小米汽车核心技术：高速电机技术
“电机是电动车的“心脏”，是驱动系统中最为核心的零部件，对整车性能起着关键性作用。小米立志做全球最好的电动车，一开始就立项了「小米超级电机」项目。小米和联电、汇川一起，联合开发了小米超级电机V6和V6s， ...
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“电机是电动车的“心脏”，是驱动系统中最为核心的零部件，对整车性能起着关键性作用。小米立志做全球最好的电动车，一开始就立项了「小米超级电机」项目。小米和联电、汇川一起，联合开发了小米超级电机V6和V6s，同时自研了刷新业内天花板的小米超级电机V8s。 01三条技术路线平行「小米超级电机」刷新行业天花板首先，目标就是行业顶峰。3年前，宣布造车之后，行业最高水平仅为18000rpm，小米起步就定了21000rpm的目标。小米跟联电、汇川，一起联合研发。借助小米 AI 实验室的力量，用先进的 AI 仿真技术模拟出 20 余万种转子拓扑结构，解决了电机高转速下转子形变、过热等核心问题，成功找到结构最优解，带来了更强的电磁性能和更小的空气阻力，让整体效率进一步提升。 虽然现在业内也有了21000rpm电机。但是，小米的21000rpm在最高功率、最高扭矩、功率密度3个关键性能参数上，依然是同档中全球最领先、最强大的电机。甚至比被友商的22000rpm还要厉害。 但 21000rpm 远远不是小米的终极目标，要想真正实现转速“断层领先”，就需要深入技术的“无人区”。达成更高的转速，对转子硅钢应力、散热、效率等都提出了更大的挑战。特斯拉是转子外面裹了一层碳纤维，小米决定直接改进材料，与世界领先的材料公司合作，创新了强度达到960MPa高强度的硅钢。通过双向立体油冷技术，使散热效率提升超过 50%，让最高温度下降了 30℃。重新设计了整个定转子，采用新的扁线绕组设计，54 槽 6 极的定转子极槽配合，行业 pin型最少。槽满率提升到了77%、铁损降低了 25%，整体电机效率提升了 0.3%。最终达成了27200rpm，成就了世界上最顶级的电机。 这还是不终点。小米创新研发“激光转子缠绕技术”，通过激光将套筒固化，避免了湿法缠绕伴生的热胀冷缩问题，带来高达 1000mPa 的预紧力和更高的制造良率。电机转子通过“激光转子缠绕技术”加固后，目前已经可以在实验室中成功实现 35000 rpm 的惊人转速！  小米超级电机系列：V6/V6s 远超竞品，V8s领先行业一代，35000rpm探索技术无人区 小米超级电机 V6、V6s，转速高达 21000rpm，现已大规模量产，即将在小米汽车 SU7 正式亮相。小米超级电机 V8s，27200rpm，突破行业转速天花板！现已完成验证，计划 2025 年面市。面向未来的“激光转子缠绕”预研技术，已成功在实验室实现 35000rpm 极限转速！技术探索永无止境，小米还在探索更好的。 02关键选择“扭矩优先”还是“转速转速”？在讨论如何做出更强的电机之前，先来看看电机输出功率的计算公式： P（输出功率）= 扭矩 * 转速 / 9550 显而易见， “扭矩”和“转速”是影响电机输出功率的两个主要变量。电机技术发展方向的选择，本质上是“大扭矩”和“高转速”的路线之争。 对于电动车的电机而言，如果要提升扭矩，主要靠提升转子直径和增大电流两条路——但前者意味着电机体积要增大，并不适用于乘用车；后者会带来更大的热损耗，不利于提高效率，且综合成本高。因此，努力提高转速，已经成为行业共识。  行业的“转速军备竞赛”，从 8000rpm 到 20000rpm 当然仅有高转速是不够的，功率密度高低体现了电机研发的先进水平。功率密度越高，电机集成化程度更高，技术路线更先进。功率大、重量轻是一台好电机的具体表现。 小米自始至终坚持对核心技术自研投入，决定以转速为核心，并保证领先的功率密度，向电机性能天花板发起挑战。 0321000rpm 高转速背后AI技术支撑的20多万种转子拓扑结构尝试小米发现，转子强度是影响转速的核心瓶颈：转子转速越高，产生的离心力就越大，这对转子强度提出了更高要求。如果无视转子强度继续提升转速，永磁体会在铁芯最薄弱的磁桥处产生巨大应力，当它超过材料自身的屈服强度时，就会导致转子形变、解体甚至炸裂。在早期预研的过程中，小米发现转速一直很难突破 18500rpm，问题也就在于此。 小米在AI领域的长期积累，发挥了关键作用。小米借助小米 AI 实验室的力量，用先进的 AI 仿真技术模拟出 20 余万种转子拓扑结构，又联合联电、汇川两家全球顶级的电机生产商，用了 8 个月的时间反复打样、测试、改良，最终成功找到结构最优解，将转子铁芯磁桥处的应力优化到材料屈服强度极限值之下，在不改变材料的前提下带来转速突破。结构优化还使得转子形变减少，定转子间给形变留出的余量也可以做到更小，气隙（转子外壁和定子内壁的间隙）随之降低到惊人的 1.3mm，带来更强的电磁性能和更小的空气阻力，让效率进一步提升。 基于这一技术突破，小米成功推出两款小米超级电机 —— V6 和 V6s， 转速均高达 21000rpm，功率分别达到了220kW和275kW，相当于燃油车 V6 和大 V6 发动机的性能。小米还对散热、表面处理工艺等技术细节做了进一步的优化，使电机在高转速下能够持续稳定运行。 目前这两款超级电机已投入大规模量产，将在小米汽车的第一款产品——SU7 系列正式亮相。  