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可用磁通密度提高至30%,阿贡国家实验室研发新型电机

2019-02-27 · 来源: 高工电动车网 关注度:54340 次
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永磁电机
摘要:阿贡国家实验室宣布其研发出了一款新的永磁电机HyMag。该款电机的革命性技术,可将永磁体的可用磁通密度显著提高10%至30%。

日前,阿贡国家实验室宣布其研发出了一款新的永磁电机,命名为HyMag。该款电机的革命性技术,可将永磁体的可用磁通密度显著提高10%至30%,进而提高电动机的能效。

永磁电机的永磁体在被磁化后保持其磁化和磁通线,在概念上类似于保持电荷的电池。在上世纪90年代,由钕,铁和硼组成的常规永久磁铁在工业上普及。

同时,由于行业不愿意为提高电机性能做更多的付出,以至于在过去的15到20年间,由于缺乏材料解决方案,磁能产品的增加已经变得非常难以实现了。

一方面,研究人员通过研究各种方法来改善现有磁性材料的成分、微观结构和工艺。以使磁铁能量产品获得小幅度的改进。

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(来自阿贡国家实验室的HyMag电机设计)

另一方面,由于磁体的磁通量随距离快速衰减,使得磁通量的使用不足。阿贡国家实验室研究人员以特定方式组合混合材料层来减少漏磁,进而提高了永磁性能。

HyMag技术的另一个吸引人的特点是,它可能比具有相似性能的常规磁体在制造上减少对重稀土元素90%的需求,如镝和钆。

而这些元素大多从中国进口,不仅稀缺、昂贵还难以回收利用。但是电动和混合动力汽车中的每个电动机含有大约十分之一千克的镝。

由于阿贡国家实验室开发的HyMag永磁电机,体积小,能量转换高,在降低车辆成本的同时,还可以实现整车轻量化。如果,HyMag进行量产,对于新能源市场来说,将是一大利好。

根据全球电动汽车的销售数据来看,2018年全球电动车销量达201.8万辆,同比增长72%。在全球电动汽车市场产销快速增长的带动下,新能源汽车核心零部件电池、驱动电机、电机控制系统等需求也跟着上涨。

产品方面,目前市场上的电动汽车主要配备的是交流感应电机和永磁电机。欧美市场异步电机使用较多,特点是虽然成本低,但转速区间小,效率低,目前特斯拉等车企也逐步转型永磁电机。日本车企使用永磁同步电机较多,转速区间和效率都有优势。

在我国,2018年新能源汽车电机装机车辆中,永磁同步电机装机占比已达到91.4%,主要应用在乘用车领域,异步交流电机和其他类型电机装机量占比已经不到10%。而一直以来使用交流调速驱动电机的特斯拉,也打算在Model 3车型上使用永磁电机。未来,永磁电机的需求还将进一步提高。

产业链方面,电机主要由电子、转子和机械机构三大部分组成。其中,铁心是电机的定子和转子的重要组成部分,其损耗和机械强度特性是铁心的重要性能指标,而其损耗包过磁滞损耗和涡流损耗。具体到材料方面,铁心有无取向硅钢片和非晶合金。目前我国电机关键材料硅钢片性能不佳,钕铁硼用量较大,导致成本较高,将在一定程度上制约我国永磁电机的发展。

从发展趋势来看,国产永磁电机的转矩密度与国际水平和十三五要求差距不大,但最高转速以及相应的功率密度和噪声水平尚有较大差距。未来永磁电机行业发展趋势主要有以下两个趋势:

性能趋势:更高功率密度、更宽调速范围、更低的制造成本。

技术趋势:新材料的应用、新工艺的开发、新颖电机研究与创新发明、电磁,机械,传热等多种物理量仿真及优化技术。

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