? 新能源汽車迎來快速增長(zhǎng)期，帶動(dòng)電機(jī)需求快速提升。2021年全球新能源汽車總銷量675萬輛，同比增長(zhǎng)108%，其中我國(guó)總銷量為352.1萬輛，同比增長(zhǎng)157.5%，為全球最大市場(chǎng)。作為三電之一的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同樣進(jìn)入高速增長(zhǎng)期。經(jīng)過測(cè)算，到2025年，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場(chǎng)空間將達(dá)到361.38億元，五年CAGR為54.6%。

? 電機(jī)技術(shù)不斷革新，帶來行業(yè)發(fā)展機(jī)遇。國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車電機(jī)主要朝以下幾個(gè)方面發(fā)展：高功率密度、電機(jī)冷卻方式發(fā)展多樣化、低成本化、高集成化、良好的振動(dòng)噪聲特性和高效率。這些新的電機(jī)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)單電機(jī)功率提升的同時(shí)也會(huì)提升單電機(jī)價(jià)值量。

? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)有望迎來量?jī)r(jià)齊升。為實(shí)現(xiàn)功率提升，電機(jī)扁線化已經(jīng)是大勢(shì)所趨，2021年國(guó)內(nèi)銷量排名前20的車型中，有一半車型已經(jīng)開始裝配或選裝扁線電機(jī)。同時(shí)，雙電機(jī)車型滲透率也在進(jìn)一步提升，預(yù)計(jì)到2025年雙電機(jī)滲透率將達(dá)到25%。隨著扁線電機(jī)滲透率的提升和雙電機(jī)車型比例的提升，2022年驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)將迎來量?jī)r(jià)齊升。

? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)規(guī)模效應(yīng)逐步釋放。驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)屬于資本密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)依賴于自動(dòng)化線，固定投資大，每10萬套產(chǎn)能對(duì)應(yīng)投資約6900萬元；且每款電機(jī)的開發(fā)費(fèi)用不低，開發(fā)費(fèi)約占總成本比重10%。未來隨著規(guī)模效應(yīng)的顯現(xiàn)，盈利將會(huì)大幅改善。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的核心零部件，其性能直接決定了整車的動(dòng)力性能，故根據(jù)《新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)》，相比于傳統(tǒng)的工業(yè)電機(jī)，

驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)性能的要求有以下特點(diǎn)：

1）高功率密度，高比功率：驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要作為動(dòng)力能源要驅(qū)動(dòng)整車進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，且相應(yīng)速度要足夠快，故要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具備高的功率密度。

2）高效率：為提高電動(dòng)汽車的續(xù)航行駛里程，需要降低電機(jī)各部分損耗值，并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量回收提高能源利用率。

3）高過載能力：電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大，以滿足電動(dòng)汽車的加速能力和爬坡能力。

4）寬調(diào)速范圍：為了滿足頻繁起動(dòng)和停車、低速爬坡、高速行駛以及非常寬的運(yùn)行速度范圍等特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出特性需要在電機(jī)低速與高速運(yùn)行范圍內(nèi)都能達(dá)到精準(zhǔn)的控制要求，而且不失去其他動(dòng)力性指標(biāo)要求。

5）高可靠性：新能源汽車的動(dòng)力電池組集電機(jī)繞組中的電壓很容易到達(dá) 300V以上范圍，故要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電氣系統(tǒng)的安全防護(hù)等級(jí)較高，以保證安全。

6）高動(dòng)態(tài)相應(yīng)性能：以滿足汽車頻繁起停等復(fù)雜工況的要求及多臺(tái)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行的要求。

7）小體積，輕重量：受到整車空間的限制，以及必須考慮與傳動(dòng)系之間的連接與安裝等問題，要求牽引電機(jī)具有體積小、重量輕等特點(diǎn)。

應(yīng)用于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)有以下幾種類型，不同電機(jī)類型有不同的優(yōu)劣勢(shì)：

1）直流電機(jī)：早期新能源汽車驅(qū)動(dòng)用電機(jī)大多是直流電機(jī)，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)矩速度特性能夠較好滿足新能源汽車的性能要求，且控制簡(jiǎn)單。但由于其結(jié)構(gòu)的缺陷，導(dǎo)致其對(duì)使用環(huán)境要求高、壽命短、保養(yǎng)困難。隨著電子器件和微控制器的技術(shù)進(jìn)步，目前交流電機(jī)已基本取代直流電機(jī)。

