有驾科技论丨电动汽车电机转速越高越好？

随着智能电动汽车的飞速增长，汽车产业也迎来了一轮新科技大爆发。

在科技飞速发展的当下，车企领导们整天抛概念，汽车工程师们长期996。然而，当技术传递到汽车消费者这里，就只剩下了配置和功能了。

由于软件时代的技术越来越抽象，新技术迭代速度过快，导致不少普通汽车消费者或汽车发烧友虽然仍对汽车技术感兴趣，但脑力仍倒在了极高的认知门槛下。

百度有驾特推出《汽车科技论》栏目，帮助普通人“踏平”汽车技术认知门槛。本文为栏目第 5 篇，为大家揭秘当下大热的“高转速电机”。

在燃油车时代，发动机的转速能达到8000rpm（转／分钟）就已经算性能不错，10000rpm就算是F1水准了。但在新能源时代，这一理论完全被颠覆。

2023年1月，特斯拉推出的2023款Model S Plaid性能惊艳众人，依靠最高转速达20000rpm的电机，让车辆的百公里加速时间降至2.1秒，最高速度达到322km/h。

当不少人还没有从特斯拉这款高性能电机的强大中回过神来，中国车企多款搭载更高转速电机的新能源汽车就已哐哐落地。

2023年10月，搭载最高转速20620rpm的极氪001 FR上市。第二个月，智己LS6的上市则代表着最高转速21000rpm的电机实现量产。同月，华为鸿蒙智行全新车型智界S7则带着一款最高转速达到22000rpm的新一代DriveONE电机走向市场……

2023年底，小米汽车召开了成立以来的首场发布会，并宣布将为2024年第一季度上市的首款车型SU7搭载最高转速达21000rpm的HyperEngine V6/V6s电机。这两款电机由小米汽车与联电、汇川合作完成。

发布会现场，小米公司创始人、董事长雷军声称，这一全新电机在最高功率、最高扭矩、功率密度3个关键性能参数上比友商的最高转速2200rpm电机更强，就差报出华为的身份证号了。更诛心的是，他还预告了该公司已研发完成的最高转速27000rpm的HyperEngine V8s电机将于2025年量产上车。

小米汽车的这场发布会结束后不久，就有人在社交媒体表示，电机这种玩意儿，并不一定是转速越高就越好。该言论背后究竟是“吃不到葡萄就说葡萄酸”，还是真正为行业发展做出的理性发言？

这一问题，百度有驾将在本文为您解答。

电机并不是一个新鲜玩意儿，它的历史最早可以追溯到200年前。

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流磁效应。第二年，法拉第发现了电磁运动向机械运动的转换。

又过了十年，法拉第发现了电磁感应现象，并在不久后利用电微感应发明了世界上第一台真正意义上的电机一一法拉第圆盘发电机。1832年，斯特金制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机。

在1842年，美国人达文波特则制造出第一辆直流电机驱动的电动汽车并获专利。19世纪80年代，可充电的电动汽车被法国工程师古斯塔夫·特鲁夫首次带到人类世界，让他有了“电动汽车之父”的美称。

1894年，美国正式将电动汽车投入商业化运营，并形成批量投放，但因关键技术不成熟被很快叫停。5年后，世界上首款搭载了轮毂电机的电动汽车在德国出现。这款车被命名为Lohner-Porsche。

“Porsche”这个名字是不是有些熟悉？您没看错，世界上第一辆以“保时捷”命名的车是辆电动汽车。

然而，随着燃油车的发明和发动机技术的迭代，诞生更早的电动汽车因续航、充电速度、电池重量等限制最终销声匿迹。直到20世纪90年代，丰田才用普锐斯将电驱动汽车重新拉回到人们的眼前。

如今，中国已经成为世界最大的电动汽车市场，并占据全球过半市场份额，电机技术也已经获得了巨大发展。

新能源汽车的驱动电机结构一般由电机主体、转子、定子、电子控制单元等组成。其中，转子负责转动，定子负责产生磁场，两者之间通过磁力线相互作用实现电机的驱动。电机主体由电机壳体、端盖、轴承、永磁体、感应线圈以及冷却系统等部分构成，以便控制住驱动力。

简单来说，新能源汽车的驱动，就是通过给电机供电，让电机内部的转子围绕定子快速旋转，从而产生驱动力。所以，转速对于电机的性能显然是有巨大影响。

高转速电机并不是一种“花架子”，而是真正能够让新能源汽车体验更好的技术方向。

转速更高，意味着电机的功率密度也就更高，电机的效率得到进一步提升。对于新能源汽车来说，电机效率的提升将带来两方面好处：一方面是单位时间内能做的功就越多，另一方面则是同样功所消耗的能量越少。

从体验角度来看，电机效率提升的两方面好处分别代表着加速更快和能耗更低（续航里程更长）。

在相同功率下，电机的转速和扭矩是成反比的，这意味着高转速电机所需的扭矩就越小，从而让电机的体积更小、重量更轻。体积和重量缩小，一方面可以节约不少材料，缩减制造成本；另一方面也可以为电机布局和车辆设计提供更大的自由度。

电机缩小对车辆设计带来的好处不仅是让外观造型方面的发挥空间更大，还可能为安全结构留出了更大空间，更可能为驾乘人员留出更大的座舱空间。更轻的重量，还意味着更低的能耗，有利于车辆加速性和续航里程的提升。

