新能源汽车驱动电机清洁度检测技术研究
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摘要
新能源汽车作为全球汽车产业转型升级的核心领域，其驱动电机系统的可靠性直接决定了整车的性能表现和市场竞争力。在电动化、智能化浪潮推动下，驱动电机清洁度检测已成为保
新能源汽车作为全球汽车产业转型升级的核心领域，其驱动电机系统的可靠性直接决定了整车的性能表现和市场竞争力。在电动化、智能化浪潮推动下，驱动电机清洁度检测已成为保障新能源汽车质量安全的关键技术环节。清洁度检测通过控制驱动电机内部颗粒污染物含量，有效避免因颗粒污染物造成的轴承磨损、绝缘损伤、转子卡滞等故障，对延长驱动电机使用寿命、降低维护成本、保障行车安全具有重要意义。
当前，新能源汽车驱动电机向高转速、高电压、高集成化方向快速发展，清洁度检测技术的发展及标准体系的更新显得尤为必要。一方面，高转速驱动电机对微小颗粒的高敏感性要求检测精度不断提升，颗粒污染物的控制要求越来越高；另一方面，相关标准体系是以内燃机汽车及传统电动机为基础建立的，原有标准已无法满足新能源汽车驱动电机要求。本文基于新能源汽车驱动电机应用进展，对清洁度检测技术发展及标准体系的建立进行论述，为新能源汽车行业健康发展提供支撑。
1 汽车零部件清洁度检测技术及标准
1.1 汽车零部件清洁度检测技术
零部件清洁度是用来表征零部件清洁水平的指标，通常指零部件表面残留颗粒污染物的程度。颗粒污染物包括金属屑、灰尘、纤维等，主要来源于生产工序、环境污染及包装等过程。这些颗粒污染物对一些重要零部件的寿命、可靠性、配合精度等有重大影响。清洁度概念最早起源于航空工业和汽车工业，20世纪60年代初，美国汽车工程师协会和美国航空航天工业协会开始采用统一的清洁度标准[1]，划定产品清洁度等级，推动了医疗设备、通信、航空和精密仪表等行业的清洁度控制水平的提升。
由于几何结构和表面特征的原因，通常无法直接检查汽车系统中相关零部件是否存在颗粒污染物，因此需要通过提取或取样从零部件中去除颗粒污染物，并将其收集用于进一步分析。因此，零部件的清洁度检测是一种间接检测技术，即清洁度检测技术[2]，该技术包括提取、过滤、烘干、称重、分析等一系列步骤，用于表征样品中颗粒污染物的等级指标。
清洁度的分析首先通过光学图像分析仪分析颗粒污染物的数量、尺寸及种类等信息，为进一步识别颗粒污染物种类及成分信息，可采用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）/能量色散X射线光谱法（Xray energy dispersive spectrum,EDX）、激光诱导击穿光谱法（laser induced breakdown spectroscopy,LIBS）等技术针对特定颗粒污染物进行更深入分析，以确定颗粒污染物来源。
1.2 汽车零部件清洁度检测标准
国际上针对汽车零部件制定了多个清洁度检测标准。
德国汽车工业协会于2015年发布的VDA 19.1—2015《技术清洁度检测功能相关汽车零部件的颗粒污染》（以下简称“VDA 19.1—2015标准”）是具有代表性的汽车零部件清洁度检测标准之一，为后续国际标准的制定提供了蓝本。2025年，为应对汽车行业向电动化、智能化方向发展带来的变革，对VDA 19.1—2015标准进行了更新。尽管2025版VDA 19.1—2025《技术清洁度检测功能相关汽车零部件的颗粒污染》（以下简称“VDA 19.1—2025标准”）考虑了新能源汽车带来的变化，但其作为汽车零部件通用标准，无法精准覆盖新能源汽车驱动电机对颗粒污染物的精细化管控需求。在此基础上，制定更具针对性的专用清洁度检测标准显得尤为必要。
国际标准化组织（International Organization for Standardization,ISO）于2018年充分吸收VDA 19.1—2015标准内容，整合原有标准发布ISO 16232—2018《道路车辆零部件及系统清洁度》（以下简称“ISO 16232—2018标准”）系列标准，实现与VDA 19.1—2015标准的兼容，该标准被众多国家和地区所采用。ISO 16232—2018标准根据汽车行业的发展需要，目前正在进行修订工作。
