Analyse du statu quo et des défis techniques des composants principaux du moteur d'entraînement (stator et rotor)

Analyse du statu quo et des défis techniques des composants principaux du moteur d'entraînement (stator et rotor)

Performances du moteur Magnétique en acier et de la situation actuelle et défi du processus de base

Le bore de fer néodyme est la troisième génération de matériaux aimants permanents en terres rares. En raison de sa forte coercivité, de son produit énergétique magnétique élevé et d'autres caractéristiques, il a été largement utilisé dans la conservation de l'énergie, la protection de l'environnement et les nouveaux domaines énergétiques. Avec l'avènement de nouveaux véhicules énergétiques et le développement de l'électrification des véhicules, le boron de fer néodyme joue un rôle de plus en plus important.

Dans le domaine des nouveaux moteurs de transmission des véhicules énergétiques, en raison de leurs exigences strictes d'environnement de fonctionnement à haute température, la plupart des aimants en fer bore de fer (NDFEB) néodymium nécessitent des éléments de terres rares et des grains de diffusion de frontières pour améliorer leur résistance à la démagnétisation à haute température. Selon différentes spécifications de conception du moteur d'entraînement, les aimants NDFEB ont généralement besoin de paramètres de performance allant du produit d'énergie magnétique (MEP) de 42-54 MGOE aux valeurs de coercivité (HC) entre les niveaux UH et EH. Dans cette gamme de performances, les aimants diffusés à TB dominent toujours le marché.

Cependant, avec les progrès et le développement de la technologie NDFEB et de la technologie moteur, tandis que les performances des aimants s'améliorent constamment, les exigences des aimants dans les moteurs sont progressivement réduites et la proportion d'aimants diffusés par DY dans les moteurs de conduite augmente également d'année en année.

À l'heure actuelle, les aimants de diffusion DY peuvent répondre aux exigences de performance des aimants du moteur d'entraînement allant de 44uh à 52sh. Bien sûr, il existe également quelques petits moteurs d'entraînement avec des exigences relativement faibles pour les performances de l'aimant, telles que 42sh, qui peuvent utiliser des aimants de terres rares lourdes ou des aimants de boron en fer néodyme de cerium.

Avec le développement rapide de moteurs à grande vitesse et à grande vitesse, l'effet de chauffage du courant de Foucault dans les aimants est devenu de plus en plus important, faisant des aimants à faible EDM un objectif de recherche clé. Alors que les concepteurs utilisent généralement un assemblage aimant segmenté avec une liaison adhésive, cette approche souffre de processus de fabrication complexes et d'efficacité des matériaux réduite. Ces dernières années, des techniques de traitement de non-parcours de pointe sont devenues une solution prometteuse pour réduire davantage le chauffage du courant de Foucault dans les aimants, ce qui a attiré une attention significative dans l'industrie.

Le boron de fer néodyme (NDFEB) est en cours de recherche depuis plus de quatre décennies depuis son invention, mais des études sur les aimants NDFEB ultra-hauts-performances ont atteint un goulot d'étranglement. Le produit énergétique maximal des aimants NDFEB frittés actuels approche des limites théoriques, ce qui rend davantage les percées de plus en plus difficiles. Bien qu'il reste une place importante à l'amélioration de l'amélioration théorique de la coercivité du NDFEB, la réalisation des progrès substantiels continue de s'avérer exceptionnellement difficile.

La structure des coûts des aimants de bore de fer néodyme fritté (NDFEB) fait actuellement face à des défis importants. Avec la croissance rapide de nouveaux véhicules énergétiques au cours des dernières années, la demande du marché pour les aimants NDFEB haute performance a augmenté, entraînant une augmentation substantielle de la consommation de matières premières - des éléments de terres rares en particulier comme PR, ND, DY et TB. Cela a provoqué des fluctuations spectaculaires des prix et une inflation soutenue des prix des terres rares. Le déséquilibre de l'offre de ces ressources a encore exacerbé la volatilité des prix dans les produits NDFEB. À mesure que les exigences de contrôle des coûts deviennent de plus en plus strictes, la pression pour gérer les dépenses continue de s'intensifier.

Situation actuelle et défi du matériel métallique émaillé moteur

État actuel et tendances de développement: les moteurs de conduite automobile ont subi une transition des conceptions de moteurs à fil rond aux moteurs à fil plat, tout en connaissant actuellement une évolution technologique rapide des moteurs à fil plat à tension moyenne à haute tension aux moteurs à fil plat refroidi par huile à haute vitesse. Les conducteurs utilisés dans les moteurs d'entraînement sont également passés de fils ronds aux fils plats, passant du fil d'émail isolé conventionnel à basse tension au conducteur composite spécialisé à haute tension, résistant aux corona, résistant à l'eau pétrolière et à faible perte de courant alternatif.

