伴随着汽车EV电动化的浪潮，电机开发的竞争也不断加剧，竞争方向不仅在于小型化，轻量化，高效化等方向，还包括降本，降噪、抗震等的大幅下降。此外，譬如被称为“E-axle”的三合一机电集成模块相关的竞争也在飞速发展。为了优化复杂的电气和机械组合，电机本身的规格变得越来越难以理解。

日本调研机构MarkLines的执行官吉川正敏先生表示“2~3年前电机相关的调研请求还很少，但最近半年这类调查请求占了大多数。”行业对电机的感兴趣程度高到要让人感到惊讶了。

年“柴油机门事件”后，主要汽车制造商开始进行全面的EV车型开发。汽车用到的电机，包括用于驱动轮胎的主机以及面向制动和转向自动化装置等等用途，每辆车大约会搭载~个电机。在新车型和新功能上，始终涉及到新的电机搭载或是功能增强。

日本Nidec在年10月的财务业绩说明会上公布，年接到了约10万台驱动电机的订单，但预计到年将达到超过现状20倍以上的万台。除了面向新兴中国制造商的电动汽车需求外，面向欧洲市场的EV/HEV需求也异常火热。截至同年7月，收到的订单是90万台，但到了10月订单数据已经急剧增长5倍到了万台。

Denso正在招聘下一代电机的开发设计技术工程师，开出的条件达到了“年收入~万日元”。关于对电机技术人员的争夺战甚至是蔓延到了毕业生群体，企业对研究电机的学生们开出了各类具有吸引力的条件。

电动汽车的进一步模块化开发

随着强度的提高，汽车用电机的开发竞争变得越来越复杂，体现在驱动电机一体化发展以及由此导致的行业重组（图1和2）。

图1：电动汽车驱动模块的开发正在加速，与电机相关的技术正处于摸索阶段

展示了作为电动汽车和其他电动汽车主引擎的机电一体化模块“E-axle”的未来发展。当前，我们正在摸索电机，逆变器，减速器等的最佳组合。单个电机的优化不一定是模块的优化。在年代，在尝试各类电动汽车规格时，可能会继续尝试在各种技术中寻找最佳解决方案。（图：日经电子）

（a）电气化导致的行业重组

（b）开发的活跃化

图2：竞争加剧的E-axle行业

（a）包括E-axle在内的动力总成制造商正在一个接一个地重组。目的是扩大规模并加快决策制定。（b）每个公司，包括尚未重组的制造商，都在积极开发诸如电子桥之类的产品。（照片：本田和Nidec）

所谓的驱动电机一体化是指将控制电子电路的逆变器和齿轮集成到电机中。它通过技术的协调来实现，称为“E-axle”。E-Axle还将成为汽车制造商在模块化基础上开发EV/HEV车身的主要部分。与单独组合部件相比，更容易小型化并缩短开发周期。在未来的自动驾驶时代，汽车成为一种服务的比重不断增加，基于模块的三合一一体化开发已经成为一种趋势。

在E-axle之后的模块化就是轮毂电机（图3）。独立地控制收纳了驱动系统的四个轮毂，许多汽车制造商和汽车零件制造商都将这一课题作为了长期的研究主题。

（a）以东京大学为中心的产学合作团队正在开发轮毂电机。从路面无线充电。该轮毂电机由普利司通，NSK，ROHM和东洋电机制造共同开发。

（b）除电机外，逆变器还采用SiC进行小型化以适合车轮。

（c）在轮外（轮胎的车辆侧）接收动力的轮内电机的原型。

（d）接收车轮动力的轮毂电机的模型。（照片：日经电子）

图3：轮毂电机开发的进展

注）电机为无齿轮直驱型。使用永磁体。原型输出为20kW。用水冷却。使用SiC功率半导体将逆变器容纳在车轮中。从逆变器模块的一侧冷却。有一些原型（图3（c）），其中无线电力馈送设备容纳在车轮中，而原型（图3（b））则放置在车轮外部。前一种轮胎使用非金属材料代替钢来增强强度，以促进动力传递。

开发的推进非常困难

对于零部件制造商来说，一体化开发的趋势意味着两个方面：（1）需要大量的开发资源。（2）这是增加市场份额的绝好机会。

（1）诸如电机和变频器之类的基础技术处于变革时期，其最佳的组合方式在不断的变化。　即使仅使用现有技术，也可以实现相同规格的构件的各种组合。例如，在特定速度下将具有更高效率的电机与变速箱相结合，或在不使用变速箱的情况下，在较宽的转速范围内使用具有更高效率的电机（图1）。

