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电机企业如何把握轻量化趋势?“材料选择+结构优化”成主攻方向!

作者:中国储能网新闻中心  来源:高工电动车网  发布时间:2017-1-9 14:56:56

中国储能网讯:众所周知,轻量化已经成为新能源汽车发展的必然趋势。驱动系统占纯电动汽车总质量的30%-40%,因此,驱动系统的轻量化是整车轻量化的重点之一。

对于整车而言,高强度铝镁合金、FRT发泡树脂复合材料和碳纤维材料应用等新型轻质材料的应用是实现汽车轻量化最直接有效的方法。

而对于新能源汽车用电机系统来说,要达到轻量化的目的,又应该从哪些方面入手?

尼得科集团(KDS)技术总监席荣盛认为,电机系统轻量化需要采用高性能的材料,配以全铝散热结构和高功率(转矩)密度设计才能够实现。

而上海力信电气技术有限公司总裁鲁克银也认为,电机轻量化需要围绕槽形、转子绕组、电机轴等方面进行优化设计。

总的来说,高工电动车网了解到,创新设计、材料选择和集成化是电机企业实现轻量化目标的重要方式。

电机轻量化的实现方式

1、优化电机结构

业内专家认为,改变绝缘的厚度,或者优化通风结构、电机绕组方式等可以有效减小电机的体积,降低电机的重量。常见的有转子贴心增加减重空设计或者采用转子支架降低转子重量。

其中,在永磁同步电机永磁体槽底部和电机轴表面之间存在很大的半径差距,存在较大的优化空间。通过电机转子机械强度和磁路仿真试验,改善转子中减重槽的结构和尺寸,配以轻量高强度的合金材料,可以实现电机的轻量化、高功率密度化。

另外,合肥巨一动力系统有限公司混动事业部技术总监顾杰表示,优化磁路结构、分配铜耗和铁耗、优化电机温度和改变冷却方式都可以达到轻量化的目标。

2、集成化

通过机电集成和控制器集成,有利于减少驱动系统的重量和体积,其中较为常见的集成有电机与发动机集成、电机与变速箱集成和电机与减速器集成等。

而西门子研发的西门子Sivetec MSA 3300,将电动汽车动力系统中的逆变器与电机集成到一起,两个组件共用一套冷却单元,通过这样的方法,就可以降低驱动系统的重量和节省内部空间结构。

3、材料的选择

一般来说,采用永磁同步电机作为驱动,比异步电机轻许多,这也是永磁同步电机作为主流电机的重要原因。席荣盛表示,高性能永磁材料和高性能导磁材料的运用,可以有效帮助电机企业实现轻量化的目标。

其中,电机定转子铁芯材料的选择极大程度地影响了电机定转子尺寸、电机功率密度、电机铁耗和电机效率。专家认为,超薄高饱和材料硅钢片的使用可以有效提高电机功率体积比和功率密度。

与此同时,业界人士认为,铸铜转子电机比铸铝转子电机重量轻很多,同时铸铜电机的成本也更加低。

4、小型化

小型化主要是通过电容与母排的集成,使用下一代宽禁带半导体器件,入SIC等方法来缩减控制器的尺寸,从而达到电机小型化、轻量化的目标。

除了上述方式之外,业界人士还认为,轮毂电机是新能源汽车实现轻量化最有效且直接的方式。因为,轮毂电机实现了新能源汽车发动机、变速机的一体化,创造性地将动力、传动和制动装置整合到轮毂内,变中央式驱动为分布式驱动,省掉了变速器、传动轴、差速器等80%的传动部件,从而减轻30%的重量。

技术难题

鲁克银认为,在有效的空间内,电机既要是实现轻量化的目标,又要保证高安全性能、高功率密度等优势,这不仅需要解决许多技术难题,也要求电机企业具有较高的技术实力。

“太多模块放在一起集成化,有可能会影响电机系统的灵活性能。因此,高度集成化还需要考虑电机的运行灵活性和耦合性问题。”精进电动创始人兼CTO蔡蔚这样表示。

另外,由于技术限制,国内企业在材料和加工成本控制难度较大,导致电机系统的生产成本较高,这在一定程度上制约了电机轻量化的发展。

总的来说,无论是电机的轻量化,还是新能源汽车的轻量化,都需要新能源汽车产业链企业共同努力,做好技术创新和工艺优化,才有可能实现最终目标。

关键字:新能源汽车

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