一、 电驱动系统产业链

电驱动系统主要由驱动电机、电机控制器、传动系统三部分组成。驱动电机利用电磁感应原理将电能转换为机械能，为汽车提供动力，是电驱动系统的核心，被视为新能源汽车的“心脏”。驱动电机主要由稀土永磁材料、硅钢片、铁芯、壳体等组成，其性能直接决定汽车的最高车速、加速性能、最大爬坡度等动力性能。电机控制器负责控制驱动电机的电流及电压，使其按照需要的方向、转速、转矩、响应时间工作，主要由功率模块、MCU、电容等组成。传动系统以减速器为核心，将电机产生的动力传递到车轮。

(1) 稀土永磁材料是电机转子的核心原材料，决定了电机功率密度的上限，目前主流方案是烧结钕铁硼。由于稀土储量集中在国内，我国企业掌握稀土永磁材料85%左右的产能。海外主要企业为日立金属、信越化学，主要供应日系市场需求，其他海外市场均由中国企业掌控。烧结钕铁硼的多项核心专利由日立金属掌控，国内厂商必须得到日立金属的专利授权才可出口。

(2) 功率模块是电机控制器的核心部件，主要通过功率半导体高频开关进行DC-AC转换，并调节驱动电机的电流、电压，实现精确控制。目前英飞凌、三菱电机等海外巨头掌握绝大部分市场份额。

(3) 下游系统集成主要为Tier 1供应商及整车厂。目前电驱动系统仍处于发展期，标准化程度较低，因此整车厂自产、供应商定点开发两种模式占据主流。

图八：电驱动系统产业链

（资料来源：精进电动 ，本翼资本整理）

二、 现状——主流方案为永磁同步电机

(1) 技术路线：目前驱动电机的主流方案为永磁同步电机，配套占比达96.6%，覆盖绝大多数品牌及车型；交流异步电机占比2.8%，主要配套蔚来ES8/EC6的后置电机、特斯拉Model 3/Model Y的前置电机及岚图FREE、奔驰EQC等车型。此外，宝马X3EV配备他励同步电机，市场占比仅为0.6%。

图九：驱动电机技术方案格局（2021年9月）

（资料来源：第1电动网 ，本翼资本整理）

永磁同步电机转子由永磁体构成。永磁体本身能够产生稳定磁场，因此不需要持续消耗额外的电能进行转子励磁，运行时转子没有铜损和铁损，也没有集电环和电刷的摩擦损耗，产生的热量少，对散热方案的要求低。因此永磁同步电机具备效率高、体积小、重量轻，功率密度高四大优势，成为主流技术路线。此外，稀土永磁材料产能集中在国内，供应链角度也具备成本竞争力，低端车型的永磁同步电机价格在千元级别，高端车型的永磁同步电机成本也可控制在2万以下。缺点在于振动、高温等极端情况会使得永磁体产生“退磁”现象，导致电机性能下降。

图十：永磁同步电机构造示意图

（资料来源：公开资料 ，本翼资本整理）

交流异步电机（感应电机）转子由铜/铝材料制成，转子的转速总是慢于定子旋转磁场的转速，在磁场内切割磁感线，产生感应电流，并通过电流的磁效应获得转矩。异步电机不需使用稀土永磁材料，原材料成本低于永磁同步电机。缺点在于功耗高且占用空间大，在效率与功率密度方面均不及永磁同步电机。高端车型空间相对宽裕，电池组容量大，续航能力强，因此交流异步电机在高端细分市场占有一定份额。

表一：不同种类驱动电机指标对比

（资料来源：精进电动 ，本翼资本整理）

(2) 数量：驱动电机是电动汽车必不可少的核心部件，理论上每辆电动汽车（包括混动、纯电动、燃料电池汽车）都必须配备至少一台驱动电机。后置单电机方案目前在中低端市场占据主流。此外，特斯拉、蔚来、理想、小鹏等高端品牌普遍采用双电机方案，通过配备前、后两台驱动电机实现“四驱”，提升动力性能及驾驶体验。

图十一：“双电机四驱”方案示意图

（资料来源：富田电气 ，本翼资本整理）

三、 技术发展趋势

电驱动技术的革新将为汽车动力性能、整车设计的变革赋能。在永磁同步电机优势显著的背景下，业内主要通过探索新型永磁材料、圆线改扁线等方式来提高永磁同步电机的功率密度。部分欧洲国家/车企力推无稀土电机路线，但目前缺乏实际进展。另一方面，SiC功率器件的产业化将显著提升电机控制器的性能，并使电驱动系统的性能表现得到进一步优化。

(1) 永磁同步电机的改良：新型永磁材料的探索至关重要

新型永磁材料：转子永磁材料的磁性是影响永磁同步电机功率密度的关键因素。磁性主要由剩磁、磁能积、矫顽力等指标衡量。剩磁、磁能积越高，电机的功率密度越高；矫顽力越高，热稳定性越强，在极端环境下不易退磁。目前主流的烧结钕铁硼方案，同时具备高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积的优点，是迄今为止磁性最强的材料。近年业内主要通过晶界渗透技术，增强钕铁硼的剩磁及矫顽力，并降低制备过程中镝、铽等重稀土的添加量，从而降低材料成本。

经过近40年发展，钕铁硼的制备工艺已完全成熟，其最大磁能积已接近理论值，提升空间有限，磁能积的进一步提升亟待新型永磁材料的研发应用。信越化学从需求角度出发，建立了寻找新型永磁材料的理论体系，但目前未能找到有应用价值的替代方案。展望未来，磁性远强于烧结钕铁硼的新型永磁材料，将助力电机功率密度实现翻倍提升，并使得轮毂电机、飞行汽车等未来汽车形态真正具备可行性。因此新型永磁材料的探索与应用将长期作为驱动电机技术发展的关键主线。

