本文基于IDTechEx最新的《2024～2034年电动汽车用电动机》报告，分析了不同的电动机技术的性能、材料、市场采用情况和未来潜力。

1. 感应电动机

在感应电动机（或异步电动机）中，定子产生的旋转磁场在转子上感应电流，进而产生从定子绕组的径向场吸引/排斥的磁场。感应电动机在转子上使用铜或铝条或绕组。这些电机通常在短时间内呈现良好的峰值功率和扭矩密度，但再热管理方面可能具有挑战性，并且通常效率低于PM选项。

感应电机在电动汽车市场上很常见，在Model 3（采用PM设计）发布之前，感应电机一直是特斯拉的主要选择。在汽车市场上，仍有一些支持者，如奥迪和梅赛德斯，但感应电机现在主要用作辅助电机，用于加速，因为它们在不使用时不会产生阻力，从而消除了对解耦器的需求。

2. 绕线转子电机

绕线转子同步电机（WRSM）也被称为外励磁同步电机（EESM），它用线圈绕组取代了转子上的磁铁，线圈绕组可以通过直流电流产生磁场。这样做的优点是能够同时控制定子和转子磁场。缺点是在转子上添加绕组需要额外的制造步骤，并且需要电刷将功率传输到转子。曾经这些电机的功率和扭矩密度较差，但现代版本可与PM电机相媲美。

雷诺是Zoe中这项技术的早期支持者，但现在宝马和日产已经采用了这种设计，一级马勒推出了一种将无线功率传输到转子的版本，消除了电刷。

3. 开关磁阻电机

开关磁阻电机（SRM）可能是最简单的结构，转子主要由钢制成。与周围的空气相比，转子的钢具有较低的磁阻，因此磁通量优先穿过钢，同时试图缩短其磁通路径，使转子旋转。尽管SRM简单可靠，但其功率和扭矩密度通常较差，并存在扭矩脉动和噪声等问题。

虽然SRM在很大程度上仅限于工业或重型的应用，但在电动汽车的开发方面正在做出重大努力。Turntide Technologies等公司增加了更多的转子和定子极，并推出了更复杂的控制系统来克服传统问题。总部位于英国的Advanced Electric Machines开发了一种新型电机，该电机具有分段转子，结构简单，但据说可以消除噪音和转矩脉动，同时提高功率和转矩密度；这个设计是宾利项目的中心。

4. 替代磁性材料

尽管许多原始设备制造商已经降低了电机的稀土含量，但特斯拉表示，其下一代驱动系统将是一款不含稀土的永磁电机。有几个正在进行的项目是开发能够在磁性能上竞争的无稀土磁体；这些都处于不同的商业化水平。

替代磁性材料的问题是，它们的磁性性能通常较差。例如，一些生产稀土和铁氧体磁体电机的制造商显示，同尺寸电机的铁氧体版本的功率降低了50%～70%，这意味着为了匹配性能，需要更多的磁性材料和/或更大的电机。

Proterial已经开发出具有磁性的磁体，并称其“在铁氧体磁体中具有世界最高水平”。电机设计只需要增加20%的磁性材料就可以保持电机功率密度不变。Niron Magnetics正在开发氮化铁磁体，其下一代版本计划与钕性能竞争。PASSENGER是一个开发锶铁氧体和锰铝碳合金的欧洲项目。尽管正在努力，但具有真正可比性能的材料在未来仍有一些路要走。

5. 高速铁氧体电机与进一步优化

虽然采用铁氧体磁体会显著降低电机性能，但优化许多其他电机功能可以最大限度地减少这种影响。澳大利亚科技公司Ultimate Transmissions提交了一项铁氧体电机设计专利，该公司认为这可能是特斯拉消除永磁电机中稀土的一条途径。

该设计使用了更大的铁氧体磁体和更高的速度（20000rpm），以实现与类似尺寸的稀土永磁电机相当的功率。一个挑战来自于将磁体有效地包含在转子中；一个潜在的解决方案是在转子上使用碳纤维包裹（特斯拉已经在其Plaid汽车中展示了这项技术）。另一个挑战是，铁氧体磁体需要加热才能实现最佳运行，这与钕磁体面临的问题相反，但并非无法实现。

需要注意的是，这一设计仍处于模拟阶段，特斯拉很可能会采取不同的方法，比如自己的替代磁性材料。但在模拟中，这种方法显示出类似的功率、降低的成本和减轻的重量，但代价是略微降低扭矩和更长的堆叠。

IDTechEx预测无稀土电机技术将大幅增长

对未来的结论

人们越来越关注减少电动机中的稀土含量，尤其是在中国以外的国家。有几种策略，每种策略都有自己的权衡，并为电机制造商和材料供应商提供机会。IDTechEx预测，稀土永磁电机仍将是主导技术，这在很大程度上要归功于中国在电动汽车市场的主导地位，以及全球其他矿场开始投产。然而，该公司预计，到2034年，包括上述产品在内的无稀土产品将占据近30%的市场份额。