前言当前，新能源汽车驱动电机在高功率密度、高转速、高效率等方面持续取得进步，扁线电机在油冷条件下的功率密度可达到6.0~7.0kW/kg，最高转速提升至16000~18000rpm，峰值效率达到97.5%。未来，驱动电机需更加注重高效化、小型化、智能化的发展。为进一步提升电机的关键性能指标并更好地支撑高级别自动驾驶，下一代驱动电机主要有两个比较重要的创新方向：第一是电机材料创新，更薄厚度、更高硅含量的新型软磁材料和少/无重稀土的永磁材料是当前的关注热点；第二是动力系统架构创新，分布式驱动是高性能电动汽车的重要发展趋势，轮边电机和轮毂电机是两条关键技术路线。
1、材料创新驱动电机核心性能的提升有赖于材料及制造工艺的突破，需要开发更高强度、更低损耗的硅钢片，耐高温的少重稀土/无重稀土/非稀土永磁体，更高电导率、更低损耗的铜线绕组，以及耐电晕、高导热率的封装/绝缘材料等。其中，以6.5%高硅钢、非晶/纳米晶合金、软磁复合材料为代表的新型软磁材料和以MQ3磁体、第四代永磁材料为代表的少/无重稀土永磁体是当前电机材料创新的关注重点。为满足驱动电机的更高效率要求，硅钢片的中高频铁损需进一步降低，减小硅钢片厚度（0.20mm以下）和应用硅含量更高（3.5%以上）的新型软磁材料是性能进一步优化的两种主要方式。当前，综合考虑性能、成本、效率和制造工艺等因素，0.25~0.35mm厚度的高磁感、低铁损、高强度无取向硅钢仍是最理想的铁芯材料，6.5%高硅钢、非晶/纳米晶合金和软磁复合材料等新型材料将是追求更高性能的选择。与传统无取向硅钢相比，6.5%高硅钢最大的优势为磁致伸缩系数接近于零（系数越低，噪音越小），其次是低铁损，但由于其室温脆性和较低的热加工性，应用CVD法的生产效率和良率极低，暂未实现在车上应用；非晶/纳米晶合金具备超低铁损（仅为常规0.35mm无取向硅钢的1/10左右），但其磁感应强度也最低（仅为无取向硅钢的75%），更适用于高速、高频电机的研发；软磁复合材料具有三维各向同性、涡流损耗较低、频率特性良好等优点，但其生产精度控制较难，仍需改进才能实现车端应用。降本是下一代永磁材料选择和研发是核心驱动力，晶界扩散等少重稀土工艺和MQ3磁体可显著减少重稀土使用量，下一代无重稀土材料仍在研发中，稀土铁氮应用潜力较大。目前，新能源汽车用永磁驱动电机采用的永磁体以烧结钕铁硼为主，是以Nd2Fe14B为主要磁性相的永磁材料，具体成分为铁~64-69%、钕~24-27.5%、镨~5%、硼~1.1-1.2%、镝~0.6-8%、铽~0.4-1.2%。由于镝、铽等重稀土价格较高，在成本压力下，少/无重稀土生产工艺和新型永磁材料的研发重点。一方面，晶粒细化、晶界扩散等烧结工艺的优化以及快淬-热压-热变形等新工艺（制成高密度各向异性永磁体，即MQ3磁体）可削减镝等重稀土使用量；另一方面，以稀土铁氮、稀土铁碳为代表的第四代永磁材料正在积极研发中，其中钐铁氮（Sm2Fe17Nx）的关注度较高，其最大磁能积和居里温度可与烧结钕铁硼媲美，除此之外，锰铋（MnBi）和铁镍（FeNi）也是永磁电机应用的潜在候选材料，但其制备工艺难度很高，能否大规模生产与应用仍需进一步论证。2、动力系统架构创新以轮边电机和轮毂电机为代表的分布式驱动是高性能新能源汽车驱动系统架构升级的重要发展趋势。分布式驱动作为多动力源驱动系统，能够独立控制轴间或轮间力矩、布局更加灵活，在车辆精准控制、车内空间利用、智能底盘联动等方面优势明显，将从高端乘用车和商用车市场率先应用。其中，轮边电机可与现有电机技术实现更好地匹配，整体设计难度较低，量产进程更快，主要难点是多电机的协同控制；轮毂电机则将电机直接置于轮毂内，可进一步提升传动效率，优化底盘空间布局，是未来智能驾驶汽车的理想动力执行机构，但其与现有电驱动架构差别较大，面临控制、体积、散热、密封、簧下质量等多维度技术难题，其在乘用车领域的大规模量产应用仍有较长的路要走。与传统集中式驱动相比，轮边电机性能更佳但成本较高，适合在高性能车型上搭载，已实现量产应用。轮边电机通过独立矢量控制，具备快速响应、轨迹灵活、安全稳定等优势，可实现如原地掉头、敏捷转向、深水脱困、极限防滑、稳定车身等功能，给汽车驾驶带来更强的动力性、通过性和灵活性。与单电机集中式驱动相比，轮边电机驱动系统的电机及电控数量显著增加，使得系统成本大幅提升，因此轮边电机更适合在追求极致性能的车型上搭载。近期，轮边电机已在比亚迪仰望U8车型首发上市，其单电机峰值功率可达220-240kW，扭矩可达320-420Nm，整车最大马力超1100匹，动力性能较集中式驱动实现大幅提升。除比亚迪外，东风、奔驰、RIVIAN等国内外整车企业均有轮边电机的产品规划。轮毂电机颠覆传统驱动架构，在驱制动一体化方面更进一步，但整体开发壁垒较高，研发与市场应用仍处于开垦期。轮毂电机具备更高的传动效率和能量回收效率，同时便于实现集成线控，是未来智能底盘和高级别自动驾驶的理想动力总成构型。与传统集中式驱动相比，轮毂电机在架构上发生颠覆性变化，可将电机、减速器、悬架、转向、制动系统在轮辋内高度集成，形成轮毂电机行动模块，实现更高程度的驱制动一体化，但整体开发难度较高，仍处于产业化进程初期。在电机开发层面，应重点针对高效率、低NVH、良好的热管理、强密封性和高安全等五个维度进行开发，加强驱制动一体化集成、协同降噪控制、热导与冷却散热、高耐久防护密封、高功能安全等级设计等关键技术的突破；在整车应用层面，轮毂电机与整车协同开发是重要方向，包括整车控制架构调整、底盘集成创新、簧下质量负效应抑制、整车能量管理策略调整等问题。目前，Protean、亚太、舍弗勒等国内外多家电机企业积极推进轮毂电机的技术研发和产线建设，预计未来三到五年有望实现轮毂电机量产落地，高端乘用车和商用车将是率先应用的市场。END 加入汽车科技评论平台可获取深度研究报告！联系人：陈敏电话：13810027168邮箱：chenmin@sae-china.org
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