Практическая информация | Тенденция развития отрасли аксиальных двигателей 

2.Типичные области применения

2.1 Транспортные средства на новых источниках энергии

Новые энергетические транспортные средства являются одним из важнейших рынков применения двигателей с осевым потоком. Двигатели с осевым потоком обладают такими преимуществами, как малый вес, небольшие размеры, низкое потребление энергии и высокая плотность крутящего момента, что делает их очень подходящими в качестве приводных агрегатов для электромобилей, особенно в распределенных системах электропривода, таких как двигатели со стороны колеса и двигатели в ступице колеса. Их плоские и сверхтонкие характеристики позволяют более компактно интегрировать двигатель в шасси транспортного средства, освобождая больше места для аккумуляторной батареи или пассажирского салона и помогая уменьшить неподрессоренную массу транспортного средства, улучшая управляемость и комфорт езды. Например, Dongfeng Motor выпустила первый прототип узла электропривода с распределенным осевым потоком, который глубоко интегрирует двойные планетарные передачи, двойные двигатели с осевым потоком и двойные контроллеры двигателей и может управлять каждым силовым агрегатом независимо. Ожидается, что в будущем он будет широко использоваться в системах привода электромобилей [1]. Такие компании, как Panhu Power, также активно внедряют свои инновационные решения в области электропривода на основе технологии двигателей с осевым потоком, что позволило значительно сократить расходы на приобретение и эксплуатацию в сфере коммерческого транспорта [2].

2.2 Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической отрасли двигатели с осевым потоком являются идеальным выбором для новых самолетов, таких как электрические самолеты и eVTOL (электрические вертикальные взлетно-посадочные аппараты) из-за их высокой плотности мощности, малого веса и компактности. Например, электрический самолет "Spirit of Innovation", разработанный Rolls-Royce Holdings, использует двигатель с осевым потоком в своей системе питания, устанавливая рекорд скорости полета чисто электрических самолетов[3]. Двигатели с осевым потоком могут соответствовать строгим требованиям к соотношению мощности к весу для двигателей самолетов, обеспечивая ключевую техническую поддержку для будущей электрификации авиации.

2.3 Робототехника и промышленная автоматизация

Высокоточные роботы и промышленное автоматизированное оборудование предъявляют чрезвычайно высокие требования к двигателям привода сочленений, включая быстрый отклик, высокое отношение пускового крутящего момента к инерции, малый размер, легкий вес и короткий осевой размер. Двигатели с осевым потоком обеспечивают высокий пиковый крутящий момент и высокую скорость отклика при толщине на уровне миллиметра, точно отвечая этим требованиям. Например, Genesis Robotics использует решение с осевым двигателем LiveDrive, компактная толщина которого (толщина 2 см) помогает снизить силу удара о землю на суставах, когда ноги робота соприкасаются с землей. С быстрым ростом рынков мобильных роботов и гуманоидных роботов двигатели с осевым потоком имеют широкие перспективы применения в этой области.

2.4 Другие приложения

В дополнение к вышеперечисленным основным областям, двигатели с осевым потоком также демонстрируют потенциал применения во многих областях, таких как ветроэнергетика, судовые двигательные установки, электромотоциклы, аэродромные капсулы и грузовые автомобили. Например, в ветроэнергетике двухстаторный однороторный двигатель с осевым потоком подходит благодаря своей хорошей симметрии; в судовых двигательных установках многостаторная многороторная конструкция подходит для сценариев с высоким крутящим моментом. Его высокая эффективность и энергосберегающие характеристики делают его выгодным в различном промышленном и гражданском оборудовании, которое стремится к энергоэффективности и миниатюризации.

3.Производственные затраты и экономические выгоды

По сравнению с традиционными двигателями с радиальным потоком, двигатели с осевым потоком имеют следующие характеристики с точки зрения себестоимости производства и экономических выгод: Стоимость материала: при тех же требованиях к выходной мощности/крутящему моменту новые двигатели с осевым потоком используют меньше меди, железа и постоянных магнитов, чем традиционные радиальные двигатели, что теоретически снижает материальные затраты. Например, локализация редкоземельных постоянных магнитных материалов (таких как магниты NdFeB) ускоряется, и ожидается, что уровень проникновения на рынок отечественных магнитов NdFeB увеличится до 75% к 2026 году, что значительно снизит стоимость производства двигателей [8]. Стоимость производства: хотя первоначальные инвестиции в двигатели с осевым потоком высоки, их долгосрочные эксплуатационные расходы низки, что может принести лучшие экономические выгоды. Однако процесс производства двигателей с осевым потоком сложен, с высокими требованиями к точности и незрелым производственным оборудованием. Эти факторы в определенной степени увеличили стоимость производства. Например, аморфные сплавы имеют очевидные преимущества в области высокоскоростных и высокочастотных двигателей с осевым потоком, а процесс формования их обмоток может снизить затраты на обработку [9].

