把“命門(mén)”掌握在自己手中 　　金 鳳

前不久，隨著吉利汽車(chē)、中通客車(chē)等國(guó)內(nèi)知名車(chē)企的電動(dòng)車(chē)下線，精進(jìn)百思特電動(dòng)(上海)有限公司(以下簡(jiǎn)稱精進(jìn)電動(dòng))牽頭研發(fā)的新能源汽車(chē)高性能永磁電機(jī)已經(jīng)裝機(jī)超7萬(wàn)臺(tái)。從功率密度4.2—5.3kW/kg的第一代圓股線繞組電機(jī)，到功率密度6.3kW/kg的第二代扁銅線繞組電機(jī)，永磁電機(jī)的產(chǎn)品和樣件指標(biāo)，均比肩或超過(guò)歐美日韓等一線汽車(chē)電機(jī)制造商的產(chǎn)品水平。

兩年來(lái)，該公司等17家單位在國(guó)家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)專項(xiàng)中，帶動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)鏈突破技術(shù)瓶頸、填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)家技術(shù)和產(chǎn)品空白。其中，高端稀土永磁體的重稀土使用量，降低近50%;絕緣材料長(zhǎng)期耐溫超200℃，圓電磁線耐電暈壽命達(dá)國(guó)標(biāo)數(shù)倍以上;漆包扁線耐電暈壽命大于90小時(shí)……

部分曾經(jīng)依賴進(jìn)口的原材料、核心部件與器件等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)和生產(chǎn)，有的材料不僅使用壽命比國(guó)外翻番，成本也僅為國(guó)外的六成。

截至2019年6月30日，該項(xiàng)目的第一代圓股線繞組電機(jī)累計(jì)在乘用車(chē)裝車(chē)6.8萬(wàn)臺(tái)，商用車(chē)裝車(chē)近4000臺(tái)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)比肩世界一流汽車(chē)電機(jī)制造商

新能源汽車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)電驅(qū)動(dòng)的核心零部件——電機(jī)系統(tǒng)。高速高效高可靠性的電機(jī)，能讓新能源電動(dòng)車(chē)的能耗更低、壽命更長(zhǎng)。

電機(jī)的電流是靠繞組傳導(dǎo)的，繞組之間以及繞組與鐵芯之間需要絕緣。而低電阻和絕緣可靠是對(duì)電機(jī)繞組的基本要求。

21世紀(jì)初，知名電機(jī)專家蔡蔚，就曾發(fā)明“發(fā)卡式繞組”電機(jī)，后被應(yīng)用于通用汽車(chē)雪弗蘭Tahoe混合動(dòng)力車(chē)，這是全球第一個(gè)“發(fā)卡式繞組”電機(jī)在汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用。

自2017年啟動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以來(lái)，蔡蔚作為專項(xiàng)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)精進(jìn)電動(dòng)等單位，完成了功率密度4.2kW/kg的第一代圓股線繞組電機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新、批量生產(chǎn)與裝車(chē)應(yīng)用。

同時(shí)，第二代扁電磁線繞組電機(jī)也已經(jīng)完成樣件制造和性能測(cè)試，進(jìn)入試驗(yàn)認(rèn)證環(huán)節(jié)。通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，他們解決了多并聯(lián)支路波形繞組排布拓?fù)鋯?wèn)題，調(diào)節(jié)冷卻和焊接參數(shù)，攻克多套薄扁線電機(jī)繞組制造難題，提高了電機(jī)極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速，把電機(jī)做得更小，銅線、硅鋼片等材料用得更少，單位功率耗材更少，性價(jià)比更高。

“功率密度從4.3kW/kg提高到6.3kW/kg，超過(guò)了美國(guó)通用Bolt電機(jī)4.6kW/kg的功率密度和寶馬i3電機(jī)的3.8kW/kg的功率密度，也超過(guò)了美國(guó)規(guī)劃的其2025年新能源汽車(chē)電機(jī)5.7kW/kg的指標(biāo)。”蔡蔚說(shuō)。

