新能源汽車驅動電機發展現狀及趨勢分析

根據中汽協發布的產銷數據，2017年，中國新能源汽車產銷分別為79.4萬輛和77.7萬輛，同比增長分別為53.8%和53.3%，連續三年位居世界第一。新能源汽車的快速發展為驅動電機帶來了巨大的發展機遇，電機技術的發展成為業界關注的焦點。1.電機技術發展現狀目前，驅動電機主要分為直流電機、交流電機和輪轂電機。其中，直流電機和交流電機可以進一步劃分。目前，業界對交流異步電動機、永磁同步電動機和開關磁阻電動機的關注度較高。通過對幾種常見電機的比較分析（見表1），永磁同步電機具有效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度高、成本低的優點，已成為純電動乘用車市場的主要驅動電機。

表1主要電機性能和參數對比從行業匹配的角度來看，交流感應電機和永磁同步電機主要用于新能源乘用車。其中，永磁同步電機應用廣泛，因為其速度范圍和效率相對較高，但需要使用昂貴的系統永磁材料NdFeB；

一些歐美汽車使用交流感應電機，主要是因為缺乏稀土資源。同時，為了降低電機成本，其缺點主要是速度范圍小、效率低，需要性能更高的調速器來匹配性能。隨著新能源汽車市場的快速發展，驅動電機市場的空間潛力巨大，吸引了眾多企業和資本。國內外典型驅動電機企業永磁同步電機產品情況如表2所示。總體來看，我國驅動電機取得了長足進步，自主研發了滿足各種新能源汽車需求的產品，部分主要性能指標達到了同等功率水平的國際先進水平。然而，中國在峰值速度、功率密度和效率方面與國外仍有一定差距。

表2國內外驅動電機企業永磁同步電機參數對比在技術指標方面，國內電機與國外電機仍有以下差距：①峰值轉速是驅動電機的重要指標，也是國內驅動電機與國外發動機差距最明顯的指標。國內大多數永磁同步電機的峰值轉速在10000轉/分以下，國外基本在10000轉以上。②功率密度雖然國產電機在功率方面基本可以達到國際水平，但在同等功率條件下存在重量劣勢，因此功率密度與國際水平差距較大。目前，我國永磁同步電機的功率密度大多在1~2千瓦/公斤之間，與2020年3.5千瓦/公斤的目標值相去甚遠。③效率在電機效率方面，國內電機的最高效率達到了94%~96%，達到了西門子、雷米等企業的水平。然而，高效區域的面積仍有一定差距，例如系統效率大于80%的區域比例。在中國，電機高效區的面積集中在70%~75%，而國外電機的高效區基本達到80%。（4） 冷卻方式電動機的冷卻方式已從自然冷卻逐漸發展到水冷。目前，國內電機企業主要采用水冷，國外先進電機企業已發展為油冷電機。國內一些電機企業還開發了精密等油冷電機，進一步提高了電機的冷卻效率。2.永磁同步電機的發展瓶頸目前，由于純電動乘用車以永磁同步電動機為主要技術路線，如何進一步提高其性能成為行業的關鍵問題。目前，永磁同步電機面臨以下技術難題：①提高功率密度和功率有兩種方法，一種是增加轉矩，另一種是提高轉速。前者的主要問題是過載電流增加，導致發熱量高，散熱壓力大；后者是高速下的高鐵磁損耗，這需要高性能和低飽和度的硅鋼片，從而增加了成本；

或者采用了復雜的轉子結構，但功率密度受到影響。②在材料方面，永磁材料也是制約永磁同步電機性能提升的重要因素。目前，NdFeB作為一種常用的永磁材料，存在著溫度穩定性差、不可逆損耗、溫度系數高、高溫下磁財產損失嚴重等缺點，影響了電機的性能。（3） 生產技術永磁同步電動機的生產技術難度是制約大型配套客車的重要因素。由于永磁同步電機生產企業缺乏工業化積累，國內企業生產缺陷率高，無法滿足乘用車企業的要求，特別是隨著純電動乘用車市場規模的擴大，年產10萬級永磁同步電動機帶來了巨大挑戰。3.輪轂電機的發展①輪轂電機的技術現狀1900年，保時捷首次將輪轂電機應用于純電動汽車。經過100多年的發展，不僅美國和日本的許多主機廠增加了對輪轂電機的開發，而且電機公司（如英國的Protean公司和法國的TM4公司）和輪胎公司（米其林公司和普利司通公司）也開發了輪轂電機。在國內，Wanan Technology和英國Protean是合資公司，亞太股份和斯洛文尼亞輪轂電機公司是合資公司開發輪轂電機產品。國內外主要輪轂電機產品及其參數如表3所示。

