Análise do status quo e desafios técnicos dos componentes principais do motor de acionamento (estator e rotor)

Análise do status quo e desafios técnicos dos componentes principais do motor de acionamento (estator e rotor)

Desempenho do material de aço magnético do motor e situação atual e desafio do processo principal

O boro de ferro de neodímio é a terceira geração de materiais ímãs permanentes de terras raras. Devido à sua alta coercividade, produto de alta energia magnética e outras características, ele tem sido amplamente utilizado na conservação de energia, proteção ambiental e novos campos de energia. Com o advento de novos veículos energéticos e o desenvolvimento da eletrificação de veículos, o neodímio Iron Boron está desempenhando um papel cada vez mais importante.

No campo de novos motores de acionamento de veículos energéticos, devido aos seus rigorosos requisitos de ambiente operacional de alta temperatura, a maioria dos ímãs de boro de ferro de neodímio (NDFEB) requer pesados elementos de terras raras e difusão de limites de grãos para melhorar sua resistência à desmagnetização de alta temperatura. Dependendo de diferentes especificações do projeto do motor de acionamento, os ímãs NDFEB geralmente precisam de parâmetros de desempenho que variam do produto de energia magnética (MEP) de valores de 42-54 MGOE a coercividade (HC) entre os níveis de UH e EH. Dentro desse intervalo de desempenho, os ímãs TB-Diffused ainda dominam o mercado.

No entanto, com o progresso e o desenvolvimento da tecnologia NDFEB e da tecnologia motora, enquanto o desempenho dos ímãs está melhorando constantemente, os requisitos para ímãs nos motores são gradualmente reduzidos e a proporção de ímãs difusos em motores de condução também está aumentando ano a ano.

Atualmente, os ímãs de difusão de DY podem atender aos requisitos de desempenho dos ímãs de motor de acionamento que variam de 44uh a 52Sh. Obviamente, existem também alguns pequenos motores de acionamento de potência com requisitos relativamente baixos para o desempenho do ímã, como o 42SH, que podem usar ímãs de terras raras pesadas ou ímãs de boro de ferro de neodímio de cério neodímio.

Com o rápido desenvolvimento de motores de alta potência e alta velocidade, o efeito de aquecimento da corrente de Foucault nos ímãs tornou-se cada vez mais proeminente, tornando os ímãs de baixo EDM um foco importante da pesquisa. Enquanto os designers geralmente usam conjunto de ímã segmentado com ligação adesiva, essa abordagem sofre de processos de fabricação complexos e eficiência de material reduzida. Nos últimos anos, as técnicas de processamento não de ponta emergiram como uma solução promissora para reduzir ainda mais o aquecimento de corrente de Foucault em ímãs, que atraiu atenção significativa na indústria.

O Boron de ferro de neodímio (NDFEB) está em pesquisa há mais de quatro décadas desde a sua invenção, mas os estudos sobre ímãs de NDFE de altura de alto desempenho atingiram um gargalo. O produto máximo de energia dos ímãs de NDFEB sinterizados atuais está se aproximando dos limites teóricos, tornando cada vez mais desafiadores. Embora permaneça espaço significativo para a melhoria no aprimoramento teórico da coercividade do NDFEB, alcançar avanços substanciais continua a ser excepcionalmente difícil.

A estrutura de custos dos ímãs de Ferro de Néodímio Sinterados (NDFEB) atualmente enfrenta desafios significativos. Com o rápido crescimento de novos veículos de energia nos últimos anos, aumentou a demanda do mercado por ímãs de NDFE de alto desempenho, levando a aumentos substanciais no consumo de matérias-primas-principalmente elementos de terras raras como PR, ND, DY e TB. Isso causou flutuações dramáticas de preços e inflação sustentada nos preços da Terra Rara. O desequilíbrio da demanda por suprimentos desses recursos exacerbou ainda mais a volatilidade dos preços nos produtos NDFEB. À medida que os requisitos de controle de custos se tornam cada vez mais rigorosos, a pressão para gerenciar as despesas continua a se intensificar.

Situação atual e desafio do material de arame esmaltado a motor

Tendências de status e desenvolvimento atuais: Os motores de acionamento automotivo passaram por uma transição de projetos de motor de fio redonda para flagrante, enquanto atualmente experimenta uma rápida evolução tecnológica, desde motores de fio plano de tensão médio-baixa até motores de ara plana de alta velocidade e alta velocidade. Os condutores utilizados nos motores de acionamento também evoluíram de fios redondos para fios planos, transitando a partir de fio de esmalte isolado convencional de baixa tensão para condutores de alta tensão, resistente a óleo, resistente a óleo e com baixa perda AC.

