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    銅轉子新能源汽車驅動電機優勢明顯,未來大有可期

    發表時間:2018-3-30 來源:云銅鑄業 作者:管理員 (共人瀏覽) 【字體:
    摘自2018-02-08 高效電機領跑者 高效電機領跑者
     
     
    驅動電機系統作為新能源汽車核心系統之一,其性能決定了爬坡能力、加速能力以及最高車速等汽車行駛的主要性能指標。驅動電機系統主要是由電機及其控制器組成,其中電機主要由定子、轉子、機殼、連接器、旋轉變壓器等零部件裝配而成。
     
    作為汽車驅動電機,其要求有:
    ● 電機結構緊湊、尺寸小,封裝尺寸有限,必須根據具體產品進行特殊設計;重量輕,以減輕車輛的整體重量。
    ● 提供精確的力矩控制,動態性能較好,效率高,功率密度較高。
    ● 調速范圍寬。
    ● 環境適應性好。
    ● 制動再生效率高。
     
     
    目前,應用于新能源汽車的驅動電機主要包括直流電機、交流電機和開關磁阻電機三類。其中開關磁阻電動機震動、噪聲較大,在大型客車上有所應用,而乘用車領域多為前兩者,即感應電機或永磁同步電動機。
     
    從全球新能源汽車市場來看,永磁同步電機占據了新能源汽車大部分市場,但作為世界上領先的電動汽車制造商,特斯拉卻采用了新型高效率無稀土交流異步電機,與主流的稀土永磁同步電機截然相反。
     
    此外,雪佛蘭Volt和奔馳Smart電動車均采用無稀土的感應電動機。2016年本田發布無稀土電機-釹磁鐵電機,并應用在混動車型中。這似乎表明,歐美日等發達國家的無稀土電動機技術已經投入使用,并希望用新的電動機技術來取代對中國稀土資源的依賴。英國技術戰略委員會甚至建議,由于提取稀土金屬會對環境造成難以想象的破壞,未來任何采用永磁電動機技術的新能源汽車不得在西方市場銷售。
     
    同時,歐美日等發達國家極力擺脫稀土電機的目的顯而易見,主要原因有:
     
    ● 中國的稀土開采量占世界總開采量的80%,隨著中國國力日益強盛,稀土資源可以作為國家重要籌碼,同發達國家進行商業談判,在對抗發達國家反傾銷調查中可以發揮重要作用。
     
    ● 2017年以來,標志性稀土產品氧化鐠釹均價累計上漲54%左右,新能源汽車電機做為稀土永磁材料應用的高端領域,稀土材料約占驅動電機總成本的20%~30%,稀土價格上漲將明顯提高了汽車制造成本。稀土作為稀缺資源,未來價格必然水漲船高,各大廠商自然要研發新技術以逐步替代日益上漲的稀土永磁電機。而目前國內廠商在無稀土電機研發應用方面已經落后于西方。
     
    從我國新能源汽車驅動電機來看,2017年1-10月,在我國新能源汽車乘用車領域,永磁同步電機占比78.1%;客車領域,永磁同步電機占比94.6%;專用車領域,永磁同步電機占比78.6%。目前,比亞迪、宇通客車、安徽巨一、聯合汽車電子等企業所有電機產品均使用永磁同步技術。
     
     
    我國之所以采用永磁電機作為主流,一是因為永磁電機本身性能適合我國路況,反復啟停、加減速仍能保持較高的效率。二是由于我國稀土資源豐富,在釹鐵硼稀土永磁材料問世后,我國便大力推進永磁電機的研究開發。
     
    目前,我國的永磁同步電機已經形成了一定的研發和生產能力,產品技術指標已接近國際先進水平,而且已經基本具備永磁同步電機集成化的能力。國家政策的大力支持,技術積累成熟,稀土成本相比發達國家更低,促使國內廠商選擇了永磁同步電機。此外,汽車用永磁材料屬于高端市場,要求嚴,門檻高,認證時間長,客戶一旦選定供應商就很難變更。因此短期內,國內廠商不會改變當前永磁同步電機為主的市場局面。
     
    2017年,我國新能源汽車產、銷量達到79.4萬輛、77.7萬輛,同比增長53.8%和53.3%,新能源汽車產量占比達到了汽車總產量的2.7%,連續三年居世界首位。預計2018年新能源汽車產量預計將超過100萬輛,而受益于新能源車產銷增長,以每車一套電機計算,2018年新能源車電機需求量預計為100萬套左右,2020年將達到200萬套,屆時市場規模可達190億。
     
    稀土作為世界稀缺資源,巨大的新能源汽車市場將會消耗掉大量的稀土資源,未來將不再能承載汽車產業的發展。反觀銅資源,其全球保有量與可開采量要豐富得多,而且銅礦資源分布相對均衡,美洲、亞洲、澳洲都有分布,全球供應相對穩定,與永磁電機相比,銅轉子電機原材料供應不會出現巨大波動,全球各大生產商必將更加重視銅轉子電機的研發和生產。目前國內已有南陽防爆集團、云南銅業壓鑄科技公司能夠生產超高效銅轉子電機,并斬獲了全球超高效電機能效大賽國際效率獎章。銅轉子電機技術問題已經解決,市場大規模應用只是時間問題。
     
     
    從社會發展趨勢來看,以稀土資源為依托的永磁電機最終一定會被高科技銅轉子電機所淘汰。例如,國際知名電動汽車制造商特斯拉旗下Model S車型采用銅鑄轉子電機,其優異性能已得到市場檢驗。作為國內領先的互聯網電動汽車制造商,蔚來汽車旗下國內首款采用銅轉子感應式異步電機的量產乘用車已于近日上市。兩大知名電動汽車制造商相繼發布采用銅轉子驅動電機的電動汽車,其背后寓意不言自明——銅轉子驅動電機已經得到新能源汽車市場的重視。
     
    目前,雖然銅轉子新能源汽車驅動電機雖然占比較小,但未來市場前景不可估量。運用銅轉子的異步電動機不僅能效遠遠高出鋁轉子電動機,并且與永磁電機相比有不可替代的優勢。例如,永磁材料在短路、高溫和激烈振蕩等環境易發生失磁,故障時不能滅磁維護,在超速等反常條件下,永磁磁極簡單容易遭到較大影響。永磁同步發電機的這些固有缺點,使它很難滿足汽車驅動電機高可靠、少維護的性能要求,而銅轉子電機恰恰在此方面有十分優異的表現,銅轉子新能源汽車驅動電機未來大有可期。
     
     附表:
    不同驅動電機優缺點對照表
     

    驅動電機種類
    優點
    缺點
    永磁同步電機
    轉矩密度高、效率高、功率密度高、調速范圍寬、體積小
    制造工藝復雜、成本高、高溫下磁性衰退
    交流異步電機
    結構簡單、堅固耐用、成本低、轉矩脈動低、噪聲低、極限轉速高、運行可靠
    功率密度低、效率低、調速性差
    開關磁阻電機
    結構緊湊牢固、適合高速運行、成本低、調速范圍寬、運行可靠
    轉矩脈動大、噪聲大、功率密度低、效率低

     
     
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