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3万转电机,卷的不是数字

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“2挡7200”,2挡是用大齿比换轮端扭矩,7200是拉高转速换功率。

干他

燃油车时代,万转机头、高转发动机是性能图腾的代名词。

进入电动时代,新能源汽车没有变速箱,绝大多数电车只有一个固定减速比,既然没法2挡7200,那只能让电机自己把转速拉上去。



以至于新能源时代,“转速”这俩字的关注度仿佛比燃油时代更高。

但其实新能源时代电机的转速也不止关乎性能,比如前几天采埃孚发布了一套叫High Revolution Drive的三合一电驱:

最高转速30000rpm,峰值功率200kW,轮端峰值扭矩3500 N·m,亮点之一就是30000rpm的转速。

但是,高转速对电机意味着什么?转速越高,性能和技术水平就越强吗?

这么说有一定道理,但并不是全部。

最早把电机“转速”概念带进大众视野的,其实是国内新能源车企。

去年比亚迪发布的超级e平台,宣布把量产电机做到了30511rpm、580kW的功率。

更早时候,小米V8s宣布27200rpm,V8s EVO到28000rpm;蔚来ET9(参数丨图片)电机超过20000rpm,华为DriveONE是22000rpm。



听下来,30000rpm在2026年已经不算“世界纪录”,反而是一个开始被供应商平台化、准备下放到车型的配套产品。

那么电机高转速到底意味着什么呢?全是好处吗?有什么利弊?

转速的高低决定什么?

先复习一个中学物理公式:功率(W)=扭矩(N·m)×角速度(rad/s)

在电机或发动机上,我们通常得到的参数是转速不是角速度,所以这里还有个换算公式:功率=扭矩×转速/9550。

也就是说,功率一定,转速越高,扭矩越小。

举个例子,采埃孚这个200kW的电机,如果电机转速是10000rpm,需要的扭矩是191 N·m,但转速是30000rpm,那就只需要约64 N·m的扭矩了。

这是高转速带来的第一个好处:让电机扭矩变小。

扭矩小了,电机转子就可以做得更细,磁钢、硅钢、铜线、壳体、轴承座也跟着小一圈。

在电磁负荷相近的前提下,电机扭矩大致与转子有效体积成正比;

扭矩需求降到三分之一,转子体其实是大幅缩小,而不是等比缩小。

这些都会直接影响电机的体积和重量。

我们可以把扭矩想成“一拳有多重”,转速想成“一秒出几拳”。

功率就是两者的乘积,同样打出200kW,你可以当一个“重拳慢打”的大力士,也可以当一个“轻拳快打”的快枪手。

如果能你的出拳速度够快,就能让自己减重轻松很多。

采埃孚这套3万转电机,体积和重量相比18000rpm电驱各减少约25%,显然就是奔着“轻拳快打”路径去的。

当然,转速上去了,扭矩下来了,但车辆对扭矩的需求不能变。

采埃孚的做法是再配一个传动比约18:1的两级圆柱齿轮减速器,让电机负责高速低扭,减速器负责“把转速换回扭矩”,达到车轮端需要的3500N·m扭矩。



毕竟很多18000rpm电驱的减速比也就在9—11之间,18:1的减速比很高了。

齿轮箱要承受更高的输入转速和更大的输出扭矩,当然对于以擅长AT变速箱的采埃孚来说这可能只是另一道简单的题。

但到这里我们能够看得出来高转速对电机意味着什么,以及高转速也不是“电机一个人的事”,它也是电机、减速器、电控等之间的重新分工。

好处是啥?

而高转速给整车带来的好处,则可以分为这几点:

首先,是功率密度和布置自由。

同样200kW,电驱小25%、轻25%,对整车来说就是前舱少占一点、前备箱多留一点、后桥减重一点,毕竟轻量化对续航的贡献也是实打实的。

其次,少用磁钢,采埃孚这套3万转电机磁钢用量少了有50%,而永磁同步电机的磁钢,既是稀土供应链的敏感点,也是成本大头。

对主流的车用永磁同步驱动电机来说,磁钢通常占原材料成本的30%—45%,是单一材料里最贵的一项。

再然后,高转速在性能标定上更多的话语权。

通常电机的外特性大致分两段:低速恒扭矩,高速恒功率。

超过“扭矩拐点”之后,扭矩会随转速上升而下降。



通俗的说就是,电机飙过一定转速,再想加速就很难支棱起来了。

就像此前比亚迪电驱平台总监于刚华在采访里说的,传统电机的拐点大约在6000rpm,对应车速80 km/h左右。

所以很多电车“零百”很猛,但过了这个速度,扭矩往下掉,后段加速就无力了。

高转速电机的价值,是把电机恒功率区往高速端拉长,让100—150 km/h的超车、再加速依然有力气。



同是200kW电机,高转速可以把电机恒功率区拉的更长

也包括高转速搭配不同减速比的更多自由。

比如30000rpm的电机,配18:1的减速比,轮端大约1667rpm,按常见轮胎周长算,对应210—220 km/h的极速,如果配更小的减速比,极速还能接着攀升。