Alta pressão e resfriamento de óleo levam a atualizações do sistema de isolamento.

O desenvolvimento de alta tensão tornou-se uma tendência fundamental em motores automotivos, onde sistemas avançados oferecem vantagens significativas para alta eficiência e carregamento rápido. À medida que os motores de acionamento evoluem em direção a 800V e plataformas de tensão mais alta, todo o sistema de isolamento enrolado está passando do sistema de quebra não potencial do tipo I original (NBD) para sistemas de isolamento tipo II.

Ao contrário dos motores tradicionais de arame simples de alta tensão, os motores de acionamento automotivo não podem implementar o isolamento secundário e a proteção de corona para enrolamentos inteiros. Isso requer maior resistência à corona no isolamento do fio eletromagnético. Projetos especializados, como fios de esmalte PI com baixo dielétrico, fios cobertos de espiada e fios revestidos com esmalte sinterizados, melhoraram significativamente o valor do PDIV dos fios eletromagnéticos, desempenhando um papel crucial na prevenção do início da coroa. Nos últimos anos, o departamento principal intensificou os esforços de P&D em tecnologia e equipamento de arame de esmalte, desenvolvendo uma série de arame plana PI/PAI pigmentada e ultra-corona. Esses produtos atingem uma vida útil máxima de resistência à coroa superior a 600 horas, demonstrando melhorias em mais de dez vezes em comparação com os fios redondos convencionais de esmalte anti-coroa.

A tecnologia de resfriamento de óleo alcançou benefícios duplos: aumenta significativamente a dissipação de calor do enrolamento, reduz o aumento da temperatura do sistema e estende a vida útil do serviço do motor. No entanto, também apresenta desafios substanciais em relação à compatibilidade de isolamento com as formulações de petróleo. Embora o fio esmaltado resistente à água-água tenha sido desenvolvido com sucesso e entrou na produção em massa, metodologias de testes inconsistentes e padrões de avaliação para a compatibilidade de petróleo persistem em toda a indústria. Equilibrar a eficiência dos custos com as especificações técnicas continua sendo um desafio crítico que devemos enfrentar.

A operação de alta velocidade representa outro avanço tecnológico crucial nos motores de acionamento. À medida que as velocidades de rotação continuam aumentando, a frequência dos sistemas eletrônicos de controle de PWM continua aumentando, enquanto as perdas de CA causadas pelo efeito da pele e os efeitos da proximidade nos enrolamentos se tornam cada vez mais pronunciados. Atualmente, apenas um punhado de líderes da indústria está desenvolvendo componentes especializados, como condutores ranhurados não sinusoidais, fios LITZ, condutores escalonados e condutores compostos. Essas configurações avançadas de condutores estão prontos para se tornarem soluções eficazes para abordar perdas de CA em motores de alta velocidade.

Situação atual e desafio do material de isolamento secundário para o motor

Status atual e tendências de desenvolvimento: Como a Xiaopeng Motors foi pioneira no desenvolvimento de um sistema de acionamento elétrico refrigerado por óleo de 800V em 2021, melhorias significativas foram feitas em condições de resfriamento motor. Enquanto isso, o sistema de avaliação para sistemas de isolamento de alta tensão baseado em SiC tem sido progressivamente refinado. Medidas de potencial de dissipação de calor para motores mudaram da periferia do rotor do estator para a estrutura interna do estator. O próximo foco na indústria automobilística aumentará os recursos de confiabilidade e gerenciamento térmico dos sistemas de isolamento. No entanto, os materiais atuais de isolamento motor geralmente exibem condutividade térmica entre 0,2 ~ 0,3W/Mk, o que fica muito aquém de atender às demandas das tendências de desenvolvimento de densidade de energia na indústria.

A indústria enfrenta duplos desafios: enquanto exige desempenho superior de isolamento de sistemas motores, os materiais de isolamento continuam sendo o principal gargalo na dissipação de calor, impulsionando a busca do setor pela maior condutividade térmica. No entanto, o isolamento e a dissipação de calor conflitam inerentemente como parâmetros opostos em um único material. Além disso, ao usar materiais isolantes, as dimensões críticas da espessura do isolamento e do isolamento do condutor determinam diretamente a confiabilidade. Essas dimensões afetam criticamente as taxas de utilização de caça -níqueis, limitando assim as melhorias de desempenho. A indústria antecipa particularmente os avanços em materiais de isolamento composto com condutividade térmica superior e suas tecnologias de aplicação, incluindo filmes isolantes, vernizes impregnadas, revestimentos de arame esmaltados e processos e equipamentos relacionados.

