新能源汽車驅動電機發展現狀及趨勢

戴興武

摘要：科學技術進步的推動下，我國汽車制造行業開展了新能源汽車的研發與推廣，現如今，人們意識到新能源汽車對環保工作的助力，對其認可程度也越來越高。驅動電機是新能源汽車制造中必不可少的部件，但由于部件制作商家技術水平及發展側重不同，驅動電機的應用效果也存在較大差異。考慮到驅動電機對新能源汽車的應用與發展有直接影響，各企業還需加強對驅動電機發展情況的分析力度，促進新能源汽車的發展。基于此，本文對新能源汽車驅動電機的發展現狀及趨勢進行分析，以期為相關企業提供參考。

關鍵詞：新能源汽車;驅動電機;發展現狀;發展趨勢

引言：

受環保理念的影響，我國加大了對新能源汽車相關企業的扶持力度，也正因如此，新能源汽車在我國獲得了良好的發展前景。相較于傳統汽車，新能源汽車動力原料更為環保，污染排放量也有了明顯降低，不僅能減少對我國不可再生能源的消耗，也有利于可持續發展戰略的實施。作為新能源汽車的主要部件之一，驅動電機的應用與發展與新能源汽車的推廣應用效果有著緊密聯系，新能源汽車制造業應提高對驅動電機市場的監測力度，以便推測其發展方向，促進企業的長遠發展。

一、新能源汽車驅動電機發展現狀

我國新能源汽車應用的驅動電機主要分為五種形式，分別是直流電機、交流電機、永磁同步電機、輪轂電機與開關磁阻電機，但多數情況下，只根據電流劃分為直流與交流兩個種類。結合現階段新能源汽車發展情況來看，交流電異步、永磁同步電機、開關磁阻電機應用頻率較高，而純電動汽車制造普遍會選用永磁同步電機，這類電機體積小、重量輕，還具有高效率的應用優勢，能有效提高純電動汽車的應用效率。我國市場中，交流感應機與永磁同步電機流通較為普遍，但結合使用情況來看，永磁同步電機更受新能源汽車制造商家的歡迎。這兩種電機都使用了系統永磁材料，在提高驅動電機效率的同時，也增加了制造成本。驅動電機效率主要由其工作中的峰值轉速來決定，國內外評判驅動電機的應用效果都需以這一點為依據，另一方面則是電機運行中的功率密度。我國新能源汽車制造中所用到電機雖然略高于國際平均水平，但就同功率電機對比而言，我國所應用的電機重量要高于發達國家。我國使用的電機效率最高能達到96%，在國際上也處于優秀水平，但我國驅動電機在高效區的占比，與國外還存在較大差異[1]。

二、新能源汽車驅動電機發展趨勢分析

（一）直流電機發展趨勢分析

直流驅動電機是我國以往新能源汽車研發中的常用電機類型，這類電機結構相對簡單，能有效降低電磁轉矩控制難度，是新能源汽車研究開展以來國內外重點研發的項目。就我國現階段新能源應用情況來看，電動車與新能源汽車多使用直流驅動電機作為動力。但就應用現狀分析，直流電機應用過程存在安全隱患，這是由于直流電動機機械換向結構應用過程中容易出現電火花，常態下風險發生概率較低，一旦將其置于揚塵區域或加油站等易燃易爆區域中使用，就容易引發爆炸，不僅造成環境破壞與經濟損失，甚至還會帶來嚴重的人員傷亡。另一方面，電火花產生往往伴隨著電磁干擾，考慮到新能源汽車的電子化程度較高，受電磁干擾的影響較大，會對其發展與應用造成嚴重的負面影響。基于電動機自身考慮，直流電動機體積、重量都比較大，不僅不利于提高新能源汽車的空間利用率，還會為其行駛帶來額外的重力負擔，除此之外，直流電動機的成本造價也處于較高范圍，大量生產直流驅動型新能源汽車會給相關制造企業帶來較大的資金壓力，部分中小型企業無法承受這一壓力，甚至會出現生產停滯現象。也正因如此，國內外新能源汽車生產企業引進新型驅動技術，使其逐漸替代直流驅動系統在新能源汽車中的驅動作用，為新能源汽車的發展注入新的活力。

