一、基本概述
目前主流驱动电机的冷却，按照冷却液来划分：
1、基本是水冷（水50%+乙二醇），主要应用于纯电驱动系统比较多，比如：纯电乘用车，纯电商用车，大巴车等等。
2、另外一种冷却方式是油冷，主要是在混动系统，典型应用是与变速器集成，利用相同的冷却油ATF，由油泵驱动油体流动，分别冷区绕组线圈，转子磁钢，轴承；同时冷却齿轮系统；而控制器的冷却分为几种方式，可以油冷，更多的是水冷，采用油水分离系统，单独冷却。
驱动视界有很多文章介绍这些方面的知识要点，请查阅。
3、这里主要是介绍水冷驱动电机，以水冷为主介绍电机结构，冷却系统结构，优势，劣势对比分析。
二、电机分类
水冷驱动电机按照电机类型分为：
1、水冷永磁驱动电机
可以说是主流之中的主流，特别是BYD，全部是永磁电机，特斯拉既有永磁电机也有异步电机，充分利用永磁电机与异步电机的组合输出性能的多样性组合策略，比如蔚来ES6也是永磁电机+异步电机的组合策略。
欧洲各大车企策略不同，保时捷Taycan与宝马I3，I5，I8等等青睐永磁电机。
BMW I3图片展示，冷却螺旋水道结构。
2、水冷异步驱动电机
奔驰EQC与奥迪Etron采用水冷异步电机，上面提及到了有些车企采用异步电机+永磁电机组合式策略，无论怎么讲，根本还是考虑整车的控制策略，驱动性能在各个路况上的要求，整车能耗的分布计算，从而考虑续航里程一定前提下的经济性需求，必定电池成本比重短期内很难攻克。
特斯拉model S异步感应电机图片。
按照电机定子绕组分类：
1、圆线分布定子绕组
水冷电机的多数设计都是这样。
Nissan Leaf电机圆线水冷电机展示图
2、扁线分布定子绕组
保时捷Taycan就是每槽4层导体数的扁线永磁电机，普通水冷结构的设计，除了品牌效应，电机没有新意的体现，唯一体现就是扁线设计采用水冷，而不是一般的扁线电机油冷系统设计。
三、电机结构组成
水冷电机基本结构组成介绍，下图是奥迪Etron驱动系统，按照此图说明水冷驱动系统结构构成。
这是典型案例，有代表性。
驱动系统包括电机IM，电控MCU，减速器三大组件。
我们重点关注电机的组成结构，如下图。
1)前驱动铝盖，后驱动端盖，这里集成了冷却水道系统。
2)定子总成组件，包括三相绕组，槽绝缘，定子铁心，绝缘漆等等。
3)转子总成组件，包括空心轴（水冷系统），转子铁芯，鼠笼铝导条。
4)轴承，前后2个。
5)旋变器定子，转子。
6)温度传感器。
7)密封件，防水系统。
多数水冷驱动电机结构基本类似，大同小异，只是各公司设计结构的形状尺寸不同。
四、电机电磁设计
水冷驱动电机设计，电磁设计是基本的客户技术要求：
a)客户的关切内容：性能，成本，NVH，可靠性，安全性等等
b)电磁设计核心要素
c)电磁设计优化结果的验证
根据客户相同的技术要求，母线电压336VDC，控制器最大电流一致前提下，设计三款电机“水冷扁线电机，水冷圆线电机。
水冷异步电机”，进行对比优劣分析。
扁线设计绕组与圆线设计绕组示意图
扁线永磁电机与圆线永磁电机水冷示意图
异步感应电机水冷示意图
根据客户相同的技术要求，母线电压336VDC，控制器最大电流一致前提下，对比水冷扁线电机，水冷圆线电机。
水冷异步电机的输出性能区别：
1、峰值扭矩对比曲线，如图，
低速区域：异步感应电机>圆线永磁电机>扁线永磁电机
高速区域：扁线永磁电机>圆线永磁电机>异步感应电机
2、峰值功率对比，如图
低速区域：异步感应电机近似等于圆线永磁电机，扁线永磁电机略低
高速区域：扁线永磁电机>圆线永磁电机>异步感应电机，感应电机衰减趋势严重。
3、连续功率对比，在如下假设条件下对比：
a)永磁电机定子绕组温度180度，磁钢温度160度，
b)异步感应电机，定子绕组温度180度，转子铜温度220度。
通过“扭矩-转速曲线”可以了解：
（1）低速区域：扁线永磁电机>圆线永磁电机>异步感应电机，如果连续扭矩对比峰值扭矩，感应电机衰减趋势严重；扁线永磁电机连续扭矩衰减幅度最小。
（2）高速区域：异步感应电机>圆线永磁电机>扁线永磁电机，如果连续扭矩对比峰值扭矩，扁线永磁电机衰减趋势严重；异步感应电机连续扭矩衰减幅度最小。
通过“功率-转速曲线”可以了解：
（1）低速区域：扁线永磁电机>圆线永磁电机>异步感应电机，如果连续功率对比峰值功率，感应电机衰减趋势严重；圆线永磁电机连续功率衰减幅度最小。
