小而美-铜转子异步电机在新能源汽车上的应用

作为新能源汽车驱动系统的重要组成部分，驱动电机的发展直接推动了新能源汽车在能效、驾驶性能、与安全可靠性上不断进步。

现阶段新能源汽车采用的驱动电机主要是异步电机和永磁同步电机。异步电机由于具有结构简单，在车辆高速行驶时能够保持较高的转速和较好的电能使用效率的优点，因此在以性能优势作为特点的特斯拉Model S等高端纯电动车型上使用；永磁同步电机的优势在于效率较高，体积比较紧凑，转子转动惯量小。因此永磁同步电机的动态性能好，噪音小，更够在全转速段提供较大的功率和转矩输出，逐步成为单电机新能源汽车的主流选择。

在本届北京车展中，为了优化整车驱动性能，越来越多的新能源汽车采用双电机或多电机系统，一方面可以进一步提升整车的驾驶性能，优化系统效率；另一方面，多电机系统可以简化机械传动系统并简化底盘布置的复杂度，有利降低成本和减少故障风险。例如在本次车展中首发的腾势全新旗舰轿车Z9GT搭载三电机四驱系统，前电机采用最大功率 230kW的交流异步电机，后电机采用两台最大功率均为 240kW的永磁同步电机，系统综合最大功率 710kW（965马力），最高车速可达 240km/h。无独有偶，奥迪展示的SQ6 e-tron前轴使用异步电机，后轴使用永磁同步电机，综合最大功率达到380kW，最大扭矩高达820N·m，百公里加速仅需4.3秒，最高车速达到230km/h。

相比于永磁同步电机，在没有励磁的情况下，异步电机在反拖工况的场景下只有机械损耗和风摩损耗。因此将异步电机用做四驱车型的辅助驱动电机，可以在满足了车辆动力性需求的同时，有效降低拖曳损耗，进而增加续驶里程。

根据车用异步感应电机的鼠笼材料可以分为铜转子电机和铝转子电机。由于车用异步感应电机的转速超过15,000RPM，部分高速电机需要达到20,000-30,000RPM，因此需要在设计中考虑转子材料在高速旋转中的失效风险。特斯拉的铜转子电机在转子两端的端环外圆上各套了一个钢制端环紧固环，蔚来的处理方式是在铜端环内增加了两层钢端环，来抵抗离心力带来的不利影响。而对于铸铝转子，存在着电阻率与机械强度的矛盾。如果采用高纯度铝材料，可以减低铝笼的电阻率，提升电机效率。但铝的纯度越高，其机械强度越低，更容易在高转速情况下发生断裂。此外，铸铝转子的安全性还需要选择合适的铸铝工艺，虽然高压铸铝的生产节拍短，工作效率相对较高。但在压铸过程中容易在端环或导条内产生气孔等缺陷，可能会极大降低机械强度。而采用离心铸铝虽然可以较好的控制气孔，但生产效率较低。

随着新能源汽车技术的发展与产品线的丰富，会有越来越多的车型采用多电机系统的技术路线。多电机的布置可以满足消费者多样化的应用场景需求，并进一步提升车辆的能效与安全水平。同时，具有更高能效，且结构紧凑、安全可靠的铜转子异步电机作为辅助电机将助力该技术方案的落地实施，并而提升中高端新能源汽车的竞争优势。