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當(dāng)前位置 主頁 技術(shù)知識(shí) 保時(shí)捷Taycan上的扁線電機(jī)或成技術(shù)主流
一周前,保時(shí)捷Taycan(參數(shù)詢價(jià))正式上市,一時(shí)風(fēng)頭無兩。作為保時(shí)捷品牌首款純電動(dòng)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(jī)”(Hair-Pin發(fā)卡電機(jī))不僅發(fā)揮了出色的驅(qū)動(dòng)性能,更是一項(xiàng)將領(lǐng)銜下一代新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)。在法蘭克福車展上,長(zhǎng)城汽車旗下蜂巢易創(chuàng)及零部件供應(yīng)商舍弗勒等都展示了各自扁線電機(jī)的技術(shù)實(shí)力。該技術(shù)的實(shí)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(dòng)時(shí)代的“鑰匙”呢?
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1、相比起傳統(tǒng)電機(jī)所采用的圓形導(dǎo)線,扁線電機(jī)采用的是扁平導(dǎo)線。其優(yōu)勢(shì)在于電機(jī)體積更緊湊、更節(jié)約材料、功率更強(qiáng)勁。
2、扁線電機(jī)率先由國(guó)外車企發(fā)起應(yīng)用,如豐田普銳斯、雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)等。國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例較少,車企尚未進(jìn)行大規(guī)模采用。
3、技術(shù)層面,國(guó)內(nèi)扁線電機(jī)在設(shè)計(jì)、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(yīng)用成本高。市場(chǎng)成熟后,扁線電機(jī)將能降低整車成本并提升其性能。
● 何謂扁線電機(jī)?
與扁線電機(jī)相對(duì)應(yīng)的就是“圓線電機(jī)”,扁線、圓線的區(qū)別就在于電機(jī)中定子繞組所用的導(dǎo)線的形態(tài)不同。傳統(tǒng)電機(jī)采用的圓形導(dǎo)線,而扁線電機(jī)則采用了扁平的矩形導(dǎo)線。
扁線電機(jī)之所以會(huì)成為未來趨勢(shì),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(diǎn)都是新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)的演進(jìn)方向。畢竟,體積大、重量大、動(dòng)力弱的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在新能源汽車市場(chǎng)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?yàn)閳A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(dǎo)線越多,產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)更強(qiáng),那么電機(jī)的功率就會(huì)更大。
有數(shù)據(jù)顯示,在相同的空間內(nèi),扁線電機(jī)可以多填充20-30%的導(dǎo)線,從某種程度上可以理解成將電機(jī)功率提升了20-30%。反過來說,在達(dá)到相同的功率密度的前提下,扁線電機(jī)的體積也會(huì)更加緊湊。
相比起傳統(tǒng)電機(jī)而言,扁線結(jié)構(gòu)還有其他優(yōu)勢(shì)。它使得導(dǎo)線與導(dǎo)線間的接觸面積大幅提高,因此散熱能力會(huì)更強(qiáng)。又因?yàn)槔@組體積更小,所以耗材就更少。
電機(jī),在電能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(jī)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(jī)順應(yīng)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(jī),誰就能更好地?fù)屨际袌?chǎng),抓住新能源汽車爆發(fā)的紅利。
● 國(guó)外率先示范應(yīng)用 國(guó)內(nèi)仍處于初級(jí)階段
在多年以前,只有少數(shù)國(guó)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(jī)技術(shù)。比如,2007年,雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)就搭載了雷米(已被博格華納收購(gòu))提供的扁線電機(jī);日產(chǎn)、豐田等車企也都應(yīng)用過該技術(shù)(豐田第四代普銳斯的扁線電機(jī)來自日本電裝)。
現(xiàn)今,國(guó)內(nèi)車企及零部件供應(yīng)商也紛紛染指這一技術(shù)。在今年法蘭克福車展上,長(zhǎng)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(dòng)集成系統(tǒng)。此外,包括上汽、比亞迪和北汽在內(nèi)的主機(jī)廠,以及方正電機(jī)、漢拿電機(jī)等電機(jī)企業(yè)也都已經(jīng)展開了相應(yīng)的研究。
方正電機(jī)總經(jīng)理牛銘奎稱,“國(guó)內(nèi)扁線電機(jī)總體處于起步階段。多家整車、零部件企業(yè)正在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。目前,國(guó)內(nèi)有3-5家電機(jī)廠在從事扁線電機(jī)技術(shù)的開發(fā),另有約4家整車廠也在進(jìn)行研發(fā)。”
