从19世纪20年代真正意义上的电机被制造以来，随着科技发展电机的种类越来越多，电机转速也不断变大。单纯从电机转速对其区分，可分为高速电机和低速电机两大种类。与普通低速电机相比，高速电机的额定转速通常高于10000r/min。高速电机主要有高速感应电机、高速开关磁阻电机和高速永磁电机等类型，高速永磁电机由于其转子结构中带有永磁体可以替代传统的励磁绕组产生主磁场，无额外的励磁损耗，电机的功率因数得到了极大的提高。为支持高速电机开发，我国制定了2020~2030年的工业规划，引导电驱动系统向高转速、高效率、低成本方向发展。这其中，开发高速永磁电机关键技术是高速电机系统产品发展的核心。

永磁同步电机具有额定转速高、电机效率与功率密度高、可控性好、可以直接驱动负载、系统噪声相对较小等优点，因此被广泛应用于交通领域以及工业领域当中。随着能源结构的调整以及国家政策的大力支持，我国新能源汽车行业呈现蓬勃发展的态势。从行业配套来看，新能源乘用车驱动器以永磁同步电机为主、交流感应电机为辅。其中，交流异步电机因成本低、结构简单等特点，目前多用于客车和商用车。而乘用车则考虑到驱动效率、电机体积等，大多选用永磁同步电机。适合本国路况是主要因素，永磁同步电机在反复启停、加减速时仍能保持较高效率，对高速路网受限的工况是最佳选择。2017年1月23日，工信部发布《新能源汽车推广应用推荐车型目录》（第1批），包括物流车36款、乘用车73款、客车76款，共计185款车型，其中共有150款车型搭载了永磁同步电机，占比81%；搭载交流异步电机的车型有33款车型，占比18%，永磁同步电机占据绝对市场优势。我国新能源汽车销量结构中，新能源乘用车占比超过90%，由此决定了永磁同步电机是国内电动车电机的主流选择。

1.2永磁同步电机多物理场特点

永磁同步电机主要由定子、转子、机壳、连接器、变压器等零部件装配而成。电机的主要零部件中，价值量最高的是定子/绕组/轴承/转子，成本占比分别为19%/17%/12%/11%。

定子是电机中保持不动的部分，是电机的固定外壳，像发动机组一样安装在底盘上。定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，身上有许多平行凹槽，里面塞满了相互连接的铜绕组。这些绕组包含整齐的发夹形铜嵌件，增加了槽内的填充密度和线与线的直接接触。密集的绕组提高了扭矩能力，而两端交错更整齐，减少了体积，使整体包装更小。定子的主要作用是产生旋转磁场（RMF），而转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生（输出）电流。电机使用三相交流电来设置旋转磁场，其频率和功率由响应加速器的电力电子设备控制。电池是直流（DC）设备，因此电动车的电力电子装置包括一个DC-AC逆变器，为定子提供必要的交流电流以创造最重要的可变旋转磁场。高速电机转子承受巨大的离心力，因此其机械强度是必须注意的问题。常见的解决办法是在转子外侧加装保护套，例如非导磁金属保护套（钛合金、Inconel合金、高强度合金钢等）（会引起额外的涡流损耗）和高强度纤维类保护套（碳素纤维、玻璃纤维等）（热阻大）。

永磁同步电机的基本原理为：在电动机的定子绕组中通入三相电流，在电动机的定子绕组中形成旋转磁场。由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸、异性相斥原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的启动过程看成由异步启动阶段和牵入同步阶段组成。在异步启动阶段，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上述原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引起的磁阻转矩和单轴车转巨等一系列的因素共同作用引起的，所以在这个过程中转速是振荡上升的。在启动过程中，只有异步转矩是驱动性质的转矩，电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩影响下，永磁同步电机转速有可能超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。

永磁同步电机因转速区间和效率相对较高使用较多，但需要使用昂贵的稀土永磁材料——钕铁硼。我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此对我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。目前国内已在高性能导磁硅钢、高性能稀土永磁材料以及高可靠性车用电机位置转速传感器等关键共性技术方面取得了突破，促进我国稀土永磁同步电机向高速、高转矩、大功率方向发展。且已自主开发出满足各类新能源汽车需求的产品，部分主要性能指标已达到相同功率等级的国际先进水平。

整个产业上游金属原材料的供应商多为大型上市公司，包括生产永磁体的金力永磁、正海磁材等；中游生产定子转子等零部件的供应商多为非上市公司，包括常州金茂、展翔模具、浙江宝捷等，上市公司包括隆盛科技、长鹰信质；下游生产电机总成的企业主要可分为三大类，整车厂包括特斯拉、比亚迪等，电机厂包括精进电动、方正电机等，传统Tier1供应商包括博世、大陆、麦格纳等。驱动电机产线设备的供应商则主要有豪森股份、克来机电、巨一科技、铭纳阳等。

1.3各国技术发展状况

在全球永磁电机行业不断发展中，日本、德国、美国、英国、瑞士、瑞典等国家知名品牌公司，凭借其数十年的永磁电机生产制造经验和关键工艺技术，掌控了大部分高档、精密、新型永磁电机的技术和产品。

日本在永磁电机高效率化、静音化、工业伺服用永磁电机高性能化诸方面进行了大量研发工作，因此在技术上具有很大的优势，生产出来的电机设备具有高控制精度、低功耗、长寿命和低成本小尺寸等竞争优势，并且在技术的行列也走在世界的前沿，占据了世界高档永磁电机的大部分市场。目前，日本主要永磁电机制造厂商有日本电产株式会社、日本阿斯莫株式会社、日本电装株式会社、日本万宝至马达株式会社等。

美国的电机开发比日本晚。在美国，感应电机的设计及其控制策略的发展较为成熟，所以电动车驱动电机还主要以感应电机为主。但美国也进行了永磁同步电机的研究，且进展迅猛，如SatCon公司研制的永磁同步电机采用定子双套绕组技术，既扩大了电机的转速范围，又有效利用了逆变器的电压，绕组电流低，电机效率高。目前，美国永磁电机市场上的主要制造厂商Gettys、A-B、I.D、Odawara Automarion和Magtrol等。美国的永磁电机行业发展主要着重于军用微电机方面，其科研和产品水平处于世界领先地位，西方国家军事装备和电子装置中应用的各类微电机，绝大部分由美国几个主要厂商供应，微电机美军标准已成为国际标准。

德国电机制造技术拥有全球顶尖水平，电机制造的突出特点是：工艺非常精湛，品质出色可靠，设计科学完善。尤其是电机的振动噪音及性能都相当可靠。比如德国电机在欧洲SHCORCH的高效被认为是属于eff`1级别（最高等级的高效），即是最高标准的高效电机。其竞争对手只是第二等级的。其品牌被欧美众多OEM生产厂商和工程公司认可。德国拥有众多的顶尖电机制造巨头，比如德国弗兰德集团是世界上最大的专业动力传动设备制造商之一，成立于1899年，总部在德国的Bocholt市，至今已有百年的制造经验。一百年来，以其雄厚的技术资源、领先的制造技术、优秀的产品质量、高踞世界驱动行业的领先地位。生产各种用途的减速机、联轴器、齿轮马达和电机。

部分欧美车系采用交流感应电机，主要以特斯拉为首的美国汽车企业和部分欧洲企业为代表。这是因为稀土资源匮乏，同时出于降低电机成本考虑。交流感应电机的劣势主要是转速区间小、效率低，需要性能更高的调速器以匹配性能。但永磁同步电机或铁氧体同步电机（这个技术也避免了永磁材料的使用）等技术方案在欧美英同样存在，国外知名的车企，如宝马的Active Hybrid与i3，丰田Pruis IV与Leaf，特斯拉Model 3，本田Civic Hybrid，雪佛兰Volt等都采用永磁同步电机。日本则是稀土产业大国，世界销量前三的铁硼公司：住友特殊金属公司、新越化学实业公司和TDK集团都是日本公司。

整体来看，我国驱动电机取得较大进展，国内驱动电机技术成熟，与国外差距较小，但是在峰值转速、功率密度及效率方面仍存在一定的距离。

2.电动汽车高速永磁同步电机关键技术专利数据库构建

2.1技术分解表及专利检索策略

在进行课题前，课题成员充分调研了高速永磁同步电机技术的相关背景。结合高速永磁同步电机的主要技术构成，提炼出高速永磁同步电机技术关键词，再依据IPC分类表对各技术关键词匹配IPC分类号，得到高速永磁同步电机技术的主要IPC分类号（如表2-1所示）。

表2-1高速永磁同步电机技术分解表及主要IPC分类号

一级技术分支	二级技术分支	三级技术分支	四级技术分支	主要IPC分类
电机整体	多物理场耦合	电磁热耦合	分析手段（理论分析、仿真方法）	H02K1/14、H02K21/12、H02K9/08
	多物理场耦合	多目标优化
	NVH（振动噪声）	参考定转子开槽
	NVH（振动噪声）	增加刚度、阻尼	模态分析（转子、定子、盖板、壳体）
	绝缘	材料	包漆
	绝缘	轴电流	结构、材料
	散热/冷却			H02K9/19、H02K5/20、H02K9/06
	散热/冷却			H02P6/08
	集成结构			H02K5/04、H02K21/02
	轴承			H02K21/14、H02K29/00
	铁芯			H02K21/02、H02K1/27
	铁氧体			H02K1/02、H02K1/12
	变频/调速			H02K1/27
	绕组			H02K3/12
	内置式/表贴式			H02K21/14、H02K21/02、H02K21/16
	调磁/磁通			H02K1/12、H02K21/12
	磁钢			H02K1/22、H02K15/02、H02K15/03、H02K1/27
	端盖			H02K5/04、H02K21/02
	增速			H02K21/46
	其它
定子	铁芯	材料	硅钢	H02K1/14
			非晶合金（3D打印）	H02K1/14
			软磁复合材料
		制造工艺	激光切割
			线切割
			胶粘（叠压方法、工装）
		结构设计	定子齿部开槽	H02K1/12、H02K21/22
	绕组	结构设计	绕组排布	H02K1/16
		材料	超低电阻材料
		绝缘	包漆
			绝缘结构
	散热/冷却	槽内直冷	油冷	H02K1/20、H02K9/197、H02K3/24
	散热/冷却	复合冷却	包括水冷、油冷
	冲片
转子	结构	本体结构优化	强度	H02K1/27、H02K1/22、H02K1/274、H02K1/28
	结构	护套/包裹	包裹碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维	H02K1/28
	铁芯（分类和定子相同）	材料	硅钢	H02K1/14
	永磁体	隔磁槽(空气槽)	非晶合金（3D打印）
			软磁复合材料
			粘结永磁体（提高磁通量）	H02K15/03
		隔磁桥	填充结构胶
		隔磁桥	提升矫顽力、剩余磁感应强度
		新材料	磁悬浮轴承	H02K5/16
	轴承	结构	空气轴承
			高速轴承（滚动、滑动）
			磁钢直接冷却	H02K1/32、H02K9/08、H02K3/24
	散热/冷却	油路	油冷	H02K9/00
		槽内直冷	包括水冷、油冷	H02K9/06
		复合冷却		H02K9/19
	冲片			H02K1/27、H02K1/24
	其它			H02K15/03、H02K15/00、H02K1/28
控制系统	控制逻辑（算法）	PID	针对高速电机的控制方法
控制系统	控制器			H02K1/16
检测	位置			H02P21/18
	运行参数			H02P21/14
	速度			H02P21/13、H02P21/18
	反电动势			H02P21/00、G01R31/34
	退磁			H02P21/14
	转矩			H02P6/10、H02P21/05
	状态			H02P21/14
	转动惯量			H02P21/00
	温度			G01R31/34、H02K9/06
	内功率因素角/功角			H02P21/14
	损耗			H02P21/14、H02K1/27
	平台			G01R31/34