（二）交流異步電機發展趨勢分析

感應電機又被稱為三相交流異步電機，是現階段新能源汽車驅動系統中應用范圍較為廣泛的一種驅動電機。對現已開發出的新能源汽車驅動類型調查分析發現，外國品牌特斯拉Model S與國內品牌蔚來ES8都應用了這類電機。交流異步電機的結構組成類似于永磁同步電機，主要由端蓋、殼體、定子、轉子幾部分組成，但與永磁同步電機不同的是，交流異步電機的轉子應用了鼠籠式轉子與繞線式轉子，為驅動電機的使用提供便利。受到三相定子繞組的作用，交流電在通入異步電機后會生成旋轉磁場，電機轉子在磁場中被切割，促使轉子繞組產生感應電動勢。在閉合通路的影響下，電機轉子部分會形成電流，其電流的方向主要取決于電動勢。在交流異步電機應用過程中，轉子導體受定子磁場影響會產生電磁力，電磁轉矩受該力作用，為驅動電機提供動力，從而新能源汽車能夠正常行駛。由此可見，相關企業對異步電機技術的掌握程度較高，能有效控制其為驅動系統提供正面助力，同時還具有結構難度小，成本消耗低的應用優勢。但在實際應用中，交流異步電機也面臨著勵磁損失大的問題，受此影響，異步電機會產生較大的能源消耗，卻無法將能源充分運用到驅動系統的運行中，尤其是在新能源汽車低速行駛或載重較輕的情況下，這一缺陷更加明顯。現今社會，人們對能源節約與環境保護的重視程度越來越高，國家也對發出了節能環保的倡議，新能源制造企業還應立足于此，探索新型驅動電機技術，提高新能源汽車的環保性能。

（三）永磁同步電機趨勢分析

以往新能源汽車制造過程中，永磁同步電機獲得了廣泛的應用，但隨著時代的發展，永磁同步電機的應用效果與生產要求出現的匹配性不足的問題。首先體現在功率密度方面。受到轉速與扭矩的影響，永磁同步電機的功率無法適應現階段新能源汽車的制造要求。新時代背景下，越來越多新型驅動電機系統被引進新能源汽車制造業，它們的電機功率遠高于永磁同步電機[2]。要想進一步提高永磁同步電機的應用效果，企業相關設計人員還需從轉速與扭矩角度出發，適當做出調整與改進，降低永磁同步電機的過載電流、提高驅動電機冷卻系統的應用效果，徹底解決電機散熱難題。需明確的一點，電機轉速提升會加大鐵磁磨損程度，相關企業可采用高性能硅鋼片代替原有鐵磁元件，但硅鋼片的成本造價要遠超于鐵磁，轉子結構功率密度又有所欠缺，這些缺陷使永磁同步電機的應用受到阻礙。其次是材料方面，傳統永磁同步電機所使用的的永磁材料容易受到溫度的影響，如遇高溫情況，材料對磁性的損耗會迅速增加，以至于電機整體性能明顯降低，是影響永磁驅動電機應用與發展的又一重要因素。最后是生產工藝方面，相較于交流異步電機，永磁驅動電機的生產工藝更為復雜，但就我國現階段技術水平分析，尚無法支持永磁驅動電機的大規模配套生產，而批量生產也難以避免質量參差不齊的情況，隨著人們對新能源汽車需求量的增加，永磁同步電機的年產量已不能支撐新能源汽車制造應用。

