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通過采用新的材料解決方案降低電動汽車的電機成本
導讀：隨著電動汽車(EV)銷量的增長，電機制造商不斷面臨壓力，他們必須以開發更經濟、體積更小、更的大功率密度電機。在此過程中，大多數電機制造商選擇采用永磁同步電機(PMSM)，因為與其他類型的電機相比，這種類型的電機具有更高的效率和更小的體積。通過采用絕緣樹脂和絕緣紙，來改善PMSM的內部絕緣。對于分布式繞組電機，槽絕緣和絕緣樹脂可在很大程度上改善熱管理，從而提高電機效率。
【塑料機械網 技術學堂】隨著電動汽車(EV)銷量的增長，電機制造商不斷面臨壓力，他們必須以開發更經濟、體積更小、更的大功率密度電機。在此過程中，大多數電機制造商選擇采用永磁同步電機(PMSM)，因為與其他類型的電機相比，這種類型的電機具有更高的效率和更小的體積。簡而言之，永磁同步電機更小、更節能。此外，如果以單位體積功率定義功率密度，那么與替代方案相比，PMSM具有相對較高的功率密度。
但PMSM也有一定局限性。電功率可能會因軸承、繞組和磁芯的機械損耗而受到限制，因為在這些部件中會發生渦流、磁滯和焦耳熱效應。PMSM還被設計成當溫度達到可能破壞其內部絕緣時切斷電源，因此熱管理是電動汽車電機的一個關鍵性能因素——絕緣系統設計顯然是有益的。
PMSM還對成本造成限制，主要是因其使用了稀土(RE)磁鐵，稀土磁鐵通常占據原材料成本的50-55%。減少RE用量可顯著降低PMSM成本，并有助于節省寶貴的資源。
其中一種方法就是通過采用絕緣樹脂和絕緣紙，來改善PMSM的內部絕緣。對于分布式繞組電機，槽絕緣和絕緣樹脂可在很大程度上改善熱管理，從而提高電機效率。槽絕緣使用的絕緣材料通常是層壓形式的間位芳綸紙，中間是一層聚合物薄膜。根據性能和成本要求，可在各類聚合物薄膜中選擇使用。
理想的槽絕緣材料是什么樣子？
理想的槽絕緣材料在峰值載荷條件下是可靠的，并且具有改善的機械性能，可降低繞組缺陷風險，并提高抗穿刺能力，從而提高銅的用量和槽滿率。設計工程師希望在相同擊穿電壓條件下槽絕緣越薄越好，通過采用比間位芳綸紙導熱系數更高的絕緣材料，來降低繞組溫度。絕緣體在惡劣環境下也應該是可靠的，并且具有能夠耐水解和耐腐蝕的化學特性。
為尋找“理想”的槽絕緣緣體，威格斯工程師進行了一次模擬試驗，用150微米APTIV? 薄膜替代250微米間位芳綸PET層壓槽襯材料。他們與電機設計有限公司(Motor Design Ltd.)合作，在2012款日產聆風車型上采用80kW PMSM進行了模擬試驗。電機設計有限公司專注于仿真軟件，可幫助提高電機性能并優化冷卻系統。
APTIV™ 薄膜解決方案模擬試驗帶來希望
采用薄40%、導熱性更好的熱塑性槽襯，可改善來自線圈、定子鐵芯和外水套冷卻系統的熱流。
與傳統復合材料相比，APTIV™ 薄膜優異的導熱性可改善熱管理，并將繞組溫度峰值降低2-3°C，同時幫助電機保持冷卻。
隨著熱管理得到改善和槽襯變薄，銅密度(即，槽填充系數)隨之增加2%。
轉矩輸出增加5%——對于同樣大小的電機而言，這意味著功率輸出更高。
目標：通過采用新的槽襯解決方案以節約成本
誠然，APTIV™ 薄膜作為絕緣體比通常的間位芳綸紙更為昂貴。但當從更小的電機上獲得相同性能時，就存在成本降低空間，因為在不影響連續轉矩輸出或可靠性的情況下，可以縮短軸向長度。這可降低電機的材料成本，因為鐵芯和稀土磁鐵的體積也會減小，從而減輕電機重量，并終降低車輛自身重量，進而降低燃料成本。
此外，根據紐卡斯爾大學和捷豹路虎(JLR)聯合研究的成本模型，電機設計有限公司的模擬試驗得出的結論是，每臺電機可節省6.0美元成本。*換句話說：采用具有更高價值的熱塑性絕緣材料(本案例采用了威格斯的APTIV™ 薄膜)，可提高電機性能，并通過電機節約了材料總成本節，同時確定了理想的槽襯材料。
有關電機中APTIV™ 薄膜絕緣系統優勢的更多詳情，歡迎與威格斯專業技術人員聯系。
*稀土磁鐵價格在很大程度上取決于鏑和鋱的含量，這兩種元素的用量都很小，可提高磁性材料的耐溫性，也可使磁性材料獲得想要的形狀——由于制造成本高，彎曲磁鐵的價格要貴得多。這個可降低成本“6.0美元”的型號所使采用的2017年價格，默認使用的是基本直形NeFeB磁鐵，如N35EH級磁鐵。
電工鋼價格處于單位成本范圍(2.35-2.50美元)的低端，并且默認采用“沖壓”工藝，而不是成本較高的激光切割工藝。
銅的成本保持不變，因為軸向長度越短，銅的用量越少，而當槽襯越薄時，銅密度(槽填充系數)就越高。
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