本文梳理了電動汽車用電機的發展現狀，根據目前已經量產的50多家電動車用電機的典型電機設計與應用進展情況，從不同的方向進行一個描述總結。從電機的角度主要的研發現狀可以總結為以下幾點：

電機類型永磁化

永磁化已經成為了行業的標配，電勵磁及感應電機的研發應用逐漸增多。另外，一些特種電機的研發也在持續的進行。如開關磁阻電機、軸向電機、無稀土永磁電機等。目前市場上的各種純電和混動新能源汽車，永磁同步電機占多數，感應電機占一小部分。相比永磁同步電機，交流感應電機體積較大，但是價格適中，但是感應電機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汽車，比如特斯拉Model S和蔚來ES8，都采用感應電機。總的趨勢來講，永磁化是一個方向，不過在大功率以及高速的應用下感應電機還是有自己的一席之地。

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其他類型的電機主要是在特種車輛上進行應用；

開關磁阻電機：Turntide Technologies公司通過在電機中放置傳感器來追蹤轉子運動，已經克服了很多此類電機的問題。工程師使用機器學習算法來確定開關電流的正確時間。工程師設計出一種無傳感器開關磁阻電機，將振動最小化。

軸向磁通電機：比利時Magnax公司的產品減少電機重量、尺寸和成本。他們的設計旨在把轉子和定子齒部的空氣間隙減到最小。電機使用了SRS的方式，兩個轉子，各位于定子的一邊。在這種配置中，定子支撐起電磁齒輪，但并不充當轉子的支撐或軛。軛是一個占定子質量三分之二的鋼制圓筒。若沒有軛，電機重量可大大減輕，該公司估計這一做法可讓電動汽車續航能力提升7%。

雙向磁通電機：Linear Labs公司（位于美國得克薩斯州達拉斯-沃斯堡）采用了另一種方式，該公司選擇在一個電機中結合軸向和徑向磁通設計。該公司的“三維（3D）周向通量電機”包括圍繞定子的4個轉子。中央轉子在定子內部旋轉，而第二個轉子在定子外部旋轉。另外兩個轉子分別位于定子的左右兩端，總共有4個磁通源，各個轉子在運動的方向上都會產生扭矩。

扁線電機or圓線電機

扁線電機滲透率快速提升。2021 年特斯拉換裝國產扁線電機，帶動滲透率大幅提升，扁線電機的趨勢已經確定。眾多潛在爆款車型使用扁線電機，預計?2025 年滲透率將快速提升至 95%。眾多高端車型均搭載扁線電機，比亞迪的 DMI 車型和 e++平臺全系都是扁線電機，大眾 MEB、蔚來 ET7、智己 L7、極 氪 001 等明星車型采用的都是扁線電機。

扁線電機能大幅度提升轉換效率。在WLTC工況，扁線電機比傳統圓線電機的轉換效率高 1.12%；在市區工況（低速大扭矩），兩者效率值相差10%。按照典型的續航500km的 A 級轎車（搭載 60kwh電池包和 150kw 電機）計算，WLTC 工況下，搭載扁線電機的電池成本節約 672 元，市區工況下，電池成本節約 6000 元。

?扁線的槽滿率大于圓線，當槽滿率越高時相同功率電機所需要的銅線更短，進而電阻降低發熱減少。從理論上來說，圓線的凈槽滿率一般在約40%左右，而扁線則可以提升至70%。由于圓線的截面為圓形，不可避免在導線間存在不規則縫隙，而扁線間的間隙更小，槽滿率更高。扁線電機的高效率區間比圓線電機高出許多，圓線電機的高效區一般要求是效率＞85%的區間占比不低于 85%，被稱為“雙 85”。而扁線電機的效率>90%的 區間占比不低于 90%，被稱為“雙 90”。電機的效率與轉速和扭矩相關，市區工況中出現的頻繁啟停工況屬于低轉速 高扭矩工況，而這正是圓線電機的低效率區間，而扁線電機在該工況下的轉換效率更高。

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扁線電機散熱性能好：溫升相對圓線電機降低10%。因扁線相對圓線更為緊密的接觸，散熱性提升，研究發現高槽滿率下繞組間的導熱能力是低槽滿率的150%。繞組在熱傳導能力上具有各向異性，軸向的熱傳導能力是徑向方向的100倍。更低的溫升條件下，整車可以實現更好的加速性能。