（四）輪轂電機發展趨勢分析

輪轂電機是一種較為特殊的驅動電機，它將傳統驅動結構進行簡化，去除了大部分機械傳動裝置，降低了驅動電機運行過程中的能量流失，有效提高電機運轉效率，實現低損高效的目標。另一方面，輪轂電機的結構簡化也縮小了驅動系統的整體面積，為新能源汽車內部留出更多的設計空間，增加了空間利用的效率。早在二十世紀九十年代，保時捷汽車就在自身企業制造的純電動汽車中應用了輪轂驅動電機，并獲得了良好反響。受此啟發，美國、法國、日本等發達國家也先后開展了輪轂電機產品的研究。以英國Protean公司為例，其研究出的PD18輪轂電機在英國社會乃至世界都取得了廣泛應用，PD18電機的額定扭矩高達650N?m，額定功率約為54kW，是現存輪轂電機中應用效果較為優良的款式。隨著新時代的到來，新能源汽車的研發越來越受到國家與人民的重視，相關企業也開始重新開展輪轂電機的研發與應用，但考慮到直接驅動車輪在運行時會生成大量熱量，而驅動電機冷卻系統無法將其迅速疏散，以至于出現電機故障問題。還有的企業對驅動電機制造現場的管控力度不足，以至于加工過程出現失誤，最終導致驅動電機防水性不達標，或防塵。防震能力差的問題，嚴重制約其在新能源汽車中的應用。除此之外，制造成本過高也是輪轂電機面臨的發展困境之一，多方因素影響下，輪轂電機的實際應用范圍還較為狹窄。考慮到輪轂驅動電機在新能源汽車制造中的明顯優勢，我國對輪轂驅動電機展開了深入研究，以求解決其發展中的問題，充分發揮輪轂電機在驅動電機系統中的正面效果。

（五）開關磁阻電機發展趨勢分析

開關磁阻電機是新時期背景下提出的一種新型驅動電機形式，考慮到新能源汽車行駛收到電池蓄電量的限制，設計人員需要在不損害電機驅動系統工作效率的前提下，縮小化電機體積，減輕電機重量，從而協調開關磁阻電機的高效性與節能性。開關磁阻電機通過檢測電機轉子外徑、鐵心疊長與磁負荷等數值，并按照Dr2Lstk的方程帶入求解，其中，Dr是指開關磁阻電機的轉子外徑，Lstk指鐵心疊長;在該驅動電機中，B所代表的磁負荷一般處于0.36～0.62T之間;A所代表的電負荷則處于15000～30000A/m之間k則是指開關磁阻電機運行時的電流系數[3]。盡管開關磁阻電機在性能方面擁有良好的應用效果，但其運行過程中制造的噪聲問題一直難以解決，近年來，設計人員不斷對開關磁阻電機的結構及制作工藝進行改進，使該驅動電機的運行噪音問題得到了改善，但其控制力度依舊無法達到相關規定的要求。結合這一點，各新能源汽車制造行業在汽車驅動系統中加入了EMI濾波器，有效減小了該電機運行的噪音。在濾波器作用下，電機將對傳導電磁干擾噪聲等效為噪聲阻抗串聯與噪聲源，并借助LISN形式的幫助，將其傳輸到測試電阻中，從而達到降低噪聲的目的。考慮到濾波器在這樣過程中的重要性，工作人員還需對其應用方式及效果進行合理設計，確保其性能得以充分發揮。

下表1是不同電機應用實例分析表，可作為新能汽車驅動電機發展分析參考：

結束語：

結合全文可知，直流電驅動電機已逐漸被時代所淘汰，未來一段時間內交流電機扔將是新能源汽車驅動電機系統的首選，但隨著電力電子技術的不斷發展，永磁同步電機與輪轂電機的應用缺陷也能得到改善與消除，這將為我國新能源汽車制造業提供更多的驅動電機選項，設計人員可根據實際制造需求進行考慮，選取與新能源汽車功能效果最為匹配的驅動電機加以應用，為我國新能源汽車市場提供助力，也在一定程度上減小環境保護工作的壓力。

參考文獻：

[1]王旭.新能源電動汽車關鍵技術發展現狀與趨勢[J].汽車實用技術，2021，46（07）：13-15.

[2]徐青，張坤，張立萍.新能源汽車驅動電機的發展概況及趨勢分析[J].現代工業經濟和信息化，2020，10（09）：9-10.

[3]莊勛.新能源汽車驅動電機發展現狀及趨勢研究[J].時代汽車，2020（01）：47-48.