2）交流異步電機(jī)（也稱交流感應(yīng)電機(jī)）：其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、控制技術(shù)相對(duì)成熟；但異步電機(jī)轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運(yùn)行時(shí)需要較大的冷卻功率，對(duì)控制器技術(shù)要求較高；且低速性能不好，需要減速機(jī)構(gòu)。由于美國(guó)本土缺少生產(chǎn)永磁同步電機(jī)的稀土資源，從其國(guó)家戰(zhàn)略考慮，美國(guó)生產(chǎn)的純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車大多采用了交流感應(yīng)電機(jī)作為其驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

3）永磁同步電機(jī)：與傳統(tǒng)電勵(lì)磁同步電機(jī)不同，其轉(zhuǎn)子采用永磁體，該結(jié)構(gòu)省去了傳統(tǒng)同步電機(jī)中的電刷、集電環(huán)以及勵(lì)磁繞組，從而無以上轉(zhuǎn)子部件所引起的銅耗，具有高效、高功率密度、高可靠性、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

4）開關(guān)磁阻電機(jī)是一種比較新型的電機(jī)，比之其他類型電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上沒有永磁體、電刷和滑環(huán)等零部件，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、適于高速運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。但是，其扭矩性能低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲水平較其他類型電機(jī)都大，因此開關(guān)磁阻電機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在新能源汽車中的開發(fā)與應(yīng)用受到一定限制。不同電機(jī)類型有不同的優(yōu)劣勢(shì)。從行業(yè)配套角度看，新能源汽車主要使用的是交流感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)。但高效、低損耗使得永磁同步電機(jī)相比異步電機(jī)更加節(jié)能。從裝機(jī)量角度看，永磁同步電機(jī)由于其優(yōu)異的綜合性能，一直占據(jù)最高比例，到2019 年，我國(guó)新能源汽車中永磁同步電機(jī)的比例已超過 90%。近年來，持續(xù)選擇交流異步電機(jī)技術(shù)路徑的特斯拉，在其新推出的 Model 3 車型中，也開始采用永磁同

步電機(jī)方案。

提升功率密度為主要發(fā)展趨勢(shì)

相比于過去幾年，我國(guó)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了較大進(jìn)步，已經(jīng)具備自主研發(fā)各類新能源汽車所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)能力，主要性能指標(biāo)也已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但在峰值轉(zhuǎn)速、功率密度及效率方面與國(guó)外仍存在一定的差距。

國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車電機(jī)主要朝以下幾個(gè)方面發(fā)展：高功率密度、電機(jī)冷卻方式發(fā)展多樣化、低成本化、高集成化、良好的振動(dòng)噪聲特性和高效率。

2.3.1 扁線繞組——高功率密度解決方案

根據(jù)國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)正式發(fā)布的《中國(guó)制造 2025 技術(shù)路線》，到 2025 年，新能源乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的 20s 有效比功率要達(dá)到 4.5KW/kg，2030 年要達(dá)到 5KW/kg。

為了實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)矩密度，新能源車用電機(jī)繞組由傳統(tǒng)的圓形散線繞組逐漸向扁銅線繞組發(fā)展。高速化是電動(dòng)汽車電機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，扁線繞組逐步成為各大電動(dòng)汽車廠商的首選。國(guó)外采用扁線繞組作為新能源車電機(jī)繞組已成為主流，如豐田普銳斯、美國(guó)雷米、德國(guó)大陸、韓國(guó) LGE、寶馬 i5 等。國(guó)內(nèi)廠商也在研發(fā)扁線電機(jī)技術(shù)，有個(gè)別廠商已經(jīng)具備量產(chǎn)扁線電機(jī)的技術(shù)并在建立生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)銷量排名前 20 的車型中，有一半已經(jīng)開始裝配或部分裝配扁線電機(jī)。

從行業(yè)標(biāo)桿豐田 Prius 的歷代技術(shù)可以看出，高速化和扁線繞組技術(shù)是未來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。最新的 Prius2017 使用的就是扁線繞組，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了17000r/min，對(duì)應(yīng)的電頻率達(dá)到了 1133Hz。

