新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展的五大趨勢(shì)

新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展的五大趨勢(shì)01新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型發(fā)展趨勢(shì)1.1交流感應(yīng)電機(jī)目前市場(chǎng)上的各種純電和混動(dòng)新能源汽車，永磁同步電機(jī)占多數(shù)，感應(yīng)電機(jī)占一小部分，這兩種電機(jī)基本就是電動(dòng)乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的全部了。相比永磁同步電機(jī)，交流感應(yīng)電機(jī)體積較大，但是價(jià)格適中，當(dāng)然有特斯拉那樣的神操作，把轉(zhuǎn)子銅芯搞成異類的（專利），但是感應(yīng)電機(jī)可以做得功率很大并且不存在退磁問題，所以一些大型車或者追求性能的電動(dòng)汽車，比如特斯拉ModelS和蔚來ES8，都采用感應(yīng)電機(jī)?！冸姵擞密嚫飨到y(tǒng)成本占比分析1.2永磁同步電機(jī)對(duì)于空間布置尺寸要求比較高的中小型電動(dòng)汽車來說，功率和扭矩密度更高的永磁同步電機(jī)就是優(yōu)先的選擇，并且同步電機(jī)更適合頻繁啟停的工況，適合城市上下班通勤的應(yīng)用場(chǎng)景，這也是TeslaModel3改用同步電機(jī)的原因之一。網(wǎng)上說中國(guó)富含稀土礦所以中國(guó)的電動(dòng)汽車選用帶永磁體的同步電機(jī)，我認(rèn)為有牽強(qiáng)附會(huì)之嫌：難道各種民營(yíng)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)造車車企，不從成本/性能角度考慮，而是從國(guó)家戰(zhàn)略安全作為出發(fā)點(diǎn)？不靠譜，更不要說鐵銣硼的提煉和加工方面我國(guó)技術(shù)并沒有優(yōu)勢(shì)，反而日本在稀土材料運(yùn)用上積累更多?！鴩?guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)電機(jī)企業(yè)的永磁同步電機(jī)參數(shù)比較1.3開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)詞組電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、維護(hù)方便甚至免維護(hù)，起動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大、電流小；高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好，在寬廣轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率而且有很好的容錯(cuò)能力。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是由一些列脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的，由于雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路飽和非線性的影響，合成轉(zhuǎn)矩不是恒定轉(zhuǎn)矩，而有一定的諧波分量，影響了電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行性能，所以傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲與震動(dòng)比一般電機(jī)大。開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都非常明顯，對(duì)于家用車領(lǐng)域，像脈動(dòng)引起的噪音與震動(dòng)確實(shí)是難以控制和非常影響用戶體驗(yàn)的，因此并沒有大規(guī)模應(yīng)用。但是在商用車領(lǐng)域，它就可以大顯身手了，國(guó)內(nèi)很多電動(dòng)公交車、大巴和貨車上面，都能夠看到它的身影。所以，基本可以這么說：中小型車以永磁同步為主，大型及高性能乘用車趨向感應(yīng)電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)則適用于大型商用車。02新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)2.1電工鋼片驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、效率和壽命與所用的硅鋼片有很大關(guān)系，尤其是電機(jī)轉(zhuǎn)子所用的無(wú)取向電工鋼片，磁性能決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和效率，鐵損越低電機(jī)效率越高，磁感增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩才能增加，力學(xué)性能決定了定子和轉(zhuǎn)子的加工精度、承載強(qiáng)度和最大轉(zhuǎn)速。新能源電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電工鋼片的要求：電機(jī)需要提供高扭矩用于啟動(dòng)，要提高扭矩必須提高電流和電工鋼的磁感常用駕駛模式下電機(jī)效率一般85%～93%，要提高能源轉(zhuǎn)換效率，要求電機(jī)所用電工鋼片具有優(yōu)秀的磁性能，即中低磁場(chǎng)下的高磁感和高頻下的低鐵損電機(jī)轉(zhuǎn)速6000～15000r/min，要求使用的電工鋼片具有足夠高的強(qiáng)度抵抗離心力，這要求使用高強(qiáng)度電工鋼，特別是永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)，磁極鑲嵌于轉(zhuǎn)子之中，因此保證轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度至關(guān)重要縮小轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙可有效提高磁通密度，這要求電工鋼薄片具有良好的沖片性在汽車的使用周期內(nèi)，處于服役期的高速旋轉(zhuǎn)的電工鋼片不能發(fā)生疲勞破壞，即要求有高的疲勞壽命2.2關(guān)于電機(jī)繞組為了減少繞組線的長(zhǎng)度，減小電機(jī)的體積和用銅量，減少銅損耗，提高電機(jī)效率，降低電機(jī)重量，提高功率密度，需要合理選擇電機(jī)繞組方式，可以改善電機(jī)繞組的磁勢(shì)正弦，降低定子磁勢(shì)的諧波含量，減少電機(jī)鐵耗和定子繞組引起的電機(jī)紋波轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)效率，降低電機(jī)振動(dòng)和噪聲，合理選擇電機(jī)繞組方式，可以提高電機(jī)凸度，提高磁阻轉(zhuǎn)矩，減小繞組電流，降低電機(jī)銅耗。