文丨胖仔研究社

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编辑丨胖仔研究社

前言

在汽车产业电动化、智能化、网联化和共享化的趋势下，驱动电机技术不断取得突破。其中，电动汽车驱动电机是电动汽车的核心部件之一，其性能对电动汽车的整体性能起着决定性作用。

因此，了解和掌握电动汽车驱动电机的发展现状和趋势，对于提升电动汽车整车性能、推动整个电动汽车产业发展具有重要意义。本文对国内外电动汽车驱动电机的技术发展现状进行了梳理和总结，并对未来技术发展趋势进行了分析。

驱动电机的技术特点

电动汽车驱动电机是电动汽车最核心的部件之一，其技术水平对整个电动汽车的性能和成本起着决定性作用。驱动电机有三个基本组成部分：转子、定子和转子。与传统的内燃机驱动电机相比，电动汽车驱动电机的技术特点主要表现在以下几个方面。

1、高转速、高转矩。由于电动汽车驱动电机输出转矩很大，一般要求驱动电机的转速范围在3000 rpm~10000 rpm之间，而传统内燃机一般工作在1000 rpm左右，因此，电动汽车驱动电机的转矩波动范围较大，转矩脉动较大。

目前，永磁同步电机是电动汽车驱动电机的主流类型，其转速可以达到10000 rpm以上，并具有很高的转矩脉动。此外，由于电动汽车所处环境比较恶劣，因此驱动电机对于振动和噪声也具有较高要求。

2、高功率密度。目前，电动汽车驱动电机的功率密度已经成为衡量其性能优劣的重要指标之一。这是因为功率密度越高，代表着能源效率越高、系统重量越轻、体积越小、质量越轻。同时，高功率密度还有利于提高续航里程和降低车辆的成本。

3、高效率。根据相关研究结果表明，电动汽车驱动电机效率的高低主要与电机结构、材料等因素有关，其中定子采用绕组结构、定子绕组采用永磁材料等均会影响电动机效率。另外，由于电动汽车具有快速充电和频繁启停等特点，因此对驱动电机的效率要求更高。

为了满足电动汽车行驶过程中对能量的需求以及降低电动汽车制造成本，对驱动电机进行优化设计是十分必要的。例如，轻量化设计能够减少驱动电机质量、降低驱动电机传动效率、降低动力电池体积等。

驱动电机的市场应用

驱动电机作为电动汽车的核心部件，是决定电动汽车性能的重要因素。根据国际电机与电机控制联合会（ICDM）最新发布的《电动汽车驱动电机》（EVs）标准，驱动电机在整车上的应用主要包括驱动、制动、转向等，是决定电动汽车性能的关键部件。因此，驱动电机技术发展直接决定了电动汽车的整体性能。

目前，全球主要国家和地区都非常重视驱动电机技术的发展，尤其是在新能源汽车补贴政策中，对电动汽车驱动电机提出了更高要求。根据中国汽车工业协会数据统计，2020年我国新能源汽车产销分别完成127万辆和120.6万辆。

同比分别增长13.7%和13.5%。其中纯电动汽车产销分别完成105.6万辆和105.0万辆，同比分别增长110.9%和111.6%；插电式混合动力汽车产销分别完成18.0万辆，同比分别增长63.5%和54.3%。

纯电动汽车：纯电动汽车驱动电机主要用于驱动车辆行驶，根据车辆的功率大小可以分为两大类：一类是单电机驱动，即在车辆后轴安装一个电机，用于驱动车辆行驶，适用于小型车；另一类是多电机驱动，即在后轴上安装两个或三个以上的电机，用于驱动车辆行驶。

在纯电动汽车中，前轴采用交流异步电动机驱动车辆行驶是目前主流的驱动方式。异步电动机的优点是结构简单、体积小、重量轻，缺点是转矩密度小、功率密度低。

异步电动机的转子转速范围宽，最高转速可达80000转/分钟以上，但是由于转子结构原因，导致转矩密度不高。因此在目前市场上广泛应用的永磁同步电动机凭借其较高的转矩密度和功率密度受到了越来越多的青睐。

插电式混合动力汽车：与纯电动汽车相比，插电式混合动力汽车由于需要充电，其续航里程与纯电动汽车相比也有一定差距，一般在120公里左右，甚至更低。

因此，插电式混合动力汽车需要更加高效的驱动电机，以满足其高续航、强动力、高效率的需求。目前，在我国插电式混合动力汽车市场中，永磁同步驱动电机占据主导地位。随着纯电动汽车和插电式混合动力汽车市场规模的不断扩大。

目前我国已经形成了以纯电动汽车为基础、插电式混合动力汽车为核心的新能源汽车市场。在电机技术方面，我国也取得了显著进步。目前，国内电机企业已经掌握了高功率密度、高效率的永磁同步驱动电机和高可靠性的大功率变频驱动电机等关键技术。

