2024新能源汽车驱动系统发展趋势
引 言
在中国汽车工程师的不懈努力下，中国的新能源汽车驱动技术实现了“一骑绝尘式”的高速发展。之前所提出的永磁化、高速化、油冷扁线化、集成化、小型化、轻量化、高效率、高功率密度等目标均已取得显著成果。
这些发展趋势旨在提高新能源汽车电机的性能、效率和可靠性，同时降低成本、减小体积，以满足新能源汽车不断发展的需求。不同的电机结构和技术各有优势，未来可能会根据市场需求和技术进步，出现多种技术并存和共同发展的局面。
在这些可预见的发展趋势下，很多技术路线均已像芯片的“摩尔定律”一样几乎走到了极致，使得电驱动从业者们又现迷茫，失去了前进的方向，今天，作者结合如今的热门新技术抛砖引玉，与大家共同探讨未来电驱动技术可能的发展方向，期望给大家带来些许灵感，破开迷雾，点亮新能源汽车电驱动技术发展的光明前景。
通过应用人工智能和机器学习等进行大数据分析，可以实现优化系统效率，实现预测性系统维护。
智能化：专用芯片及数字信号处理器的发展促进了电机控制器的数字化，随着汽车数字化、智能化程度的不断提高，电机系统也将变得更加智能化。智能电机系统还可以根据车辆的行驶状态和驾驶员的操作习惯，自动调整电机的输出特性，优化车辆的性能和能耗。
人工智能和机器学习的应用：利用大数据分析和机器学习算法对电机的运行数据进行分析和学习，实现更精准的控制策略优化、性能预测和故障诊断等功能。可以实现对电机的健康状况进行实时监测和预测，提前发现潜在问题并进行维护，减少故障发生的可能性，提高电机的可用性和可靠性，确保车辆的正常运行和驾乘人员的安全。
无线通信与车联网融合：电机系统与车联网技术相结合，实现电机数据与车辆其他系统以及外部网络的实时通信。这有助于远程监控电机状态、进行软件升级和故障诊断，还可以根据交通状况和路况优化电机的运行模式。随着自动驾驶技术的发展，电机系统需要与自动驾驶系统更好地协同工作，根据自动驾驶的需求提供精确的动力输出和控制响应。
新结构、新材料、新技术的探索和应用，是新能源汽车驱动技术不断发展创新的重要一环，以下是一些不成熟的建议：
新材料应用：探索和应用新型材料，以进一步提升电机的性能。例如，使用更高性能的永磁材料、新型的导电材料或绝缘材料等，可能有助于提高电机的功率密度、效率及耐高温能力等。例如广汽埃安的夸克非晶电机，对新材料在新能源汽车驱动领域应用起到了良好的引领效果。
基于生物酶的电机自清洁技术：利用特定的生物酶实现电机内部的自动清洁，减少污垢和杂质对电机性能的影响。
基于纳米技术的电机润滑改进：利用纳米材料改善电机的润滑效果，减少磨损和能量损失。
新拓扑结构的探索与优化：研究和开发新的电机拓扑结构，以实现更高的性能、效率和功率密度。利用先进的数学算法和计算机辅助设计工具，对电机的结构进行拓扑优化，在满足性能要求的前提下，最大限度地减少材料使用和重量。
多相电机的应用：除了常见的三相电机，多相电机（如五相、六相电机）可能会得到更多的研究和应用。多相电机具有更高的容错能力和更好的控制性能，能够在部分相出现故障时仍保持一定的运行能力。
法雷奥电机设备有限公司在2015年设计了用于六相旋转电机的互连电子功率模块的架构，和包括这种架构的六相旋转电机（专利公开号：CN106664049A）。
六相电机包括对称六相电机和不对称六相电机（相移30°双三相电机）两种。其中，对称六相电机的相带角和传统三相电机一致为60°，其磁势空间分布和传统三相电机完全相同，只是幅值增加了一倍；而不对称六相电机的相带角和对称十二相电机一致为30°，其磁势空间分布和对称十二相电机一致，内部消除了5、7次谐波磁势，进而消除了6次转矩脉动，转矩脉动的最低次数提高到12次，因此在抑制转矩脉动上具有更大的优势，得到了更为广泛的关注。