而且，仅将电机，逆变器和齿轮组合在一起将无法提供足够的性能。例如，即使使用计算机模拟CAE工具进行设计，也可能会发生意外的噪声和振动。“与驱动发动机相比，在驱动电机时，有必要将噪声和振动降低15~20dB，为了实现类似的大幅静音化需求，仔细的组装技术就是必不可少的。

之所以难以预测设计的原因是，当将E-axle的筐体与电机或逆变器的外壳组合在一起时，谐振频率不会固定在某一点。试制后首次发现的噪音和振动，需要通过在筐体外壳中添加辅助材料，或是调整逆变器开关频率中包含的组件，或是对齿轮表面进行开槽，烘烤和抛光加工，等等技术进行应对。这样的技术是“即使分解也不会知道的一堆专有技术”。

为了使e-axle得以实现，必须具备能够处理各种基本技术的开发能力，可以承受风险的资金以及可以积累匹配技术的制造能力。除了高效的开发系统外，快速动态地管理工程师和资金的能力也至关重要。

日电产破坏秩序

（2）模块化将是车载零部件制造商抓住电动汽车大潮的绝好机会，各大公司都在努力不要错过这一机会。其中，Nidec是E-axle市场中最看涨的参与者，作为新加入者，在业内首先量产三合一驱动系统，并已收到订单。该公司董事长长永先生说他的目标是在电动汽车打开时，Nidec的驱动电机就像“IntelInside”的PC一样。他说：“我们不会挑选订单，将全面应对。”在电动汽车制造商蓬勃发展的中国，该公司已建立了两家工厂，还将在波兰工厂面向欧洲市场和在墨西哥工厂面向美国市场生产。

随着模块化的持续发展和Nidec的强势抢占市场行为不断进展，现有汽车零部件制造商的行业格局已经开始发生变化。年10月，大陆汽车剥离了包括E-axle在内的动力总成部门。该公司表示：“我们的目标是加快动力总成市场的决策制定速度，因为技术变化是如此难以识别。”新成立的独立公司VitescoTechnologies将提供年刚刚商业化的三合一驱动系统。轻量化是其一大特征。

年4月，同样是汽车零部件大厂的电装和爱信集团成立了合资企业BlueEnexus。新公司将开发E-axle，并于年开始量产。Denso和Aisin拥有可以各自独立开发E-axle的开发资源，但它们将结合电装的逆变器技术和Aisin电机技术等优势，使开发体系更加高效。为了对抗Nidec，该公司将加强开拓其“外部销售”，而不仅仅提供丰田汽车集团内部车系。

是否使用永磁体

在电机开发现场，每个公司在应对多样化要求的同时，首先都在致力于增强小型化，高效率和低成本化等基本竞争力水平的技术开发。

而多样化要求则包括对多种类型电机的需求。“在电机要求方面存在明显的地区差异。欧洲的客户强烈要求不要使用稀土（稀有金属），而在稀土丰富的中国，他们根本不关心。Nidec早舩先生说：“日本制造商寻求在高效率和成本之间找到平衡。”

用于EV的电机包括以使用钕磁体为代表的PM（永磁体）同步电机，以及以使用具有绕组和铁芯的电磁体的感应电机等非永磁PM电机。低速行驶时，PM电机效率很高。当前，稀有金属的价格还没有显着提高，成本也很低。为了满足各个地区的不同需求，有必要为欧洲开发非永磁电机，而面向中国和日本开发永磁电机。

Nidec同时进行在开发PM和非PM电机。而日立汽车系统，三菱电机和大型商用车电机制造商泽藤电机则都专注于永磁电机的开发。

无需焊接的“分布式绕组”

作为小型轻量化和降本的一个共同主题就是改进绕组技术（图4）。原则上这是将作用在电机旋转力上的磁场包含在尽可能小的体积内，通过绕组技术实现。其中，还需要在确保绝缘和连接可靠性的同时降低成本。

（a）舍弗勒电机

（b）日立汽车电机

（c）电装马达

（d）三菱电机

图4绕组的小型化，在年第46届东京车展上展出的电机示例。为了产生有限体积的磁场，设计了各种线圈形状和缠绕方法。（d）是配备了使用SiC小型逆变器的三菱电机的模型。（照片：日经电子）

通常的方法是使用扁线代替圆线作为绕组。因为可以减小电线之间的间隙，同时还可以增加电线占据横截面的面积比率（空间系数）。电装，日立汽车，三菱电机等都采用了扁线。但Nidec目前没有采用扁线，使用圆线绕组来寻求高空间系数与低成本的平衡。