注：该技术分解表系与技术专家沟通，并综合考虑专利主题分布后形成。

本课题以国内外知名商业数据库智慧芽（https://analytics.zhihuiya.com）作为专利检索数据源。在综合考虑高速永磁同步电机专利信息代表性、新颖性以及信息容量的基础上，将专利申请时间设定为2001-2022年（其中2022年的专利信息因尚未全部公布，有少量不完整，但不影响整体分析）。为提高专利检索准确性和完整性，项目组通过查阅高速永磁同步电机国内外相关重要文献、小组反复讨论、进行试检验的方式，确定高速永磁同步电机技术的专利检索式。

专利检索策略采用关键词与国际专利分类号（IPC）相结合的方式进行迭代检索。其中，关键词根据技术分解表确定，高速永磁同步电机技术主要涉及H02K、H02P两个小类。经过往复几轮讨论及试检索后，最终确定本文检索式如下：

TAC_All: ((高速OR （high speed）) AND (永磁OR permanent magnet*) AND (电机OR motor* OR machine*)) AND IPC: (H02K* OR H02P* OR G01R*) AND APD: [20010101 TO 20201231]

通过文献号合并（保留申请公开文本），获得全球高速永磁同步电机领域发明和实用新型专利10730组申请，共14155条；其中中国受理6671组，共8428条。经人工二次去噪处理，最终获得全球高速永磁同步电机相关专利3105件，其中国内高速永磁同步电机技术专利申请1873件。

地域范围：中国

检索数据库：智慧芽高级检索

序号	检索式	命中数量
1	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)	19604

序号	检索式-电机整体	命中数量
2	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(电磁热OR电场OR磁场OR温度场OR振动OR噪声OR刚度OR阻尼OR绝缘OR轴电流OR散热OR冷却OR轴承OR铁芯OR铁氧体OR变频OR调速OR绕组OR内置式OR表贴式OR调磁OR磁通OR磁钢OR端盖OR增速)))ANDIPC:(H02K1 OR H02K3 OR H02K5 OR H02K9 OR H02K15 OR H02K21 OR H02K29 OR H02P6)	5439

序号	检索式-定子	命中数量
3	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND定子AND(铁芯OR硅钢OR非晶合金OR软磁OR激光切割OR线切割OR胶粘OR叠压OR开槽OR绕组OR低电阻OR包漆OR绝缘OR油冷OR直冷OR水冷OR油冷OR冷却OR散热OR冲片)))	3384
4	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND定子AND(铁芯OR硅钢OR非晶合金OR软磁OR激光切割OR线切割OR胶粘OR叠压OR开槽OR绕组OR低电阻OR包漆OR绝缘OR油冷OR直冷OR水冷OR油冷OR冷却OR散热OR冲片)))ANDIPC:(H02K1 OR H02K21 OR H02K3 OR H02K9)	2720

序号	检索式-转子	命中数量
5	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND转子AND(强度OR护套OR包裹OR碳纤维OR玻璃纤维OR芳纶纤维OR铁芯OR硅钢OR永磁体OR隔磁槽OR空气槽OR非晶合金OR软磁OR磁通量OR结构胶OR矫顽力OR磁感应OR轴承OR滚动OR滑动OR油冷OR水冷OR冷却OR直冷OR冲片)))	1076
6	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND转子AND(强度OR护套OR包裹OR碳纤维OR玻璃纤维OR芳纶纤维OR铁芯OR硅钢OR永磁体OR隔磁槽OR空气槽OR非晶合金OR软磁OR磁通量OR结构胶OR矫顽力OR磁感应OR轴承OR滚动OR滑动OR油冷OR水冷OR冷却OR直冷OR冲片)))ANDIPC:(H02K1 OR H02K15 OR H02K5 OR H02K9 OR H02K3)	896

序号	检索式-控制系统	命中数量
7	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(PID OR控制方法OR控制器OR控制装置OR控制程序OR控制算法)))	1691
8	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(PID OR控制方法OR控制器)))ANDIPC:(H02K)	318

序号	检索式-检测	命中数量
9	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(位置OR运行参数OR速度OR反电动势OR退磁OR转矩OR状态OR转动惯量OR温度OR内功率因素角OR功角OR损耗OR平台)))	5450
10	TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(位置OR运行参数OR速度OR反电动势OR退磁OR转矩OR状态OR转动惯量OR温度OR内功率因素角OR功角OR损耗)))ANDIPC:(H02K1 OR H02P21 OR G01R31 OR H02P6 OR H02K9)	3414

序号

检索式-合并各分检索式

命中数量

2 OR 4 OR 6 OR 8 OR 10

(TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(电磁热OR电场OR磁场OR温度场OR振动OR噪声OR刚度OR阻尼OR绝缘OR轴电流OR散热OR冷却OR轴承OR铁芯OR铁氧体OR变频OR调速OR绕组OR内置式OR表贴式OR调磁OR磁通OR磁钢OR端盖OR增速)))ANDIPC:(H02K1 OR H02K3 OR H02K5 OR H02K9 OR H02K15 OR H02K21 OR H02K29 OR H02P6))OR(TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND定子AND(铁芯OR硅钢OR非晶合金OR软磁OR激光切割OR线切割OR胶粘OR叠压OR开槽OR绕组OR低电阻OR包漆OR绝缘OR油冷OR直冷OR水冷OR油冷OR冷却OR散热OR冲片)))ANDIPC:(H02K1 OR H02K21 OR H02K3 OR H02K9))OR(TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND转子AND(强度OR护套OR包裹OR碳纤维OR玻璃纤维OR芳纶纤维OR铁芯OR硅钢OR永磁体OR隔磁槽OR空气槽OR非晶合金OR软磁OR磁通量OR结构胶OR矫顽力OR磁感应OR轴承OR滚动OR滑动OR油冷OR水冷OR冷却OR直冷OR冲片)))ANDIPC:(H02K1 OR H02K15 OR H02K5 OR H02K9 OR H02K3))OR(TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(PID OR控制方法OR控制器)))ANDIPC:(H02K))OR(TAC:(((永磁同步电机OR励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(位置OR运行参数OR速度OR反电动势OR退磁OR转矩OR状态OR转动惯量OR温度OR内功率因素角OR功角OR损耗)))ANDIPC:(H02K1 OR H02P21 OR G01R31 OR H02P6 OR H02K9))

6219

2.3关键技术专利检索式及结果

序号	检索式	命中数量
11	TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极))	4508

2.4各目标厂商专利数量

序号	检索式-各目标厂商	命中数量
12	AN:(弗迪动力有限公司)	10
13	AN:(联合汽车电子有限公司)	1915
14	AN:(中车时代电气股份有限公司)	1916
15	AN:(蔚然(南京)动力科技有限公司)	80
16	AN:(威睿电动汽车技术)	383
17	AN:(安徽巨一科技股份有限公司)	221
18	AN:(华为技术有限公司)	97581
19	AN:(精进电动科技股份有限公司)	355
20	AN:(日本电产株式会社)	3232

2.5关键技术+各目标厂商专利检索式及结果

序号	检索式-各目标厂商	命中数量
21	11 AND 12 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(弗迪动力有限公司)	0
22	11 AND 13 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(联合汽车电子有限公司)	12
23	11 AND 14 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(中车时代电气股份有限公司)	1
24	11 AND 15 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(蔚然(南京)动力科技有限公司)	0
25	11 AND 16 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(威睿电动汽车技术)	0
26	11 AND 17 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(安徽巨一科技股份有限公司)	0
27	11 AND 18 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(华为技术有限公司)	1
28	11 AND 19 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(精进电动科技股份有限公司)	4
29	11 AND 20 TAC:((永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)AND(扁线绕组OR定子铁芯OR永磁转子OR绝缘OR高强度OR高效OR油冷OR内置式转子OR非对称磁极OR不对称磁极)) ANDAN:(日本电产株式会社)	0

2.6调整：永磁同步电机+各目标厂商专利检索及结果

序号	检索式-各目标厂商	命中数量
30	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)ANDAN:(弗迪动力有限公司)	0
31	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机)ANDAN:(联合汽车电子有限公司)	56
32	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(中车时代电气股份有限公司)	13
33	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(蔚然(南京)动力科技有限公司)	2
34	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(威睿电动汽车技术)	4
35	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(安徽巨一科技股份有限公司)	0
36	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(华为技术有限公司)	6
37	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(精进电动科技股份有限公司)	18
38	TAC:(永磁同步电机OR 励磁电机OR永磁电机OR永磁电动机OR他励电机OR 自励电机) ANDAN:(日本电产株式会社)	1

3.高速永磁同步电机关键技术发展路线图

技术路线图最早出现在美国汽车行业，汽车生产商为了降低成本而通过技术路线图来寻找最适合本企业的技术。随着文字处理技术和大数据技术的发展，专利信息及其分析方法在技术路线图中受到越来越多的关注，分析专利信息的手段从最初人工阅读进行绘图，发展到现在使用计算机文本挖掘进行可视化，使得技术发展态势以一种更直接的视觉化方式呈现。不仅如此，专利信息与技术路线图的结合，也促使传统的专利分析和专利地图逐渐向“专利路线图”转变。

3.1速永磁同步电机技术发展演变

通过对中国大陆高速永磁同步电机技术领域各个时期的专利文献进行梳理和分析，可以得到该领域总体专利技术路线图（图1-1），其主要表现方式为以横坐标表示申请年份的时间轴和不同时期申请的具有代表性的专利技术。从图中可以看出，高速永磁同步电机技术专利演变主要经历了三个发展阶段。

图1-1高速永磁同步电机总体专利技术路线图（2001-2020年）

第一阶段由2001年到2005年。2000年，中国汽车产业规模已经逐渐壮大，同时电动汽车被列入“863”计划12个重大专项之一。从2001年开始，“863”项目共投入20亿元研发经费，形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”，以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局。这一阶段是我国高速永磁同步电机技术发展的萌芽期（或导入期），共计申请有28件专利，这些专利主要聚焦在电机结构、转子及其制造、转子冲片等方面。此阶段研发主体主要是个体发明人、高校或科研院所，属于零星自发行为，汽车厂商在这方面的关注度及投入不足，高速永磁同步电机专利布局呈多点散状。2001年8月22日，北京曙光纺科机电有限公司最早申请了名称为“稀土永磁同步电动机的新型转子”的实用新型专利，该专利采用非导磁材料制成的隔磁条通过焊接使两个磁极连接成整体，连接桥设置在相同极性的两组磁钢的磁钢槽中间，把转子外轭和转子内轭的转子轭部连接成一体，由于两组磁钢极性相同，连接桥内没有漏磁。这种新型转子结构制成的电机比原来有隔磁桥的电机输出功率增加了25％，电机效率由78％提高到84％，功率因数由94％提高到98％，电机最高转速也比原来有所提高。次年8月1日，荆州市神奇磁业有限公司申请的发明专利公开了一种汽车电机专用永磁铁氧体磁极及制备方法，该铁氧体磁极由主成份及纳米添加剂等原料配制而成，其主成份为SrO、Fe₂O₃，添加剂为：Al₂O₃、SrCO₃、Cr₂O₃、CaCO₃、SiO₂、H₃BO₃。其后，发明人张金铎开发出一种以变频调速器为驱动电源的可高速运转、转速可调的新型电机（CN2560153Y），具有安全高效、高功率因数、低噪音、体积小、重量轻、成本低、使用方便、维护简单等优点；哈尔滨工业大学开发出一种能自动调磁的永磁电机转子（CN1238942C），克服了现有技术低速时转矩低、高速时系统效率下降的缺陷；发明人林祥钟开发出一种带有离心散热的永磁电机（CN2672946Y），可有效地避免现有永磁电机的磁芯在高温下退磁造成的功率下降现象；中国科学院电工研究所开发出一种永磁同步电动机，铁芯为无齿槽结构，三相或多相绕组布置在定子铁芯表面上，形成气隙绕组，以消除由于齿槽效应而产生的气隙磁场高次谐波。该电机既可以在大气隙中产生强磁场，又能有效抑制或消除转矩波动，特别是电机在低速运行时的转矩波动（CN1761130A）。

