随着全球倡导尾气清洁和控制碳排放的呼声越来越高，电动汽车成为全球汽车业竞争的新焦点。作为电动汽车关键零部件，电机、电池、电控一直是我国电动汽车发展的重点。其中，与工业电机相比，电动汽车动力系统对驱动电机的性能和使用条件要求更高。具体而言，汽车用电机要求适应振动、冲击、温度交变等多种环境应力，由于安置空间受限，外形需根据系统要求匹配；汽车用电机要求散热能力强，因此冷却方式通常采用水冷；汽车用电机要求保障乘车人员安全等。
当前，电动汽车驱动电机通常有异步电机、开关磁阻电机和永磁同步电机，国内以永磁同步电机为主，国外特斯拉采用异步电机。此外，一些机构正在研究磁阻电机的应用。组成驱动电机的关键材料是硅钢和永磁材料。
车用驱动电机 硅钢技术特征
由于电动汽车对驱动电机的要求条件高，因此对驱动电机的材料要求也较高。主要表现在汽车装配、起步运行和高速运动四个阶段。在装配阶段，由于驱动电机是靠安装在狭小空间的电池来驱动的，所以要求驱动电机应该比其它用途的电机小型轻量、高效率，因此硅钢具有低铁损、高磁感的特点；在起步阶段，电机需要输出足以带动汽车启动的高扭矩，因此需要硅钢采用特殊的工艺技术，具有高磁感；在运行阶段，普通材料在高频工况铁损急剧攀升，无法支撑驱动电机工作需要，因此硅钢需要高频下低铁损。同时，汽车高速运转时巨大的离心力以及严苛的定转子间隙设计对材料的机械性能要求很高，因此需要硅钢有较高的屈服及抗拉强度。简单地说，车用驱动电机对硅钢的要求是低速下高磁感，高速下低铁损和高强度。
如图1、图2、图3所示，随着车用驱动电机转速的提高，铁心材料的使用频率也逐步提高，造成电机在高频下的铁损急剧增加。同时，随着板厚的减薄，铁损P10/400逐渐降低，因此，车用驱动电机选择薄规格无取向硅钢是趋势。
无取向硅钢 应用潜力巨大
无取向电工钢，顾名思义，其磁性具有各向同性性（也叫各向同性电工钢），广泛应用于制造各类电机、电子变压器铁心。在我国，无取向电工钢的使用量约占整个电工钢使用量的90％。无取向硅钢呈较好的磁各向同性，主要应用于旋转电机；取向硅钢轧向磁性较好，主要应用于静止器-变压器等。
生产无取向电工钢的工艺流程主要分为炼钢工序、热轧工序及冷轧工序。其中炼钢工序对成分的影响非常大，也是关键工序之一，冷轧之后的退火工序是硅钢生产的关键。
结合无取向电工钢的性能特点和工艺流程，驱动电机的开发流程主要分为设计、制造、性能测试三个方面。具体流程如下：
（一）电机设计
1、确定电机机型（同步、异步、轮毂等）；
2、确定电机规格（功率范围、速度等）；
3、电机仿真设计（提供硅钢曲线、计算电机性能，优选最佳硅钢牌号）；
4、设计电机结构（安装、散热），核算硅钢机械性能。
（二）电机制造
1、评价硅钢加工性（冲压性、焊接性、铆接性、叠片性能等）；
2、确定最佳退火工艺，消除应力影响；
（三）性能测试
1、电机效率测试（包括效率分布及分析）；
2、电机温升测试；
3、系统性能测试（效率、动态性能）；
4、电机铁耗分离，分析铁芯性能。
值得一提的是，在电机上应用取向硅钢，需要对电机的机构和工艺都作出重大改变。尽管取向硅钢在轧制方向上性能非常好，铁损可以轻松达到1瓦以下（无取向硅钢达到2瓦都有难度），但是取向在偏离轧制方向后，性能会大幅度下降。事实上，如果把各方向的性能平均考虑，取向硅钢并不比无取向硅钢有明显优势，而取向硅钢的价格要贵得多。
（本文经本报记者整理，有删节）
宝山钢铁股份有限公司中央研究院硅钢研究所高级工程师 张舟|文
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