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事件：23年12月28日，小米召開汽車發(fā)布會(huì)，電機(jī)創(chuàng)新成核心亮點(diǎn)：發(fā)布V6和V6s，目前已量產(chǎn)，將搭載于小米SU7 首批車型；發(fā)布首款自研V8s，采用高強(qiáng)度硅鋼，轉(zhuǎn)速達(dá)27200轉(zhuǎn)；實(shí)驗(yàn)室預(yù)研第三代超級(jí)電機(jī)，采用“激光原位固化”工藝制備碳纖維纏繞的電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速達(dá)35000轉(zhuǎn)。
得益于碳纖維的優(yōu)異性能，碳纖維轉(zhuǎn)子匹配電機(jī)高速化需求
新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速化趨勢(shì)明確，同時(shí)高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致轉(zhuǎn)子所受離心力變大，對(duì)電機(jī)穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)挑戰(zhàn)。為保證高速電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)永磁體加以保護(hù)。相較于金屬護(hù)套，碳纖維復(fù)合材料護(hù)套具有輕量化、高強(qiáng)度與耐久性、低導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱等特性，起到保護(hù)作用的同時(shí)能夠降低渦流損耗，同時(shí)不會(huì)影響轉(zhuǎn)子散熱，可以更好地匹配電機(jī)高速化需求，從而提高電機(jī)性能。此外，碳纖維護(hù)套可與高強(qiáng)度硅鋼片同步使用，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手共同助力高速電機(jī)轉(zhuǎn)子克服高離心力挑戰(zhàn)。
特斯拉開碳纖維轉(zhuǎn)子應(yīng)用先河，產(chǎn)業(yè)密集跟進(jìn)
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展來(lái)看，特斯拉開碳纖維轉(zhuǎn)子應(yīng)用先河，在21年6月交付的Model S plaid中采用碳纖維包裹轉(zhuǎn)子從而加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到20000rpm+，進(jìn)而最高時(shí)速達(dá)到322公里。
而后多家國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠及Tier1密切跟進(jìn)：
1）東風(fēng)馬赫電驅(qū)采用碳纖維包覆轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速可達(dá)30000 rpm；
2）博格華納碳纖維電機(jī)轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速達(dá)到25000rpm；
3）智己LS6電機(jī)采用定轉(zhuǎn)子雙油冷，轉(zhuǎn)子采用碳纖維外殼，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到21000rpm；
4）廣汽埃安夸克電機(jī)采用碳纖維高速轉(zhuǎn)子技術(shù)，與X-PIN扁線定子技術(shù)可使電機(jī)在縮小25%體積的情況下，電驅(qū)功率提升30%以上；
5）此外，紅旗汽車、匯川聯(lián)合動(dòng)力、天蔚藍(lán)、極氪等皆推出了碳纖維轉(zhuǎn)子。
1. 碳纖維轉(zhuǎn)子：匹配新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速化趨勢(shì)
碳纖維“剛?cè)岵?jì)”，是性能優(yōu)異、用途廣泛的戰(zhàn)略性材料。碳纖維是一種含碳量90%以上的無(wú)機(jī)高分子纖維，由聚丙烯腈（PAN）（或?yàn)r青、粘膠）等有機(jī)母體纖維經(jīng)過高溫氧化、碳化等環(huán)節(jié)制成。碳纖維“剛?cè)岵?jì)”，密度比鋁低，強(qiáng)度比鋼高，并具有耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、抗疲勞、非磁體但有電磁屏蔽效應(yīng)等特點(diǎn)，以及良好的可加工性和可設(shè)計(jì)性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、風(fēng)電葉片、體育休閑等領(lǐng)域。