Nova estrutura e novo planejamento de rota de processo e objetivos do motor (estator e rotor)

Estator de arame plano e tecnologia de fabricação: a adoção do design de arame plana nos enrolamentos do motor tornou -se um padrão crucial da indústria. No entanto, para competir de maneira eficaz, os motores de arame plano devem aumentar a flexibilidade e reduzir as perdas de CA. Os projetos convencionais de arame plana carecem de flexibilidade suficiente, enquanto a tecnologia de enrolamento de formação contínua simplifica os processos de formação e soldagem ao mesmo tempo em que elimina etapas críticas, como prensagem de fios, queima e torção, permitindo uma melhor produção flexível. Para enfrentar o desafio atual da difícil formação de fios sob processos de formação contínua existentes, o setor antecipa o desenvolvimento de novos sistemas de enrolamento de formação contínua estruturados por núcleo com equipamentos otimizados até 2026. Isso resolverá questões de dimensões de slot de grandes dimensões e baixas taxas de preenchimento de slot, abordando fundamentalmente os pontos de dor dos custos de investimento e a flexibilidade limitada na produção de motor plana. Além disso, para combater as perdas de enrolamento e o aumento da temperatura em velocidades de operação superiores a 30.000 rpm, espera-se que os avanços em especificações de slot especializadas e as aplicações de arame guiadas com material com tecnologias de fabricação correspondentes sejam alcançadas entre 2026 e 2028.

Estrutura e processo do rotor

Em face da tendência do mercado de alta velocidade e baixo custo, o rotor do motor precisa resolver uma forma de estrutura mais confiável de resistência ao estresse centrífuga e espera melhorar as características de distribuição da área de alta eficiência do motor através do design do rotor.

Portanto, por um lado, a indústria precisa resolver desafios de fabricação de baixo custo para enrolamento de fibra de carbono ou estruturas reforçadas similares dentro de dois anos. As previsões da indústria indicam que o equipamento de enrolamento de fibra de carbono do fio-fio do rotor será desenvolvido até 2026, com a produção em massa de componentes de luva de fibra de carbono ultrafinos e processos de montagem maduros que se espera que sejam atingidos por 2028. O avanço aumentará a eficiência motora em mais de 2 pontos percentuais em altas velocidades de rotação.

A principal rota do processo de material e a meta de desenvolvimento e o plano do motor

Nova rota de processo de núcleo laminado, nova meta de desenvolvimento e plano de desenvolvimento de materiais de punção de motor

· Desenvolvimento e aplicação de 600MPa e maior resistência e alta usinabilidade aço de silício não orientado.

· Espessura 0,25mm 1150.1100 e graus mais altos de alta eficiência energética de desenvolvimento de aço de silício não orientado e desbaste.

· Desenvolvimento e aplicação estável de baixa perda de ferro e alto aço de silício orientado a indução magnética sem camada inferior ou revestimento composto.

· Alta estabilidade, especificação fina rápida e auto-adesiva, sem orientação e fino, desenvolvimento de produtos orientados para o produto, ferro auto-adesivo rápido

· A alta eficiência do núcleo e o processo estável da tecnologia de processo de produção.

· Redesenhar e aplicar a estrutura do estator para materiais magnéticos moles com múltiplas variedades.

Os objetivos e planos de pesquisa e desenvolvimento de novos materiais de aço magnético

O progresso tecnológico dos materiais NDFEB é principalmente para melhorar o desempenho dos ímãs e reduzir o custo dos ímãs, de modo a obter ímãs NDFEB de baixo custo e alto desempenho.

Por um lado, ajustando a composição e otimizando a microestrutura para aprimorar as propriedades magnéticas dos ímãs de boro de ferro de neodímio (NDFEB), ou através da otimização do projeto de forma macroscópica para reduzir as perdas de corrente de Foucault e melhorar o desempenho do produto, podemos diminuir a coercividade necessária dos ímãs nos motores. Essa abordagem também reduz o consumo pesado de terras raras (HRE), particularmente do elemento HRE pesado, alcançando o objetivo de desenvolvimento de ímãs baixos ou mesmo zero hre.

Nos últimos anos, várias instituições de pesquisa têm reduzido o uso de pesados TEA e TB de terras raras no substrato, estudando o fortalecimento do limite de cristal e as tecnologias de reconstrução de limites de cristal; e desenvolvendo gradualmente uma nova geração de terras raras baixas, sem terras raras pesadas ou materiais de difusão composta por terras não raras para reduzir o uso de dy e TB de terras raras pesadas no processo de difusão e reduzir o custo dos ímãs.

