小米超级电机技术揭秘
电控知识搬运工','电控知识搬运工 2024-05-23
本篇我们聊聊对于电车最核心、最关键的“超级电机”-V8s和V6s。V8s更是以最高27200转/分钟,打破目前电机转速的极限。

电机提高转速的瓶颈是什么?目前高性能电机转速天花板有多高?
电机最高转速的突破犹如发动机的转速极限。需要众多周边技术的层层突破。其中,最难突破的就是转子,由于自身旋转过快、高转速下出现离心力,极端情况会导致变形。
除了转子以外,还有相连接的轴承也要承受巨大压力;周边的电线的缠绕方式、电机散热+润滑系统;电机安装工艺、高压、高电流下对导线材料的选择等等诸多方面缺一不可。
目前,主流的400V高性能电机最高转速约在16000-17500转/分钟之间;采用电机水冷+减速器油冷方式。当前特斯拉800V超高压,8层扁线定子永磁同步电机的最高转速达到20000转。

而这一数据也在前不久,被国内主机厂商的新一代电机以22000转/分钟的极致转速而“遥遥领先”。但好景不长,今天小米超级电机的公布,也顺便摘走了“遥遥领先”牌匾。



“三大指标”和“五大要求”层层捆绑,制约电机转速提高


电机是电动汽车的心脏,是核心中的核心。
最大行驶里程、加速性能以及最高时速,一般视为三大核心指标。整车能跑得远、跑得快、跑得极,全部依靠电机的性能。
围绕这三大指标设计下,对电机设计就会提出五大要求:
1、电机的高过载能力
电动车驱动电机需要自身4-5倍的过载能力,来满足频繁极限加速和负载爬坡能力,此时电机不能出现“失速”现象。这是一项非常重要的安全指标。在行业中,曾经就有车辆出现高速失速现象。

2、较宽的调速能力
电动汽车的最高转速要求达到在公路上巡航时基本速度的4-5倍。以满足低速运行输出恒定大扭矩和高速输出的恒定功率。
3、需要高功率密度
简单理解就是尽量提升电机功率的前提下,降低重量,做轻量化设计。基本要求达到1千瓦/千克以内为标准。

4、可控性、精度高
电机需要有宽泛的可控性以及不同速度下,对电机扭矩、转速输出的精准控制。这项指标直接影响驾乘质感。
5、更高的可靠性
电动车驱动电机长时间工作在高温、高湿、高功率工况下,需要更好的防水性、更可靠的性能输出表现。



小米超级电机捅破天花板,27200转/分钟背后是技术全面突破


小米全自研量产HyperEngine V8s电机,转速高达27200转/分钟,功率达到425千瓦、单电机最大扭矩635牛米、最高效率98.11%,这一数据打破电机行业转速天花板;
联合研发HyperEngine V6/V6s,最高转速为21000转/分钟,也是行业一流水准。

讲到电机参数时,我几乎全程做笔记,没有漏掉任何一张数据参数。接下来,我为大家做个简单的复盘和小白化解读。

小米自研HyperEngine V8s:体重轻、力量大
除了我们上图所见的转速、功率、扭矩参数以外,还有一项非常重要的指标,就是电机功率密度。
在上一段中我们介绍,最低标准为1千瓦/千克就是合格标准。而V8s超级电机的功率密度达到了10.14千瓦/千克,比基础标准高出10倍。这项数据也超过了特斯拉当下最先进水平的60%(6.22千瓦/千克)。
这项指标简单的理解就是,电机输出1千瓦对应自身重量是1千克。在同等重量下,能够产生更大的功率就是集成化、轻量化的更好设计。

HyperEngine V6/V6s:超越特斯拉电机
此次首次亮相的小米SU7搭载的就是这两款电机。最高21000转/分钟的转速也位居行业第一梯队。
其中,HyperEngine V6超级电机的最大功率为220千瓦,最大扭矩为400牛·米,而HyperEngine V6s超级电机的最大功率则达到了275千瓦,最大扭矩为500牛·米。电机功率密度达到6.78千瓦/千克。同样超越了特斯拉目前最先进的电机。

如果你觉得以上两个转速还不够高的话,那么可以再看看小米超级电机 技术预研的电机转速,已经达到恐怖的35000转/分钟,这项技术绝不是停留在PPT上,在发布会现场,雷总播放了该电机在实验室中的运转极限。
该电机通过碳纤维「激光固化缠绕工艺」,达到了35000转/分钟最高转速。
充足的专利技术储备,展示了小米在电机技术领域的创新实力和深厚积淀,也为其未来产品的多样性和创新性提供了更多可能。