總體上定子中繞線的量是決定電機(jī)功率大小的重要因素。而決定繞線量的則主要是在有限空間內(nèi)銅線可以繞機(jī)芯的圈數(shù)。技術(shù)方面目前插入器的使用由于適合高功率的定子加工，并有逐漸成為行業(yè)生產(chǎn)標(biāo)配的趨勢(shì)。2.3線圈的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)小型化，本田增加了繞線的占積率(空間中銅的比例)，使定子變小。通過使用大截面的方形導(dǎo)線作為線圈，使得占積率達(dá)到了60%。在傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)中，使用薄的圓形線圈，占積率一般只能達(dá)到48%。為了使定子小型化，線圈使用截面積大的方形導(dǎo)線。與傳統(tǒng)的圓形線圈相比，方形導(dǎo)線可使占積率從48%增加到60%。但是，由于和圓線相比方線變粗，導(dǎo)體(銅)中的“過電流損失”會(huì)增大。通常通過增大定子的槽寬度或減小每個(gè)線圈的厚度來減小過電流損耗?！鳷eslamotorcoil為了實(shí)現(xiàn)小型化，本田同時(shí)還縮短了從定子突出的線圈部分(“線圈末端”)。本田技術(shù)人員認(rèn)為線圈末端部分“對(duì)電機(jī)工作沒有貢獻(xiàn)”。為了縮短線圈末端，采用了新的繞線結(jié)構(gòu)方法：首先，將矩形線圈塑形成U字形，以形成“并列分割線圈”。接下來，將該分割線圈從定子鐵心的軸方向插入。之后，將插入側(cè)以及對(duì)側(cè)伸出的線圈前端焊接在一起而形成線圈。新的繞線工藝需要投資新的制造設(shè)備。與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝不需要繩子捆綁，也不需要將線圈末端壓扁，從而更易于自動(dòng)化。由此實(shí)現(xiàn)高效率大批量生產(chǎn)，成本也能降低。2.4冷卻電動(dòng)機(jī)主要冷卻方式有自然冷卻、風(fēng)冷和水冷。電機(jī)冷卻系統(tǒng)處于較低溫度時(shí)，冷卻液泵不工作。溫度上升后，冷卻液泵工作。冷卻液泵的工作溫度不能超過75℃，最合適的工作溫度應(yīng)該低于65℃。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與控制器的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻水泵帶動(dòng)冷卻液在冷卻管道中循環(huán)流動(dòng)，通過在散熱器的熱交換等物理過程，冷卻液帶走電動(dòng)機(jī)與控制器產(chǎn)生的熱量。為使散熱器熱量散發(fā)更充分，通常還在散熱器后方設(shè)置風(fēng)扇。電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，總是有一部分損耗轉(zhuǎn)變成熱量，它必須通過電動(dòng)機(jī)外殼和周圍介質(zhì)不斷將熱量散發(fā)出去，這個(gè)散發(fā)熱量的過程，我們就稱為冷卻。03新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)小型化、輕量化趨勢(shì)近年，關(guān)于電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一體化研究非?；钴S，通過電機(jī)、逆變器，減速齒輪3個(gè)部件一體化，可以實(shí)現(xiàn)高效、小型和輕量化，同時(shí)降低成本。而將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝在車輪內(nèi)的輪轂電機(jī)，更是進(jìn)一步推進(jìn)了小型化和輕量化。機(jī)電一體化活躍的原因在于可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型輕量化以及降低成本，提高效率。如果是電機(jī)與逆變器一體，逆變器配置在電機(jī)旁邊，連接電機(jī)與逆變器的線束就可以縮短或者置換。由此，減小了尺寸和重量，還降低了線束產(chǎn)生的損耗。又如果與減速箱一體，那齒輪的潤(rùn)滑油和電機(jī)的冷卻油就可以共用，精簡(jiǎn)了冷卻機(jī)構(gòu)，可以輕松實(shí)現(xiàn)小型化。機(jī)械零件具備優(yōu)勢(shì)的廠商則是將減速器作為了強(qiáng)項(xiàng)。例如，舍弗勒(Schaeffler)公司，在三位一體的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用了減速比約為15的高速減速器。其他公司的減速器一般減速比約為10，即使高速也最多13左右。減速比越高，作為系統(tǒng)越容易提高轉(zhuǎn)矩。因此，與減速比為10左右的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，能夠在利用高速旋轉(zhuǎn)的小型電動(dòng)機(jī)的情況下獲得相同的扭矩，也就實(shí)現(xiàn)了小型化。04新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)供應(yīng)商配套趨勢(shì)從市場(chǎng)份額情況看，豐田集團(tuán)在2016年的數(shù)據(jù)中遙遙領(lǐng)先(集團(tuán)主要生產(chǎn)電機(jī)的公司包括電裝公司和愛信精機(jī))，本田集團(tuán)位居第二，而同時(shí)這兩大集團(tuán)也都在混動(dòng)領(lǐng)域占據(jù)全球領(lǐng)先地位。