我国于2022年7月发布GB/T 41481—2022《道路车辆零部件和系统的清洁度》标准，等同采用ISO16232—2018标准，与国际标准接轨。
另外，知名汽车生产企业及零部件制造企业均制定了企业标准，因产品使用范围广，这些企业标准的应用也较为广泛，包括大众汽车集团制定的VW 01134《发动机部件的清洁度要求》标准、宝马汽车公司制定的QV11 111《动力总成零部件与流体的技术清洁度》标准、通用汽车公司制定的GMW 16037《发动机和传动部件清洁度量化的试验方法》标准、博格华纳公司制定的QS900001《清洁度评估程序》标准等。
2 新能源汽车驱动电机特点及颗粒污染物控制
新能源汽车的发展正在重塑全球汽车产业格局，同时对零部件制造与装配的清洁度提出了前所未有的要求。尤其在电池系统、驱动电机组件及轻量化结构领域，对颗粒污染物的容忍度显著降低；同时，智能化制造中自动化装配与高精度传感器的应用，进一步提升了清洁度标准要求。
驱动电机作为新能源汽车“三电”系统（电机、电池、电控）的核心部件，承担着将电能转换为机械能的重任，为车辆提供动力。驱动电机的性能直接影响汽车的动力性、经济性和舒适性[3]。驱动电机运行条件苛刻，在高转速、高电压、高集成化条件下要求具备高可靠性和高性价比。
2.1 高转速
由于驱动电机的电枢直径与驱动电机的转速成反比，因此，通过提高转速可以降低驱动电机尺寸，从而可以降低整车质量并压缩成本。另外，高转速可使车辆提速更快，并突破极速瓶颈，提升车辆品牌定位。通过驱动电机的高转速实现“小体积、轻质量、低成本、高功率”的核心目标，既满足了新能源汽车对动力性能、续航能力的核心需求，又适配了整车的空间布局、传动设计和驾驶体验，成为当前新能源汽车驱动电机技术的主流发展方向。
目前，新能源汽车驱动电机的转速已由早期的5 000～6 000 r/min提升至30 000 r/min左右，不同车型驱动电机转速见表1，其中，多数驱动电机的转速已提升至20 000 r/min以上。
高转速为新能源汽车驱动电机带来众多优势的同时，也存在着必须面对的隐患：一是高转速下机械结构承压加剧，转子离心力增大，易出现磁钢脱落、开裂、涂层剥落以及残留金属屑脱落等现象，引起转子卡阻、振动、异常磨损等故障。
表1不同车型驱动电机转速
2.2 高电压
对于相同功率的驱动电机来说，电压的提升可使额定电流降低，从而使驱动电机产生的热量降低，有利于整个系统的热管理效率提升。另外，高电压下可大幅缩短充电时间，利于电池快充技术的发展。早期新能源汽车驱动电机多采用400 V以下平台（如特斯拉Model 3的350 V、Model Y的400 V），目前800 V平台已成为主流（如比亚迪、极氪、保时捷等），更高电压平台也已出现（如Lucid Air EV的900 V、特斯拉Semi的1 000 V）。由于新能源汽车驱动电机电压的提升，电力电子的集成减少了60%以上的质量和体积，同时提高了25%～50%的负载能力[4]。
高电压所带来的风险在于系统绝缘控制风险升高，电压的提升放大了绝缘与控制层面的隐患，对核心部件及工艺提出更高要求。尤其高转速下的振动加剧，驱动电机定子绕组铜线绝缘层摩擦、颗粒污染物对绝缘层的冲击及摩擦、焊点的振动开裂等问题均会形成绝缘安全隐患。
2.3 高集成化
为实现新能源汽车驱动电机的高效化、轻量化、小型化、低成本发展，高集成化是主要的技术路线[5]。其中扁线绕组电机被新能源汽车广泛采用。扁线电机即条形绕组电机，其定子采用扁铜线绕组替代原先的圆铜线绕组，并且对电机整体进行结构优化。扁线电机具有高槽满率、高功率密度、良好的导热性能和低振动噪声等优点。目前常用的绕组结构有Hair-pin、I-pin、X-pin等[6]，上述结构均是通过预先成型的漆包扁铜线插入定子铁芯槽中，再将连接点通过焊接组成完整的绕组结构，扁线绕组结构如图1所示。其中I-pin和X-pin绕组由于需要在两端进行焊接，焊点数量约是Hair-pin绕组的两倍，因此面临着焊接工艺复杂、结构可靠性要求更高的问题。
图1扁线绕组结构
