這些年電驅動技術的快速發展，主要性能已提前達到2025年目標，有力促進新能源汽車發展;同時，800V高頻高速集成一體化技術的加速落地，既推進了電驅動重大變革，又面臨一系列重大挑戰:整個產業鏈正在開展SiC功率模塊、絕緣性能、EMC、NVH等基礎前沿問題的多目標、多體系創新協同攻關創新。

以下是演講實錄：

黃蘇融：大家上午好！我們今天講這四方面內容，1 電驅動發展的黃金年代，2 高性能EV電機關鍵技術與創新，3 800V高頻高速EV電機關鍵技術與挑戰，4 關鍵技術小結 。

電驅動發展的黃金年代

第一個黃金年代--傳統電機年代，以19世紀傳統電機開始，引領電氣化發展。

第二個黃金年代--變頻調速電機年代,上個世紀電力電子與電機的結合，通過變頻調速技術，引領新型變頻調速電機系統發展。

第三黃金年代就是當前，這些年我們電驅動技術快速發展，主要性能已經達到2025年目標，有力的促進了新能源汽車發展，隨著800V高頻高速集成一體化技術的加速落地，推進了電驅動重大變革，同時又面臨一系列重大挑戰，其中包括整個產業鏈正在研究的碳化硅功率模塊，因為碳化硅有效提高電機系統效率，但是畢竟成本高，重點關注低成本解決方案。絕緣性能、EMC、NVH等基礎前沿問題需要整個產業鏈協同攻關，昨天多位大會報告提到從整個系統角度協同解決NVH等難題。NVH已不再單一地從電機本體提出解決方案，控制系統的諧波電流注入法已成熟有效抑制特定階次噪聲和轉矩波動。

第三個黃金年代就是電驅動黃金年代，產業鏈上下游協同攻關，推動新能源汽車電驅動產業。

高性能EV電機關鍵技術與創新

IPM永磁同步電機研發熱點

1.基于IPM-d軸對稱磁極結構，提高磁阻轉矩和轉矩密度

目前車用驅動電機主流產品是IPM永磁電機，IPM永磁電機模型物理概念是；永磁轉矩與磁阻轉矩疊加，形成永磁同步磁阻轉矩電機，在相同電流情況下提高輸出轉矩，IPM永磁電機分成兩大類。

（1）一類是我們目前車用永磁驅動電機主流產品的轉子結構：Lq>Ld，弱磁型IPM。

（2）另一類：Ld>Lq 助磁型IPM，10多年電機研究者一直在關注。

1）在Ld>Lq 助磁型IPM結構上，轉子磁極采用鐵氧體，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，在轉子磁極增加直流勵磁繞組，調節勵磁電流，增加中低速輸出轉矩，在寬域范圍實現電機反電勢與電壓的匹配。

2.引入IPM-d軸非對稱磁極結構

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

分析國內外電動汽車永磁驅動電機等主流產品的極槽配合， 前十年最高轉速在12000轉以下， 每極每相槽數q等于2的分布繞組以及48槽8極和72槽12極的極槽配合設計方案成為主流：隨著電動汽車驅動電機的轉速及其頻率的不斷提高18000轉以上，NVH和扁線集膚效應渦流損耗等問題凸現；48槽8極和72槽12極的電機定子軛部厚度尺寸使得定子鐵心零階模態剛度不夠。早年業內認可的低噪聲Leaf電動汽車，其2011版驅動電機采用48槽8極設計方案，由于零階模態剛度不夠，24階和48階噪聲過大。Leaf 2013版驅動電機將定子槽深尺寸作了改進，增加定子軛部厚度，加強定子零階模態剛度，以抑制噪聲。2018 特斯拉3 采用54槽6極極槽配合設計方案比較合適，選擇4極電機方案的最低4階模態太低，6極電機方案可增加軛部厚度尺寸，提高零階剛度，電機運行頻率下降后，可降低扁線電機導體集膚效應影響和磁鋼渦流損耗影響：同時54槽6極極槽配合電機的每極每相槽數q等于3，有利于抑制諧波的多種負面效應，提高電機性能。因此，54槽6極的永磁同步驅動電機方案將受到關注 。

