Análisis del status quo y los desafíos técnicos de los componentes centrales del motor de transmisión (estator y rotor)

Análisis del status quo y los desafíos técnicos de los componentes centrales del motor de transmisión (estator y rotor)

Rendimiento del material de acero magnético motor y la situación actual y el desafío del proceso de núcleo

Neodymium Iron Boron es la tercera generación de materiales de imán permanentes de tierras raras. Debido a su alta coercitividad, producto de alta energía magnética y otras características, se ha utilizado ampliamente en conservación de energía, protección del medio ambiente y nuevos campos de energía. Con el advenimiento de los nuevos vehículos de energía y el desarrollo de la electrificación del vehículo, Neodymium Iron Boron está desempeñando un papel cada vez más importante.

En el campo de los nuevos motores de manejo de vehículos de energía, debido a sus estrictos requisitos de entorno operativo de alta temperatura, la mayoría de los imanes de boro de hierro neodimio (NDFEB) requieren elementos de tierras raras y difusión de límites de grano para mejorar su resistencia a la desmagnetización de alta temperatura. Dependiendo de las diferentes especificaciones de diseño del motor de accionamiento, los imanes NDFEB generalmente necesitan parámetros de rendimiento que van desde el producto de energía magnética (MEP) de 42-54 MGOE hasta valores de coercitividad (HC) entre los niveles de UH y EH. Dentro de este rango de rendimiento, los imanes con TB aún dominan el mercado.

Sin embargo, con el progreso y el desarrollo de la tecnología NDFEB y la tecnología motora, mientras que el rendimiento de los imanes está mejorando constantemente, los requisitos para los imanes en los motores se reducen gradualmente, y la proporción de imanes difundidos DY en los motores de conducción también está aumentando año tras año.

En la actualidad, los imanes de difusión DY pueden cumplir con los requisitos de rendimiento de los imanes de motor de accionamiento que van desde 44UH a 52SH. Por supuesto, también hay algunos pequeños motores de accionamiento de potencia con requisitos relativamente bajos para el rendimiento del imán, como 42SH, que pueden usar imanes de tierras raras pesadas o imanes de boro de hierro de cerio neodimio.

Con el rápido desarrollo de motores de alta potencia y alta velocidad, el efecto de calentamiento de la corriente de remolino en los imanes se ha vuelto cada vez más prominente, lo que hace que los imanes de bajo edificio sean un enfoque clave de investigación. Mientras que los diseñadores generalmente usan ensamblaje de imán segmentado con unión adhesiva, este enfoque sufre de procesos de fabricación complejos y una eficiencia de material reducida. En los últimos años, las técnicas de procesamiento de vanguardia de vanguardia han surgido como una solución prometedora para reducir aún más la calificación de la corriente de Foucault en imanes, lo que ha atraído una atención significativa en la industria.

Neodymium Iron Boron (NDFEB) ha estado en investigación durante más de cuatro décadas desde su invención, sin embargo, los estudios sobre imanes NDFEB sinterizados de ultra alta rendimiento han alcanzado un cuello de botella. El producto energético máximo de los imanes NDFEB sinterizados actuales se acerca a los límites teóricos, lo que hace que los avances adicionales sean cada vez más desafiantes. Si bien sigue habiendo un margen significativo para la mejora en la mejora teórica de la coercitividad de NDFEB, lograr avances sustanciales continúa siendo excepcionalmente difícil.

La estructura de costos de los imanes de Boron de hierro Neodimio sinterizado (NDFEB) actualmente enfrenta desafíos significativos. Con el rápido crecimiento de los nuevos vehículos energéticos en los últimos años, la demanda del mercado de imanes NDFEB de alto rendimiento ha aumentado, lo que lleva a un aumento sustancial en el consumo de materias primas, particularmente elementos de tierras raras como PR, ND, DY y TB. Esto ha causado fluctuaciones dramáticas de precios e inflación sostenida en precios raros de tierras. El desequilibrio de la demanda de suministro de estos recursos ha exacerbado aún más la volatilidad de los precios en los productos NDFEB. A medida que los requisitos de control de costos se vuelven cada vez más estrictos, la presión para administrar los gastos continúa intensificándose.

Situación actual y desafío del material de alambre esmaltado motor

Estado actual y tendencias de desarrollo: los motores de accionamiento automotriz han sufrido una transición de diseños de motor de alambre redondo a alambre plano, al tiempo que actualmente experimentan una evolución tecnológica rápida de motores de alambre plano de voltaje medio bajo a motores de alambre plano refrigerados por aceite de alta voltaje y alta velocidad. Los conductores utilizados en los motores de accionamiento también han evolucionado de cables redondos a cables planos, pasando desde alambre de esmalte aislado convencional de bajo voltaje a conductores de alto voltaje de alto voltaje, resistentes a la corona, resistentes al aceite y compuestos especiales de pérdida de CA.