在此基礎(chǔ)上，第三代換位導(dǎo)體繞組電機(jī)也已經(jīng)啟動(dòng)研發(fā)。

高端永磁體重稀土用量降五成

在全球新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)中，永磁電機(jī)占比近90%。在永磁體中加入鏑、鋱等重稀土，可以保持剩磁并提高矯頑力。“但是，重稀土在稀土礦中的儲(chǔ)量較少，而隨著新能源電動(dòng)車(chē)的普及，國(guó)內(nèi)外大規(guī)模生產(chǎn)稀土永磁電機(jī)，重稀土的使用將會(huì)面臨資源短缺瓶頸。”蔡蔚說(shuō)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將低重稀土永磁體用于電機(jī)產(chǎn)品中。

《中國(guó)的稀土狀態(tài)與政策》白皮書(shū)曾指出，中國(guó)以23%的稀土資源承擔(dān)了世界90%以上的市場(chǎng)供應(yīng)。

但我國(guó)的稀土永磁體制備和永磁電機(jī)曾長(zhǎng)期受制于日本。“以前日本買(mǎi)中國(guó)的稀土永磁原材料，做成永磁體甚至電機(jī)后，再高價(jià)賣(mài)給我們或出口歐美。”蔡蔚說(shuō)。

如何高效使用重稀土資源，以避免資源短缺又降低成本?在該國(guó)家專項(xiàng)中，蔡蔚牽頭，聯(lián)合煙臺(tái)首鋼磁性材料股份有限公司，研發(fā)滲滴技術(shù)和晶格細(xì)化技術(shù)，將重稀土使用量最高減少五成。

“以往，往往會(huì)把鏑或鋱等重稀土，像揉面一樣，與其他永磁體原材料揉在一起?，F(xiàn)在通過(guò)細(xì)化晶格，將重稀土滲入磁體，哪里需要滲到那里，用量少而精準(zhǔn)。”

蔡蔚介紹，研發(fā)人員們用晶粒度細(xì)化和微觀結(jié)構(gòu)一致性工藝，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)細(xì)粉工藝的空白，量產(chǎn)35EH磁體的鏑含量，由7wt%—8wt%降低到5wt%，減少重稀土使用量20%以上。同時(shí)，他們將細(xì)粉工藝與擴(kuò)散工藝相結(jié)合，42EH磁體的鋱含量，由8wt%降低到等效鏑4.5%，減少重稀土使用量40%—50%。

部分絕緣材料耐電暈壽命達(dá)國(guó)標(biāo)10倍以上

作為新能源汽車(chē)的心臟，驅(qū)動(dòng)電機(jī)中有很多電磁線。電磁線和絕緣材料如果耐受不了電機(jī)運(yùn)行中的高電壓、高溫、高電壓變化率，就容易被擊穿，降低電機(jī)使用壽命。

而我國(guó)生產(chǎn)的耐電暈絕緣材料，其原料基本來(lái)自國(guó)外廠家，“例如納米粒子改性聚酯亞胺等原材料和耐電暈柔軟復(fù)合紙等，隨時(shí)會(huì)遭遇卡脖子。”蔡蔚說(shuō)，賣(mài)方市場(chǎng)的強(qiáng)勢(shì)，讓國(guó)內(nèi)用戶無(wú)可奈何。

在該項(xiàng)目中，蔡蔚聯(lián)合蘇州巨峰絕緣材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱巨峰)，用納米粒子與漆包線漆基體樹(shù)脂的復(fù)合技術(shù)，突破納米粒子在漆包線漆基體樹(shù)脂中難分散的技術(shù)瓶頸，制備了均勻分散的納米分散液，成功制備耐電暈漆包線漆。

目前，巨峰研發(fā)的耐電暈聚酯亞胺浸漬樹(shù)脂，長(zhǎng)期使用溫度超過(guò)200℃。其研發(fā)的耐電暈漆包扁線耐電暈實(shí)驗(yàn)壽命大于90小時(shí)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，超過(guò)了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的指標(biāo)。耐電暈漆包圓線耐電暈壽命大于100小時(shí)，達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的10倍以上。

今年9月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，強(qiáng)化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)，瞄準(zhǔn)新一代信息技術(shù)、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿，被寫(xiě)入《綱要》。

在蔡蔚看來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是公路交通的重中之重，“汽車(chē)核心零部件強(qiáng)，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)則強(qiáng)”。