（2）高速区域：异步感应电机>圆线永磁电机>扁线永磁电机，如果连续功率对比峰值功率，感应电机衰减趋势最小；扁线永磁电机连续功率衰减幅度最大。
通过以上对比，我们总结一下，汇总成表格：*越多代表越有优势
简单讲：异步电机在高速区域的连续输出扭矩与功率方面在优势。而永磁电机在低速区域的连续输出扭矩与功率在优势。
原因分析：扁线电机，极数8多于异步电机4极，高速区频率高，造成铁损增加。
另外，高速区AC铜损耗大于异步圆线电机，这样，造成了高速区异步电机优势。
所以目前蔚来、特斯拉的永磁电机+异步电机组合形式，是比较合理的组合，根据上面表格，车载VCU与电机控制器MCU可以根据工况（如下图）制定不同的电机组合，提高综合效率，在蓄电池容量一定条件下延长续航里程。
最后，再次强调，电机设计没有最好，只有最适合最优化的解，任何电机设计方案都是折中取优的结果。
五、冷却系统设计
先说一下冷却系统的意义，就是在峰值功率和扭矩一定前提下，如何通过冷却系统的效率提高连续扭矩与连续功率，降低热损耗，提高系统综合效率，这是为什么冷却系统设计非常重要的意义。
下面图示，展示了，峰值性能曲线，连续性能曲线，在其中间的部分就是热损耗浪费的能量的部分，也即是我们可以通过提高散热能力提高连续性能的部分。
水冷驱动电机强调的是水冷系统，所以，我们重点讨论水冷的相关结构，设计趋势。
1、水道设计结构，常见类型，轴向式，圆周式，螺旋式。
半螺旋式。
2、不同结构类型性能参数对比。
红色最差，蓝色最佳。
3、进出口水压比较,轴向式压力最大，螺旋式最小
4、轴向水道数量的选择，一般是冷却水道数目多，效果越明显，但是，流阻增加，进出水管的压差加大，也会增加水道内部损耗。需要综合平衡。
5、一般螺旋形水道，4-6个效果较好。
当然需要流体热学仿真验证。
6、典型水道设计案例。
（1）Nissan Leaf。上市较早电动车型，也是经典案例。
螺旋式水道。
电机采用48槽8极，圆线分布绕组，铝壳与定子铁芯热套工艺。
3个水道连续螺旋设计结构。
模拟仿真结果：最高温度在绕组端部143度，磁钢温度120度。
不同负载功率情况下，模拟绕组温度，80kW运行1h，140度。
（2）特斯拉Model S，冷却系统分析。
转子轴冷却，有利于轴承散热，转子铜导体散热。
模拟仿真结果
（3）奥迪E-tron 非常复杂，设计很有特点并且效果明显。
水道路线：控制器MCU->空心轴->后轴承->定子绕组->前轴承->水出口，右侧图展示了水流向，根据颜色冷热就可以追踪出水流方向。
两台电机的冷却流道并联。
进水口→控制器→转子轴→后轴承座→定子→前轴座→进水口
下左侧图展示了水流进入空心轴过程，下右侧视图展示水流出空心轴过程。
下图是热分析结果。
可以看见空心轴内温度很低，最高温度在绕组端部和转子鼠笼铝条部分。
轴承位置温度很低，延长了轴承寿命与可靠性。
六、电机试验验证
可以参考国家标准：
GB/T 18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统第1部分-技术条件
GB/T 18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统第2部分-试验方法
GB/T 36282-2018 电动汽车用驱动电机系统电磁兼容性要求和试验方法
GB/T 18386-2005-电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法
GB/T 29307-2012 电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法
最重要的根据客户的技术要求规范，目前每个公司标准都不相同，在产品开发时，第一时间就是研究透彻客户的技术要求，DV/PV标准。
这里列举了几项常规测试项目，并没有陈述具体的要求，试验方法，试验设备，设备精度，合格判断标准，只是单纯让我们了解会有这些项目，或者更多测试项目。
1)高温试验
2)低温试验
3)超速试验：1.2倍最高速，2mins
4)振动试验，随机振动，定频振动。
5)湿热试验
6)温度冲击
7)IP67防护试验
8)高温高速振动，综合耐久试验
9)盐雾试验
10)寿命试验
11)耐油，化学液体试验。
12)路试试验（与客户一起）
