基于专利分析的新能源汽车驱动电机冷却技术发展现状分析

发表时间：2020-06-04T07:48:48.859Z 来源：《现代电信科技》2020年第3期 作者： 孙华 张振鹏[导读] 汽车产业是国民经济重要的支柱产业，也是体现国家和地区竞争力的标志性产业。（山东省城市服务技师学院 山东省烟台市 264670）

摘要：汽车产业是国民经济重要的支柱产业，也是体现国家和地区竞争力的标志性产业。我国已成为世界第一汽车产销国，今后较长一段时期我国汽车产销量仍将保持快速增长势头.大力发展新能源汽车，加快推进节能与新能源汽车的产业化进程，既是把握战略机遇，落实党中央、国务院关于节能减排和培育战略性新兴产业的重要举措，也是有效应对能源和环境挑战。 关键词：新能源汽车；驱动电机；冷却技术 引言：

本文通过专利分析的视角，对新能源汽车驱动电机冷却技术的发展现状进行分析。通过对近20年国内外驱动电机冷却相关专利的梳理，从申请人分析等角度分析驱动电机冷却技术的宏观发展趋势，并通过技术分布、技术路线及核心专利解读对驱动电机冷却系统的技术发展现状进行分析。

1新能源汽车产业形成初期面临的形势 1.1国内新能源汽车产业格局初步形成

我国发展新能源汽车是从抓研发体系布局开始的，采用了“三纵三横”的研发布局形式，科研项目组织则采取了“整车企业牵头，零部件协同”的组织模式。运行至今，科研体系结构较为清晰、运转较为高效。这是确保我国新能源汽车行业取得一系列重要研发进展、缩短与发达国家间差距、顺利度过研发培育阶段的关键。从2007年实施《新能源汽车生产准入管理规则》开始，近年来密集颁布了《汽车产业调整振兴规划》、《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》、《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》等十余项重点政策，这些政策对我国新能源汽车产业的快速起步起到了关键作用。为了抢占新能源汽车发展的先发优势，各地纷纷上马新能源汽车生产基地，以重点企业为依托，加强研发实力，扩张产能。 1.2产业发展缺乏完备的创新体系

我国发展新能源汽车产业一直高度重视对研发的支持，产生了大量创新成果，缩短了与发达国家的技术差距，但由于在传统燃油汽车部分关键核心技术上的差距并未缩小，新能源汽车技术源的自给能力仍较弱。我国新能源汽车的研发体系已基本建立，但适应未来产业自主发展需要的标准体系、检验检测体系及产业配套体系还未建立，产业发展的体系性支撑较弱。我国仅有新能源汽车领域相关标准30余项，远远无法满足体系建设的需要。检验检测及试验方法等软环境建设仍然不足，造成国内检测、试验机构在国际上缺乏影响力和权威性，新能源汽车的检测设备和检测方法同样落后，不仅对整车产品的检测能力不强，而且对以动力蓄电池为代表的关键部件的检测更为落后。

2驱动电机冷却技术专利分析 2.1驱动电机冷却技术申请人分析

驱动电机冷却技术全球范围主要申请人排名申请量排名前10的企业依次是丰田、本田、博世、日产、现代、爱信、福特、通用、奥迪和比亚迪，排名前10的申请人专利申请总量相加达到967件，占全球申请总量的52.8%，驱动电机冷却技术的专利申请较为集中。排名前10的申请人中有8名为主机厂，零部件供应商仅有博世和爱信2名，驱动电机冷却技术更多掌握在主机厂手中。丰田的专利申请量达到269件，是第2名本田的1.78倍，充分反映丰田对该技术的重视程度、研发投入和知识产权产出能力。国内企业中仅有比亚迪在驱动电机冷却技术上的全球专利申请量排名前10，位列第10位。中国范围内驱动电机冷却技术专利申请量排名前3的为丰田、本田和比亚迪。博世对于驱动电机冷却技术相关专利的全球化布局较多，在中国的专利布局有所不足，仅排名第10位。另外可以看出，通用、现代等主机厂虽然推出电动汽车的时间较晚，但一直未放松驱动电机核心技术的研究和技术储备，一旦准备转型电动化则可以迅速起步。排名前10的国内企业除比亚迪外还包括奇瑞、北汽新能源和长安，国内企业在驱动电机冷却技术上的国内专利储备已经具备了与跨国企业竞争的实力，但专利向外输出的能力还有所不足，全球专利申请量排名较为落后。 2.2驱动电机冷却技术发明人分析