与传统的三相电机相比，六相电机的优点主要包括：
实现低电压情况下输出大功率：在相同功率和相电流情况下，随着电机相数的增加，每相绕组的永磁体磁链或反电动势会成比例降低，供电电压随之下降，可实现低电压输出高功率。
相数冗余可靠性高：当定子绕组发生一相或多相故障时，无需中线引出即可降额运行，通过采用适当的容错控制策略，使剩余电机绕组重新合成圆形旋转磁势轨迹，电机可继续稳定运行，适合严禁中途停机的高可靠性要求场合。
降低了转矩脉动：电机相数增加会使空间谐波次数增加，转矩脉动频率提高，幅值下降，进而降低电机运行时的噪声和振动。电机相数越多，基波电流产生的转矩脉动频率越高。
控制资源丰富：可以通过注入适当比率的低次谐波电流与相应的谐波磁场作用产生恒定转矩，进而提高电机的功率密度。多相逆变器的空间电压矢量呈指数性增加，为多相电机的控制（如 PWM 调制、直接转矩控制和预测电流控制等）提供了丰富的控制资源。通过矢量空间解耦，可实现基波转矩分量和谐波分量的控制，例如进行死区补偿、不对称补偿，或通过注入谐波分量实现过调制和参数辨识等。
雷诺汽车与法雷奥合作开发的六相电机爆炸图
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可重构电机结构
可重构电机结构的工作原理基于其灵活可变的机械和电磁设计。这类电机通常包含可调节的部件或模块，使得电机能够根据不同的工作需求改变自身的结构和参数。
在机械方面，可能具有可移动的磁极、可变换的定子或转子结构，以及可调整的轴系等。例如，通过改变磁极的位置或数量，可以改变磁场的分布和强度。
在电磁方面，可重构电机可以通过切换不同的绕组连接方式，或者改变绕组的匝数、电流方向等来调整电机的电磁特性。
其工作过程中，会有传感器实时监测电机的运行状态和外部工作条件，如负载大小、转速要求、工作温度等。控制系统根据这些监测数据，按照预设的策略和算法，发出指令来调整电机的机械和电磁结构。
例如，当需要电机在低速时提供高转矩，电机结构会被重构为具有更多磁极对数或更密集的磁场分布。而当需要高速运行时，电机结构可能会调整为减少磁极对数，以适应高速旋转。
总的来说，可重构电机结构通过实时感知和响应工作需求，动态调整自身结构，从而在不同工况下都能实现优化的性能输出。
自适应磁场控制电机
自适应磁场控制电机的工作原理基于先进的电磁理论和智能控制技术。这种电机通常配备了高精度的传感器，用于实时监测电机的运行参数，如转速、转矩、电流、电压和位置等。
在运行过程中，控制系统会根据所采集到的这些参数信息，通过复杂的算法和计算，动态地调整电机内部的磁场强度和分布。例如，当电机需要在高负载情况下输出更大的转矩时，控制系统会增加磁场强度，以提供更强的电磁力来满足需求。
反之，在低负载或轻载运行时，适当降低磁场强度，从而减少能量损耗，提高电机的运行效率。
自适应磁场控制还能够优化电机的磁路设计，通过智能调整磁极的形状、位置和励磁电流等，使电机在不同工况下都能保持良好的性能和效率。
总之，自适应磁场控制电机通过实时感知运行状态并智能调整磁场，实现了电机性能的优化和效率的提升。
非接触式传动电机
探索采用非接触式的传动方式，如磁悬浮技术，减少机械磨损，提高传动效率和可靠性。
在驱动轮的直接驱动上，非接触式传动电机可以避免传统机械传动中的摩擦和磨损，提高传动效率。例如，通过磁力耦合或电磁感应原理，将电机产生的动力直接传递到车轮，减少了中间传动部件，简化了结构，降低了重量和成本。
在变速器方面，非接触式传动电机可以实现无齿轮的无级变速。通过调整电磁场的参数，实现平滑的转速和扭矩调节，提供更加舒适和高效的驾驶体验。
