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技术巡猎 蔚来汽车 电机里藏着一个”塑料积木”?电机是电动车的心脏,但心脏里也有

技术巡猎 蔚来汽车 电机里藏着一个”塑料积木”?电机是电动车的心脏,但心脏里也有些不起眼的小零件,角色同样关键。槽楔就是其中之一---它一般嵌在电机定子槽口上,作用看似简单,只是把绕组固定住,别让线圈乱跑而已。但就是这么一个小东西,材料选得好不好,直接影响电机的效率和成本。

蔚来这项专利(CN 122268062 A)的切入点就在这里,它用一种注塑成型的导磁槽楔,替代传统磁性槽楔,既可以把漏磁问题压下去,又把制造成本降下来,同时还把寿命和稳定性提了上来。

传统扁线电机里,W-pin绕组方式越来越受到青睐了,好处是很实在的,绕组一体成型,不需要扭头工序,端部高度短,轴向空间更小,功率密度更高,适合高压平台。但W-pin有个绕不开的缺点,需要配合定子铁芯需要开口槽,开口槽的漏磁比闭口槽大,电机的效率会因此打折扣。漏磁多了,磁场能量没全部用在推动转子上,一部分白白散掉了,直接转化为热损耗。怎么补呢?工程师想到的办法是在槽口塞一个磁性槽楔,用导磁材料把漏掉的磁线”拉”回来,引导磁通更顺畅地通过气隙,减少能量损失。这个思路没问题,问题是现有磁性槽楔的制造工艺复杂,通常要用烧结磁性材料或者叠片结构,成本高、重量大、尺寸精度还难控制。更要命的是,磁性材料导电,在电机交变磁场里容易产生涡流损耗,发热不说还浪费电。而且机械加工出来的槽楔,批次间一致性差,装到电机里有的好使有的不好使。

蔚来的方案换了一条路,它不用传统磁性材料,而是把绝缘导磁颗粒混进工程塑料里,通过注塑一体成型。具体来说,配方里有三样东西:基体聚合物(聚苯硫醚PPS、液晶高分子LCP、聚邻苯二甲酰胺PPA或者尼龙66这类耐高温工程塑料)、绝缘导磁颗粒(核心是锰锌铁氧体,表面包了一层聚四氟乙烯绝缘层)、再加一些玻璃纤维或碳纤维做补强。三者按重量比大约25-60份塑料、20-40份导磁颗粒、10-40份补强剂混好,送进注塑机,高温熔融后注入模具,冷却一开模,一个槽楔就出来了。

这个做法的好处是连环的。导磁颗粒本身是有导电性的,如果直接混进塑料里,整个槽楔就变成了导体,电机运行时交变磁场会在里面感应出涡流,引发漏感增大、额外发热。蔚来在导磁颗粒表面包了一层聚四氟乙烯绝缘层,厚度控制在15到30微米,既隔了电,又不影响导磁性能。聚四氟乙烯本身耐高温、耐老化、阻燃性好,在电机这种高温高湿环境下尤其合适。这个”包覆”工艺是材料层面的创新,相当于给每个导磁颗粒穿了一件绝缘外衣。

锰锌铁氧体作为导磁颗粒的选材也有讲究。它导磁率高、饱和磁通密度大,同时热稳定性和耐腐蚀性都不错。在塑料基体里均匀分散后,整个槽楔呈现出稳定的导磁性能,不会像传统磁性槽楔那样磁性能波动大。注塑工艺比传统机加工简单太多了。不需要切割、打磨、装配,一套模具大批量生产,每个槽楔的尺寸几乎一模一样,一致性非常好。对整车厂来说,成本低、供应稳、质量可控,比什么都重要。而且塑料基体比传统磁性材料轻得多,整车减重也能贡献一点。

漏感控制是更深层的好处。磁性槽楔的核心作用就是把开口槽的磁路”补”上,让磁通更顺畅地通过,减少漏磁造成的能量损失。蔚来这个槽楔由于导磁颗粒均匀分布在塑料基体里,磁性能稳定,漏感波动被压到很小。实测效果上,电机效率会有可见提升,对电动车来说,效率每提升一个百分点,续航就多几公里。机械性能方面,工程塑料本身就抗冲击、绝缘、耐热,加上玻璃纤维或碳纤维的补强,槽楔的刚度和强度都够。注塑件还有一个隐性好处:尺寸精度可控,装配时的配合间隙更小,长期使用不容易松动。电机在高速运转时振动很大,槽楔如果松动,绕组就会移位,严重时会磨破绝缘层导致短路。

配方里还可以加一些弹性体和增韧剂,重量比各0.1到10份,进一步提升韧性。弹性体让槽楔在受到振动时有一定缓冲,增韧剂则防止低温下变脆开裂。电动车跑在北方的冬天,温度从零上骤降到零下二三十度,材料韧性不够就可能脆断,这点设计很实际。导磁颗粒的粒径选在0.02到0.08毫米之间,这个范围兼顾了导磁性能和加工流动性,颗粒太粗,注塑时容易堵模;太细,导磁效果又打折扣。配方中还可以加入15到50份的第二导磁颗粒,与第一导磁颗粒粒径不同,粗细搭配进一步优化磁性能和流动性的平衡。

从整车层面看,这个专利不算”高光”技术,没有激光雷达那么炫目,但它指向的是电动车一个非常重要的竞争维度:电驱系统的持续降本和效率提升。电机效率每提升1%,整车续航大约能增加3-5公里。一台功率200kW的电机,如果效率从96%提到97%,持续满功率运行时少发2kW的热,冷却系统的负担也轻了。对高端电动车来说,这可能就是用户愿不愿意掏钱的差距。蔚来在电驱领域的积累正在从”大部件”渗透到”小细节”。当竞品还在卷电机功率的时候,蔚来已经开始从槽楔这种小零件上抠效率了。造车这件事,有时候差距就是这么一点一点攒出来的。