Преимущество эффективности: двигатели с осевым потоком имеют более высокую плотность мощности и крутящего момента, а также более высокую эффективность. Это означает, что при той же производительности двигатели с осевым потоком могут быть меньше и легче, тем самым снижая вес и энергопотребление всего транспортного средства или оборудования, что обеспечивает значительные преимущества в плане экономии энергии. Например, применение мощности ступицы диска в системе привода колес автобусов не только снижает стоимость покупки, но и значительно снижает эксплуатационные расходы. Возврат инвестиций: с развитием технологий и крупномасштабным производством ожидается дальнейшее снижение стоимости двигателей с осевым потоком, а преимущества, обеспечиваемые их высокой эффективностью и компактностью, позволят им получить более высокую отдачу от инвестиций в таких высокодоходных областях, как электромобили и аэрокосмическая промышленность. Например, компания Dongmu New Materials Group Co., Ltd. построила производственный цех для двигателей с осевым потоком площадью 1000 квадратных метров и установила производственную линию, что свидетельствует об уверенности отрасли в будущих инвестициях.

4.Соображения относительно масштаба инвестиций

Инвестирование в отрасль двигателей с аксиальным потоком требует рассмотрения следующих аспектов: Инвестиции в НИОКР: Технология двигателей с аксиальным потоком все еще находится на стадии быстрого развития, и для преодоления технических барьеров, таких как управление температурой, сложность материалов и процессов, требуются постоянные инвестиции в НИОКР. Компании с основными технологиями и патентами будут более конкурентоспособными. Строительство производственной линии: Производство двигателей с аксиальным потоком предъявляет высокие требования к оборудованию и процессам, а строительство крупномасштабных производственных линий требует больших капиталовложений. Например, Dongmu New Materials Group инвестировала в строительство цеха по производству двигателей с аксиальным потоком площадью 1000 квадратных метров. Интеграция отраслевой цепочки: Отраслевая цепочка двигателей с аксиальным потоком включает в себя множество звеньев, таких как материалы, детали и производственное оборудование. Инвесторам необходимо рассмотреть, как интегрировать ресурсы отраслевой цепочки, снизить производственные затраты и повысить эффективность.

Расширение рыночного применения: Хотя электромобили являются основной областью применения двигателей с аксиальным потоком, они также имеют большой потенциал применения в аэрокосмической отрасли, робототехнике, промышленной автоматизации и других областях. Расширение разнообразных сценариев применения может помочь диверсифицировать риски и улучшить инвестиционную отдачу.

5.Оценка отраслевых рисков и возможностей

Хотя отрасль двигателей с осевым потоком развивается быстрыми темпами, она также сталкивается с некоторыми значительными рисками и проблемами, но в то же время таит в себе огромные возможности для развития.

5.1 Отраслевые риски

Высокие технические барьеры и сложность производства: проектирование и производство двигателей с осевым потоком включают сложные электромагнитные расчеты, 3D-моделирование и строгий контроль материалов и процессов. Например, воздушный зазор между ротором и статором должен поддерживаться равномерным, а осевое усилие во время работы может вызвать сильное натяжение вала двигателя. Производственный процесс и механическое оборудование не настолько зрелые, как у радиальных двигателей, что ограничивает возможность масштабирования производства. Отсутствие накопления исследований и незрелое производственное оборудование являются основными проблемами, с которыми в настоящее время сталкиваются. Проблема рассеивания тепла: двигатели с осевым потоком обычно имеют компактную «сэндвич»-структуру, при этом обмотка расположена глубоко в статоре и между двумя дисками ротора, что делает рассеивание тепла очень трудным. При работе под высокой нагрузкой двигатель склонен к перегреву, что влияет на производительность и срок службы. Кроме того, магниты расположены внутри двигателя, с худшим пространством для рассеивания тепла. Чрезмерная температура вызовет больший риск размагничивания магнитов, что повлияет на безопасную работу двигателя [12]. Решение проблемы рассеивания тепла требует использования новых методов рассеивания тепла, таких как охлаждение маслом погружения, охлаждение композитом масло-вода, охлаждение жидким азотом и охлаждение материалом с изменением фазы, а также проектирование чрезвычайно сложных охлаждающих и уплотнительных структур. Высокие материальные и технологические затраты: для двигателей с осевым потоком требуются специальные материалы (такие как немагнитные, непроводящие и высокопрочные композитные материалы, а также высокопроницаемые, малопотерьные листовые формовочные компаунды (SMC)) и передовые производственные процессы (такие как медные проводники прямоугольного сечения, спиральные концентрированные обмотки и многополюсные непрерывные процессы намотки). Эти новые материалы и процессы обычно приводят к более высоким производственным затратам, чем традиционные двигатели с радиальным потоком, а зрелость индустриализации низкая, с высокой степенью неопределенности затрат [4].

