新能源汽车驱动电机发展现状及趋势分析

根据中汽协发布的产销数据，2017年，中国新能源汽车产销分别为79.4万辆和77.7万辆，同比增长分别为53.8%和53.3%，连续三年位居世界第一。新能源汽车的快速发展为驱动电机带来了巨大的发展机遇，电机技术的发展成为业界关注的焦点。1.电机技术发展现状目前，驱动电机主要分为直流电机、交流电机和轮毂电机。其中，直流电机和交流电机可以进一步划分。目前，业界对交流异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机的关注度较高。通过对几种常见电机的比较分析（见表1），永磁同步电机具有效率高、转速范围宽、体积小、重量轻、功率密度高、成本低的优点，已成为纯电动乘用车市场的主要驱动电机。

表1主要电机性能和参数对比从行业匹配的角度来看，交流感应电机和永磁同步电机主要用于新能源乘用车。其中，永磁同步电机应用广泛，因为其速度范围和效率相对较高，但需要使用昂贵的系统永磁材料NdFeB；

一些欧美汽车使用交流感应电机，主要是因为缺乏稀土资源。同时，为了降低电机成本，其缺点主要是速度范围小、效率低，需要性能更高的调速器来匹配性能。随着新能源汽车市场的快速发展，驱动电机市场的空间潜力巨大，吸引了众多企业和资本。国内外典型驱动电机企业永磁同步电机产品情况如表2所示。总体来看，我国驱动电机取得了长足进步，自主研发了满足各种新能源汽车需求的产品，部分主要性能指标达到了同等功率水平的国际先进水平。然而，中国在峰值速度、功率密度和效率方面与国外仍有一定差距。

表2国内外驱动电机企业永磁同步电机参数对比在技术指标方面，国内电机与国外电机仍有以下差距：①峰值转速是驱动电机的重要指标，也是国内驱动电机与国外发动机差距最明显的指标。国内大多数永磁同步电机的峰值转速在10000转/分以下，国外基本在10000转以上。②功率密度虽然国产电机在功率方面基本可以达到国际水平，但在同等功率条件下存在重量劣势，因此功率密度与国际水平差距较大。目前，我国永磁同步电机的功率密度大多在1~2千瓦/公斤之间，与2020年3.5千瓦/公斤的目标值相去甚远。③效率在电机效率方面，国内电机的最高效率达到了94%~96%，达到了西门子、雷米等企业的水平。然而，高效区域的面积仍有一定差距，例如系统效率大于80%的区域比例。在中国，电机高效区的面积集中在70%~75%，而国外电机的高效区基本达到80%。（4） 冷却方式电动机的冷却方式已从自然冷却逐渐发展到水冷。目前，国内电机企业主要采用水冷，国外先进电机企业已发展为油冷电机。国内一些电机企业还开发了精密等油冷电机，进一步提高了电机的冷却效率。2.永磁同步电机的发展瓶颈目前，由于纯电动乘用车以永磁同步电动机为主要技术路线，如何进一步提高其性能成为行业的关键问题。目前，永磁同步电机面临以下技术难题：①提高功率密度和功率有两种方法，一种是增加转矩，另一种是提高转速。前者的主要问题是过载电流增加，导致发热量高，散热压力大；后者是高速下的高铁磁损耗，这需要高性能和低饱和度的硅钢片，从而增加了成本；

或者采用了复杂的转子结构，但功率密度受到影响。②在材料方面，永磁材料也是制约永磁同步电机性能提升的重要因素。目前，NdFeB作为一种常用的永磁材料，存在着温度稳定性差、不可逆损耗、温度系数高、高温下磁财产损失严重等缺点，影响了电机的性能。（3） 生产技术永磁同步电动机的生产技术难度是制约大型配套客车的重要因素。由于永磁同步电机生产企业缺乏工业化积累，国内企业生产缺陷率高，无法满足乘用车企业的要求，特别是随着纯电动乘用车市场规模的扩大，年产10万级永磁同步电动机带来了巨大挑战。3.轮毂电机的发展①轮毂电机的技术现状1900年，保时捷首次将轮毂电机应用于纯电动汽车。经过100多年的发展，不仅美国和日本的许多主机厂增加了对轮毂电机的开发，而且电机公司（如英国的Protean公司和法国的TM4公司）和轮胎公司（米其林公司和普利司通公司）也开发了轮毂电机。在国内，Wanan Technology和英国Protean是合资公司，亚太股份和斯洛文尼亚轮毂电机公司是合资公司开发轮毂电机产品。国内外主要轮毂电机产品及其参数如表3所示。

