日本车用电机技术和工艺发展趋势介绍
标准驱动电机是转子里内置永磁体的三相交流同步电机,使用钕铁硼(Na-Fe-B)磁铁。本文未提及的产品都是指采用这种形式的电机。
水冷:利用电机壳体的水套冷却定子外周。有的是使水在转子轴的中空部位循环。油冷:将内部润滑油直接喷射在转子和定子的绕组部位,工作电压通常构成下表所示的组别:
制造工艺的变化
转子和定子铁芯:电磁钢板通过铆接、焊接或粘合进行层压。为了防止在对钢板进行冲压时将毛刺和翘曲集中在一处,将具有一定数量的层压叠块在旋转方向上进一步错开地层叠。此时可以提供用于减小电磁转矩不均匀(齿槽效应)的偏斜角。一些材料/零件制造商提出用压粉铁芯取代电磁钢板,该压粉铁芯是混合磁性铁粉和树脂并加压成型、退火制成。绕组:现在的主流是使用绕线机将具有圆形横截面的漆包线绕在铁芯上。由于具有复杂形状的铁芯具有难以缠绕的部分,所以有很多情况是分割铁芯形状。另一方面,将正方形横截面(无间隙绕线,提高空间系数)和短发夹形线圈线大量插入定子,将突出的一边每两根进行焊接接合-涂覆,形成一系列绕组的结构, 2012年左右开始在丰田混合动力车中大量采用。今后的产品动向
高压化:将来,为了提高输出密度和减少损耗等,电压将升高至800V或更高,但是需要开发汽车规模的量产技术,例如自动化组装高压绝缘所需的相间绝缘纸等(用于铁路的是手工组装,适用1100v)。
分开铜线束的白纸是相间绝缘纸
永磁同步电机→感应电机:嵌入电磁体而不是永磁体的感应电机目前仅特斯拉、凯迪拉克、戴姆勒EQC等采用,但由于成本较低,将来可能会增加采用。磁铁材料: Nd-Fe-B磁铁使用的钕是资源有限的昂贵材料,市场上也出现了替换成成本只有几分之一的铁氧体的电机。但是磁力是1/3,磁体尺寸大,所以相比HEV,具有更大安装空间的BEV更容易搭载。磁铁添加材料: Nd-Fe-B磁铁即便在100℃左右的高温下磁力也会显著降低,因此通常添加镝来提高磁力。而且镨、镱等其他重稀土类元素也已经被证实具有相同效果。如下表所示,哪一种都是稀缺资源,因此也出现了不使用这些元素的例子(比如本田2016年~。磁体的烧结法转变为淬火→破碎→挤压成型的热加工法,通过减小Nd-Fe-B晶体来提高磁力。磁体由大同特殊钢制造,两家公司共同开发)。地球大陆壳体中的元素丰度
符号 | 含量 | 元素用途 |
Si | 28% | 土壤的主要元素 |
Fe | 6% | 铁氧体磁铁的成分 |
Nd | 28ppm | 钕磁铁的成分 |
Dy | 3rpm | 增加钕磁铁磁力的作用 |
Pr | 8ppm |
Tb | 1ppm |
Yb | 3ppm |
制造工艺:为了避免焊接/涂覆工序,有一些供应商提出通过绕线机自动缠绕方线，如果具有很大降低成本的效果,则可能会普及。
在日本, HEV/BEV的主要制造商是整车厂自主生产或者是集团公司(爱信、电装、日立汽车电动机系统)占主体。因此独立电机制造商在海外寻求商机。在欧美,日立具有为通用的混合动力车配套的业绩,三菱电机具有为戴姆勒配套48V电机的业绩。中国市场的订单也在增加。在中国,数量扩大的趋势剧增,海外主要供应商纷纷成立设计和制造基地, 2019~2020年量产的产品也非常多。这些产品被赋予标准化和集成化(电驱系统的形式较多),旨在基于其现有产品和产能,扩大在日本的销售。供应商有博世、博格华纳、德纳(电机使用英国Ashwoods、意大利SME、加拿大TM4)、大陆、马 勒、麦格纳、舍弗勒、法雷奥、采埃孚。在日本国内供应商中,通过进入中国市场瞄准大规模业务的是日本电产,已经获得本土业务合作,产品阵容涵盖峰值50~200kW级别的电驱系统,预计将取得快速发展。并且今后电驱系统开发设计公司BluE Nexus (电装/爱信精机对半合资,电机生产由爱信集团负责)、加特可、日立汽车电动机系统(本田与日立汽车合资)也将在各自得到丰田、日产、本田集团内需支持的同时,同样扩大业务。
| 不含其它公司制造的贴牌车型 |
| 丰田 | 日产 | 本田 | 马自达 | 三菱汽车 | 斯巴鲁 | 铃木 | 大发 | 日野 | 五十铃 | 三菱扶桑卡客车 |
丰田自主生产 | O |
|
|
|
| O |
|
|
|
|
|
日产自主生产 |
| O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
本田自主生产 |
|
| O |
|
|
|
|
|
|
|
|
三菱集团 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| O |
电装 | O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
爱信集团 | O |
|
| O |
|
|
|
| O |
|
|
加特可 |
| O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
日立汽车系统 |
|
|
|
|
|
|
|
|
| O |
|
日立汽车电动机系统 |
|
| O |
|
|
|
|
|
|
|
|
TOP |
|
|
|
|
| O |
|
|
|
|
|
东芝 |
| O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
明电舍 |
|
|
|
| O |
|
|
|
|
|
|
安川电机 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
泽腾电机 |
|
|
|
|
|
|
|
| O |
|
|
博格华纳 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| O |
本人也是通过资料的搜集整理，以及对知识的理解消化后，形成自己的阐述方式，将此篇文章奉献给大家，如本人在撰写的文章中，对某些知识有认识不足或有疏漏的地方，还请多多指正。
全文完~
