厚记：驱动电机作为新能源汽车的核心部件，市场前景广阔。 目前，驱动电机领域的国内外供应商众多。 不同的供应商在技术路线和产品性能参数上存在很大差异。 通过系统比较，可以知道国内驱动电机产品水平与国外的差距。
通过技术研究，分析了永磁同步电机和轮毂电机的发展现状和瓶颈； 通过行业调研，了解主机厂商和供应商对驱动电机的看法，预测未来驱动电机的发展趋势。
本文来自2018年6月5日出版的《汽车产业研究》，作者为张军、肖倩、孟庆阔。
根据中国汽车工业协会发布的产销量数据，2017年我国新能源汽车产销量分别为79.4万辆和77.7万辆，同比分别增长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行业热点。
一、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，又可分为直流电机和交流电机。 目前业界比较关注交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。 通过对几种常见电机的对比分析（见表1），永磁同步电机具有效率高、调速范围广、体积小、重量轻、功率密度高、成本低等优点调速电机回收利用，已成为纯电动乘用车。 市场上的主要驱动电机。
表1 主要电机性能及参数对比
在产业配套方面，新能源乘用车主要采用交流感应电机和永磁同步电机。 其中，永磁同步电机因其调速范围和效率较高而得到广泛应用，但需要使用价格昂贵的系统永磁材料钕铁硼； 一些欧美车系采用交流感应电机，主要是稀土资源匮乏。 出于降低电机成本的考虑，其缺点主要是调速范围小，效率低，需要更高性能的调速器来匹配性能。
随着新能源汽车市场的快速发展，驱动电机市场潜力巨大，吸引着众多企业和资本的进入。 表2为国内外典型驱动电机企业的永磁同步电机产品。 总体来看，我国驱动电机有了长足的进步，已经自主研发出满足各种新能源汽车需求的产品。 部分主要性能指标达到国际同功率级先进水平。 但在峰值速度、功率密度和效率等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，国产电机与国外电机在以下几个方面还存在差距：
① 峰值速度
峰值转速是驱动电机的一个重要指标，也是国内驱动电机与国外电机差距最明显的指标。 国内大部分永磁同步电机的峰值转速都在10000转以下调速电机回收利用，而国外则在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相比存在较大差距。 目前，我国永磁同步电机的功率密度大多在1～2kw/kg范围内，与2020年3.5kw/kg的目标值相去甚远。
③效率
在电机效率方面，国产电机最高效率达到94%～96%，达到了西门子、雷米等企业的水平。 但在高效率区域的面积上还有一定的差距，比如系统效率大于80%的区域比例。 我国电机高效区比例集中在70%～75%，而国外电机基本达到80%。
④ 冷却方式
电机的冷却方式已逐渐从自然冷却发展到水冷。 目前，国内电机企业主要采用水冷，国外先进电机企业已向油冷电机发展。 国内一些电机企业还开发了油冷电机，如精进，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机为主要技术路线，如何进一步提升其性能成为业界关注的关键问题。 目前，永磁同步电机面临以下技术难点：
① 功率密度
增加功率有两种方式，一种是增加扭矩，一种是增加转速。 前者的主要问题是过载电流增大，导致发热量大，散热压力更大； 后者由于高速下铁磁损耗大，需要使用高性能低饱和硅钢片，从而增加了成本； 或者采用复杂的转子结构，反而影响功率密度。
② 材料
永磁材料也是制约永磁同步电机性能提升的重要因素。 常用的永磁材料钕铁硼主要存在温度稳定性差、不可逆损耗、温度系数高、高温下磁性能损失严重等缺点，影响电机的性能。 表现。
③ 生产过程
永磁同步电机生产工艺难度大，是制约乘用车大规模配套的重要因素。 由于永磁同步电机生产企业缺乏产业化积累，国内企业次品率较高，无法满足乘用车企业的次品率要求，尤其是随着纯电动乘用车市场的扩大。 年产量给永磁同步电机带来了巨大的挑战。
3. 轮毂电机的开发
① 技术状况
轮毂电机于1900年由保时捷首次搭载于纯电动汽车，经过100多年的发展，不仅美国和日本的许多主机厂加大了对轮毂电机的开发力度，电机企业（如英国公司、法国TM4公司等） .)企业(, Inc.)也开发了轮毂电机产品。 在国内，唯威科技与英国合资，亚太股份合资，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 国内外主要轮毂电机产品及参数
②优缺点分析
整体来看，永磁同步电机在轮毂电机中的应用较为广泛。 近年来，国内外整车及零部件企业在轮毂电机驱动纯电动和混合动力乘用车方面进行了多次尝试。 轮毂电机的优缺点对比如表4所示。
表4 轮毂电机优缺点分析
③ 绩效改进措施
轮毂电机性能面临的主要问题是簧下质量的提高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，以及后续的防震、防水、防尘等。 主要改进的技术手段和对策见表5。
表5 轮毂电机性能提升对策
④发展前景
不同行业主体对轮毂电机的态度不同，导致轮毂电机的发展前景不尽如人意。 新能源主机厂主要观望轮毂电机。 传统电机企业尚未对轮毂电机进行研发和规划，仅依靠一些合资电机企业推广轮毂电机，缺乏成熟量产车型的支持。 同时，轮毂电机成本高、系统复杂等问题尚未解决，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 不同行业主体对轮毂电机发展的看法
4、未来驱动电机发展趋势分析
通过以上分析并结合市场调研可以看出，未来几年纯电动乘用车市场，永磁同步电机仍将占据主流，交流异步电机的配套将逐年缩小. 随着轮毂电机技术的逐渐成熟和成本的下降，其在纯电动乘用车市场的配套量将有一定的增加； 而开关磁阻电机受限于体积和噪音问题，短期内将应用于乘用车市场。 不太可能使用汽车。
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》分析，驱动电机的发展路线图如表7所示。总的来说，驱动电机的主要趋势包括以下几个方面： 一体化——涵盖电力电子一体化控制器和机电耦合； 高效率——提高功率密度，降低成本； 智能化、数字化——与控制器协同工作，不断提升驱动系统的性能。
参考
[1] 杨猛，李毅． 浅谈电动汽车电机驱动控制系统的发展趋势[J]． 科技风，2016(4)
[2]曲荣海，秦川． 电动汽车及其驱动电机的发展现状与展望[J]. 中国南方电网技术，2016(3)
[3] 窦汝珍, 李雷, 宋建峰． 电动汽车驱动电机系统现状及发展趋势[J]. 逆变器世界，2007(2)
[4] 王志学，刘元，张云，等．电动汽车驱动电机及控制系统研究现状[J]． 山东科学，2010（6）
[5] 节能与新能源汽车技术路线图战略咨询委员会。 节能与新能源汽车技术路线图[M]． 北京：机械工业出版社，2016
编辑整理：厚实分析师易龙马