回顧IPM 電機轉子結構從單層I型和單層V型到多層I型、多層V型和多層I和V混合型的發展歷程，搞設計仿真都體會到，多層IPM結構容易提高磁阻轉矩。實際上單層V型結構設計方案只要精心優化也可實現高磁阻轉矩和低轉矩波動，并且單層V型磁鋼有效降磁鋼用料和磁鋼加工費。特殊精心優化的單層V型結構將是未來高速IPM電機轉子結構的首選方案。

Hair-pin 扁線繞組研究歷程與當前開發熱點。

扁線繞組不是新名詞，汽輪發電機和風力發電機等大型高壓發電機都采用矩形扁線的成型繞組，包括多種繞組轉位技術，絕緣技術和各種冷卻散熱技術。當前把大型電機扁線統組與冷卻散熱技術小型化應用于電動汽車驅動電機，實現車用驅動電機高密度輕量小型化。為降低扁線繞組端部長度和繞組的集膚效應，提高繞組槽滿率與自動化制造技術，先后出現Hairpin繞組，I-Pin繞組，X-Pin繞組。面對發展需求和各種挑戰，國內外電機研發人員正在不斷提出新的繞組技術方案。

新結構新材料EV驅動電機。

目前分布直驅的輪轂/輪邊電機，普遍采用表貼式磁極+分數槽集中繞組設計方案，該設計方案的最大優勢是繞組端部尺寸小和繞組端部銅耗小。然而，該設計方案：無磁阻轉矩分量，轉矩/電流比??；磁鋼用量大,成本高，磁鋼渦流損耗亦大：同時，分數槽集中繞組電機諧波大，導致諧波損耗和諧波漏抗大，電機性能差，效率低。

目前，采用表貼式磁極+分數槽集中繞組的車用驅動電機最高效率在95%左右，采用IPM磁極+分布繞組的車用驅動電機最高效率在97.5%左右。

現在討論：基于材料服役特性的EV電機多領域一體化正向設計

主要包括：材料多領域服役行為多領域一體化設計 多領域多層面仿真 三個層面。

內油冷提高冷卻散熱能力，提高持續運行功率和可靠性(壽命)，是當前一個熱點。中國電器工業協會旋轉電機標委會正在修訂“源汽車驅動電機絕緣結構 技術規范”團標；中汽協會公布了“直接油冷電機及其材兼容性技術要求與驗證方法”團標，下一步關注的重點是如何提高ATF油的熱性能和絕緣性能，滿足內油冷電機需求。

振動噪聲設計與抑制技術。

建立了電驅動系統振動噪聲的一流實驗室和正向設計與評估方法，有效實現轉矩主動補償、特定階次諧波注入等振動噪聲抑制的控制策略技術。

800V高頻高速EV電機關鍵技術與挑戰

對繞組介電應力挑戰很大，以前關注熱老化，現在電老化比熱老化更嚴峻。電機高速高頻化后，扁導線必然趨向更薄型，導線絕緣也如何更薄，如何減少槽內絕緣的氣隙與缺陷，抑制局部放電挑戰很大。

關鍵技術小結

EV電機多領域一體化正向設計關鍵技術：電磁材料服役特性研究、高效-NVH區規劃與轉矩脈動抑制(極槽配合、抑制低階齒諧波，結構合理布局-尺寸材料的多領域特性匹配),定子鐵芯和繞組端部模態及其剛度阻尼設計、抑制電磁共振效應?？垢哳l渦流的軸向疊層-周向分塊結構的正弦化磁極、降低諧波損耗、轉矩脈動和電磁嗓聲。

冷卻散熱(間接水冷或直接油冷)，絕緣設計方面：復合絕緣材料-環境相容-絕緣工藝、提高PDIV & CIV(局部放電起始電壓&電暈起始電壓), 冷卻介質相容，抗集膚效應的-對稱排列-端部換位繞組、高熱導繞組絕緣。

高頻軸承電流抑制，電機-驅動-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的方向，關于技術，另外其實我覺得最關鍵的是從基礎學科，另外是怎么系統解決這樣的電機方案，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，因為我看目前的產品大多數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嗎？

黃蘇融：這種電機方案性能一般，它的好處繞組端部短，由于分數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，磁阻轉矩無法利用，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。剛才講我們攻關目標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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