電磁噪音低：整車更安靜。?扁線電機導線的應力比較大，剛性比較大，電樞具備更好的剛度，對電樞噪 音具有抑制作用；可以取相對較小的槽口尺寸，有效降低齒槽力矩，進一步降低 電機電磁噪音。

小體積帶來高集成效率，契合多合一電驅發展趨勢：因扁線更高的槽滿率，同功率電機銅線用量和對應定子較少，體積有望下降30%。此外，扁線電機因更為先進繞線方式帶來更易裁剪的電機端部，與圓線電 機相比減少15-20%的端部尺寸，空間進一步降低，實現電機小型化和輕量化。

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扁線電機大規模應用也需要克服一些缺點，比如良品率低，轉速上不去，標準化難以及專利壁壘等。在高端車型中為滿足對高性能的追求，搭配扁線電機數量也開始由原來的單電機增加到雙電機，例如保時捷首款純電動跑車Taycan，甚至部分車型會搭配三電機。

絕緣?車規級新能源汽車用扁線對耐熱性要求高，主要采用耐溫≥180℃的聚酯亞胺漆包線漆、聚酰胺酰亞胺漆包線漆、聚酰亞胺漆包線漆這三種耐高溫絕緣材料進行漆包。聚酯亞胺漆具有較好的電氣性能和機械強度，且耐熱沖擊和耐軟化擊穿。在180級及以上復合涂層漆包線制造中作為底漆涂層的主要材料，在高附著和耐氟利昂的家用電器中得到廣泛應用。聚酰胺酰亞胺漆耐熱性高，不僅漆膜硬度和非軟化性很大，并且對導體粘合力較高，最先得到產業化，可在 210℃下長期使用。用于耐高溫電機電氣電子元件的線圈繞組，被用作電磁線的絕緣涂層。聚酰亞胺漆耐熱性能優異，同時能夠耐老化，耐高壓電擊穿等。其主要運用 于絕緣漆覆包電磁線，或作為耐高溫涂料應用于電氣行業、航空航天、石油管道 等。

高壓化

研究方向：800V 被認為是下一代電動車必經之路，2019 年保時捷發布全球首款 800V 車型 Taycan。現代 E-GMP5、奔馳 EVA、通用第三代純電動平臺以及大眾 Trinity， 都選擇了800V 電壓平臺。吉利SEA浩瀚平臺、廣汽、奇瑞、上汽等車企都在規劃800V的方案，800V成為車企新一輪競爭的制高點。

優勢：800V能顯著降低高壓線束線徑，減少發熱，降低質量，節約線束成本。電壓等級從400V提高800V，根據最簡單的P=UI，在輸出相同功率的情況下，800V系統所傳輸的電流就更小，線纜線徑和重量就可以降低，節省線束的成本及安裝空間。

劣勢：800V平臺下電暈腐蝕出現概率增加，電暈腐蝕會對電機絕緣造成重大危害。電暈放電是指氣體介質在不均勻電場中的局部自持放電，是最常見的一種氣體放電形式。通常發生在在曲率半徑很小的尖端電極附近，如繞組出槽口處、繞組絕緣層內部等。電暈即氣隙放電，部分能量轉換為光、熱、聲、 電磁等，會造成?

1）熱效應局部溫度升高，絕緣老化等；

2）機械損壞，大量帶電 離子“電子和正負離子”以高能量和高速度撞擊，造成絕緣層機械強度降低、局部放電區域絕緣層出現麻點、麻坑、孔眼等絕緣失效問題；

3）化學損壞，氣體局部 放電形成臭氧，臭氧化學性質不穩定，易生成氧化氮，再與水蒸氣反應生成硝酸， 腐蝕絕緣層。

技術路線：要滿足800V的技術要求，主要通過兩種技術路線：1）厚漆膜工藝，2）薄 漆膜+PEEK 膜包工藝；提升漆膜厚度是最簡單有效的途經，漆包線的絕緣性能與漆膜厚度成正比，?現在主流的新能源扁線的結構是：內層為銅扁線導體，根據扁線性能要求和使用 領域不同，銅扁線導體外涂設有二層或者三層絕緣漆膜，漆膜具體包括底漆層、 耐電暈漆層和面漆層。第一層為聚酯亞胺或者聚酰胺酰亞胺漆膜，第二層為耐電 暈漆膜，第三層為聚酰胺酰亞胺或者聚酰亞胺漆膜。

冷卻形式多樣化

電動機主要冷卻方式有自然冷卻、風冷和液冷。

在電機必須封閉防護，或者無強風的應用環境中，采用最多的是內油冷方式，比如AVL設計的高速電機采用的定子槽內油冷的方式的組合。有些電機也采用繞組噴油冷卻+定子油冷+轉子油冷等多種方式的組合。

