碳纖維高速電機轉子的最新發展趨勢

Mondo 財經 更新 2024-02-01

我開始規劃我的2024年新能源汽車高速驅動電機趨勢明顯,同時轉子上的離心力因高速而變大,給電機的穩定性和安全性帶來了挑戰。 為了保證高速電機的安全穩定執行,需要對永磁體進行保護。 與金屬護套相比,碳纖維復合護套具有重量輕、強度高、耐久性高、導電率低、導熱係數高等特點,在減少渦流損耗的同時可以起到保護作用,不會影響轉子的散熱,可以更好地匹配電機的高速需求, 從而提高電機的效能。此外,碳纖維護套可與高強度矽鋼片併聯使用,可配合使用,幫助高速電機的轉子克服高離心力的挑戰。

在產業化程序方面,特斯拉率先應用碳纖維轉子,在2024年6月交付的Model S Plaid中採用碳纖維包裹轉子,加強結構強度,最高時速20000轉/分+,最高時速322公里。 此後,多家國內外主機廠和Tier1緊隨其後。

基於此,高速碳纖維轉子的設計優勢非常明顯。 為了減少電驅動系統的散熱問題,考慮到碳纖維材料加熱後會產生熱脹冷縮,轉子與定子之間應預留一定的距離間隙,必要時可對碳纖維轉子表面進行細化,以保證必要的氣隙; 碳纖維的高結構強度可以抑制轉子的金屬熱膨脹,從而減小轉子與定子之間的距離,從而提高磁通量的利用率,在相同的輸入電流下,電驅動系統的速度提高,功變大,效率提高。

對於提高下一代電驅動電機效能的技術難題,碳纖維轉子可以解決高速引起的轉子結構安全問題,碳纖維電刷可以解決高壓產生的軸電流問題。 在成本方面,通過增加成套裝置投資,可以降低單位生產成本。

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特斯拉汽車

特斯拉汽車在業內率先在電驅動系統的轉子上設計了碳纖維保護套,其核心作用是加強電驅動系統轉子的結構強度,防止永磁體在高速工況下脫落,同時可以提高電驅動系統的漏磁通,提高電的輕量化驅動系統。Model S X的Plaid車型搭載了該技術,最高時速可達322km/h(三電機四驅,前單電機後雙電機,最高時速20,000rpm)。

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智信科技

東風汽車新能源車型主要搭載智信科技設計研發的電驅動系統,東風汽車旗下東風馬赫新能源動力品牌亮相2023新能源動力系統品牌春季發布會,其中馬赫電驅動系統有“極致整合、高效率、高速度、 澎湃動力,智慧型控制“,電驅動系統採用碳纖維塗層轉子技術,轉速可達30000rmin,匹配智芯科技自主研發的碳化矽控制器。系統最高效率可達945%,從而達到“高速、高效率”的目的。

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紅旗新能源

紅旗汽車自主研發的紅旗HSM高效電驅動系統,是全球領先的超輕、高磁緻密碳纖維轉子、超高頻大功率碳化矽模組、有源和無源雜訊抑制等技術,已達到世界領先的955% 的系統效率和“零”感知噪音。 其中,紅旗自主研發的碳纖維複合材料包裹轉子總成,利用碳纖維極高的抗拉強度和低膨脹係數的特點,牢固地包裹轉子鐵芯和磁鐵。 碳纖維圓周張力纏繞在轉子表面,對電驅動系統的轉子施加精確的預緊力,使轉子元件得到充分保護,電驅動系統實現平穩執行。

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威瑞電氣

淑氪001FR採用四台800V碳化矽永磁同步電機,均為吉利威瑞公司自主研發,後電驅動系統採用兩台併聯排列的電機,單台輸出功率310kW,最高轉速20620rpm,功率密度44kw/kg。而為了應對如此高的轉速,電驅動系統表面採用了自主研發的碳纖維塗層轉子(確切地說,是華宇的碳纖維材料); 該系統的綜合最大馬力為1,265馬力,其中前兩台電機採用創新的非對稱併聯布置,輸出功率為155kW。

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博格華納

博格華納作為TIRE1**供應商,在2024年4月的上海車展上推出了最高轉速為25,000 rpm的碳纖維電機轉子,助力實現大功率、高速電驅動系統的產品研發和應用。

