根據(jù)中汽協(xié)發(fā)布的產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，2017 年我國新能源汽車產(chǎn)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%，產(chǎn)銷量連續(xù)三年位居全球第一。新能源汽車的快速發(fā)展給驅(qū)動電機(jī)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇，電機(jī)技術(shù)的發(fā)展成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

1. 電機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前驅(qū)動電機(jī)主要分為直流電機(jī)、交流電機(jī)及輪轂電機(jī)等；其中，直流和交流電機(jī)又可進(jìn)一步劃分。目前行業(yè)對交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)關(guān)注度較高。通過對常見的幾種電機(jī)進(jìn)行比較分析可知（見表 1），永磁同步電機(jī)具有效率高、轉(zhuǎn)速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為純電動乘用車市場的主要驅(qū)動電機(jī)。

▲ 表1  主要電機(jī)性能及參數(shù)比較

從行業(yè)配套來看，新能源乘用車主要使用的是交流感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)。其中，永磁同步電機(jī)使用較多，因其轉(zhuǎn)速區(qū)間和效率都相對較高，但是需要使用昂貴的系統(tǒng)永磁材料釹鐵硼；部分歐美車系采用交流感應(yīng)電機(jī)，主要因?yàn)橄⊥临Y源匱乏，同時(shí)出于降低電機(jī)成本考慮，其劣勢主要是轉(zhuǎn)速區(qū)間小，效率低，需要性能更高的調(diào)速器以匹配性能。

隨著新能源汽車市場的迅猛發(fā)展，驅(qū)動電機(jī)市場空間潛力巨大，吸引了眾多企業(yè)和資本的進(jìn)入。國內(nèi)外典型驅(qū)動電機(jī)企業(yè)的永磁同步電機(jī)產(chǎn)品情況如表 2 所示。整體來看，我國驅(qū)動電機(jī)取得較大進(jìn)展，已經(jīng)自主開發(fā)出滿足各類新能源汽車需求的產(chǎn)品，部分主要性能指標(biāo)已達(dá)到相同功率等級的國際先進(jìn)水平。但是在峰值轉(zhuǎn)速、功率密度及效率方面與國外仍存在一定的差距

▲ 表2  國內(nèi)外驅(qū)動電機(jī)企業(yè)的永磁同步電機(jī)參數(shù)比較

在技術(shù)指標(biāo)方面，國內(nèi)電機(jī)與國外電機(jī)相比尚存在以下幾方面的差距：

① 峰值轉(zhuǎn)速

峰值轉(zhuǎn)速是驅(qū)動電機(jī)的重要指標(biāo)，也是目前國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)較之國外電機(jī)差距最為明顯的指標(biāo)。國內(nèi)絕大部分永磁同步電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速在 10000 rpm 以下，而國外基本在10000 rpm 以上。

② 功率密度

雖然國內(nèi)電機(jī)在功率方面基本能夠達(dá)到國際水平，但是在同功率條件下存在重量劣勢，因此功率密度較之國際水平存在較大差距。目前，國內(nèi)的永磁同步電機(jī)功率密度多處于 1～2 kw/kg 區(qū)間內(nèi)，與 2020 年 3.5 kw/kg 的目標(biāo)值存在較大差距。

③ 效率

在電機(jī)效率方面，國內(nèi)電機(jī)的最高效率均達(dá)到 94%～96%，已達(dá)到西門子、Remy 等企業(yè)的水平。但是在高效區(qū)面積方面，如系統(tǒng)效率大于 80% 的區(qū)域占比方面尚存在一定差距。我國電機(jī)的高效區(qū)面積占比集中在 70%～75%，而國外電機(jī)基本達(dá)到 80%。

④ 冷卻方式

電機(jī)的冷卻方式已經(jīng)從自然冷卻逐步發(fā)展為水冷，目前國內(nèi)電機(jī)企業(yè)采用水冷為主，國外先進(jìn)的電機(jī)企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到油冷電機(jī)。國內(nèi)部分電機(jī)企業(yè)也研發(fā)出油冷電機(jī)，如精進(jìn)等，使電機(jī)的冷卻效率得到進(jìn)一步提升。

2. 永磁同步電機(jī)的發(fā)展瓶頸

當(dāng)前因純電動乘用車以永磁同步電機(jī)為主要技術(shù)路線，故如何進(jìn)一步提升其性能成為行業(yè)重點(diǎn)問題。目前，永磁同步電機(jī)面臨以下幾方面的技術(shù)難點(diǎn)：

① 功率密度

功率的提升有兩種途徑，一種是提高扭矩，另一種是提高轉(zhuǎn)速。前者主要問題是過載電流加大，造成發(fā)熱量高，給散熱造成較大壓力；后者是高速時(shí)鐵磁損耗大，需采用高性能低飽和硅鋼片，從而使成本提高；或采用復(fù)雜的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，但影響功率密度。

