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以寶馬i3 2022 eDrive 35 L為例，其廠商指導(dǎo)價為34.99萬元。

寶馬i3搭載無需稀土的勵磁同步電機

在發(fā)動機領(lǐng)域，寶馬一直處于行業(yè)頂尖水平。無論是四缸、六缸還是八缸發(fā)動機，性能都很出色，掌握了關(guān)鍵核心技術(shù)。在新能源時代，寶馬在電機領(lǐng)域投入了大量的資金和人力。其自主研發(fā)的無稀土勵磁同步電機系統(tǒng)同樣性能優(yōu)越！最大功率達到210 kW，最大扭矩400 Nm。

寶馬-I3純電車的動力系統(tǒng)采用后驅(qū)的設(shè)計。驅(qū)動機構(gòu)簡單，就是電機和單速變速箱。整個功率部分重量輕，可靠性高。BMW-I3配備了一套由12個電池單元組成的8個電池模塊。電機最大功率125kW，約172馬力，最大扭矩250Nm。官方公布的百公里加速時間為7.2秒，電池充滿電后可行駛約130 km。

BMW-I3驅(qū)動電機和電機控制器采用一體化結(jié)構(gòu)，其中驅(qū)動電機的性能參數(shù)如下：

電機冷態(tài)空載反電動勢

外特性

電機高效工作區(qū)

BMW-i3驅(qū)動電機高效區(qū)測試結(jié)果表明，該電機的顯著優(yōu)勢在于高效區(qū)比例大(90%)。

溫升測試

1)寶馬升到102會跳到97，然后繼續(xù)升溫；同樣，當(dāng)溫度下降到97時，會跳到102，然后繼續(xù)降溫。3354由于熱敏電阻R-T轉(zhuǎn)換過程計算為多段函數(shù)，節(jié)點位置處理引起跳變，但最終穩(wěn)定溫度值不變。

2)在75kW-10000 rpm下測量扭矩回路的溫升，發(fā)現(xiàn)電機功率在穩(wěn)定時大幅下降(75.1kw66.2kw)。用電流回路再次驗證，發(fā)現(xiàn)溫升數(shù)據(jù)相差很大。3354驗證電機的冷態(tài)反電動勢(如下表所示)，初步判定電機已經(jīng)退磁。退磁的可能原因：熱態(tài)溫度升高，轉(zhuǎn)子溫度過高，導(dǎo)致退磁。

電機結(jié)構(gòu)及電磁分析

寶馬-I3，增程版，比純電動車多了一個排量為0.65L的雙缸汽油發(fā)動機。在電量不足的時候可以用來給電池充電，但并不直接參與車輛的行駛。

電機采用電機和控制器一體化結(jié)構(gòu)，更加緊湊，節(jié)省布局空間。同時減少了控制器與電機之間的線束長度，從而提高了連接的可靠性，降低了系統(tǒng)的總重量，僅為65Kg。如下圖：

電機和控制器的外表面覆蓋有隔音棉。由于主機在運行時會產(chǎn)生大量的熱量，而電機和控制器又靠近發(fā)動機，包裹的隔音棉可以有效隔熱，同時具有一定的隔音效果。對隔音棉單獨進行測試，結(jié)果表明，對于相同的噪聲源，包裹隔音棉可降低噪聲3-5dB。這種設(shè)計對于緊湊型串聯(lián)混合動力系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。

對于BMW-I3驅(qū)動電機，其主要部件如下：

外殼的內(nèi)壁與內(nèi)殼水套的外圓采用過盈配合，并通過熱套的方式裝配。與我公司電機外殼的結(jié)構(gòu)和工藝相比，主要有以下特點：

A.寶馬-i3電機底盤采用外殼內(nèi)殼水套形式，大駿電機采用一體式結(jié)構(gòu)。這種形式可以將水路設(shè)計成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，避免了水路澆鑄在外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限，滿足更高的散熱要求。

B.寶馬-I3底盤采用高壓鑄造工藝，大駿底盤采用低壓鑄造。這兩種工藝的主要區(qū)別如下：.高壓鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，一般相當(dāng)于5~8級，強度和硬度較高。二。高壓鑄件容易產(chǎn)生氣孔，延伸率差，不能熱處理；然而，低壓鑄件很少有內(nèi)部缺陷，因此可以對其進行熱處理以提高其硬度

C.外殼和內(nèi)殼的水套的法蘭面(出口側(cè))以及水套和外殼的內(nèi)壁止擋(非出口側(cè))由O形圈密封。

定子組件

（一）定子繞組

定子繞組主要參數(shù)

定子組件重21千克，鐵芯長度為132毫米。采用單層同心繞組，一個極相組同心套裝兩個線圈，兩個線圈的節(jié)距分別為1~8槽和1~7槽。寶馬-I3由于定子鐵芯槽數(shù)較多，采用單層同心繞組，工藝性更好。它的主要優(yōu)點是：

