據相關統計數據，2017年新能源汽車（純電動和插電式混合動力）銷量超過120萬輛，同比增長近五成，新能源汽車銷量在汽車銷量當中的占比已經超過1%，其中在主要的新能源乘用車銷售國中，美國、挪威、法國同比增速均超過25%，德國銷量同比翻番，而增速快的中國，新能源乘用車銷售約55.6萬輛，同比增長69%，國內*達到了2.1%。上述數據再次表明，新能源汽車在范圍內已經駛入了快速發展的高速公路
1、軸向磁場電機
盡管上述車型采用了不同類型的驅動電機，但上述電機無一例外都采用了徑向磁場結構，不僅如此，目前市場上大多數的量產新能源汽車都采用的是徑向磁場電機，如下圖所示。
我們知道，根據定轉子之間形成磁場的方向，電機可分為徑向磁場電機和軸向磁場電機電機。軸向磁場電機又被成為盤式電機，1821年，法拉第發明的世界上臺電機就是軸向磁場電機。然而，軸向磁場電機的發展幾經波折，在發展初期，因其自身固有缺陷，比如軸向磁吸力、制造困難等問題，逐漸被徑向磁場電機取代。然而，在人們發現徑向磁場電機同樣也存在諸多難以克服的技術問題時，盤式電機再一次受到技術人員的關注，并在上世紀80年代達到了一個階段性的研發高潮期，同時利用雙氣隙結構等手段解決了軸向受力問題，并發展出了印刷電路線圈結構以實現盤式電機的薄型化和高功率密度，以及halbach磁路結構等技術。
軸向磁場電機又稱盤式電機、碟式電機，其與普通電機大的區別在于，轉子是一個粘有永磁體的圓盤結構，故全稱叫做永磁盤式電機。盤式電機的優勢在于，體現在以下幾個方面：（1）*的盤式線圈結構大大地減小了電機的體積和重量。其采用的是一種非常新穎的交錯安裝的分段線圈陣列結構，通過分段電磁排列技術，交錯地排列單個線圈，并組成薄圓盤狀的線圈陣列。相應的，其磁鐵也采用扁平環形并且軸向間隔的結構。這種結構設計能夠將線圈及磁鐵的厚度都降到了低，使得其能夠獲得大的磁通量，并且能夠顯著地提高線圈和磁鐵間的電動交互作用。此外，盤式線圈陣列結構能夠使陣列中的工作導體長度到達長，進而，電機產生的電壓也相應地達到大。緊密排列的線圈還大大增加了線圈的面積，同時也大大地改善了發電機的功率轉換。（2）盤式電機的效率比普通電機要高很多，其大馬達功率甚至可以達到98%，幾乎算得上是無損耗電機。而由于部件較少且較為簡單，使得盤式電機的設計也有了更多的選擇，不管是一片或者多片設計都能夠滿足，形式的多樣化使得盤式電機的應用場合也更為廣闊。（3）除了效率高和體積小外，盤式電機的*結構使得其還具有很多普通電機*的優點。比如線圈和定子間的間隙小，其相互感應也效應很小。無刷的結構使得盤式電機的應用更為靈活，包括要求電機大孔徑穿孔的情況都能使用。雙軸空氣間隙結構能夠使盤式電機產生自然的泵吸作用，可謂是盤式電機自帶的“內置冷卻裝置”。
既然如此，軸向磁場電機為何被大部分車企所拋棄呢。那么我就來看看電動汽車對驅動電機的需求。作為電動汽車的驅動電機應當具有高電壓、小質量、低噪聲、較大的起動轉矩和較大的調速范圍、良好的起動性能和加速性能、率，低損耗、高可靠性等性能表現。同時，為了能夠應用于量產汽車，還應具備低制造成本、便于維護等。然而，軸向磁場電機由于其定轉子結構特點，其一個顯著的不足在于裝配工藝難度大，難以保證批量生產的產品一致性，同時由于采用大量的永磁材料，也導致其成本高昂。
2、軸向磁場電機在新能源汽車領域的專li申請趨勢
盡管如此，在新能源汽車領域，將軸向磁場電機用于電動汽車上的努力從未停止過。作為技術研發重要的體現指標，通過分析范圍內應用于新能源汽車的軸向磁場電機相關專li申請，可以在一定程度上反映該領域的技術研發狀況。
