碳纤维转子-高速电机领域的技术创意与制造商

文摘 2024-09-27 10:16 山东

碳纤维高速电机转子

新能源汽车行业正经历着驱动电机高速化的发展浪潮，但这一趋势也带来了转子在高转速下承受更大离心力的挑战，这对电机的稳定性和安全性提出了更高的要求。为应对这一挑战，保护永磁体成为关键。与传统的金属护套相比，采用碳纤维复合材料制成的护套不仅重量轻、强度高、耐用性强，还具备低电导率和高热导率的特点。这种护套在有效保护永磁体的同时，能够减少由涡流引起的损耗，且不影响转子的散热性能，更好地适应电机高速化的需求，从而提升电机的整体性能。此外，碳纤维护套还能与高强度硅钢片结合使用，两者的结合为高速电机转子提供了更强的抗离心力能力。

从产业化的角度来看，特斯拉在2021年6月推出的Model S Plaid车型中率先采用了碳纤维材料包裹转子，显著增强了其结构强度，使得电机的最高转速能够超过20000转/分钟，进而实现了322公里/小时的最高时速。此后，国内外的多家汽车制造商和一级供应商也开始积极跟进这一技术趋势。

碳纤维转子的设计在高转速电驱动系统中展现出显著的优势。考虑到碳纤维材料在受热时会发生热膨胀，需要在转子和定子之间保持适当的间隙，以确保气隙的稳定性。同时，碳纤维的高强度特性能够有效抑制金属热膨胀，允许缩小转子和定子之间的距离，提高磁通量的利用效率。这样，在相同的输入电流条件下，电驱动系统的转速更高，输出功率更大，效率也更优。

面对下一代电驱动电机性能提升的技术挑战，碳纤维转子不仅能够解决高转速带来的结构安全性问题，还能通过使用碳纤维电刷来应对高压环境下的轴电流问题。在成本控制方面，通过增加生产设备的投入，可以有效降低单位产品的生产成本，推动碳纤维转子技术的商业化和广泛应用。

特斯拉汽车

特斯拉在汽车行业中率先为电驱动系统的转子设计并应用了碳纤维保护套，这一创新设计的主要目的是增强转子的结构稳定性，以抵御在高转速条件下可能出现的永磁体脱落风险。

此外，碳纤维保护套的使用还有助于提高电驱动系统的磁通效率，进而实现系统的轻量化。特斯拉Model S和Model X的Plaid版本就配备了这项先进技术，使得这两款车型的最高时速能够达到322公里/小时。这一成就得益于三电机四轮驱动的配置，包括一个前置单电机和两个后置双电机，它们能够达到每分钟20000转的最高转速。

智新科技

东风汽车在其新能源车型中主要采用由智新科技设计研发的电驱动系统。在2023年春季的新能源动力系统品牌发布会上，东风汽车展示了其最新的东风马赫E新能源动力品牌。该品牌旗下的马赫电驱动系统以其"极致融合、高效高速、强劲动力、智能控制"四大核心优势而备受瞩目。特别值得一提的是，该系统采用了创新的碳纤维包覆转子技术，使得转子的转速能够达到每分钟30000转，显著提升了系统的高速性能。

此外，马赫电驱动系统还与智新科技自主研发的碳化硅控制器相结合，进一步提高了系统的能效。得益于这种先进的匹配，整个电驱动系统的峰值效率能够达到94.5%，真正实现了"高速高效"的目标。这一技术突破不仅展现了东风汽车在新能源动力系统领域的创新实力，也为消费者带来了更加高效、环保的新能源汽车选择。

红旗新能源

红旗汽车独立研发的红旗HSM高效电驱系统，凭借其创新技术在全球范围内实现了95.5%的系统效率，并达到了几乎无法察觉的噪音水平。这一系统采用了多项独创技术，包括超轻量化和高磁密的碳纤维转子、超高频高功率的碳化硅模块，以及先进的主被动噪音抑制技术。

红旗汽车自主研发的碳纤维复合材料转子总成，充分利用了碳纤维材料极高的抗拉强度和极低的热膨胀系数，为转子铁心和磁钢提供了坚固的包裹保护。通过碳纤维环向的紧密缠绕技术，转子表面被施加了精确的预紧力，从而为整个电驱动系统的转子提供了全方位的保护，确保了系统的平稳运行。

这些技术的融合不仅提升了电驱动系统的效率，还大幅降低了噪音，使得红旗HSM高效电驱系统在性能和舒适性方面都达到了行业领先水平。

威睿电动

极氪汽车旗下的001FR车型搭载了由吉利威睿公司自主研发的四个800V碳化硅永磁同步电机。这款车型的后电驱动系统特别设计了两个并列排布的电机，每个电机的输出功率高达310千瓦，转速可达到每分钟20620转，功率密度达到了4.4千瓦/千克。为了应对这种超高转速带来的挑战，电驱动系统特别采用了自主研发的碳纤维包覆转子技术，使用了华渔公司提供的高质量碳纤维材料。

这种碳纤维转子的应用，不仅提升了电驱动系统的强度和耐久性，还有助于提高整体性能。极氪001FR的综合最大马力达到了1265匹。此外，车辆前部的两个电机采用了创新的非对称平行布局，每个电机的输出功率为155千瓦，这一设计进一步优化了车辆的动力输出和动态响应。

通过这些先进技术的应用，极氪001FR在电驱动系统的性能和效率方面都展现出了卓越的表现，为驾驶者提供了强劲动力和平稳驾驶体验。

博格华纳

作为一级供应商的博格华纳，在2023年4月的上海国际汽车工业展览会上，展示了其创新的碳纤维电机转子技术。这款转子以其高达每分钟25000转的转速，为开发高性能、高转速的电驱动系统提供了强有力的支持，推动了相关产品的应用发展。