小米超级电机 V6 系列 04960兆帕超高强度硅钢转子支撑27200rpm转速天花板21000rpm 远远不是小米的终极目标，达成更高的转速，对转子硅钢应力、散热、效率等都提出了更大的挑战，要想真正实现转速“断层领先”，就需要深入技术的“无人区”，用自己的力量，做行业没做过的事情。  小米超级电机V8s 最高转速27200rpm， 突破行业转速天花板！ 小米优化转子拓扑结构降低应力，只是“压榨”出了当前转子硅钢片材料的极限性能，但要支持更极致的转速，就不得不突破材料本身的限制。为此，小米与材料行业的龙头企业合作，建立技术联合研发实验室。在一年半的时间里通过了百余次实验，构建合金复合强化性能预报模型，深入金属晶核挖掘不同金属元素的潜能，最终挑选出由10种元素组成的硅钢母材，再通过近千批次的强度试验、退火试验、冶炼测试、生产测试，最终共同研发出960Mpa超高强度特种硅钢，其强度达到目前行业主流材料的2倍以上，甚至可以媲美航空发动机所使用的钛合金！  960MPa超高强度特种硅钢， 强度达到目前行业主流材料的2倍以上 基于材料突破，小米成功研发出了小米超级电机 V8s，转速一举达到了空前的 27200rpm！ 这就是当前全球量产乘用车电机转速的天花板！ 05155项专利散热和定转子设计的全面重构达成高转速只是第一步，让电机在高转速下稳定工作，是一项更加复杂的系统工程，需要克服更多技术难关。小米在小米超级电机 V8s 的研发过程中，一共申请了155项专利，其中60项已授权。这里选择两个维度：散热和效率，来做重点介绍。 就像手机、PC 等电子产品算力升级后，也要匹配更强悍的散热能力。为了稳定达成 27200rpm 的超高转速，小米必须重新设计整套散热系统。目前行业通行的电机散热设计，往往采用单向油路，弊端是油路远近两端温差大，影响散热效率。小米研发定子双循环立体油冷技术，让冷却油在定子内部双向流动，有效散热面积增加 100%，同时将定子硅钢片错位叠放，增大了与油的接触面积，让导热更充分，定子最高降温超过20°C，两端温差小于5°C。同时在转子上应用S型立体油冷设计，转轴、铁芯同步冷却，转子最大降温30°C，降低温度升高带来的形变、退磁风险，保障电机在高转速下的持续稳定运转。  附：V8s采用双向全油冷散热技术 散热效率提升50% 为了达成更高的效率，小米还进一步优化了定、转子的细节设计。小米超级电机 V8s 重新设计 54 槽 6 极定转子槽极配合，相比常见的 48 槽 8 极方案，可以降低磁场交变频率和铁损，进一步提高效率。基于定、转子不同的性能需求倾向，小米选择定制材料和差异化厚度设计，专门强化定子硅钢片的电磁性能和转子硅钢片的机械性能，实现了效率和强度的兼顾。小米还创新采用了 8 层 Hair-Pin扁线绕组技术，提升纯铜槽满率，这意味着可以在相同空间内填充更多铜线，产生更大电流和更强磁场，大大提升功率密度；还将绕组 Pin 型精简至 6 种，提高可量产性。  小米超级电机 V8s 兼顾强度与效率的定转子设计 小米超级电机 V8s，不仅以 27200rpm 的超高转速冠绝行业，更拥有425kW超高功率，98.11%最高效率，10.14kW/kg超高功率密度，性能媲美燃油车大 V8 发动机！小米找到国内两大权威机构——中国电工技术学会和国家新能源技术创新中心，组织院士专家团评审，专家们一致认为小米超级电机 V8s 的最高转速、最高效率、功率密度等指标处于国际领先水平！目前小米超级电机 V8s 已完成量产验证，计划于2025年与大家见面。 06小米超级电机转速持续刷新预研已实现35000转27200rpm，就是终点吗？ 通过强化转子来持续提高电机转速，除了优化转子结构和材料创新，还有一种“外挂强化”的方式——即在转子外部套筒以提供预紧力。行业目前较为领先的方案是碳纤维湿法缠绕，即使用细且强韧的碳纤维丝，配合液态胶缠绕附着于转子外壁，再通过高温烘烤固化。但这一方案也有其弊端：从高温固化到降温的过程伴随着材料的热胀冷缩，使转子外壁与套筒的贴合出现间隙，导致套筒并不能提供预期的预紧力，更致命的是，这一工艺的良率非常低，为了有限的收益，要付出高昂的生产成本。 小米在固化步骤成功找到突破口，创新研发“激光转子缠绕技术”，通过激光将套筒固化，避免了湿法缠绕伴生的热胀冷缩问题，带来高达 1000mPa 的预紧力和更高的制造良率。电机转子通过“激光转子缠绕技术”加固后，目前已经可以在实验室中成功实现 35000 rpm 的惊人转速！大家可以看看下面这段视频：  video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_3260335873947303942激光转子缠绕技术，实现 35000rpm 超高转速！ 小米也为这项技术申请了专利，但实现大规模量产还需要经过不断测试和优化，还请大家耐心等待。 从大规模量产的小米超级电机 V6 系列（21000rpm），到突破行业转速极限的小米超级电机 V8s（27200rpm），再到面向未来的“激光转子缠绕技术”（35000rpm），三代技术同步干，一代更比一代强！努力为最好的电动车打造最强电机，成为电机赛道的领航者，小米正稳步兑现着自己的承诺！ |
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