新能源汽车驱动电机发展现状及趋势

戴兴武

摘要：科学技术进步的推动下，我国汽车制造行业开展了新能源汽车的研发与推广，现如今，人们意识到新能源汽车对环保工作的助力，对其认可程度也越来越高。驱动电机是新能源汽车制造中必不可少的部件，但由于部件制作商家技术水平及发展侧重不同，驱动电机的应用效果也存在较大差异。考虑到驱动电机对新能源汽车的应用与发展有直接影响，各企业还需加强对驱动电机发展情况的分析力度，促进新能源汽车的发展。基于此，本文对新能源汽车驱动电机的发展现状及趋势进行分析，以期为相关企业提供参考。

关键词：新能源汽车;驱动电机;发展现状;发展趋势

引言：

受环保理念的影响，我国加大了对新能源汽车相关企业的扶持力度，也正因如此，新能源汽车在我国获得了良好的发展前景。相较于传统汽车，新能源汽车动力原料更为环保，污染排放量也有了明显降低，不仅能减少对我国不可再生能源的消耗，也有利于可持续发展战略的实施。作为新能源汽车的主要部件之一，驱动电机的应用与发展与新能源汽车的推广应用效果有着紧密联系，新能源汽车制造业应提高对驱动电机市场的监测力度，以便推测其发展方向，促进企业的长远发展。

一、新能源汽车驱动电机发展现状

我国新能源汽车应用的驱动电机主要分为五种形式，分别是直流电机、交流电机、永磁同步电机、轮毂电机与开关磁阻电机，但多数情况下，只根据电流划分为直流与交流两个种类。结合现阶段新能源汽车发展情况来看，交流电异步、永磁同步电机、开关磁阻电机应用频率较高，而纯电动汽车制造普遍会选用永磁同步电机，这类电机体积小、重量轻，还具有高效率的应用优势，能有效提高纯电动汽车的应用效率。我国市场中，交流感应机与永磁同步电机流通较为普遍，但结合使用情况来看，永磁同步电机更受新能源汽车制造商家的欢迎。这两种电机都使用了系统永磁材料，在提高驱动电机效率的同时，也增加了制造成本。驱动电机效率主要由其工作中的峰值转速来决定，国内外评判驱动电机的应用效果都需以这一点为依据，另一方面则是电机运行中的功率密度。我国新能源汽车制造中所用到电机虽然略高于国际平均水平，但就同功率电机对比而言，我国所应用的电机重量要高于发达国家。我国使用的电机效率最高能达到96%，在国际上也处于优秀水平，但我国驱动电机在高效区的占比，与国外还存在较大差异[1]。

二、新能源汽车驱动电机发展趋势分析

（一）直流电机发展趋势分析

直流驱动电机是我国以往新能源汽车研发中的常用电机类型，这类电机结构相对简单，能有效降低电磁转矩控制难度，是新能源汽车研究开展以来国内外重点研发的项目。就我国现阶段新能源应用情况来看，电动车与新能源汽车多使用直流驱动电机作为动力。但就应用现状分析，直流电机应用过程存在安全隐患，这是由于直流电动机机械换向结构应用过程中容易出现电火花，常态下风险发生概率较低，一旦将其置于扬尘区域或加油站等易燃易爆区域中使用，就容易引发爆炸，不仅造成环境破坏与经济损失，甚至还会带来严重的人员伤亡。另一方面，电火花产生往往伴随着电磁干扰，考虑到新能源汽车的电子化程度较高，受电磁干扰的影响较大，会对其发展与应用造成严重的负面影响。基于电动机自身考虑，直流电动机体积、重量都比较大，不仅不利于提高新能源汽车的空间利用率，还会为其行驶带来额外的重力负担，除此之外，直流电动机的成本造价也处于较高范围，大量生产直流驱动型新能源汽车会给相关制造企业带来较大的资金压力，部分中小型企业无法承受这一压力，甚至会出现生产停滞现象。也正因如此，国内外新能源汽车生产企业引进新型驱动技术，使其逐渐替代直流驱动系统在新能源汽车中的驱动作用，为新能源汽车的发展注入新的活力。

