تحليل الوضع الراهن والتحديات التقنية للمكونات الأساسية لمحرك القيادة (الجزء الثابت والدوار)

تحليل الوضع الراهن والتحديات التقنية للمكونات الأساسية لمحرك القيادة (الجزء الثابت والدوار)

أداء المواد الفولاذية المغناطيسية الحركية والوضع الحالي والتحدي للعملية الأساسية

البورون الحديد النيوديميوم هو الجيل الثالث من مواد المغناطيس الدائمة الأرضية النادرة. نظرًا لارتفاع إكراهه ، ومنتج الطاقة المغناطيسي العالي وغيرها من الخصائص ، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة وحقول الطاقة الجديدة. مع ظهور مركبات الطاقة الجديدة وتطوير كهربة المركبات ، يلعب Neodymium Iron Boron دورًا متزايد الأهمية.

في مجال محركات قيادة مركبات الطاقة الجديدة ، نظرًا لمتطلبات بيئة التشغيل الصارمة في درجات الحرارة العالية ، تتطلب معظم مغناطيس البورون الحديد النيوديميوم (NDFEB) عناصر أرضية نادرة ثقيلة ونشر حدود الحبوب لتعزيز مقاومة إزالة المغناطيسية عالية درجة الحرارة. اعتمادًا على مواصفات تصميم محرك الأقراص المختلفة ، تحتاج مغناطيس NDFEB عادةً إلى معلمات أداء تتراوح من منتجات الطاقة المغناطيسية (MEP) من 42-54 MGOE إلى قيم الإكراه (HC) بين مستويات UH و EH. ضمن نطاق الأداء هذا ، لا تزال المغناطيسات التي يتم وضعها في السل تسيطر على السوق.

ومع ذلك ، مع تقدم وتطوير تقنية NDFEB وتكنولوجيا المحركات ، في حين أن أداء المغناطيس يتحسن باستمرار ، يتم تقليل متطلبات المغناطيس في المحركات تدريجياً ، وتزداد نسبة المغناطيسات المنتشرة في محركات القيادة عامًا بعد عام.

في الوقت الحاضر ، يمكن أن تلبي مغناطيس الانتشار DY متطلبات الأداء لمغناطيات محرك القيادة التي تتراوح من 44uh إلى 52sh. بطبيعة الحال ، هناك أيضًا بعض محركات محرك الطاقة الصغيرة ذات المتطلبات المنخفضة نسبيًا لأداء المغناطيس ، مثل 42sh ، والتي يمكن أن تستخدم مغناطيسات أرضية نادرة ثقيلة أو مغناطيس البورون الحديد النيوديميوم.

مع التطور السريع للمحركات عالية الطاقة العالية ، أصبح تأثير التدفئة الحالي في المغناطيس بارزًا بشكل متزايد ، مما يجعل المغناطيسات المنخفضة EDM محورًا رئيسيًا للبحث. في حين أن المصممين يستخدمون عادة مجموعة مغناطيس مجزأة مع الترابط اللاصقة ، فإن هذا النهج يعاني من عمليات التصنيع المعقدة وتقليل كفاءة المواد. في السنوات الأخيرة ، برزت تقنيات المعالجة غير المتطورة كحل واعدة لزيادة تقليل التدفئة الحالية الدوامة في المغناطيس ، والتي حظت باهتمام كبير في هذه الصناعة.

كان Neodymium Iron Boron (NDFEB) قيد البحث لأكثر من أربعة عقود منذ اختراعه ، ومع ذلك فقد وصلت دراسات حول مغناطيس NDFEB المتلألئ عالي الأداء إلى عنق الزجاجة. يقترب الحد الأقصى للمنتج للطاقة للمغناطيس NDFEB الحالي الذي يقترب من الحدود النظرية ، مما يجعل المزيد من الاختراقات يمثل تحديًا متزايدًا. في حين لا يزال هناك مجال مهم للتحسين في التعزيز النظري لإكراه NDFEB ، فإن تحقيق تقدم كبير لا يزال صعبًا للغاية.

يواجه هيكل تكلفة مغناطيس البورون الحديد (NDFEB) الملبد حاليًا تحديات كبيرة. مع النمو السريع لمركبات الطاقة الجديدة في السنوات الأخيرة ، ارتفع الطلب على السوق على مغناطيس NDFEB عالية الأداء ، مما أدى إلى زيادات كبيرة في استهلاك المواد الخام-وخاصة العناصر الأرضية النادرة مثل PR و ND و DY و TB. وقد تسبب هذا في تقلبات كبيرة في الأسعار وتضخم مستمر في أسعار الأرض النادرة. أدى عدم توازن الطلب في هذه الموارد إلى تفاقم تقلب الأسعار في منتجات NDFEB. نظرًا لأن متطلبات التحكم في التكاليف أصبحت صارمة بشكل متزايد ، يستمر الضغط في إدارة النفقات في تكثيفه.

