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前不久,随着吉利汽车、中通客车等国度内出名车企的电动车offline,精进百思特电动(上海)有限公司(以下简称精进电动)牵头研发的新能源汽车高的性能永磁电机已经装机过7万台。
从功率密度4.2—5.3kw/kg的first generation圆股线绕组电机,到功率密度6.3kw/kg的第二代扁铜线绕组电机,永磁电机的产品和样件指标,均比肩或过欧美日韩等汽车电机制造商的产品水平。
两年来,该公司等17家单位在“十三五”主要研发计划新能源汽车驱动电机专项中,带动上游产业链冲破技能瓶颈、填补了多项国度技能和产品空白。其中,高的端稀土永磁体的重稀土使用量,减低近50%;不导电的材料长期耐温过200℃,圆电磁线耐电晕寿命达国标数倍及以上;漆包扁线耐电晕寿命大于90小时……
部分曾经依赖入口的原材料、焦点部件与器件等已经实现自己研发和生产,有的材料不只使用寿命比国外翻番,成本也只为国外的六成。
截至2019年6月30日,该项目的first generation圆股线绕组电机累计在乘用车装车6.8万台,商用车装车近4000台。
驱动电机比肩世界汽车电机制造商
新能源汽车的发展离不开电驱动的焦点部件——电机系统。高素效率高稳定性高的电机,能让新能源电动车的能耗较低、寿命较长。
电机的电流是靠绕组传导的,绕组之间以及绕组与铁芯之间需要不导电。而低电阻和不导电稳定是对电机绕组的基本要求。
21世纪初,电机蔡蔚,就曾发明“发卡式绕组”电机,后被应用于通用汽车雪弗兰tahoe混合动力车,这是世界头一个“发卡式绕组”电机在汽车电驱动领域的应用。
自2017年启动国度主要研发计划以来,蔡蔚作为专项负责人带领精进电动等单位,完成了功率密度4.2kw/kg的first generation圆股线绕组电机的技能革新、批量生产与装车应用。
同时,第二代扁电磁线绕组电机也已经完成样件制造和性能测试,进入试验验证环节。通过精巧设计,他们解决了多并联支路波形绕组排布拓扑问题,调节冷却和焊接参数,攻下多套薄扁线电机绕组制造难题,升高了电机对数和转速,把电机做得小,铜线、硅钢片等材料用得较少,单位功率耗材少,价格比较高。
“功率密度从4.3kw/kg升高到6.3kw/kg,过了美国通用bolt电机4.6kw/kg的功率密度和宝马i3电机的3.8kw/kg的功率密度,也过了美国规划的其2025年新能源汽车电机5.7kw/kg的指标。”蔡蔚说。
在此基础上,第三代换位导体绕组电机也已经启动研发。
永磁体重稀土用量降五成
在世界新能源汽车电驱动中,永磁电机占比近90%。在永磁体中加入镝、铽等重稀土,可以保持剩磁并升高矫顽力。“但是,重稀土在稀土矿中的储量较少,而随着新能源电动车的普及,国度内外大规模生产稀土永磁电机,重稀土的使用将会面临资源短缺瓶颈。”蔡蔚说,一些发达国度已经将低重稀土永磁体用于电机产品中。
中国的稀土状态与政策》白皮书曾指出,中国以23%的稀土资源承担了世界90%及以上的市场供应。
但我国的稀土永磁体制备和永磁电机曾长期受制于日本。“以前日本买中国的稀土永磁原材料,做成永磁体及电机后,再高价卖给我们或出口欧美。”蔡蔚说。
如何效高使用重稀土资源,以免资源短缺又减少成本?在该国度专项中,蔡蔚牵头,联合烟台首钢磁性材料股份有限公司,研发渗滴技能和晶格细化技能,将重稀土使用量减少五成。
“以往,往往会把镝或铽等重稀土,像揉面一样,与其他永磁体原材料揉在一起。现在通过细化晶格,将重稀土渗入磁体,哪里需要渗到那里,用量少而准确度精密。”
蔡蔚介绍,研发人员们用晶粒度细化和微观结构相同性工艺,填补了国度内细粉工艺的空白,量产35eh磁体的镝含量,由7wt%—8wt%减低5wt%,减少重稀土使用量20%及以上。同时,他们将细粉工艺与扩散工艺相结合,42eh磁体的铽含量,由8wt%减低等效镝4.5%,减少重稀土使用量40%—50%。
部分不导电材料耐电晕寿命达国标10倍及以上
作为新能源汽车的心脏,驱动电机中有很多电磁线。电磁线和不导电材料如果耐不了电机运行中的高电压、高温、高电压变化率,就容易被击穿,减低电机使用寿命。
而我国生产的耐电晕不导电材料,其原料基本来自国外厂家,“例如纳米粒子改性聚酯亚胺等原材料和耐电晕柔软复合纸等,随即会遭遇卡脖子。”蔡蔚说,卖方市场的强势,让国度内用户无可奈何。
在该项目中,蔡蔚联合苏州巨峰绝缘材料有限公司(以下简称巨峰),用纳米粒子与漆包线漆基体树脂的复合技能,冲破纳米粒子在漆包线漆基体树脂中难分散的技能瓶颈,制备了均匀分散的纳米分散液,成功制备耐电晕漆包线漆。
目前,巨峰研发的耐电晕聚酯亚胺浸渍树脂,长期使用温度过200℃。其研发的耐电晕漆包扁线耐电晕实验寿命大于90小时,填补了国度内空白,过了世界竞争对手的指标。耐电晕漆包圆线耐电晕寿命大于100小时,达国度标准要求的10倍及以上。
今年9月,国度部门印发了《交通强国建设纲要》,强化关键科技研发,瞄准新的一代信息技能、人工智慧、智慧制造、新材料、新能源等世界科技前卫,被写入《纲要》。
在蔡蔚看来,汽车产业是公路交通的重中之重,“汽车焦点部件强,我国汽车产业则强”。
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