对于四驱系统，非接触式传动电机可以更灵活地分配前后轮的动力。每个车轮都可以配备独立的非接触式电机，根据路况和驾驶需求实时调整每个车轮的驱动力，增强车辆的操控性和稳定性，例如在弯道行驶或复杂路况下实现更好的抓地力。
在能量回收系统中，非接触式传动电机能够更高效地将制动能量转化为电能并存储。在制动过程中，通过精确控制电磁场，实现快速而有效的能量回收，提高车辆的续航里程。
此外，非接触式传动电机的无接触特性使得其在密封和防护方面具有优势，能够更好地适应恶劣的工作环境，提高传动系统的可靠性和耐久性。
电机与能量存储的集成：将电机与超级电容器、飞轮等能量存储装置集成在一起，实现能量的高效存储和释放，优化车辆的动力性能和能量利用效率。
基于现有技术的优化改进，促进行业健康良性发展
轮毂电机技术的改进：轮毂电机技术具有独特的优势，但目前也存在一些问题，如簧下质量增加、密封和散热等。未来可能会通过技术改进来克服这些问题，例如研发更轻的轮毂电机、优化散热设计以及提高密封性能等，以推动轮毂电机在新能源汽车中的更广泛应用。
高效智能热管理：电机在运行过程中会产生热量，高效的热管理系统对于保证电机的性能和寿命至关重要。未来可能会发展更先进的热管理技术，如采用更高效的冷却介质（如油冷）或创新的冷却结构（热管冷却等），以更精确地控制电机温度，提高电机在高功率输出和长时间运行时的稳定性。
不仅仅是采用更高效的冷却方式，还可能包括智能热管理系统的发展。通过实时监测电机各部位的温度，动态调整冷却策略，确保电机在各种工况下都能保持良好的工作温度，提高可靠性和寿命。
将电机的发热特性与整车热管理系统深度整合，实现更高效的热能利用和温度控制。此技术已在国内某些量产车型中进行应用，对应对低温环境下的系统启动和充电效率的提升，有显著改善效果。
优化 NVH 性能：
NVH 即噪声（Noise）、振动（Vibration）和声振粗糙度（Harshness），通过优化电机的电磁设计、结构设计和控制算法，进一步降低电机运行时产生的噪音和振动，提升驾乘的舒适性。
除了降低噪音，还可以根据用户需求为电机定制独特的音效，增加车辆的品牌特色和用户体验。
可探索电机与智能悬架系统相互配合工作，提升车辆的舒适性和操控性。
利用纳米磁性液体的特性，提高电机的减震效果，降低震动和噪声。
能量回收效率提升：进一步提高电机在制动或减速过程中的能量回收效率，以增加新能源汽车的续航里程。这可能涉及到电机控制算法的优化、与制动系统的更好协同等方面的技术发展。
标准化和模块化设计：制定统一的标准和规范，推动电机及相关组件的模块化设计，便于生产、维修和更换，降低成本并提高整个产业链的效率。
回收再利用和可持续发展：关注电机的生命周期结束后的处理和回收利用，研究如何更好地回收电机中的材料，减少对环境的影响，以符合可持续发展的要求。开发和使用对环境更加友好、可回收和可再生的制造材料，降低电机生产过程中的环境影响。
优化电磁兼容性（EMC）：确保电机在运行时不会对车辆内部的其他电子设备以及周围环境产生电磁干扰，同时自身也能在复杂的电磁环境中稳定工作。
极端环境适应性：研发能够在更极端的温度、湿度、海拔等环境条件下正常工作的电机，扩大新能源汽车的使用范围和场景。
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总结
综上所述，未来，新能源汽车电机将继续朝着更高效、更智能、更可靠、更适应多样化需求的方向发展。不断的技术创新和突破，将使电机在新能源汽车产业中发挥更为关键的作用，推动整个行业迈向更加绿色、可持续的未来。这不仅是技术的进步，更是为解决全球能源和环境问题贡献重要力量，为人们带来更优质、更环保的出行体验。
