編制說明-新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求

1《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》征求意見稿編制說明一、任務來源隨著新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，驅動電機呈現(xiàn)出高速化的顯著趨勢，驅動電機一般轉速超過10,000rpm的電機，具備功率密度高、體積小、可靠性高等優(yōu)點。但電機高轉速會產生巨大離心力，使轉子可能出現(xiàn)位移、膨脹、解體等問題，其中轉子在高速運轉狀態(tài)下所產生的離心力，會讓永磁體面臨較大的拉應力以及被甩出的風險，這對電機的穩(wěn)定性和安全性提出了嚴峻挑戰(zhàn)。早期應對方案是使用非磁性金屬套管，但金屬是導體，套管中會產生強烈的渦流，增加損耗且降低效率。因此碳纖維轉子就此誕生。高速碳纖維轉子是采用碳纖維復合材料制成轉子外殼的電機轉子，在轉子圓柱體表面外層包裹碳纖維護套，構成碳纖維套筒電機，對磁極片、永磁體、層疊式自粘性鐵芯等起到固定和保護作用。新能源汽車產業(yè)正蓬勃發(fā)展，成為汽車行業(yè)轉型的關鍵方向。驅動電機作為新能源汽車的核心部件，其性能直接影響汽車的動力、續(xù)航等關鍵指標。目前，高速碳纖維轉子相關的國家標準有GB/T38090-2019電動汽車驅動電機用永磁材料技術要求，團體標準將專注于新能源汽車驅動電機的高速碳纖維轉子，強調了轉子的高速性能、耐熱性、機械強度以及與電機系統(tǒng)的兼容性，旨在提升電機效率和可靠性，降低能耗。而GB/T24533-2019標準則側重于鋰離子電池石墨類負極材料的電化學性能、物理特性、純度和加工性能等，確保電池的循環(huán)壽命和安全性能。本團體標準的優(yōu)勢在于直接針對新能源汽車的核心部件——驅動電機，提出了高速碳纖維轉子的創(chuàng)新技術要求。這不僅有助于推動電機技術的進步，還能夠促進整個新能源汽車行業(yè)的性能提升。針對高速碳纖維轉子的材料要求、結構設計要求、制造工藝要求等，急需立項《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》該標準，高速碳纖維轉子處于標準空白點，填補標準空白點，推動行業(yè)對碳纖維轉子技術的深入研究和應用，引領新能源汽車驅動電機技術的創(chuàng)新與發(fā)展。制定《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》團體標準，具有如下重要意義：1、推動技術創(chuàng)新與產業(yè)升級將為新能源汽車行業(yè)提供明確的技術指導和規(guī)范，鼓勵企業(yè)進行技術創(chuàng)新，推動整個產業(yè)向更高技術標準和更高質量水平發(fā)展。通過標準的引導，可以加速碳纖維轉子技術的研發(fā)和應用，促進新能源汽車驅動電機的性能提升，進而推動整個行業(yè)的技術進步和產業(yè)升級。2、提高產品性能與可靠性2有助于統(tǒng)一行業(yè)內的技術要求，確保碳纖維轉子產品的性能和可靠性。通過明確轉子的材料、設計、制造、檢驗和試驗等方面的技術要求，可以減少產品質量差異，提高新能源汽車驅動電機的整體性能，增強消費者對產品的信心，從而推動新能源汽車市場的健康發(fā)展。3、促進節(jié)能減排與環(huán)境保護碳纖維轉子具有輕質、高強度的特點，有助于降低新能源汽車的能耗和碳排放。團體標準的制定將推動更多高性能、低能耗的驅動電機進入市場，從而促進整個新能源汽車行業(yè)在節(jié)能減排方面的進步。同時，通過規(guī)范碳纖維轉子的生產過程，可以減少生產過程中的廢棄物和污染物排放，有助于環(huán)境保護。二、起草單位所作工作1、起草單位本標準由信質集團股份有限公司提出，由中國技術市場協(xié)會歸口。本標準由信質集團股份有限公司、上海華漁新材料科技有限公司共同起草。2、主要起草單位及其所作工作本文件主要起草人及工作職責見表1。表1主要起草單位及工作職責起草人工作職責信質集團股份有限公司項目主編單位主編人員，負責標準制定的統(tǒng)籌規(guī)劃與安排，標準內容和試驗方案編制與確定，標準水平的把握及標準編制運行的組織協(xié)調。人員中包括了碳纖維材料行業(yè)資深專業(yè)人員，碳纖維材料行業(yè)管理人員上海華漁新材料科技有限公司實際生產單位、負責匯報企業(yè)碳纖維材料生產數(shù)據(jù)、試驗方法，參與標準編制。三、標準的編制原則標準起草小組在編制標準過程中，以國家、行業(yè)現(xiàn)有的標準為制訂基礎，結合我國目前的碳纖維材料行業(yè)現(xiàn)狀，按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定及相關要求編制。四、標準編制過程4.1立項階段2025年2月28日，中國技術市場協(xié)會正式批準《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》立4.2起草階段4.2.1成立標準制定工作組，根據(jù)《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》編制需要，信質集團股份有限公司、上海華漁新材料科技有限公司等機構相關專家成立標準制定工作組。