الوضع الحالي والتحدي من مواد الأسلاك الموسمية الحركية

الوضع الحالي واتجاهات التطوير: خضعت محركات محرك السيارات لانتقال من تصميمات محرك مستديرة إلى سلك مسطح ، بينما تعاني حاليًا من التطور التكنولوجي السريع من محركات الأسلاك المسطحة المتوسطة الجهد إلى الجهد العالي الجهد ، عالي السرعة المبرد بالزيت. تطورت الموصلات المستخدمة في محركات القيادة أيضًا من الأسلاك المستديرة إلى الأسلاك المسطحة ، والانتقال من سلك المينا المعزول التقليدية المنخفضة الجهد إلى موصلات مركبة متخصصة في الجهد العالي ، ومقاومة للاكسور ، ومقاومة للزيوت ، وموصلات مركبة مركب منخفضة AC.

يؤدي ارتفاع الضغط وتبريد الزيت إلى ترقيات نظام العزل.

أصبح تطوير الجهد العالي اتجاهًا محوريًا في محركات السيارات ، حيث توفر الأنظمة المتقدمة مزايا كبيرة لتحقيق الكفاءة العالية والشحن السريع. مع تطور محركات القيادة نحو 800V ومنصات الجهد الأعلى ، ينتقل نظام عزل اللف بأكمله من نظام الانهيار الأصلي من النوع الأول (NBD) إلى أنظمة العزل II.

على عكس محركات الأسلاك المسطحة ذات الجهد العالي التقليدية ، لا يمكن لمحركات محرك السيارات تنفيذ العزل الثانوي وحماية الهورونا للفات كاملة. وهذا يستلزم تعزيز مقاومة كورونا في عزل الأسلاك الكهرومغناطيسية. لقد أدت التصميمات المتخصصة مثل أسلاك المينا PI منخفضة النيئة ، والأسلاك المقطوعة نظرة خاطفة ، والأسلاك المطلية بالمينا الملبس إلى تحسين قيمة PDIV للأسلاك الكهرومغناطيسية بشكل كبير ، حيث لعبت دورًا مهمًا في منع بدء التورم. في السنوات الأخيرة ، زادت إدارة القسم الجهود في مجال البحث والتطوير في تكنولوجيا ومعدات الأسلاك المينا ، وتطوير سلسلة PI/PAI المسطحة ذات الأسلاك المسطحة ذات الأسلاك الفائقة والطول. تحقق هذه المنتجات الحد الأقصى لعمر مقاومة Corona الذي يتجاوز 600 ساعة ، مما يدل على تحسن أكثر من عشرة أضعاف مقارنة مع الأسلاك الدائرية المغلفة بالمينا التقليدية.

حققت تكنولوجيا تبريد الزيت فوائد مزدوجة: فهي تعزز بشكل كبير تبديد الحرارة المتعرجة ، ويقلل من ارتفاع درجة حرارة النظام ، ويمتد عمر خدمة المحرك. ومع ذلك ، فإنه يشكل أيضًا تحديات كبيرة فيما يتعلق بتوافق العزل مع تركيبات النفط. على الرغم من أن الأسلاك المينا المقاومة للماء النفط قد تم تطويرها ودخلت الإنتاج الضخم بنجاح ، إلا أن منهجيات الاختبار غير المتسقة ومعايير التقييم لتوافق النفط تستمر في جميع أنحاء الصناعة. لا يزال التوازن بين كفاءة التكلفة مع المواصفات التقنية يمثل تحديًا حاسمًا يجب أن نتصدى له.

تمثل التشغيل العالي السرعة تقدمًا تكنولوجيًا محوريًا آخر في محركات القيادة. مع استمرار زيادة سرعات الدوران ، يظل تواتر أنظمة التحكم في PWM الإلكترونية في الارتفاع ، في حين أن خسائر التيار المتردد الناتج عن تأثير الجلد وتأثيرات القرب في اللفات تصبح واضحة بشكل متزايد. في الوقت الحالي ، يقوم عدد قليل فقط من قادة الصناعة بتطوير مكونات متخصصة مثل الموصلات المخبوزة غير المتصاعدة ، وأسلاك Litz ، والموصلات المتداخلة ، والموصلات المتداخلة المركبة. تستعد تكوينات الموصل المتقدمة هذه لتصبح حلولًا فعالة لمعالجة خسائر التيار المتردد في المحركات عالية السرعة.