La alta presión y el enfriamiento de aceite conducen a actualizaciones del sistema de aislamiento.

El desarrollo de alto voltaje se ha convertido en una tendencia fundamental en los motores automotrices, donde los sistemas avanzados ofrecen ventajas significativas para la alta eficiencia y la carga rápida. A medida que los motores de accionamiento evolucionan hacia plataformas de voltaje de 800V y más alta, todo el sistema de aislamiento de devanado está en transición del sistema original de desglose no potencial (NBD) tipo I a los sistemas de aislamiento tipo II.

A diferencia de los motores tradicionales de alambre plano de alto voltaje, los motores de accionamiento automotriz no pueden implementar aislamiento secundario y protección de corona para devanados enteros. Esto requiere una mayor resistencia de corona en el aislamiento de alambre electromagnético. Los diseños especializados como alambres de esmalte PI de bajo dieléctrico, cables con envío de vista y cables sinterizados recubiertos con esmalte han mejorado significativamente el valor PDIV de los cables electromagnéticos, desempeñando un papel crucial en la prevención del inicio de la corona. En los últimos años, el departamento principal ha intensificado los esfuerzos de I + D en tecnología y equipo de alambre de esmalte, desarrollando series de alambres PI/PAI de ultra larga y resistente a la corona. Estos productos logran una vida útil máxima de resistencia a la corona superior a 600 horas, lo que demuestra una mejora de más de diez veces en comparación con los cables redondos recubiertos con esmalte anti-corona convencionales.

La tecnología de enfriamiento de aceite ha logrado beneficios duales: mejora significativamente la disipación de calor del devanado, reduce el aumento de la temperatura del sistema y extiende la vida útil del servicio del motor. Sin embargo, también plantea desafíos sustanciales con respecto a la compatibilidad de aislamiento con las formulaciones de petróleo. Aunque el cable esmaltado resistente al agua de petróleo se ha desarrollado con éxito e ingresado a la producción en masa, las metodologías de prueba inconsistentes y los estándares de evaluación para la compatibilidad de petróleo persisten en toda la industria. Equilibrar la eficiencia de rentabilidad con las especificaciones técnicas sigue siendo un desafío crítico que debemos abordar.

La operación de alta velocidad representa otro avance tecnológico fundamental en los motores de accionamiento. A medida que las velocidades de rotación continúan aumentando, la frecuencia de los sistemas electrónicos de control PWM mantiene aumentando, mientras que las pérdidas de CA causadas por el efecto de la piel y los efectos de proximidad en los devanados se pronuncian cada vez más. Actualmente, solo un puñado de líderes de la industria están desarrollando componentes especializados, como conductores ranurados no minusoidales, cables LitZ, conductores escalonados y conductores escalonados compuestos. Estas configuraciones de conductores avanzados están listas para convertirse en soluciones efectivas para abordar las pérdidas de CA en motores de alta velocidad.

Situación actual y desafío del material de aislamiento secundario para el motor

Estado actual y tendencias de desarrollo: dado que Xiaopeng Motors fue pionero en el desarrollo de un sistema de transmisión eléctrica refrigerada por aceite de 800 V en 2021, se han realizado mejoras significativas en condiciones de enfriamiento del motor. Mientras tanto, el sistema de evaluación para los sistemas de aislamiento de alto voltaje basados en SIC se ha refinado progresivamente. Las medidas potenciales de disipación de calor para los motores se han desplazado de la periferia del rotor del estator a la estructura del estator interno. El próximo enfoque en la industria del motor será mejorar la confiabilidad y las capacidades de gestión térmica de los sistemas de aislamiento. Sin embargo, los materiales actuales de aislamiento motor generalmente exhiben una conductividad térmica entre 0.2 ~ 0.3W/mk, lo que no alcanza las demandas de tendencias de desarrollo de densidad de potencia en la industria.

La industria enfrenta desafíos duales: aunque exige un rendimiento de aislamiento superior de los sistemas motorizados, los materiales de aislamiento siguen siendo el cuello de botella principal en la disipación de calor, lo que impulsa la búsqueda del sector de una conductividad térmica mejorada. Sin embargo, el aislamiento y la disipación de calor en conflicto inherentemente como parámetros opuestos en cualquier material único. Además, al usar materiales aislantes, las dimensiones críticas del grosor de aislamiento y el aislamiento del conductor determinan directamente la confiabilidad. Estas dimensiones afectan críticamente las tasas de utilización de la ranura motora, lo que limita las mejoras de rendimiento. La industria anticipa particularmente los avances en materiales de aislamiento compuesto con una conductividad térmica superior y sus tecnologías de aplicación, incluidas películas aislantes, barnices impregnados, recubrimientos de alambre esmaltados y procesos y equipos de fabricación relacionados.