34.2.2形成標準草案：根據(jù)工作計劃及分工安排，在系統(tǒng)參考、學習已有標準及研究的基礎上，標準制定工作組完成《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》各部分內容，并于2025年3月10日匯總形成標準草案。4.2.32025年3月14日，通過騰訊會議線上召開了《新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子技術要求》團體標準討論會，與會代表30余人參加會議。會上，標準編制組就該標準立項背景和標準框架分別進行了介紹。與會專家和代表就標準名稱、框架結構、定義、范圍、技術指標、試驗方法等內容進行了深入討論。明確了該標準編制工作方向，并提出了一系列標準內容的完善措施和修改意見、建議。在討論會結束后標準編制工作組根據(jù)與會專家及參會代表的意見和建議，對標準稿進行了修改完善，形成了標準征求意見稿和編制說明。4.3征求意見階段2025年3月27日，本標準由中國技術市場協(xié)會在全國團體標準信息平臺面向社會進行公開征求意見，同時由編制工作組向相關單位進行定向征求意見。五、標準主要內容根據(jù)生產企業(yè)信質集團股份有限公司、上海華漁新材料科技有限公司等單位的產品數(shù)據(jù)得到以下主要技術內容：本文件規(guī)定了新能源汽車驅動電機用高速碳纖維轉子的一般要求、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸與貯存。本文件適用于最高工作轉速不小于20,000r/min的新能源汽車驅動電機用碳纖維轉子（以下簡稱“轉2規(guī)范性引用文件3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1高速碳纖維轉子highspeedcarbonfiberrotor由碳纖維復合材料制成，通過金屬護套或過盈配合與電機軸連接，適用于高轉速工況的旋轉部件。4一般要求4.1材料4.1.1碳纖維復合材料4.1.1.1轉子主體應采用高強度碳纖維復合材料，拉伸強度不應小于3500MPa，拉伸模量不應小于230GPa，樹脂基體耐溫不應小于180℃。4.1.1.2碳纖維纏繞層表面應與基體材料結合緊密，應無氣泡、分層或纖維斷裂缺陷，孔隙率不應大于2%，孔隙應呈點狀分布。4.1.2輔助材料涂覆用碳纖維粒子粒徑不應大于50μm，黏結劑耐溫等級不應小于180℃。44.2結構設計4.2.1凹槽設計轉子表面應設置交替分布的碳纖維粒子涂覆凹面和纏繞凹面，凹面深度差不應大于0.2mm，表面齊平度公差不應大于±0.05mm。4.2.2纏繞工藝碳纖維線纏繞張力應均勻，纏繞角度偏差不應大于±2°,層間間隙不應大于0.1mm，高速旋轉時動態(tài)應力分布應均勻。5技術要求5.1轉速額定轉速不應小于20,000r/min。5.2瞬時超速瞬時超速能力不應小于25,000r/min，持續(xù)運行時間不應小于20min。5.2.1效率在額定工況下，電驅動系統(tǒng)效率不應小于95%，在120℃下效率衰減不應大于3%。5.2.2動平衡等級轉子動平衡精度應達到G2.5級，殘余不平衡量不應大于0.5g·mm/kg。5.2.3溫升與散熱額定負載下轉子表面溫升不應大于80℃,碳纖維層與金屬芯部溫差不應大于15℃。5.3輕量化轉子整體密度不應大于1.8g/cm3。5.4抗疲勞性通過107次循環(huán)載荷試驗后，轉子應無結構性損傷，性能衰減不應大于5%。5.5過載保護短時過載能力不應小于150%額定扭矩，持續(xù)時間不應小于10s。5.6抗振性試驗后，轉子性能應符合本文件要求。6試驗方法6.1轉速5試驗時，應在試驗臺架上將轉子加速至不小于20,000r/min，持續(xù)運行2h，監(jiān)測振動、溫升及動態(tài)穩(wěn)定性。6.2瞬時超速試驗試驗時，應在試驗臺架上將轉子加速至不小于25,000r/min，持續(xù)運行20min，監(jiān)測振動、溫升及動態(tài)穩(wěn)定性。6.3動平衡試驗轉子動平衡精度試驗應按GB/T9239.1的規(guī)定執(zhí)行，應采用動平衡機在額定轉速下測量殘余不平衡量。6.4溫升與散熱試驗試驗時，應在額定負載工況下，使用熱電偶或紅外熱成像儀監(jiān)測轉子表面溫升及碳纖維層與金屬芯部溫差。試驗應持續(xù)至溫度穩(wěn)定。高溫環(huán)境試驗應按GB/T2423.2的規(guī)定執(zhí)行。6.5輕量化試驗轉子整體密度試驗應按GB/T1463的規(guī)定執(zhí)行。6.6抗疲勞試驗抗疲勞試驗應按GB/T3075的規(guī)定執(zhí)行，施加循環(huán)載荷至10?次，試驗后檢查轉子結構性損傷。6.7過載保護試驗試驗時，應在電機試驗臺架上施加150%額定扭矩，持續(xù)時間不小于10s，記錄轉子變形、溫度及動態(tài)6.8抗振性按GB/T2423.10規(guī)定的方法設置振動加速度為44.1m/s2、振動頻率為33.3Hz、振幅為2mm，X、Y、Z方向各5h。7檢驗規(guī)則8標志、包裝、運輸與貯存六、標準水平分析6.1采用國際標準和國外先進標準的程度經查，暫無相同類型的國際標準與國外標準，故沒有相應的國際標準、國外標準可采用。6.2與國際標準及國外標準水平對比本標準達到國內先進水平。6.3與現(xiàn)有標準及制定中的標準協(xié)調配套情況本標準的制定與現(xiàn)有的標準及制定中的標準協(xié)調配套，無重復交叉現(xiàn)象。6.4設計國內外專利及處置情況經查，本