【6月・产品资讯】“铁氧体磁钢电机” 在新能源车驱动系统中的适用性验证
1.前言
PROTERIAL, Ltd.（以下简称 PROTERIAL / 博迈立铖）曾经在2022 年 12 月发布了通过对采用高性能铁氧体磁钢 NMF®-15*1的电机（以下简称 "铁氧体磁钢电机"）进行一系列的优化设计，并在仿真计算中，确认其输出功率达到了与使用钕铁硼磁钢的 xEV*2的驱动电机（以下简称 "钕铁硼磁钢电机"）同等水平的研究成果。此次，在过去仿真数据的基础上，制作了样机并对实际的功率表现进行了测试，结果证实其功率超过100kW，可以适用于预计在未来成为主流的BEV和PHEV车型。
2.背景
为了实现国家提出的碳达峰，碳中和目标，预计新能源汽车在未来汽车生产中所占的比例将会持续扩大。伴随而来的是在新能源汽车驱动电机和发电机中所使用的钕铁硼磁钢的产量需求的大幅增长。但是另一方面，钕铁硼磁钢中不仅使用稀土类资源中的轻稀土“钕（Nd）”元素，而且会添加使用稀缺性更高的重稀土元素“镝(Dy)”和“铽(Tb)”,所以人们普遍开始担心需求的增长背后所带来的资源风险的隐患。
在此背景下，PROTERIAL全球技术创新中心（GRIT）通过模拟计算，基本上确认了铁氧体磁钢在xEV 驱动电机上的可应用性，并于 2022 年 12 月 9 日发布了这一则新闻。国内外对这一消息的反响非常积极，许多企业单位表示希望在电机中进行实际验证。
3.概述
此次，PROTERIAL 采用高性能铁氧体磁铁(NMF®-15) 试制电机样机，并对样机的性能进行了实际的测试评估 。该电机的转子（见照片）是根据仿真结果（见表格）设计和制造的，仿真结果以驱动 xEV 的钕铁硼磁钢电机为比较标准。
该电机的转子是以钕铁硼磁钢电机为参照标准，仿真的数据（见表格）为基础进行设计和制作。经过性能实验证实，虽然最大输出功率略低于仿真生成的数据，但是仍可达到 100kW以上，能够适用于未来有望成为主流的BEV和PHEV 的驱动电机。
今后，将会进一步验证模拟仿真的结果与实测结果之间的差异，研讨进一步提高电机性能潜力的方法。与钕铁硼磁钢相比铁氧体磁钢的电阻更高，所以更加有助于抑制电机在高速运转时产生的涡电流损耗。为了解决客户在降低资源风险和控制成本方面的问题，我们以此次样机的实测结果为例，提出了在使用过钕铁硼磁钢的各类应用中使用铁氧体磁钢作为替代选择的建议，期待为解决客户所面临的问题做出贡献。
表：xEV 驱动电机的仿真结果*3 和样机的实测值
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使用稀土钕 铁硼磁钢 （对标的标准）
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使用铁氧体 磁钢仿真结果*
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使用铁氧体 磁钢电机样机 （转子的一部分）
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▬ 钕铁硼磁钢 ▬ 高性能铁氧体磁钢 NMF®-15G
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规格 参数
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最高转数 |
10,000rpm |
15,000rpm |
15,000rpm |
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轴向叠高 |
1 (ref.). |
1 |
1 |
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|
剩磁 Br |
1 (ref.). |
0.37 |
0.37 |
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磁钢重量 |
1 (ref.). |
1.2 |
1.2 |
|
|
电机重量 |
1 (ref.). |
1 |
1 |
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计算值/ 实测值 |
最大输出 功率 |
110 kW |
105 kW |
102 kW |
|
最大扭矩 |
1 (ref.). |
0.66 |
0.63 |
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*固定转子和定子的直径，保证工作温度和高速运转时的强度而设计。
注：
*1 我司自研的专利材料。作为实现量产的铁氧体磁钢，其磁性能达到世界最高水平（基于我司截至 2023 年 6 月的市场调研数据判断）。
*2 电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）和插电式混合动力汽车（PHEV）的统称。
*3 此仿真数据仅作为与电机的对比参考，并非所有电机都能得出同样的结果。
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