新能源黑科技 效率超95%的新型无磁电动机，堪比电动方程式赛车

我们往往把过多关注点放在电池上，例如它们是用宁德时代还是松下的电池？是三元锂还是磷酸铁锂等等。

但在电池以外的战场更为激烈，包括电驱动和逆变器。目前这方面技术除了博格华纳、法雷奥、麦格纳等零部件巨头投入大量的精力研发外，就连捷豹、宝马等主机厂也在加紧研发。

下面我们来聊聊电动机哪些黑科技。

目前在电动车上使用的电动机有两种——永磁同步电机和无磁感应交流异步电机。

永磁同步电机技术成熟，而且效率较高，所以被应用在大部分单电机设计的电动车上，例如特斯拉Model 3长续航版就是后置单电机。

但永磁电机有一个大的缺点——它需要用到珍贵的稀土材料。还有永磁同步电机价格稍高，以及高温易退磁等缺点。

马勒无磁电机效率超95%

而感应交流异步电机优点是无需稀土，但缺点就是扭矩密度和功率密度低，而且体积较大。但无论如何，感应交流异步电机才是未来的发展方向。

例如特斯拉、蔚来等采用双电机的性能版本，就是后轴永磁同步，前轴感应异步方案。

感应交流异步电机国际先进水平效率一般可以做到92%，比永磁电机略低。

近日马勒发布了一款集不同类型电机优势于一体的新型无磁电机，此款产品无需稀土材料。但该电机在几乎任何工况下的效率都可达95%以上，这在之前只有电动方程式赛车能做到。

马勒这款电机的关键特性在于无接触的感应式动力传输，这使得电机可以无磨损运行。无接触无磨损给它带来两个优势——一是在高转速时尤为高效，二是特别耐用。

电机内部旋转部件与静止部件之间的电能传输不发生接触，因而不会产生磨损，可以做到电机免于维护，这样的优势让应用范围广泛。

加上马勒的产品设计有易于拓展的特点，这可以让这种电机技术适用于从微型汽车到商用车的各级各类车型。

这套技术的核心是一个被马勒称为“无线发射器”的部件，它使用交变磁场，然后将其转换成电磁线圈的直流电，而这些电磁线圈代替了永磁体。

不过谈到电驱动技术，不能不提这个领域的重要品牌——博格华纳。

你会在非常多电动车上看到博格华纳的电驱动产品，包括威马、长城，甚至是北汽极狐阿尔法T。博格华纳去年收购德尔福科技，这大大增强了汽车电子和功率电子的业务规模、技术、人才和系统能力。

博格华纳iDM也是一种“三合一”电驱动——将永磁同步电机、高性能电子控制模块和高效减速机构分合而为一。目前博格华纳的iDM系统中的电机是最高转速16000 rpm的永磁同步电机，高于行业的平均水平。

S型绕组导线

博格华纳研发了用于电动机和交流发电机的开创性S型绕组导线，这一制造工艺上的重大突破，可帮助汽车生产商大规模生产高达350伏的高压电机。

而在国际车企中，宝马是对电驱动投入最大的品牌之一。

2017年宝马在慕尼黑投了20亿欧元，目的除了研发电芯外，还有第五代的电驱动系统。第五代电动驱动系统的关键优势在于电机、变速箱、电力驱动元件被组合成紧凑的驱动部件，能够减少目前各自分离而造成侵占机械空间的状况。

目前宝马第五代电驱动已经应用在国产的宝马ix3上面，而据我们试驾后的效果来看，宝马ix3的续航里程非常靠谱：一方面是它采用了宁德时代NCM811电芯，另一方面就是采用了第五代的电驱动系统。

宝马的第五代的电驱动是一个模块化设计，也让其更容易不同的驱动部件与不同的电池包组合，从而衍生性能不同的动力组合。

所以电驱动已经成为零部件和主机场抢夺的主战场，马勒、博格华纳、博世和麦格纳这些零部件巨头，以及主机厂都积极自已研发，以求在技术上先发制人。例如在造车新势力中，蔚来就是采用自己研发的电驱动。

永磁电机悬了，无稀土，无磁电动机准备上路

高密度开关磁阻电机（HDSRM）

由AEM开发的一种新的、无磁铁的电动机设计有望将电动机的性能与更高的可持续性相结合。

高密度开关磁阻电机（HDSRM）是经过6年研究的高潮，最近已投入生产，并将在几个月内为道路上的商用车辆提供动力。

电机的主要特性之一是不使用稀土永磁体和铜，这两者在电机报废以后很难处理。

电机有望被广泛应用，但最初的开发将集中在商用车市场。

商用车需要比乘用车应付更高的使用率。他们通常一次要在其性能的顶峰范围上运行数小时，从而在高速公路上跑很远。因此，需要一种能够长时间保持峰值效率的可靠技术。商用车领域也非常关注总拥有成本。AEM相信，成功的电动汽车技术将是那些能够节省成本并带来环境效益的技术。这意味着要考虑生产效率、维修成本和处置成本。