新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速化趨勢(shì)明確，同時(shí)高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致轉(zhuǎn)子所受離心力變大，對(duì)電機(jī)穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)挑戰(zhàn)。高速電機(jī)一般指轉(zhuǎn)速超過10000 rpm的電機(jī)，具有功率密度高、體積小、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，小鵬汽車認(rèn)為未來(lái)1-2年行業(yè)將向20000rpm發(fā)展。一方面，通過高速化，新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以提高功率，進(jìn)而提升汽車動(dòng)力性；或者保持同樣功率和動(dòng)力性，同時(shí)可以縮小電機(jī)體積和降低成本。在高功率密度驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)轉(zhuǎn)速一路攀升，以豐田普銳斯（Prius）為例，三代車型轉(zhuǎn)速逐步提升，由初代產(chǎn)品（Prius 2004）的6000 rpm提升至第三代產(chǎn)品（Prius 2015）的17000 rpm。另一方面，電機(jī)在持續(xù)高轉(zhuǎn)速的情況下會(huì)產(chǎn)生的巨大的離心力，進(jìn)而產(chǎn)生位移、膨脹、解體等隱患。其中，轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下所產(chǎn)生的離心力會(huì)使永磁體面臨較大的拉應(yīng)力和被甩出的風(fēng)險(xiǎn)。
得益于碳纖維的優(yōu)異性能，碳纖維轉(zhuǎn)子匹配電機(jī)高速化需求。為保證高速電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)永磁體加以保護(hù)，電機(jī)轉(zhuǎn)子保護(hù)套主要分為非導(dǎo)磁合金護(hù)套以及輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維等復(fù)合材料護(hù)套兩種，相較于金屬護(hù)套，碳纖維復(fù)合材料護(hù)套具有輕量化、高強(qiáng)度與耐久性、低導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱等特性，起到保護(hù)作用的同時(shí)能夠降低渦流損耗，同時(shí)不會(huì)影響轉(zhuǎn)子散熱，可以更好地匹配電機(jī)高速化需求，從而提高電機(jī)性能。此外，碳纖維護(hù)套可與高強(qiáng)度硅鋼片同步使用，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手共同助力高速電機(jī)轉(zhuǎn)子克服高離心力挑戰(zhàn)。
2. 特斯拉開碳纖維轉(zhuǎn)子應(yīng)用先河，產(chǎn)業(yè)密集跟進(jìn)
特斯拉Model S plaid開碳纖維轉(zhuǎn)子應(yīng)用先河，而后多家國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠及Tier1密切跟進(jìn)。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展來(lái)看，特斯拉開碳纖維轉(zhuǎn)子應(yīng)用先河，在2021年6月交付的Model S plaid中采用碳纖維包裹轉(zhuǎn)子從而加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到20000rpm+，進(jìn)而最高時(shí)速達(dá)到322公里。而后多家國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠及Tier1密切跟進(jìn)：1）東風(fēng)馬赫電驅(qū)采用碳纖維包覆轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速可達(dá)30000 rpm；2）博格華納碳纖維電機(jī)轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速達(dá)到25000rpm；3）智己LS6電機(jī)采用定轉(zhuǎn)子雙油冷，轉(zhuǎn)子采用碳纖維外殼，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到21000rpm；4）廣汽埃安夸克電機(jī)采用碳纖維高速轉(zhuǎn)子技術(shù)，與X-PIN扁線定子技術(shù)可使電機(jī)在縮小25%體積的情況下，電驅(qū)功率提升30%以上；5）此外，紅旗汽車、匯川聯(lián)合動(dòng)力、天蔚藍(lán)、極氪等皆推出了碳纖維轉(zhuǎn)子。
我們認(rèn)為電機(jī)高速化是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的必然趨勢(shì)，高速電機(jī)有望逐步成為行業(yè)主流，而轉(zhuǎn)速上限取決于主機(jī)廠與Tier 1對(duì)性能、成本、應(yīng)用場(chǎng)景的綜合考慮。碳纖維轉(zhuǎn)子具有高強(qiáng)度、高效率、輕量化、高導(dǎo)熱等優(yōu)勢(shì)，匹配電機(jī)高速化趨勢(shì)，有望對(duì)高性能碳纖維帶來(lái)增量需求，同時(shí)將進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車的性能與效率，建議關(guān)注行業(yè)及公司相關(guān)進(jìn)展。