Nueva estructura y nueva planificación de ruta de proceso y objetivos del motor (estator y rotor)

Estator de alambre plano y tecnología de fabricación: la adopción del diseño de alambre plano en los devanados de motor se ha convertido en un estándar de la industria crucial. Sin embargo, para competir de manera efectiva, los motores de alambre plano deben mejorar la flexibilidad y reducir las pérdidas de CA. Los diseños de alambre plano convencionales carecen de flexibilidad suficiente, mientras que la formación continua de la tecnología de devanado simplifica la formación de cables y los procesos de soldadura al tiempo que elimina los pasos críticos como la presión de los cables, la quiebra y la torcedura, lo que permite una mejor producción flexible. Para abordar el desafío actual de la formación de cables difíciles en los procesos de formación continua existentes, la industria anticipa desarrollar nuevos sistemas de devanado de formación continua continua estructurada en el núcleo con equipos optimizados para 2026. Esto resolverá problemas de dimensiones de tragamonedas de gran tamaño y bajas tasas de llenado de tragamonedas, abordando fundamentalmente los puntos de dolor de altos costos de inversión y flexibilidad limitada en la producción de motor plano. Además, para abordar las pérdidas de devanado y el aumento de la temperatura a velocidades de funcionamiento que superan las 30,000 rpm, se espera que los avances en especificaciones de ranuras especializadas y las aplicaciones de alambre guiadas por materiales con tecnologías de fabricación correspondientes se logren entre 2026 y 2028.

Estructura y proceso del rotor

Ante la tendencia del mercado de alta velocidad y de bajo costo, el rotor del motor necesita resolver una forma de estructura más confiable de resistencia al estrés centrífugo y espera mejorar las características de distribución del área de alta eficiencia del motor a través del diseño del rotor.

Por lo tanto, por un lado, la industria necesita resolver los desafíos de fabricación de bajo costo para el devanado de fibra de carbono o estructuras reforzadas similares en dos años. Los pronósticos de la industria indican que el equipo de devanado de fibra de carbono de alambre de alambre de rotor se desarrollará en 2026, con la producción en masa de componentes de la manga de fibra de carbono ultra delgado y los procesos de ensamblaje maduros que se espera que se logren en 2028. Por otro lado, la tecnología de rotor de excitación híbrida sin escobillas (incluidas las tecnologías de excitaciones eléctricas, incluidas las tecnologías eléctricas y los materiales de imán de memoria) se proyectan entre 2025 y 2030. El avance mejorará la eficiencia del motor en más de 2 puntos porcentuales a altas velocidades de rotación.

La principal ruta del proceso del material y el objetivo de desarrollo y el plan del motor

Nueva ruta de proceso de núcleo laminado, nuevo plan y plan de desarrollo de material de perforación

· Desarrollo y aplicación de 600MPa y mayor resistencia y alta maquinabilidad de acero de silicio no orientado.

· Espesor 0.25 mm 1150,1100 y mayores grados de desarrollo y adelgazamiento de acero de silicio no orientado de alta eficiencia energética.

· Desarrollo y aplicación estable de baja pérdida de hierro y acero de silicio orientado a inducción magnética alta sin capa inferior o recubrimiento compuesto.

· Alta estabilidad, desarrollo rápido de productos delgados autoadhesivos no orientados, hierro autoadhesivo rápido orientado a especificaciones delgadas

· Beurte de alta eficiencia y avance de la tecnología de proceso de producción estable.

· Rediseño y aplicación de la estructura del estator para materiales magnéticos blandos con múltiples variedades.

Los objetivos y planes de investigación y desarrollo de nuevos materiales de acero magnético

El progreso tecnológico de los materiales NDFEB es principalmente para mejorar el rendimiento de los imanes y reducir el costo de los imanes, a fin de obtener imanes NDFEB de bajo costo y alto rendimiento.

Por un lado, ajustando la composición y la optimización de la microestructura para mejorar las propiedades magnéticas de los imanes de boro de hierro neodimio (NDFEB), o a través de la optimización de diseño de forma macroscópica para reducir las pérdidas de corriente deult y mejorar el rendimiento del producto, podemos reducir la coercitividad requerida de los imanes en los motores. Este enfoque también reduce el consumo de tierras raras (HRE), particularmente del elemento HRE pesado TB, lo que finalmente alcanza el objetivo de desarrollo de imanes HRE bajos o incluso cero.

