浅谈新能源汽车电驱动技术

周清霞 孙国超

摘 要：介绍汽新能源汽车电驱动发展背景，分析国内外专利发展的历程和发展现状，对各国的专利申请重心和趋势作了统计和分析，并对比了国内相关领域的发展状况，最后简单介绍了新能源汽车技术领域的发展路线。

关键词：新能源；电驱动；电机

一、技术发展背景

新能源汽车电驱动主要由整车控制系统、驱动电机系统以及自动变速器系统构成，驱动电机作为新能源汽车的核心部件处于产业链中游，在电动汽车发展的早期，采用直流电机方案，虽然其控制方式容易，调速优良，但其复杂的机械结构是其突出的短板，损耗大、维护成本高，目前的電动汽车已将直流电机淘汰，现阶段主要采用的是交流异步电机和永磁同步电机，近年来出现的新型开关磁阻电机虽然具有结构简单等诸多优点，但是由于其噪音大，目前处于研究阶段，并未大量投入使用中。

二、技术发展现状

现阶段，交流异步电机主要是以特斯拉为首的美国车企和部分欧洲企业使用，全球69%的新能源汽车采用的是永磁同步电机，因此永磁同步电机全球专利申请保持平稳上升趋势。

特斯拉之所以选用交流异步电机与其最初的技术路径选择有关，交流感应电机价格低廉，而偏大的体积对美式车并无挂碍；另一方面，美国高速路网发达，交流电机的高速区间效率性能上佳，因此欧美的永磁同步电机的专利申请量一直处于低迷的状态（图1）。 包括中国、日本在内的其他国家新能源汽车电机最广泛使用的仍是永磁同步电机。适合本国路况是主要因素，永磁同步电机在反复启停、加减速时仍能保持较高效率，对高速路网受限的工况是最佳选择。此外，我国稀土储量丰富，日本稀土永磁产业有配套基础也是重要因素。日本和中中国的专利申请量占据了绝对的优势，而日本依托其稀土永磁产业独特发展的先天优势，起步早，在2012年申请量达到了巅峰期，占据了绝对的市场和技术优势，而中国稀土产业开始于1886年，因此永磁同步电机起步于1886年，先阶段已处于专利高速增长时期，也源于永磁同步电机目前在我国新能源汽车中的使用占比超过90%。

目前，我国新能源汽车配套电机市场仍然是国内自给，国际竞争对手参与较少。国内技术水平与国外相比，仍有不少差距。以专利作为技术储备衡量，我国新能源汽车电机专利申请总量位于世界第二，目前申请量是仅次于日本，处于不断增长趋势。

全球永磁同步电机专利申请人排名前十（图2）来看，日本电机实力强劲，其中日立的产业结构多元化，不仅在永磁材料中处于专利垄断地位，其永磁同步电机申请量也是位居榜首。国内哈尔滨工业大学、山东理工大学、东南大学、大洋电机、江苏大学、比亚迪等企业和研究机构具有丰富的技术储备。 前新能源汽车驱动电机产业颇具吸引力，潜在市场空间较大、行业标准未确定、整车供应链未成熟，能够伴随新能源汽车一同壮大，正是理想的朝阳行业。

纵观中国永磁同步电机专利申请人排名前十来看，现阶段中国主要有四类市场（潜在）参与者：传统电机生产企业、汽车零部件供应商、整车企业内部配套、高校科研机构。这四类参与者中高校申请占据了前十中的七席，可见高校掌握了大多数的前沿技术，然后研发成果转化率低，并没有大量投入产业化中，比如东南大学，在混合励磁这一块的研发由来已久，将永磁同步电机与开关磁阻电机结合在一起，克服开关磁阻电机和永磁同步电机自身的缺陷，并进行了大量的专利申请，但是就目前国内新能源汽车电机的市场份额来看，并没有得到推广，研发成果没有得到合理的转化，从长远的角度来看，企业和高校之前达成产学研合作，将成果转化是未来发展的一个方向。传统电机企业产能成熟、电机生产制造经验丰富，且中小电机行业近几年持续低迷，使其具有迫切的向新能源驱动电机转型的需求。这类企业生产线可以较快的技改切换适应激增的新能源汽车订单，在竞争中最具实力。如大洋电机已转型进入新能源汽车驱动电机生产阵营。