下圖是1999年至今軸向磁場電機在混合動力汽車、電動汽車領域的專li申請趨勢。從圖中可見，在新能源汽車領域，盤式電機的各年專li申請數量并不大，這與目前主流混合動力及電動汽車企業采用其他類型電機作為驅動電機的現狀相一致。相關申請量從1999年到2004年持續增長，在此之后出現回落，但從2007年開始申請量迅速增加，并在2009年達到歷史峰值。從2010年開始，相關專li申請量再次逐漸回落，并且之后各年申請數量波動明顯，顯示出各創新主體在該領域所投入的研發不斷地變化、調整，甚至退出，市場表現并不熱門。
3、軸向磁場驅動電機在國外新能源汽車領域的發展
3.1、通用公司
美國通用汽車公司是較早在其電動汽車中使用軸向磁場電機技術的車企，早在1969年，通用公司就提交了相關專li申qingUS356616。該專li公開了一種利用軸向磁場電機構造電動輪的技術。
后來通用公司曾推出過一款概念車，電動跑車Saturn（土星）SKY，其采用兩組6片裝置的軸向磁場永磁同步電機E158，其0-100公里時速的加速時間為達到了6秒，gao車速也達到了時速145公里。
此外，通用公司還推出過基于單片裝置軸向磁場永磁同步電機E510雪佛蘭越野SUV。但終軸向磁場電機還是被通用放棄，其目前仍然活躍在市場上雪佛蘭BOLT使用的是一款徑向磁場結構的永磁同步電機。
3.2、本田公司
迄今為止，本田公司并未推出過采用軸向磁場電機的新能源汽車產品，作為日系混合動力技術的代表之一，本田在其混合動力系統IMA，以及xin的i-MMD混合動力系統中采用的是徑向磁場的永磁同步電機。然而，軸向磁場電機也曾是本田公司的重要研發方向。
從圖中可以看出，本田公司對盤式電機相關的申請開始于2003年，并且在開始的幾年申請數量比較少，但從2007年開始，專li申請量劇增，并且在之后的兩年2008和2009年里，申請量持續保持在高位。而在2009年之后，本田公司在軸向磁場電機的研發基本趨向于停止。本田公司在范圍內申請的電機相關專li大約有2200多項，由此也可以看出其在軸向磁場電機方面所投入的研發占比非常之少。因此，盡管本田公司的混合動力系統技術一直在發展，并且在該技術領域具有很高的影響力，但是根據其專li申請情況基本可以判斷，其本田公司更加看好在混合動力系統中使用的徑向磁場電機，究其原因，盤式電機的高制造成本以及工藝難度帶來的不穩定性是本田公司現階段放棄盤式電機的重要原因。
盡管本田公司在盤式電機布局的專li數量不多，但這些專li申請大部分是用于混合動力和電動汽車領域中的。這些專li中，用于提高電機效率和方便制造裝配的數量占比多，這也體現了本田公司一直以來的造車理念，即追求節能環保，并通過高性價比來贏得市場。此外用于抑制電機振動噪聲的專li數量也相對較多，從而提升車輛運行的平順性，改善車輛乘坐舒適性。然而對于盤式電機所必須解決的冷卻散熱問題，本田公司并沒有投放較多的研發精力，從而也從側面說明，盤式電機技術很有可能并未在本田公司的產品中實際使用過，而僅僅是停留在研發階段。
2017年7月，在日本茨城縣日立中市的日立汽車系統廠區內，本田技研工業株式會社與日立汽車系統株式會社設立了合資公司，專門從事電動汽車用電機的研發、生產及銷售。由上圖可以發現，日立公司在盤式電機領域同樣有著較強的研發實力和專li擁有量。尤其是，在本田公司在該領域專li布局減少的2010年以后，日立公司在盤式電機領域保持持續專li申請，因此二者的專li申請在時間上實現了相互銜接，加上兩大企業在技術研發上儲備，在今后的盤式電機市場中必然會產生巨大的影響力。
該項技術的核心技術之一是非晶態金屬材料疊層定子鐵芯，日立公司于2008年申請了用于風扇裝置的軸向間隙電機專liJP2009284578A，定子鐵芯由非晶態金屬帶繞制成型或通過切割板材疊放成型。如下圖所示：
