国内外新能源汽车油冷电机盘点和关键技术解析

一、油冷电机的优势

在新能源汽车电驱动总成的技术发展过程中，体积更小、重量更轻的驱动电机，一直是工程师们孜孜以求的目标，而相对于水冷电机，油冷电机具有如下优势：

• 冷却效率高，最大程度发挥电机的潜在效能，能够提高电机的功率密度以及转矩密度。

• 绝缘性能好，可以与绕组以及磁性材料接触，直接冷却热源、消除热点，冷却方式直接、干脆，且不导磁、不导电，不影响电机的电磁场特性。

• 相较于水，油的沸点高、凝点低、高温不易沸腾、低温不易凝结，适用范围更广阔，且不易相变。

• 对于喷油式冷却的电机，外壳不需要设计水道，也不需要风扇及风道，能够减小体积。

二、纯电动汽车油冷电机盘点

1、Tesla model 3

特斯拉之前的车型，比如model s和x，采用异步感应电机，线圈结构不像永磁铁很容易在高温的时候有退磁的问题，但是因为有了额外一部分的通电线圈，所以感应电机的转子部分在同样的转速和功率输出下热得也更快。

而线圈转子的功率损失大都用在了电阻发热上，所以感应电机的转子需要更高效的冷却回路。   

更高功率的冷却回路意味着更高成本的冷却系统，为了更高效的冷却，转子线圈大多用油液直喷来冷却，而冷却油液常常是和其他机械结构共用的。而如果电机发热过快的话，油液来不及冷却或者油液温度持续比较高，会直接影响其他机械结构的冷却润滑效果。

这是电机发热对整个传统系统冷却的影响，是系统级别的问题，而model 3的永磁转子的功率损失大概只有感应电机线圈转子的十分之一甚至更少。

Model 3的电机和减速器采用共油路冷却方案，电机定子整体、转子轴以及减速器后轴承主动油冷，油压来自电子油泵，电机轴及减速器输入轴整体三轴承支撑方案，连接花键为油润滑，差速器部分加装有挡油板，降低吸油口附近的湍流，防止吸空同时降低齿轮搅油损失。

电机峰值转速可达18000rpm，尽管上市已经三年多，仍然超过国内市面上普遍的12000rpm～15000rpm的平均水平；电机旋变转子处有一个孔，与电机的冷却是一体的，可以看到旋变部分也非常紧凑，可以说对整个三合一系统的集成度可见一斑了。

2、Nidec 150kW 3in1

Nidec与广汽合资，得益于Aion系列销量不错，后续发展势头强劲。同时Nidec也是目前市场上为数不多的采用了油冷方案的三合一电驱动。

Nidec的e-Axle不仅将电机、逆变器和变速箱集成，而且还采用了Nidec专有的油冷方法，该方法进一步减小了尺寸和重量，并提高了性能。电机中的矩形布线还进一步降低了成本和尺寸。

吉利几何C所搭载的日本电产“E-Axle Ni150Ex”驱动电机是之前E-Axle（2019年4月开始量产）系列的升级产品，采用自主开发的马达油冷技术。

最大功率150kW，最大系统输出扭矩3100Nm，重量91kg，电机与减速器集成式油冷，定子采用电子油泵主动油冷，转子及减速器采用被动飞溅油冷润滑，电子泵功率需求小，可实现按需供油，降低系统能耗，滤清器(粗虑)布置在减速器底部，从电子油泵出来的油液首先经过冷却器冷却后，通过导油槽冷却电子定子绕组和铁芯，最后回流到减速器内部，通过减速器飞溅，经过顶部集油箱和输入轴的集油盘进入到电机转子轴。

3、通用Bolt电驱

通用的纯电动车起步于1996年的EV1，然后是2013年的Spark，以及2016年量产的Bolt。雪佛兰Bolt电驱动总成集成了永磁电机、减速器、差速器、润滑系统、电机冷却系统、驻车系统、档位开关、油泵，以及一些附件。该款电机峰值转矩360Nm，峰值功率150kW，峰值转速8810rpm。

电机采用带有顶部集油箱的主动油冷方式，小功率电子油泵将油液一部分泵入到后端盖润滑半轴滚针轴承以及电机转子，一部分泵入到顶部集油箱，进而分路冷却电子定子端部、中部以及减速器轴承。

BOLT的作为油冷电机的电驱系统，从电机油泵出来的油路主要分两条，一条进入电机后端盖，用于半轴滑动轴承、电机后轴承以及差速器油封润滑以及电机转子的冷却；另一条油路进入集油箱，集油箱油液出口分为四条，分别用于电机定子前、中、后部冷却，以及减速器内部润滑。

后端盖的实物图可以看到润滑油槽和油孔，油孔用于半轴油封润滑，油槽的油液用于半轴滑动衬套，部分油液会进入电机转子空心轴，可用于转子冷却，轴承座端部也有一个油孔，用于电机轴承润滑。

4、大众MEB电驱动

MEB前驱三合一系统减速器为同轴减速器，采用集成化设计，比为10，最大输入转速13500rpm，齿轴润滑采用飞溅润滑，可承受一定的高转速运行，同时在电机轴的径向方向开有甩油槽，便于对电机定转子进行甩油冷却。

