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當前位置 主頁 技術(shù)知識 保時捷Taycan上的扁線電機或成技術(shù)主流
一周前,保時捷Taycan(參數(shù)詢價)正式上市,一時風頭無兩。作為保時捷品牌首款純電動跑車,Taycan也具備了多方面的創(chuàng)新性技術(shù),其所搭載的“扁線電機”(Hair-Pin發(fā)卡電機)不僅發(fā)揮了出色的驅(qū)動性能,更是一項將領(lǐng)銜下一代新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)。在法蘭克福車展上,長城汽車旗下蜂巢易創(chuàng)及零部件供應商舍弗勒等都展示了各自扁線電機的技術(shù)實力。該技術(shù)的實力究竟幾何?為何業(yè)內(nèi)普遍又將其視為開啟新電驅(qū)動時代的“鑰匙”呢?
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1、相比起傳統(tǒng)電機所采用的圓形導線,扁線電機采用的是扁平導線。其優(yōu)勢在于電機體積更緊湊、更節(jié)約材料、功率更強勁。
2、扁線電機率先由國外車企發(fā)起應用,如豐田普銳斯、雪佛蘭沃藍達等。國內(nèi)應用案例較少,車企尚未進行大規(guī)模采用。
3、技術(shù)層面,國內(nèi)扁線電機在設計、制造、原材料等方面均面臨挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)尚未成熟,由此帶來前期應用成本高。市場成熟后,扁線電機將能降低整車成本并提升其性能。
● 何謂扁線電機?
與扁線電機相對應的就是“圓線電機”,扁線、圓線的區(qū)別就在于電機中定子繞組所用的導線的形態(tài)不同。傳統(tǒng)電機采用的圓形導線,而扁線電機則采用了扁平的矩形導線。
扁線電機之所以會成為未來趨勢,是由新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)發(fā)展決定的,小型化、集成化、高功率密度等特點都是新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)的演進方向。畢竟,體積大、重量大、動力弱的驅(qū)動系統(tǒng)在新能源汽車市場是不招待見的。
顯而易見,采用扁線可以大幅提高槽滿率(指線圈放入槽內(nèi)后占用槽內(nèi)空間的比例),因為圓線之間存在著空隙,而扁線則更加緊密。通俗來講,槽滿率越高,就代表著線圈中導線越多,產(chǎn)生的磁場會更強,那么電機的功率就會更大。
有數(shù)據(jù)顯示,在相同的空間內(nèi),扁線電機可以多填充20-30%的導線,從某種程度上可以理解成將電機功率提升了20-30%。反過來說,在達到相同的功率密度的前提下,扁線電機的體積也會更加緊湊。
相比起傳統(tǒng)電機而言,扁線結(jié)構(gòu)還有其他優(yōu)勢。它使得導線與導線間的接觸面積大幅提高,因此散熱能力會更強。又因為繞組體積更小,所以耗材就更少。
電機,在電能轉(zhuǎn)化為機械能的過程中是起著樞紐作用的關(guān)鍵部件。反映在整車上,扁線電機能提供更優(yōu)越的加速性能,并且噪音更小,大幅提升了整車性能。總而言之,扁線電機順應了新能源汽車發(fā)展潮流。誰能率先開發(fā)并量產(chǎn)扁線電機,誰就能更好地搶占市場,抓住新能源汽車爆發(fā)的紅利。
● 國外率先示范應用 國內(nèi)仍處于初級階段
在多年以前,只有少數(shù)國外汽車廠商所生產(chǎn)的新能源汽車產(chǎn)品采用了扁線電機技術(shù)。比如,2007年,雪佛蘭沃藍達就搭載了雷米(已被博格華納收購)提供的扁線電機;日產(chǎn)、豐田等車企也都應用過該技術(shù)(豐田第四代普銳斯的扁線電機來自日本電裝)。
現(xiàn)今,國內(nèi)車企及零部件供應商也紛紛染指這一技術(shù)。在今年法蘭克福車展上,長城汽車控股的零部件公司蜂巢易創(chuàng)就展示了自主開發(fā)生產(chǎn)的“扁線技術(shù)”電驅(qū)動集成系統(tǒng)。此外,包括上汽、比亞迪和北汽在內(nèi)的主機廠,以及方正電機、漢拿電機等電機企業(yè)也都已經(jīng)展開了相應的研究。
方正電機總經(jīng)理牛銘奎稱,“國內(nèi)扁線電機總體處于起步階段。多家整車、零部件企業(yè)正在進行產(chǎn)品開發(fā)。目前,國內(nèi)有3-5家電機廠在從事扁線電機技術(shù)的開發(fā),另有約4家整車廠也在進行研發(fā)。”
