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新能源汽车电机装配生产线驱动系统未来发展趋势

作者: 来源: 日期:2018/11/29 16:04:49 人气:573

伴随汽车电动化的快速发展,影响新能源电动汽车驾驶性能及成本的驱动系统预计也将进入飞速成长阶段,各种各样的公司展开了激烈的主导权斗争。

新能源电机生产装配线

电驱动市场争夺战愈演愈烈

新的对手相继加入

竞争激化的表现就是新的对手不断加入。其中,*为气势凌人的是日本电产。日本电产之前主要生产用于电动制动器的EPS电机,现在则开始商业化具有更高输出功率的驱动电机。未来还计划自产逆变器和减速器,进行一体化销售。到目前为止,在车载领域主营电动转向电机(EPS电机)、电动制动器用途的中小型电机、以及短距离运输用途的商用低速驱动电机。

今后,则将全面进入驱动系统业务。该公司2017年9月发布的以小型轻量为主打的新产品‘E-Axle’就是这一信号的“先行官”。

上游元器件厂商进入下游供应链

驱动系统供应链“上游”侧的元器件制造商也正在进入“下游侧”的逆变器业务。例如,2016年TDK与东芝合作成立了开发,生产和销售逆变器的合资公司,预计2018年会正式开始产品的销售。在汽车领域,TDK原本在电动机用钕磁铁和混合动力汽车DC-DC转换器中具有优势,再增加一个逆变器事业,期望由此强化其整个汽车电子关联业务。此外,专攻逆变器所需功率器件的富士电机,掌握逆变器输入侧安装的平滑薄膜电容器绝大部分份额的松下等等公司,都加入到了逆变器的商业化竞争中。

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随着“电动化市场“的飞速扩张,新的机会出现

根据英国调研公司IHS Market的预测,电动汽车将在2020年左右开始迅速增长,至2029年电动汽车将占到所有汽车出货量的一半左右。

说到电动汽车电机,目前为止主流的汽车厂商针对HEV或者PHEV主要都是采取内部生产的体制。但是今后,随着电动汽车的增加,预计汽车厂商外部采购的需求会增加。例如,本田与日立汽车系统(日立AMS)在2017年7月联合组队,成立了开发,生产和销售电动汽车驱动电机的合资公司,预计面向数量巨大,降本要求强烈的普通价格段电动车辆电机,本田会首先考虑从这个新公司进行采购。此外,中国市场从2018年开始将实施“NEV法规”,2019年开始对新能源汽车销售比例进行规定,由此可以预见未来驱动系统市场将会进一步大幅增长。

通过开发新产品或增加产能迎接竞争

由于大部分汽车厂商都自己生产驱动系统相关产品,所以目前没有市场份额相当大的厂家存在,包括大型零部件供应商在内的行业新加入者,几乎都处于同一起跑线上。因此,各家之前专攻电机、电频器、或减速机的厂家,都加入到了新产品开发与生产体制强化的运动中,以此迎接竞争。

例如,德国零部件供应商博世开发了一种集成了电机,逆变器和减速机的小型化驱动系统,利用该系统作为武器,博世有望使其驱动系统业务增长到10亿欧元(约合1300亿日元)的规模。

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体积更小,成本更低的驱动电机

围绕驱动系统的主要竞争主轴就是高效化,小型轻量化以及成本降低。许多制造商都试图通过整个驱动系统来实现这些目标,而不是依靠诸如电机、逆变器或减速器的单个单元。2016年后本田混合动力车(HEV)上采用的全新结构驱动电机。与传统的驱动电机相比,在保持相同输出和扭矩的情况下,体积和重量分别减少了大约23%。因此,包括逆变器和减速器在内的i-MMD驱动系统的小型化成为可能。现行雅阁的HEV款中采用的2电机驱动系统(电机与发动机),与使用常规电机相比,高度缩减了9.2%,宽度缩减了9.7%。由于驱动系统变小,可以轻松地横向部署到更多车型上。而采用常规电机的驱动系统尺寸,能够横向部署的,以sedan车型为主,也就2~3款车型。本田将以新型结构电机为标准,根据各个车型的要求稍作修改,从而应用到各种HEV车型上。通过批量生产结构大致相同的电机,从而降低零件的采购成本和制造成本。