第二阶段由2006年到2012年。2007年11月我国正式实施《新能源汽车生产准入管理规则》，不仅对新能源汽车进行了定义，还对企业生产资格、产品管理等做出了规范，该文件被业界视为国家鼓励新能源汽车市场化的开端。2009年，国务院发布了《汽车产业调整与振兴规划》，首次提出大规模发展新能源汽车的目标。同年我国启动了“十城千辆”这一标志性计划和这一规划相配合，该计划主要涉及到公交、公务、市政、邮政、出租等领域，计划用3年左右时间，每年发展10个城市、每个城市推出1000辆新能源汽车，标志着我国国内率先开始了新能源汽车产业化之路。随着高速永磁同步电机技术的进一步发展以及对新能源汽车社会需求的增加，这一阶段关于高速永磁同步电机的专利申请量大大提升，永磁同步电机技术也进一步丰富，专利申请量是上一阶段的12.7倍（355件：28件），成为我国高速永磁同步电机技术发展的第一个高速增长期。这一时期，高速永磁同步电机精细化程度逐渐提高，主要表现在电机结构、控制装置、转子及其位置检测等的不断开发完善。例如，在电机整机方面，李虎发明了一种用于预测永磁同步电动机(PMSM)中永磁体温度的温升分析方法，通过新型等效热网络和有限元相结合的方法对永磁同步电动机建立热模型（CN101769797A）；沈阳工业大学提供了一种大功率高速永磁高频电机（CN202918133U），并开发了一种风水混合冷却高速永磁电机（CN102983680A）。在控制方面，程基江开发了一种交流永磁同步电机控制器（CN102064753A）；东南大学发明了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法（CN103051271A）；重庆红宇精密工业集团有限公司开发出一种永磁同步电机的电流环控制方法（CN101753091A）。在转子方面，珠海格力电器股份有限公司开发了一种永磁电机及其电机转子（CN201994746U）；哈尔滨理工大学申请了一件名称为“高速永磁电机轴内自扇冷却转子”的专利（CN101604876A）；上海大学发明了一种永磁电机“V”型内置式转子（CN1835340A）；哈尔滨工业大学开发了一种高速永磁同步电机的自内冷转子（CN101777810A）；奇瑞汽车股份有限公司开发了一种永磁电机转子位置角度的补偿方法（CN101924510A）。在检测方面，奇瑞汽车股份有限公司（CN101398313A，一种电机转子位置传感器及测量电机转子位置的方法）、国电南瑞科技股份有限公司（CN101505130B，永磁同步发电机转子位置估算及校正方法）、天津清源电动车辆有限责任公司（CN102005995B，永磁同步电机转子初始位置的快速检验方法及装置）、中国第一汽车集团公司（CN202206340U，永磁同步电机转子位置自动标定工具）、北京理工大学（CN102938628B，一种永磁同步电机转子初始位置定位的方法）、东方电气股份有限公司（CN102437813B，一种基于无速度传感器的永磁同步电机的转子角度、转速估计方法）、南京航空航天大学（CN102843091B，一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法）纷纷针对转子位置的检验、定位、标定及转速估计等进行了相关专利布局，显示出激烈竞争态势。

第三阶段由2013年到2020年。2011年开始我国新能源汽车进入产业化阶段，在全社会推广新能源城市客车、混合动力轿车、小型电动车。2012年5月，为了加快培育发展新能源汽车，新能源汽车项目每年将会获得国家给予的10-20亿元资金支持。同年我国及时调整了新能源汽车的发展路线，尤其是在技术提升这一块，国务院发布了《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020年）》，以纯电驱动为战略取向，重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车，传统混合动力汽车不再是重点发展对象。2017年，随着“去补贴化”政策的落实，补贴开始缩水，双积分政策也随之落定。新能源汽车产业生态和竞争格局面临重构，加快向低碳化、电动化、智能化方向发展。2018年，蔚来成为我国第一家在纽交所上市的电动汽车企业。目前，全球汽车市值前十的公司里就有三家中国车厂，分别是排在第四的比亚迪、排在第五的蔚来和排在第十的小鹏。这一阶段主要引导高速永磁电机朝集成化、高速化、低成本、高性能方向转变，永磁同步电机技术进一步迅猛发展，专利申请量是上一阶段的4.2倍（1490件：355件），成为我国高速永磁同步电机技术发展的第二个高速增长期。主题涵盖以下几个方面：

（1）电机整体。主要解决电机转子在高速旋转情况下永磁体强度不够而易发生破损、大功率高密度电机损耗密度大、热量难以散出、温升过高而严重影响电机可靠性和运行寿命问题，高次谐波进入永磁体产生附加损耗，永磁体在高温情况下发生严重失磁甚至不可逆退磁，致使电机无法可靠运行问题，保障电机高效、宽调速、平稳低噪运行。典型专利有：玉田县永信机械制造有限公司的一种高性能永磁电机（CN214101124U）、无锡蓝海华腾技术有限公司的一种新能源汽车用永磁同步电机的电流谐波优化方法（CN112671293A）、中国船舶工业系统工程研究院的一种永磁同步电机振动噪声主动抑制方法（CN112398399A）、湖南大学的考虑磁饱和的表贴式永磁同步电机的永磁体温度估算方法（CN112564580A）、江苏大学的一种磁场调制永磁电机损耗分析与抑制方法（CN112436706B）、丽水方德智驱应用技术研究院有限公司的一种性能可灵活调整的永磁电机及其性能调节方法（CN112383161A）、西安交通大学的基于粒子群算法的永磁同步电机优化方法（CN111641361A）、佛山市顺德区金泰德胜电机有限公司的油浸式油冷电机（CN211377756U），等等。

（2）控制。主要聚焦在弱磁控制、反电动势、高温振动环境下的退磁、转矩精确控制等问题。典型专利有：江苏科技大学的一种永磁同步电机高效率控制方法（CN112564578A）、精进电动科技股份有限公司的一种永磁同步电机的电压开环控制方法和永磁同步电机（CN112468043A）、河北工业大学的基于负载观测器的永磁同步电机单电流弱磁控制方法（CN112187126A）、哈尔滨理工大学的永磁同步电机无传感器控制方法（CN111987959A）、东风电子科技股份有限公司的新能源汽车永磁同步电机控制器实现抑制电压饱和失控控制的方法（CN111756291A）、哈尔滨理工大学的一种内置式永磁同步电机MTPA控制方法（CN111711393A）、中南大学的一种内置式永磁同步电机控制器及其控制方法（CN111181463A）、武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所)的一种电动车永磁同步电机转矩控制方法（CN111030539A）、中冶南方(武汉)自动化有限公司的一种永磁同步电机无位置传感器矢量控制中高速切换方法（CN110943662B），等等。

（3）转子。主要解决高速电机在运行过程当成产生的涡流损耗大、散热困难、温度过高造成绝缘击穿或者产生不可逆退磁，碳纤维护套发生断裂，制造周期长、成本高、生产效益低等问题，典型专利有：安徽大学的一种应用于高速永磁电机的磁钢内置式转子（CN112636509A）、福建闽东新能源动力科技有限公司的一种永磁同步电机的转子结构（CN213817370U）、中山大洋电机股份有限公司的一种高速永磁同步电机的转子结构（CN213402612U）、贵州航天林泉电机有限公司的一种提升高温高速永磁转子强度的结构（CN112186923A）、南通大学的内置式V型分段高速永磁同步电机转子冲片及转子和电机（CN111969743A）、浙江创驱智能科技有限公司的一种永磁同步电机V型转子斜极（CN213461288U）、常州市常华电机有限公司的不等气隙永磁体电机转子铁芯（CN211958892U）、上海大郡动力控制技术有限公司的应用于电动汽车永磁同步电机的双V型电机转子（CN110798039A），等等。

（4）定子。主要解决定子铁芯需要较多铜线造成生产成本高、生产效率低，提高常规定子分区永磁电机的空载气隙磁密等问题，典型专利有：重庆合众电气工业有限公司的一种高速永磁同步电动机定子铁芯结构（CN213125664U）、淮阴工学院的定子双分区混合永磁记忆电机（CN212278089U）、长城汽车股份有限公司的用于高速永磁电机的定子铁芯、电机和车辆（CN113497495A）、菲仕绿能科技(宁波)有限公司的永磁同步电机定子铁芯分瓣冲片、定子铁芯以及组装方法（CN111181260A）、南京埃斯顿自动化股份有限公司的永磁同步电机定子磁链矩阵提取方法及其应用（CN109713973B）、苏州保邦电气有限公司的高速永磁电动机定子冲片（CN109904944A），东南大学的一种定子永磁型记忆电机驱动和在线调磁协同控制方法（CN106788040B），等等。

（5）检测。主要解决不会使转子产生扭动、检测准确、响应速度快的电机磁极位置及速度、电机温度、反电动势等检测问题，提高电机检测数据精度，满足永磁同步电机高性能、高精度的要求。典型专利有：宝能(西安)汽车研究院有限公司的电机转子位置检测方法与装置、存储介质、电机控制器（CN112202372A）、深圳市法拉第电驱动有限公司的高速永磁同步电机转子位置检测装置及方法（CN111817615A）、长虹华意压缩机股份有限公司的一种应用于永磁同步电机的退磁检测装置（CN210835203U）、珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司的一种高速永磁电机温度检测装置（CN205544811U），等等。

3.2电机技术分支专利发展路径分析

3.2.1电机整体

图2-1为电机整体的专利技术路线图。该图从多物理场耦合、散热冷却、NVH、绝缘等几个方面梳理了电机整体的技术发展脉络。

图2-1电机整体的专利技术路线图

针对多物理场耦合，专利CN101769797A基于一种新型等效热网络和有限元相结合的混合方法对永磁同步电动机建立热模型，通过实验测量和经验公式相结合的方式合理选取热参数，描述电机的散热系数和冷却条件，通过热网络中的气隙节点将定转子有机的结合起来，形成定转子的统一温升模型，避免气隙温度测量等困难，采用实际工作温度时的材料参数，使分析更具适用性。通过在实验环节的特殊校正处理，实现了较准确地预测永磁体温度的方法。专利CN108110924A对一台微型燃气轮机驱动用于分布式供电系统的60000r/min、75kW的高速永磁发电机进行了结构设计，包括高速永磁发电机的定转子结构设计、高速永磁发电机的空载与负载特性、损耗计算、温升计算。然后基于场路耦合方法，分析高速永磁电机空载和负载特性，计算了电机的电磁与机械损耗，最后利用有限元法计算了高速电机内的温度场分布，具有良好的实用性，对高效永磁发电机的设计研究具有一定的参考价值。

