不用稀土磁铁的120KW电动车电机性能如何？2026新文献！

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稀土磁体的出口管制，正从汽车蔓延到机器人。哈利法大学与贝尔格莱德大学团队在《IEEE交通电气化汇刊》发表综述，系统梳理了一条已经上车的“无磁”路线：绕线转子同步电机。

先说结果 已经上车 电动车型中，绕线转子电机的占比从2023年的3.0%升到2024年的17.1%；量产款最高已做到360 kW、17000转/分。 强在高速 能直接调节转子磁场，高速区的效率和功率因数可超过同级永磁电机；但中低速、额定工况仍是永磁电机更高效。 难在转子 转子绕组发热、高速受力大。案例设计中，为让绕组不超过160 °C，持续扭矩只有200 Nm，低于电磁优化时设定的225 Nm。

01｜磁铁之外的另一条路 今天的电动车，大多用内置式永磁同步电机。转子里嵌着钕铁硼磁铁，功率密度高、效率高，但离不开稀土。 稀土供应正处在聚光灯下。马斯克日前表示，磁体出口管制曾让特斯拉Optimus机器人项目推迟数月；中国暂停实施的一揽子扩大管制措施，将于今年11月10日到期。 于是，“不用磁铁的电机”重新受到车企重视，其中一条已经上车的路线是绕线转子同步电机。它的原理和永磁电机相同，只是把转子上的磁铁换成了通电线圈。 磁场由电流“造”出来，自然就不需要稀土；电流可调，磁场强弱也就可调。这是它和永磁电机最根本的区别。 这条路线并不新。雷诺从2011年起就在用，首款44 kW、12000转/分；此后Smart、宝马、日产、劳斯莱斯、Mini相继采用。 读这张图要注意，纵轴是“车型数量”的占比，不是销量。蓝色永磁电机自2016年起一直在75%以上；橙色感应电机从2012年的58.8%一路降到5.1%；绿色绕线转子电机在2024年跳到17.1%。 性能也在追赶，宝马第五代电驱已做到140-360 kW、17000转/分。 代价是要给旋转的线圈供电。现有量产车都靠滑环和碳刷，碳刷会磨损、产生导电粉尘，还要单独占一截轴向空间。 ZF、法雷奥与马勒都已规划感应式无刷方案，面向800 V平台，功率最高规划到350 kW。但作者检索后指出，这类无线励磁目前还没有找到商用实例。

02｜性能差多少？ 先看功率密度，即每升“有效体积”能输出多少千瓦。作者汇总了几十台研究样机与商用电机的参数。 这张图横轴是基速，纵轴是功率密度，颜色越黄峰值功率越大。整体趋势是向右上走：转速越高、电机越大，功率密度越高。 具体数值上，绕线转子研究样机跨度很大，为0.4-48.9 kW/L；商用永磁电机为21.8-36.0 kW/L。唯一一台统计到体积数据的商用绕线转子电机为10.6 kW/L，落在图中4000转/分附近的菱形处。 拉开差距的另一大因素是冷却。风冷的绕线转子电机只有1.3-12.6 kW/L，用上喷油、空心轴或转子直冷后达到11.3-48.9 kW/L。 原因在于转子线圈本身就是热源。永磁电机的转子损耗较小，绕线转子电机却要持续给线圈通电；论文引用的研究显示，空心轴冷却可让允许的转子损耗提高约50%。 绕线转子电机的长板在高速。永磁电机的磁场是固定的，高速时必须额外通电“削弱”磁场，铜耗随之增加；绕线转子电机直接把励磁电流调小即可。 在作者的综合评分中，功率密度永磁电机第一，高速区效率和功率因数则是绕线转子电机第一。

03｜一台案例电机的账 为了说明这些取舍，作者设计了一台800 V、额定6000转/分的电机，外径230 mm、铁芯长240 mm。应用要求120 kW，对应191 Nm持续扭矩，优化时把门槛抬到225 Nm留余量。 优化得到的方案有效质量57.25 kg，平均扭矩229.5 Nm，扭矩波动3.38%。但放进热模型一算，问题来了。 为了让绕组不超过160 °C，转子励磁电流密度要从10 A/mm²降到7.96 A/mm²，持续扭矩随之降到200 Nm，好在仍高于191 Nm的需求。若允许电流过载一倍，峰值扭矩可达433 Nm，峰值功率186 kW。 读这张效率图：横轴转速、纵轴扭矩，颜色越红效率越高。最深红的区域集中在约8000转/分以上的高速段，正对应调节励磁的优势；最左侧的极低转速区效率最低。 作者还指出，中低速轻载时效率同样较高，因为可以调小励磁、降低铁耗。 这张图和上一张对照看：低速时励磁铜耗随扭矩一层层升高，过了额定转速后整体回落，因为电机主动调小了励磁电流。 高速还考验结构。离心力会拉扯转子线圈，有研究算出铁芯端部的局部应力是中部的3.45倍；同一研究加装端盖、端板和固定条后，才达到15000转/分。 几处局限要看清。第一，这是一篇综述，性能区间来自不同团队、不同测试条件，不能直接横比。 第二，案例电机只在单一工况点优化，热约束是事后校核，没算交流损耗，也没做样机实测。 第三，作者指出，量产版本尚无超过15000-17000转/分的明确证据；加固件越多，装配越复杂，而制造成本在文献中很少被评估。

Labrix观察 绕线转子电机不是实验室概念，宝马、雷诺、日产都已量产，它绕开稀土的方式是“用电流换磁铁”。代价是转子发热、高速结构和滑环三道关，能否大规模替代永磁电机，取决于无刷励磁和转子冷却何时真正成熟。

资讯来源

• 电子工程专辑（2026-10-24）
• 原文链接： 不用稀土磁铁的120KW电动车电机性能如何？2026新文献！
• https://www.eet-china.com/mp/a533599.html