增加线圈的占积率

为了实现电机小型化,本田增加了绕线的占积率(空间中铜的比例),使定子变小。通过使用大截面的方形导线作为线圈,使得占积率达到了60%。 在传统的电动机中,使用薄的圆形线圈,占积率一般只能达到48%。

为了使定子小型化,线圈使用截面积大的方形导线(a)。与传统的圆形线圈相比,方形导线可使占积率从48%增加到60%。但是,由于和圆线相比方线变粗,导体(铜)中的“过电流损失”会增大。通常通过增大定子的槽宽度或减小每个线圈的厚度来减小过电流损耗(b)。

缩短线圈末端

为了实现小型化,本田同时还缩短了从定子突出的线圈部分(“线圈末端”)。本田技术人员认为线圈末端部分“对电机工作没有贡献”。

为了缩短线圈末端,采用了新的绕线结构方法。首先,将矩形线圈塑形成U字形,以形成“并列分割线圈”。接下来,将该分割线圈从定子铁心的轴方向插入。之后,将插入侧以及对侧伸出的线圈前端焊接在一起而形成线圈。新的绕线工艺,需要投资新的制造设备。与传统工艺相比,新工艺不需要绳子捆绑,也不需要将线圈末端压扁,从而更易于自动化。由此实现高效率大批量生产,成本也能降低。基于对未来电动汽车需求大幅增长的预期,本田采取了这样的具备大批量生产优势的工艺。

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小型化、轻量化趋势

近年,关于电动车辆驱动系统的一体化研究非常活跃,通过电机、逆变器,减速齿轮3个部件一体化,可以实现高效、小型和轻量化,同时降低成本。而将驱动系统安装在车轮内的轮毂电机,更是进一步推进了小型化和轻量化。

一体化实现小而高效

机电一体化活跃的原因在于可以实现驱动系统的小型轻量化以及降低成本,提高效率。如果是电机与逆变器一体,逆变器配置在电机旁边,连接电机与逆变器的线束就可以缩短或者置换。

由此,减小了尺寸和重量,还降低了线束产生的损耗。又如果与减速箱一体,那齿轮的润滑油和电机的冷却油就可以共用,精简了冷却机构,可以轻松实现小型化。传统发电机及马达行业都没有自动化的生产线,只有一些零星自动化的专机设备,工序与工序之间只能经过人工搬运完成,特别在定子与外壳的套装及定子与转子的套装工序上都采用传统的人工手法,劳动强度大,生产环境恶劣,生产效率非常低下,同时品质没办法控制。纳瑞盛新能源电机装配线的引入,使得企业大变样。现我司技术人员在客户生产现场计真探讨每一道工序,引入自动化生产模式彻底推翻原来的人工模式,特别是引用了机器人全自动装配模式,将原来的装配不良率大大降低。采用全自动机壳加热模式,将原来机壳的加热时间缩短。

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加入车载充电器功能

各家制造商为了使产品具备吸引力,在其展出的机电一体化驱动系统上,充分地利用自家所长,增加附加功能。

增加减速比成为趋势

机械零件具备优势的厂商则是将减速器作为了强项。例如,舍弗勒(Schaeffler)公司,在三位一体的驱动系统中使用了减速比约为15的高速减速器。其他公司的减速器一般减速比约为10,即使高速也*多13左右。减速比越高,作为系统越容易提高转矩。因此,与减速比为10左右的驱动系统相比,能够在利用高速旋转的小型电动机的情况下获得相同的扭矩,也就是说,实现了小型化。


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