针对散热冷却，专利CN101951070A涉及一种电动汽车永磁电机用磁钢冷却结构，包括转子铁心、磁钢和热管，磁钢安设在转子铁心中，热管具有内腔，内腔中具有相变材料，热管安设在转子铁心中且热管的外壁与转子铁心紧密接触，内腔相对于转子铁心的轴线倾斜设置。这种磁钢冷却结构提高了电机散热性、稳定性和可靠性，能提高整车性能，且结构简单。专利CN102983680A提出了一种风水混合冷却高速永磁电机，该电机包括机壳、冷却水套、定子铁心、定子径向风道、定子内风道、电机转子、外转子轴流风扇、外转子风扇固定架及两个滑动轴承，其中定子铁心分两段，中间预留一个径向风道，定子槽内靠近气隙处留有内风道；冷却水套安装在定子机壳外，水套内设螺旋形的水道，水道从中间进水，由左、右螺旋形水道两端出水口出水。该发明可以从机械上解决永磁体在高速旋转情况下受较大的拉应力而发生破碎的问题，还解决了大功率高速电机损耗密度大、热量难以散出、温升过高的问题，避免永磁体在高温情况下发生的不可逆退磁问题。专利CN204886566U公开了一种全封闭油冷永磁发电机，该电机利用定子壳体内腔开口，在其后端面设计后端盖的安装止口，与后端盖连接形成散热油道，流动的冷却机油对电机定子进行散热，该专利解决了传统风冷型发电机结构笨重或者水冷型发电机结构稳定性较差问题。专利CN108258849B公开了一种喷液冷却的全封闭高速永磁电机，该永磁电机包括电机机壳，设置在机壳内的定子与转子，及设置在机壳前后两端的端盖，前后两端的端盖上均设置有风口外壳，前后两端的风口外壳上分别设置管道进风口和管道出风口，同时前后两端的端盖上相应设置有风道入口和风道出口，管道出风口与管道进风口连通，形成气体在电机中的循环流动。此外，机壳前端的侧面上设置有多个沿机壳外圆周分布的喷液口，该喷液口用于对从风道入口进入的气体进行冷却，该喷液口中喷出的冷却液体为氟利昂、R123、R245或R141，该发明能有效降低电机温度，解决全封闭高速永磁电机温度高、散热困难、定转子温升局部过高的问题。专利CN211377756U涉及一种电动汽车驱动的永磁同步油浸式油冷电机，包括机壳、转轴、转子、定子、两个端盖，定子包括定子铁芯、定子绕组，定子内侧面和转子外侧面之间的间隙设有密封填充层，密封填充层两端分别向着同侧的端盖方向延伸，直至把定子绕组端部和同侧的端盖之间的间隙密封，以使所述的定子外侧、两个端盖之间及机壳内表面构成的空腔形成密封，该空腔与油槽相通。该专利有效避免了电机内部高速旋转的零部件与冷却油摩擦，密封结构合理，电机装配简单，冷却效果好，特别是定子铁芯各槽口填充有环氧树脂，该环氧树脂形成加强筋提高了环氧树脂密封填充层的强度，也提高了电机的效率。

针对NVH，专利CN105846628B公开了一种30槽14极分数槽双层短距分布绕组十五相永磁同步电动机，十五相绕组分成三组；每一组的五相绕组轴线之间依次互差72°电角度，连接成五相星接对称绕组；三组之间相对应的五相星接对称绕组的轴线在空间上依次相移12°电角度；三组五相星接对称绕组的三个中性点互不相连。每极每相槽数为分数，每个线圈跨距为2个槽，线圈端部较短，省铜，铜耗少。每个星接五相绕组对称在通入基波电流时可以同时注入幅值为基波电流幅值六分之一的三次谐波电流。注入三次谐波电流后，不仅降低了功率开关管的电流幅值，同时减小了电机铁磁饱和度，提高了电机铁磁材料利用率与转矩密度。由这样的多个单元电动机构成的大功率低速永磁同步电动机不仅效率高，而且振动噪声较低。专利CN109873554A公开了一种消除强耦合多支路永磁同步电机PWM噪声的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、构建强耦合多支路电机驱动电路拓扑；步骤二、改变4n‑1个电压源型逆变器的相位，使得4n个电压源型逆变器之间载波相位相差360°/4n相位，从而迫使强耦合多支路电机多条支路中的奇次PWM谐波电流之和为零，彻底消除强耦合多支路电机奇数倍PWM频率噪声。该发明方法不仅保持了传统电路拓扑动态响应快的优点，还能够有效消除电机奇次PWM频率的电磁振动，进而降低电机PWM频率的噪音，大幅度减小电力逆变器的输出滤波器的体积。专利CN112398399A公开了一种永磁同步电机振动噪声主动抑制方法，基于DSP+FPGA嵌入式控制系统架构，在DSP定时器中断完成采样处理与闭环控制并得到调制度和角度实时指令的基础上，提取相邻采样点间的角度跳变量，采用虚拟高频化方法计算角度步进值，通过高速数据总线将调制指令发送至FPGA，利用其运行速度快的优势，将一个控制周期内调制波幅值等效线性化步进至指令值，并利用时钟同步保证计数器和步进器缓存的可靠清零，进而生成平滑的调制波与三角载波比较后输出PWM脉冲，驱动逆变器将直流母线电压变换成三相交流电压驱动电机运行，从而实现关键变量的多重采样精细化控制，显著提高了变量更新频率和控制精度，避免了变量跳变，有效改善电机的转矩脉动和电磁振动噪声。

针对绝缘，专利CN202798218U公开了一种高速永磁同步电动机，包括转子铁芯，所述转子铁芯的外圆上匀布有若干个深度小于磁钢高度的、平行于转子轴线的磁钢槽，所述磁钢为瓦片式，瓦片式磁钢按极性配组并通过胶黏剂粘贴在磁钢槽内，相邻磁钢之间填充有绝缘物；转子铁芯外侧过盈配合有用于将磁钢压紧在转子铁芯上的转子外套。该实用新型能够充分保证磁钢与转子铁芯之间相对位置关系的稳定性，结合高强度转子外套，有效增强了高速运转情况下转子的刚性，即使在高速运转的情况下，也能承受电磁力和离心力的作用，保证磁钢与转子铁芯位置的固定性，实现大容量永磁电动机的高速可靠运转。专利CN104143873A涉及一种具有绝缘轴承结构的超高速永磁同步电动机，包括外壳、设于外壳内的定子、设于定子内的转子、以及连接到外壳的开口的端盖，转子由设于端盖上的轴承选择支撑；端盖包括连接到外壳的外端盖以及内端盖；内端盖内侧的外缘设有一个以端壁和侧壁为界的呈封闭圆环状的台阶，且端壁、侧壁、内端盖外圆周面以及内端盖内侧表面均设置有绝缘层，端壁上均布有若干螺孔；外端盖套设在该台阶并通过螺栓与内端盖栓接；外端盖和内端盖之间、螺栓头部和所述外端盖之间设有绝缘垫片，通孔和螺栓之间设有绝缘套管。其优点是：通过将端盖设置成分体的外端盖和内端盖，并使外端盖和内端盖之间绝缘，实现了避免了电动机轴承的轴电流腐蚀的目的。专利CN106300848B公开了一种复合浸漆无传感器高功重比永磁同步电机，包括定子、机壳、端盖、轴承套、波形弹簧和转子。电机结构简单、具有较高的功重比，适用于对电机体积、重量要求苛刻的场合。定子采用的绝缘结构设计和复合浸漆方法，能够在严酷的湿热、霉菌、盐雾、低气压、高低温等特殊环境下稳定工作。通过一体式、高可靠转子结构设计，电机转子能够在高振动、大冲击等特殊力学环境下高速稳定工作。通过横截面为Z字形轴承套结构设计，既可增加机械强度，又可有效减小电机轴向尺寸，缩小体积。专利CN110311497B涉及一种油冷式永磁电机电绝缘密封结构及装配方法。包括两个压紧螺母、金属平垫、定位垫板、带槽引线端子、定位绝缘子、O型胶圈、内绝缘子；本发明采用油冷式永磁电机电绝缘密封结构，适用于定子浸油式高速永磁电机，采用这种结构的电机壳体结构简单，体积小，重量轻，定子冷却效果好；所述的油冷式永磁电机电绝缘密封结构具有引线端子防止转动功能，既能实现定子引出线与壳体的电气绝缘，又能实现定子内腔冷却油的良好密封。

3.2.2控制

图2-2为电机控制的专利技术路线图。该图从弱磁控制、反电动势、高温退磁、转矩等几个方面梳理了电机控制的技术发展脉络。

图2-2电机控制的专利技术路线图

针对弱磁控制，专利CN101529714B公开了一种永磁同步电动机的矢量控制装置，条狗利用基于调制比算出的电流指令值校正值来校正电流指令值的电流指令值校正部，从而能用简单的结构实现在高速区域以单脉冲模式进行稳定的弱磁控制。专利CN101207362A提出了永磁电机磁路结构与矢量控制相结合的可控弱磁技术。系统中稀土永磁同步电机的多极特殊转子磁路结构能起调磁作用，控制器利用软件控制算法进行矢量控制就能实现可控弱磁技术。电机转子磁极磁路设计成具有凸极效应，并且d轴磁路的磁导大于q轴磁路磁导的永磁体内置式结构，并设置分流磁路，易于弱磁调速；控制器则利用软件控制算法进行空间电压矢量控制，对直轴电流Id和交轴电流Iq分别控制，实现永磁电机大范围弱磁扩速。专利CN102111048A提供了一种能自动调整匝链电机定子绕组磁通量大小的调速永磁电机，其特征是具有一个集成在电机内的调磁机构，能根据电机转速变化改变匝链电机定子绕组磁通量的大小，调整电机的转矩系数和反电势系数，降低电机低速时的电流，降低电机控制器的成本；并能在高速时降低电机电压，减少弱磁电流或省去弱磁控制，扩宽电机的调速范围。专利CN103872959B公开了一种增强型永磁同步电机的弱磁控制方法，内环采用电流闭环控制、外环结合电压闭环弱磁控制，尤为使用实际电压作为电压反馈，并增加电压误差前馈控制的方法，即根据电流幅值指令isref分别获得用于电流闭环控制的转矩电流指令iqref和第一个励磁电流指令idref1，使其于基速以下按最大转矩电流比控制，根据定子电压闭环控制获得第二个励磁电流指令idref2，使其于基速以上实现弱磁控制，根据电压误差值Δu设计前馈定向角度Δθ控制来提高弱磁控制的动态响应，大大地提高了弱磁控制的精度和弱磁区电流的动态响应速度；从而将基速以下和以上的控制有机地融为一体，形成了一种大输出转矩和高速运行统筹兼顾的控制方法，该方法可广泛用于电动汽车的驱动控制。专利CN106253511A发明了一种12槽10极永磁无刷电机，转子设有20个槽楔，槽楔间安装20个磁钢片，磁钢片采用V型内嵌式，每个V型单元由两个相邻磁钢片构成，10个V型单元均匀分布在转子周围，磁钢片位于V型口内的两个面极性相同且V型开口朝向转子的表面，每个V型单元开口处的极性与其相邻的两个V型单元开口处的极性不同，磁钢片厚度为3.0±0.01mm。该发明的12槽10极永磁无刷电机可以保护磁钢面，提高其抵御去磁能力，增加电机稳定运行寿命提升其高速性能，有效提升电机的弱磁能力，拓展电机的恒功率运行范围。专利CN106533294B公开了一种基于线电压调制的永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤：通过磁场定向控制方法计算得到dq轴参考电压；利用线调制策略求得最大线电压调制比；通过减小d轴电流将最大线电压调制比调节到1来进行弱磁控制，将最大输出电压限制由圆形拓展到六边形，最大程度提高母线电压利用率，提高永磁同步电机转速范围。专利CN109660164B公开了一种永磁同步电机深度弱磁控制装置及方法，由转矩对应表、极坐标控制器和动态控制器组成，极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成；采用该方法能够提高永磁同步电机高速弱磁运行的稳定性、动态响应速度和转矩控制精度，适用于电动汽车、混合动力汽车及其它以永磁同步电机作为驱动动力的交通运输设备。专利CN111800045B公开了一种永磁同步电机的矢量无级弱磁方法，无法充分发挥永磁同步电机特性的问题，本发明拓展高速攻略，提高深度弱磁的稳定性，且减少动态调节中的扭矩损失，利用补偿电压查表后的电流进行电压前馈模块，随着转速升高系统稳定性升高，在高速弱磁时可以快速稳定动态响应，且扭矩损失很小，避免了扭矩的损失，充分发挥永磁同步电机的特性。

