新能源汽车驱动电机的发展现状及趋势分析
电机技术发展现状
表1主要电机性能及参数比较
从行业配套设施来看，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钕铁硼；一些欧美汽车使用交流感应电机，主要是由于稀土资源的缺乏。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，电机市场潜力巨大，吸引了许多企业和资本。国内外典型驱动电机企业永磁同步电机产品如表2所示。总体而言，中国的驱动电机取得了巨大的进展，独立开发了满足各种新能源汽车需求的产品，部分主要性能指标已达到国际先进水平，功率水平相同。但在峰值速度、功率密度和效率方面与国外仍存在一定差距。
表2国内外驱动电机企业永磁同步电机参数比较
在技术指标方面，国内电机与国外电机仍存在以下差距：
①峰值转速
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电机差距最明显的指标。中国大多数永磁同步电机的峰值转速低于1万rpm，而国外基本超过1万rpm。
②功率密度
虽然国内电机在功率方面基本上可以达到国际水平，但在同一功率条件下存在重量劣势，因此功率密度与国际水平之间存在较大差距。目前，国内永磁同步电机的功率密度主要为1～2kw/kg范围内，2020年
3.5kw/kg目标值差距较大。
在电机效率方面，国内电机最高效率达到94%～96%已达到西门子、Remy等企业的水平。但在高效区域，如系统效率大于80%的区域比例仍存在一定差距。我国电机高效区占70%～75%，而国外电机基本达到80%。
④冷却方式
电机的冷却模式已逐渐从自然冷却发展为水冷。目前，国内电机企业主要采用水冷，国外先进的电机企业已发展为油冷电机。国内一些电机企业也开发了油冷却电机，如改进，进一步提高了电机的冷却效率。
永磁同步电机发展瓶颈
目前，由于纯电动乘用车以永磁同步电机为主要技术路线，如何进一步提高其性能已成为行业的关键问题。目前，永磁同步电机面临以下技术困难：
①功率密度
提高功率有两种方法，一种是增加扭矩，另一种是增加速度。前者的主要问题是过载电流增加，导致热量高，散热压力大；后者是高速铁磁损失大，需要使用高性能低饱和硅钢，以提高成本；或使用复杂的转子结构，但影响功率密度。
②材料方面
永磁材料也是制约永磁同步电机性能提高的重要因素。目前，常用的永磁材料钕铁硼主要存在温度稳定性差、不可逆损失高、温度系数高、高温下磁性能损失严重等缺点，影响电机性能。
③生产工艺
永磁同步电机在生产过程中的困难是限制大型配套乘用车的重要因素。由于永磁同步电机制造商缺乏工业化积累，国内企业生产不良率高，不能满足乘用车企业的不良率要求，特别是随着纯电动乘用车市场规模的扩大，年产量10万给永磁同步电机带来了巨大的挑战。
轮毂电机的发展
①技术现状
轮毂电机最早于1900年由保时捷运送到纯电动汽车。经过100多年的发展，不仅美国和日本的许多主机制造商增加了轮毂电机的发展，而且电机公司（如英国Protean公司、法国TM4公司等）和轮胎企业（米其林公司和普利司通公司）也开发了轮毂电机产品。在国内，万安科技与英国Protean合资，亚太股份与斯洛文尼亚轮毂电机公司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
总的来说，永磁同步电机广泛应用于轮毂电机。近年来，国内外汽车及零部件企业尝试了许多轮毂电机驱动纯电动和混合动力乘用车。通过比较，轮毂电机的优缺点如表4所示。
分析表4轮毂电机的优缺点
③性能改进对策
轮毂电机性能的主要问题是弹簧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问题和制动能量回收问题，以及随后的抗震、防水和防尘问题。主要改进的技术手段和对策如表5所示。
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，导致轮毂电机发展前景不理想。新能源主机厂主要关注轮毂电机。传统电机企业尚未开发和规划轮毂电机，仅依靠部分合资电机企业推广轮毂电机，缺乏成熟批量生产车辆的支持。同时，轮毂电机的高成本和系统复杂性尚未得到解决，显著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
未来驱动电机发展趋势分析分析
通过以上分析和市场调研，可以看出，永磁同步电机在未来几年仍将占据纯电动乘用车市场的主流，交流异步电机的配套设施将逐年萎缩。随着轮毂电机技术的逐步成熟和成本的下降，纯电动乘用车市场的配套数量将有一定的增长；开关磁阻电机受体积和噪声问题的限制，不太可能在短时间内应用于乘用车。
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》的分析，驱动电机的发展路线图如表7所示。总体而言，驱动电机的主要趋势包括以下几个方面：集成——涵盖电力电子控制器集成和机电耦合集成；高效——提高功率密度，降低成本；智能和数字——与控制器合作，不断提高驱动系统的性能。
