電動汽車電機領域的發展趨勢

前言

電動汽車是實現交通領域零排放的一項前景廣闊的全球戰略。更嚴格的排放標準和電池的改進（成本更低、續航里程更長）有助于電動汽車的發展。

三電是電動汽車動力系統的關鍵部件。汽車傳統設備制造商本著可持續發展的理念，走在電動汽車的前沿。

本文深入探討電動汽車電機領域的不同趨勢/發展。

推動發展的因素有哪些？

縮小安裝空間、提高功率密度、優化冷卻概念和增強可控性是電機創新的主要驅動力，此外還有減少對稀土金屬的依賴，熱管理和電力電子等使能技術的創新。

汽車電機的傳動系統不僅要受到汽車結構尺寸的影響，還要滿足復雜工況下的運行條件。電動汽車電機要求高效率、輕量化、高功率密度、體積小、可靠和低成本。

此外，電動汽車電機還必須適應車輛頻繁啟動、停止、爬坡、加速和減速的條件。這就要求汽車電機具有較寬的轉速范圍和較高的過載系數，以滿足低速或上坡時的高扭矩或低速低扭矩的性能要求。

新拓撲設計

軸向磁通電動機

軸向磁通電機是新興的重要電機類型之一，在電動汽車領域的發展勢頭日益強勁。與徑向磁通電機相比，軸向磁通電機在電動汽車設計上有許多優勢。軸向磁通電機的磁通與旋轉軸平行（而徑向磁通電機的磁通與旋轉軸垂直）。軸向磁通電機可提供更大功率，同時重量密度更低。

在電梯和農業機械等固定式應用領域，該技術已使用多年，過去十年中，該技術已大幅度改進，并應用于電動摩托車、機場集裝箱、運貨卡車、電動汽車甚至飛機。

梅賽德斯展示出強烈的采用意愿，投資收購 YASA 。這意味著廠商對軸向電機在汽車領域的應用產生了更大的興趣。戴姆勒將在即將推出的 AMG 電動平臺中使用 YASA 電機，雷諾已與 WHYLOT 合作，從 2025 年開始在混合動力汽車中使用軸向磁通電機。

軸向磁通電機的功率密度通常超過 6Kw/kg，且效率很高。

該技術在未來幾年有望出現大幅增長，尤其是在高性能汽車和對功率密度要求較高的應用領域。

主要應用領域：扭矩密度要求高且空間有限的應用

關鍵挑戰：生產和熱問題

輪轂電機

新出現的電機配置之一是采用直接驅動機構的"輪內電機或輪轂電機"。它既可以是徑向磁通電機，也可以是軸向磁通電機。有幾家公司將其開發的電機稱之為輪轂電機，但這只是概念，大多數都安裝在遠離車輪的位置，不如Eco-move Q 輪、日產葉片滑翔機概念等。Protean Electric、Elaphe 等公司是 IWM 的主要倡導者。

采用輪轂電機的公司：

Aptera Motors 發布了高效的 Aptera，一款采用Elaphe 輪轂電機的封閉式太陽能三輪車；

Lightyear 發布了一款采用輪轂電機的太陽能汽車Lightyear One；

Lordstown Motors 發布了一款四輪驅動皮卡車Lordstown Endurance，采用 Elaphe發動機；

以色列初創公司 REE 發布了一款 Corner 模塊，該模塊將發動機、制動、懸掛、軟件和電子轉向系統結合在一起，并計劃將這四個模塊用于汽車運輸和皮卡；

豐田的子公司日野汽車在 2019 年東京車展上展示了一款名為"FlatFormer "的 6×6 卡車底盤概念車，采用了類似的技術。

開關式磁阻電機

開關磁阻電機在零容錯應用中經過數十年的可靠性測試，且不含稀土，正在成為電動汽車應用的新興替代產品。電力電子技術和物聯網領域的最新進展正在推動開關磁阻電機進入新的高能效應用領域。

開關磁阻電機技術的一些重要發展包括：

Enedym Inc. 獲得 1500萬美元投資，以加快業務計劃的實施；

Turntide Technologies 籌集了 2.25 億美元，并收購了三家公司，以加快其市場化進程；

Advanced Electric Machines 公司開發了HDSRM（高密度開關磁阻機），目標市場是商用車領域。

SynRM-IPM

SynRM-IPM 已成為汽車行業小型電動汽車細分市場中另一種極具吸引力的電機類型。與其他牽引電機相比，它能提供更大的扭矩，同時由于空氣屏障，凸極效應增強，轉速提升。

SynRM-IPM 是內部永磁電機類型和同步磁阻電機轉子類型的組合，在低速和高速高效電動汽車應用中實現了更理想的特性。在同步磁阻電機轉子結構中加入永磁體的優點是提高了電機功率因數，從而降低了電機定子歐姆損耗。

SynRM-IPM 的構造包括在 SynRM 的一些空隙中放置小型永久磁鐵（通常是較簡單的鐵氧體磁鐵），以利用磁力和磁阻扭矩，同時最大限度地降低成本和反電動勢，從而減少永磁電機高速低效的弱點。

特斯拉 Model 3 配備了 SynRM-IPM 電機。特斯拉不是第一個使用這種電機的公司，但其版本被認為是最好的電機之一。特斯拉的創新之處在于采用了分段式磁鐵（由四個部分組成，而不是常見的單塊實心磁鐵）。這有助于減少渦流，降低磁鐵過熱的風險。原始設備制造商已將 SynRM-IPM 用于混合動力和電動汽車。

審核編輯：湯梓紅