IDTechEx发现消除稀土会推动电动汽车对铜的需求

电动机是汽车市场电气化的核心组件。市场严重依赖稀土来生产这些电机中使用的永磁体，但正如许多人所知，由于其价格波动和环境影响，人们正在努力消除这些稀土。替代电机技术通常会带来新的、不断增加的铜需求。然而，近年来绕组效率和铜利用率的提高可以在一定程度上抵消这一趋势。无论如何，汽车市场不断发展的电气化将推动 2034 年电动汽车电机的铜需求较 2023 年增长 3.1 倍。

IDTechEx 的报告《2024-2034 年汽车铜需求：趋势、利用、预测》分析了汽车市场中将影响铜需求的主要趋势，包括线束和辅助电动机等传统组件以及电气化组件等新兴技术(电池、电机、电力电子设备、高压电缆)和自主性(传感器和计算)。该报告考虑了技术的发展，并提供了 2024 年至 2034 年铜需求各个组成部分的预测。

铜用在哪里?

电机由静止部件(定子)和旋转部件(转子)组成。一般来说，定子由带有铜绕组的钢堆组成，用于产生电磁场。转子材料因技术而异。永磁电机在转子中包括磁体，感应电机包括铜或铝棒，绕线转子电机还包括铜绕组，而磁阻电机主要是钢。

消除磁铁增加铜

感应电机已从流行的驱动电机转变为主要用于辅助驱动应用。与永磁体选项相比，它们可以增加电机的铜含量，具体取决于它们是铜转子还是铝转子。事实证明，绕线转子电机是首选的无磁体选择，并且在转子上使用铜绕组显着增加了电机的铜含量，一些示例的铜含量是同类永磁电机的两倍多。

有一些替代电机技术可以使铜与永磁电机相似;例如，磁阻电机的转子主要是钢，不添加铜或铝。然而，这些传统上存在功率密度、噪声和效率方面的挑战。这里有多种改进途径，有几位参与者正在研究这种类型的设计，但它尚未在大规模生产的电动汽车中得到证明。越来越多的新兴轴向磁通电机具有非常高的功率密度，因此，以每千瓦功率的铜含量为基础，铜需求量要低得多。

减少铜的绕线技术

上述讨论涉及转子，但人们正在努力提高定子中绕组的铜利用率。传统上，这些绕组由许多单独的小圆线绕定子缠绕在一起制成。2021年，发夹型绕组在电动汽车中的全球市场份额与圆线相似，并在2022年实际上超过了圆线。发夹型绕组使用方形/矩形线，增加了槽的填充系数，更好地利用空间可用，并减少悬挂在电机两端的额外铜绕组的数量。较高的填充系数可用于增加每个电机的铜质量，或者更有效的填充可以减少相同性能的电机的总长度(从而减少铜含量)。

下一阶段的发展包括预先缠绕这些发夹式绕组，这样每个棒就不需要单独插入和焊接。这提高了可制造性，实现了更多的定子极，并进一步减少了悬垂的端部绕组。舍弗勒、Lucid和博格华纳等公司已经演示了这一过程，它们也有类似的概念，称为“S-winding”。

定子绕组中的铜也有可能被铝取代。铝的整体体积性能较差，需要更多的铝才能获得与铜相同的性能。用铝替代铜的动机是铝比铜更轻且成本更低。尽管如此，对于大多数应用，IDTechEx 预计铜将继续作为初级定子绕组材料，除了一些体积电机性能不那么重要的特定场景之外。

电动汽车电机铜需求展望

尽管电机中铜的应用效率已经并将继续不断提高，但快速增长的电动汽车市场对电动汽车电机中的铜产生了巨大的新需求。随着无磁电机设计的更大份额进入市场，宝马和雷诺等厂商采用绕线转子电机，而采埃孚、马勒、维特斯科等一级供应商和其他生产绕线转子设计的一级供应商，这将在一定程度上加剧这种情况。IDTechEx 的报告“ 2024-2034 年汽车铜需求：趋势、利用率、预测”以“ 2024-2034 年电动汽车用电动机”报告为基础，深入研究电机技术对铜利用率的影响，预测 3.1- 2023 年至 2034 年间，电动汽车电机的铜需求将增加一倍。该报告还预测，到 2034 年，电气化和自动化等趋势将推动汽车市场的铜需求复合年增长率为 4.8%。