但反过来,如果只要180 km/h,那就把减速比降下来,让电机在常用车速下落在更合适的效率区间,这其中高转速相当于给了整车性能和效率定义更多的自由度。

工程代价

既然电机高转速好处多多,为什么更多车企不追求高转电机呢?

首要当然是技术制约,毕竟高转速的“爽”,也是建立在各种工程难关上。

比如转子上的磁钢和硅钢,在高速旋转时承受的离心应力,与转速的平方成正比。

转速从18000rpm提到30000rpm,离心应力理论上变成原来2.78倍左右。

普通的车用硅钢,屈服强度大约只在450MPa,到了这个量级,转子冲片估计要被拉爆。



比亚迪的方案是把转子材料强度做到1000MPa级,配合“双U型”磁钢排布、多段磁钢,以及一种膨胀率5倍以上的粘接涂层,把磁钢牢牢固定在槽里,分散应力。

同时还把转子临界转速设计到35000rpm,动平衡控制在50mg以内,而行业常见约是150mg。

小米V8s则用了960MPa的超高强度硅钢、54槽6极,也是靠材料和结构一起扛。

再往上,小米还在预研碳纤维激光缠绕的转子套筒,实验室里已经把转子推到了35000rpm。高转数字背后,就是材料、结构、工艺等等。

除了工艺和材料要求,转速上去后,铁损、风摩损耗、扁线绕组的AC铜损、磁钢涡流损耗都会上来。

也正因为如此,高转速的卖点并不是“更省电”。

采埃孚这套电驱系统效率是93%,和18000rpm电机基本持平;它真正换来的,还是同样功率占用更少体积和材料。



此外,高转速对轴承、齿轮与润滑要求更高,基本也是精密制造的天花板了,对电控和NVH的要求也非常高。

高转速电机基本都需要用到SiC控制,而高转速的高频啸叫也更容易被人体感知到,这些也都需要高于行业常规的工程制造和设计水平。

高转速是必然方向吗?

所以高转速有优势,也有很多工程制约,但会是必然发展趋势吗?是,也不是。

首先,也不是所有车都需要高转速。

比如A0级小车或者以城市工况为主的插混,以及硬派越野等等,对“极速”和“高速再加速”的需求非常小。

对它们来说,18000rpm的电机可能比30000rpm更香。

虽然电驱系统的永恒命题是更小、更轻、更便宜,但这并非只有高转速一条路可走。

轴向磁通电机、更好的油冷、更高的电压平台、少稀土或者无稀土方案、绕组和拓扑优化、双电机/多电机分配,都是在朝着这个方向努力。



更有体积优势的轴向磁通电机

所以整体来看,未来20000—30000rpm电机或许会成为中高端车型的“主流区间”;30000rpm以上会先在性能车、旗舰车上普及,再逐步下探。

但“全系3万转”电机这种场面,应该不会也没有必要发生。

毕竟商用车或者硬派越野产品,不单是极速场景匮乏,本身需要的也是低速大扭矩,高转电机牺牲扭矩的做法,刚好背道而驰。

只有对功率密度、布置、高速再加速需要比较高的中高档纯电产品,或者对极速追求比较高的性能产品才是高转电机舒适场景。

此外,类似150kW—200kW功率的主流家庭用车,因为高转速电机减少磁钢用量的低成本优势,或许也会普及。这大概也是采埃孚这套3万转电机本身瞄准的方向。



一句话:同样功率下,转速越高,扭矩越小,电机就能做得越小、越轻、越省磁钢,但离心力、损耗、轴承、齿轮、电控的代价会随转速快速上涨,而虽然高转速是电驱小型化的主要方向,但也不是所有车都适用的万能解。

其实关于这套High Revolution Drive电驱,采埃孚电动出行业务负责人还说了一句话:对这套配置来说,30000rpm是“经济与技术上的甜点”。

既然是甜点,不是天花板,这句话其实算是给这个高转电机的问题定了个调,也就是转速不是竞赛的终点。

这里比的也不是谁的数字更大,而是谁能在同样的成本、同样的可靠性下,把更多的功率装进更小的体积里。

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