La haute pression et le refroidissement à l'huile entraînent des mises à niveau du système d'isolation.

Le développement à haute tension est devenu une tendance centrale dans les moteurs automobiles, où les systèmes avancés offrent des avantages importants pour une haute efficacité et une charge rapide. Au fur et à mesure que les moteurs d'entraînement évoluent vers 800 V et des plates-formes de tension plus élevées, l'ensemble du système d'isolation d'enroulement passe du système de panne non potentiel de type I d'origine (NBD) aux systèmes d'isolation de type II.

Contrairement aux moteurs à fil plat traditionnel à haute tension, les moteurs d'entraînement automobile ne peuvent pas implémenter l'isolation secondaire et la protection de la corona pour les enroulements entiers. Cela nécessite une résistance accrue de la corona dans l'isolation des fils électromagnétiques. Des conceptions spécialisées comme les fils en émail PI à faible dielectrique, les fils entièrement entièrement entièrement en dysfonction émail ont amélioré la valeur PDIV des fils électromagnétiques, jouant un rôle crucial dans la prévention de l'initiation de la corona. Ces dernières années, le chef de file a intensifié les efforts de R&D dans la technologie et l'équipement des fils d'émail, développant une série plate ultra-épaisse et ultra-longa-corona. Ces produits obtiennent une durée de vie maximale de résistance à la corona dépassant 600 heures, démontrant une amélioration de plus de dix fois par rapport aux fils ronds enduits d'émail anti-corona conventionnels.

La technologie de refroidissement de l'huile a obtenu deux avantages: il améliore considérablement la dissipation de la chaleur de boilin, réduit l'élévation de la température du système et prolonge la durée de vie motrice. Cependant, il pose également des défis substantiels concernant la compatibilité de l'isolation avec les formulations d'huile. Bien que le fil émail résistant à l'eau d'huile ait été développé avec succès et entré en production de masse, des méthodologies de test incohérentes et des normes d'évaluation pour la compatibilité des pétrole persistent dans l'industrie. Équilibrer la rentabilité avec les spécifications techniques reste un défi essentiel que nous devons relever.

L'opération à grande vitesse représente une autre progression technologique pivot dans les moteurs d'entraînement. Alors que les vitesses de rotation continuent d'augmenter, la fréquence des systèmes de contrôle électronique PWM continue de monter, tandis que les pertes de CA causées par l'effet cutané et les effets de proximité dans les enroulements deviennent de plus en plus prononcés. Actuellement, seule une poignée de leaders de l'industrie développent des composants spécialisés tels que des conducteurs rainurés non sinusoïdaux, des fils Litz, des conducteurs échelonnés et des conducteurs échelonnés composites. Ces configurations de conducteur avancées sont sur le point de devenir des solutions efficaces pour lutter contre les pertes de CA dans les moteurs à grande vitesse.

Situation actuelle et défi du matériel d'isolation secondaire pour le moteur

État actuel et tendances de développement: Étant donné que les moteurs de Xiaopeng ont été les pionniers du développement d'un système d'entraînement électrique refroidi par l'huile de 800 V en 2021, des améliorations significatives ont été apportées dans les conditions de refroidissement du moteur. Pendant ce temps, le système d'évaluation des systèmes d'isolation à haute tension à base de SIC a été progressivement affiné. Les mesures de potentiel de dissipation de chaleur pour les moteurs sont passées de la périphérie du rotor du stator vers la structure du stator interne. Le prochain objectif dans l'industrie automobile sera d'améliorer les capacités de fiabilité et de gestion thermique des systèmes d'isolation. Cependant, les matériaux d'isolation moteur actuels présentent généralement une conductivité thermique entre 0,2 à 0,3 W / Mk, ce qui ne relève pas de répondre aux demandes des tendances de développement de la densité de puissance dans l'industrie.

L'industrie est confrontée à deux défis: tout en exigeant des performances d'isolation supérieures à partir de systèmes moteurs, les matériaux d'isolation restent le principal goulot d'étranglement de la dissipation thermique, ce qui entraîne la poursuite du secteur d'une conductivité thermique accrue. Cependant, l'isolation et la dissipation de la chaleur sont intrinsèquement confrontées à des paramètres opposés dans tout matériau unique. De plus, lorsque vous utilisez des matériaux isolants, les dimensions critiques de l'épaisseur de l'isolation et de l'isolement du conducteur déterminent directement la fiabilité. Ces dimensions affectent de manière critique les taux d'utilisation des machines à sous moteur, limitant ainsi les améliorations des performances. L'industrie prévoit particulièrement les percées dans les matériaux d'isolation composite avec une conductivité thermique supérieure et leurs technologies d'application, y compris les films isolants, les vernis imprégnés, les revêtements de fil émaillé et les processus et équipements de fabrication connexes.