日立汽车在最新的驱动电机中采用扁线的，是本田新款“飞度”车型等所使用的最新“i-MMD”系统所用PM电机（图4（b）右侧）。这是一种分布式绕组，其中在围绕嵌入有永磁体的转子的定子上提供一个凹槽，并通过在该凹槽中包含布线来形成线圈。还有另一种集中绕线方法，是在转子的周围配置有多个绕线铁心。

德国汽车零部件巨头舍弗勒已将其自身的绕组技术应用于EV电机（图4（a））。像分布式绕组一样，导线也埋在定子槽中，但是不需要焊接。在现有的分布式绕组中，通常通过将弯曲成发夹状的线插入定子的槽中并通过焊接等将它们接合形成连续绕组。但舍弗勒的绕组是通过将多组连续布线放在一起并将绕组呈笼形（图4（a）右上方）插入定子而形成的。通过省去焊接，除了减轻重量之外，还可以期望制造工艺的简化和可靠性的提高。

是否会超过20,rpm，V？

为了实现小型化而开发高速化，以及为了实现高效率而进行的高电压开发同样也是业内共通的发展主题。注3～4）

注3）磁性材料的演变也很重要。例如，日立金属公司（HitachiMetals）在年10月宣布，它已经开发出一种可以显着减少定子铁损的新材料。使用非晶态合金，当以8rpm旋转时，定子的铁损相对于普通电磁的后半部可以减半。

注4）与磁性材料相关的研究实例还包括大阪府立大学工程研究生院电气与信息系统教授森本茂雄先生研究发现，即使不用高速化，通过采用强磁性PM也能实现高扭矩化或高效小型化。他证实，通过将强磁性PM和低铁损材料结合而使电机减小70％，从而可以高速旋转以获取扭矩并将输出密度提高40％。还出现了提供可承受高速旋转的机械强度的结构。

高速化减小了实现相同输出所需的转矩，从而减少了永磁体的数量和绕组数量。当前大多数EV/HEV电机的最大速度约为15,rpm（转/分钟）。将其提高到20,rpm的开发正在进行中。例如，日立汽车公司正在开发一种转速为20,rpm的电机，而上述i-MMD中安装的电机的转速为13,rpm，新一代20,rpm电机目标在~年量产出货，不过对于2万转的高速还是应该要慎重。

高速化所面临的挑战之一是轴承，大型轴承公司JTEKT正在开发一种能够以20,rpm的速度运转，直径为mm的轴承（图5（a））。保持球的部分从传统的悬臂结构变为双面结构，以抑制由于离心力而导致的保持部分的扩展。该公司的目标是面向~年间量产的电机批量供货。永磁电机的高速化中，由于旋转产生的反电动势会产生旋转阻抗，从而降低旋转效率，从而反向电动势的减小成为了一个课题。

（a）JTEKT的高速轴承

（b）带内置齿轮的BlueEnexus变速箱

图5：高速范围究竟是采用高速电机还是内置变速器？

（a）JTEKT开发了一种用于20,rpm的高速旋转电机的轴承。（b）BlueEnexus开发了2段变速Eaxle。图片为各公司在年第46届东京车展上展出产品。（照片：日经电子）

高电压可以在低电流下实现相同的输出，并且可以减少绕组中的损耗（铜损）。基于约V的电池输出电压，诸如升压至V后旋转电机之类的方法已在丰田的混合动力系统“THS（TOYOTAHybridSystem）-II”中得到实际应用，该混合动力系统目前已与丰田的新款Prius一起进行批量生产。

日立汽车公司还将i-MMD中使用的电机也提升到V。为了承受高的感应电压，增加了匝数以获得扭矩。前述舍弗勒电机的驱动电压为V。尽管该公司没有透露，但它很可能会用于保时捷的电动跑车“Taycan”。

为了增加电机的电压，必须考虑绝缘。例如，HitachiAutomotive和Schaeffler都采用这样的设计，即由于弯曲而导致搪瓷材料变薄的部分之间没有重叠，从而提高了施加到绕线表面的搪瓷材料的绝缘可靠性。将来，许多人对超过V的更高电压的进展持谨慎态度，但有人说正在考虑V。

变速箱是否固定在EV上？

即使已经确定了电机改进的方向，EV驱动部分的发展也不一定会仅仅朝着那一个方向发展。这是因为不仅电机的规格很重要，Eaxle的规格也很重要。根据周边零件的创新及其组合方式，重要的规格也可能发生变化。另一方面，电机自身也有很大的变化空间，这影响了外围部件的选择。

“保时捷的Taikan采用了变速箱，这让我感到惊讶。它打破了电动汽车不需要变速箱的固定观念。”MarkLines的吉川先生正在

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