淺談新能源汽車電驅動技術

周清霞 孫國超

摘 要：介紹汽新能源汽車電驅動發展背景，分析國內外專利發展的歷程和發展現狀，對各國的專利申請重心和趨勢作了統計和分析，并對比了國內相關領域的發展狀況，最后簡單介紹了新能源汽車技術領域的發展路線。

關鍵詞：新能源；電驅動；電機

一、技術發展背景

新能源汽車電驅動主要由整車控制系統、驅動電機系統以及自動變速器系統構成，驅動電機作為新能源汽車的核心部件處于產業鏈中游，在電動汽車發展的早期，采用直流電機方案，雖然其控制方式容易，調速優良，但其復雜的機械結構是其突出的短板，損耗大、維護成本高，目前的電動汽車已將直流電機淘汰，現階段主要采用的是交流異步電機和永磁同步電機，近年來出現的新型開關磁阻電機雖然具有結構簡單等諸多優點，但是由于其噪音大，目前處于研究階段，并未大量投入使用中。

二、技術發展現狀

現階段，交流異步電機主要是以特斯拉為首的美國車企和部分歐洲企業使用，全球69%的新能源汽車采用的是永磁同步電機，因此永磁同步電機全球專利申請保持平穩上升趨勢。

特斯拉之所以選用交流異步電機與其最初的技術路徑選擇有關，交流感應電機價格低廉，而偏大的體積對美式車并無掛礙；另一方面，美國高速路網發達，交流電機的高速區間效率性能上佳，因此歐美的永磁同步電機的專利申請量一直處于低迷的狀態（圖1）。 包括中國、日本在內的其他國家新能源汽車電機最廣泛使用的仍是永磁同步電機。適合本國路況是主要因素，永磁同步電機在反復啟停、加減速時仍能保持較高效率，對高速路網受限的工況是最佳選擇。此外，我國稀土儲量豐富，日本稀土永磁產業有配套基礎也是重要因素。日本和中中國的專利申請量占據了絕對的優勢，而日本依托其稀土永磁產業獨特發展的先天優勢，起步早，在2012年申請量達到了巔峰期，占據了絕對的市場和技術優勢，而中國稀土產業開始于1886年，因此永磁同步電機起步于1886年，先階段已處于專利高速增長時期，也源于永磁同步電機目前在我國新能源汽車中的使用占比超過90%。

目前，我國新能源汽車配套電機市場仍然是國內自給，國際競爭對手參與較少。國內技術水平與國外相比，仍有不少差距。以專利作為技術儲備衡量，我國新能源汽車電機專利申請總量位于世界第二，目前申請量是僅次于日本，處于不斷增長趨勢。

全球永磁同步電機專利申請人排名前十（圖2）來看，日本電機實力強勁，其中日立的產業結構多元化，不僅在永磁材料中處于專利壟斷地位，其永磁同步電機申請量也是位居榜首。國內哈爾濱工業大學、山東理工大學、東南大學、大洋電機、江蘇大學、比亞迪等企業和研究機構具有豐富的技術儲備。 前新能源汽車驅動電機產業頗具吸引力，潛在市場空間較大、行業標準未確定、整車供應鏈未成熟，能夠伴隨新能源汽車一同壯大，正是理想的朝陽行業。

縱觀中國永磁同步電機專利申請人排名前十來看，現階段中國主要有四類市場（潛在）參與者：傳統電機生產企業、汽車零部件供應商、整車企業內部配套、高校科研機構。這四類參與者中高校申請占據了前十中的七席，可見高校掌握了大多數的前沿技術，然后研發成果轉化率低，并沒有大量投入產業化中，比如東南大學，在混合勵磁這一塊的研發由來已久，將永磁同步電機與開關磁阻電機結合在一起，克服開關磁阻電機和永磁同步電機自身的缺陷，并進行了大量的專利申請，但是就目前國內新能源汽車電機的市場份額來看，并沒有得到推廣，研發成果沒有得到合理的轉化，從長遠的角度來看，企業和高校之前達成產學研合作，將成果轉化是未來發展的一個方向。傳統電機企業產能成熟、電機生產制造經驗豐富，且中小電機行業近幾年持續低迷，使其具有迫切的向新能源驅動電機轉型的需求。這類企業生產線可以較快的技改切換適應激增的新能源汽車訂單，在競爭中最具實力。如大洋電機已轉型進入新能源汽車驅動電機生產陣營。

