问题描述

根据国家2021-2035《节能与新能源路线图2.0》的规划及要求，未来十年需要大幅提升新能源汽车驱动电机的电压等级、功率密度、全工况区效率以及工作频率，结合新技术、新方法、新材料、新工艺，实现高性能高压高速新能源汽车驱动电机研发是新能源汽车领域亟需解决的工程技术难题。

问题背景

在我国“碳达峰、碳中和”的大背景下，对新能源汽车需求大幅增加，预计2025年新能源汽车占比将达到50%，2035年占比将达到100%。

驱动电机是新能源汽车的“心脏”，根据国家2021-2035《节能与新能源路线图2.0》的规划，2035年新能源汽车驱动电机的比功率达到7.0kW/kg，峰值效率达到98%，高效率区占比达到94%，功率密度、效率等高性能指标要求对于汽车驱动电机的设计与制造是一个巨大的挑战。高功率密度的要求使得驱动电机的转速更高、体积更小，导致驱动电机的频率更高、散热更困难，进而对驱动电机高频损耗的降低以及冷却系统的能力提出了更高的要求；峰值效率以及高效率区占比的要求使得驱动电机在高、中、低速的全工况下都要做到高效，而不同工况、不同转速情况下驱动电机的损耗产生机理不同，如何降低全工况损耗是驱动电机研发的关键技术难题之一。

除此之外，为了实现新能源汽车快速充电的要求，需要提高电驱动系统的电压，目前行业正在研制800V电驱动系统，与现有的400V电驱动系统相比，电压提高了一倍，使得电压振荡幅度变大，给汽车驱动电机的设计与制造带来了两个技术难题。高压对电机绕组的绝缘提出了更高的耐压挑战，处置不当便会在绝缘局部区域达到击穿场强，形成局部放电，强烈的局部放电会破坏绕组铜线的绝缘性能，造成短路，引发电机失效；在驱动电机长时间运转轴承温度较高时，轴承润滑和绝缘性能下降，在高电压的作用下会击穿轴承油膜，破坏其绝缘性，进而在轴承中会形成轴电流，轴电流局部放电会产生高温，破坏轴承表面平整度，造成轴承电腐蚀，进而影响轴承正常运行，产生噪声、振动，最终使得轴承完全失效。

综上，如何实现高效高压高速新能源汽车驱动电机设计制造既是现阶段学术研究的热点问题也是目前工程技术面临的瓶颈问题。

最新进展（截止问题发布年度）

提高汽车驱动电机功率密度的有效方法主要为提升电机的电磁性能和增强冷却系统能力。电磁性能提升主要包括采用高频低损硅钢片、新型永磁材料和新型转子拓扑，提高电磁负荷，以及优化电机常数等。增强冷却系统能力主要采用外水冷与机内闭式循环空冷相结合的方式。受成本利润、技术成熟度等多方面因素影响，开发低成本高性能永磁材料、高强度高导磁低损硅钢片、低漏磁永磁转子结构以及绕组端部喷油冷却技术是未来汽车驱动电机面临的关键难点。

提高汽车驱动电机效率的有效方法为采用扁线绕组结构，可以有效提高槽满率，降低中低速区的绕组损耗，但高速高频情况下扁线绕组的附加损耗增加剧烈，严重影响高速区的效率，无法实现全工况高效的要求。开发全工况低损耗绕组技术是未来汽车驱动电机面临的技术挑战。

对于800V汽车驱动电机而言，为了抑制局部放电对绕组漆膜的破坏，需要提升铜线表面的绝缘性能，即提升PDIV值和耐电晕性能。提升绕组的PDIV值可以采用增加绝缘漆厚度或者采用低介电常数的材料。目前常用的技术方案主要有两种，一种采用聚酰亚胺漆（PI）外加耐电晕漆膜的方案，虽然容易实现，但加工过程需要多道涂覆、烘烤，产品偏心度较大，尺寸一致性较差，后续加工漆膜开裂风险增加，进而影响PDIV性能，而且漆膜厚还会影响定子绕组的散热能力，另一种采用耐高温、耐腐蚀的聚醚醚酮（PEEK）线方案，虽然漆膜可以薄化，但成本和后续加工难度均高于厚漆膜路线。开发耐高压、耐电晕新型低介电常数绕组绝缘材料是未来汽车驱动电机面临的技术瓶颈。

避免高电压下轴承电腐蚀的有效方法为增加旁路电回路和采用电绝缘轴承。通过增加旁路电回路，轴电流可以通过旁路电回路绕过轴承，但旁路电回路的设计与轴承的配合连接存在技术难点；与传统轴承相比，电绝缘轴承无论是在外圈还是内圈均涂有绝缘涂层，但工艺复杂，可靠性难以保证。如何提出有效避免轴承电腐蚀的工程技术亦是未来汽车驱动电机面临的关键难点。

重要意义

高速高功率密度、低损高效、高压强绝缘系统是新能源汽车驱动电机领域的关键技术难点。高性能材料、新型电磁结构、新型冷却技术是突破上述难题的前沿科学问题。本工程技术难题的突破与技术创新的有效实施不仅能够实现新能源汽车驱动电机技术水平的跨跃，对产业进步起到重要的支撑作用，同时能够推进材料技术、冷却技术、轴承技术等领域的技术进步，这些技术水平亦处于相关领域的前沿，可充分发挥技术引领作用，对行业科技进步发挥重要作用。本工程技术难题的突破与技术创新的有效实施能够极大地提升新能源汽车驱动电机总体性能，为新能源汽车核心部件自主研发提供坚实的技术基础，为行业技术进步作出重要贡献，产生重大的经济和社会效益。