中國驅動(dòng)電機比肩世界一流汽車(chē)電機制造商

前不久，隨著(zhù)吉利汽車(chē)、中通客車(chē)等國內知名車(chē)企的電動(dòng)車(chē)下線(xiàn)，精進(jìn)百思特電動(dòng)(上海)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)精進(jìn)電動(dòng))牽頭研發(fā)的新能源汽車(chē)高性能永磁電機已經(jīng)裝機超7萬(wàn)臺。 　　從功率密度4.2—5.3kW/kg的第一代圓股線(xiàn)繞組電機，到功率密度6.3kW/kg的第二代扁銅線(xiàn)繞組電機，永磁電機的產(chǎn)品和樣件指標，均比肩或超過(guò)歐美日韓等一線(xiàn)汽車(chē)電機制造商的產(chǎn)品水平。

兩年來(lái)，該公司等17家單位在國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計劃新能源汽車(chē)驅動(dòng)電機專(zhuān)項中，帶動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)鏈突破技術(shù)瓶頸、填補了多項國家技術(shù)和產(chǎn)品空白。其中，高端稀土永磁體的重稀土使用量，降低近50%;絕緣材料長(cháng)期耐溫超200℃，圓電磁線(xiàn)耐電暈壽命達國標數倍以上;漆包扁線(xiàn)耐電暈壽命大于90小時(shí)……

部分曾經(jīng)依賴(lài)進(jìn)口的原材料、核心部件與器件等已經(jīng)實(shí)現自主研發(fā)和生產(chǎn)，有的材料不僅使用壽命比國外翻番，成本也僅為國外的六成。

截至2019年6月30日，該項目的第一代圓股線(xiàn)繞組電機累計在乘用車(chē)裝車(chē)6.8萬(wàn)臺，商用車(chē)裝車(chē)近4000臺。

驅動(dòng)電機比肩世界一流汽車(chē)電機制造商

新能源汽車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)電驅動(dòng)的核心零部件——電機系統。高速高效高可靠性的電機，能讓新能源電動(dòng)車(chē)的能耗更低、壽命更長(cháng)。

電機的電流是靠繞組傳導的，繞組之間以及繞組與鐵芯之間需要絕緣。而低電阻和絕緣可靠是對電機繞組的基本要求。

21世紀初，知名電機專(zhuān)家蔡蔚，就曾發(fā)明“發(fā)卡式繞組”電機，后被應用于通用汽車(chē)雪弗蘭Tahoe混合動(dòng)力車(chē)，這是全球第一個(gè)“發(fā)卡式繞組”電機在汽車(chē)電驅動(dòng)領(lǐng)域的應用。

自2017年啟動(dòng)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃以來(lái)，蔡蔚作為專(zhuān)項負責人帶領(lǐng)精進(jìn)電動(dòng)等單位，完成了功率密度4.2kW/kg的第一代圓股線(xiàn)繞組電機的技術(shù)創(chuàng )新、批量生產(chǎn)與裝車(chē)應用。

同時(shí)，第二代扁電磁線(xiàn)繞組電機也已經(jīng)完成樣件制造和性能測試，進(jìn)入試驗認證環(huán)節。通過(guò)巧妙設計，他們解決了多并聯(lián)支路波形繞組排布拓撲問(wèn)題，調節冷卻和焊接參數，攻克多套薄扁線(xiàn)電機繞組制造難題，提高了電機極對數和轉速，把電機做得更小，銅線(xiàn)、硅鋼片等材料用得更少，單位功率耗材更少，性?xún)r(jià)比更高。

“功率密度從4.3kW/kg提高到6.3kW/kg，超過(guò)了美國通用Bolt電機4.6kW/kg的功率密度和寶馬i3電機的3.8kW/kg的功率密度，也超過(guò)了美國規劃的其2025年新能源汽車(chē)電機5.7kW/kg的指標。”蔡蔚說(shuō)。