实际上,每一次性能的提升都是技术的再一次进步和发展,都体现出企业的技术实力。那么,电机为何能一次再一次突破极限,再创新高呢?
1、AI仿真技术优化转子应力
在设计之初,设计团队就用上了AI仿真技术。历时8个月、20万次电磁和结构耦合AI仿真迭代以及多轮样品试制。
现在AI设计已经逐渐成为一线汽车厂商研究设计的主流,譬如车身结构、材料筛选等,通过AI仿真技术,可以快速形成推荐方案,工程师再通过筛选进行排查和验证。可以理解为,大数据下的GPT功能。
小米这个强度的AI仿真技术还是很有看点的,科技大厂在这方面的实力可见一斑。
2、更高级的工艺
HyperEngine V8s实现了98.11%的电机效率。其定转子硅钢片的差异化厚度设计,将0.2mm的定子超薄硅钢片与0.35mm的转子超高强度硅钢片相结合,强度与效率齐头并进。
另外。高性能钕铁硼永磁体的应用,突破了传统的54槽6极设计专利封锁,采用了8层Hairpin扁线绕组,槽满率高达77%。
小米通过更高的工艺和绕组方式,提升满槽率,从而提升电机的效率和输出功率。

3、双向全油冷散热,S型立体油路设计
HyperEngine V8s采用双向全油冷散热和S型立体油路设计。
定子部分通过双循环立体油路,散热面积增大了100%,实现了最高20度的降温;转子部分则利用专利S型油路,散热面积增加了50%,达到了最高30度的降温效果。
此外,定子硅钢叠片还采用了“阶梯式”错位设计,使有效散热面积再增加7%。
目前,高功率电机都已全油冷方式进行降温,定子双循环立体油路,简单理解就是通过加大循环系统,让更多的油给定子降温。持续恒温才能让电机工作在最佳状态。小米这个电机做得更加极致,油路设计、散热面积、立体循环还是很有创新性的。

4、电机材料的提升
小米业界首发960MPa最高强度特种硅钢片,是行业主流的2倍多(450Mpa);提升强度。
随着电机转速的提高,在电机内部也形成巨大的离心力和应力,此时需要对电极转子运动部件的材料进行加强。
小米将再一次提升2倍行业标准,来完成高转速下转子的稳定性。

核心技术好比砖石,建造坚实的房屋,需要诸多砖石的层层累积。小米追求电机最高转速也绝不是炫技,而是扎实的走好每一步。小米在超级电机的领先技术绝不是以上几点那么简单,发布会现场展示,小米为这款电机申请了155项专利,其中已授权60项。还在电机最高转速、电驱最高效率、功率密度上达到了中国电工技术学会和国创中心双认证的“国际领先水平”。


坚持正向开发,重新定义汽车的决心


发布会上,小米对于汽车的定义同样令人惊喜。
传统汽车的核心是代步工具,目前的智能汽车是以汽车平台为基础,增添智能化功能。而小米汽车的造车理念是赋予生态和智能的移动智能空间。
小米将汽车、消费电子、智能生态融合。重新定义汽车工业的技术栈。
此前雷总曾表示,小米造车的投入是其他汽车制造商的十倍。一般汽车品牌造一辆车总计投入300人至400人,费用在10亿元至20亿元,而小米汽车的第一辆车整体投入3400名工程师,研发费用超100亿元。自研出很多“顶尖的好东西”。

我其实是个忠实的米粉,从小米第一代手机开始,迭代数代手机产品。再到家里的智能生态家居产品。小米让我的家变成了“智能生态空间”。而此次发布的小米汽车也补齐了“人车家全生态”最后也是最重要的一环。
对于理工科出身的我来说,此时此刻的心情是激动万分的。小米电机转速突破的一大步,在整个电车技术发展中只是一小步。但这一步也彰显了小米的技术实力和技术储备。也让小米汽车在行业中,迈出了坚实的一步。在外行人看来,“这不就是提高点转速么,至于如此鼓吹么?”。从小格局看,可以认为这次突破极限是汽车行业的领先。从大格局来看,我认为这是国内材料、数控加工、装配工艺、等诸多基础工业的新突破。

如果我们换个说法,基普乔格用1小时59分40秒跑完全马为何值得欢呼雀跃?奥运会中每一次世界纪录的突破为何会载入史册?因为这些都是“突破极限”的挑战。

小米历经13年技术积累,已经拥有完备的智能生态布局,称之为“全球第一”并不为过。再加上汽车技术的全栈自研,率先翻开“科技大厂 生态造车”的新篇章。定位C级高性能生态科技轿车的小米SU7也是在新篇章下的第一个产品。在智能化、性能、安全、健康、等不同维度下,期待有更颠覆、创新的表现。
本篇介绍内容也只是小米汽车技术发布会的冰山一角,除了超级电机遥遥领先以外,还有摩德纳平台架构、超级大压铸、碳化硅电池平台等等。

本文内容来自于旺材电机与电控,版权属于原作者。


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