焊接过程容易产生颗粒飞溅、金属液滴残留等，如果黏附在定子内部，后续使用过程中脱落会导致电机卡阻、绝缘损坏等安全隐患。
另外，驱动电机铁芯由硅钢片叠压焊接形成，硅钢片设计有精密的线槽和降温用流道，通过多级冲压形成，冲压总体精度要求±0.03 mm[7]，因此冲压过程如果产生细小的毛刺和碎屑，会保留到后续的叠压过程，在使用过程中脱落同样会导致驱动电机卡阻、绝缘损坏等安全隐患。驱动电机铁芯模具及铁芯制造过程如图2所示。
图2驱动电机铁芯模具及铁芯制造过程
注：○位置为模具镶件上的冲裁孔，硅钢片从冲裁孔冲裁下料形成一层冲片，通过多层冲片叠压成驱动电机铁芯。
3 汽车驱动电机清洁度检测技术分析
根据新能源汽车驱动电机特点，在原有内燃机汽车清洁度检测标准基础上，制定更有针对性的检测技术和检测标准，对于防范驱动电机故障、保障新能源汽车行驶安全尤为必要，具体可从以下三方面重点完善。
（1）优化颗粒污染物提取方法，适配驱动电机结构与运行工况。颗粒污染物的有效提取是清洁度检测的前提与核心，因此颗粒污染物的提取方法要适应驱动电机结构要求，能有效提取紧凑结构内部的颗粒污染物。可采用高压精密冲洗与超声萃取相结合的技术，精准控制冲洗压力、流量和冲洗角度，避免损伤驱动电机精密部件的同时，确保冲洗液能充分渗透到所有关键区域；其次，优化提取流程，明确提取时间、温度等参数，确保高转速、高负荷运行工况下脱落的各类颗粒污染物都能被充分、均匀地提取出来，为后续检测提供真实、可靠的样品。
（2）提高颗粒污染物控制要求，匹配驱动电机高精密特性。新能源汽车驱动电机的使用条件远严于传统内燃机，且随着驱动电机技术的不断升级，其精密度和集成度越来越高，对颗粒污染物的控制要求也随之大幅提升。传统内燃机清洁度标准主要关注颗粒污染物的总量和金属颗粒污染物数量，对颗粒污染物粒径的控制要求多在50µm以上，已无法满足驱动电机的使用需求。驱动电机内部的精密部件配合间隙极小，甚至达到微米级别，一旦存在超标颗粒污染物，尤其是金属颗粒污染物，在高速运转过程中会加剧部件磨损，导致轴承卡滞、换向不良，严重时会引发驱动电机短路、烧毁；而非金属硬质颗粒污染物（如砂子、树脂碎屑、陶瓷颗粒等）虽然密度低于金属颗粒污染物，但硬度较高时，同样会划伤部件表面、破坏绝缘层，引发安全隐患。目前，行业内对驱动电机内部金属颗粒污染物的粒径控制已提高到10µm级别，部分高端驱动电机甚至要求控制在5µm以下。因此，应细化金属颗粒污染物和非金属硬质颗粒污染物的分类管控要求，针对不同类型、不同粒径的颗粒污染物制定差异化控制标准，确保驱动电机内部清洁度满足高精密运行需求，从源头防范颗粒污染物引发的驱动电机故障。
（3）完善颗粒污染物分析体系，实现属性精准识别与来源追溯。颗粒污染物的精准、全面分析，不仅是清洁度控制的重要环节，更是追溯颗粒污染物来源、优化生产过程的关键支撑。通过完善颗粒污染物分析体系，采用更精准的检测设备和分析方法，如SEM/EDS技术、LIBS技术等，明确颗粒污染物是金属颗粒污染物还是非金属颗粒污染物，是硬质颗粒污染物还是软质颗粒污染物，同时结合颗粒污染物的形貌特征，判断其产生原因（如焊接颗粒污染物、切削颗粒污染物、粉尘颗粒污染物等）。通过全面、精准地分析，既能及时发现清洁度控制过程中的薄弱环节，针对性优化清洁措施，确保驱动电机清洁度达标；又能精准追溯颗粒污染物来源，为零部件加工工艺改进、装配环境净化、原材料质量管控等生产环节提供科学建议，推动生产过程的精细化管理，从根本上降低驱动电机内部颗粒污染物的产生，保障新能源汽车的运行安全。
4 结论
本文系统梳理了汽车零部件清洁度检测技术及标准的发展脉络，概述了新能源汽车驱动电机的特点，并根据这些特点提出颗粒污染物的来源和其带来的安全隐患，为制定适合新能源汽车驱动电机发展的清洁度检测技术和标准提供参考。
新能源汽车行业仍处于快速发展阶段，新技术、新工艺、新设计等不断迭代，如何确保汽车的安全始终是汽车行业发展的首要关注点。通过使用恰当的检测技术和标准，在新产品下线前，将可能存在的隐患及时发现、及时控制，可有效保障汽车安全。清洁度的检测和控制是汽车驱动电机的安全保障技术之一，制定适配行业发展的清洁度检测方法、统一清洁度检测标准，将为新能源汽车产业的高质量发展保驾护航。