ドライブモーター（ステーターとローター）のコアコンポーネントの現状と技術的課題の分析

ドライブモーター（ステーターとローター）のコアコンポーネントの現状と技術的課題の分析

運動磁気鋼の材料の性能と現在の状況とコアプロセスの課題

ネオジム鉄ホウ素は、希土類永久磁石材料の第3世代です。強制性、高磁気エネルギー製品、その他の特性により、省エネ、環境保護、新しいエネルギー分野で広く使用されています。新しいエネルギー車の出現と車両の電化の開発により、ネオジム鉄ホウ素はますます重要な役割を果たしています。

新しいエネルギー車両駆動モーターの分野では、厳しい高温操作環境要件により、ほとんどのネオジム鉄鉄ボロン（NDFEB）磁石には、高温の排泄抵抗性を高めるために、重い希土類元素と粒界拡散が必要です。さまざまなドライブモーター設計仕様に応じて、NDFEBマグネットには通常、42-54 MGOEの磁気エネルギー製品（MEP）からUHレベルとEHレベルの間の強制値（HC）値までのパフォーマンスパラメーターが必要です。このパフォーマンス範囲内で、TB拡散磁石が依然として市場を支配しています。

ただし、NDFEBテクノロジーとモーターテクノロジーの進歩と開発により、磁石の性能は絶えず改善されていますが、モーターの磁石の要件は徐々に減少し、運転モーターのDY拡散磁石の割合も年々増加しています。

現在、dy拡散磁石は、44uh〜52shの範囲の駆動モーターマグネットの性能要件を満たすことができます。もちろん、重い希土類磁石やセリウムネオジミウム鉄ホウ素磁石を使用できる42SHなど、磁石性能の要件が比較的低い小さなパワードライブモーターもあります。

高出力、高速モーターの急速な発達により、磁石の渦電流加熱効果がますます顕著になり、低EDM磁石が重要な研究に焦点を当てています。設計者は通常、接着剤結合を備えたセグメント化されたマグネットアセンブリを使用しますが、このアプローチは複雑な製造プロセスと材料効率の低下に苦しんでいます。近年、最先端の非スルー処理技術は、磁石の渦電流加熱をさらに減らすための有望なソリューションとして浮上しており、業界で大きな注目を集めています。

Neodymium Iron boron（NDFEB）は、その発明以来40年以上にわたって研究中であるが、超高性能焼結NDFEB磁石に関する研究はボトルネックに達している。現在の焼結したNDFEB磁石の最大エネルギー産物は、理論的な制限に近づいており、さらなるブレークスルーがますます困難になっています。 NDFEBの強制性の理論的強化には改善の余地が残っていますが、実質的な進歩を達成することは非常に困難であることが証明され続けています。

焼結したネオジム鉄ホウ素（NDFEB）磁石のコスト構造は、現在大きな課題に直面しています。近年の新しいエネルギー車の急速な成長に伴い、高性能NDFEB磁石の市場需要が急増し、原材料、特にPR、ND、DY、TBなどの希土類元素の消費が大幅に増加しました。これにより、劇的な価格の変動と希土類価格の持続的なインフレが引き起こされました。これらのリソースの供給需要の不均衡は、NDFEB製品の価格変動をさらに悪化させています。コスト管理要件がますます厳しくなるにつれて、費用を管理する圧力が強化され続けています。

モーターエナメルワイヤ材料の現在の状況と課題

現在のステータスと開発動向：自動車ドライブモーターは、ラウンドワイヤからフラットワイヤモーター設計への移行を受けていますが、現在、中低電圧フラットワイヤモーターズから高電圧、高速オイル冷却のフラットワイヤモーターへの急速な技術的進化を経験しています。駆動モーターで使用される導体は、丸いワイヤから平らなワイヤにも進化し、低電圧の従来の絶縁エナメルワイヤから高電圧、コロナ耐性、油水耐性、および低AC損失専門複合導体に移行しています。

高圧とオイル冷却は、断熱システムのアップグレードにつながります。

高電圧開発は、高度なシステムが高効率と迅速な充電に大きな利点をもたらす自動車モーターズの極めて重要な傾向になっています。ドライブモーターが800V以上の電圧プラットフォームに向かって進化するにつれて、巻線断熱システム全体が元のタイプI非ポテンシャルブレークダウン（NBD）システムからタイプII断熱システムに移行しています。

従来の高電圧フラットワイヤーモーターとは異なり、自動車ドライブモーターは、巻線全体に二次断熱とコロナ保護を実装することはできません。これにより、電磁ワイヤ絶縁のコロナ抵抗が強化されます。低ダイレクトリックPIエナメルワイヤ、ピークシースワイヤ、焼結エナメルコーティングされたワイヤなどの特殊なデザインは、電磁ワイヤのPDIV値を大幅に改善し、コロナの開始を防ぐのに重要な役割を果たしています。近年、ヘッド部門は、エナメルワイヤテクノロジーと機器のR＆Dの取り組みを強化し、超厚さと超長コロナ耐性のPI/PAIフラットワイヤーシリーズを開発しています。これらの製品は、600時間を超える最大コロナ抵抗寿命を達成し、従来の抗コロナエナメルコーティングされた丸いワイヤと比較して10倍以上の改善を示しています。