液冷的形式：電機冷卻系統處于較低溫度時，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該低于65℃。電動汽車驅動電動機與控制器的冷卻系統主要依靠冷卻水泵帶動冷卻液在冷卻管道中循環流動，通過在散熱器的熱交換等物理過程，冷卻液帶走電動機與控制器產生的熱量。為使散熱器熱量散發更充分，通常還在散熱器后方設置風扇。電動機在工作時，總是有一部分損耗轉變成熱量，它必須通過電動機外殼和周圍介質不斷將熱量散發出去，這個散發熱量的過程，我們就稱為冷卻。

水道設計要點：水道截面尺寸增大，其冷卻水流速將下降，水道對流傳熱系數也將減小，受冷卻水套機械強度的限制，水道截面尺寸不能無限制增大；若水道截面尺寸減小，冷卻水流速將增加，其對流傳熱系數增大，但流動阻力也將增大。水道截面尺寸增大，其冷卻水流速將下降，水道對流傳熱系數也將減小，受冷卻水套機械強度的限制，水道截面尺寸不能無限制增大；若水道截面尺寸減小，冷卻水流速將增加，其對流傳熱系數增大，但流動阻力也將增大。可見，在設計冷卻水套時，除了工藝實施性和造價因素之外，更需要考慮括冷卻水套水頭損失分析、水道內的對流傳熱分析以及整個水套的機械應力分析與計算。利用熱流仿真分析軟件可以對電機的冷卻水套進行優化設計，實現最佳散熱性能和最小泵功消耗的最佳匹配。

高功率化

高功率密度，整車動力更強勁。?電機的功率與銅含量成正相關，扁線電機槽滿率提升，相同體積下銅線填充量增加20-30%，輸出功率有望提升20-30%，整車動力 更強勁。國外如大眾、沃爾沃、克萊斯勒等驅動電機最高轉速不斷提升，最高達到14k~16krpm；從繞組結構上看，發卡式繞組/扁導線繞組（通用、豐田、本田、戴姆勒等）成為明確的技術方向之一，電機功率密度均達到3.8~4.5kW/L以上；無/低重稀土材料已經開始應用。國家政策層面倡導高電機功率密度。“十三五”規劃中提出，新能源乘用車電 機功率密度應滿足4.0kw/kg，高于當前圓線電機約 3.5kw/kg 的水平。在圓線電機 功率密度提升進入困難模式的當前，發展扁線電機是必然之路，根據摩恩電氣的 公告顯示，當前領先企業的扁線電機的功率密度約4.5kw/kg。美國DOE2025的電機功率密度指標大于等于5.7kW/kg。英國的Equipmake號稱要研制峰值功率密度20kW/kg的破紀錄電機。不過最后做了幾輪的嘗試，第一臺電動機稱為APM120，重量僅為14 kg，可在12，000 rpm下獲得125 kW的峰值功率。此外，連續功率為75kW，峰值扭矩為130Nm。計算可知，功率密度約為9 kW/kg。第二臺電動機性能更強勁，稱為APM 200，重達40 kg，可在10，000 rpm下獲得220 kW的峰值功率。此外，連續功率為110 kW，峰值扭矩為450 Nm。計算可知，功率密度約為5.5 kW/kg。

高速化

在電驅動總成輸出轉矩和功率不變約束下，通過提高驅動電機和減速器最高轉速，降低電機體積和重量，提高功率密度水平。大眾、沃爾沃、克萊斯勒等國外汽車企業通過不斷提升電機轉速來降低電機體積和重量，大眾汽車模塊化電驅動平臺（MEB 平臺）電機最高達到16000rpm，沃爾沃與克萊斯勒電機最高轉速需求達到14000rpm，特斯拉Model3 驅動電機最高轉速達到17900rpm。??我國驅動電機功率密度、效率等整體技術提升很快，技術水平與國外同類產品相當，驅動電機重量比功率已達到 4.0kW/kg 以上新能源電驅動系統呈高速化發展趨勢，轉速水平從主流的15000rpm升級到18000rpm甚至20000rpm轉以上。但是高速化帶來的散熱、轉子結構、振動噪音、高效設計、軸承等問題又不得不去解決。高速電機的轉子結構必須要克服的離心應力，一般在“高速”的范圍內采用金屬護套、轉子本身結構等，而在超過18000的范圍內采用碳纖維纏繞。

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編輯：黃飛

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