A.每個槽只嵌一個線圈邊，所以電機的線圈總數(shù)等于鐵芯槽數(shù)的一半，提高了繞線嵌線的工作節(jié)奏；

B.由于槽內(nèi)只有一個線圈側(cè)，不需要層間絕緣，槽內(nèi)不存在相擊穿問題，槽面積利用率高；

C.與鏈?zhǔn)嚼p繞相比，其端部互不重疊，厚度減小，成型更容易。

缺點是單層繞組的電磁波形不理想，電機的損耗和噪音比雙層繞組大，所以這樣的設(shè)計是技術(shù)和性能的平衡。

（二）定子鐵芯

BMW-I3電機的鐵芯采用組裝式結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

定子為直槽，由整圓段疊壓后組裝而成，相鄰兩段由凸弧形臺階和凹槽夾緊連接。這種鐵芯厚度為0.15mm，鐵損小，散熱好，性能優(yōu)于我公司使用的寶鋼B27系列硅鋼片(厚度為0.27mm)。由于BMW-I3定子疊片的材料很薄，而且材料本身很貴，所以整片圓形疊片的成品率很低。另一方面，用于轉(zhuǎn)子的硅鋼片厚度為0.27mm，定子和轉(zhuǎn)子不能一次疊片成型，定子鐵芯分段疊片后組裝，材料利用率高，能有效降低成本。這種裝配方案對于電磁性能有明顯的不利，因為無論制造和裝配工藝多么精密，兩段裝配之間總是有間隙，所以會增加漏磁。

BMW-I3的定子疊片如下：

定子沖片在圓周上被分成六段，每一段都通過凸部E與下一段的凹槽B卡接，如下圖所示：

（三）三相線

寶馬-I3三相線的出線方式采用漆包線的OT端子，和我們電機的出線方式一樣。三相線出線和非出線端子參數(shù)如下：(單位均為mm)

在這種設(shè)計中，省略了電機接線座的結(jié)構(gòu)，控制器的連接器直接與電機腔體內(nèi)的接線端子連接，減少了電機的整體包絡(luò)空間。此外，在它們之間沒有外部線束的情況下，可以實現(xiàn)更好的輕質(zhì)設(shè)計。

轉(zhuǎn)子組件

（一）磁鋼性能

寶馬-I3電機的轉(zhuǎn)子分為六個斜極，呈人字形不對稱排列。每個磁極由兩塊磁鋼排成一條平行線。其性能測試如下：

根據(jù)測試結(jié)果，寶馬-I3驅(qū)動電機的磁鋼性能接近國產(chǎn)磁鋼牌號N35UH~N42UH。

（二）轉(zhuǎn)子鐵芯

每段鐵芯疊壓并用級進模鉚接后，在每段鐵芯靠近外圓的兩端面形成兩排凹陷，沖片壓緊防止翹曲。然后用工裝定位，打出上圖中壓緊螺栓的安裝孔，最后按斜極角度壓6段鐵芯。

BMW-I3驅(qū)動電機在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上進行了精心設(shè)計，其特點主要分為兩點：1。轉(zhuǎn)子磁性層數(shù)為兩層；2.在轉(zhuǎn)子每極磁層的兩側(cè)沖有凹槽，類似于磁阻電機的結(jié)構(gòu)，結(jié)合了永磁同步電機和磁阻電機的優(yōu)點。為此，在美國申請了專利。這種電機稱為永磁輔助磁阻同步電機。3.這

2.對于BMW-I3永磁輔助磁阻同步電機，除上述多磁層外，在每一磁層兩側(cè)沖壓兩組由若干個充氣轉(zhuǎn)子凹坑組成的磁通感應(yīng)組，形成磁鋼輔助的磁阻同步電機，以提高其性能。輸出轉(zhuǎn)矩不僅包括永磁轉(zhuǎn)矩，還包括很大比例的不對稱引起的磁阻轉(zhuǎn)矩。這種電機兼有內(nèi)置永磁電機和磁阻電機的優(yōu)點。從電磁性能方面來看，本設(shè)計方案的主要特點是：

A.由于直軸方向有多層永磁材料，其磁性相當(dāng)于氣隙，阻礙了直軸方向磁力線的通過，使得直軸電感很小；

b、允許跨軸磁力線貫穿整個轉(zhuǎn)子表面，跨軸磁阻小，使電機獲得大的跨軸電感；

C.因為電機的交流DC軸電感差別很大，可以獲得更大的凸極比，產(chǎn)生更大的磁阻轉(zhuǎn)矩。與同樣輸出轉(zhuǎn)矩能力的永磁同步電機相比，所需永磁體數(shù)量會少很多。磁鋼材料可以采用磁性能較弱的非稀土永磁材料，或者降低磁鋼的等級，以節(jié)省永磁材料和電機制造成本。與永磁同步電機轉(zhuǎn)子方案相比，在磁鋼用量不變的情況下，該方案可以提高輸出轉(zhuǎn)矩能力。

