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保時捷Taycan風頭正盛,背後的電機技術或成新能源汽車配置主流
發布:2019-10-17
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不久前,保時捷Taycan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也具備了多方麵的創新性技術,其所搭載的“扁線電機”(Hair-Pin發卡電機)不僅發揮了出色的驅動性能,更是一項將領銜下一代新能源汽車驅動係統的技術。在前段時間落幕的法蘭克福車展上,長城汽車及零部件供應商舍弗勒等都展示了各自扁線電機的技術實力。該技術的實力究竟幾何?為何業內普遍又將其視為開啟新電驅動時代的“鑰匙”呢?

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1、相比起傳統電機所采用的圓形導線,扁線電機采用的是扁平導線。其優勢在於電機體積更緊湊、更節約材料、功率更強勁。

2、扁線電機率先由國外車企發起應用,如豐田普銳斯、雪佛蘭沃藍達等。國內應用案例較少,車企尚未進行大規模采用。

3、技術層麵,國內扁線電機在設計、製造、原材料等方麵均麵臨挑戰。產業尚未成熟,由此帶來前期應用成本高。市場成熟後,扁線電機將能降低整車成本並提升其性能。

何謂扁線電機?

與扁線電機相對應的就是“圓線電機”,扁線、圓線的區別就在於電機中定子繞組所用的導線的形態不同。傳統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。

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扁線電機之所以會成為未來趨勢,是由新能源汽車電驅係統發展決定的,小型化、集成化、高功率密度等特點都是新能源汽車電驅係統的演進方向。畢竟,體積大、重量大、動力弱的驅動係統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(指線圈放入槽內後占用槽內空間的比例),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,產生的磁場會更強,那麽電機的功率就會更大。

有數據顯示,在相同的空間內,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。

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相比起傳統電機而言,扁線結構還有其他優勢。它使得導線與導線間的接觸麵積大幅提高,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,在電能轉化為機械能的過程中是起著樞紐作用的關鍵部件。反映在整車上,扁線電機能提供更優越的加速性能,並且噪音更小,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展潮流。誰能率先開發並量產扁線電機,誰就能更好地搶占市場,抓住新能源汽車爆發的紅利。

國外率先示範應用 國內仍處於初級階段

在多年以前,隻有少數國外汽車廠商所生產的新能源汽車產品采用了扁線電機技術。比如,2007年,雪佛蘭沃藍達就搭載了雷米(已被麥格納收購)提供的扁線電機;日產、豐田等車企也都應用過該技術(豐田第四代普銳斯的扁線電機來自日本電裝)。

現今,國內車企及零部件供應商也紛紛染指這一技術。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就展示了自主開發生產的“扁線技術”電驅動集成係統。此外,包括上汽、比亞迪和北汽在內的主機廠,以及方正電機、漢拿電機等電機企業也都已經展開了相應的研究。

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方正電機總經理牛銘奎稱,“國內扁線電機總體處於起步階段。多家整車、零部件企業正在進行產品開發。目前,國內有3-5家電機廠在從事扁線電機技術的開發,另有約4家整車廠也在進行研發。”

另有報告顯示,根據國內主機廠和電機企業的研發進度來看,國內扁線電機最快將於2020年實現產業化,2025年市場滲透率有望達到67%。實際上,就當前而言,扁線電機國內市場應用相對“冷清”。

牛銘奎表示,“國內扁線電機規模應用案例還較少,目前隻有一款搭載該技術的車型投放市場。”他進一步闡釋道,基於扁線電機進行產品開發的公司和項目為數不少,並且更多公司都已開始緊鑼密鼓地進行調研,後續會研發更多基於扁線電機的項目。

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一位不具名人士(該人士為國內某大型自主品牌車企研究院技術負責人)對汽車之家表示,“目前國內應用並不多。就像燃料電池一樣,雖然都知道技術好,但是各個主機廠都不會提前大規模量產。”

總體看來,扁線電機技術由國外車企率先發起應用,並且在新能源驅動電機市場取得了良好的示範效應,而國內目前還在追趕當中。

設計/製造等環節挑戰大 但能降低整車成本

盡管從長期來看,扁線電機是未來驅動電機的發展方向。在具備諸多優勢的同時,也同樣存在劣勢,比如設計難度、工藝製造難度、更易損耗等。換個角度來說,原材料、生產工藝、專業製造設備等痛點成為了扁線電機產業化的壁壘,這也是其尚未實現大規模應用的原因。

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“扁線電機是一項從產品設計到製造工藝等環節都截然不同於傳統電機的技術。”牛銘奎稱,尤其是生產工藝,例如線圈成型、扭頭、焊接、浸漬等,都需要全新的開發。目前尚由歐美企業壟斷,這將成為國內對核心技術掌握的主要瓶頸。“誰能掌握設計、製造等全方位的核心技術,誰才能真正在扁線電機領域取得技術突破。”牛銘奎說。

市場現狀也確實如此。目前,具備扁線電機量產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,上汽集團旗下零部件公司華域汽車曾於2017年實現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”,在扁線電機技術開發、生產製造等方麵的能力差異都很大。牛銘奎表示,“多數廠家主要依靠國外進口設備解決工藝問題。隻有數量很少的佼佼者,實現了從產品開發、生產製造工藝的全方位能力積累和技術突破。”

除此之外,由圓形導線升級為扁平矩形截麵導線所帶來的另一個問題是,處於產業鏈上遊的導線製造技術也需要同步革新。

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技術難題是一方麵,由此所帶來的產品性價比又是一方麵。上述不具名人士也提到,“扁線電機在設計、製造等方麵的難度都比較大。”這也反映了在市場成熟前,缺少合作夥伴來共同承擔研發等各方麵的成本,由此導致車企應用該技術成本較高。“利潤為王”恰好能解釋車企為何沒有提前進行大規模量產。

鑒於扁線電機的技術優勢,當其越過技術降本和規模降本的臨界點時,該技術還是具備市場競爭力的。牛銘奎認為,“相比起傳統的圓線電機,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、電耗等方麵帶來的優勢,扁線電機能將成本降低大約15%。”

全文總結


現如今,扁線電機對傳統電機的替代作用仍不明顯,短期內投產應用的風險是車企所不願承擔的。任何一項技術從實驗室走向市場的道路都非常坎坷,技術不成熟導致市場應用難,市場培育不到位又反過來製約技術的快速突破。站在長遠角度來考慮,技術更迭是大勢所趨;於消費者而言,如果為更優質的用戶體驗而付出更少的成本又何樂而不為呢?

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來源於汽車之家丨侵刪

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