江蘇超力車載高效節能無刷直流電機助力汽車電動化發展

1 無刷電機市場形勢

近年來，汽車行業正朝著電動化、智能化、節能環保方向加速轉型，現代汽車已經從單純的機械產品變身為復雜的機電一體化產品，汽車上用于實現某種功能的電機數量持續增加，且其性能必須符合高精度、高效率、高可靠、低能耗、低噪聲、長壽命等一系列嚴格標準的要求。據統計，一輛豪華轎車中的電機數量可達100 多臺。在各類車載電機中，無刷直流電機由于具備多種優勢，在新一代智能電動汽車的車身、底盤、動力、轉向、制動及熱管理系統中得到了廣泛的應用。采用無刷直流電機驅動的純電動和混合動力新能源汽車、汽車電動水泵、電動油泵、電動散熱風扇、空調(HVAC)鼓風機、座椅通風風扇等部件，正在加速取代和淘汰傳統的有刷直流電機，為實現新能源汽車的高能效和優秀的操控性能做出了貢獻。

在全球能源緊缺的背景下，發展高效節能電機成為全球電機產業的共識。電機產業作為節能環保、新能源、高端裝備制造業的先導產業，受到了國家政策的大力支持，《中國制造2025》明確提出要持續提升電機的能效水平，提升電機核心技術工業化和產業化的能力。無刷電機作為節能環保的高效電機推廣力度會不斷加大。

無刷直流電機在汽車中的應用實例

無刷直流電機取消了有刷電機的機械換向器和電刷，起動力矩更大，調速范圍更寬，效率更高，故障率更低，電磁與機械噪聲更小，使用壽命更長，是現代電機技術和電子電控技術結合的機電一體化產品，相比傳統有刷電機可提高效率近10%。無刷直流電機應用領域廣泛，在汽車及其部件、工業自動化、現代家用電器、醫療器械、航空航天等多個行業均有巨大的市場潛力。這些行業的發展現狀及未來發展空間將最終決定無刷電機行業產品的銷售及發展空間。

據國家統計局預測，2018～2023 年期間，中國無刷電機產業將保持年均15%～20%左右的增長速度，到2023 年，行業市場規模將達678 億元左右。由于無刷電機技術障礙和價格較高，尚未完全取代有刷電機，無刷電機潛在需求仍未充分釋放，市場規模還將進一步擴大。

2018～2023 年中國無刷電機行業市場規模預測

2 國內外無刷直流電機發展現狀及趨勢

2.1 無刷直流電機應用于汽車領域優勢明顯，正加速取代傳統有刷電機

目前國內市場的車載電機總體上仍以高功耗、低穩定性的有刷電機為主。傳統有刷電機雖然價格低廉，但由于電機旋轉過程中的摩擦以及由此造成的碳刷摩損，以及由機械換向過程中的電火花所產生電磁波所導致的對電子設備的電磁干擾，使之運行效率低、維護成本高、使用壽命短、安全性和電磁兼容性能差。而無刷直流電機取消了電刷和換向器結構，以電子換向取代了機械換向，可以實現高達95%以上的工作效率和高于傳統有刷直流電機5 倍以上的工作壽命。無刷直流電機一方面具有交流電機結構簡單、無換向火花、運行可靠和易于維護等優點，另一方面又保持了直流電機優良的負載特性和良好的調速性能，與傳統的燃油汽車相比，采用無刷直流電機驅動的新能源汽車可以節省高達30%～35%的能耗。隨著汽車電子化程度的提升，自動駕駛及智能化的進展，無刷電機在車輛中的應用會越來越多，正加速取代傳統有刷電機，必將成為車載電機的主流。

2.2 高效節能無刷電機系統核心技術與市場被德、日等發達國家壟斷，中國起步晚，技術薄弱

目前國際上車載無刷直流電機系統的核心技術大多掌握在德國、日本手中。博世、電裝等外資企業的無刷電機產品在國際上處于市場壟斷地位，中國車載無刷電機產品起步較晚，與國際水平差距較大。相較于有刷電機簡單的換向器結構，無刷直流電機因其自身結構特點有以下三方面的短板急需提升。

國內現有自主研發的無刷電機本體結構多為傳統軛部相連的長磁路結構，損耗較大致使其輸出轉矩及效率總體偏低。

控制器及控制算法的關鍵核心技術被國外壟斷，即便國內企業能夠小批量生產高效電機本體，由于尚未掌控技術經驗訣竅，依然不能很好地解決電機運行過程中換向帶來的扭矩脈動及控制精度問題，影響電機的整機表現。

無刷直流電機的運行平穩性和位置控制精確度是與電機本體結構和電磁設計以及控制算法設計相關的重要性能參數，這方面國內的整體研發水平仍有待提升。因此，國內無刷直流電機的整體性能與國際先進水平尚有一定的差距。