驱动电机的设计优化

传统的电动汽车驱动电机设计往往是以电机本体结构和性能为核心，对其进行优化设计，而没有从整体上进行优化。未来电动汽车驱动电机的发展将基于多物理场耦合理论，在优化电机本体结构和性能的基础上，同时注重对电机的整体优化，以提高电机运行性能。

国内外学者针对驱动电机在高温环境下的运行情况进行了研究，提出了基于冷却风扇的驱动电机转子结构。通过对电动汽车驱动电机的冷却风扇进行设计，提高了驱动电机在高温环境下的散热性能。

同时，提出一种基于永磁同步电机定子磁场谐波优化的方法，在保证一定转矩密度和输出功率的前提下，通过对转子磁场谐波进行优化设计，减少了转子铁心对定子绕组的损耗。该方法能够有效降低转子涡流损耗和转矩谐波损耗。

此外，针对电动汽车驱动电机转矩波动较大的问题，提出了一种基于最小二乘支持向量机和遗传算法相结合的方法。

冷却风扇设计：冷却风扇是电动汽车驱动电机散热系统的主要组成部分。目前，冷却风扇主要是通过对转子结构进行优化设计来提高散热性能。目前，电动汽车驱动电机在高温环境下的散热系统主要是采用水作为冷却液。

其存在冷却效率低、散热性能差等问题。为此，国内外学者提出了基于冷却风扇的驱动电机转子结构。该结构将冷却风扇固定在电机转子铁心上方，通过对转子的材料选择和结构优化，提高了驱动电机在高温环境下的散热性能。

同时，该结构能够有效减少由于冷却风扇引起的谐波损耗、涡流损耗以及轴承的损耗。此外，该结构能够有效降低转矩脉动，提高了驱动电机在高温环境下的输出转矩。

定子磁场谐波优化设计：定子磁场谐波优化设计是根据定子绕组中存在的定子波，根据其在转矩和磁场中所占的比例，对磁动势进行分析，并采用电磁场有限元软件对其进行优化计算。定子磁场谐波优化设计在电动汽车驱动电机中较为常见。

针对电动汽车驱动电机的转子铁心存在的涡流损耗大、转矩波动大的问题，采用定子绕组中存在的定子波，结合基于有限元法的优化方法，对转子磁场进行优化设计。通过有限元仿真分析了转子磁场谐波对电动汽车驱动电机转矩波动和转子涡流损耗的影响。

通过研究发现，电动汽车驱动电机的转子铁心存在明显的谐波磁动势，并且转矩波动较大。考虑到电动汽车驱动电机转矩波动较大，基于有限元法对转子磁场进行谐波优化设计，对转子磁动势进行分析，得到不同磁极对定子绕组中的定子波产生较大影响。

通过有限元仿真分析可知，转子磁极谐波含量较低时，定子绕组中的转矩波动较小；而转子磁极谐波含量较高时，转矩波动明显增大。

驱动电机的未来发展

随着新能源汽车补贴政策的调整以及相关技术标准的颁布，驱动电机将面临新的挑战，未来将向轻量化、小型化、低成本方向发展。

轻量化方面，在不增加重量和体积的前提下提高功率密度是目前驱动电机轻量化的主要方向。在电磁设计方面，由于永磁材料具有更高的磁饱和强度、更宽的工作温度范围、更小的磁滞损耗等优势，永磁同步电机具有更高的功率密度。

小型化方面，目前已经有不少厂商在研发小型电机。但由于微型电机功率密度低，需要进一步降低成本；同时微型电机还存在着机械强度差、制造工艺复杂等问题。随着结构材料技术、生产工艺和制造能力的发展，小型化趋势将进一步加快。

低成本方面，目前国际上已经有一些厂商开始研究高性能、低成本和低噪声驱动电机。高性能驱动电机可以将电机本体效率提高到95%以上，同时保证最高输出功率不降低。在成本方面，目前国际上已经有一些厂商开始研究小型化驱动电机。

其成本比目前主流的永磁同步电机还要低。同时，小型化驱动电机可以将功率密度提高到600W/kg以上，能够满足当前市场对小型、大功率驱动电机的需求。此外，未来还可以通过优化结构设计、减少非必要损耗以及采用轻量化材料等方式来进一步降低驱动电机成本。

笔者观点

从我国电动汽车的发展现状来看，新能源汽车产业正处于高速发展阶段，未来将会涌现出一批具有自主知识产权、产业化程度高、市场竞争力强的新能源汽车整车企业和关键零部件企业。

但同时也面临着技术研发投入不足、核心技术尚未完全掌握、关键零部件依赖进口等问题。在此背景下，我国应加强电动汽车驱动电机技术的研发投入，大力发展关键零部件技术。

建立并完善电动汽车驱动电机技术创新体系，加快核心关键零部件的产业化进程，力争在新能源汽车的核心部件上实现突破。