针对反电动势控制，专利CN102739147A公开了一种永磁同步电机反电动势谐波补偿控制方法，该方法属于电机控制技术领域。这种补偿控制方法基于对永磁同步电机产生更完美正弦波电流及平稳转矩所需要的定子电压条件，利用由理想电机模型得到的定子电压值作为参考，与电机实际的端电压进行比较得到电机非理想特性引起的电压畸变及谐波成分的大小，并在控制环路中对此做出补偿，以抑制反电动势谐波成分对定子绕组电流及转矩的影响，进而减小电机运行损耗，提高电机转矩控制的平稳性。专利CN110484698B涉及一种电动汽车用可改变反电动势的永磁电机制备方法及驱动装置，为了解决纯电动汽车驱动电机在高转速段反电动势高以及芯片铁损高过、强度降低的问题，确保驱动电机在整个工作转速区间反电动势在一个合理范围。

针对高温退磁控制，专利CN103762911B公开了一种永磁同步电机的降额控制方法，包括：第1步，在不同转速、但总是最大扭矩的条件下，记录永磁同步电机从正常工作模式进入失效响应模式的瞬时峰值电流。第2步，根据各个转速下的瞬时峰值电流，记录不同转子温度下的退磁率。第3步，根据所允许的最大退磁率，得到各个转速下的最大允许转子温度。第4步，为各个转速、各个转子温度下设定降额系数。第5步，根据当前转速和转子温度，根据第4步所设定的降额系数的值来对最大输出扭矩和最大输出功率进行限制。该申请所述方法特别适用于新能源汽车上的永磁同步电机，既能保证永磁体的剩余磁通密度不超过一定范围，又能满足低速爬坡、高速超车的需求。专利CN107294450A涉及一种电动汽车用永磁同步电机退磁在线检测方法，其特征在于：所述的整车控制单元用于根据整车工作模式向主动短路控制单元发出主动短路控制指令；所述的主动短路控制单元根据整车控制单元发出的主动短路控制指令和位置及转速处理单元输出的转速信号判断是否实施主动短路控制，当整车控制单元输出的主动短路控制指令为且电机机械转速超过拐点转速g，在两个条件均成立的情况下，输出主动短路PWM信号到逆变开关电路，如不满足条件则不输出主动短路PWM信号；提供一种电动汽车用永磁同步电机退磁在线检测方法，该方法考虑了温度（尤其是高温下）对永磁同步电机退磁的影响，同时通过主动短路电流测量可以在线监测永磁体健康状态,提高检测精度。专利CN210835203U涉及一种应用于永磁同步电机的退磁检测装置，包括检测部件和工装台，所述检测部件由蜗轮蜗杆减速机、定子固定底座、转子固定轴、转子固定套管、定子总成、转子总成构成，所述蜗轮蜗杆减速机设置在工装台顶部，所述定子固定底座设置在蜗轮蜗杆减速机顶部，所述转子固定轴设置在蜗轮蜗杆减速机内部中心，所述定子总成设置在定子固定底座内部，所述转子总成设置在定子总成内部，所述转子固定套管设置在转子总成顶部，顶部有转子固定螺母。

针对转矩控制，专利CN101860300A基于空间矢量调制的永磁电机转矩脉动抑制方法，对永磁电机采用直轴电流为零的矢量控制策略，使电磁转矩与交轴电枢电流成线性关系，根据永磁电机的电磁转矩与交轴电枢电流的线性关系，求解附加的交轴注入谐波电流，使得交轴注入谐波电流与直轴永磁磁链耦合产生附加电磁转矩高次谐波分量与永磁电机定位力矩中的基波与高次谐波分量幅值相等，相位相反，从而相互抵消，实现抑制转矩脉动。该发明的实施对象为永磁电机，而该类型电机可以采用矢量控制、直接转矩控制等先进的控制策略，因此该发明抑制方法只需修改控制软件，无需增加控制系统硬件成本；既可明显抑制电机的转矩脉动，同时又保留了电机空载磁势、转矩输出能力等特性不变。专利CN103532466公开了一种用于控制永磁同步电机转矩变化率的方法，其包括以下步骤：检测步骤，实时检测电机运行时的电枢三相电流和转速；变换步骤，基于Clark－Park变换将所检测的电枢三相电流转换为电机交直轴电流并计算对应的交直轴电压；转矩调节步骤，基于所述变换步骤中得到的交直轴电流和电压计算调制系数Mindex，并根据所述调制系数Mindex的值所处的范围来以不同的转矩变化率分段调节输出的转矩。根据该发明，在最大转矩电流比控制时，采用相对快速的转矩响应速度，在弱磁控制时，采用相对比较平滑的转矩响应速度。使电机转矩输出平稳，抗干扰能力强，加减速快，系统制动效率高，能有效的防止系统在高速时的电流冲击，防止电机处于弱磁控制时失控。专利CN106602939B提供了一种永磁同步电机转矩控制方法，当电机处于低速段时，采用开环转矩控制方法控制电机转矩，即采用标定的方法得来给定转矩与Q轴电流的对应关系，拟合成曲线，由给定转矩直接得出Q轴电流；当电机处于高速弱磁区时，采用闭环转矩控制方法，通过D、Q轴电流和电压来估算控制器输出功率，用输出功率除以电机转速得到反馈转矩，反馈转矩与给定转矩之间构成PI调节器，PI调节器的输出值即为Q轴给定电流。不依赖电机额定参数，随着电机的运行工况，实时采集电机DQ轴电流电压，估算电机控制器的输出功率，避免了利用额定工况时的电感参数不能准确反映电机参数本质的问题。同时该方法对采集到的DQ轴电压进行延时补偿和死区补偿，以得到准确的DQ轴电压进而得到准的功率估算。专利CN111030539A公开了一种标定查表结合电压控制闭环补偿弱磁电流的电动车永磁同步电机转矩控制方法，同时通过电压环输出的D轴电流补偿值对Q轴电流给定进行缩小，以保证在电压环起作用的情况下，输出转矩保持不变；该专利方法可以提高转矩控制的精度，保证电动车永磁同步电机的控制稳定性，并且在标定查表中已经包含了弱磁控制、最大转矩电流比控制和最大转矩电压比控制的信息，因此该控制方法效率较高。

3.2.3转子

图2-3为电机转子的专利技术路线图。该图从结构/强度/护套、永磁体、轴承等几个方面梳理了电机控制的技术发展脉络。

图2-3转子的专利技术路线图

针对结构/强度/护套，专利CN1835340A涉及一种永磁电机“V”型内置式转子。将常规“I”型内置式转子结构改成“V”型内置式转子结构，并在磁极间设置加强筋，在加强筋上方设置辅助孔。该转子结构改变了转子外径表面的形变分布，使最大离心应力点转移到转子加强筋上。该最大离心应力性质为拉应力，受转子铁芯材料抗拉强度的制约，由于转子铁芯材料的抗拉强度大于屈服强度，故电机转子高速运行的机械性能显著地增强了。另外，在“V”型永磁体上方设置辅助孔后，可以控制气隙磁场的波形，减轻转子的重量，减小离心力，降低了电机的振动和噪声，进一步改善高速运行时的机械性能，同时也改善了电机的其它性能。专利CN102545435B分段式永磁同步电机转子结构，包括转轴，转子铁心，永磁体，转子极靴，前端板和后端板；两个端板之间设有多个转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板在轴向间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中转子极靴对应于永磁体；转子隔板上设有允许永磁体贯穿的通孔，前端板、转子极靴、转子隔板和后端板贯穿有极靴拉紧螺栓，极靴拉紧螺栓在轴向锁紧左后端板和左后端板之间的转子极靴与转子隔板；转子隔板的通孔的拐角处为弧线过渡，永磁体和转子隔板上的永磁体通孔之间有间隙。该发明具有机械强度高，适用于高速旋转电机的优点。专利CN204304644U涉及一种车用高速永磁同步发电机高强度转子结构，包括与电机极数相对应的磁极单元和带鸽尾筋转轴，带鸽尾筋转轴安装在磁极单元内侧的轴向上；磁极单元包括转子铁心，在转子铁心上设置V型永磁体槽，V型永磁体槽内安置永磁体，永磁体与转子铁心通过联接螺栓紧固为一体。本实用新型消除了永磁体与槽之间的间隙，使永磁体与槽内外侧良好接触，大大减轻了隔磁桥的负担，提高了转子强度，增加了转子结构的可靠性。专利CN206412854U公开一种永磁同步电机转子及冲片，所述转子由冲片构成，所述冲片的中心设置有电机轴承孔，所述电机轴承孔的周围依次设置有散热孔、固定孔、永磁体槽，所述永磁体槽内安装有永磁体。该实用新型通过转子冲片上的V型或U型结构，增强了电机转矩密度及功率密度，转子及冲片采用V型或U型结构，电机的转子磁场以正弦波形式排列，电机转速可以大大提升，采用长方形永磁体嵌入式减少磁体成本，同时转子冲片制作工艺较简单。专利CN208423971U公开了一种新型电动汽车用双层V型内置式永磁同步电机转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯在其圆周方向均匀的分布多个永磁铁槽组，每个永磁铁槽组包括四个永磁铁槽，所述每个永磁铁槽组在转子铁芯径向方向分为内外两层，每组内层两个和外层两个永磁铁槽均呈V型分布，每组的内层两个与外层两个永磁铁槽构成的V型夹角不相等，每个所述永磁铁槽在沿其内部放置的永磁体长度方向的两端延伸有隔离槽。该实用新型在保证电机性能相同的前提下，电机的磁阻转矩利用率高，且其永磁体用量是现有技术双V型结构转子的永磁体用量的70‑80%，同时转子结构强度高，电机适合高速运行。专利CN213461288U提供一种永磁同步电机V型转子斜极，包含转轴上设有两个安装槽；多对转子碟片组套设于转轴上，每对转子碟片组相对转轴的中点对称；转子碟片组的内壁上设有两个定位槽；固定键包含底座和定位块，底座设于安装槽内，定位块设于定位槽内；底座的宽度大于定位块的宽度，定位块与底座的连接位置的不同形成结构不同的固定键；每个转子碟片组对应两个固定键，每个安装槽内的多种结构的固定键对应的定位块呈V形。该申请的一种永磁同步电机V型转子斜极，避免了转子斜极角度不准确以及电机高速运行时转子出现相对滑动，并减轻了对斜槽角度的严格要求，减少了对焊接设备的需求，提高了工作效率，降低了生产和安装成本。专利CN111969743A公开了内置式V型分段高速永磁同步电机转子冲片及转子和电机，转子冲片本体为圆形，转子本体上设有4组沿圆周均匀分布的永磁体分段V型磁路结构，V型磁路结构单边由一分段隔磁桥隔开，分段隔磁桥两侧为矩形永磁体槽用于永磁体的安装，上下段永磁体槽两端均设有一工艺槽，上段工艺槽与转子冲片外圆间的铁心段为主隔磁桥，V型磁路结构两边的下段工艺槽由一辅助隔磁桥隔开。该发明利用分段隔磁桥将矩形永磁体槽分为两段，分担并降低了主隔磁桥和辅助隔磁桥处的应力，增加了转子冲片的机械强度；该发明省去了现有转子冲片上的加强筋结构，便于电机的产业化生产；分段隔磁桥、主隔磁桥及辅助隔磁桥尺寸合理，气隙磁场波形接近正弦波分布。专利CN109525075B涉及一种应用于永磁同步电机的实心转子‑定子的制备工艺，包括如下步骤：6.5%的硅，1%~5%的三氧化二钴以及1%的锰，其余用铁块在熔炼炉采用电弧熔炼，在熔炼过程中采用电磁搅拌；冷却，取出退火高硅钢样品；温轧；机加工处理转子；实心定子制备。该发明制备的新型转子‑定子具有杂质较少，化学成分分布均匀，结构致密的特点，拥有更好的力学性能，脆性得到改善，相对于光滑实心转子，参入三氧化二钴的高硅钢实心转子能够产生相对良好的磁导率，增大了电动机的额定功率。专利CN104638788A公开了一种高速永磁电机转子护套，涉及到高速永磁电机转子的结构，解决了现有高速永磁电机在转子侧加护套导致的涡流损耗增大，从而引起了转子温升，进而使转子内部永磁体发生失磁，损害电机本体的问题。该护套包括转子护套筒，其特征在于，沿着转子护套筒外表面的周围均匀分布着多个旋转式凹槽，在护套筒的两个端面均匀固定多个凸起块。该发明适用于对现有工业使用中的高速永磁电机转子护套的改进，同时适用于高速永磁电机转子的再生产与加工。专利CN108390484A公开了一种带复合护套的高速永磁电机转子结构，包括轴、转子、永磁体和复合护套，永磁体紧贴于转子表面；复合护套包括：集热层、非金属护套环、导热层和散热层，集热层位于护套的最内层，包裹永磁体；非金属护套环与导热层沿轴向间隔包绕在集热层外；所述散热层包裹在非金属护套环和导热层的外表面。该发明解决了常见转子结构会有机械强度差、涡流损耗大或散热条件差等问题，在保证转子机械强度足够的基础上减小转子的发热与温升，提高高速永磁电机的运行可靠性。