之后是比亞迪以及給特斯拉供貨的臺(tái)灣電機(jī)制造商富田電機(jī)。在初期產(chǎn)品更新?lián)Q代速度較快，需要上游零部件供應(yīng)商迅速做出反應(yīng)相互配合，所以整合生產(chǎn)的模式具備較高的性價(jià)比；然而到了行業(yè)發(fā)展中后期，由于整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)充，同時(shí)產(chǎn)品更新?lián)Q代速度不需要像初期那樣快，此時(shí)第三方供應(yīng)商以整個(gè)市場(chǎng)為客戶對(duì)象的規(guī)模效應(yīng)便體現(xiàn)出來。電機(jī)電控與主機(jī)廠供應(yīng)鏈配套主要分為第三方電機(jī)電控企業(yè)配套以及主機(jī)廠自主研發(fā)配備兩個(gè)模式。電機(jī)行業(yè)在長(zhǎng)期發(fā)展過程中，第三方供應(yīng)商崛起將是大勢(shì)所趨。如果我們觀察當(dāng)前日本汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈情況，不難發(fā)現(xiàn)占據(jù)龍頭地位的前三強(qiáng)(豐田、本田、日產(chǎn))都傾向于自供電機(jī)產(chǎn)品，這除了和日本制造企業(yè)的傳統(tǒng)基因相關(guān)外，也同行業(yè)發(fā)展的階段有關(guān)。根據(jù)我們對(duì)國(guó)內(nèi)新能源車企的不完全統(tǒng)計(jì),2014-2017年電機(jī)第三方配套(合資供應(yīng)商配套)占比分別為54.9%、50.4%、52.8%和61.8%,電控第三方配套為51.2%、46.8%、49.6%和57.6%,第三方配套比例持續(xù)上升,增長(zhǎng)主要來自合資電機(jī)電控供應(yīng)商市場(chǎng)占有率的提升。新能源汽車電機(jī)行業(yè)也不例外，從當(dāng)前時(shí)點(diǎn)看，本田已經(jīng)宣布將與日立合作生產(chǎn)電機(jī)。同時(shí)日產(chǎn)也在投資者交流會(huì)上提到將來可能開始外采電機(jī)。2017年10月，三菱電機(jī)宣布將為戴姆勒奔馳提供電機(jī)和逆變器。隨著第三方電機(jī)廠商高效能、低成本產(chǎn)品的普及，電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)份額從主機(jī)廠自供向第三方企業(yè)轉(zhuǎn)移是大勢(shì)所趨。目前日本的電機(jī)企業(yè)已經(jīng)相繼開始對(duì)電動(dòng)化所帶來的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變做出了應(yīng)對(duì)。我們預(yù)期電裝和愛信精機(jī)將會(huì)首先利用他們現(xiàn)有的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，用較低的成本占有市場(chǎng)份額，而緊隨其后的電產(chǎn)和明電舍也將迅速跟進(jìn)。自主品牌方面，比亞迪早期積累了豐富的電機(jī)電控研發(fā)能力,實(shí)現(xiàn)了自主配套動(dòng)力系統(tǒng)，北汽等規(guī)模較大的電動(dòng)汽車制造商選擇與專業(yè)電機(jī)制造公司合資，其它自主品牌廠商專注于整車設(shè)計(jì)制造,電機(jī)電控以第三方配套為主。隨著未來互聯(lián)網(wǎng)車企進(jìn)入市場(chǎng),第三方配套有望持續(xù)滲透乘用車市場(chǎng)。05新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)新能源汽車電機(jī)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)和逆變器兩部分，雖然同其他大部分汽車零部件一樣，這兩部分部件長(zhǎng)期都面臨降價(jià)壓力，但是由于新能源汽車總量的上升，行業(yè)總體還是具備較大上升空間。隨著全球汽車電動(dòng)化快速推進(jìn)，新能源汽車電機(jī)系統(tǒng)市場(chǎng)將隨之快速擴(kuò)張，市場(chǎng)規(guī)模有望從2015年的150億元增長(zhǎng)到2030年的2000億元人民幣。預(yù)期到2030年市場(chǎng)規(guī)模年均增速將在18%-20%左右。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本在整車成本中占比20%，而據(jù)2017年5月由三部委聯(lián)合印發(fā)的《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》顯示，2025年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到700萬(wàn)臺(tái)，按照每輛車裝配一套電驅(qū)動(dòng)計(jì)算，給企業(yè)帶來的利益將不可小覷。此外，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為新能源汽車的三大核心零部件之一，作為電動(dòng)汽車行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)。而受益于新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)展，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的產(chǎn)銷量也隨之增長(zhǎng)，“十三五”末，我國(guó)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場(chǎng)的容量有望達(dá)到2500億元左右。根據(jù)估測(cè)，2030年電動(dòng)車銷量將達(dá)到2000萬(wàn)臺(tái)，雖然還不到汽車總量的20%，但是如果放到樂觀情景下，即電池價(jià)格大幅下滑，且環(huán)保政策更加嚴(yán)厲的條件下，電動(dòng)車銷量有可能達(dá)到3000萬(wàn)臺(tái)的水