三、技术演进路线

按照永磁同步电机结构构成，将其划分为磁路零部件、烧结钕铁硼、冷却系统、绕组零部件四个分支，其中磁路零部件是各大车企关注的技术重点，其申请量在各大分支中占据了绝对的优势，而永磁体对磁路结构的性能起着决定性的作用，稀土永磁电机对于工作环境要求比较苛刻，超过180℃的稀土永磁材料将出现不可逆的退磁和失效情况；在剧烈振动或温差较大的情况下容易出现断裂；材料容易氧化腐蚀，必须进行表面涂装才能使用；稀土永磁电机对于过载十分敏感，一旦过载将导致永磁材料的退磁。

稀土稀土永磁材料是金属系和铁氧体系之后开发成功的第三代永磁材料，钕铁硼在内禀矫顽力、磁能积和剩磁强度等性能系数上都表现卓越，独具比较优势。其内禀矫顽力是Sm2Co17的2倍，铁氧体的5倍；最大磁能积是Sm2Co17的1.5倍，铁氧体的10倍；剩磁是Sm2Co17的1.2倍，铁氧体的3倍。事实上，要实现相同磁力，所需钕铁硼的体积仅为铁氧体的1/13，Sm2Co17的1/2，烧结钕铁硼不管是矫顽力还是磁能积都优于所有的永磁材料以及所有的成型工艺，因此最终我们从永磁材料中聚焦到烧结钕铁硼。

钕铁硼在需求端被替代，有两种可能性，一是被性能更加优越的磁性材料替代，例如第四代稀土永磁材料，稀土铁氮体；二是由于性价比原因，被一些性能稍差的材料替代，例如铁氧体或钐钴磁体。第一种可能性，从性能角度来看，鉴于第四代稀土永磁材料形成成熟工艺走向实用至少还需几十年，短期难以出现性能更加优越的磁性材料。第二种可能性，从性价比角度来看，钐钴磁体、铁氧体都有可能在低端领域部分替代甚至完全替代钕铁硼磁材，而在高端领域，钕铁硼的刚性需求和新兴需求难以替代。现阶段烧结钕铁硼主要是中国和日本在使用，因此日本和中中国的专利申请量占据了绝对的优势，而日本依托其稀土永磁产业独特发展的先天优势，起步早，占据了绝对的市场和技术优势，中国的烧结钕铁硼规模虽然位居全球第1，但是主要产品集中在中低性能磁性材料，高性能磁性材料市场主要被日本企业占据，日立金属的烧结钕铁硼基本上都是高性能产品，目前磁能积水平最高的烧结钕铁硼永磁体是日立研制的，日立在钕铁硼发展路径中一个最重要的途径是并购，在多元化过程中，确保各个领域之间能够相互支持，比如技术互补性、技术的优化或提升，新材料核心技术的形成需要长期积累，并通过并购获取或强化自身的核心技术可以达到事半功倍的效果。

四、总结

目前我国磁性材料上市公司也开始参考日本

的并购模式，通过并购以谋求突破单一业务的天花板，寻求更大的成长空间，从目前并购的标来看，基本上属于稳健性的相关性并购，但是并购标的在市场知名度、核心技术等方面与日立金属的相比还有差异，强强联合型并购较少，基本上属于试探性并购，还处于并购的初期阶段，且缺少与车企之间的合作联盟。

作者简介：

周清霞，出生年月：19890212，性别：女，民族：汉，籍贯（精确到市）：湖北省天门市，当前职务：专利审查员，当前职称：助理研究员，学历：硕士，研究方向：电力

孙国超（等同于第一作者），出生年月：19841214，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：湖北省枣阳市，当前职务：硬件研发工程师，当前职称：中级工程师，学历：硕士，研究方向：硬件设备