表3國內外主要輪內電機產品及參數②優缺點分析總體而言，永磁同步電機在輪內電機中應用廣泛。近年來，國內外汽車及零部件企業多次嘗試使用輪轂電機驅動純電動和混合動力乘用車。通過比較，輪轂電機的優點和缺點如表4所示。

表4輪轂電機優缺點分析③性能提升對策輪轂電機在性能上面臨的主要問題是簧下重量的提升對舒適性和操控性的影響；與輪轂集成后的散熱和制動能量回收問題，以及后續的減震、防水和防塵問題。升級的主要技術手段和對策如表5所示。

表5提高輪轂電機性能的對策④發展前景由于不同行業主體對輪轂電機的態度不同，輪轂電機的發展前景并不理想。新能源主機廠對輪轂電機持觀望態度。傳統汽車企業尚未開發和規劃輪轂電機，只有一些合資汽車企業推廣了輪轂電機，因此缺乏成熟生產汽車的支持。同時，輪轂電機的高成本和系統復雜性尚未得到解決，這嚴重制約了輪轂電機在新能源乘用車領域的發展。詳見表6。

表6不同行業對輪轂電機發展的看法4。未來驅動電機發展趨勢分析通過上述分析和市場調研可以看出，在未來幾年的純電動乘用車市場，永磁同步電機仍將占據主流，交流異步電機的匹配度將逐年縮小。隨著輪轂電機技術的逐漸成熟和成本的降低，其在純電動乘用車市場的配套數量將有所增加；

然而，開關磁阻電機受到體積和噪音的限制，因此不太可能在短時間內用于乘用車。

表7驅動電機技術路線圖根據《節能與新能源汽車技術路線圖》，驅動電機的發展路線圖如表7所示。一般來說，驅動電機的主要趨勢包括以下幾個方面：集成，包括電力電子控制器和機電耦合的集成；高效率提高了功率密度，降低了成本；智能化和數字化與控制器協同工作，不斷提高驅動系統的性能。根據中汽協發布的產銷數據，2017年，中國新能源汽車產銷分別為79.4萬輛和77.7萬輛，同比增長分別為53.8%和53.3%，連續三年位居世界第一。新能源汽車的快速發展為驅動電機帶來了巨大的發展機遇，電機技術的發展成為業界關注的焦點。1.電機技術發展現狀目前，驅動電機主要分為直流電機、交流電機和輪轂電機。其中，直流電機和交流電機可以進一步劃分。目前，業界對交流異步電動機、永磁同步電動機和開關磁阻電動機的關注度較高。通過對幾種常見電機的比較分析（見表1），永磁同步電機具有效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度高、成本低的優點，已成為純電動乘用車市場的主要驅動電機。

表1主要電機性能和參數對比從行業匹配的角度來看，交流感應電機和永磁同步電機主要用于新能源乘用車。其中，永磁同步電機應用廣泛，因為其速度范圍和效率相對較高，但需要使用昂貴的系統永磁材料NdFeB；

一些歐美汽車使用交流感應電機，主要是因為缺乏稀土資源。同時，為了降低電機成本，其缺點主要是速度范圍小、效率低，需要性能更高的調速器來匹配性能。隨著新能源汽車市場的快速發展，驅動電機市場的空間潛力巨大，吸引了眾多企業和資本。國內外典型驅動電機企業永磁同步電機產品情況如表2所示。總體來看，我國驅動電機取得了長足進步，自主研發了滿足各種新能源汽車需求的產品，部分主要性能指標達到了同等功率水平的國際先進水平。然而，中國在峰值速度、功率密度和效率方面與國外仍有一定差距。