另有報告顯示,根據(jù)國內(nèi)主機廠和電機企業(yè)的研發(fā)進度來看,國內(nèi)扁線電機最快將于2020年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,2025年市場滲透率有望達到67%。實際上,就當前而言,扁線電機國內(nèi)市場應用相對“冷清”。
牛銘奎表示,“國內(nèi)扁線電機規(guī)模應用案例還較少,目前只有一款搭載該技術(shù)的車型投放市場。”他進一步闡釋道,基于扁線電機進行產(chǎn)品開發(fā)的公司和項目為數(shù)不少,并且更多公司都已開始緊鑼密鼓地進行調(diào)研,后續(xù)會研發(fā)更多基于扁線電機的項目。
一位不具名人士(該人士為國內(nèi)某大型自主品牌車企研究院技術(shù)負責人)對 表示,“目前國內(nèi)應用并不多。就像燃料電池一樣,雖然都知道技術(shù)好,但是各個主機廠都不會提前大規(guī)模量產(chǎn)。”
總體看來,扁線電機技術(shù)由國外車企率先發(fā)起應用,并且在新能源驅(qū)動電機市場取得了良好的示范效應,而國內(nèi)目前還在追趕當中。
● 設計制造等環(huán)節(jié)挑戰(zhàn)大 但能降低整車成本
盡管從長期來看,扁線電機是未來驅(qū)動電機的發(fā)展方向。在具備諸多優(yōu)勢的同時,也同樣存在劣勢,比如設計難度、工藝制造難度、更易損耗等。換個角度來說,原材料、生產(chǎn)工藝、專業(yè)制造設備等痛點成為了扁線電機產(chǎn)業(yè)化的壁壘,這也是其尚未實現(xiàn)大規(guī)模應用的原因。
“扁線電機是一項從產(chǎn)品設計到制造工藝等環(huán)節(jié)都截然不同于傳統(tǒng)電機的技術(shù)。”牛銘奎稱,尤其是生產(chǎn)工藝,例如線圈成型、扭頭、焊接、浸漬等,都需要全新的開發(fā)。目前尚由歐美企業(yè)壟斷,這將成為國內(nèi)對核心技術(shù)掌握的主要瓶頸。“誰能掌握設計、制造等全方位的核心技術(shù),誰才能真正在扁線電機領(lǐng)域取得技術(shù)突破。”牛銘奎說。
市場現(xiàn)狀也確實如此。目前,具備扁線電機量產(chǎn)能力的廠家多為國際玩家,如日本電裝、日立電機,以及德國舍弗勒等。國內(nèi),上汽集團旗下零部件公司華域汽車曾于2017年實現(xiàn)了扁線電機部分出貨。
上述所提及的“3-5家電機廠”和“約4家主機廠”,在扁線電機技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)制造等方面的能力差異都很大。牛銘奎表示,“多數(shù)廠家主要依靠國外進口設備解決工藝問題。只有數(shù)量很少的佼佼者,實現(xiàn)了從產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造工藝的全方位能力積累和技術(shù)突破。”
除此之外,由圓形導線升級為扁平矩形截面導線所帶來的另一個問題是,處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的導線制造技術(shù)也需要同步革新。
技術(shù)難題是一方面,由此所帶來的產(chǎn)品性價比又是一方面。上述不具名人士也提到,“扁線電機在設計、制造等方面的難度都比較大。”這也反映了在市場成熟前,缺少合作伙伴來共同承擔研發(fā)等各方面的成本,由此導致車企應用該技術(shù)成本較高。“利潤為王”恰好能解釋車企為何沒有提前進行大規(guī)模量產(chǎn)。
鑒于扁線電機的技術(shù)優(yōu)勢,當其越過技術(shù)降本和規(guī)模降本的臨界點時,該技術(shù)還是具備市場競爭力的。牛銘奎認為,“相比起傳統(tǒng)的圓線電機,扁線電機能降低8%-12%的有效材料成本。如果再考慮給整車性能、電耗等方面帶來的優(yōu)勢,扁線電機能將成本降低大約15%。”
全文總結(jié):
現(xiàn)如今,扁線電機對傳統(tǒng)電機的替代作用仍不明顯,短期內(nèi)投產(chǎn)應用的風險是車企所不愿承擔的。任何一項技術(shù)從實驗室走向市場的道路都非常坎坷,技術(shù)不成熟導致市場應用難,市場培育不到位又反過來制約技術(shù)的快速突破。站在長遠角所趨;于消費者而言,如果為更優(yōu)質(zhì)的用戶體驗而付出更少的成本又何樂而不為呢?
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