# 撰文 | 萧洋 编审 | 宇傅

新能源汽车的快速发展对电机性能提出了更高的要求，包括效率、功率密度、动态响应和NVH等方面。这推动了电动汽车电机向高精度、高功率密度、小型化、轻量化和多机电一体化的方向发展。然而，这也带来了一些挑战，例如电机内部发热急剧增加和有效散热空间严重不足，限制了进一步提高电机系统功率密度的可能性。

电机内部温度的升高会导致永磁材料退磁、绝缘层老化以及铜线绕组在高温下电阻增大，从而降低电机效率，并加剧电机的发热问题。根据新能源汽车电机热管理系统的分析，30%至40%的永磁电机故障是由于电机温升过高引起的。

电机的关键部件，如绕组、定子和外壳，它们之间的接触面由绝缘漆、绝缘纸和空气组成，导热系数非常低。这导致电机各部件之间的接触热阻增加，显著降低了关键部件的散热效率。同时，电机内部关键加热部件与外壳之间存在着长传热路径和巨大的接触热阻，这对冷却系统提出了更高的要求。

01.

三种冷却系统

电机通常采用三种冷却系统：风冷、液冷和蒸发冷却。在小功率电机散热领域，风冷系统具有低成本、高可靠性和易安装等优势，因此得到了广泛应用。

液冷系统具有更高的散热能力，其散热效率是空气冷却系统的50倍。液冷系统适用于电机产生大量热量和高热通密度的情况。然而，液冷系统需要额外的循环流体回路和密封系统，这增加了电机系统的复杂性和成本。

蒸发冷却系统主要用于兆瓦级大容量发电机组的冷却，它利用气液相变循环来实现对电机的冷却效果。

02.

油冷优势

汽车永磁同步电机的液冷形式可以大致分为直接冷却和间接冷却两种方式。间接冷却是通过在电机外壳内设计冷却通道，让冷却流体通过通道带走热量。而直接冷却则是将冷却油直接喷射到密封的电机中，利用冷却油的高比热容量进行散热。

直接冷却还能增加与热源的接触面积，提高冷却效率。永磁同步电机绕组的末端会产生大量热量。在水冷系统中，冷却液不能直接接触绕组。然而，在油冷系统中，冷却油可以直接接触绕组，提高冷却效率，并最大限度地发挥电机的潜在性能，提高功率密度和扭矩密度。以下是油冷却的一些优势：

良好的绝缘性能：冷却油可以直接接触绕组和磁性材料，有效冷却热源，消除热点。冷却过程高效，冷却油不具有磁性和导电性，不会影响电机的电磁场特性。

宽工作范围：与水相比，冷却油具有更高的沸点和更低的凝固点，不容易在高温下沸腾，在低温下不易结露。它具有更广泛、更稳定的工作范围，避免了相变的影响。

紧凑设计：对于喷雾冷却的电机，不需要在机壳内设计水道，也不需要风扇和风管，从而减小了体积。

03.

油冷解决方案

定子上油：将冷却油直接涂覆在定子绕组或定子铁芯上，以实现定子的冷却。

定子注油加转子甩动：在定子进行油冷却的同时，转子内部设计了油道。由于离心力的作用，转子油道内的冷却油被甩向定子，从而同时冷却定子和转子。

定子内部油道加上定子注油和转子甩动：在第二种方法的基础上，增加了定子内部的冷却油道，进一步提高了冷却效率。

对于转子的冷却，一般通过引导冷却油通过空心轴进入位于转子芯和侧端板之间的油道来实现。在离心力的作用下，油会从端板流出，有效地降低磁钢的工作温度。这种方法显著提高了磁钢的使用寿命，并增强了电机的输出能力。

对于定子的冷却，通常采用注油的方式，将冷却油喷洒到定子绕组和铁芯上。由于重力的作用，油会流向其他位置，为定子提供冷却效果。

与水冷系统相比，油冷系统存在更少的风险，如生锈、堵塞和泄漏。一旦发生泄漏，水冷系统可能直接危及电机的安全。因此，水冷系统中循环管道的可靠密封非常重要。

相比于水基介质，油基介质能够增强电机系统对外部环境的适应性，防止气蚀和结垢等腐蚀问题。在直接油冷却系统中，冷却油直接接触电机的加热部件，从而显著提高了散热效率。