表3国内外主要轮内电机产品及参数②优缺点分析总体而言，永磁同步电机在轮内电机中应用广泛。近年来，国内外汽车及零部件企业多次尝试使用轮毂电机驱动纯电动和混合动力乘用车。通过比较，轮毂电机的优点和缺点如表4所示。

表4轮毂电机优缺点分析③性能提升对策轮毂电机在性能上面临的主要问题是簧下重量的提升对舒适性和操控性的影响；与轮毂集成后的散热和制动能量回收问题，以及后续的减震、防水和防尘问题。升级的主要技术手段和对策如表5所示。

表5提高轮毂电机性能的对策④发展前景由于不同行业主体对轮毂电机的态度不同，轮毂电机的发展前景并不理想。新能源主机厂对轮毂电机持观望态度。传统汽车企业尚未开发和规划轮毂电机，只有一些合资汽车企业推广了轮毂电机，因此缺乏成熟生产汽车的支持。同时，轮毂电机的高成本和系统复杂性尚未得到解决，这严重制约了轮毂电机在新能源乘用车领域的发展。详见表6。

表6不同行业对轮毂电机发展的看法4。未来驱动电机发展趋势分析通过上述分析和市场调研可以看出，在未来几年的纯电动乘用车市场，永磁同步电机仍将占据主流，交流异步电机的匹配度将逐年缩小。随着轮毂电机技术的逐渐成熟和成本的降低，其在纯电动乘用车市场的配套数量将有所增加；

然而，开关磁阻电机受到体积和噪音的限制，因此不太可能在短时间内用于乘用车。

表7驱动电机技术路线图根据《节能与新能源汽车技术路线图》，驱动电机的发展路线图如表7所示。一般来说，驱动电机的主要趋势包括以下几个方面：集成，包括电力电子控制器和机电耦合的集成；高效率提高了功率密度，降低了成本；智能化和数字化与控制器协同工作，不断提高驱动系统的性能。根据中汽协发布的产销数据，2017年，中国新能源汽车产销分别为79.4万辆和77.7万辆，同比增长分别为53.8%和53.3%，连续三年位居世界第一。新能源汽车的快速发展为驱动电机带来了巨大的发展机遇，电机技术的发展成为业界关注的焦点。1.电机技术发展现状目前，驱动电机主要分为直流电机、交流电机和轮毂电机。其中，直流电机和交流电机可以进一步划分。目前，业界对交流异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机的关注度较高。通过对几种常见电机的比较分析（见表1），永磁同步电机具有效率高、转速范围宽、体积小、重量轻、功率密度高、成本低的优点，已成为纯电动乘用车市场的主要驱动电机。

表1主要电机性能和参数对比从行业匹配的角度来看，交流感应电机和永磁同步电机主要用于新能源乘用车。其中，永磁同步电机应用广泛，因为其速度范围和效率相对较高，但需要使用昂贵的系统永磁材料NdFeB；

一些欧美汽车使用交流感应电机，主要是因为缺乏稀土资源。同时，为了降低电机成本，其缺点主要是速度范围小、效率低，需要性能更高的调速器来匹配性能。随着新能源汽车市场的快速发展，驱动电机市场的空间潜力巨大，吸引了众多企业和资本。国内外典型驱动电机企业永磁同步电机产品情况如表2所示。总体来看，我国驱动电机取得了长足进步，自主研发了满足各种新能源汽车需求的产品，部分主要性能指标达到了同等功率水平的国际先进水平。然而，中国在峰值速度、功率密度和效率方面与国外仍有一定差距。