الوضع الحالي والتحدي للمواد العازلة الثانوية للمحرك

الوضع الحالي واتجاهات التطوير: نظرًا لأن Xiaopeng Motors رائدة في تطوير نظام محرك كهربائي يتم تبريده 800 فولت في عام 2021 ، فقد تم إجراء تحسينات كبيرة في ظروف تبريد المحركات. وفي الوقت نفسه ، تم تنقيح نظام التقييم لأنظمة عزل الجهد العالي المستندة إلى SIC تدريجياً. تحولت تدابير تبديد الحرارة المحتملة للمحركات من محيط دوار الجزء الثابت إلى بنية الجزء الثابت الداخلي. سيكون التركيز التالي في صناعة السيارات هو تعزيز قدرات الموثوقية والإدارة الحرارية لأنظمة العزل. ومع ذلك ، فإن مواد عزل المحرك الحالية تظهر بشكل عام الموصلية الحرارية بين 0.2 ~ 0.3W/MK ، والتي تقل عن تلبية متطلبات اتجاهات تنمية كثافة الطاقة في الصناعة.

تواجه الصناعة تحديات مزدوجة: في حين أن المطالبة بأداء عزل فائق من أنظمة الحركات ، تظل مواد العزل عنق الزجاجة الأساسي في تبديد الحرارة ، مما يؤدي إلى سعي هذا القطاع إلى الموصلية الحرارية المعززة. ومع ذلك ، فإن العزل وتبديد الحرارة يتعارضون بطبيعته مثل المعارضة المعارضة في أي مادة واحدة. علاوة على ذلك ، عند استخدام المواد العازلة ، تحدد الأبعاد الحرجة لسمك العزل وعزل الموصل الموثوقية مباشرة. هذه الأبعاد تؤثر بشكل نقدي على معدلات استخدام فتحات المحرك ، وبالتالي الحد من تحسينات الأداء. تتوقع الصناعة بشكل خاص الاختراقات في مواد العزل المركبة مع الموصلية الحرارية الفائقة وتقنيات التطبيق الخاصة بها ، بما في ذلك الأفلام العازلة والورنيش المشرب وطلاء الأسلاك المينا وعمليات التصنيع والمعدات ذات الصلة.

هيكل جديد وتخطيط مسار العملية الجديدة وأهداف المحرك (الجزء الثابت والدوار)

تأمين الأسلاك المسطحة وتكنولوجيا التصنيع: أصبح اعتماد تصميم الأسلاك المسطحة في لفائف المحركات معيارًا حاسمًا في الصناعة. ومع ذلك ، للتنافس بفعالية ، يجب أن تعزز محركات الأسلاك المسطحة المرونة وتقليل خسائر التيار المتردد. تفتقر تصاميم الأسلاك المسطحة التقليدية إلى مرونة كافية ، في حين أن التكنولوجيا المستمرة للتكوين تبسيط تكوين الأسلاك وعمليات اللحام مع التخلص من الخطوات الهامة مثل الضغط على الأسلاك ، والتشتعل ، والتواء ، مما يتيح إنتاجًا أفضل مرنًا. لمواجهة التحدي الحالي المتمثل في تكوين الأسلاك الصعبة في إطار عمليات التكوين المستمر الحالية ، تتوقع الصناعة تطوير أنظمة متعرج جديدة منظمة منظمة مع معدات محسّنة بحلول عام 2026. سيؤدي ذلك إلى حل مشكلات أبعاد الفتحات الضخمة ومعدلات تعبئة الفتحات المنخفضة ، معالجة نقاط الألم بشكل أساسي لتكاليف الاستثمار المرتفعة في إنتاج المحرك المسطح. بالإضافة إلى ذلك ، لمعالجة خسائر اللف وارتفاع درجة الحرارة عند سرعات التشغيل التي تتجاوز 30،000 دورة في الدقيقة ، من المتوقع أن يتم تحقيق اختراقات في مواصفات الفتحات المتخصصة والتطبيقات الأسلاك الموجهة للمادة مع تقنيات التصنيع المقابلة بين عامي 2026 و 2028.