D.由于電機永磁磁場的磁密度較低，電樞磁場的削弱能力更明顯、更強，使電機具有更寬的削弱調(diào)速范圍，在電機高速失控時，不會造成過電壓危險，從而保護電氣設(shè)備；

E.與永磁同步電機相比，永磁輔助磁阻同步電機永磁體的渦流損耗和鐵損明顯降低，高速區(qū)效率提高。另外，如上所述，寶馬-I3驅(qū)動電機的定子采用了高磁導(dǎo)率能的硅鋼片(厚度為0.15mm)，也非常有利于降低鐵損。所以無論是測試結(jié)果還是寶馬官網(wǎng)的宣稱，這款電機95%的效率區(qū)域都是非常大的，使得寶馬-I3搭載了同樣電池的新電機，汽車的續(xù)航能力得到了提升。

3.轉(zhuǎn)子極數(shù)為12:用于驅(qū)動新能源汽車的永磁同步電機大多為8極，極數(shù)越多電磁轉(zhuǎn)矩越穩(wěn)定，但鐵損越高。同時，在磁鋼數(shù)量相同的前提下，增加極數(shù)可以有效提高總電磁轉(zhuǎn)矩。所以對于永磁輔助磁阻同步電機，為了提高電磁轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩脈動，應(yīng)該采用多極多槽配合方案，就像寶馬-I3驅(qū)動電機72槽12極的方案一樣。

綜上所述，寶馬-I3采用的永磁輔助磁阻同步電機在提高電機輸出性能、降低成本方面具有一定的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在多層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)空間的大型客車電機中。詳細(xì)的電磁分析請參考電磁仿真對比報告。

（三）端板

在轉(zhuǎn)子鐵芯的兩個軸向端面，寶馬-I3驅(qū)動電機的端板設(shè)計方案與我公司隔磁板略有不同。其壓緊結(jié)構(gòu)采用螺栓穿過轉(zhuǎn)子鐵芯，另一端面用螺母壓緊。詳情見下圖：

寶馬-I3驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子兩端板采用鋁板設(shè)計，中間板薄外圓厚的設(shè)計增加了端板外圓的剛性。主要原因在于轉(zhuǎn)子的兩個磁層和兩側(cè)開槽的結(jié)構(gòu)，使得無法在外圓附近布置重疊的鉚接點。因此，增加了外圓的厚度，采用了加強筋的設(shè)計，同時采用了螺栓連接，使轉(zhuǎn)子沖片能夠壓緊，保證了轉(zhuǎn)子沖片的質(zhì)量

BMW-I3電機采用空心軸整體鍛造工藝，優(yōu)點是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得非常堅固致密，顯著提高了機械性能，并且比機加工實心軸更輕。但缺點是空心軸鍛造工藝成本增加，模具成本昂貴，適合批量生產(chǎn)。另一方面，轉(zhuǎn)子鐵心與軸采用過盈無鍵聯(lián)接配合，對于極角傾斜、轉(zhuǎn)速要求高的電機，過盈無鍵聯(lián)接的動平衡優(yōu)于鍵聯(lián)接。電機主軸輸出端采用深溝球軸承6306，后軸承采用6006，均為印度NBC的產(chǎn)品。軸向軸由彈性擋圈限制，以防止其軸向移動。

總結(jié)

通過本次奧迪-P2汽車的基準(zhǔn)拆解，后續(xù)設(shè)計研發(fā)需要注意以下幾點：

1.針對定子槽的設(shè)計，在減少加工和離線工時的同時，從電磁和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面研究如何改進槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動大的缺點。

2.研究0.55mm厚的不銹鋼片P2電機作為隔磁板，可以減輕原隔磁板的重量，減少加工和裝配的工時。

3.P2電機水路采用鋼制件設(shè)計，如果有強度要求，在后期新電機設(shè)計中可以考慮鋼制件。另外，P2電機在水阻測試時水阻相對較小。后期設(shè)計這種大直徑小軸向的電機時，參考其水路形式和截面積。

4.對于連接器和線束，電機內(nèi)部零件全部采用整體注塑密封設(shè)計，以研究結(jié)構(gòu)是否能提高抗震和耐腐蝕性能。

5.5的水嘴。P2電機是注塑的，結(jié)構(gòu)和我們公司差不多，但是材質(zhì)不一樣。后期需要評估其性價比是否有優(yōu)勢。

6.6的鍛造工藝。采用P2轉(zhuǎn)子輪轂，中心沒有沉孔。轉(zhuǎn)子輪轂和轉(zhuǎn)子鐵芯采用過盈配合裝配，對ISG電機的后期開發(fā)具有借鑒和研究意義。