另有報(bào)告顯示,根據(jù)國(guó)內(nèi)主機(jī)廠和電機(jī)企業(yè)的研發(fā)進(jìn)度來看,國(guó)內(nèi)扁線電機(jī)最快將于2020年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,2025年市場(chǎng)滲透率有望達(dá)到67%。實(shí)際上,就當(dāng)前而言,扁線電機(jī)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用相對(duì)“冷清”。
牛銘奎表示,“國(guó)內(nèi)扁線電機(jī)規(guī)模應(yīng)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(chǎng)。”他進(jìn)一步闡釋道,基于扁線電機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的公司和項(xiàng)目為數(shù)不少,并且更多公司都已開始緊鑼密鼓地進(jìn)行調(diào)研,后續(xù)會(huì)研發(fā)更多基于扁線電機(jī)的項(xiàng)目。
一位不具名人士(該人士為國(guó)內(nèi)某大型自主品牌車企研究院技術(shù)負(fù)責(zé)人)對(duì) 表示,“目前國(guó)內(nèi)應(yīng)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(gè)主機(jī)廠都不會(huì)提前大規(guī)模量產(chǎn)。”
總體看來,扁線電機(jī)技術(shù)由國(guó)外車企率先發(fā)起應(yīng)用,并且在新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場(chǎng)取得了良好的示范效應(yīng),而國(guó)內(nèi)目前還在追趕當(dāng)中。
● 設(shè)計(jì)制造等環(huán)節(jié)挑戰(zhàn)大 但能降低整車成本
盡管從長(zhǎng)期來看,扁線電機(jī)是未來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展方向。在具備諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí),也同樣存在劣勢(shì),比如設(shè)計(jì)難度、工藝制造難度、更易損耗等。換個(gè)角度來說,原材料、生產(chǎn)工藝、專業(yè)制造設(shè)備等痛點(diǎn)成為了扁線電機(jī)產(chǎn)業(yè)化的壁壘,這也是其尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的原因。
“扁線電機(jī)是一項(xiàng)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造工藝等環(huán)節(jié)都截然不同于傳統(tǒng)電機(jī)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(guó)內(nèi)對(duì)核心技術(shù)掌握的主要瓶頸。“誰能掌握設(shè)計(jì)、制造等全方位的核心技術(shù),誰才能真正在扁線電機(jī)領(lǐng)域取得技術(shù)突破。”牛銘奎說。
市場(chǎng)現(xiàn)狀也確實(shí)如此。目前,具備扁線電機(jī)量產(chǎn)能力的廠家多為國(guó)際玩家,如日本電裝、日立電機(jī),以及德國(guó)舍弗勒等。國(guó)內(nèi),上汽集團(tuán)旗下零部件公司華域汽車曾于2017年實(shí)現(xiàn)了扁線電機(jī)部分出貨。
上述所提及的“3-5家電機(jī)廠”和“約4家主機(jī)廠”,在扁線電機(jī)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(guó)外進(jìn)口設(shè)備解決工藝問題。只有數(shù)量很少的佼佼者,實(shí)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(dǎo)線升級(jí)為扁平矩形截面導(dǎo)線所帶來的另一個(gè)問題是,處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的導(dǎo)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(jià)比又是一方面。上述不具名人士也提到,“扁線電機(jī)在設(shè)計(jì)、制造等方面的難度都比較大。”這也反映了在市場(chǎng)成熟前,缺少合作伙伴來共同承擔(dān)研發(fā)等各方面的成本,由此導(dǎo)致車企應(yīng)用該技術(shù)成本較高。“利潤(rùn)為王”恰好能解釋車企為何沒有提前進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。
鑒于扁線電機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),當(dāng)其越過技術(shù)降本和規(guī)模降本的臨界點(diǎn)時(shí),該技術(shù)還是具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的。牛銘奎認(rèn)為,“相比起傳統(tǒng)的圓線電機(jī),扁線電機(jī)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(shì),扁線電機(jī)能將成本降低大約15%。”
全文總結(jié):
現(xiàn)如今,扁線電機(jī)對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)的替代作用仍不明顯,短期內(nèi)投產(chǎn)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)是車企所不愿承擔(dān)的。任何一項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的道路都非??部溃夹g(shù)不成熟導(dǎo)致市場(chǎng)應(yīng)用難,市場(chǎng)培育不到位又反過來制約技術(shù)的快速突破。站在長(zhǎng)遠(yuǎn)角所趨;于消費(fèi)者而言,如果為更優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)而付出更少的成本又何樂而不為呢?
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