2021年全国机械冶金建材行业“互助保障杯”职工技术创新成果展示

新能源汽车驱动电机用高强低铁损25SWYS480产品开发

单位:北京首钢股份有限公司

为适应驱动电机的高效化发展趋势,主流厂商的电驱系统设计转速逐代攀升,国际某知名车型最新电机转速已达13000rpm以上,为抵抗高速工况下转子磁钢的离心力,转子隔磁桥必须满足更高的强度标准,因此,开发适用于高能效新能源汽车驱动电机的高强度电工钢成为关键。

基于新能源汽车高效永磁同步电机系统的特点,电机定子和转子材料的电磁性能需求差异巨大,定子要求铁损低,转子要求强度高。但现有电工钢材料的强化技术通常以牺牲电磁性能为代价,强度提高但铁损也提高,其原因是铁磁材料磁化过程的本质为磁畴的运动,一切位错、晶界、沉淀析出的第二相质点等晶体缺陷均会增大磁畴壁运动阻力,恶化铁损,而金属材料的强化则需要引入晶体缺陷以阻碍位错运动,因此,电工钢材料的铁损与强度控制存在难以调和的矛盾。

针对上述难题,本项目提出了定转子应用同种电工钢材料不同处理工艺的新思路。通过创新工艺提高电工钢的成品强度至480MPa以上,同时获得最优的电磁性能,保证电工钢材料满足定子和转子差异化性能需求。

本项目开发了一种无取向电工钢25SWYS480,屈服强度典型值达480MPa,用于驱动电机的转子。该产品经过后处理大幅降低铁损(P1.0/400达到12.5W/kg以下)用于驱动电机定子材料,满足驱动电机对定转子材料的不同需求。

2、创新点

(1)提出定转子材料差异化处理技术,应用高强度电工钢母材,以及通过后处理的电磁性能提升,实现了定转子材料对磁性能和力学性能的差异化设计,解决了新一代新能源汽车用电工钢材料磁性与力学性能的矛盾。

(2)开发高强度产品制造技术,研究并建立了生产工艺与组织、电磁性能、力学性能的定量关系模型,开发了晶粒组织精准化控制技术,实现了480MPa级别无取向电工钢产品的开发,填补了该强度级别新能源汽车用电工钢的市场空白。

(3)乘用车驱动电机高效化的材料应用技术。运用电磁仿真技术,研究驱动电机转子隔磁桥宽度与转速、温度及电磁场的耦合关系,对新开发的高强度和低损耗系列产品进行差异化应用设计创新,推动了驱动电机高速化和小型化。应用新开发材料的电机功率密度超过目前行业领先水平。