新設計、新材料將是下一代電動汽車動力電機的關鍵。

新設計和新材料對下一代電動汽車推進系統的研發至關重要。

如今，汽車電氣化需求穩步增長，可能創造數十億甚至上百億美元的業務，汽車行業對此已經開始為汽車傳動系統的轉型布局。

福特公司表示，公司計劃在 2022 年前推出大約 40 款電動車型，其中包括 16款全新的純電動汽車。本田預計，到 2030 年，電動汽車將占該公司全球銷售額的三分之二。通用汽車公司計劃到 2023 年在全球范圍內推出 20 款電動車型。傳統豪車品牌法拉利也加入了汽車電氣化的大軍。我們不難從這些全球主要汽車制造商的行動中看出，推進系統的電氣化幾年后將不再是新事物。此后，各家廠商將專注于發展可以提高推進效率的設計、工藝和制造等關鍵競爭優勢。

舉個例子，為了在電推進系統的完整價值鏈上（即從電池組到動力電子組件再到電機）掌握主動權，博世在 2019 年初接手了其與戴姆勒合資的電機研發公司 EM-motiv 的全部所有權和控制權。博世認為，僅對電動汽車的系統性熱管理這一項進行優化，即有潛力將電動汽車的續航里程提高 20%。

博世公司在最近的一次發布中表示，“歸根結底，電氣化交通出行取得突破的關鍵在于以低廉的成本提供可以滿足需求的續航里程。”

博世新款電驅動電機經過精心設計，可提供非凡性能。

定制設計

電動汽車的評價標準往往集中于電池容量，然而驅動電機也同樣重要，重要程度甚至堪比傳統汽車的發動機。事實上，電機功率和效率是相互關聯的，因此根據不同車輛推進系統定制不同功率和效率的電機至關重要，但也同時需要大量投資。

目前，汽車行業中主要采用“永磁”和“感應”兩種主要交流牽引電機，兩者各有利弊。許多汽車制造商和供應商都青睞于工作效率更高的永磁電機，其中幾家最著名的制造商包括本田、豐田、通用和寶馬。

對比來說，交流感應電機的效率較低，但也憑借更高的最高功率輸出贏得了一些支持者，比如電動汽車領頭企業特斯拉。目前，特斯拉的高性能大尺寸 Model S 和 Model X 系列均采用了交流感應電機，但最近推出的緊湊型 Model 3 卻采用了永磁驅動電機。

過去，大多數觀點認為感應電機更適合尺寸更大、重量更重或對性能要求更高的電動汽車。事實上，永磁電機的應用也并非僅限于一些尺寸更小且更注重效率的車型。目前，盡管電動汽車初創公司 Rivian 并未透露旗下 R1T 電動皮卡和 R1S 運動多功能車的具體規格，但一位公司發言人向《汽車工程雜志》證實，這兩款車型的每個車輪均配備了獨立的電機，且這些電機采用了永磁設計。

美國電動汽車初創公司 Rivian 為每個車輪均配備了獨立的牽引電機，封裝在一個可容納兩個電機的機殼中，其中裝有為每個電機獨立配備的變速器。

探索新材料

通常來說，永磁電機生產經常受制于重稀土元素的供應，正因如此，一些高產量制造商一直對永磁電機“敬而遠之”。目前，全球重稀土元素供應主要來自中國。據估計，中國的稀土儲量占全球的35-40%，比如釹和鏑，而這兩種稀土元素均對各類磁性產品的生產非常重要。

通常來講，汽車牽引電機中使用的磁體需要較高的矯頑力，也就是磁體在車輛常見高溫環境下保持磁性的能力，而磁體的這種性能主要與其中含有的稀土材料有關。通常來說，磁體中 30% 的原材料都是稀土。

2016 年年中，本田汽車有限公司和大東鋼鐵有限公司（Daido Steel）共同發布了全球首款專為電動汽車量產而研發的新型磁體材料—熱變形釹。該材料將首次用于 2017 款 2017 FreedSport Hybrid 混合動力小貨車搭載的新型永磁牽引電機。

具體來說，這種新型熱變形釹材料不需要注入鏑或鋱等“重”稀土元素，即可優化對牽引電機至關重要的一項指標——高耐熱性。

本田最新款 Insight 和 Accord 雅閣混合動力車型均采用了旗下第三代雙電機（牽引電機和發電機）混合動力設計；據本田透露，這兩臺電機所用磁體均不使用重稀土金屬。據稱，Insight 混合動力汽車的牽引電機可提供129 hp 和267 N·m的動力輸出。

無獨有偶，豐田也曾在去年表示，公司已經開發了一種釹元素含量顯著降低的新型耐熱電機磁鐵。豐田在新聞稿中表示：“這種新型磁體可在高溫條件中使用，且其中釹稀土元素的用量明顯減少?！?/p>

豐田補充道，這種新型磁體并不使用“高耐熱釹磁體所必需的”鋱或鏑元素，“我們采用了成本更低的鑭和鈰進行替代，從而減少了磁體中釹的用量?！?/p>

豐田工程師認為，鑭和鈰的儲量豐富且成本低廉，但同樣可以幫助磁體保持高耐熱性和高矯頑力。

美國能源部高級研究項目機構 ARPA-e 也啟動了“REACT 關鍵技術中的稀土替代材料計劃”（Rare EarthAlternatives in Critical Technologies），以開發成本更低、供應更可靠的稀土替代品。過去十年里，REACT 項目已資助了數個使用非稀土磁體的電動汽車研發項目。

隨著電機技術的不斷發展，未來的研發重點必定在于提高效率、功率和可靠性。本田、通用汽車（Bolt 電動汽車）等公司已經從為定子繞組配備的方截面導線得到了可靠的結果—方形導線的“排布”更加高效，可以提高給定區域的密度。一些消息來源稱，繞組技術也會對電機的功率輸出和效率產生重大影響。

本田為 2019 款Insight 混動汽車設計的雙電機驅動/發電機，減少了電機磁體中稀土材料的用量。

安裝設計

在純電動汽車應用中，牽引電機通常用于驅動車軸，另外在某些情況下也會直接驅動某個單獨車輪，比如 Rivian 的電動汽車設計。不過，牽引電機在混動汽車中的應用場景則更加多樣。

在早期的“輕”電氣化設計中，開發人員通常將牽引電機/發電機單元安裝在發動機曲柄的前部，也就是所謂的 P0 位置，具體由驅動軸連接。電機可以逐漸移回至傳動系統，逐步對發動機曲軸或驅動輪施加更大影響。P3 位置將電機集成到變速器中，而 P4 位置則意味著電機將驅動一根并未與內燃機機械相連的軸。

據了解，Rivian 電動汽車的輪內牽引電機外殼來自 Protean Electric 公司，其 Pd16 和 Pd18 車輪電機系統已經與輪輞集成封裝，永磁同步電機則直接集成在外部轉子內。電源和控制電子單元也進行了集成。Protean 的車輪電機瞄準自動駕駛大巴的應用場景，Pd18 則用于 Local Motors 的“Olli”自動駕駛穿梭大巴。

作為傳統汽車向電動汽車過渡的必要橋梁，電機的重要性不言而喻，因此各大廠商均發力電機設計，推出了功能非常完善的電機。現階段，很多電機均可以通過不同“P”級，實現不同程度的效率和性能提升，取得比如驅動去耦“航行”、扭矩“填充”等功能，從而緩解發動機增壓滯后或換擋卡頓等問題，通過車輛“電子軸”實現車輛的全輪驅動。