在此基礎上，第三代換位導體繞組電機也已經(jīng)啟動(dòng)研發(fā)。

高端永磁體重稀土用量降五成

在全球新能源汽車(chē)電驅動(dòng)中，永磁電機占比近90%。在永磁體中加入鏑、鋱等重稀土，可以保持剩磁并提高矯頑力。“但是，重稀土在稀土礦中的儲量較少，而隨著(zhù)新能源電動(dòng)車(chē)的普及，國內外大規模生產(chǎn)稀土永磁電機，重稀土的使用將會(huì )面臨資源短缺瓶頸。”蔡蔚說(shuō)，一些發(fā)達國家已經(jīng)將低重稀土永磁體用于電機產(chǎn)品中。

《中國的稀土狀態(tài)與政策》白皮書(shū)曾指出，中國以23%的稀土資源承擔了世界90%以上的市場(chǎng)供應。

但我國的稀土永磁體制備和永磁電機曾長(cháng)期受制于日本。“以前日本買(mǎi)中國的稀土永磁原材料，做成永磁體甚至電機后，再高價(jià)賣(mài)給我們或出口歐美。”蔡蔚說(shuō)。

如何高效使用重稀土資源，以避免資源短缺又降低成本?在該國家專(zhuān)項中，蔡蔚牽頭，聯(lián)合煙臺首鋼磁性材料股份有限公司，研發(fā)滲滴技術(shù)和晶格細化技術(shù)，將重稀土使用量最高減少五成。

“以往，往往會(huì )把鏑或鋱等重稀土，像揉面一樣，與其他永磁體原材料揉在一起?，F在通過(guò)細化晶格，將重稀土滲入磁體，哪里需要滲到那里，用量少而精準。”

蔡蔚介紹，研發(fā)人員們用晶粒度細化和微觀(guān)結構一致性工藝，填補了國內細粉工藝的空白，量產(chǎn)35EH磁體的鏑含量，由7wt%—8wt%降低到5wt%，減少重稀土使用量20%以上。同時(shí)，他們將細粉工藝與擴散工藝相結合，42EH磁體的鋱含量，由8wt%降低到等效鏑4.5%，減少重稀土使用量40%—50%。

部分絕緣材料耐電暈壽命達國標10倍以上

作為新能源汽車(chē)的心臟，驅動(dòng)電機中有很多電磁線(xiàn)。電磁線(xiàn)和絕緣材料如果耐受不了電機運行中的高電壓、高溫、高電壓變化率，就容易被擊穿，降低電機使用壽命。

而我國生產(chǎn)的耐電暈絕緣材料，其原料基本來(lái)自國外廠(chǎng)家，“例如納米粒子改性聚酯亞胺等原材料和耐電暈柔軟復合紙等，隨時(shí)會(huì )遭遇卡脖子。”蔡蔚說(shuō)，賣(mài)方市場(chǎng)的強勢，讓國內用戶(hù)無(wú)可奈何。

在該項目中，蔡蔚聯(lián)合蘇州巨峰絕緣材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)巨峰)，用納米粒子與漆包線(xiàn)漆基體樹(shù)脂的復合技術(shù)，突破納米粒子在漆包線(xiàn)漆基體樹(shù)脂中難分散的技術(shù)瓶頸，制備了均勻分散的納米分散液，成功制備耐電暈漆包線(xiàn)漆。

目前，巨峰研發(fā)的耐電暈聚酯亞胺浸漬樹(shù)脂，長(cháng)期使用溫度超過(guò)200℃。其研發(fā)的耐電暈漆包扁線(xiàn)耐電暈實(shí)驗壽命大于90小時(shí)，填補了國內空白，超過(guò)了國際競爭對手的指標。耐電暈漆包圓線(xiàn)耐電暈壽命大于100小時(shí)，達國家標準要求的10倍以上。

今年9月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《交通強國建設綱要》，強化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)，瞄準新一代信息技術(shù)、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿，被寫(xiě)入《綱要》。

在蔡蔚看來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是公路交通的重中之重，“汽車(chē)核心零部件強，我國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)則強”。

標簽： 電機制造