En los últimos años, varias instituciones de investigación han estado reduciendo el uso de DY y TB de tierras raras pesadas en el sustrato al estudiar las tecnologías de fortalecimiento de los límites de cristal y la reconstrucción de límites de cristal; y desarrollando gradualmente una nueva generación de tierras raras bajas y bajas, no hay materiales de difusión compuestos de tierras raras raras o no raras para reducir el uso de DY y TB de tierras raras pesadas en el proceso de difusión y reducir el costo de los imanes.

Por otro lado, al desarrollar la tecnología de aplicaciones de alta abundancia y ce, LA e Y de tierras raras baratas en NDFEB, el uso de elementos clave de tierras raras PR y ND pueden reducirse, el costo puede reducirse, se puede reducir la demanda diversificada de materiales de magnet permanente en el mercado medio y de baja gama, se puede cumplir la oferta y la diferencia de la demanda de los recursos de tierras raras, y se puede reducir el equilibrio de la oferta y la demanda de la demanda de la demanda de tierras raras.

En los próximos dos años, la tecnología NDFEB se desarrollará principalmente en los siguientes aspectos:

· Mejorar y controlar el proceso de producción de boro de hierro neodimio para mejorar la consistencia del producto.

· Reducir el uso de tierras raras pesadas. El plan incluye mejorar el rendimiento de los imanes de no proliferación de tierras raras bajas o no pesadas; Mejora del rendimiento de los imanes de difusión DY para reemplazar algunos imanes de difusión de TB.

· Mejorar el rendimiento de los imanes de alta abundancia de tierras raras NDFEB, reducir el costo de las materias primas y darse cuenta de la utilización racional de los recursos de tierras raras.

· En los próximos cinco años, el desarrollo de tecnología Neodymium Iron Boron (NDFEB) se centrará en dos áreas clave. Primero, mientras mantiene la estabilidad del rendimiento, se harán esfuerzos para reducir el uso de DY y TB en procesos de difusión. En segundo lugar, el diseño de material magnético priorizará imanes de baja inducción a través de configuraciones estructurales innovadoras que mejoran la resistencia a la desmagnetización durante los ciclos operativos.

3. Objetivos y planes de investigación y desarrollo para nuevos cable esmaltado

El papel del cable de devanado para mejorar el rendimiento y la optimización de costos de los motores de accionamiento automotriz se vuelve cada vez más prominente. El desarrollo de productos de alambre electromagnético continuará centrándose en cuatro requisitos clave: alta voltaje, alta velocidad, alta eficiencia y bajo costo para motores automotrices. Los esfuerzos de investigación abordarán estos desafíos a través de tres enfoques principales: optimizar las estructuras/materiales de aislamiento, mejorar los materiales de los conductores y refinar los diseños de la estructura del conductor.

En los próximos dos años, la tecnología de cables electromagnéticos se desarrollará principalmente en los siguientes aspectos:

· La plataforma de 800V es el punto de partida de los motores de accionamiento de alto voltaje, pero su punto final sigue siendo desconocido. A través de la investigación sobre materiales aislantes de alta resistencia dieléctricos y la tecnología de procesamiento de cables electromagnéticos, mejorar continuamente el nivel PDIV de cables electromagnéticos e incluso ensamblajes estatorios seguirá siendo un tema importante en futuras investigaciones de aislamiento de cables electromagnéticos.

· Además de mejorar el PDIV para reducir el tiempo de descarga parcial del motor en todas las condiciones de trabajo, la investigación continua y el desarrollo de alambre esmaltado de corona altamente flexible y ultra largo, y la mejora del envejecimiento eléctrico del devanado del estator también son importantes direcciones de investigación de la tecnología de aislamiento de cables electromagnéticos.

· Con la mejora continua de la velocidad del motor de transmisión, la pérdida de CA bajo alta frecuencia y alta velocidad es cada vez más significativa. El desarrollo de productos como alambre Liz, alambre combinado, alambre plano pequeño y su proceso de fabricación puede ayudar a reducir la pérdida de CA de motores de alta velocidad.

Dirección de investigación y desarrollo del cable electromagnético en los próximos 5 años:

· Los materiales de alta conductividad (como el cobre de grafeno) han entrado en la visión de los ingenieros automotrices, pero debido al complejo proceso de fabricación y el alto costo, todavía están en la etapa de una pequeña cantidad de prototipos. Se espera que a través de 5-10 años de investigación, desarrollo y mejora, se realizarán un gran progreso tanto en costo como en estabilidad técnica.

· Investigación, desarrollo y aplicación de materiales livianos y de conductores de bajo costo: los materiales de conductores de aluminio vestidos de aluminio y cobre tienen ventajas obvias en términos de peso ligero bajo la premisa de la misma capacidad de carga actual; Mientras tanto, con la tendencia creciente continua del precio del cobre, será posible reemplazar el cable de cobre con aluminio y aluminio revestido de cobre en la aplicación de devanados del motor de accionamiento.