從比亞迪海豹電機驅(qū)動拆解分析

比亞迪海豹最大的亮點就是全新的純電平臺e平臺3.0，比亞迪最新技術的結(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計。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（電機和變速器）、電機控制器、PDU（電源分配單元）、DC-DC、OBC、VCU、BMS等8大核心點，使車輛的續(xù)航水平進一步提升。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。

定子設計

這臺電機有一個很專業(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，但其實我們只需要關注兩個重要因素——銅耗和鐵耗，就能清晰地了解該電機的性能。要優(yōu)化這兩個因素，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，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。因為繞組是旋轉(zhuǎn)的，那么如何將三相交流電引出來呢？這會導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。

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。 ?

電機繞組這里是要通電的，高功率輸出時會發(fā)熱造成能量損失，這也是銅耗的主要來源，電機發(fā)熱和功率的計算公式類似都是I方R，電流和動力輸出有關你不能去限制，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？ 另一原因就是電機想做到高性能，槽滿率是核心指標。你可以片面理解就是如果一臺電機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。所以設計者希望每條銅線的間隙被填得更滿，就像海運，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)電機截面，這回我們選擇了全新設備——高壓水刀，之所以這用水刀是因為我們想保留盡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。

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

1、趨膚效應

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，這種效應叫做趨膚效應，趨膚深度與交流電頻率的平方根倒數(shù)成正比，頻率越高電機工作時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并且高轉(zhuǎn)速，對電機來說，繞組追求的東西就變了，盡可能減小導線電阻率的同時、槽滿率要足夠高，還要盡可能增加繞組導線的表面積，于是扁線發(fā)卡多層繞組電機就這么誕生了，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，都是需求導致的結(jié)果。 ?

3、油冷冷卻

比亞迪這臺扁線電機采用油冷散熱。油因為局部不導磁不導電的特性，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電機的軸發(fā)現(xiàn)內(nèi)部還是有有很多值得分享的細節(jié)。就比亞迪這臺電機軸來說，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，這種設計極其必要，今后凡永磁電機如果不帶這個芯部油冷，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電機開關頻率有很大關系，所以包括比亞迪在內(nèi)的一眾大廠都自己開發(fā)電機專用油。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)保確實是一個用戶抱怨，但從科學性角度來說電機不能隨便更換油品。所以新能源方面嘗鮮的用戶其實是需要默認廠家提前收割的。 ?

另外我們在比亞迪電機上看到了植入在定子內(nèi)部的溫度傳感器，這個傳感器的位置設計在油冷通道的附近，不然在殼體外部去測溫不利于整體溫控數(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)子設計 拆掉端蓋之后能看到永磁體是呈現(xiàn)V型插在這些空當里的。 ?

很多人認為電機都長這樣，那你就大錯特錯了。細節(jié)差異能讓差異變得很大，我們先講缺點。首先比亞迪這臺電機轉(zhuǎn)子疊片采用扣點+焊接設計。

之前講過，轉(zhuǎn)子在切割磁場時會產(chǎn)生渦電流，而焊接扣點會讓渦電流它在整個轉(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，高溫會導致永久退磁。

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很多人一看比亞迪這個設計就開噴了，但老王從相關資料查到，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，同時采用更薄的尺寸來降低鐵耗發(fā)熱。

比亞迪的電機相當于格局上打出來一個比較好的基礎，我們需要在這個基礎上去談扣點還是粘膠，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的同時降低了成本，先進性不高但還沒犯規(guī)。

這個轉(zhuǎn)子仔細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。因為本質(zhì)上驅(qū)動這臺電機的正弦波交流電是由一條條柱狀的直流電通過逆變開關電路給湊出來的，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)子設計列了一下表，優(yōu)缺點都突出。

所以說光是轉(zhuǎn)子設計格局就有很多技術要點，拆車可不能盲人摸象，每多拓展一層知識，你對產(chǎn)品的評價就會提高一個層次。

永磁體插片

再有，說到永磁體，旁邊這空當是干嘛的？比亞迪采用了空置的方式，因為釹鐵硼永磁體這種燒結(jié)材料很難加工成復雜形狀，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)的電機也有類似技術比如上汽和一汽。永磁插片邊緣這個薄薄的區(qū)域，我們稱為隔磁橋。

這個裝置其實是保證電機高速旋轉(zhuǎn)時不解體的一種保護框架。但因為需要引導磁場穿出，這個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，這個叫磁場觀察膜，能顯示磁感線的位置方向。沒磁場的時候這張膜是深綠色，磁力線越垂直這張膜，顏色越深；越平行顏色越淺。透過這個我們能看到，整體來看電機呈現(xiàn)4極8對布局。磁極邊緣有兩道線，這是因為磁極之間，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，呈現(xiàn)深色。

以往我們指的漏磁都是漏出來的磁感線，電機恰恰相反，漏磁指的是沒穿出轉(zhuǎn)子的那部分磁感線，因為它沒法被我們利用，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，比亞迪這臺電機能把漏磁的優(yōu)化做到比較細致，可以讓盡可能多的磁感線穿出。

電機減速機構(gòu)

關于減速機構(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講。

比亞迪設計在11左右希望能創(chuàng)造出一個節(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，就看你想要什么了。比亞迪這臺電機因為它的通用屬性，導致它的定位肯定是按品牌價格中位數(shù)和輻射更多人群的需求來的。也就是說，比亞迪暫時沒有特別高溢價率的車型之前，追求更高的電機總成比功率是最現(xiàn)實的。

本期就到這里，還是開頭我們提出的那個問題，很少人在聊電動車的時候提到電機，還有很多人認為動力電機之間的差異很小，這一期為大家拓寬了評價電機的技術面，也不難看出上述技術各家設計一定都有很大區(qū)別。

編輯：黃飛

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