从“相同功率下，电机的转速和扭矩成反比”这句话中，脑子反应快的朋友恐怕也已经发现了高转速电机的一个新优点：相同尺寸下，高转速电机将可以带来更大的功率。

没错！如果不去缩减电机的尺寸，那么高转速则意味着将为您带来一个同尺寸下动力更强的电机。动力更强，不仅意味着更强的加速性，还意味着更高的速度极限。

一个电机的功率提升后，在车上如果装上两个或三个电机，动力的提升当然也就更明显了。2023款Model S Plaid的就装上了“前一后二”布局的三个高转速电机，才让2.2秒的0-100km/h加速能力和322km/h的最高时速成为现实。

不论是让体积更小、质量更轻，还是让能耗更低、续航更长，抑或是让加速更快、车速更高，都是新能源汽车体验提升的重要维度。这也是各大车企争相追求更高转速电机开发的重要原因。

高转速电机既然这么好，为啥还有人说转速不是越高越好？

那是因为想要将电机的转速不断进行提升，意味着研发人员所要面临的技术挑战也是巨大的。

转子高速旋转时，会在电机内带来巨大的离心力作用。电机转速越高，离心力越大，对电机内转子、轴承等结构等所带来的冲击性就越大，越容易造成电机的物理损坏。与此同时，高速旋转也意味着巨大的热量散发。

不论是物理冲击还是严重发热，对于电机使用寿命和车辆安全都可能带来负面影响。

当然，这些问题也可以通过新材料的使用来解决，比如特斯拉为2023款Model S Plaid的高转速电机开发了机器缠绕碳纤维护套。虽然碳纤维转子护套提高了转速的上限，但碳纤维复合材料的成本和机器缠绕工艺难度都是不小的挑战。

在高转速/高频情况下，电机内的定子绕组也会产生明显的趋肤效应和邻近效应，合称为绕组涡流损耗。尤其是对于当前走高转速路线普遍采用的扁线电机而言，绕组涡流损耗更加严重。

简单来说，就是转速高了，但是效率可能并没提升到目标水准。

噪音问题，也是高转速电机开发中不可忽视的挑战。在空间细长、质量较轻、阻尼较小、振型丰富的电机内部，转速的提升也意味着激振频率的提升，更容易产生各种频率的振动和更高的空气噪声。

此外，对于大多数私家车来说，电机的转速在一定的区间内会让车辆收获最高的效率。但当转速提升到超过这一区间时，对于车辆效率提升方面的作用可能从正向变为负向。

总而言之，电机转速越高，对于稳定性、使用寿命、降温技术、材料等方面的要求也就越高。

恐怕没有几个家庭能受得了自己的爱车经常因为核心部件之一的电机而进维修厂。所以，高转速所带来的相关问题必须被扼杀在汽车出厂之前。

挑战确实存在，但是那些头部车企们也并不会因此而停下技术进步的步伐。

为了提升高转速电机的可靠性，华为最高转速22000rpm的新一代DriveONE电机采用了全新的转子结构设计，将碳纤维和铜线融合在一起，形成了一个轻量而强度高的转子。这样的转子不仅可以承受高速旋转的离心力，还可以有效降低电机的损耗和发热。

同时，新一代DriveONE电机还采用了油冷技术，将冷却油直接注入到转子和定子的内部，提高了电机的效率和寿命。

除了转子结构和散热技术，华为还为新一代DriveONE电机采用了自研的多物理场耦合AI仿真寻优技术。通过大数据和云计算，对电机的各个参数进行更精确地优化和调节。此外，该电机还采用了智能辅驱算法，可以根据车辆的行驶状态，自动调节电机的转速和扭矩，让电机的能效比更佳。

通过包括以上技术在内的创新，新一代DriveONE电机实现了在同等功率下，体积减少10%，重量减少15%，效率提高5%的突破。

敢于发布最高转速27200rpm的电机，小米汽车也是因为有不少技术加成。为匹配如此高的转速，HyperEngine V8s电机在行业内首次采用了强度达960MPa的高强度特种硅钢片，并为此进行了108个批次的试验。

同样是油冷散热，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，将散热面积增加100%；转子部分则利用专利S型油路，将散热面积增加50%。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%。

为提升效率，小米汽车对HyperEngine V8s的转子硅钢片进行了差异化厚度设计，并应用了高性能钕铁硼永磁体，采用了8层Hairpin扁线绕组，让槽满率达到77%。

同时小米汽车表示，已经通过碳纤维“激光固化缠绕工艺”，在实验室中成功让电机转子实现35000rpm的最高转速。

此前，东风汽车也曾发布采用碳纤维包覆转子的30000rpm最高转速驱动电机。

从目前的行业发展趋势来看，越来越高的转速，仍然是新能源汽车驱动电机在未来相当长一段时间的追求。

虽然在技术方面的面临的挑战不小，但车企们显然很难放弃在相关技术方面的探索。毕竟，体积更小、质量更轻、能耗更低、续航更长、加速更快、车速更高……高转速电机对于新能源汽车体验所带来的提升太过明显。

以华为、小米为代表的企业，正在寻求高转速电机的新物理极限。新能源汽车电机的高转速之争或许在不久的将来就将再次升级至30000rpm时代。

文丨张宇喆

编辑丨王歆

出品丨有驾报道