北非晶电机技术在新能源汽车领域的应用

在能源和资源的双重压力下，几乎全球的汽车厂商和各级政府都积极行动起来，节能和新能源汽车成为备受瞩目的焦点，而当务之急是需要新一轮的排放标准的出台以及新能源汽车核心技术上的突破。在新能源汽车领域，我们进行了哪些卓有成效的事件，在创新过程中有哪些困难，未来有什么发展趋势？湘电莱特电气有限公司总经理邓群的致辞表示：

大家知道，电动汽车是新能源汽车的一个重要组成部分，无论是混合动力车还是纯电动车都需要高效能的驱动电机系统和发电机系统，我们作为专门生产电机控制系统的厂家，一直在致力于寻找怎么样生产一种体积更小、效率更高，更可靠的这么一种电机系统，我们也一直致力于不断地推进用新的技术来改善电机的性能。今天我的讲演就是“非晶电机技术在电动汽车上的应用”。首先我用简短的时间介绍一下我们企业的情况。湘电莱特电气有限公司是湘电集团下属的一个控股公司。这是近几年湘电集团产值的发展趋势，每年都以30%以上的速度在增长，去年湘电集团的产值达到了120个亿。湘电集团电机的设计和制造在中国处于领先地位，交直流电机和变频电机每年产能达到1.5亿千瓦。湘电集团的主要产品分为三大版块，第一就是交直流电机；第二风力发电驱动设备；第三车辆。风力发电设备在全国我们去年是排到了第五名，我们的百吨级矿用车辆在全国是排名第一。湘电莱特是湘电股份属下的控股公司六家中的一家，湘电莱特是湘电股份引进了美国先进的非晶电机技术，投资1.25亿，我们主要是研发生产新型的高效电机以及控制系统的高科技公司。

湘电在2001年开始，就自主研发了电动汽车的关键零部件。2003年开始，我们又研发并联式混合动力客车和变电混合动力客车，而且在2005年，我们在长沙成功开辟了全国第三条混合动力示范运营线。当然，这些整车项目主要是为了我们这些关键零部件的一个试验平台搭建。06年，我们承担了国家“十一五”863计划的电动汽车重大专项，课题是车用系统的研发。经过近十年的努力，我们已经在电动汽车领域形成了系列化的产品。比如在永磁电机系统，我们形成了ISGB轮毂系统，形成不同电压等级9—100千瓦的永磁同步电机系统。BSG的交流感应电机是我们跟美国德尔福公司开发的一个项目。在混合动力客车方面，我们形成了60—200千瓦系列化的交流感应驱动电机系统，覆盖了串联、并联混合动力客车和纯电动客车。

我们公司也是全国唯一的一家在串联混合动力客车用发电机APU系统唯一一家专业的研发制造生产企业，我们也形成了控制系统系列化的产品。这是我们跟全国曾经配套过的一些整车企业，包括东风、金龙、吉利、上海华普、株洲时代等等。

下面言归正传，我给大家介绍一下非晶电机技术。所谓非晶电机，是用一种特殊的非晶合金代替电金里面的矽钢片作为材料，非晶电机的化学成分和矽钢片是一样的，只是制作工艺不一样，它采用快速轮毂的工艺，将这种高温钢水在极短时间内喷到钢表面。它的优点是具有高频下的低损耗等等，由于它特别薄脆、硬度高。目前非晶电机的最大应用领域是变压器行业。这里我列出了非晶态金属和普通矽钢片的比较，在原子结构排列的形式，矽钢片通常是有序的排序，非晶电机是没有有序结构的，它的原子排列是无序的状态。

       现在给大家展示的是目前最好的0.25厚的矽钢片和我们非晶材料铁损的比较。在中高频率范围，我们非晶金属高频下的铁损只有最好的矽钢片的铁损的八分之一到十分之一。业内很多电动汽车专家知道，很多电动汽车因为空间很小，所以他要做扁平式的电机，这种结构的影响，我们会把电机做成多极式，因为它的频率会比较高，以前我们给混合动力开发的频率可以高达80核磁。

总结一下，非晶材料具有高导持性，这种特性使我们电机的高频化成为可能。通过我们的理论计算和实践的性能测试，当非晶电机工作频率范围增加3倍的时候，我们功率的扭矩力度增加2倍，因此使用这样的材料，我们的电机功率能够得到有效的提高。