针对永磁体，专利CN2550953Y涉及一种自起动永磁同步电动机转子及转子冲片，铁芯由多片转子冲片叠加而成，转子冲片的圆周面上冲有多个开口导条槽或闭口导条槽，导条镶嵌在开口导条槽或闭口导条槽内，开口导条槽或闭口导条槽内侧对称开有多对U字形空气隔磁磁钢槽，磁钢位于U字形空气隔磁磁钢槽的底部，转子冲片的中心开有轴孔，铁芯套在轴上。优点：一是转子漏磁路采用隔磁磁桥及空气隔磁槽结构的设计，不仅噪声极小，运转稳定性好，使用寿命长，而且使电动机可作变频无级调速或恒速运行设备之驱动源；二是由于磁钢激磁，故无转差和激磁损耗，高效节能。专利CN104868624A提供了一种永磁体分层结构的高速永磁电机转子，涉及电机转子，其特征在于，所述转子包括转轴、转子铁心、永磁体、加强筋，隔磁桥；永磁体嵌套在转子铁心中，永磁体分为多层，层数大于等于2；每层永磁体分为多段，段数大于等于2，每段永磁体之间具有加强筋；每层永磁体的两端都有加强筋和隔磁桥；靠近转子最外侧的永磁体层，开设的隔磁桥较小，而永磁体内层的隔磁桥逐渐增大。该发明转子即可以避免由于永磁体外层隔磁桥开设过大而降低转子强度的问题，又可以通过永磁体内层隔磁桥尺寸来降低漏磁问题。专利CN107317415A提供了一种V字型不对称永磁电机转子，所述转子包括转轴和设于所述转轴外围的转子铁芯，所述转子铁芯设有放置永磁体的V字型不对称永磁体槽，所述V字型不对称永磁体槽的内侧设有对应的“△”空气隔磁槽。该发明提供的所述V字型不对称永磁电机转子，大大提高了电动车辆用驱动电机的前向驱动转矩和转速，拓宽了电动车辆用驱动电机的恒功率调速范围。专利CN207117335U公开了一种内置式永磁电机转子和永磁电机，内置式永磁电机转子包括铁芯，在铁芯上沿铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽和嵌入永磁体磁槽内的永磁体，其中永磁体磁槽为一字型，在永磁体磁槽的两侧、相对于永磁体磁槽的中心线对称设置一对隔磁槽，隔磁槽与永磁体磁槽相隔离。通过在永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的隔磁槽，可以防止永磁体漏磁并优化磁路，从而提高电机最大转矩电流比，降低电机高速反向电动势。专利CN107394922A公开了一种内置式永磁电机转子和永磁电机，内置式永磁电机转子包括铁芯，在铁芯上沿铁芯的周向交替设置极性相反的永磁体磁极，每个永磁体磁极包括永磁体磁槽和嵌入永磁体磁槽内的永磁体，其中永磁体磁槽为一字型，在永磁体磁槽的两侧、相对于永磁体磁槽的中心线对称设置一对隔磁槽，隔磁槽与永磁体磁槽相隔离。通过在永磁体磁槽的侧面设置与其相隔离的隔磁槽，可以防止永磁体漏磁并优化磁路，从而提高电机最大转矩电流比，降低电机高速反向电动势。

针对轴承，专利CN101924413A提供了一种用于高速电动旋转机械的转子支承，采取在转子两端轴颈上的径向滑动轴承两端部上，嵌套一对角接触球轴承，两球轴承之间采用定压预紧，整体嵌入浮动套内；浮动套的外侧端设置挡圈和挡块，以限制浮动套轴向移动和转动，使其装入具有一定配合间隙的轴承座孔内整体处于半浮动状态，构成半浮动式滚-滑动双重轴承。转子两端还安装有永磁卸荷轴承。当采用该发明的转子支承的大功率高速电动旋转机械安装在车辆上以60000r/min以上的高速运行时，由于半浮动式滚-滑动双重轴承与永磁卸荷轴承的共同作用，系统运行稳定可靠。专利CN105103410B涉及一种高速永磁电机的转子轴，其包括第一部件和第二部件，两者均由非导磁性材料制成。这两个部件均包括内端部和外端部，且能通过内端部被一个接一个地沿轴向相互连接以构成整个转子轴。这两个部件的外端部包括支承结构，用以将转子轴与轴承配合。圆柱形的实心永磁体被设置成与第一部件和第二部件同轴并位于两者之间，且垂直于上述圆柱形的轴向被磁化。该发明转子轴的第一部件的内端部包括带有外螺纹的圆柱形外表面。此外，第二部件的内端部包括圆柱状套筒，该圆柱状套筒具有：内基底部，其在形状上对应于圆柱形永磁体，以便构成用于永磁体的空间；以及内衬部，其具有内螺纹，该内螺纹对应于第一部件的外螺纹。以此方式，当第一部件和第二部件沿轴向一个接一个同心地旋在一起时，永磁体被设置在其位于这两个部件之间的空间内。专利CN106451894A公开了一种采用空气动压箔片轴承进行支撑的高速永磁电机，包括2个第一气悬浮轴承；2个第二气悬浮轴承；其中，每个所述第一气悬浮轴承均包括轴承座，所述轴承座的内侧设置有与其相配合的筒状波箔层及筒状平箔层，以在电机转子旋转时在轴承内形成自然的空气动压承载气膜，实现对电机转子的空气动压箔片轴承支撑。该发明提供一种采用空气动压箔片轴承进行支撑的高速永磁电机，其转速可从6000rpm到90000rpm，电机功率可从150w到200kw。专利CN214228047U涉及一种电机转轴调节结构及可减振的永磁无刷电机，包括电机端盖、装配在该电机端盖上的小轴承座及与该小轴承座间隙配合的小轴承，小轴承座的内圆周的周向设置有多个均匀分布的楔形块，该楔形块设置在小轴承座的内圆周的楔形槽内以触压在小轴承的外圆面上；楔形块的小头端向所述电机端盖外侧方向设置；电机端盖外设置一调节螺钉，自该电机端盖外穿入楔形槽内与楔形块螺纹连接。该电机转轴调节结构结构简单、操作便利的优点，并能使电机转轴处于较优的几何位置，从而降低电机转子由于轴承同轴偏差带来的振动，实现电机高速转动时的减振。

3.2.4定子

图2-4为电机定子的专利技术路线图。该图从铁芯、绕组、散热冷却等几个方面梳理了电机定子的技术发展脉络。

图2-4定子的专利技术路线图

针对铁芯，专利CN201398140Y提供了一种永磁同步电机定子，包括定子铁芯和线圈，定子的每极采用集中绕组，形成单个线圈，每个极的线圈均是标准线圈，由N个线圈组成一个电机定子；N个线圈采用串联或并联的接线方式构成不同电压等级的三相绕组；并且电机定子可以通过增加硅钢片的叠片厚度，与电机转子的轴向长度相对应，以形成不同的电机功率系列。该实用新型的有益效果在于：电机的定子是由N个标准单元的定子组成，标准的定子不但非常节省材料，而且能方便实现规模化生产，从而显著提高劳动生产率和降低制造成本。专利CN202651913U公开了一种三相无刷永磁电机的定子，包括由多组硅钢片组成的定子铁芯，所述定子铁芯的外围设置有多组规格相同的齿，定子铁芯的齿与齿之间形成绕线槽，所述绕线槽内设置有三相绕组，齿的外侧壁设置为抛物线弧面，抛物线的顶点与定子铁芯的外弧圆周面相切，相邻齿的抛物线弧面与外弧圆周面之间形成不均匀的气隙，使电机在转子的一个转动周期内获得连续的电磁力矩，保证电机能自行启动和持续工作，抛物线弧面的设置使电机在高速转动时能提高齿顶端的磁通量，使电机能够更加安静平稳的工作；另外定子采用三相绕组，使电机在运作时无需由霍尔元件提供信号，安装更加方便，电机性能更加可靠。专利CN204168018U提供了一种永磁同步电机定子，包括定子铁芯、槽绝缘件、线圈绕组和槽楔；定子铁芯包括若干相叠压的定子冲片，每一定子冲片包括圆环状的轭部和若干冲片齿；每一冲片齿自轭部的内圆周面沿径向延伸而成，若干冲片齿沿圆周方向均匀间隔分布；每两相邻的冲片齿之间构成一绕线通槽，若干冲片齿围成一圆形通槽；线圈绕组缠绕于各绕线通槽内，槽绝缘件填充于定子冲片的圆形通槽内，槽楔安装于各绕线通槽的槽口内。该实用新型的冲片结构可使得其轭部和冲片齿趋向磁饱和，并由较宽的外通槽和中间通槽提供漏磁路径，减小了高速时的反电动势，从而突破现有技术的局限，使得电机弱磁倍数宽可达到4:1，最高速可达30000rpm，拓宽了主轴的应用范围。专利CN213125664U公开了一种高速永磁同步电动机定子铁芯结构，包括定子铁芯本体，所述定子铁芯本体包括定子端板和定子冲片，所述定子端板固定安装于定子冲片左右两侧面，所述定子冲片相互焊接在一起，所述定子端板和定子冲片的外圆侧面沿周向均匀开设有外槽，所述外槽下侧内壁上开设有焊接槽，且焊接槽间隔设置于外槽内，所述定子端板和定子冲片的中部均开设有内孔，所述内孔的内壁上与外槽相对应位置沿周向均匀开设有内槽。该实用新型电机定子铁芯本体设计合理，可以减小电机线圈端部长度50％，节省电机铜用量30％，极大的减小了电机生产用铜，节约了电机生产成本，从而提高了电机生产效率。

