江苏超力车载高效节能无刷直流电机助力汽车电动化发展

1 无刷电机市场形势

近年来，汽车行业正朝着电动化、智能化、节能环保方向加速转型，现代汽车已经从单纯的机械产品变身为复杂的机电一体化产品，汽车上用于实现某种功能的电机数量持续增加，且其性能必须符合高精度、高效率、高可靠、低能耗、低噪声、长寿命等一系列严格标准的要求。据统计，一辆豪华轿车中的电机数量可达100 多台。在各类车载电机中，无刷直流电机由于具备多种优势，在新一代智能电动汽车的车身、底盘、动力、转向、制动及热管理系统中得到了广泛的应用。采用无刷直流电机驱动的纯电动和混合动力新能源汽车、汽车电动水泵、电动油泵、电动散热风扇、空调(HVAC)鼓风机、座椅通风风扇等部件，正在加速取代和淘汰传统的有刷直流电机，为实现新能源汽车的高能效和优秀的操控性能做出了贡献。

在全球能源紧缺的背景下，发展高效节能电机成为全球电机产业的共识。电机产业作为节能环保、新能源、高端装备制造业的先导产业，受到了国家政策的大力支持，《中国制造2025》明确提出要持续提升电机的能效水平，提升电机核心技术工业化和产业化的能力。无刷电机作为节能环保的高效电机推广力度会不断加大。

无刷直流电机在汽车中的应用实例

无刷直流电机取消了有刷电机的机械换向器和电刷，起动力矩更大，调速范围更宽，效率更高，故障率更低，电磁与机械噪声更小，使用寿命更长，是现代电机技术和电子电控技术结合的机电一体化产品，相比传统有刷电机可提高效率近10%。无刷直流电机应用领域广泛，在汽车及其部件、工业自动化、现代家用电器、医疗器械、航空航天等多个行业均有巨大的市场潜力。这些行业的发展现状及未来发展空间将最终决定无刷电机行业产品的销售及发展空间。

据国家统计局预测，2018～2023 年期间，中国无刷电机产业将保持年均15%～20%左右的增长速度，到2023 年，行业市场规模将达678 亿元左右。由于无刷电机技术障碍和价格较高，尚未完全取代有刷电机，无刷电机潜在需求仍未充分释放，市场规模还将进一步扩大。

2018～2023 年中国无刷电机行业市场规模预测

2 国内外无刷直流电机发展现状及趋势

2.1 无刷直流电机应用于汽车领域优势明显，正加速取代传统有刷电机

目前国内市场的车载电机总体上仍以高功耗、低稳定性的有刷电机为主。传统有刷电机虽然价格低廉，但由于电机旋转过程中的摩擦以及由此造成的碳刷摩损，以及由机械换向过程中的电火花所产生电磁波所导致的对电子设备的电磁干扰，使之运行效率低、维护成本高、使用寿命短、安全性和电磁兼容性能差。而无刷直流电机取消了电刷和换向器结构，以电子换向取代了机械换向，可以实现高达95%以上的工作效率和高于传统有刷直流电机5 倍以上的工作寿命。无刷直流电机一方面具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点，另一方面又保持了直流电机优良的负载特性和良好的调速性能，与传统的燃油汽车相比，采用无刷直流电机驱动的新能源汽车可以节省高达30%～35%的能耗。随着汽车电子化程度的提升，自动驾驶及智能化的进展，无刷电机在车辆中的应用会越来越多，正加速取代传统有刷电机，必将成为车载电机的主流。

2.2 高效节能无刷电机系统核心技术与市场被德、日等发达国家垄断，中国起步晚，技术薄弱

目前国际上车载无刷直流电机系统的核心技术大多掌握在德国、日本手中。博世、电装等外资企业的无刷电机产品在国际上处于市场垄断地位，中国车载无刷电机产品起步较晚，与国际水平差距较大。相较于有刷电机简单的换向器结构，无刷直流电机因其自身结构特点有以下三方面的短板急需提升。

国内现有自主研发的无刷电机本体结构多为传统轭部相连的长磁路结构，损耗较大致使其输出转矩及效率总体偏低。

控制器及控制算法的关键核心技术被国外垄断，即便国内企业能够小批量生产高效电机本体，由于尚未掌控技术经验诀窍，依然不能很好地解决电机运行过程中换向带来的扭矩脉动及控制精度问题，影响电机的整机表现。

无刷直流电机的运行平稳性和位置控制精确度是与电机本体结构和电磁设计以及控制算法设计相关的重要性能参数，这方面国内的整体研发水平仍有待提升。因此，国内无刷直流电机的整体性能与国际先进水平尚有一定的差距。