智己汽车

智己汽车在2023年推出的LS6车型中，其电驱动系统引入了先进的定转子双油冷方案，这一方案有效提高了电机的冷却效率和持续运行的性能。特别值得一提的是，该车型的转子采用了碳纤维外壳技术，这是智己汽车与上汽集团合作开发的800V高压电驱系统的一部分。

这款被称为"超级组合"的全新电驱动系统，不仅将最高转速提升至每分钟21000转，而且还助力LS6车型实现了252公里/小时的最高速度，展现了其卓越的动力性能和技术创新。

广汽埃安

2023年3月3日，广汽埃安在其产品线中增添了一项突破性创新——夸克电驱，这是一款集成了尖端技术的高性能电驱动系统。

夸克电驱采用了广汽埃安自主研发的X-PIN扁线定子技术与碳纤维高速转子技术，这两项专利技术的应用使得电驱动系统在体积上成功缩减了25%，同时实现了超过30%的功率提升。X-PIN碳纤维高速电机技术还拥有三项国家专利的绕线方案，这些方案支持从70kW到320kW的功率范围以及从220到450Nm的扭矩范围，确保了该技术在多个平台上的兼容性和广泛应用潜力。这一创新展示了广汽埃安在电驱动技术领域的领先地位和对未来汽车动力系统发展的深远影响。

小米汽车

在2023年，小米汽车为其新车型SU7的电驱动系统引入了一系列令人瞩目的创新技术。继成功实现21000转/分钟的小米超级电机V6/V6s的量产，并计划在2025年推出转速高达27200转/分钟的小米超级电机V8s之后，小米的研发实验室最近宣布，已经完成了35000转/分钟电机技术的预研，这一技术突破预示着小米在电机技术领域的领先地位将得到进一步巩固。

除了转速的显著提升，小米汽车在新型电机的研发中还引入了创新的碳纤维极光缠绕转子工艺。这项工艺采用了先进的激光原位固化技术，实现了碳纤维材料的精确缠绕和固化。与传统的转子制造方法相比，碳纤维极光缠绕转子工艺不仅提高了制造精度和预紧力，还显著增强了转子的机械强度和耐用性。此外，这项工艺还有助于提高生产效率和降低成本，为电机的大规模生产和广泛应用提供了坚实的基础。

汇川联合动力

汇川联合动力在技术创新上取得了显著成就，其技术突破在多个方面得到体现：

1. 他们已经批量生产的第四代动力总成电机，转速高达每分钟20,000转，这一性能超越了市场上常见的12,000至14,000转的转速标准。此外，公司还宣布已经完成了25,000转/分钟的碳纤维转子技术的开发，标志着其在高转速电机领域的进一步进步。

2. 汇川联合动力成功下线了首台采用超低焊工艺的电机，这项工艺显著提升了扁线电机的槽满率，增幅超过20%，同时电机的功率密度也实现了8%以上的提升。

3. 公司的第二代碳化硅（SiC）电机控制器已伴随客户的车型上市，并即将进入批量交付阶段。值得注意的是，汇川联合动力是国内少数能够供应SiC电控的第三方供应商之一，这一地位进一步巩固了其在行业中的竞争力。

这些技术成果不仅展示了汇川联合动力在电驱动技术领域的专业实力，也预示着其在未来汽车动力系统市场中的广阔发展前景。

天蔚蓝

在某论坛上，天蔚蓝的专家分享了一个引人注目的案例，该案例涉及一种800V、20000转/分钟的电机。在这项技术改进中，通过将空气间隙从1mm增加到2mm，并引入1.2mm厚的碳纤维层，成功地将电机的功率从280kW提升至314kW，扭矩增加了16Nm，同时最高效率提高了0.2%。

该公司的碳纤维转子技术具备以下显著优势：

🔼先进的工艺与设备开发**：公司自主开发了行业领先的干湿两用碳纤维复合材料缠绕机，该机器配备了高精度的张力控制系统，并具备持续迭代的能力。

🔼全面的原材料检测设备**：配备了一系列检测设备，能够对缠绕树脂的粘度、凝胶时间、热失重曲线、玻璃化转变温度、热膨胀系数以及碳纤维及其复合材料的力学性能进行全面检测。

🔼全面的测试与可靠性评估能力**：拥有动平衡仪、高温超速试验机、高精度CT扫描仪、三坐标尺寸检测设备等，能够进行全面的检测和可靠性评估。

🔼碳纤维转子的企业标准**：基于这些先进的检测设备，公司建立了一套全方位的测试验收标准，覆盖原材料、产品性能、工艺参数影响以及产品可靠性评定等方面，确保产品的高品质和高效率，为客户提供信心保证。

通过这些优势，该公司在碳纤维转子技术领域展现出了强大的竞争力和创新能力，为客户提供了高性能、高可靠性的电驱动解决方案。

墨森科技

墨森科技在中国碳纤维高速永磁电机转子结构的正向研发领域占据领先地位，该公司自2017年起就由其创始团队引领研发工作。墨森科技成功攻克了在超高张紧强度条件下实现无损缠绕的关键技术难题，并全面掌握了从碳纤维材料选择、结构与电磁设计、成型与装配工艺，到装备制造和检验检测的全方位技术。

在客户合作方面，墨森科技的碳纤维转子产品已经获得格力装备、江特电机、中电21所等行业知名企业的批量订单。此外，公司还与超过20家汽车制造商和一级供应商建立了紧密的合作关系，共同推进新能源汽车用高速永磁电机碳纤维转子的研发工作。墨森科技已经完成了多轮的设计仿真计算、样品供应及测试，并成功获得了多个项目定点，这标志着其产品和技术已经得到了市场的广泛认可和应用。

复材应用技术

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