扁線電機(jī)的核心優(yōu)勢(shì)在于可以通過提升滿槽率提升能量密度，傳統(tǒng)的繞組為多根細(xì)圓線，扁線繞組變成幾根粗的矩形導(dǎo)線。扁線電機(jī)通過槽滿率的提升，可提升填銅量，扁線電機(jī)有效銅的面積可以提高 20%以上，從而提高 20-30%的功率，傳統(tǒng)電機(jī)有效銅槽滿率只有 45%左右，扁線電機(jī)能做到 70%左右。工藝的改變?cè)诮Y(jié)構(gòu)上使得電機(jī)的繞組端部尺寸減少了 20%左右，空間進(jìn)一步的降低了，從而使整個(gè)系統(tǒng)的體積變小，實(shí)現(xiàn)了小型化和輕量化。一方面提升了電機(jī)的功率密度，使得電機(jī)的效率提高，也使得電機(jī)的高效區(qū)的范圍變廣，另一方面扁線與扁線之間的接觸面積變大，繞組和定子槽之間也有更好的接觸，使得散熱和熱傳導(dǎo)更好，散熱性變好，性能也得到了提升。

2.3.2 電機(jī)冷卻方式發(fā)展多樣化

電機(jī)冷卻方式發(fā)展多樣化。當(dāng)前永磁同步電機(jī)有多種冷卻方式：包括全封閉式不通風(fēng)冷卻、自然對(duì)流冷卻、全封閉式風(fēng)機(jī)冷卻、螺旋槽和軸向覆蓋通道之字形布置等液體冷卻方式、端部繞組冷卻等。

水冷為目前主流方案。目前新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)多用機(jī)殼水冷方案。但純水有低溫結(jié)冰的問題，故水冷方案的冷卻液一般采用水和乙二醇 1 比 1 混合，可以使冰點(diǎn)降低至約零下 40 攝氏度。部分產(chǎn)品為了更好的散熱，在機(jī)殼水冷的基礎(chǔ)上又增加了軸向風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。德國(guó) Audi 公司與法國(guó) Valeo 公司合作研發(fā)了一種定子水冷混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用在 Audi SQ7 TDI 車型上。廣汽傳祺 GE3 車型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)采用機(jī)殼圓周水冷技術(shù)，其電池、電機(jī)、電控分別來自寧德時(shí)代、精進(jìn)電動(dòng)、法雷奧。

油冷是未來驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻技術(shù)的趨勢(shì)。由于電動(dòng)汽車牽引電機(jī)的功率密度越來越大，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生大量的熱量，給電機(jī)散熱帶來了新的挑戰(zhàn)。水冷技術(shù)雖然現(xiàn)階段還能滿足要求，但其存在難以克服的技術(shù)缺陷：冷卻液存在殼體水道中，不與電機(jī)直接接觸，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量是通過層層材料傳遞到殼體水道中的冷卻液中被帶走，它屬于間接冷卻。因電機(jī)無法直接接觸冷卻液，容易導(dǎo)致熱量堆積，形成局部熱點(diǎn)；而為了布置冷卻水道，相應(yīng)的電機(jī)殼體體積也更大一些。而油因?yàn)槠浔旧聿粚?dǎo)電不導(dǎo)磁的特性，對(duì)電機(jī)磁路無影響，可作為電機(jī)直接冷卻介質(zhì)，電機(jī)在運(yùn)行過程中，電機(jī)產(chǎn)生的熱量可以通過油傳遞到機(jī)座達(dá)到冷卻的效果。油冷電機(jī)屬于直接冷卻，大幅降低了電機(jī)殼體的體積，電機(jī)可以設(shè)計(jì)得更加緊湊。但是油本身存在粘性，攪動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦發(fā)熱，這是要克服的技術(shù)問題。目前采用油冷的電機(jī)生產(chǎn)商主要有精進(jìn)電動(dòng)、特斯拉等。

2.3.3 高集成化

集成化意味著更小的體積、更低的成本。集成化是未來是發(fā)展趨勢(shì)，許多零件或者功能件集成在一起可以節(jié)省空間，而且部分零部件可以實(shí)現(xiàn)公用。

審核編輯：郭婷