扁线定子绕组：与传统的圆线绕组相比，扁线绕组（Hair-pin）的集成度更高，可以提高定子的槽满率，更好地利用空间。同等条件下，绕组的有效横截面积大幅增加，旋转磁场的磁性增强，从而提高电机的功率密度。此外，扁线绕组的电阻更小，端部尺寸较短，具备铜损低（效率更高），散热性能更好的优势。

图十二：圆线方案与扁线方案（4层）对比

（资料来源：知乎 ，本翼资本整理）

扁线方案的层数越少，导线越粗，但导线过粗会导致“趋肤效应”，电流只通过导线表面，造成中间面积的浪费，因此不能一味追求横截面积提升。根据北汽新能源的研究数据，4层扁线方案在高转速工况下铜耗极高，温升超限值，缺乏实际应用价值，而8层扁线方案在效率、续航里程、散热等维度的表现优于4层方案。目前可行方案集中在6层（比亚迪）、8层（上汽、吉利、纬湃科技）、10层（特斯拉）三种。在成本端，扁线方案已初具竞争力，特斯拉、比亚迪、吉利威睿的扁线电机已开始量产装车。随着工艺精度的进一步优化，成本逐渐下降，扁线绕组的渗透率有望持续提升，成为市场主流。

图十三：高转速工况下4层方案铜耗远高于8层方案（横轴单位：r/min）

（资料来源：《电气技术》、北汽新能源 ，本翼资本整理）

(2) 无稀土/少稀土电机：

稀土永磁材料产能集中在中国，且出口会受到日立金属的专利约束，其供应在成本端及政策端均存在一定风险，因此部分欧洲政府/车企积极探索无稀土/少稀土驱动电机的研发，以减轻对稀土永磁材料及永磁同步电机的依赖。

图十四：宝马i3配备的同步磁阻电机

（资料来源：《Engineering》 ，本翼资本整理）

无稀土路线中，最热门的研究方向是同步磁阻电机，利用磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。其定子及旋转磁场设计与永磁同步电机一致，区别在于转子永磁体仅起到辅助转矩作用，因此采用磁性较弱、成本低的铁氧体永磁材料便足以满足需求，不需使用稀土永磁材料。缺点在于效率、功率密度低于永磁同步电机；转子结构设计复杂，导致工艺复杂、设备要求高，成本优势不明显。2013年宝马在i3系列中配备永磁同步磁阻电机，但由于定价过高且性能缺乏竞争力，市场反应平淡。新发布的i4系列将采用无稀土电机，但具体技术路线暂未公布。

(3) SiC功率模块

功率半导体正从硅基向宽禁带半导体（SiC）方向发展。物理性质方面，SiC具有禁带宽度大、热导率高、击穿场强高、电子饱和漂移速率高等优势，制成的功率器件具备耐高温高压、散热性能好的特点，可以实现更高的工作频率与功率密度，更适用于高速电机的控制。此外，SiC 器件的开关损耗和导通损耗均大幅低于硅基IGBT，有助于降低功耗，提升整车续航里程。硅基IGBT耐压上限仅为750V，在电机控制器中应用SiC也有助于电驱动系统与高压充放电平台适配。综上所述，SiC器件将解放电机控制器的性能瓶颈，满足高转速电机的控制需求，并优化电机效率。

成本端，SiC衬底制备需使用物理气相传输法（PVT），生长周期长、控制难度大，良品率低。此外，SiC硬度极高且脆性高，切割耗时远远高于普通硅片。因此SiC制备成本高于硅基器件。头部企业已开始加速推动SiC量产装车应用。2018年，特斯拉率先在主驱逆变器中使用SiC MOSFET。目前比亚迪汉EV性能版和保时捷Taycan已实现整车配备SiC，博世、采埃孚、纬湃科技也已公布2022-2023年量产800V SiC平台的计划。

图十五：SiC物理性质具备四大优势

（资料来源：天岳先进 ，本翼资本整理）

(4) “多合一”集成化

驱动电机、电机控制器、传动系统“三合一”已成为电驱动系统的发展方向。电驱动系统集成化有助于优化整车内部空间并减轻整车重量，续航能力可得到进一步提升。据NE时代数据，2021年上半年“三合一”电驱动系统配套比例超过51%,9月进一步提升至57%。

图十六：“多合一”电驱动系统配套比例

（资料来源：NE时代 ，本翼资本整理）

技术领先的厂商已开始探索更高层次的集成化。比亚迪推出“八合一”动力总成，将电驱动系统与电控核心器件全部整合，整体体积降低16%，重量降低10%。日本电产推出“3+3”方案，将DC-DC、OBC、PDU整合为一体的高压充配电系统，再与电驱动系统整合为“六合一”。

图十七：比亚迪“八合一”电动力总成

（资料来源：比亚迪公开资料 ，本翼资本整理）

四、 小结

新能源汽车的设计面临着续航能力、动力性能、安全性、舒适性之间的取舍，需在有限的空间内平衡动力电池组、电驱动系统的空间占比，并尽可能实现轻量化。永磁同步电机具备效率高、功率密度高、体积小、重量轻的优势，且成本合理，成为主流方案。为使永磁同步电机的功率密度得到突破性提升，新型永磁材料的探索及应用是关键点。此外，通过扁线绕组、油冷散热、SiC功率器件、“多合一”集成化等方式也可进一步提升驱动电机的功率密度。无稀土驱动电机是部分欧美国家/企业的研究热点，但目前并未出现有竞争力的可行方案。