表2國內外驅動電機企業永磁同步電機參數對比在技術指標方面，國內電機與國外電機仍有以下差距：①峰值轉速是驅動電機的重要指標，也是國內驅動電機與國外發動機差距最明顯的指標。國內大多數永磁同步電機的峰值轉速在10000轉/分以下，國外基本在10000轉以上。②功率密度雖然國產電機在功率方面基本可以達到國際水平，但在同等功率條件下存在重量劣勢，因此功率密度與國際水平差距較大。目前，我國永磁同步電機的功率密度大多在1~2千瓦/公斤之間，與2020年3.5千瓦/公斤的目標值相去甚遠。③效率在電機效率方面，國內電機的最高效率達到了94%~96%，達到了西門子、雷米等企業的水平。然而，高效區域的面積仍有一定差距，例如系統效率大于80%的區域比例。在中國，電機高效區的面積集中在70%~75%，而國外電機的高效區基本達到80%。（4） 冷卻方式電動機的冷卻方式已從自然冷卻逐漸發展到水冷。目前，國內電機企業主要采用水冷，國外先進電機企業已發展為油冷電機。國內一些電機企業還開發了精密等油冷電機，進一步提高了電機的冷卻效率。2.永磁同步電機的發展瓶頸目前，由于純電動乘用車以永磁同步電動機為主要技術路線，如何進一步提高其性能成為行業的關鍵問題。目前，永磁同步電機面臨以下技術難題：①提高功率密度和功率有兩種方法，一種是增加轉矩，另一種是提高轉速。前者的主要問題是過載電流增加，導致發熱量高，散熱壓力大；后者是高速下的高鐵磁損耗，這需要高性能和低飽和度的硅鋼片，從而增加了成本；

或者采用了復雜的轉子結構，但功率密度受到影響。②在材料方面，永磁材料也是制約永磁同步電機性能提升的重要因素。目前，NdFeB作為一種常用的永磁材料，存在著溫度穩定性差、不可逆損耗、溫度系數高、高溫下磁財產損失嚴重等缺點，影響了電機的性能。（3） 生產技術永磁同步電動機的生產技術難度是制約大型配套客車的重要因素。由于永磁同步電機生產企業缺乏工業化積累，國內企業生產缺陷率高，無法滿足乘用車企業的要求，特別是隨著純電動乘用車市場規模的擴大，年產10萬級永磁同步電動機帶來了巨大挑戰。3.輪轂電機的發展①輪轂電機的技術現狀1900年，保時捷首次將輪轂電機應用于純電動汽車。經過100多年的發展，不僅美國和日本的許多主機廠增加了對輪轂電機的開發，而且電機公司（如英國的Protean公司和法國的TM4公司）和輪胎公司（米其林公司和普利司通公司）也開發了輪轂電機。在國內，Wanan Technology和英國Protean是合資公司，亞太股份和斯洛文尼亞輪轂電機公司是合資公司開發輪轂電機產品。國內外主要輪轂電機產品及其參數如表3所示。

表3國內外主要輪內電機產品及參數②優缺點分析總體而言，永磁同步電機在輪內電機中應用廣泛。近年來，國內外汽車及零部件企業多次嘗試使用輪轂電機驅動純電動和混合動力乘用車。通過比較，輪轂電機的優點和缺點如表4所示。

表4輪轂電機優缺點分析③性能提升對策輪轂電機在性能上面臨的主要問題是簧下重量的提升對舒適性和操控性的影響；與輪轂集成后的散熱和制動能量回收問題，以及后續的減震、防水和防塵問題。升級的主要技術手段和對策如表5所示。

表5提高輪轂電機性能的對策④發展前景由于不同行業主體對輪轂電機的態度不同，輪轂電機的發展前景并不理想。新能源主機廠對輪轂電機持觀望態度。傳統汽車企業尚未開發和規劃輪轂電機，只有一些合資汽車企業推廣了輪轂電機，因此缺乏成熟生產汽車的支持。同時，輪轂電機的高成本和系統復雜性尚未得到解決，這嚴重制約了輪轂電機在新能源乘用車領域的發展。詳見表6。

表6不同行業對輪轂電機發展的看法4。未來驅動電機發展趨勢分析通過上述分析和市場調研可以看出，在未來幾年的純電動乘用車市場，永磁同步電機仍將占據主流，交流異步電機的匹配度將逐年縮小。隨著輪轂電機技術的逐漸成熟和成本的降低，其在純電動乘用車市場的配套數量將有所增加；

然而，開關磁阻電機受到體積和噪音的限制，因此不太可能在短時間內用于乘用車。

表7驅動電機技術路線圖根據《節能與新能源汽車技術路線圖》，驅動電機的發展路線圖如表7所示。一般來說，驅動電機的主要趨勢包括以下幾個方面：集成，包括電力電子控制器和機電耦合的集成；高效率提高了功率密度，降低了成本；智能化和數字化與控制器協同工作，不斷提高驅動系統的性能。

標簽：保時捷

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