表2国内外驱动电机企业永磁同步电机参数对比在技术指标方面，国内电机与国外电机仍有以下差距：①峰值转速是驱动电机的重要指标，也是国内驱动电机与国外发动机差距最明显的指标。国内大多数永磁同步电机的峰值转速在10000转/分以下，国外基本在10000转以上。②功率密度虽然国产电机在功率方面基本可以达到国际水平，但在同等功率条件下存在重量劣势，因此功率密度与国际水平差距较大。目前，我国永磁同步电机的功率密度大多在1~2千瓦/公斤之间，与2020年3.5千瓦/公斤的目标值相去甚远。③效率在电机效率方面，国内电机的最高效率达到了94%~96%，达到了西门子、雷米等企业的水平。然而，高效区域的面积仍有一定差距，例如系统效率大于80%的区域比例。在中国，电机高效区的面积集中在70%~75%，而国外电机的高效区基本达到80%。（4） 冷却方式电动机的冷却方式已从自然冷却逐渐发展到水冷。目前，国内电机企业主要采用水冷，国外先进电机企业已发展为油冷电机。国内一些电机企业还开发了精密等油冷电机，进一步提高了电机的冷却效率。2.永磁同步电机的发展瓶颈目前，由于纯电动乘用车以永磁同步电动机为主要技术路线，如何进一步提高其性能成为行业的关键问题。目前，永磁同步电机面临以下技术难题：①提高功率密度和功率有两种方法，一种是增加转矩，另一种是提高转速。前者的主要问题是过载电流增加，导致发热量高，散热压力大；后者是高速下的高铁磁损耗，这需要高性能和低饱和度的硅钢片，从而增加了成本；

或者采用了复杂的转子结构，但功率密度受到影响。②在材料方面，永磁材料也是制约永磁同步电机性能提升的重要因素。目前，NdFeB作为一种常用的永磁材料，存在着温度稳定性差、不可逆损耗、温度系数高、高温下磁财产损失严重等缺点，影响了电机的性能。（3） 生产技术永磁同步电动机的生产技术难度是制约大型配套客车的重要因素。由于永磁同步电机生产企业缺乏工业化积累，国内企业生产缺陷率高，无法满足乘用车企业的要求，特别是随着纯电动乘用车市场规模的扩大，年产10万级永磁同步电动机带来了巨大挑战。3.轮毂电机的发展①轮毂电机的技术现状1900年，保时捷首次将轮毂电机应用于纯电动汽车。经过100多年的发展，不仅美国和日本的许多主机厂增加了对轮毂电机的开发，而且电机公司（如英国的Protean公司和法国的TM4公司）和轮胎公司（米其林公司和普利司通公司）也开发了轮毂电机。在国内，Wanan Technology和英国Protean是合资公司，亚太股份和斯洛文尼亚轮毂电机公司是合资公司开发轮毂电机产品。国内外主要轮毂电机产品及其参数如表3所示。

表3国内外主要轮内电机产品及参数②优缺点分析总体而言，永磁同步电机在轮内电机中应用广泛。近年来，国内外汽车及零部件企业多次尝试使用轮毂电机驱动纯电动和混合动力乘用车。通过比较，轮毂电机的优点和缺点如表4所示。

表4轮毂电机优缺点分析③性能提升对策轮毂电机在性能上面临的主要问题是簧下重量的提升对舒适性和操控性的影响；与轮毂集成后的散热和制动能量回收问题，以及后续的减震、防水和防尘问题。升级的主要技术手段和对策如表5所示。

表5提高轮毂电机性能的对策④发展前景由于不同行业主体对轮毂电机的态度不同，轮毂电机的发展前景并不理想。新能源主机厂对轮毂电机持观望态度。传统汽车企业尚未开发和规划轮毂电机，只有一些合资汽车企业推广了轮毂电机，因此缺乏成熟生产汽车的支持。同时，轮毂电机的高成本和系统复杂性尚未得到解决，这严重制约了轮毂电机在新能源乘用车领域的发展。详见表6。

表6不同行业对轮毂电机发展的看法4。未来驱动电机发展趋势分析通过上述分析和市场调研可以看出，在未来几年的纯电动乘用车市场，永磁同步电机仍将占据主流，交流异步电机的匹配度将逐年缩小。随着轮毂电机技术的逐渐成熟和成本的降低，其在纯电动乘用车市场的配套数量将有所增加；

然而，开关磁阻电机受到体积和噪音的限制，因此不太可能在短时间内用于乘用车。

表7驱动电机技术路线图根据《节能与新能源汽车技术路线图》，驱动电机的发展路线图如表7所示。一般来说，驱动电机的主要趋势包括以下几个方面：集成，包括电力电子控制器和机电耦合的集成；高效率提高了功率密度，降低了成本；智能化和数字化与控制器协同工作，不断提高驱动系统的性能。

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