② 材料方面

永磁材料也是制約永磁同步電機(jī)性能提升的重要因素，目前常用的永磁材料釹鐵硼主要存在溫度穩(wěn)定性差、不可逆損失和溫度系數(shù)較高以及高溫下磁性能損失嚴(yán)重等缺點(diǎn)，從而影響電機(jī)性能。

③ 生產(chǎn)工藝

永磁同步電機(jī)在生產(chǎn)工藝方面的難點(diǎn)是制約大規(guī)模配套乘用車的重要因素。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)生產(chǎn)企業(yè)缺乏產(chǎn)業(yè)化的積累，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)不良率較高，無法達(dá)到乘用車企業(yè)的不良率要求，尤其是隨著純電動乘用車市場規(guī)模的擴(kuò)大，十萬級的年產(chǎn)量給永磁同步電機(jī)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

3. 輪轂電機(jī)的發(fā)展

① 技術(shù)現(xiàn)狀

輪轂電機(jī)最早于 1900 年由保時(shí)捷搭載到純電動汽車上，經(jīng)過 100 多年的發(fā)展，不僅眾多美系、日系主機(jī)廠增加對輪轂電機(jī)的開發(fā)，電機(jī)公司（如英國 Protean 公司、法國 TM4 公司等）和輪胎企業(yè)（米其林公司、普利司通公司）也開發(fā)出輪轂電機(jī)產(chǎn)品。國內(nèi)方面，萬安科技與英國 Protean 合資、亞太股份與斯洛文尼亞輪轂電機(jī)公司合資開發(fā)輪轂電機(jī)產(chǎn)品。國內(nèi)外主要輪轂電機(jī)產(chǎn)品及其參數(shù)如表 3 所示。

▲ 表3  國內(nèi)外主要輪轂電機(jī)產(chǎn)品及參數(shù)

② 優(yōu)缺點(diǎn)分析

從整體來看，永磁同步電機(jī)在輪轂電機(jī)上應(yīng)用較為廣泛。近年來，國內(nèi)外的整車及零部件企業(yè)進(jìn)行了很多輪轂電機(jī)驅(qū)動純電動和混合動力乘用車的嘗試，經(jīng)比較可知輪轂電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)如表 4 所示。

▲ 表4  輪轂電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)分析

③ 性能提升對策

輪轂電機(jī)在性能上面臨的主要問題是簧下質(zhì)量的提升對舒適性和操控性的影響；與輪轂集成后的散熱問題和制動能量回收問題，以及隨之而來的防震、防水和防塵等。主要提升的技術(shù)手段及對策如表 5 所示。

▲ 表5  輪轂電機(jī)性能提升對策

④ 發(fā)展前景

不同的行業(yè)主體對輪轂電機(jī)的態(tài)度不同造成輪轂電機(jī)的發(fā)展前景并不理想。新能源主機(jī)廠對輪轂電機(jī)以觀望為主，傳統(tǒng)的電機(jī)企業(yè)尚未對輪轂電機(jī)進(jìn)行開發(fā)和規(guī)劃，僅靠部分合資的電機(jī)企業(yè)對輪轂電機(jī)的推進(jìn)，從而缺乏成熟量產(chǎn)車的支撐，同時(shí)輪轂電機(jī)的高成本和系統(tǒng)復(fù)雜度尚未解決，顯著制約著輪轂電機(jī)在新能源乘用車領(lǐng)域的發(fā)展，詳見表 6。

▲ 表6  不同行業(yè)主體對輪轂電機(jī)發(fā)展的觀點(diǎn)

4. 未來驅(qū)動電機(jī)發(fā)展趨勢分析

通過以上分析并結(jié)合市場調(diào)研可以看出，在未來幾年的純電動乘用車市場上，永磁同步電機(jī)仍將占據(jù)主流，交流異步電機(jī)的配套將逐年萎縮。隨著輪轂電機(jī)技術(shù)的逐步成熟和成本的下探，其在純電動乘用車市場的配套量會有一定的增長；而開關(guān)磁阻電機(jī)受限于體積和噪聲問題，短時(shí)間內(nèi)應(yīng)用到乘用車的可能性較小。

▲ 表7  驅(qū)動電機(jī)技術(shù)路線圖

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》分析，驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展路線圖如表 7 所示。總體上看，驅(qū)動電機(jī)的主要趨勢包含以下幾個(gè)方面：集成化——涵蓋電力電子控制器的集成和機(jī)電耦合的集成；高效化——提高功率密度并降低成本；智能化和數(shù)字化——與控制器配合不斷提升驅(qū)動系統(tǒng)的性能。