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    铜转子新能源汽车驱动电机优势明显,未来大有可期

    发表时间:2018-3-30 来源:云铜铸业 作者:管理员 (共人浏览) 【字体:
    摘自2018-02-08 高效电机领跑者 高效电机领跑者
     
     
    驱动电机系统作为新能源汽车核心系统之一,其性能决定了爬坡能力、加速能力以及最高车速等汽车行驶的主要性能指标。驱动电机系统主要是由电机及其控制器组成,其中电机主要由定子、转子、机壳、连接器、旋转变压器等零部件装配而成。
     
    作为汽车驱动电机,其要求有:
    ● 电机结构紧凑、尺寸小,封装尺寸有限,必须根据具体产品进行特殊设计;重量轻,以减轻车辆的整体重量。
    ● 提供精确的力矩控制,动态性能较好,效率高,功率密度较高。
    ● 调速范围宽。
    ● 环境适应性好。
    ● 制动再生效率高。
     
     
    目前,应用于新能源汽车的驱动电机主要包括直流电机、交流电机和开关磁阻电机三类。其中开关磁阻电动机震动、噪声较大,在大型客车上有所应用,而乘用车领域多为前两者,即感应电机或永磁同步电动机。
     
    从全球新能源汽车市场来看,永磁同步电机占据了新能源汽车大部分市场,但作为世界上领先的电动汽车制造商,特斯拉却采用了新型高效率无稀土交流异步电机,与主流的稀土永磁同步电机截然相反。
     
    此外,雪佛兰Volt和奔驰Smart电动车均采用无稀土的感应电动机。2016年本田发布无稀土电机-钕磁铁电机,并应用在混动车型中。这似乎表明,欧美日等发达国家的无稀土电动机技术已经投入使用,并希望用新的电动机技术来取代对中国稀土资源的依赖。英国技术战略委员会甚至建议,由于提取稀土金属会对环境造成难以想象的破坏,未来任何采用永磁电动机技术的新能源汽车不得在西方市场销售。
     
    同时,欧美日等发达国家极力摆脱稀土电机的目的显而易见,主要原因有:
     
    ● 中国的稀土开采量占世界总开采量的80%,随着中国国力日益强盛,稀土资源可以作为国家重要筹码,同发达国家进行商业谈判,在对抗发达国家反倾销调查中可以发挥重要作用。
     
    ● 2017年以来,标志性稀土产品氧化镨钕均价累计上涨54%左右,新能源汽车电机做为稀土永磁材料应用的高端领域,稀土材料约占驱动电机总成本的20%~30%,稀土价格上涨将明显提高了汽车制造成本。稀土作为稀缺资源,未来价格必然水涨船高,各大厂商自然要研发新技术以逐步替代日益上涨的稀土永磁电机。而目前国内厂商在无稀土电机研发应用方面已经落后于西方。
     
    从我国新能源汽车驱动电机来看,2017年1-10月,在我国新能源汽车乘用车领域,永磁同步电机占比78.1%;客车领域,永磁同步电机占比94.6%;专用车领域,永磁同步电机占比78.6%。目前,比亚迪、宇通客车、安徽巨一、联合汽车电子等企业所有电机产品均使用永磁同步技术。
     
     
    我国之所以采用永磁电机作为主流,一是因为永磁电机本身性能适合我国路况,反复启停、加减速仍能保持较高的效率。二是由于我国稀土资源丰富,在钕铁硼稀土永磁材料问世后,我国便大力推进永磁电机的研究开发。
     
    目前,我国的永磁同步电机已经形成了一定的研发和生产能力,产品技术指标已接近国际先进水平,而且已经基本具备永磁同步电机集成化的能力。国家政策的大力支持,技术积累成熟,稀土成本相比发达国家更低,促使国内厂商选择了永磁同步电机。此外,汽车用永磁材料属于高端市场,要求严,门槛高,认证时间长,客户一旦选定供应商就很难变更。因此短期内,国内厂商不会改变当前永磁同步电机为主的市场局面。
     
    2017年,我国新能源汽车产、销量达到79.4万辆、77.7万辆,同比增长53.8%和53.3%,新能源汽车产量占比达到了汽车总产量的2.7%,连续三年居世界首位。预计2018年新能源汽车产量预计将超过100万辆,而受益于新能源车产销增长,以每车一套电机计算,2018年新能源车电机需求量预计为100万套左右,2020年将达到200万套,届时市场规模可达190亿。
     
    稀土作为世界稀缺资源,巨大的新能源汽车市场将会消耗掉大量的稀土资源,未来将不再能承载汽车产业的发展。反观铜资源,其全球保有量与可开采量要丰富得多,而且铜矿资源分布相对均衡,美洲、亚洲、澳洲都有分布,全球供应相对稳定,与永磁电机相比,铜转子电机原材料供应不会出现巨大波动,全球各大生产商必将更加重视铜转子电机的研发和生产。目前国内已有南阳防爆集团、云南铜业压铸科技公司能够生产超高效铜转子电机,并斩获了全球超高效电机能效大赛国际效率奖章。铜转子电机技术问题已经解决,市场大规模应用只是时间问题。
     
     
    从社会发展趋势来看,以稀土资源为依托的永磁电机最终一定会被高科技铜转子电机所淘汰。例如,国际知名电动汽车制造商特斯拉旗下Model S车型采用铜铸转子电机,其优异性能已得到市场检验。作为国内领先的互联网电动汽车制造商,蔚来汽车旗下国内首款采用铜转子感应式异步电机的量产乘用车已于近日上市。两大知名电动汽车制造商相继发布采用铜转子驱动电机的电动汽车,其背后寓意不言自明——铜转子驱动电机已经得到新能源汽车市场的重视。
     
    目前,虽然铜转子新能源汽车驱动电机虽然占比较小,但未来市场前景不可估量。运用铜转子的异步电动机不仅能效远远高出铝转子电动机,并且与永磁电机相比有不可替代的优势。例如,永磁材料在短路、高温和激烈振荡等环境易发生失磁,故障时不能灭磁维护,在超速等反常条件下,永磁磁极简单容易遭到较大影响。永磁同步发电机的这些固有缺点,使它很难满足汽车驱动电机高可靠、少维护的性能要求,而铜转子电机恰恰在此方面有十分优异的表现,铜转子新能源汽车驱动电机未来大有可期。
     
     附表:
    不同驱动电机优缺点对照表
     

    驱动电机种类
    优点
    缺点
    永磁同步电机
    转矩密度高、效率高、功率密度高、调速范围宽、体积小
    制造工艺复杂、成本高、高温下磁性衰退
    交流异步电机
    结构简单、坚固耐用、成本低、转矩脉动低、噪声低、极限转速高、运行可靠
    功率密度低、效率低、调速性差
    开关磁阻电机
    结构紧凑牢固、适合高速运行、成本低、调速范围宽、运行可靠
    转矩脉动大、噪声大、功率密度低、效率低