2.3 车载无刷直流电机的发展趋势

车载无刷直流电机目前的发展趋势总体上是继续朝高效、节能、轻量化、低噪声、低成本的方向发展，技术上主要体现在以下几个方面。

在电机结构上，采用分数槽集中绕组短磁路结构设计，提高槽满率，缩短端部绕组，降低铜耗; 采用多相电机来增加定子绕组的安全冗余，满足特定应用条件下的功能安全要求。

在导热设计上，采用水冷或油冷定子提高散热量，进而提高电机允许的功率密度，降低单位功率的成本，提高轻量化的水平。

在新材料应用上，采用新型非结晶电工钢和新型强磁材料来降低铁心损耗，提高功率扭矩输出及工作效率；采用新型半导体器件如碳化硅功率器件，降低驱动器的功率损耗，提高电控部件的可靠性，降低质量。

在控制技术上，通过弱磁控制，拓展电机的恒功率调速范围，提升电机的负载适应性。

在电动助力转向和智能制动（i-booster）等特殊应用场合，采用多绕组冗余控制技术，提升无刷直流电机的功能安全等级，以满足自动驾驶和无人驾驶汽车对高可靠性电机的要求。

3 超力无刷电机助力汽车电动化发展

江苏超力电器开发无刷直流电机产品已经有近二十年的历史。通过与国内外主流客户和半导体供应商的技术交流和合作，通过与国内知名高校和研究所在无刷直流电机设计、无刷直流电机控制器软硬件开发以及研发团队培养方面的长期合作，通过公司研发团队在对标国际先进产品的基础上的自主研发与创新，江苏超力电器在无刷直流电机本体的电磁和机械结构设计，电磁场/温度场/结构强度/EMC 兼容等方面的仿真和试验，先进半导体技术和控制算法的研究等方面已经形成了自己的特色，具备了正向开发高性能无刷直流电机的能力。

通过精心的电磁、结构、散热和电磁兼容设计，通过采用优质的铁心、永磁体和轴承等关键零部件材料来降低了铜损、铁耗和摩擦损失，超力电机的总体效率和各项指标已不亚于国际同行水平。根据不同的应用场合，超力目前可提供功率从20W 到80kW 以上，最高转速到20000r/min，输出扭矩从1Nm以下到300Nm 以上的各类永磁无刷直流电机，产品的应用领域覆盖了传统汽车以及农用和工程机械的发动机冷却和增压中冷，新能源汽车的电机、电控和电池的热管理，各类车辆的空调系统，新能源汽车电驱动，电动助力转向和底盘域控制执行器等。

江苏超力电器的直流电机产品系列

4 江苏超力电器有限公司简介

江苏超力电器有限公司始创于1981 年，是一家以高效节能电机和汽车热管理系统为核心发展方向，集研发、制造、服务为一体的国家级高新技术企业。总部在江苏省丹阳市，在上海、常州、开封、海口设有分子公司。超力是全国百家汽车零部件供应商，汽车行业电机十强企业，建有国家认可实验室、江苏省企业技术中心、江苏省新能源汽车热管理系统工程研究中心、江苏省外国专家工作站、江苏省博士后创新实践基地、江苏省研究生工作站、江苏省示范智能车间，曾荣获江苏省文明单位、江苏省质量信用AAA 级企业、镇江市市长质量奖等荣誉。

超力自创立以来，一直高度重视研发投入和技术创新。超力产品先后被认定为省级高新技术产品、省级软件产品，被列入国家火炬计划项目、国家产业振兴项目，多次荣获省市科技进步奖，拥有170 多项国家专利。是汽车空调风机行业标准的主起草单位，公司技术研发团队由海外高层次人才领衔，目前与吉林大学、江苏大学、天津大学、南京航空航天大学等都建立了长期良好的科研合作关系。

主要产品：车用直流电机、散热风机、鼓风机、前端冷却模块、EPS 电动助力转向系统、制动系统、驱动电机、电子水泵、汽车空调系统等。产品主要应用在传统燃油车、新能源电动车、氢燃料车以及通用航空飞行器、高端家用电器等领域。

主要客户：上海大众、东风日产、长安福特、长城汽车、广汽乘用车、江淮汽车、奇瑞汽车、一汽红旗、理想汽车、小鹏汽车等知名主机厂的一级供应商，也是日本电装、德国马勒、法雷奥等汽车零部件巨头的供应商。同时，向北美、西欧、澳洲、南亚、东北亚等区域出口产品。

超力坚持“抓机遇、练内功、创信誉、铸品牌、扩市场、做百年”的经营理念，紧紧围绕“以客户为中心、以关键零部件制造为中心、以技术创新为中心，产品由电机电器向电子电器延伸、由零部件向集成模块延伸、由传统汽车产品向新能源汽车产品延伸、由国内市场向国际市场延伸”的“三个中心、四个延伸”发展战略，持续推动企业良性发展。