（二）交流异步电机发展趋势分析

感应电机又被称为三相交流异步电机，是现阶段新能源汽车驱动系统中应用范围较为广泛的一种驱动电机。对现已开发出的新能源汽车驱动类型调查分析发现，外国品牌特斯拉Model S与国内品牌蔚来ES8都应用了这类电机。交流异步电机的结构组成类似于永磁同步电机，主要由端盖、壳体、定子、转子几部分组成，但与永磁同步电机不同的是，交流异步电机的转子应用了鼠笼式转子与绕线式转子，为驱动电机的使用提供便利。受到三相定子绕组的作用，交流电在通入异步电机后会生成旋转磁场，电机转子在磁场中被切割，促使转子绕组产生感应电动势。在闭合通路的影响下，电机转子部分会形成电流，其电流的方向主要取决于电动势。在交流异步电机应用过程中，转子导体受定子磁场影响会产生电磁力，电磁转矩受该力作用，为驱动电机提供动力，从而新能源汽车能够正常行驶。由此可见，相关企业对异步电机技术的掌握程度较高，能有效控制其为驱动系统提供正面助力，同时还具有结构难度小，成本消耗低的应用优势。但在实际应用中，交流异步电机也面临着励磁损失大的问题，受此影响，异步电机会产生较大的能源消耗，却无法将能源充分运用到驱动系统的运行中，尤其是在新能源汽车低速行驶或载重较轻的情况下，这一缺陷更加明显。现今社会，人们对能源节约与环境保护的重视程度越来越高，国家也对发出了节能环保的倡议，新能源制造企业还应立足于此，探索新型驱动电机技术，提高新能源汽车的环保性能。

（三）永磁同步电机趋势分析

以往新能源汽车制造过程中，永磁同步电机获得了广泛的应用，但隨着时代的发展，永磁同步电机的应用效果与生产要求出现的匹配性不足的问题。首先体现在功率密度方面。受到转速与扭矩的影响，永磁同步电机的功率无法适应现阶段新能源汽车的制造要求。新时代背景下，越来越多新型驱动电机系统被引进新能源汽车制造业，它们的电机功率远高于永磁同步电机[2]。要想进一步提高永磁同步电机的应用效果，企业相关设计人员还需从转速与扭矩角度出发，适当做出调整与改进，降低永磁同步电机的过载电流、提高驱动电机冷却系统的应用效果，彻底解决电机散热难题。需明确的一点，电机转速提升会加大铁磁磨损程度，相关企业可采用高性能硅钢片代替原有铁磁元件，但硅钢片的成本造价要远超于铁磁，转子结构功率密度又有所欠缺，这些缺陷使永磁同步电机的应用受到阻碍。其次是材料方面，传统永磁同步电机所使用的的永磁材料容易受到温度的影响，如遇高温情况，材料对磁性的损耗会迅速增加，以至于电机整体性能明显降低，是影响永磁驱动电机应用与发展的又一重要因素。最后是生产工艺方面，相较于交流异步电机，永磁驱动电机的生产工艺更为复杂，但就我国现阶段技术水平分析，尚无法支持永磁驱动电机的大规模配套生产，而批量生产也难以避免质量参差不齐的情况，随着人们对新能源汽车需求量的增加，永磁同步电机的年产量已不能支撑新能源汽车制造应用。