2.3 車載無刷直流電機的發展趨勢

車載無刷直流電機目前的發展趨勢總體上是繼續朝高效、節能、輕量化、低噪聲、低成本的方向發展，技術上主要體現在以下幾個方面。

在電機結構上，采用分數槽集中繞組短磁路結構設計，提高槽滿率，縮短端部繞組，降低銅耗; 采用多相電機來增加定子繞組的安全冗余，滿足特定應用條件下的功能安全要求。

在導熱設計上，采用水冷或油冷定子提高散熱量，進而提高電機允許的功率密度，降低單位功率的成本，提高輕量化的水平。

在新材料應用上，采用新型非結晶電工鋼和新型強磁材料來降低鐵心損耗，提高功率扭矩輸出及工作效率；采用新型半導體器件如碳化硅功率器件，降低驅動器的功率損耗，提高電控部件的可靠性，降低質量。

在控制技術上，通過弱磁控制，拓展電機的恒功率調速范圍，提升電機的負載適應性。

在電動助力轉向和智能制動（i-booster）等特殊應用場合，采用多繞組冗余控制技術，提升無刷直流電機的功能安全等級，以滿足自動駕駛和無人駕駛汽車對高可靠性電機的要求。

3 超力無刷電機助力汽車電動化發展

江蘇超力電器開發無刷直流電機產品已經有近二十年的歷史。通過與國內外主流客戶和半導體供應商的技術交流和合作，通過與國內知名高校和研究所在無刷直流電機設計、無刷直流電機控制器軟硬件開發以及研發團隊培養方面的長期合作，通過公司研發團隊在對標國際先進產品的基礎上的自主研發與創新，江蘇超力電器在無刷直流電機本體的電磁和機械結構設計，電磁場/溫度場/結構強度/EMC 兼容等方面的仿真和試驗，先進半導體技術和控制算法的研究等方面已經形成了自己的特色，具備了正向開發高性能無刷直流電機的能力。

通過精心的電磁、結構、散熱和電磁兼容設計，通過采用優質的鐵心、永磁體和軸承等關鍵零部件材料來降低了銅損、鐵耗和摩擦損失，超力電機的總體效率和各項指標已不亞于國際同行水平。根據不同的應用場合，超力目前可提供功率從20W 到80kW 以上，最高轉速到20000r/min，輸出扭矩從1Nm以下到300Nm 以上的各類永磁無刷直流電機，產品的應用領域覆蓋了傳統汽車以及農用和工程機械的發動機冷卻和增壓中冷，新能源汽車的電機、電控和電池的熱管理，各類車輛的空調系統，新能源汽車電驅動，電動助力轉向和底盤域控制執行器等。

江蘇超力電器的直流電機產品系列

4 江蘇超力電器有限公司簡介

江蘇超力電器有限公司始創于1981 年，是一家以高效節能電機和汽車熱管理系統為核心發展方向，集研發、制造、服務為一體的國家級高新技術企業。總部在江蘇省丹陽市，在上海、常州、開封、?？谠O有分子公司。超力是全國百家汽車零部件供應商，汽車行業電機十強企業，建有國家認可實驗室、江蘇省企業技術中心、江蘇省新能源汽車熱管理系統工程研究中心、江蘇省外國專家工作站、江蘇省博士后創新實踐基地、江蘇省研究生工作站、江蘇省示范智能車間，曾榮獲江蘇省文明單位、江蘇省質量信用AAA 級企業、鎮江市市長質量獎等榮譽。

超力自創立以來，一直高度重視研發投入和技術創新。超力產品先后被認定為省級高新技術產品、省級軟件產品，被列入國家火炬計劃項目、國家產業振興項目，多次榮獲省市科技進步獎，擁有170 多項國家專利。是汽車空調風機行業標準的主起草單位，公司技術研發團隊由海外高層次人才領銜，目前與吉林大學、江蘇大學、天津大學、南京航空航天大學等都建立了長期良好的科研合作關系。

主要產品：車用直流電機、散熱風機、鼓風機、前端冷卻模塊、EPS 電動助力轉向系統、制動系統、驅動電機、電子水泵、汽車空調系統等。產品主要應用在傳統燃油車、新能源電動車、氫燃料車以及通用航空飛行器、高端家用電器等領域。

主要客戶：上海大眾、東風日產、長安福特、長城汽車、廣汽乘用車、江淮汽車、奇瑞汽車、一汽紅旗、理想汽車、小鵬汽車等知名主機廠的一級供應商，也是日本電裝、德國馬勒、法雷奧等汽車零部件巨頭的供應商。同時，向北美、西歐、澳洲、南亞、東北亞等區域出口產品。

超力堅持“抓機遇、練內功、創信譽、鑄品牌、擴市場、做百年”的經營理念，緊緊圍繞“以客戶為中心、以關鍵零部件制造為中心、以技術創新為中心，產品由電機電器向電子電器延伸、由零部件向集成模塊延伸、由傳統汽車產品向新能源汽車產品延伸、由國內市場向國際市場延伸”的“三個中心、四個延伸”發展戰略，持續推動企業良性發展。