Принятие рынком и ограничения на крупномасштабное применение: Хотя двигатели с аксиальным потоком имеют много преимуществ, они еще не применялись в больших масштабах. Это связано с высокими издержками производства, сложными техническими требованиями и принятием рынком новых технологий. Только когда зрелость технологии улучшится, а себестоимость производства снизится, можно будет по-настоящему реализовать крупномасштабное применение. Несовершенная цепочка поставок: поскольку отрасль все еще находится на ранних стадиях развития, промышленная цепочка двигателей с аксиальным потоком еще не идеальна, а некоторые ключевые материалы и производственное оборудование нелегко получить, что может повлиять на эффективность производства и контроль затрат. Риски волатильности политики и рынка: развитие отрасли в значительной степени зависит от политического руководства и рыночного спроса. Например, изменения в политике субсидирования новых энергетических транспортных средств и колебания цен на сырье могут внести неопределенность в развитие отрасли.

5.2 Возможности отрасли

Значительные технические преимущества и широкие перспективы применения: двигатели с осевым потоком имеют широкие перспективы применения во многих высокотехнологичных областях благодаря своим уникальным преимуществам, таким как высокая плотность мощности, высокая эффективность, малый вес и компактная конструкция. Особенно в сценариях, чувствительных к пространству и весу, таких как электромобили, аэрокосмическая промышленность, робототехника, промышленная автоматизация, ветроэнергетика и судовые движители, двигатели с осевым потоком могут обеспечить решения, которые трудно сопоставить с традиционными радиальными двигателями.

Взрывной рост рынка транспортных средств на новой энергии: С быстрым развитием мирового рынка транспортных средств на новой энергии растет спрос на высокопроизводительные и высокоэффективные двигатели. В области электромобилей, особенно в таких сценариях применения, как двигатели в колесах, распределенные системы привода и генераторы с увеличенным запасом хода, двигатели с осевым потоком могут эффективно решать такие нерешенные проблемы, как малый вес, плотность крутящего момента и дальность хода, и, как ожидается, станут революционным решением для будущих систем привода электромобилей [1].

Огромный потенциал в аэрокосмической области: новые самолеты, такие как электрические самолеты и eVTOL (электрические самолеты с вертикальным взлетом и посадкой) предъявляют чрезвычайно высокие требования к плотности мощности двигателя и легкости. Двигатели с осевым потоком могут соответствовать этим строгим требованиям. Например, демонстрационный образец электрического самолета, разработанный Rolls-Royce Holdings, использует двигатели с осевым потоком, что указывает на то, что у него будет огромное пространство для развития в аэрокосмической области.

Растущий спрос на роботов и промышленную автоматизацию: С развитием робототехники и промышленной автоматизации существует большой спрос на высокоточные, высокочувствительные, малогабаритные, легкие двигатели привода сочленений. Двигатели с осевым потоком обладают уникальными преимуществами в области сочленений роботов, коллаборативных роботов и т. д. и могут обеспечить высокопроизводительные решения.

Политика «двойного углерода» способствует развитию отрасли: Продвижение глобальной цели «двойного углерода» заставило автомобильную промышленность столкнуться с тенденцией увеличения спроса на легкие и высокоплотные двигатели. Преимущества двигателей с осевым потоком в энергосбережении и сокращении выбросов углерода позволят им играть все более важную роль в экологически чистых транспортных и промышленных областях, получая политическую поддержку и рыночную выгоду.

Непрерывный технологический прогресс и ускоренный процесс индустриализации: несмотря на текущие технические проблемы, с ростом глобальных инвестиций в исследования и разработки двигателей с аксиальным потоком, постоянные прорывы в области новых материалов, новых процессов и новых технологий постепенно преодолеют существующие трудности, будут способствовать ускорению процесса индустриализации двигателей с аксиальным потоком, снижению издержек производства и повышению конкурентоспособности на рынке.

Повышенное внимание со стороны рынка капитала: Как новая технология, двигатель с осевым потоком привлек широкое внимание со стороны рынка капитала из-за своего огромного рыночного потенциала. Это обеспечит достаточную финансовую поддержку для компаний в отрасли и ускорит технологические исследования и разработки, а также расширение рынка.