3.3、英國YASA公司
YASA成立于2009年，是一家世jie 領xian的軸向磁場電機和控制器制造商，總部位于英國汽車制造的中心地帶-牛津，其產品主要用于汽車，航空和船舶領域。YASA與汽車行業的多家客戶簽署了長期開發和供應協議，其在英國牛津開設的新工廠年產能達10萬臺，其中80%的產品出口到包括中國在內的各地的汽車制造商，包括捷豹路虎、威廉姆斯等。
YASA研發的創新性的軸向磁場電機設計，具有yi流的動力和轉矩密度，適合混動車和純電動車，使得汽車制造商擁有更大的設計自由度，在提升車輛的性能的同時還能減輕車重。該電機定子鐵心采用SMC材料，其高轉矩密度可達到30Nm/kg，高功率密度可達到10kW/kg，YASA-750電機產品在僅有25kg重量時，可表現出750Nm和100kW的峰值性能，而xin的YASA-400產品經過了*的性能優化設計，在僅有22kg的小重量和尺寸情況下，可達到150kW（700V）的峰值功率和400Nm的峰值轉矩。
YASA的專li申請始于2009年，其初申請涉及電機整體結構（CN102365810B）、冷卻結構、磁路結構和定子線棒結構，屬于該公司核心專li，覆蓋了YASA電機技術大部分創新點。由于YASA電機采用無軛鐵分段電樞（Yokeless And Segmented Armature）結構，YASA型電機具有功率密度高，結構緊湊的優點，同時省略了軛鐵也帶來了散熱困難，轉子剛度低等缺點。因此，在后續YASA公司又陸續申請了多項專li來解上述問題，對產品進行改進。
YASA電機的基礎冷卻方式為冷卻液在密閉冷卻腔體內流動，直接對定子線圈進行冷卻，同時針對上述方案還提出了多項替代方案專li申請，包括蒸發冷卻、轉子轉動帶動冷卻液飛濺冷卻、轉子軸通入冷卻液利用離心力帶動冷卻液飛濺冷卻，轉子上設置葉片利用旋轉時的空氣壓力差對轉子進行冷卻等，基本覆蓋了電機冷卻結構的絕大部分形式。此外，YASA針對定子繞組進一步改進，通過使用單層扁導體使得冷卻通道的水阻更均勻，以及在繞組和極靴之間形成間隙，使得冷卻液也可以對極靴進行直接冷卻。同時，針對上述冷卻結構，YASA提出了利用熱塑性聚合物注塑成型，并將極片粘接在外殼上的方式將線棒牢固的固定在定子外殼上。
此外，YASA公司還針對轉子剛度、齒槽轉矩等軸向磁場電機普遍存在的問題提出了解決方案。
從對軸向磁場電機的結構缺陷進行設計，到提升電機性能，然后考慮電機的制造和裝配工藝，從而早期的輪轂電機構造，到后期開始考慮與傳動機構或動力機構進行連接，YASA公司對軸向磁場電機的技術研發涉及電機結構及制造的各個方面，并針對電機在電動汽車、船舶等應用場景進行了多項技術創新。
YASA目前在共提交了41項，共計150余件（同族數量）專li申請，其中在中國共提交了6項發明專li申請，有1項已經獲得*。盡管YASA目前的專li數量不多，但對于其自身技術來說，都是比較基礎的專li，是實現其產品高性能的重要技術，并且通過分析發現，其多件專li都難以進行規避設計，成為了相關企業研發道路上主要絆腳石。
3.4、斯洛文尼亞EMRAX
EMRAX電動馬達的發展可以追溯到2005年，當時Roman Sušnik 先生（時任ENSTROJ公司）為其電動飛行開發自己的電動機，在實驗了一些徑向和軸向磁場電機原型后，終因為在低轉速和重量輕的情況下具有高功率和高轉矩，軸向磁場電機勝出。臺軸向磁場原型電機名稱為EMRAX，并在在2008年安裝在 Sušnik 先生的飛機上進行了測試。之后，由于EMRAX相比于競爭對手的電機性能（gao功率密度）和價格優勢，其他行業也開始表現出濃厚興趣，EMRAX電機因此也衍生出了更多的電機尺寸，以滿足更多的市場需求。