针对绕组，专利CN103296798B公开了一种采用模块化转子的双速绕组定子表面贴装式双凸极永磁电机，该电机由定子铁心、高速集中电枢绕组、低速集中电枢绕组（3）、永磁体、转子铁心和隔磁机构组成，高速集中式电枢绕组各线圈分别横跨在一个定子铁心齿上，所述的低速集中式电枢绕组各线圈分别横跨在各定子永磁齿上。通过控制信号的分配，可以使该电机实现在低速运行与高速运行之间的通电绕组切换，使得采用模块化转子的双速绕组定子表面贴装式双凸极永磁电机能够同时满足低速区及高速区的性能要求，以使恒转矩区的大转矩输出与恒功率区的宽调速运行在该双速绕组磁通切换型电机上均可以实现。专利CN104682585B涉及一种组装式变极定子铁芯及绕组。组装式变极定子铁芯及绕组主要由定子磁轭和若干个定子镶块部件组成，在组装式变极定子铁芯及绕组的装配工艺过程中，先绕制工作绕组和起动绕组，再把工作绕组和起动绕组装配在定子镶块部件中，然后再把若干个定子镶块部件安装在定子磁轭的内侧，不需要传统定子绕组嵌线工艺中人工划线和压线把导线嵌入定子线槽内的方法，组装式变极定子铁芯及绕组的装配工作效率高，有利于采用机械设备提高生产效率、降低成本。专利CN109245369A公开了一种无需漆包线制作的内转子电机定子，包括：定子盘1、绕组2、永磁环4，特征是：定子采用双面印刷电路板制成头尾都留在外侧的若干个铜箔线圈串联连接组成绕组2，在高真空超低温状态下，用粉末冶金法将绕组用填料3密封包装、经过真空热压、高温烧结、老化处理制成，使绕组2在定子内永远保持高真空状态，以及超低温和高温记忆痕迹，置备组成电机时发挥超导效应；其中，利用磁浮环4的磁浮作用，可使转子与定子的间隙控制到最小限度、配合印刷电路板绕组制成的超薄型定子，大幅度提高了电机效率，可达95％以上，而且耐高温、防潮抗腐，可以方便地增加超薄型定子叠片数量。专利CN111431301A公开了一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，包括电机定子、电机转子：所述电机定子包括定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的绕组以及安装在气隙侧无齿槽绕组间的不导磁间隔，所述电机转子包括转轴、永磁体和套装在转轴及永磁体外表面的转子护套，所述电机定子外侧安装有机壳；定子铁芯的外表面加工有齿槽，而定子铁芯的内表面没有齿槽。该发明可避免定子铁芯开槽引起的气隙磁场高频谐波，进而降低转子涡流损耗及永磁体发热，且可实现绕组相间的物理隔离，抑制相间故障的发生，并有利于电机容错运行，有效提高电机的可靠性。

针对散热冷却，专利CN105006920A公开了一种全封闭油冷永磁发电机，所述原动机动力接口带动发电机高速旋转，定子绕组与转子上的永磁体所产生的磁场进行旋转切割产生电势，随着发电机转速升高，发电机电压也升高。当转速升高到接近额定转速时，发电机电压稳定在所需要的电压值上。发电机与逆变器进行连接，通过适当的逆变器输出所需要的电源。利用定子壳体内腔开口，在其后端面设计后端盖的安装止口，与后端盖连接形成散热油道，流动的冷却机油对电机定子进行散热。该发明提供了一种新型冷却方式的发电机结构，解决了传统风冷型发电机结构笨重或者水冷型发电机结构稳定性较差的难题。专利CN111509875A公开了一种内水冷背绕式绕组高速永磁电机定子，包括定子机座、水套、定子铁芯以及缠绕在定子铁芯和水套上的背绕式绕组，所述水套安装在定子铁芯的外表面，内部设置有冷却液通道，两端连接有冷却液的入、出口管道，所述机座安装在水套的外表面。该发明解决了背绕组电机采用传统机壳水套冷却时，由于定子铁芯外圈开槽导致定子铁芯与机壳间接触热阻大、接触面积变小而带来的水冷效果下降问题，并且由于该发明的冷却液位于热源内部，冷却液各壁面均具有较高的散热功率，可有效降低电机温升，提高功率密度。专利CN211377756U涉及一种电动汽车驱动的永磁同步油浸式油冷电机，包括机壳、转轴、转子、定子、两个端盖，定子又包括定子铁芯、定子绕组，所述定子内侧面和转子外侧面之间的间隙设有密封填充层，密封填充层两端分别向着同侧的端盖方向延伸，直至把定子绕组端部和同侧的端盖之间的间隙密封，以使所述的定子外侧、两个端盖之间及机壳内表面构成的空腔形成密封，该空腔与油槽相通。该实用新型有效避免了电机内部高速旋转的零部件与冷却油摩擦，密封结构合理可靠，电机装配简单，冷却效果好，特别是定子铁芯各槽口填充有环氧树脂，该环氧树脂形成加强筋提高了环氧树脂密封填充层的强度，该结构有效提高了电机效率。

3.2.5检测

图2-5为检测的专利技术路线图。该图从位置、转速、温度等几个方面梳理了电机检测相关的技术发展脉络。

图2-5检测的专利技术路线图

针对位置，专利CN101505130B提出一种永磁同步发电机转子位置估算及校正方法，以电机机端相、线电压过零点为界，将电机转子360°电气角度分为12个电气角度区间，以三相相、线电压与零的相对关系作为当前角度区间通用判断方法，以提出的当前电气角度区间特殊判断流程为依据，判断当前电气角度区间，并根据发电机转子电气转速计算得到电机转子电气角度增量，在每个电气角度区域里起始点对应角度与相对于起始点电气角度增量之和便为电机转子的位置信号。以上述位置信号量作为基本位置信号量，运用特定的控制算法估算电机转子位置信息的偏差量，并以该偏差量作为位置校正环节的反馈量，通过调节器调节，将输出结果补偿到基本位置信号量中，从而得到准确的电机转子位置信号。专利CN102843091B公开一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，步骤是：首先利用脉振高频电压注入法得到初次估计的转子位置，然后在初次估计的交轴上注入一个正方向扰动信号，再估计转子位置，根据估计得到的转速方向判断磁极极性，得到电机转子初始位置。此种方法可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。专利CN104393811B公开一种提高永磁同步电机转子位置检测精度的方法，该方法在传统的旋转高频电压信号注入法实现位置估计的基础上，引入高频注入信号的相位闭环控制，对其相位进行补偿，消除了由于逆变器死区时间和IGBT的寄生电容产生的高频信号相位延迟，避免由此引起的位置检测误差。专利CN106059435B公开了一种提高永磁同步电机转子位置估计精度的方法，在基于脉振高频电压注入法的永磁同步电机无位置传感器控制中，离散化控制、逆变器死区等非理想因素会引起一定的位置估计误差。该发明通过离线测量不同Park变换角度θ对应的位置估计误差函数值ε，进行函数拟合得到ε(x)，然后在实际无位置传感器控制过程中用该拟合函数去补偿位置估计误差函数f(Δθ)，进而提高了永磁同步电机转子位置估计精度。该发明显著提高了转子位置和转速的估计精度，具有较大的实用价值。专利CN108847792A公开了一种霍尔位置传感器估算转子位置的方法，所述估算方法是：在电机运行时，先根据霍尔信号，将转子一周分为六个霍尔扇区，通过三个采样电阻采集电机运行相电流；根据霍尔信号值对单霍尔扇区运行时间计时，计算前一时刻霍尔平均转速和加速度，对转子位置进行估算，得到第一批参数；建立滑模观测器，定义滑模面，通过锁相环提取反电动势中的转子位置信息，并通过离散位置信号对位置估算结果进行加权线性前馈矫正，得到第二批参数；最后，根据上述所得参数调节观测权值，得出结果。该发明可以在宽速度范围内精确地估算电机转子位置，达到永磁同步电机矢量控制系统的高性能控制的效果。专利CN111817615A公开了一种高速永磁同步电机转子位置检测装置及方法，所述装置包括旋转变压器、解码芯片、DSP控制芯片，旋转变压器转子与所述永磁同步电机轴同轴连接，旋转变压器采集带有所述电机的转子位置信息的模拟信号，通过滤波电路反馈给解码芯片；解码芯片将所述模拟信号转换为带转子位置信息的数字信号，并通过SPI传输给DSP控制芯片；DSP控制芯片计算得到转子位置相对应的电角度。该发明可实现全速段高精度转子位置检测，具备转子位置自校正以及故障阈值可在线自调整功能，提高系统鲁棒性，实现高速永磁同步电机宽转速范围内保持优异的稳态和动态性能。

针对转速，专利CN102437813B公开了一种基于无速度传感器的永磁同步电机的转子角度、转速估计方法，具体步骤为：a、获取永磁同步电机的转子磁链幅值ψr；b、将定子电压基波分量变换到αβ坐标系下，获得uα和uβ；c、将定子电流基波分量变换到αβ坐标系下，获得iα和iβ；d、对αβ坐标系下的定子电流iα和iβ进行高通滤波，获得定子电流的微分的估计值和e、获得定子反电动势估计值f、获得转子转速计算值ωrC和角度计算值θrC；g、对转子转速计算值ωrC进行低通滤波，获得转子转速估计值h、获得转子角度初值的估计值i、获得转子角度的估计值。该发明的优点在于上述转子角度、转速估计方法内部只有前向的计算而没有反馈通道，除了滤波延迟外几乎不存在动态调节过程，因此具有更好的动态性能。专利CN103731077B提供了一种电机转子位置和转速的检测装置，包括固定设置于电机转子的转轴上的位置传感器转子，所述位置传感器转子包括能够产生正弦空间磁场的永磁体，所述检测装置还包括设置于电机定子上的用于检测所述正弦空间磁场的3个线性霍尔元件，各所述线性霍尔元件以互差120度电角度的方式分布在与所述转轴垂直的平面上的以所述转轴为圆心的圆周上。该发明还提供了一种电机转子位置和转速的检测方法，根据3个线性霍尔元件输出的电压值的大小关系判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间，再根据所述电压值和所述电角度区间计算所述电机转子的位置。该发明能够低成本且高精度、高可靠性地实现电机转子的位置和速度检测。专利CN110808703B提出一种考虑铁损电阻的永磁同步电机转速及转子位置估计方法，包括以下步骤：首先，根据检测到的绕组状态得到两相静止坐标系下的电流iα、iβ和电压uα、uβ；然后，基于考虑铁损电阻的永磁同步电机等效模型在两相静止坐标系下设计滑模观测器，得到电流观测值以电流真实值iα、iβ和观测值的差值作为滑模面函数，观测出扩展反电动势最后，利用稳态前馈+反馈的控制方法对反电动势进行二次估计，得到当前时刻电机电角速度和电角度的估计值和该发明在滑模观测器算法的设计中考虑了铁损电阻，提高了估计精度与观测器稳定性；采用稳态前馈+反馈的控制方法对扩展反电动势进行二次估计，减轻了估计结果中的高频抖阵现象。

