电动汽车电机领域的发展趋势

前言

电动汽车是实现交通领域零排放的一项前景广阔的全球战略。更严格的排放标准和电池的改进（成本更低、续航里程更长）有助于电动汽车的发展。

三电是电动汽车动力系统的关键部件。汽车传统设备制造商本着可持续发展的理念，走在电动汽车的前沿。

本文深入探讨电动汽车电机领域的不同趋势/发展。

推动发展的因素有哪些？

缩小安装空间、提高功率密度、优化冷却概念和增强可控性是电机创新的主要驱动力，此外还有减少对稀土金属的依赖，热管理和电力电子等使能技术的创新。

汽车电机的传动系统不仅要受到汽车结构尺寸的影响，还要满足复杂工况下的运行条件。电动汽车电机要求高效率、轻量化、高功率密度、体积小、可靠和低成本。

此外，电动汽车电机还必须适应车辆频繁启动、停止、爬坡、加速和减速的条件。这就要求汽车电机具有较宽的转速范围和较高的过载系数，以满足低速或上坡时的高扭矩或低速低扭矩的性能要求。

新拓扑设计

轴向磁通电动机

轴向磁通电机是新兴的重要电机类型之一，在电动汽车领域的发展势头日益强劲。与径向磁通电机相比，轴向磁通电机在电动汽车设计上有许多优势。轴向磁通电机的磁通与旋转轴平行（而径向磁通电机的磁通与旋转轴垂直）。轴向磁通电机可提供更大功率，同时重量密度更低。

在电梯和农业机械等固定式应用领域，该技术已使用多年，过去十年中，该技术已大幅度改进，并应用于电动摩托车、机场集装箱、运货卡车、电动汽车甚至飞机。

梅赛德斯展示出强烈的采用意愿，投资收购 YASA 。这意味着厂商对轴向电机在汽车领域的应用产生了更大的兴趣。戴姆勒将在即将推出的 AMG 电动平台中使用 YASA 电机，雷诺已与 WHYLOT 合作，从 2025 年开始在混合动力汽车中使用轴向磁通电机。

轴向磁通电机的功率密度通常超过 6Kw/kg，且效率很高。

该技术在未来几年有望出现大幅增长，尤其是在高性能汽车和对功率密度要求较高的应用领域。

主要应用领域：扭矩密度要求高且空间有限的应用

关键挑战：生产和热问题

轮毂电机

新出现的电机配置之一是采用直接驱动机构的"轮内电机或轮毂电机"。它既可以是径向磁通电机，也可以是轴向磁通电机。有几家公司将其开发的电机称之为轮毂电机，但这只是概念，大多数都安装在远离车轮的位置，不如Eco-move Q 轮、日产叶片滑翔机概念等。Protean Electric、Elaphe 等公司是 IWM 的主要倡导者。

采用轮毂电机的公司：

Aptera Motors 发布了高效的 Aptera，一款采用Elaphe 轮毂电机的封闭式太阳能三轮车；

Lightyear 发布了一款采用轮毂电机的太阳能汽车Lightyear One；

Lordstown Motors 发布了一款四轮驱动皮卡车Lordstown Endurance，采用 Elaphe发动机；

以色列初创公司 REE 发布了一款 Corner 模块，该模块将发动机、制动、悬挂、软件和电子转向系统结合在一起，并计划将这四个模块用于汽车运输和皮卡；

丰田的子公司日野汽车在 2019 年东京车展上展示了一款名为"FlatFormer "的 6×6 卡车底盘概念车，采用了类似的技术。

开关式磁阻电机

开关磁阻电机在零容错应用中经过数十年的可靠性测试，且不含稀土，正在成为电动汽车应用的新兴替代产品。电力电子技术和物联网领域的最新进展正在推动开关磁阻电机进入新的高能效应用领域。

开关磁阻电机技术的一些重要发展包括：

Enedym Inc. 获得 1500万美元投资，以加快业务计划的实施；

Turntide Technologies 筹集了 2.25 亿美元，并收购了三家公司，以加快其市场化进程；

Advanced Electric Machines 公司开发了HDSRM（高密度开关磁阻机），目标市场是商用车领域。

SynRM-IPM

SynRM-IPM 已成为汽车行业小型电动汽车细分市场中另一种极具吸引力的电机类型。与其他牵引电机相比，它能提供更大的扭矩，同时由于空气屏障，凸极效应增强，转速提升。

SynRM-IPM 是内部永磁电机类型和同步磁阻电机转子类型的组合，在低速和高速高效电动汽车应用中实现了更理想的特性。在同步磁阻电机转子结构中加入永磁体的优点是提高了电机功率因数，从而降低了电机定子欧姆损耗。

SynRM-IPM 的构造包括在 SynRM 的一些空隙中放置小型永久磁铁（通常是较简单的铁氧体磁铁），以利用磁力和磁阻扭矩，同时最大限度地降低成本和反电动势，从而减少永磁电机高速低效的弱点。

特斯拉 Model 3 配备了 SynRM-IPM 电机。特斯拉不是第一个使用这种电机的公司，但其版本被认为是最好的电机之一。特斯拉的创新之处在于采用了分段式磁铁（由四个部分组成，而不是常见的单块实心磁铁）。这有助于减少涡流，降低磁铁过热的风险。原始设备制造商已将 SynRM-IPM 用于混合动力和电动汽车。

审核编辑：汤梓红