       这是我们湘电莱特非晶电机轴向磁场电机的爆炸图。首先，第一，它容易实现电机的多极结构。如果像以前普通的矽钢片的多极结构，在高频下面，这种矽钢片的损耗是很大的，因此，我们以前在承担863课题的时候，我们给轿车厂开发了很多ISG机电系统，我们用的是永磁技术，实际上在测试结果并不理想，系统效率只有80%几，因为它通常工作在高频状态下，损耗没有办法控制，非晶电机就可以解决这个问题。我刚才介绍了非晶代材硬度很高，加工比较复杂，采用这种轴向磁场，定制相对比较简单。同时，采用这种结构，我可以合理地设计我们的电机。另外一个特点，就是这种结构可以采用成形线圈，上面这个照片是我们以前开发的IS电机，很多时候我们采用这种散开线，必须手工牵线，这样的话，成本和质量控制都成问题。这种结构它是容易实现自动化操作，适用于大批量生产。

下面介绍一下湘电莱特已经开发的非晶电机，首先我们已经建立了自己的研发平台，从设计、制造，都是在湘电莱特完成的。但是，客观地来讲，一个新技术、新材料的应用，肯定会要走一个过程。目前湘电莱特已经把非晶电机的设计和批量化的工艺固化下来了，下面我们已经有几款这种非晶的高效发电机开发量产，并投向欧美市场。现在你们看到的8.0的发电机，这个电机的频率有900—1200核磁，效率达到92%以上。下面可以看一下我们已经量产的图片，这个电机在欧美主要是用在发电设备上面。这一款也是目前我们已经量产的，也是在欧美市场，主要还是在军用还有一些民用的高效能移动式的灯塔，因为它的效率高，所以在同样的油箱的容积下，它的运行时间更长。同样的电机我们设计的极数也很高，它的效率是很不错的。

非晶电机因为它的工艺过程跟通用电机有很大的不同，那么在可靠性测试方面，我们做了一些工作。你们现在看到的这个图片是我们在环境温度135摄氏度下面连续运行了两千小时的可靠性测试，因为长期在高温环境下，我们的电机由普通的金属颜色已经变成了古铜色，但是两千小时下来以后，我们对电机性能进行测试，都是非常良好的。这是一些发电机其他应用场所，这是目前我们开发的用在增成式电动汽车上的发动机，这也是在欧美的电动汽车上使用。这个电机的功能是75千瓦，但是只有45公斤，效率能达到95%以上。电动汽车用的非晶电机驱动电机系统，目前我们已经开发出了几款样机，而且是在装车适用的阶段。从24系列到32系列，目前我们正在开发50的系列，最大功率可达到200千瓦。大家从这个数据表可以看到，这个电机的功率密度比和扭矩密度比还是比较好的。

现在湘电莱特的非晶生产线应该说是中国乃至全世界唯一一条批量生产非晶电机的生产线。这是我们在国外一些合作公司，我们的电机是在这些公司的汽车上面试用。在国内，我们在江淮和五洲龙都在进入一个试用阶段，这个是跟通用合作的。这些是我们目前正在联系的一些潜在的客户。

下面做一个小结，第一，电机定子铁芯的损耗与频率的1.3—1.5次方成正比，非晶合金损耗高频下仅为矽钢片的八分之一到十分之一，可以提高电机的效率。第二，非晶电机采用的轴向磁场，特别适用于电动汽车的工况。

第三，非晶电机的材料与矽钢片一样，因此大批量生产成本并不会很高。第四，非晶电机轴向磁场电机结构适用于大批量自动化生产，有利于降低生产成本。第五，非晶电机不能替代所有的电机领域，但是它在特定的市场，比如航空、军事、汽车等高频高速电机领域有非常大的优势。我记得去年863项目在评审的时候，我们863电机组的专家在了解到我们非晶的情况以后说了一句话，他说如果你们真的把非晶技术用好了，把产业化做好了，将会引起电机行业的一次革命。那么我相信，湘电股份合湘电莱特都愿意致力于这次电机行业的革命，也希望各个领域专家到湘电莱特来指导支持我们！