場的時(shí)候這張膜是深綠色，磁力線越垂直這張膜，顏色越深；越平行顏色越淺。透過這個(gè)我們能看到，整體來看電機(jī)呈現(xiàn)4極8對布局。磁極邊緣有兩道線，這是因?yàn)榇艠O之間，磁力線會有平行的部分，不同極的永磁體有各自的平行磁場線。 ?

這里有個(gè)重要概念就是漏磁，轉(zhuǎn)子多數(shù)磁力線是垂直穿出參與線圈切割的，這部分稱為有效磁通，將薄膜置于兩磁極之間時(shí)，呈現(xiàn)深色。

以往我們指的漏磁都是漏出來的磁感線，電機(jī)恰恰相反，漏磁指的是沒穿出轉(zhuǎn)子的那部分磁感線，因?yàn)樗鼪]法被我們利用，它的邊緣就是平行于轉(zhuǎn)子外經(jīng)的部分，在顯影片中呈現(xiàn)這種臨界的淺色。

直觀來看，比亞迪這臺電機(jī)能把漏磁的優(yōu)化做到比較細(xì)致，可以讓盡可能多的磁感線穿出。

電機(jī)減速機(jī)構(gòu)
關(guān)于減速機(jī)構(gòu)，比亞迪這臺8合1減速比在11左右，那么一些專業(yè)的小伙伴會問為什么Tesla 減速比只有9.3左右。第三期綜合對比中我們會細(xì)講。

比亞迪設(shè)計(jì)在11左右希望能創(chuàng)造出一個(gè)節(jié)能的輸出環(huán)境，對整體減速齒輪組的壓力也會友好一些，可靠性容易做高。而且對齒輪齒面壓力越大，齒輪加工的成本就要上去，沒有誰對誰錯(cuò)，就看你想要什么了。比亞迪這臺電機(jī)因?yàn)樗耐ㄓ脤傩?，?dǎo)致它的定位肯定是按品牌價(jià)格中位數(shù)和輻射更多人群的需求來的。也就是說，比亞迪暫時(shí)沒有特別高溢價(jià)率的車型之前，追求更高的電機(jī)總成比功率是最現(xiàn)實(shí)的。

審核編輯：黃飛