驱动电机未来趋势：集成化、高效化、高功率密度趋势

《中国制造2025重点领域技术路线图》中提到驱动电机的发展目标：2020、2025和2030年乘用车20s有效比功率分别达到3.5、4和5Kw/kg以上，商用车30s有效比扭矩分别达到18、19和20N*m/kg以上。驱动电机的集成化、高效化、高功率密度将成为未来电机的技术制高点。

（一）集成化

电驱动系统包括电机、变速箱、电机控制器等。电驱动系统集成有利于提高系统可靠性，降低成本和节省空间，是未来新能源汽车动力系统发展的必然趋势。电驱动集成可分为机械部件的集成、控制模块的集成、机械部件和控制模块的集成三种模式。

机械部件的集成有利于节省空间，降低重量。相比传统分体式结构，精进电机某款减速器、驱动电机集成化产品在轴向和宽度方向缩小约90mm和20mm，质量减少4kg。

机械部件与控制模块的集成大幅降本增效。如博世的e-axle将驱动电机、逆变器及变速箱合而为一，大幅简化冷却管路和功率驱动线缆，降低成本的同时体积也降低20%。

（二）高功率密度趋势

高功率密度驱动电机既能实现轻量化，又能节省汽车安装空间。电机的高功率密度可通过高速化、高转矩密度实现。

高速化发展迅速。相较于Prius第三代永磁同步电机，Prius第四代产品永磁同步电机最高转速提高了3500rpm，功率密度提升10%。目前，乘用车主流转速在10000-15000rpm。英国Equipmake研发的高转速电机高达120000rpm。

高扭矩密度实现方法多。实现高扭矩密度，可从磁阻转矩、磁密、气隙面积和磁场利用率等方面改进。如日产、通用在磁阻转矩方面通过使用永磁同步电机和多层磁钢进行改进，通用电气等通过优化结构来提高磁密。

在提高扭矩密度方面，扁线电机是一个重要的发展方向。驱动电机中铜线由圆线变为扁线，可有效提高槽满率，从而提高功率密度。国外知名车企已在驱动电机上使用扁线，如雪佛兰Volt、丰田Prius。我国新能源汽车目前多使用圆线电机，少数驱动电机厂家开始涉足扁线电机。这主要是因为：1）扁线电机发展较晚，国内设备和材料供应商不成熟，进口价格贵；2）圆线电机发展时间长，工艺成熟，扁线工艺变化大，经验少；3）扁线电机柔性化设计不足，对电机设计师要求高。

图表8： 扁线电机代表
资料来源：电机产品技术前沿
图表9： 国内扁线电机进展
资料来源：网络资料整理

（三）高效化：多电机系统、减速器多档化

电机运行工况复杂，不能一直在电机高效区运转。为最大程度利用电机高效区，除提升电机本身的高效区外，还可通过多电机系统、减速器多档化等方法来实现。

1. 多电机系统

多电机系统可实现运行时驱动系统高效化。在实际车辆行驶工况中，有高速有低速，有重载有轻载，驱动电机只能在特定条件下高效运行，很难做到全工作状态高效。为实现运行高效化，可通过多电机系统、磁通可变电机等实现。目前，磁通可变电机还处于研究阶段，车企选择多电机系统实现运行高效的目的。

现阶段多电机车型主要搭载双电机，少部分搭载三电机。多电机系统将多台电机通过运动合成器有机合成，实现等效电机的高效区域大幅度拓宽。

图表12： 多电机系统优劣

资料来源：网络资料整理

目前，多电机系统搭载在高端新能源汽车上。从配套车型上来看，纯电动和插电混动都有匹配。除特斯拉外，配套车型主要为B级SUV,价格在26万以上。

2. 减速器多档化

目前市场上的纯电动汽车驱动系统配套的单档位减速器具有结构简单、体积小、质量轻以及成本低等优点，同时也存在爬坡能力受限、高速区加速性能和经济性弱、最高车速低等缺点。

电机配套多档减速器有利于提高整车性能和经济性。为达到相同的性能，相较于配套两档减速器的电机和电池，配套单档位减速器的特斯拉Roadster电机功率增加60kW，电池增加20kWh。

图表15： 特斯拉Roadster设计方案

资料来源：NE时代

国内外多档位减速器起步时间相差不大。2010年开始相继推出了新能源汽车用多档位变速箱，并于2014年宝马i8量产混动车上搭载GKN的两档自动减速器。我国2012年由北京理工大学完成新能源汽车2AMT的开发。