（四）轮毂电机发展趋势分析

轮毂电机是一种较为特殊的驱动电机，它将传统驱动结构进行简化，去除了大部分机械传动装置，降低了驱动电机运行过程中的能量流失，有效提高电机运转效率，实现低损高效的目标。另一方面，轮毂电机的结构简化也缩小了驱动系统的整体面积，为新能源汽车内部留出更多的设计空间，增加了空间利用的效率。早在二十世纪九十年代，保时捷汽车就在自身企业制造的纯电动汽车中应用了轮毂驱动电机，并获得了良好反响。受此启发，美国、法国、日本等发达国家也先后开展了轮毂电机产品的研究。以英国Protean公司为例，其研究出的PD18轮毂电机在英国社会乃至世界都取得了广泛应用，PD18电机的额定扭矩高达650N„m，额定功率约为54kW，是现存轮毂电机中应用效果较为优良的款式。随着新时代的到来，新能源汽车的研发越来越受到国家与人民的重视，相关企业也开始重新开展轮毂电机的研发与应用，但考虑到直接驱动车轮在运行时会生成大量热量，而驱动电机冷却系统无法将其迅速疏散，以至于出现电机故障问题。还有的企业对驱动电机制造现场的管控力度不足，以至于加工过程出现失误，最终导致驱动电机防水性不达标，或防尘。防震能力差的问题，严重制约其在新能源汽车中的应用。除此之外，制造成本过高也是轮毂电机面临的发展困境之一，多方因素影响下，轮毂电机的实际应用范围还较为狭窄。考虑到轮毂驱动电机在新能源汽车制造中的明显优势，我国对轮毂驱动电机展开了深入研究，以求解决其发展中的问题，充分发挥轮毂电机在驱动电机系统中的正面效果。

（五）开关磁阻电机发展趋势分析

开关磁阻电机是新时期背景下提出的一种新型驱动电机形式，考虑到新能源汽车行驶收到电池蓄电量的限制，设计人员需要在不损害电机驱动系统工作效率的前提下，缩小化电机体积，减轻电机重量，从而协调开关磁阻电机的高效性与节能性。开关磁阻电机通过检测电机转子外径、铁心叠长与磁负荷等数值，并按照Dr2Lstk的方程带入求解，其中，Dr是指开关磁阻电机的转子外径，Lstk指铁心叠长;在该驱动电机中，B所代表的磁负荷一般处于0.36～0.62T之间;A所代表的电负荷则处于15000～30000A/m之间k则是指开关磁阻电机运行时的电流系数[3]。尽管开关磁阻电机在性能方面拥有良好的应用效果，但其运行过程中制造的噪声问题一直难以解决，近年来，设计人员不断对开关磁阻电机的结构及制作工艺进行改进，使该驱动电机的运行噪音问题得到了改善，但其控制力度依旧无法达到相关规定的要求。结合这一点，各新能源汽车制造行业在汽车驱动系统中加入了EMI滤波器，有效减小了该电机运行的噪音。在滤波器作用下，电机将对传导电磁干扰噪声等效为噪声阻抗串联与噪声源，并借助LISN形式的帮助，将其传输到测试电阻中，从而达到降低噪声的目的。考虑到滤波器在这样过程中的重要性，工作人员还需对其应用方式及效果进行合理设计，确保其性能得以充分发挥。

下表1是不同电机应用实例分析表，可作为新能汽车驱动电机发展分析参考：

结束语：

结合全文可知，直流电驱动电机已逐渐被时代所淘汰，未来一段时间内交流电机扔将是新能源汽车驱动电机系统的首选，但随着电力电子技术的不断发展，永磁同步電机与轮毂电机的应用缺陷也能得到改善与消除，这将为我国新能源汽车制造业提供更多的驱动电机选项，设计人员可根据实际制造需求进行考虑，选取与新能源汽车功能效果最为匹配的驱动电机加以应用，为我国新能源汽车市场提供助力，也在一定程度上减小环境保护工作的压力。

参考文献：

[1]王旭.新能源电动汽车关键技术发展现状与趋势[J].汽车实用技术，2021，46（07）：13-15.

[2]徐青，张坤，张立萍.新能源汽车驱动电机的发展概况及趋势分析[J].现代工业经济和信息化，2020，10（09）：9-10.

[3]庄勋.新能源汽车驱动电机发展现状及趋势研究[J].时代汽车，2020（01）：47-48.