هيكل الدوار والعملية

في مواجهة الاتجاه العالي للسرعة واتجاه السوق منخفض التكلفة ، يحتاج الدوار المحرك إلى حل شكل بنية أكثر موثوقية من مقاومة الإجهاد الطرد المركزي ، وتأمل في تحسين خصائص توزيع منطقة الكفاءة العالية للمحرك من خلال تصميم الدوار.

لذلك ، من ناحية ، تحتاج الصناعة إلى حل تحديات التصنيع منخفضة التكلفة لتهدئة ألياف الكربون أو الهياكل المعززة المماثلة في غضون عامين. تشير توقعات الصناعة إلى أنه سيتم تطوير معدات لف الألياف الكربونية من الأسلاك الدوارة بحلول عام 2026 ، مع الإنتاج الضخم لمكونات الأكمام ذات الألياف الكربونية الفائقة وعمليات التجميع الناضجة المتوقع أن يتم تحقيقها بحلول عام 2028. سوف يعزز التقدم كفاءة المحرك بأكثر من 2 نقاط مئوية بسرعات دوران عالية.

مسار عملية المواد الرئيسية وهدف التطوير وخطة المحرك

مسار العمليات الأساسية الجديدة المصفحة ، هدف وتطوير مواد مواد الحركية الجديدة

· تطوير وتطبيق 600 ميجا باسكال وقوة أعلى وارتفاع القابلية للآلات غير الموجه من الصلب.

سماكة 0.25 مم 1150،1100 ودرجات أعلى من نمو الصلب السيليكون غير الموجود في مجال الطاقة العالية.

· التطوير والتطبيق المستقر لفقدان الحديد المنخفض والفولاذ السيليكون ذو الحث المغناطيسي العالي دون طبقة أسفل أو طلاء مركب.

· استقرار عالي ، مواصفات رقيقة رقيقة غير موجهة ذاتية غير موجهة نحو المواصفات الرقيقة ، الحديد السريع الذي لاصق ذاتي

core كفاءة عالية وعملية الإنتاج مستقرة الاختراق.

· إعادة تصميم وتطبيق بنية الجزء الثابت للمواد المغناطيسية الناعمة مع أصناف متعددة.

أهداف البحث والتطوير وخطط مواد الفولاذ المغناطيسي الجديد

التقدم التكنولوجي لمواد NDFEB هو تحسين أداء المغناطيس وتقليل تكلفة المغناطيس ، وذلك للحصول على مغناطيس NDFEB منخفض التكلفة وعالي الأداء.

من ناحية ، من خلال ضبط التكوين وتحسين البنية المجهرية لتعزيز الخواص المغناطيسية لمغناطيات البورون الحديد النيوديميوم (NDFEB) ، أو من خلال تحسين تصميم الأشكال العيانية لتقليل خسائر تيار الدوامة وتحسين أداء المنتج ، يمكننا تقليل التجويد المطلوب للمغناطيس في المحركات. يقلل هذا النهج أيضًا من استهلاك الأرض النادرة الثقيلة (HRE) ، وخاصة من سلالة السل ، في نهاية المطاف تحقيق هدف تطوير مغناطيس منخفض أو حتى صفر.

في السنوات الأخيرة ، كانت المؤسسات البحثية المختلفة تقلل من استخدام DY و TB النادر الثقيل في الركيزة من خلال دراسة تقنيات تعزيز الحدود البلورية وتقنيات إعادة بناء الحدود البلورية ؛ وتطور تدريجياً جيلًا جديدًا من الأرض المنخفضة الثقيلة النادرة ، لا توجد مواد نشر نادرة أو غير نادرة غير نادرة لتقليل استخدام DY و TB النادر الثقيل في عملية الانتشار وتقليل تكلفة المغناطيس.

من ناحية أخرى ، من خلال تطوير تكنولوجيا التطبيقات ذات الوفرة العالية والأرض النادرة الرخيصة ، LA و Y في NDFEB ، يمكن تقليل استخدام العناصر الأرضية النادرة الرئيسية و ND ، ويمكن تقليل التكلفة ، ويمكن أن يتم تقليل الطلب المتنوع على مواد المغناطيس الدائمة في الموارد المتوسطة والمنخفضة ، ويمكن أن يتم تخفيض الفرق في العرض والطلب من الموارد الأرضية النادرة.

في العامين المقبلين ، ستتطور تقنية NDFEB بشكل أساسي في الجوانب التالية:

· تحسين والتحكم في عملية إنتاج البورون الحديد النيوديميوم لتحسين اتساق المنتج.

