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开发无稀土电机?宾利的电动汽车要搞“大新闻”
发布:2021-12-13

随着汽车电气化进程的普及,越来越多的传统“豪门”车企诸如BBA、奥迪等头部品牌也开始大举进军新能源汽车行业,其中就有我们今天的主角——宾利。


据官方透露,宾利的首款电动车将于2026年问世,对于宾利来说,这也将是其百年车企历史中的又一里程碑。它将是百年车企的新技术里程碑。


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而宾利此前也曾公开表示:将研发一款更环保、能量密度更高、更具应用潜力的无稀土电机。




01
什么是无稀土电机?



要明白什么是无稀土电机,首先来看稀土电机。


所谓稀土电机就是以镧系元素如镧、铈、镨、钕、钇等稀土元素为主要材料制作而成的电机,一般以永磁同步电机为主。


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这是由于将稀土诸如钐、钕等稀土和过渡金属(如钴、铁等)组合后,通过粉末冶金压型烧结,经磁场充磁后制成,诸如新能源汽车中常见的钕铁硼电机就是一种稀土电机,目前钕铁硼在电机磁体中的重量可大约占到90%左右。


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稀土电机相对于普通电机来说,最大的特点就在于其不需要电流即可维持“永磁磁场”,对于汽车完成轻量化和提升功率密度来说,是一项革命性的科技。


但稀土从字面就能看出,非常之稀有。据1993年统计的全球稀土资源储量来看,全球也只有1亿吨,存量极少。


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所以,研发无稀土电机就成为了当前的主流技术导向之一。


诸如马勒等零部件企业目前也正在开发高效率无磁电机。今年5月,马勒表示目前正开发无需稀土的无磁电机,效率可达95%以上。


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宝马i4也正在大力研发无稀土电机。


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据悉,宝马i4电机中转子的激发不是由固定的永磁体引起的,而是由电能的馈入引起的。这使得在制造转子时完全避免使用关键的稀土金属。




02
磁阻电机是否更环保高能?



英国银团目前正在着手开启一项为期三年的项目OCTOPUS,项目旨在将一款低成本、去稀土化的电机技术市场化,而宾利极有可能获得这项技术的首次使用权。


据媒体报道称,这项计划由英国政府办公室低排放基金会赞助,与英国Innovate UK创新中心联合开发,其开发的电动轴承宗旨是可让宾利集成到原型样车之上。


这款电动轴承将基于英国SME高级电气公司(AEM)设计的开关磁阻电机,AEM公司的CEO表示:


“汽车电气化进程正在加快的当下,汽车零部件的可持续性却跟不上发展。以电机为例,稀土永磁电机就是亟待解决的问题。目前的解决方案从实践效果上表明,性能并不如稀土永磁电机,但我们认为应该会有更好的解决办法。”


AEM的开关磁阻电机中,转子是无磁性的,当能量给到定子线圈后,转子就会开始运动。这和稀土永磁电机相比,有效规避了成本、供应以及来自环保方面的问题,其电机转速为30000rpm,能达到普通永磁电机的2倍以上。至于轻量化方面,则采用了铝线圈代替铜线,减重达到50%。


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值得注意的是,前文提到的宝马i4中,也采用了铝材料。其表示,使用铝材料可有效提高电机的整体可持续性,同时针对这种轻质金属的回收方法,也可以大大减少原铝的能源密集型使用。




03
无稀土电机可行性如何?



AEM公司目前已经将用于重型车辆的开关磁阻电机市场化量产,也正在逐步完成在用于中小型汽车的轻型SSRD技术(分段开关磁阻电机),而这一技术的合作伙伴正是宾利。此外,这款电机技术最初的对标车型为日产聆风,而后续发现该技术也可用于更大型一些的车辆上。


OCTOPUS项目将ASEM的SSDR技术改进,用于生产孪生发动机的电子轴承,如下图所示。


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它带有集成电路以及轻型的传动器,据悉宾利已经准备将其在车辆平台上进行测试,并评估开关磁阻用于乘用车上的可行性。


此外,多项全新的伴生技术也在同步研发中,诸如最新的仿真技术、X光技术、新材料选用以及冷却用3D打印技术等等。


硬件方面,OCTOPUS也将开发多维物理仿真工具包——可以验证整个系统的电磁、机械、热学及噪声振动特性,这些工作对于未来应用具有不言自明的意义。


AEM公司声称:“在最大每分钟转速情况下,转子末端转速将接近声速,这可能导致大型发动机的稳定性及效率问题。对于乘用车来说,燃油发动机的停缸技术,该电机也提供了相应的益处,负载高功率下使用双电机,然后停止其中一个以提供高效率,应用于远程巡航。SSRD单元可以应用在每一个车轴上,提供反馈制动能力,且不带来任何损失,这也是OCTOPUS项目的主要意义。”


相比于永磁电机来说,SSDR最大的优势在于当电机停止时,不会像永磁电机一样产生电磁区,关掉电机后其中只有惰性的钢铝复材,不会产生电流,因此可以将两个电机有机结合。


据悉,宾利的原型车将在贝斯大学新建的动力总成研发中心进行实验。



文章来源:微信公众号旺材电机与电控

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