Nouvelle structure et nouvelle planification de l'itinéraire et objectifs du moteur (stator et rotor)

Stator plat et technologie de fabrication: l'adoption de la conception de fil plat dans les enroulements moteurs est devenu une norme cruciale de l'industrie. Cependant, pour rivaliser efficacement, les moteurs à fil plat doivent améliorer la flexibilité et réduire les pertes de CA. Les conceptions de fil plat conventionnelles manquent de flexibilité suffisante, tandis que la technologie de l'enroulement de formation continue simplifie les processus de formation de fils et de soudage tout en éliminant les étapes critiques telles que la pression du fil, l'évasement et la torsion, permettant une meilleure production flexible. Pour relever le défi actuel de la formation de câbles difficiles dans le cadre de processus de formation continue existants, l'industrie prévoit de développer de nouveaux systèmes d'enroulement de formation continue structurés au cœur avec un équipement optimisé d'ici 2026. De plus, pour lutter contre les pertes d'enroulement et l'élévation de la température à des vitesses de fonctionnement supérieures à 30 000 tr / min, les percées dans les spécifications spécialisées de l'emplacement et les applications métalliques guidées avec les technologies de fabrication correspondantes devraient être obtenues entre 2026 et 2028.

Structure et processus du rotor

Face à la tendance du marché à grande vitesse et à faible coût, le rotor moteur doit résoudre une forme de structure plus fiable de la résistance aux contraintes centrifuges et espère améliorer les caractéristiques de distribution de la zone à haute efficacité du moteur grâce à la conception du rotor.

Par conséquent, d'une part, l'industrie doit résoudre les défis de fabrication à faible coût pour l'enroulement des fibres de carbone ou des structures renforcées similaires dans les deux ans. Les prévisions de l'industrie indiquent que l'équipement d'enroulement en fibre de carbone filaire en fil de rotor sera développé d'ici 2026, la production de masse de composants à manches en fibre de carbone ultra-minces et les processus d'assemblage mature devrait être obtenu d'ici 2028. En revanche, la technologie des rotors d'excitation hybride sans balais (y compris les matériaux de matériaux de maîtrise de la matériaux de la matériaux de la magistrature appropriés est projetée entre 2025 et 2030. Cette progression améliorera l'efficacité du moteur de plus de 2 points de pourcentage à des vitesses de rotation élevées.

L'itinéraire du processus matériel principal et l'objectif de développement et le plan du moteur

Nouvelle voie de processus de base laminé, nouveau but et plan de développement de matériaux de punch à moteur

· Développement et application de 600 MPA et une résistance plus élevée et une grande machinabilité en acier de silicium non orienté.

· Épaisseur 0,25 mm 1150,1100 et des grades plus élevés de développement et d'amincissement en acier en silicium à haute efficacité énergétique.

· Développement et application stable d'une faible perte de fer et d'un acier de silicium à induction magnétique élevée sans couche inférieure ou revêtement composite.

· Stabilité élevée, spécification mince auto-adhésive rapide non orientée vers le développement de produits orientés vers les spécifications, fer d'auto-adhésif rapide

· Percée de la technologie des processus de production à haute efficacité et stable.

· Renseignement et application de la structure du stator pour les matériaux magnétiques mous avec plusieurs variétés.

Les objectifs et les plans de la recherche et du développement des nouveaux matériaux en acier magnétique

Les progrès technologiques des matériaux NDFEB visent principalement à améliorer les performances des aimants et à réduire le coût des aimants, afin d'obtenir des aimants NDFEB à faible coût et à haute performance.

D'une part, en ajustant la composition et en optimisant la microstructure pour améliorer les propriétés magnétiques des aimants de bore de fer néodymique (NDFEB), ou par l'optimisation de la conception de la forme macroscopique pour réduire les pertes de courant de Foucault et améliorer les performances du produit, nous pouvons réduire la coercivité requise des aimants dans les moteurs. Cette approche réduit également une forte consommation de terres rares (HRE), en particulier de la TB lourde de l'élément HRE, atteignant finalement l'objectif de développement des aimants HRE bas ou même zéro.

Ces dernières années, diverses institutions de recherche ont réduit l'utilisation de Dy et de la tuberculose de terres rares lourdes dans le substrat en étudiant le renforcement des limites des cristaux et les technologies de reconstruction des limites cristallines; et développant progressivement une nouvelle génération de terres rares fortes faibles, pas de terres rares et de matériaux de diffusion composites de terre non-rare pour réduire l'utilisation de Dy et de tuberculose de terres rares lourdes dans le processus de diffusion et réduire le coût des aimants.