目前EMRAX電機由4個尺寸（直徑208,228,268和348毫米）組成，每個電機可以制造成3個電壓等級（高/中/低），并有特定的冷卻選項（空氣/液體/組合）。EMRAX電機設計緊湊，重量輕，防護等級高，非常適合用于電動汽車和混合動力汽車，可以輕松集成到新的或現有的動力傳動系，傳動系或差速器中，或者構造成輪轂電機。
EMRAX電機被德國、英國、美國、中國等眾多FASE（大學生方程式賽che）參賽者選擇作為賽che驅動電機，并多家公司或研究機構的越野汽車、電動卡車、電動摩托車提供動力。
盡管EMRAX聲稱其電機產品依托于專li技術，但無論是以EMRAX，還是公司核心研發團隊成員為入口均未檢索到相關專li，而這樣一家公司不太可能不就其技術申請專li，其可能的原因是以其他申請人的名義進行專li申請，以實現對其技術或研發動向的隱匿。
4、軸向磁場驅動電機在中國新能源汽車領域的發展
目前，在中國還未出現規模企業實現應用在新能源汽車上的軸向磁場驅動電機的量產。并且通過專li檢索發現，該領域的中國創新主體主要是高校，其中哈爾濱工業大學和東南大學兩所高校表現突出。
其中哈爾濱工業大學以該校電氣工程系博士生導師鄭萍團隊為主，鄭教授曾在電機和電動汽車領域享有盛譽的瑞典皇jia工學院交流學習，其研發方向為盤式永磁電機以及軸向-徑向磁場復合式電機。
東南大學以該校電氣工程學院教授，博士生導師林明耀團隊為主，主要研究領域包括永磁電機及其控制技術、直驅式風力發電系統和太陽能并網逆變技術、電動汽車驅動技術等。林教授團隊研究的軸向磁場電機主要以兩個凸極結構的定子和一個凸極結構的轉子的結構為主，如下圖所示。
5、結論
軸向磁場電機作為新能源汽車驅動電機其優勢和劣勢都非常明顯，在傳統車企，如通用、本田等車企中其未來并明朗，盡管有像YASA這樣的企業將其以低成本實現量產，但其相對于徑向磁場電機的市場來說仍然非常之少。同時，從專li申請的角度來看，軸向磁場電機在新能源汽車中的應用還處于發展階段，當前其價格仍然相對較高，更多的研發機構的產品或技術仍主要用于競賽、跑車以及學術研究，仍然是該領域的“高冷范”。
但是軸向磁場電機在新能源汽車上體現出來的高性能、小型化的優勢，已經由例如YASA、EMRAX公司向業界充分展示了，筆者也十分看好此類電機在新能源汽車領域的發展前景。并且在當下，該領域還未出現專li紅海，因此是很多企業，尤其是注重研發投入、自主創新的企業占領市場的機會，相信那些已經在路上的企業，只要注重研發投入，打造自己的核心技術，并提前進行專li布局，便能夠在該領域掙得一席之地。
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作為新能源汽車的核心部件之一，驅動電機及其相關的驅動系統的特性決定了汽車行駛的主要性能指標。早期的電動汽車主要采用直流電機，而在20世紀80年代之后，異步電機、永磁同步電機以及開關磁阻電機逐漸成為了主流。在當前市售的主流新能源汽車中，以2017年銷量排名*新能源汽車（排名1-10位的分別是北汽新能源EC180、特斯拉的MODEL S(參數|圖片)、豐田的普銳斯(參數|圖片)PHEV、日產LEAF、特斯拉MODEL X(參數|圖片)、眾泰的知豆(參數|圖片)、雷諾ZOE(參數|圖片)、寶馬i3、比亞迪的宋DM、雪佛蘭Bolt）為例，眾泰知豆、雪佛蘭BOLT、日產LEAF、比亞迪的宋DM、豐田的普銳斯PHEV采用永磁同步電機，北汽新能源EC180、特斯拉的MODEL S及MODEL X采用的是交流異步電機
