【原创】2025年度1200V商用车驱动电机绝缘系统设计要点

一、电压等级与电机绝缘类别定位

1200V指的是直流母线电压，但经过电控部分斩波和调制后，加在电机相相间的电压峰峰值肯定超过2500V。如果电控和电机没有集成，连接线缆可能会导致电机端部出现过电压，甚至相相间峰峰电压达到3000V，这对绝缘系统的可靠性提出了极高的要求。对于扁线电机，如果绕组设计不当，两层漆膜可能会承受相相电压的最高值，在此情况下，必须充分考虑放电风险。

图1. 经过电控后电机端部承受的电压和电机不同部分承受的电压

现有的自动化生产线工艺难以适配TYPE II类电机，且当前变频电机多采用有机绝缘材料（缺乏云母类无机材料的抗电晕特性），无法满足II类绝缘标准；同时，重卡等商用车50万公里以上的长续航需求，我们认为不允许绝缘系统存在放电风险，因此1200V电机更倾向于设计为TYPE I类电机，需严格控制主绝缘、相间绝缘、匝间绝缘各部分无放电现象。

（1）较好设计 （2）不当设计 （3）危险设计

图2. TYPE I 驱动电机绝缘系统设计原则

总的来说，TYPE I类电机应将PDIV和PDEV控制在额定运行电压Un以上。同时，PDIV和PDEV需要充分考虑电机运行的气压、温度、湿度和老化等因素，需要具有足够的裕度，以保证在驱动电机整个寿命周期内，无放电产生。

二、TYPE I 电机关键工艺控制重点

针对TYPE I类电机绝缘可靠性，需重点关注以下：

1. 端部绝缘工艺：需保障端部涂覆、槽间绝缘的绝缘性能，避免在低气压、高温、冷热冲击、机械振动等极端条件下产生放电；

2. 焊接工艺：皇冠区绝缘是高电压下的薄弱环节，需通过工艺优化消除焊接及绝缘处理过程中的缺陷，确保在极端工况下无放电风险。

3. 关键绝缘材料导热性能的提升，产线绝缘缺陷的管控。

三、扁线电机绝缘与结构优化方向

在扁线电机设计中，需平衡NVH性能与绝缘可靠性，核心优化路径包括：

1. 电应力均衡设计：借鉴低电应力设计理念，结合逆变器电场特性，优化绕组结构，降低各绕组电应力，确保电应力不超过一类电机极限值；

2. 绕组结构优化：在满足NVH要求的前提下，通过调整绕组排布与结构，进一步减小电应力，适配一类电机绝缘标准，提升系统可靠性。

图3. 考虑电机的分布参数，优化电应力设计

四、绝缘测试技术与寿命评估技术

需模拟电、机械、环境、温度多应力耦合场景，验证1200V驱动电机绝缘裕度与性能稳定性，保证电机绝缘性能相对传统低压电机有较大提升。具体来讲，需重点推进三方面工作：

1. 理论机理研究：加强多应力耦合下绝缘性能测试的理论与机理研究，明确绝缘系统在复杂应力下的失效规律；

2. 测试手段升级：研发自动化测试技术，推动测试机国产化，提升测试效率与数据准确性；

3. 寿命实验完善：构建覆盖全生命周期的寿命实验体系，精准评估绝缘系统在实际工况下的裕度与耐久性。

五、几个值得关注的问题

1. 耐电晕漆包线在特殊场合（如高海拔、冷热冲击）下能多大程度上提升电机绝缘的可靠性并保证寿命？

2. >50万公里长寿命要求下，电热及环境联合老化对绝缘系统的累积影响及绝缘寿命评估关键技术。

3. PDIV绕组及其他关键测试技术的机理研究、技术国产化及对产线和产品设计中的关键技术发展及改进。

4. 电机绝缘系统性能的在线检测和数字化健康管理。

5. 国内外相关标准体系的建立。

四川大学 新能源与电气绝缘团队

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