オイル冷却技術は二重の利点を達成しました。巻き熱散逸を大幅に向上させ、システムの温度上昇を減らし、モーターサービスの寿命を延ばします。ただし、石油製剤との断熱性の適合性に関する大きな課題も提起しています。油水耐性のエナメルワイヤは成功裏に開発され、大量生産に入りましたが、業界全体で一貫性のあるテスト方法と石油互換性の評価基準が持続しています。コスト効率と技術仕様のバランスをとることは、私たちが対処しなければならない重要な課題の依然としてです。

高速操作は、ドライブモーターにおけるもう1つの極めて重要な技術の進歩を表しています。回転速度が増加し続けるにつれて、電子PWM制御システムの頻度は上昇し続け、皮膚効果と巻線の近接効果によって引き起こされるAC損失はますます顕著になります。現在、非シヌソイド溝型導体、リッツワイヤー、ずらした導体、複合糸導体などの専門的なコンポーネントを開発しているのは、ほんの一握りの業界リーダーのみです。これらの高度な導体構成は、高速モーターのAC損失に対処するための効果的なソリューションになる準備ができています。

モーターのための二次断熱材の現在の状況と課題

現在のステータスと開発動向：Xiaopeng Motorsが2021年に800Vのオイル冷却電気駆動システムの開発を開拓したため、モーター冷却条件で大幅な改善が行われました。一方、SICベースの高電圧断熱システムの評価システムは徐々に洗練されています。モーターの熱散逸の潜在的測定は、ステーターローター周辺から内部ステーター構造に移行しました。モーター業界の次の焦点は、断熱システムの信頼性と熱管理能力を高めることです。ただし、現在の運動断熱材は一般に、0.2〜0.3W/mkの熱伝導率を示します。

業界は二重の課題に直面しています。運動システムに優れた断熱性能を要求しながら、断熱材は熱散逸の主要なボトルネックのままであり、セクターが熱伝導率の強化を追求しています。ただし、断熱と熱散逸は、単一の材料の対立するパラメーターとして本質的に矛盾します。さらに、断熱材を使用する場合、断熱材の厚さと導体分離の重要な寸法が直接信頼性を決定します。これらの寸法は、モータースロットの使用率に大きく影響し、パフォーマンスの改善を制限します。業界は、特に、優れた熱伝導率と、絶縁フィルム、含浸ワニス、エナメル化ワイヤーコーティング、関連する製造プロセスと機器などのアプリケーション技術を備えた複合断熱材のブレークスルーを予測しています。

新しい構造と新しいプロセスルート計画とモーターの目的（ステーターとローター）

フラットワイヤステーターと製造技術：モーター巻線におけるフラットワイヤ設計の採用は、重要な業界標準になりました。ただし、効果的に競争するために、フラットワイヤーモーターは柔軟性を高め、AC損失を減らす必要があります。従来のフラットワイヤー設計には十分な柔軟性がありませんが、継続的な形成技術はワイヤの形成と溶接プロセスを簡素化し、ワイヤープレス、フレア、ねじれ、ねじれなどの重要なステップを排除し、より柔軟な生産を可能にします。既存の連続形成プロセスの下での困難なワイヤ形成の現在の課題に対処するために、業界は2026年までに最適化された機器を備えた新しいコア構造の連続形成システムの開発を予測します。これにより、特大のスロット寸法と低スロット充填速度の問題が解決し、フラットワイヤモーター生産における高投資コストと柔軟性の限られた問題に基本的に対処します。さらに、30,000 rpmを超える動作速度での巻線損失と温度上昇に取り組むために、特殊なスロット仕様のブレークスルーと、対応する製造技術を備えた材料誘導ワイヤアプリケーションのブレークスルーは、2026年から2028年の間に達成されると予想されます。

ローターの構造とプロセス

高速および低コストの市場動向に直面して、モーターローターは、遠心ストレス抵抗のより信頼性の高い構造形態を解決する必要があり、ローター設計によりモーターの高効率領域の分布特性を改善したいと考えています。

したがって、一方では、業界は2年以内に炭素繊維巻線または同様の強化構造の低コストの製造上の課題を解決する必要があります。業界の予測によると、ローターワイヤからワイヤへのカーボンファイバー巻線装置は2026年までに開発され、超薄いカーボンファイバースリーブコンポーネントの大量生産と2028年までに達成されると予想される成熟アセンブリプロセスがあります。進歩により、高回転速度でモーター効率が2パーセント以上増加します。