· تقليل استخدام الأرض النادرة الثقيلة. تتضمن الخطة تحسين أداء المغناطيسات غير المنخفضة غير المنخفضة أو بدون انتشار. تحسين أداء مغناطيس الانتشار DY لاستبدال بعض مغناطيس انتشار السل.

· تحسين أداء مغناطيس NDFEB للأرض النادرة عالية الوفرة ، وتقليل تكلفة المواد الخام ، وإدراك الاستخدام العقلاني لموارد الأرض النادرة.

على مدار السنوات الخمس المقبلة ، ستركز تطوير تقنية Neodymium Iron Boron (NDFEB) على مجالين رئيسيين. أولاً ، مع الحفاظ على استقرار الأداء ، سيتم بذل الجهود لتقليل استخدام DY و TB في عمليات الانتشار. ثانياً ، سوف يعطي تصميم المواد المغناطيسية أولوية للمغناطيس المنخفضة الحث من خلال التكوينات الهيكلية المبتكرة التي تعزز مقاومة إزالة المغناطيسية أثناء الدورات التشغيلية.

3. أهداف البحث والتطوير وخططها للأسلاك المينا الجديدة

أصبح دور السلك المتعرج في تعزيز الأداء وتحسين التكلفة لمحركات القيادة للسيارات بارزًا بشكل متزايد. سيستمر تطوير منتجات الأسلاك الكهرومغناطيسية في التركيز على أربعة متطلبات رئيسية: الجهد العالي ، والسرعة العالية ، والكفاءة العالية ، والتكلفة المنخفضة لمحركات السيارات. سوف تعالج الجهود البحثية هذه التحديات من خلال ثلاثة أساليب أولية: تحسين هياكل/مواد العزل ، وتحسين مواد الموصل ، وتصميم هيكل الموصلات.

في العامين المقبلين ، ستتطور تقنية الأسلاك الكهرومغناطيسية بشكل أساسي في الجوانب التالية:

· منصة 800V هي نقطة انطلاق محركات القيادة عالية الجهد ، لكن نقطة النهاية لا تزال غير معروفة. من خلال الأبحاث حول انخفاض المواد العازلة العازلة ذات القوة العازلة وتكنولوجيا معالجة الأسلاك الكهرومغناطيسية ، فإن تحسين مستوى PDIV للأسلاك الكهرومغناطيسية وحتى مجموعات الثابت سيظل موضوعًا مهمًا في أبحاث عزل الأسلاك الكهرومغناطيسية المستقبلية.

· بالإضافة إلى تحسين PDIV لتقليل وقت التفريغ الجزئي للمحرك في ظل جميع ظروف العمل ، فإن البحث والتطوير المستمر لأسلاك المينا المقاومة للهالة المرنة للغاية والطويلة للغاية ، وتحسين حياة الشيخوخة الكهربائية المتعلقة بالثابت.

· مع التحسين المستمر لسرعة محرك القيادة ، يكون فقدان التيار المتردد تحت التردد العالي والسرعة العالية أكثر وأكثر أهمية. يمكن أن يساعد تطوير منتجات مثل Liz Wire ، والأسلاك المشتركة ، والأسلاك المسطحة الصغيرة وعملية التصنيع الخاصة بها ، على تقليل فقدان المركزات في المحركات عالية السرعة.

اتجاه البحث والتطوير للأسلاك الكهرومغناطيسية في السنوات الخمس القادمة:

· دخلت مواد التوصيل العالية (مثل النحاس الجرافين) إلى رؤية مهندسي السيارات ، ولكن بسبب عملية التصنيع المعقدة والتكلفة العالية ، لا تزال في مرحلة عدد صغير من النماذج الأولية. من المتوقع أنه خلال 5-10 سنوات من البحث والتطوير والتحسين ، سيتم إحراز تقدم كبير في كل من التكلفة والاستقرار الفني.

· بحث وتطوير وتطبيق مواد الموصلات الخفيفة والخفيفة التكلفة: مواد موصل الألومنيوم والألومنيوم النحاسية لها مزايا واضحة من حيث الوزن الخفيف في ظل فرضية نفس القدرة على الحمل الحالية ؛ وفي الوقت نفسه ، مع وجود اتجاه متزايد مستمر لسعر النحاس ، سيكون من الممكن استبدال الأسلاك النحاسية بالألمنيوم والألومنيوم المغطى بالنحاس في تطبيق لفات محرك القيادة.