迄今为止，电动汽车通常使用永磁电动机。AEM首席执行官James Widmer博士说：“令我们感到震惊的是，在制造未来的电动汽车的道路上，制造商正遭受短期、中期和长期相关的材料问题。”其中包括用于汽车的稀土元素、永磁体，以及用于电机绕组的铜。

AEM首席执行官James Widmer博士

高密度开关磁阻电动机的想法源于2000年代后期的一次博士学位论文，“似乎具有真正的潜力，尤其是在商用车方面”。

开关磁阻电动机几乎一直存在于内燃机中，但是由于其性能较弱而受到限制，从而限制了它们在电动汽车中的使用。

与常见的直流电动机类型不同，在开关磁阻电动机中，电动机的功率传递到定子而不是转子的绕组中。由于不必将动力传递到运动部件，因此简化了机械设计。

AEM的突破获得了专利，它使得使用与永磁电动机相同的电力电子设备来驱动开关磁阻电动机成为可能。

转子由诸如叠层硅钢片之类的“软”磁性材料制成，并带有凸出的磁极。定子也有许多极。给定子绕组加电时，转子运动以使转子磁极与最近的定子磁极对齐。为了使转子保持运动，一个电子控制系统会在转子对齐之前接通连续的定子磁极的绕组，使其继续旋转。

电机内部结构

但是，开关磁阻电动机因其噪声而闻名。它们还遭受扭矩波动（转子旋转时扭矩变化）的困扰，这使其不适用于牵引应用。他们需要与永磁电机不同的电力电子设备来驱动它们，但如果没有规模经济，那就是昂贵的。

AEM的突破获得了专利，它使得使用与永磁电动机相同的电力电子设备来驱动开关磁阻电动机成为可能。尽管在电力电子设备中它似乎是标准的三相电动机，但实际上它是六相设计，可以解决扭矩波动和噪声问题。

电机外形

Widmer博士说，开关磁阻电机在三种方面更具可持续性。

首先，在环境方面，如果管理不当，稀土元素的开采和提炼将带来严重问题，并且还会产生大量二氧化碳。其次，中国控制着全球90％以上的稀土矿产供应。第三，稀土元素价格昂贵-通常为$100/kg。（日产Leaf等汽车的电动机大约需要2kg），价格波动较大，特别是考虑到当前的中美贸易战。“因此，我们的电动机具有相同的性能、环境优势并节省了成本，” Widmer博士说。

AEM开发了一种获得专利的制造工艺，该工艺可以将铝用于绕组

铜传统上一直用于电动机，因为它是一种良好的导体并且易于使用。铝不是很好的导体，不太容易绕线，并且以不同的方式老化。但是，AEM开发了一种获得专利的制造工艺，该工艺允许将铝用于绕组。铝的价格仅为铜的十分之一，并且易于回收利用–因为铝的熔点温度低于钢，因此在电动机寿命结束时可以单独回收，而铜则会污染钢。

绕线

常规电动机中永磁体的另一个缺点是，如果它们变得太热，它们就会消磁。在混合动力车辆中，电动机需要使用与内燃机分开的冷却回路。开关磁阻电动机可以运行得更热，并且可以通过内燃机冷却系统进行冷却。

另一个区别是永磁电动机永远不会“关闭”。电动机在旋转时将始终产生电流或扭矩。当不驱动高密度开关磁阻电动机时，它实际上是“关闭”的，并且AEM团队已申请了多个电机设计的专利，该设计允许在任何给定时间打开或关闭一个或多个电机来满足车辆的性能要求–就像可变气缸技术的活塞发动机那样。因此，多电机系统可以在车辆行驶周期的更广范围内以峰值效率运行。

尽管如此，在纽卡斯尔大学与大型公司合作开发该技术已有数年之久，但采用该技术的进展仍然很缓慢。

AEM的年生产能力为12,000台，其电动机正在其他领域进行评估，例如船用辅助动力（用于绞车等），以及在工业中，它们可以代替感应电动机，并与标准工业驱动一起工作。Widmer博士说：“任何能够旋转永磁电动机的东西都可以驱动我们的电动机。”

正在装配到卡车上

当前的模型只是第一代，正在考虑在乘用车，拖拉机和农用车以及航空航天中的应用。

产品已用于卡车上

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