主な材料プロセスルートと開発の目標とモーターの計画

新しいラミネートコアプロセスルート、新しいモーターパンチ材料開発の目標と計画

・600mpaの開発と適用と高強度と高加工性非方向のシリコン鋼。

・厚さ0.25mm 1150,1100以下の高グレード高エネルギー効率の高グレードでは、非方向のシリコン鋼の発達と薄化。

・低鉄損失と高磁気誘導指向のシリコン鋼の開発と安定した応用底層または複合コーティングなし。

・高い安定性、迅速な自己粘着薄薄仕仕様ではない、オリエンテッド、薄い仕様指向製品開発、迅速な自己接着鉄

・コア高効率と安定した生産プロセステクノロジーのブレークスルー。

・複数の品種を持つ軟質磁気材料のステーター構造の再設計と適用。

新しい磁気鋼材料の研究開発目標と計画

NDFEB材料の技術的進歩は、主に磁石の性能を改善し、磁石のコストを削減し、低コストで高性能NDFEB磁石を取得することです。

一方では、組成を調整し、微細構造を最適化してネオジム鉄ボロン（NDFEB）磁石の磁気特性を強化するか、肉眼的形状の設計最適化を介して渦電流の損失を減らし、製品のパフォーマンスを改善することにより、モーターの必要なマグネットの必要な保存率を低下させることができます。また、このアプローチは、特に重いHRE要素TBの重い希土類（HRE）消費を減らし、最終的には低い磁石またはゼロ磁石の開発目標を達成します。

近年、さまざまな研究機関が、結晶の境界強化と結晶境界再構成技術を研究することにより、基質での重い希土類DYとTBの使用を減らしています。そして、拡散プロセスでの重い希土類DYおよびTBの使用を減らし、磁石のコストを削減するために、濃い希土類または非鉄の希土類複合拡散材料を徐々に発達させて、重い希土類または非レア地球複合拡散材料を発達させません。

一方、NDFEBの高豊富および安価な希土類CE、LAおよびYのアプリケーションテクノロジーを開発することにより、主要な希土類元素PRとNDの使用を使用することで、コストを削減できます。コストを削減できます。中およびローエンド市場の恒久的な磁石材料の多様な需要を満たすことができます。

今後2年間で、NDFEBテクノロジーは主に次の側面で発展します。

・ネオジム鉄ホウ素生産プロセスを改善および制御して、製品の一貫性を改善します。

・重い希土類の使用を減らします。この計画には、低い希土類の非拡散磁石の性能の向上が含まれます。いくつかの結核拡散磁石を置き換えるために、dy拡散磁石の性能を向上させます。

・高豊富な希土類NDFEB磁石の性能を向上させ、原材料のコストを削減し、希土類資源の合理的な利用を実現します。

・今後5年間で、Neodymium Iron Boron（NDFEB）テクノロジー開発が2つの重要な分野に焦点を当てます。まず、パフォーマンスの安定性を維持しながら、拡散プロセスでのDYとTBの使用を減らすための努力が払われます。第二に、磁気材料の設計は、運用サイクル中の消磁抵抗を強化する革新的な構造構成を介して、低インダクタンス磁石に優先順位を付けます。

3。新しいエナメルワイヤの研究開発目標と計画

自動車ドライブモーターの性能とコストの最適化を強化する上での巻線の役割は、ますます顕著になっています。電磁ワイヤ製品の開発は、自動車モーターの高電圧、高速、高効率、低コストの4つの主要な要件に引き続き焦点を当てます。研究の取り組みは、断熱構造/材料の最適化、導体材料の改善、導体構造の設計という3つの主要なアプローチを通じて、これらの課題に対処します。

今後2年間で、電磁ワイヤテクノロジーは主に次の側面で発展します。

・800Vプラットフォームは、高電圧駆動モーターの出発点ですが、エンドポイントは不明のままです。低誘電体高強度絶縁材料と電磁ワイヤ処理技術に関する研究を通じて、電磁ワイヤやステーターアセンブリのPDIVレベルを継続的に改善することは、将来の電磁ワイヤ断熱研究において重要なトピックのままです。

・PDIVの改善に加えて、すべての労働条件下でモーターの部分的な排出時間を短縮することに加えて、非常に柔軟で超長いコロナ耐性エナメルワイヤの継続的な研究開発、およびステーター巻き電気老化寿命の改善は、電磁ワイヤ断熱技術の重要な研究方向です。

・ドライブモーターの速度が継続的に改善されると、高頻度と高速でのAC損失はますます重要です。 Lizワイヤー、組み合わせたワイヤ、小さなフラットワイヤー、およびその製造プロセスなどの製品の開発は、高速モーターのAC損失を減らすのに役立ちます。

今後5年間の電磁ワイヤの研究開発方向：

・高導管材料（グラフェン銅など）は自動車エンジニアのビジョンに入りましたが、複雑な製造プロセスと高コストのために、それらはまだ少数のプロトタイプの段階にあります。 5〜10年の研究開発と改善を通じて、コストと技術の安定性の両方で大きな進歩が遂行されることが期待されています。

・軽量および低コストの導体材料の研究、開発、および応用：アルミニウムおよび銅で覆われたアルミニウム導体材料は、同じ現在の貨物容量の前提の下で軽量に関して明らかな利点があります。一方、銅価格の継続的な上昇傾向により、ドライブモーターワインディングの適用において、銅線をアルミニウムおよび銅に覆われたアルミニウムに置き換えることができます。