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智基汽車

智基汽車2024年發布的LS6車型,其電驅動系統採用定轉子雙油冷方案,其中轉子還採用了碳纖維外殼的電驅動技術,並搭載了上汽集團碳纖維轉子電驅動系統800V高壓電驅動“超級組合”的新一代電驅動系統, 最高轉速為21,000rpm,時速為252km h。

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廣汽埃安

2024年3月3日,廣汽埃安發布新一代高效能整合電驅動:夸克電驅動。

廣汽埃安夸克電機結合了其專利的X-PIN扁線定子技術和碳纖維高速轉子技術,可使電驅動系統尺寸減小25%,電驅動功率提高30%以上。 此外,X-PIN碳纖維高速電機技術擁有3項獨特的平台繞組方案國家專利,可實現70kW 320kW功率範圍和220 450Nm扭矩範圍的多平台相容性。

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小公尺汽車

小公尺汽車將於2024年發布新車,SU7電驅動系統採用了多項引人注目的技術。 繼21000轉/分的小公尺超級馬達V6 V6S和將於2024年量產的27200轉/分小公尺超級馬達V8S成功量產後,小公尺實驗室宣布已完成35000轉/分電機技術的前期研工作,這無疑將再次提公升小公尺在電機技術領域的領先地位。

除了速度的提公升,小公尺在研發新電機時也採用了新型碳纖維極光繞組轉子工藝。 這種創新工藝利用雷射原位固化技術,實現了碳纖維的精確纏繞和固化。 與傳統轉子製造工藝相比,碳纖維極光纏繞轉子工藝具有更高的精度和更好的預緊力,顯著提高了轉子的機械強度和耐磨性。 此外,該工藝可有效提高產量,降低製造成本,為電機的批量生產和應用奠定堅實的基礎。

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匯川聯合動力

據了解,目前,匯川聯合動力在技術上取得了多項突破:

動力總成電機最高轉速達到20000rpm,高於主流的12000-14000rpm,並完成了25000rpm碳纖維轉子的技術開發。

第一台超低焊工藝電機成功下線,扁線電機槽填充率大幅提公升20%以上,電機功率密度提公升8%以上。

第二代SiC電機控制器與客戶的型號一起上市,即將進入批量交付階段(公司是國內為數不多的SiC電控第三方供應商之一)。

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天藍色

在一次論壇上,天蔚嘉賓分享了乙個800V 20000轉/分的案例,同樣尺寸的電機,傳統方案1mm氣隙,新方案2mm氣隙,碳纖維層12mm,功率從280kW提公升到314kW,對應扭矩提公升16Nm,最大效率提公升02%。

公司生產的碳纖維轉子具有以下優點:

工藝及裝置開發能力:定製開發行業領先的濕式、乾式碳纖維複合材料纏繞機高精度張力控制系統,具備自主研發裝置的能力,可連續迭代。

完善的原材料檢測裝置:具有纏繞樹脂粘度、凝膠時間、熱重曲線、玻璃化轉變溫度、熱膨脹熱膨脹係數、碳纖維力學效能、碳纖維複合材料力學效能等相關檢測裝置。

完善的碳纖維轉子測試及可靠性評估能力:擁有動平衡儀、高溫超速試驗機、高精度CT掃瞄器、三坐標尺寸檢測裝置、真空烴清洗機及清潔度分析儀、油相容性試驗罐、高溫老化試驗箱、高低溫衝擊試驗箱、高低溫迴圈試驗箱、恆溫恆濕試驗箱、 機械振動臺等全程測試及可靠性評估裝置。

碳纖維轉子驗收標準:基於完善的裝置檢測能力,從原材料、產品效能、工藝工況引數影響、產品可靠性評價等方面建立了全方位的檢測驗收標準,確保優質高效的產品研發、迭代和質量控制體系,讓客戶放心。

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摩森科技

創始團隊早在2024年就率先啟動研發工作,公司突破了關鍵技術——超高抗拉強度下的無損繞組,具備從碳纖維材料、結構設計、電磁設計、成型裝配工藝、裝置製造和檢驗檢測等全方位的技術能力。

在客戶方面,目前摩森科技的碳纖維轉子產品已被格力裝備、江特電機、中電21等企業批量採購,並與20多家主機廠和Tier1廠商緊密合作,合作研發新能源汽車高速永磁電機用碳纖維轉子。

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