针对温度，专利涉及一种实现在线估算永磁电机转子磁钢温度的方法，包括：在永磁电机的三相电线与电机控制器保持脱离下，控制用于永磁电机的冷却液保持恒温，经记录测试数据及相应处理来获得在无相电流条件下的转子温度变化与转速、定子温度之间对应关系；将永磁电机的三相电线与电机控制器保持连接，在正常冷却条件下经记录测试数据及相应处理来获得在不同相电流条件下的转子温度变化与相电流、定子温度之间对应关系；比较并处理在以上步骤中获得数据以获得转子温度与相电流、定子温度、转速之间对应关系并将其存储入与该永磁电机型号相同的永磁电机的电机控制器中。应用该发明能实时监测转子温度变化，防止转子磁钢温度过高而提高了驱动系统的安全性能。专利CN105529874B公开了一种高速永磁电机温度检测装置，包括：由外至内依次设置的电机壳体、电机定子和电机转子；水冷结构，所述水冷结构设置于所述电机壳体与电机定子之间用于冷却所述电机定子；所述水冷结构包括：独立的水冷流道,所述水冷流道内注入冷却液体，通过冷却液体对所述电机定子进行冷却；温度传感器，所述温度传感器用于测量电机定子和/或电机转子的温度，所述温度传感器穿过所述水冷结构中位于所述水冷流道间隙中的通孔而露出。可以在实现尽可能精确探测定子和/或转子温度的同时，防止由于温度传感器开孔，水冷结构下冷却液体泄露问题。专利CN109039219A涉及一种基于转子磁钢温度的车用电机保护方法，采用转子磁钢温度在线估计系统实现转子磁钢温度监测，根据当前转子磁钢温度对车用电机进行保护；所述转子磁钢温度在线估计系统，包括：磁链观测器、温度估计模块以及电机保护模块；所述磁链观测器输入信号为定子电压和电流，输出信号为转子磁钢磁链信号，根据定子电压和电流计算转子磁钢磁链信号，并将转子磁钢磁链信号输出至温度估计模块；所述温度估计模块接收磁链观测器的输出信号，进行转子磁钢温度计算，将计算出的转子磁钢温度传输至电机保护模块；电机保护模块接收转子磁钢温度，根据转子磁钢温度对车用电机采取保护措施。专利CN114189186A提供一种永磁同步电机的永磁体温度估算方法及装置，涉及永磁同步电机安全监控技术领域。方法包括：建立表征定子绕组与定子轭部、定子齿部之间热平衡关系的定子绕组热平衡模型，表征定子轭部与定子绕组、定子齿部、冷却液之间热平衡关系的定子轭部热平衡模型，表征定子齿部与定子轭部、定子绕组、永磁体之间热平衡关系的定子齿部热平衡模型，永磁体与定子齿部、冷却液之间热平衡关系的永磁体热平衡模型；获取电机的运行参数、热阻参数及冷却液温度，经上述模型估算定子绕组的温度、定子轭部的温度、定子齿部的温度及永磁体的温度。该发明经构建的热平衡模型得到永磁体的温度准确率高，能有效避免造成永磁体退磁等不可逆的损伤。专利CN112564580A提供了一种考虑磁饱和的表贴式永磁同步电机的永磁体温度估算方法，该方法在原有的反电势估算方法的基础上增加了饱和系数，对永磁体的温度估算公式进行了改进，并对磁参数进行了修正，贴合表贴式永磁同步电机的结构特点，建立了精确的永磁体温度估算数学模型。该方法通过建立表贴式永磁同步电机的有限元模型，以便获取所需要的磁通密度，以及电压电流等参数，另外根据电机的材料属性，并通过查表的方法获取定子轭部处的磁压降修正系数，最终计算出永磁体温度系数。该估算方法整个过程不需要温度传感器，降低了成本以及实际操作的难度，大大提升了估算精度。

3.3小结

高速永磁同步电机技术专利演变经历了起步期（2001-2005年）、第一个高速增长期（2006-2012年）以及第二个高速增长期（2013-2020年）。

第一阶段由2001年到2005年。该阶段是我国高速永磁同步电机技术发展的萌芽期（或导入期），共计申请有28件专利，这些专利主要聚焦在电机结构、转子及其制造、转子冲片等方面。此阶段研发主体主要是个体发明人、高校或科研院所，属于零星自发行为，汽车厂商在这方面的关注度及投入不足，高速永磁同步电机专利布局呈多点散状。

第二阶段由2006年到2012年。这一阶段关于高速永磁同步电机的专利申请量大大提升，专利申请量是上一阶段的12.7倍（355件：28件），成为我国高速永磁同步电机技术发展的第一个高速增长期。这一时期高速永磁同步电机精细化程度逐渐提高，主要表现在电机结构、控制装置、转子及其位置检测等的不断开发完善。

第三阶段由2013年到2020年。这一阶段主要引导高速永磁电机朝集成化、高速化、低成本、高性能方向转变，永磁同步电机技术进一步迅猛发展，专利申请量是上一阶段的4.2倍（1490件：355件），成为我国高速永磁同步电机技术发展的第二个高速增长期。

国内高速永磁同步电机专利密集度较高的关键布局方向主要包括五个方面：电机整体、控制、转子、定子、检测。并详细呈现了各分支技术的典型专利及其技术特点。电机整体主要包括多物理场耦合、散热冷却、NVH、绝缘等方面。控制主要包括弱磁控制、反电动势、高温退磁、转矩等方面。转子主要包括结构/强度/护套、永磁体、轴承等方面。定子主要包括铁芯、绕组、散热冷却等方面。检测主要包括位置、转速、温度等方面。

序号	申请号	申请日	受理局	标题	法律状态	5年内被引用次数
1	US11/294500	2005-12-06	美国	Synchronous motor drive unit and a driving method thereof	未缴年费	96
2	US11/757703	2007-06-04	美国	Method of Sensing Speed of Electric Motors and Generators	撤回	57
3	US12/081040	2008-04-10	美国	Dual-rotor electric traction motor	未缴年费	45
4	US11/083901	2005-03-21	美国	Adaptive electric motors and generators providing improved performance and efficiency	撤回\| 权利转移	42
5	US11/228747	2005-09-16	美国	High frequency electric motor or generator	授权	42
6	US10/094216	2002-03-08	美国	Brushless permanent magnet motor or alternator with variable axial rotor/stator alignment to increase speed capability	期限届满\| 许可	42
7	US10/072912	2002-02-12	美国	Motor or generator	未缴年费	38
8	US11/052753	2005-02-09	美国	Permanent magnet rotating electric machine and electric car using the same	授权	36
9	US12/019395	2008-01-24	美国	Electric motor stator winding temperature estimation	授权\| 质押	36
10	JP2005220417	2005-07-29	日本	永久磁石式回転電機	授权\| 权利转移	35
11	CN201510508099.0	2015-08-18	中国	一种永磁同步电机绕组切换装置	驳回\| 复审	33
12	US09/922719	2001-08-07	美国	Permanent-magnet motor-generator with voltage stabilizer	未缴年费	33
13	US10/313889	2002-12-09	美国	High torque brushless DC motors and generators	撤回	32
14	PCT/JP2006/316510	2006-08-23	世界知识产权组织	Permanent magnetic type electric motor	PCT进入指定国(指定期满)	27
15	US11/819067	2007-06-25	美国	Motor control device	授权	27
16	PCT/JP2007/065602	2007-08-09	世界知识产权组织	Hybrid vehicle	PCT进入指定国(指定期满)	25
17	JP2011032664	2011-02-17	日本	永久磁石式回転電機	撤回	25
18	US10/956900	2004-09-30	美国	High frequency electric motor or generator including magnetic cores formed from thin film soft magnetic material	授权	25
19	US10/229298	2002-08-27	美国	Permanent magnet motor having flux density characteristics that are internally variable	未缴年费	24
20	US11/372216	2006-03-10	美国	Motor control device	未缴年费	24
21	US11/728840	2007-03-27	美国	Segmented permanent magnet rotor for high speed synchronous machines	撤回	24
22	US12/572864	2009-10-02	美国	Variable speed drive for permanent magnet motor	授权\| 权利转移	24
23	PCT/JP2007/065147	2007-08-02	世界知识产权组织	Permanent magnet type rotary electric device rotor	PCT进入指定国(指定期满)	23
24	US10/698890	2003-11-03	美国	Sleeveless permanent magnet rotor construction	撤回	23
25	US10/592842	2005-03-14	美国	Commercial low cost, high efficiency motor-generator	授权	23
26	CN200910076036.7	2009-01-06	中国	一种用于预测永磁同步电动机中永磁体温度的温升分析方法	撤回	22
27	CN201510226507.3	2015-05-06	中国	凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法及装置	驳回	22
28	CN201610491494.7	2016-06-29	中国	一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法	实质审查	22
29	JP2008140442	2008-05-29	日本	永久磁石型モータ	撤回\| 权利转移	22
30	JP2005253433	2005-09-01	日本	回転電機の回転子及びそれを用いた回転電機	撤回	22
31	US09/925703	2001-08-10	美国	Magnetic flux controls for permanent-magnet motor-generator	未缴年费	22
32	US12/432885	2009-04-30	美国	High speed internal permanent magnet machine and method of manufacturing the same	授权\| 许可	22
33	US13/140983	2010-01-13	美国	Motor driving device and electric equipment using the same	撤回	22
34	US10/094234	2002-03-08	美国	Brushless permanent magnet motor with variable axial rotor/stator alignment to increase speed capability	期限届满\| 许可	22
35	PCT/AU2010/001452	2010-11-01	世界知识产权组织	Sensorless ac motor controller	PCT进入指定国(指定期满)	21
36	PCT/JP2010/004844	2010-07-30	世界知识产权组织	Rotating electrical machine, and electric vehicle using same	PCT进入指定国(指定期满)	20
37	JP2010197157	2010-09-02	日本	永久磁石型モータ及び圧縮機	驳回	20
38	US09/937802	2002-02-11	美国	Rotor for a high speed permanent magnet motor	未缴年费	20
39	US11/342667	2006-01-31	美国	Rotating electrical machine	授权	20
40	CN201110145049.2	2011-05-30	中国	永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法	撤回	19
41	PCT/JP2009/057972	2009-04-22	世界知识产权组织	Magnetic inductor type rotary machine, and fluid transfer device using the rotary machine	PCT进入指定国(指定期满)	19
42	JP2011243205	2011-11-07	日本	永久磁石式回転電機	驳回	19
43	JP2003051297	2003-02-27	日本	電動機および電動機システム	撤回\|权利转移	19
44	US12/192384	2008-08-15	美国	Controller of permanent magnet generator	未缴年费	19
45	US12/610397	2009-11-02	美国	Position detecting device and synchronous motor driving device using the same	授权	19
46	CN201220638314.0	2012-11-28	中国	一种大功率高速永磁高频电机	未缴年费	18
47	CN201610152248.9	2016-03-17	中国	一种永磁同步电机的变PI弱磁控制方法和驱动控制装置	撤回	18
48	CN201710578544.X	2017-07-17	中国	一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机转子位置检测装置及方法	驳回\| 复审	18
49	US10/984269	2004-11-09	美国	Start-up and restart of interior permanent magnet machines	授权\|质押	18
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湖北省知识产权局

基于电磁热耦合的V型高速永磁同步电机关键技术

1.电动汽车高速永磁同步电机技术概况

1.1发展历程