三、技術演進路線

按照永磁同步電機結構構成，將其劃分為磁路零部件、燒結釹鐵硼、冷卻系統、繞組零部件四個分支，其中磁路零部件是各大車企關注的技術重點，其申請量在各大分支中占據了絕對的優勢，而永磁體對磁路結構的性能起著決定性的作用，稀土永磁電機對于工作環境要求比較苛刻，超過180℃的稀土永磁材料將出現不可逆的退磁和失效情況；在劇烈振動或溫差較大的情況下容易出現斷裂；材料容易氧化腐蝕，必須進行表面涂裝才能使用；稀土永磁電機對于過載十分敏感，一旦過載將導致永磁材料的退磁。

稀土稀土永磁材料是金屬系和鐵氧體系之后開發成功的第三代永磁材料，釹鐵硼在內稟矯頑力、磁能積和剩磁強度等性能系數上都表現卓越，獨具比較優勢。其內稟矯頑力是Sm2Co17的2倍，鐵氧體的5倍；最大磁能積是Sm2Co17的1.5倍，鐵氧體的10倍；剩磁是Sm2Co17的1.2倍，鐵氧體的3倍。事實上，要實現相同磁力，所需釹鐵硼的體積僅為鐵氧體的1/13，Sm2Co17的1/2，燒結釹鐵硼不管是矯頑力還是磁能積都優于所有的永磁材料以及所有的成型工藝，因此最終我們從永磁材料中聚焦到燒結釹鐵硼。

釹鐵硼在需求端被替代，有兩種可能性，一是被性能更加優越的磁性材料替代，例如第四代稀土永磁材料，稀土鐵氮體；二是由于性價比原因，被一些性能稍差的材料替代，例如鐵氧體或釤鈷磁體。第一種可能性，從性能角度來看，鑒于第四代稀土永磁材料形成成熟工藝走向實用至少還需幾十年，短期難以出現性能更加優越的磁性材料。第二種可能性，從性價比角度來看，釤鈷磁體、鐵氧體都有可能在低端領域部分替代甚至完全替代釹鐵硼磁材，而在高端領域，釹鐵硼的剛性需求和新興需求難以替代。現階段燒結釹鐵硼主要是中國和日本在使用，因此日本和中中國的專利申請量占據了絕對的優勢，而日本依托其稀土永磁產業獨特發展的先天優勢，起步早，占據了絕對的市場和技術優勢，中國的燒結釹鐵硼規模雖然位居全球第1，但是主要產品集中在中低性能磁性材料，高性能磁性材料市場主要被日本企業占據，日立金屬的燒結釹鐵硼基本上都是高性能產品，目前磁能積水平最高的燒結釹鐵硼永磁體是日立研制的，日立在釹鐵硼發展路徑中一個最重要的途徑是并購，在多元化過程中，確保各個領域之間能夠相互支持，比如技術互補性、技術的優化或提升，新材料核心技術的形成需要長期積累，并通過并購獲取或強化自身的核心技術可以達到事半功倍的效果。

四、總結

目前我國磁性材料上市公司也開始參考日本

的并購模式，通過并購以謀求突破單一業務的天花板，尋求更大的成長空間，從目前并購的標來看，基本上屬于穩健性的相關性并購，但是并購標的在市場知名度、核心技術等方面與日立金屬的相比還有差異，強強聯合型并購較少，基本上屬于試探性并購，還處于并購的初期階段，且缺少與車企之間的合作聯盟。

作者簡介：

周清霞，出生年月：19890212，性別：女，民族：漢，籍貫（精確到市）：湖北省天門市，當前職務：專利審查員，當前職稱：助理研究員，學歷：碩士，研究方向：電力

孫國超（等同于第一作者），出生年月：19841214，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：湖北省棗陽市，當前職務：硬件研發工程師，當前職稱：中級工程師，學歷：碩士，研究方向：硬件設備