五年內(nèi)EV電機(jī)的技西安西瑪術(shù)制高點(diǎn)在哪里？

時(shí)間：2019-08-14 12:01

      電機(jī)汽車產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌，資本巨頭競(jìng)相上臺(tái)，可謂是你未唱罷，我又登場(chǎng)。在各個(gè)維度上行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)已日臻白熱化。有互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和傳統(tǒng)企業(yè)間的模式競(jìng)爭(zhēng)，有原生企業(yè)和外來(lái)企業(yè)之間的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)，有下游企業(yè)和上游企業(yè)之間的成本權(quán)重之爭(zhēng)。而這些競(jìng)爭(zhēng)中最核心的還是技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的比拼。在EV核心技術(shù)領(lǐng)域三電中，技術(shù)路線呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴的形勢(shì)。

      EV電機(jī)的技術(shù)發(fā)展必然圍繞車輛需求展開的，有什么樣的車輛需求，就有什么樣的電機(jī)。從車輛角度，有五個(gè)核心需求：

      1、高功率密度： 高功率密度的電機(jī)電控即能實(shí)現(xiàn)輕量化，又能節(jié)省珍貴的安裝空間；

      2、低成本化：成本的競(jìng)爭(zhēng)必然是各大車企的焦灼點(diǎn)，達(dá)到同樣的性能，能夠節(jié)省多少成本，就相當(dāng)于帶來(lái)了多少利潤(rùn)；

      3、高集成性：最好電機(jī)電控減速集成為一個(gè)產(chǎn)品，如此不僅能加強(qiáng)技術(shù)整合度，更能減少多頭推諉扯皮的現(xiàn)象；

      4、良好的NVH特性：低噪音、低振動(dòng)、高平順度的產(chǎn)品更能獲得消費(fèi)者的喜愛。

      5、更高的效率：更高的效率不但能帶來(lái)更高的續(xù)航里程，還能減少蓄電池用量和壽命，從而降低成本。

高功率密度舉例

      如何實(shí)現(xiàn)高功率密度，其實(shí)有兩條途徑,一條是走高速化，另外一條是走高轉(zhuǎn)矩密度。前者的代表是prius的永磁同步電機(jī)，后者的代表是盤式電機(jī)。

      以prius為例2015年推出的第四代永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)速較第三代提高了3500rpm，相應(yīng)的功率密度提高了10%。

低成本化的技術(shù)路線舉例

      永磁同步電機(jī)以高性能優(yōu)勢(shì)而占得主導(dǎo)性優(yōu)勢(shì)，但卻一直存在高成本的缺點(diǎn)。如何克服缺點(diǎn)，目前正在發(fā)展的是無(wú)稀土和輕稀土兩條技術(shù)路線。

      輕稀土技術(shù)有很多種，一種是少用永磁體，多用磁阻轉(zhuǎn)矩的路線。還有一種是采用低成本稀土材料。比如無(wú)Dy銣鐵硼技術(shù)，雖然無(wú)Dy的磁材，要么剩磁低，要么矯頑力低。但通過(guò)采用SPOKE等磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到性能相當(dāng)，成本明顯下降的效果。

      比輕稀土更進(jìn)一步的是無(wú)稀土技術(shù)，比較典型的是鐵氧體助磁的同步磁阻電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)兩條技術(shù)路線。前者是目前各方比較看好的技術(shù)路線，已有產(chǎn)品在上車試驗(yàn)。下圖是日本一所大學(xué)開發(fā)的電機(jī)產(chǎn)品，月牙形的磁極中塞的是鐵氧體材料。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以獲得很高的磁阻轉(zhuǎn)矩，同時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制在7%以內(nèi)。這類產(chǎn)品的成本會(huì)比永磁同步下降20~30%。

高集成化產(chǎn)品舉例

      這里說(shuō)的高集成化是電機(jī)、電控、減速器三位一體高度集成產(chǎn)品。通過(guò)集成可以提高系統(tǒng)功率密度，系統(tǒng)整合度，降低NVH等系統(tǒng)性故障的可能性，許多國(guó)內(nèi)外企業(yè)都在投入研發(fā) 。

      值得一提是英國(guó)Equipmake公司的產(chǎn)品，通過(guò)高度集成，將持續(xù)功率75kw的電機(jī)做到電機(jī)重量14kg，驅(qū)動(dòng)總成24.5kg以內(nèi)。一旦產(chǎn)品化成功，將獲得無(wú)與倫比的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
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高效化技術(shù)路線舉例

      在新能源汽車領(lǐng)域，電機(jī)高效已經(jīng)是默認(rèn)選項(xiàng)。單從額定的指標(biāo)來(lái)講，無(wú)論是電機(jī)和電控效率已經(jīng)非常高了，可以優(yōu)化的空間是有限性的。因此需要轉(zhuǎn)換思路，需要從指標(biāo)高效思維切換成運(yùn)行高效。所謂運(yùn)行高效，就是指在車輛實(shí)際運(yùn)行工況中綜合下來(lái)的平均效率高。這就關(guān)系到低速、高速、輕載、高載等綜合效率。

      在實(shí)際車輛行駛工況中，有高速有低速，有重載有輕載，無(wú)論怎么優(yōu)化，很難做到全工作面高效的。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，就是配置了兩臺(tái)性能差異化的電機(jī)，一臺(tái)偏向高速輕載高效，一臺(tái)偏向低速重載高效。通過(guò)單電機(jī)運(yùn)行和雙電機(jī)運(yùn)行的組合搭配，可以實(shí)現(xiàn)等效電機(jī)的高效區(qū)域大幅度拓寬。Prius2017版的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是該思路的代表。

優(yōu)秀NVH性能技術(shù)路線舉例

      NVH問(wèn)題一直是新能源電機(jī)開發(fā)的挑戰(zhàn)。 追求高效率，高功率密度和優(yōu)秀的振動(dòng)噪音特性在很多時(shí)候是相互制衡的，其中電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是關(guān)鍵。因此電機(jī)技術(shù)專家們開發(fā)出了很多細(xì)分技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)，總的來(lái)說(shuō)有這么幾大類：

      第一類是精細(xì)化修形技術(shù)，在定子齒表面或者轉(zhuǎn)子表面開輔助槽、挖孔等。

      第二類是多層磁極設(shè)計(jì)，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置雙層或者三層的磁鋼，通過(guò)優(yōu)化氣隙磁密波形，獲得更低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；

第三類是精細(xì)化斜極或斜槽，通過(guò)人字斜極、正弦斜極、zig-zag斜極獲得即能抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，又要防止定子發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

      
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