该系统的冷却采用了油水集成冷却回路，同时取消了冷却管路在部件之间的使用，提高了系统的冷却效率和可靠性；电机同时采用油冷和水冷进行冷却，冷却液流经控制器后在系统内部直接流入电机冷却水道，后经电机冷却液出口流出，完成电机的水冷导热冷却过程。

减速器油经油泵泵入电机轴后，随电机转子的转动从电机轴的径向甩油槽甩出，飞溅到电机定转子进行直接换热冷却，油液在电机内腔底部汇流后流经热交换器进行油液换热冷却，经冷却的减速器油流出热交换器后再由油泵分别泵入电机轴和齿轮，完成对电机定转子的冷却和对齿轮的润滑，形成完整的油冷及润滑回路。

集成冷却方式的采用有利于对整机系统进行集中的热管理，提高系统热管理的可靠性及效率。

5、华为电驱动

近日，华为正式对外发布了业界首款超融合电驱动系统DriveONE，该系统采用了电机智能油冷技术。华为通过构建三维设计仿真分析验证平台，实现快速仿真迭代，快速寻优，并基于热模型仿真结果来进行油道的设计及优化。

华为电驱动系统DriveONE的电机定子全部浸油，可以直接带走绕组和铁芯的热量。而转子油通过特殊设计的管道进入轴孔中，在轴内形成冷却环境带走转子的热量，并通过转子外壁的喷淋孔，实现对定子线包端部的冷却散热。

相较水冷，可实现绕组平均峰值温度降低30℃，磁钢峰值温度降低15℃。油冷电机寿命可延长一倍。根据电机温度和工况，智能调节油泵的喷油量和油速，当电机在低速运转时，可以降低油泵的出油量，节约能效，起到整体系统效率的提升。

三、油冷电驱动系统的关键技术

1、油冷系统对电机绝缘材料的要求

绝缘材料是电机的“心脏”，绝缘浸渍树脂、漆包线、槽绝缘材料作为低压散绕组电机的三大主绝缘材料，直接影响电机的性能及使用寿命。电动汽车电机运行时具有温升高、机械振动强、扭矩大、变速频繁等特点，要求绝缘材料具备优异的耐电晕性能、局放特性、机械强度等。

油冷电机系统对绝缘材料的要求：

    a）耐油性

    b）不易水解

    c）高温绝缘性能好

    d）高低温冲击材料寿命满足整车要求

    e）材料的冷热及含水变形率要低

    f）耐温等级高，普遍要求H级

    g）高导热系数绝缘材料

    h）阻燃性需求

    i）符合大批量生产的工艺性需求

    j）环保需求

    k）低成本

油冷型电机要求所用绝缘材料除了具备上述优异的性能外，还要具备优异的耐油性能，要求在油中浸泡后各项性能不劣化。

针对电动汽车驱动电机用绝缘材料，国内近几年也在加大力度开展重点研究，相关技术已有较大的突破，取得了一些较好的成果。在耐电晕漆包线方面，国内二涂层耐电晕漆包圆线技术成果已经达到国外先进水平，在国内电动汽车驱动电机领域已有着广泛应用。

单涂层的耐油聚亚酰胺漆包圆线正处在小批量试生产阶段。在柔软复合材料方面，近10 年来，关键原材料聚芳酰胺纤维纸国内已有多家企业成功投产，用其制备的柔软复合材料，已在常规工业电机领域得到广泛应用。

2、车载油冷系统对油品的要求

目前的新能源汽车（混动、纯电动）大部分仍旧采用的传统润滑油，成分是由基础油、粘指剂和添加剂组成，传统汽车的变速箱油工作温度在100℃左右，新能源汽车的变速箱工作温度会在120℃-130℃以上。电机表面的局部温度甚至有可能达到180℃，远高于变速箱油的正常工作温度。

鉴于目前电机油冷与变速箱采用同一种油品的普遍做法，在电机冷却和变速箱润滑的不同特点要求下，高温的出现会对变速箱油提出更高的要求，比如油品的抗氧化、热稳定性、电机的高分子聚合物绝缘材料跟油的兼容性，电机绕组铜线与油品的防腐蚀性保护，水解等问题。

油冷电机的应用对油品电气绝缘性、抗腐蚀、导热特性及材料相容性等有特别的设计及性能要求，同时对油品的氧化安定性及粘温性能也有极高的要求。

车载油冷系统对油品的要求：

• 油品含硫化合物及其他对铜的腐蚀性物质。要确保长期工作不能出现对铜线的腐蚀。

• 应用过程中，防止水分的侵入，，含水量过高会对绝缘材料造成水解，破坏绝缘。

• 粘度过高，低温粘度过大，对油泵压力要求过大，油品在系统中循环较慢，同时对于电机冷却散热效果也差。

• 润滑性能要好，油冷电机转速较高，一般轴承采用主动润滑方式。

• 耐热性能及热容要好，这样有利于电机部件的散热要求。

• 油冷电机主要散热介质是油，因此油品高温失效要求要高，油品要有良好的高温抗氧化能力，防止高温油泥的生成。

• 需要有较高耐热性能，同时热量主要靠油品带走，因此要求较好的热容。

四、壳牌新能源汽车传动系统润滑油