Por outro lado, ao desenvolver a tecnologia de aplicação de alta abundância e terras raras baratas, LA e Y no NDFEB, o uso dos principais elementos de terras raras PR e ND pode ser reduzido, o custo pode ser reduzido, a demanda diversificada por materiais de imã permanentes pode ser reduzida e a demanda e a demanda de recursos de terra pode ser reduzida e a demanda e a diferença de terra pode ser reduzida.

Nos próximos dois anos, a tecnologia NDFEB se desenvolverá principalmente nos seguintes aspectos:

· Melhorar e controlar o processo de produção de boro de ferro de neodímio para melhorar a consistência do produto.

· Reduza o uso de terras raras pesadas. O plano inclui melhorar o desempenho de ímãs de não proliferação de terras raras baixas ou não; Melhorando o desempenho dos ímãs de difusão de DY para substituir alguns ímãs de difusão de TB.

· Melhorar o desempenho de ímãs de NDFEB de terras raras de alta abundância, reduzir o custo das matérias -primas e perceber a utilização racional dos recursos de terras raras.

· Nos próximos cinco anos, o desenvolvimento da tecnologia de Boron de Ferro de Neodímio (NDFEB) se concentrará em duas áreas principais. Primeiro, ao manter a estabilidade do desempenho, serão feitos esforços para reduzir o uso de DY e TB em processos de difusão. Segundo, o projeto de material magnético priorizará ímãs de baixa indutância por meio de configurações estruturais inovadoras que aumentam a resistência à desmagnetização durante os ciclos operacionais.

3. Objetivos de pesquisa e desenvolvimento e planos para novos fios esmaltados

O papel do fio enrolado no aumento do desempenho e da otimização de custos dos motores de acionamento automotivo está se tornando cada vez mais proeminente. O desenvolvimento de produtos de arame eletromagnético continuará a se concentrar em quatro requisitos principais: alta tensão, alta velocidade, alta eficiência e baixo custo para motores automotivos. Os esforços de pesquisa abordarão esses desafios por meio de três abordagens primárias: otimizando estruturas/materiais de isolamento, melhorando os materiais do condutor e refinando projetos de estrutura de condutores.

Nos próximos dois anos, a tecnologia de fio eletromagnético se desenvolverá principalmente nos seguintes aspectos:

· A plataforma 800V é o ponto de partida dos motores de acionamento de alta tensão, mas seu ponto de extremidade permanece desconhecido. Através de pesquisas sobre materiais isolantes de baixa resistência dielétrica e tecnologia de processamento de arame eletromagnético, melhorando continuamente o nível de PDIV de fios eletromagnéticos e até os conjuntos de estator continuará sendo um tópico importante na pesquisa futura de isolamento de arame eletromagnético.

· Além de melhorar o PDIV para reduzir o tempo de descarga parcial do motor em todas as condições de trabalho, pesquisa contínua e desenvolvimento de um fio esmaltado esmaltado resistente à coroa altamente flexível e ultra-longo e melhoria da vida do envelhecimento elétrico do estator também são importantes direções de pesquisa da tecnologia de isolamento de fio eletromagnético.

· Com a melhoria contínua da velocidade do motor de acionamento, a perda de CA sob alta frequência e alta velocidade é cada vez mais significativa. O desenvolvimento de produtos como fio de liz, fio combinado, fios pequenos e seu processo de fabricação pode ajudar a reduzir a perda de motores de alta velocidade.

Direção de pesquisa e desenvolvimento do fio eletromagnético nos próximos 5 anos:

· Materiais de alta condutividade (como cobre de grafeno) entraram na visão dos engenheiros automotivos, mas devido ao complexo processo de fabricação e alto custo, eles ainda estão no estágio de um pequeno número de protótipos. Espera-se que, por 5 a 10 anos de pesquisa, desenvolvimento e melhoria, seja feito um grande progresso em custo e estabilidade técnica.

· Pesquisa, desenvolvimento e aplicação de materiais leves e de baixo custo: os materiais condutores de alumínio vestidos de alumínio e cobre têm vantagens óbvias em termos de leve, sob a premissa da mesma capacidade de carga atual; Enquanto isso, com a tendência crescente contínua do preço do cobre, será possível substituir o fio de cobre por alumínio e alumínio revestido de cobre na aplicação dos enrolamentos do motor de acionamento.