D'un autre côté, en développant la technologie d'application de grande abondance et de terres rares bon marché, LA et Y dans NDFEB, l'utilisation d'éléments clés de terres rares PR et ND peut être réduit, le coût peut être réduit, la demande diversifiée de matériaux d'aimants permanentes dans le marché moyen et bas de gamme peut être satisfait, la différence de terre et la demande de ressources rares peuvent être réduites, et l'équilibre de l'approvisionnement et de la demande de ressources en terres rares peut être réalisée.

Au cours des deux prochaines années, la technologie NDFEB se développera principalement dans les aspects suivants:

· Améliorer et contrôler le processus de production de bore en fer néodyme pour améliorer la cohérence des produits.

· Réduisez l'utilisation de terres rares lourdes. Le plan comprend l'amélioration des performances des aimants de non-prolifération rares à faible ou non lourds; Amélioration des performances des aimants de diffusion DY pour remplacer certains aimants de diffusion TB.

· Améliorer les performances des aimants NDFEB à grande abondance en termes de terres rares, réduire le coût des matières premières et réaliser l'utilisation rationnelle des ressources de terres rares.

· Au cours des cinq prochaines années, le développement de la technologie du boron de fer néodyme (NDFEB) se concentrera sur deux domaines clés. Premièrement, tout en maintenant la stabilité des performances, des efforts seront faits pour réduire l'utilisation de DY et TB dans les processus de diffusion. Deuxièmement, la conception du matériau magnétique hiérarchirera les aimants à faible inductance grâce à des configurations structurelles innovantes qui améliorent la résistance à la démagnétisation pendant les cycles opérationnels.

3. Objectifs et plans de recherche et de développement pour de nouveaux fils émaillés

Le rôle de l'enroulement du fil dans l'amélioration des performances et l'optimisation des coûts des moteurs de conduite automobile devient de plus en plus importante. Le développement de produits métalliques électromagnétiques continuera de se concentrer sur quatre exigences clés: haute tension, grande vitesse, grande efficacité et faible coût pour les moteurs automobiles. Les efforts de recherche relèveront ces défis à travers trois approches primaires: optimiser les structures / matériaux d'isolation, l'amélioration des matériaux du conducteur et affiner les conceptions de la structure des conducteurs.

Au cours des deux prochaines années, la technologie des fils électromagnétiques se développera principalement dans les aspects suivants:

· La plate-forme 800V est le point de départ des moteurs d'entraînement haute tension, mais son point de terminaison reste inconnu. Grâce à des recherches sur les matériaux isolants diélectriques à faible résistance et la technologie de traitement des fils électromagnétiques, l'amélioration continue du niveau PDIV des fils électromagnétiques et même des assemblages de stator resteront un sujet important dans les futures recherches sur l'isolation par fil électromagnétique.

· En plus d'améliorer la PDIV pour réduire le temps de décharge partielle du moteur dans toutes les conditions de travail, la recherche continue et le développement de fil émaillé très flexible et ultra-long résistant aux corona et l'amélioration de la vie de vieillissement électrique de l'enroulement du stator sont également des directions de recherche importantes de la technologie d'isolation des fils électromagnétiques.

· Avec l'amélioration continue de la vitesse du moteur d'entraînement, la perte de courant alternatif sous une fréquence élevée et une vitesse élevée est de plus en plus importante. Le développement de produits tels que le fil Liz, le fil combiné, le petit fil plat et leur processus de fabrication peuvent aider à réduire la perte de CA de moteurs à grande vitesse.

Direction de la recherche et du développement du fil électromagnétique au cours des 5 prochaines années:

· Les matériaux à haute conductivité (comme le graphène cuivre) sont entrés dans la vision des ingénieurs automobiles, mais en raison du processus de fabrication complexe et du coût élevé, ils sont toujours au stade d'un petit nombre de prototypes. On s'attend à ce que pendant 5 à 10 ans de recherche et de développement et d'amélioration, de grands progrès seront réalisés à la fois en coût et en stabilité technique.

· Recherche, développement et application de matériaux de conducteur légers et à faible coût: les matériaux de conducteur en aluminium en aluminium et en aluminium recouvert de cuivre présentent des avantages évidents en termes de poids léger sous la prémisse de la même capacité de charge actuelle; Pendant ce temps, avec la tendance à la hausse continue du prix du cuivre, il sera possible de remplacer le fil de cuivre par de l'aluminium et de l'aluminium recouvert de cuivre dans l'application des enroulements du moteur d'entraînement.