永磁同步电机-扁线电机
发布日期:2022-05-06
⚫ 永磁同步电机是主流永磁同步是新能源汽车电机的主流类型。电机种类多样,按输入电源可分为直流电机和交流电机两大类。直流电机中按有无电刷及励磁方式可分为永磁有刷电机等子类。交流电机中按转子转速与定子磁场转速的区别、转子磁场的产生方式,分为同步电机和异步电机(感应电机)。功率控制器件依据电机种类选择,直流电机采用 DC-DC 转换器、感应电机采用正弦波逆变器、同步电机采用方波逆变器和正弦波逆变器、开关磁阻电机采用单极性变换器。永磁同步电机因其功率密度高、调速范围大等特性,从 2016 年新能源电机装机量来看,永磁同步电机占比达 76%,交流异步电机占比 23%,其他各类励磁同步电机、直流电机占比约 1%。
电机的分类
表 3、各类电机的优缺点
磁材价格影响电机成本空间。以永磁同步电机为例,硅钢、永磁体等原材料成本占比约 50%,受钢材及铷铁硼等资源品价格影响,成本变化大。加工制造环节构成重要成本组成部分。
永磁同步电机成本结构
⚫ 扁线电机是电机新趋势扁线电机的核心优势在于能量密度的提升。
扁线电机里的扁线是针对定子的绕组,传统的为多根细圆线,现在变成几根租的矩形导线。其优点很多,核心优点在于高能量密度,通过槽满率的提升,提升填铜量,可提高 20-30%的功率。“十三五规划”提出新能源汽车驱动电机的峰值功率密度要达到 4kw/kg,从整个行业看,国内目前产品级在 3.2-3.3kW/kg,所以还有 30%的提升空间。
扁线电机绕线分布图
扁线电机优劣势
国内外多款车已采用,供应商多为国际龙头。
国外看:雪佛兰 VOLT 从 2007 年起采用雷米(2015 年已被零部件巨头博格华纳收购)的扁线电机。尼桑从 2013 年在电动车上采用扁线电机,供应商为 HITACHI。2015 年,丰田发行第四代普锐斯采用日本电装供应的扁线电机。
国内看:荣威 Ei5 上也首次采用了该技术,虽然在加工工艺上复杂,但其有效地提高了电机定子槽满率,提升电机效率,减小电机体积、提升 NVH 水平,在国内车用驱动电机上属于首次量产应用。供应商为华域电动, 方正电机目前也在筹备该技术。
为什么扁线一定是驱动电机的必然趋势“扁线”技术是必然选择?
其中一个关键原因,是政策规定驱动电机的功率密度必须实现大幅提升。从政策上看,“十三五规划”提出新能源汽车驱动电机的峰值功率密度要达到 4kw/kg,而且是产品级,从整个行业看,国内目前产品级在 3.2-3.3kW/kg,所以还有 30%的提升空间。经过对企业的调研以及和专家的沟通,一致认为要实现功率密度的提升,必须采用“扁线电机”技术,即产业界已经就“扁线电机”趋势形成共识,根本原因还是在于扁线技术潜力巨大。所以扁线已经是一个绕不开的技术路线,确定性极强。
经过和专家的交流,我们发现扁线还没大规模产业化的根本在“风险”,主要来自以下方面:
首先,工艺变化大,缺少成功经验。圆线,相对来说比较成熟,有传统工业电机的经验可以借用。扁线,它的整个工艺和圆线有比较大的不同。比如说,圆线一般是先绕好线,然后把线装到槽里,而扁线一般需要先把线做成一定的形状,然后把线插到铁芯里,然后还要经过扭头、焊接、绝缘处理等。这些工艺和以前的工艺有很大的不同。
接着,专利限制。圆线电机是一种很古老的产品,几十年以来基本做法没变。而扁线相对来说是比较新的产品,从有这个构想到目前为止也才十几年的时间。国际车企和电机企业走得比较靠前,他们有一些专利对我们构成了限制。
然后,设备限制。做圆线电机,可以买到很多进口设备,但是国产设备价钱也很便宜,而且性能也不差。但是,做扁线电机,国内的设备供应商并不成熟,而进口产线的价格贵,同时进口设备在供应的反应速度上相对较慢。比如,订一套国内的电机产线半年或是八个月就能到货。订一条进口的产线谈判可能需要半年,到货还要一年。
我们判断,在趋势确定的情况下,谁优先开发并量产扁线驱动电机,谁就能提前锁定整车客户,享受到扁线市场爆发的红利,并借此优化自身开发实力、实现规模化低成本量产。
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