对驱动电机冷却技术全球专利申请发明人分布情况进行分析。全球排名前10的发明人中没有中国申请人，排名第1的发明人为

TAKENAKAMASAYUKI，隶属于爱信公司，自2003～2008年为爱信公司进行驱动电机冷却技术专利申请，后期转为对驱动电机控制及其他核心技术的研究。排名第2的发明人为DEGNERMICHAELW，隶属于福特公司，自2011年起至2019年一直致力于驱动电机冷却技术的研究，重点研究方向为驱动电机水冷技术领域。并列第2名的发明人KUTSUNANA?RUHIKO与排名第1的发明人TAKENAKAMASAYU?KI属于爱信公司驱动电机冷却技术的同一个研究团队，大量专利申请2人作为共同发明人存在。

2.3驱动电机冷却技术分布分析

驱动电机冷却技术按类型可以分为自然冷却、风冷、水冷和油冷这4大类。早期采用的自然冷却技术，依靠驱动电机自身的热传递实现散热，冷却效率差，电机转速和转矩不能过高，技术已被淘汰，因此不进行分析；风冷技术通过散热风扇形成风路循环，风道内的风带走电动机产生的热量，冷却效果较好，且结构简单且成本低；水冷是通过管道将冷却液与驱动电机发热机构贴合，冷却效果优于风冷，但结构较为复杂，对密闭性要求较高；油冷技术则用于解决电机内部热源问题，水冷通常是将流道与电机机壳连接，电机内部的线圈绕组、轴承的热量需要层层传递到电机机壳后才可以被水冷结构带走，无法被直接冷却，导致温度堆积，形成局部热点，油冷采用通过不导电的油作为冷却剂，对绕组和轴承等驱动电机内部组件进行冷却。由于自然冷却、风冷、水冷和油冷属于不同的冷却技术领域，且相互之间冲突较小，在实际应用中经常采用2种或2种以上冷却方法组合的方式来提高驱动电机的冷却效率。根据驱动电机冷却技术和研发难点为核心，综合考虑驱动电机结构、检索可行性、行业分类习惯因素，剔除结构相对简单且研发关注较低的部分，最终确定驱动电机冷却技术的技术分解.其中，风冷技术占比15%，风冷技术发展已经较为成熟且技术改进点较少，因此专利申请量占比不高；水冷技术是驱动电机冷却技术专利申请量最多的技术领域，占比60%，水冷技术目前发展较为成熟，且在冷却效果和成本上具有较好的综合优势，目前市场上大部分驱动电机采用水冷技术进行冷却；油冷技术占比24%，油冷技术为近年来发展的新技术，通过油作为冷却剂可以对驱动电机内部进行冷却，提高冷却效率，进而可以进一步提高驱动电机的功率密度，具有广阔的发展前景。 2.4驱动电机冷却技术路线及核心专利解读

驱动电机冷却技术目前主流的技术分支包括风冷、水冷和油冷技术，选择各技术分支中具有代表性的核心专利进行解读，用以说明驱动电机冷却的各技术路线。风冷的核心技术主要是风流流道设计，有人提出在电动机壳体上设置圆柱形罩筒避免冷却气流衰减，但同时会限制外部自然气流与散热翅片的接触，降低散热效率。因此WO2018195788A1提出可以在驱动电机外壳纵向延伸多个散热翅片，相邻散热翅片之间形成纵向延伸的冷却空气流道，确保冷却气流流过整个冷却气流通道，同时散热翅片可与与外部自然气流接触，提高散热效率。目前驱动电机常用的水冷技术主要以水套冷却结构为主，例如博世专利EP2404362A1中提出在驱动电机壳体上具有可流通冷却剂的通道，壳体包裹定子用以冷却电机，其中，水冷流道的设计为水冷结构研究的核心技术，特定的流道结构（常见的结构有：与冷却液进出口并联的圆周式围绕电机壳体的圆周流道，与冷却液进出口串联的螺旋式围绕电机壳体的螺旋流道）、不同流道数量和流道夹角对水冷技术冷却性能影响较大。当前，新能源汽车对驱动电机的功率密度参数要求日趋严格，对驱动电机冷却效率的要求也越来越高，冷却效率较高的油冷技术及多种冷却技术结合应用已经成为发展趋势。 3结束语

目前，驱动电机冷却技术已经成为驱动电机各技术领域中专利申请量增长最快的技术领域，处于快速发展阶段，鼓励支持承担国家和地方科技计划的“零部件协同”的科技型中小企业发展，加强研发投入，突出核心技术优势，并引导、支持整车企业与其配对发展，逐步形成一批专而精的零部件生产企业。 参考文献：

[1]第一创业研究所．新能源汽车周报———我国地方新能源汽车规划超越中央速度［R］．深圳，2011． [2]刘卓然，陈健，林凯，等.国内外电动汽车发展现状与趋势[J].电力建设，2015，36（7）：25-32. [3]中国汽车技术研究中心.中国新能源汽车产业发展报告.2014[M].社会科学文献出版社，2014.