Introduktion af fordele og ulemper ved fladtrådsmotor, applikationsanalyse og udsigter til udviklingstendens

I øjeblikket er der større interesse for fladtrådmotorer i Kina, men anvendelsen er mindre, hovedsageligt fordi markedet for ny energi har en kort udviklingstid, og den vigtigste markedsandel er koncentreret i markedet for mikrovognebiler. Udenlandske modne flade line motorprodukter anvendes i nye energikøretøjer, især i Japan, europæiske og amerikanske virksomheder, Toyota og GENERAL Motors har brugt flade tråd motor. Repræsentative eksempler er Chevrolet VOLT (Remy Motor) og Toyota Prius (Denso), som begge bruger olie-kølede løsninger. Ud over udenlandske leverandører som Remy, Dso og Hitachi er de indenlandske leverandører med stabile leverancer hovedsageligt Huayu Electric og Songzheng Motor samt Founder Motor, som snart vil blive sat i produktion.

Drivmotoren består hovedsageligt af statordele, rotorassamblage, endehætte og hjælpestadarddele, og statorviklingen inkluderer jernkerne, kobbertrådsvikling, isoleringsmaterialer osv.

Som navnet antyder, bruger fladtrådsmotoren flad kobbertråd i statorviklingen. Først formes viklingen som et hårkort, som indsættes i statorfuret, og derefter loddes enderne af hårkortet sammen i den anden ende.

Fordele ved fladtrådsmotorer

Fordel 1: samme effekt, mindre volumen, færre materialer, lavere omkostninger, eller samme volumen, øget fyldegrad, øget effekttæthed. Den runde ledning bliver til en flad ledning. Teoretisk set kan fladtrådsmotoren opnå en fyldegrad på 70 % under forudsætning af konstant plads, og den indsatte kobbermængde kan øges med 20-30 %, hvilket skaber et stærkere magnetfelt. Dette svarer i nogen grad til at øge effekten med 20-30 %.

Fordele 2: bedre temperaturperformance. Den indre mellemrum bliver mindre, kontaktopfladen mellem flad wire og flad wire er stor, varmeafledning og varmeledning er bedre; vikling og kernefurekontakt er bedre, bedre varmeledning, og motoren er meget følsom over for varmeafledning og temperatur, varmeafledning er bedre, performance vil forbedres. Gennem temperaturfeltsimulation er det konkluderet, at temperaturstigningen for flad kobbertrådsmotorvikling med samme design er 10 % lavere end for rund kobbertrådsmotor.

Fordele 3: lavere elektromagnetisk støj. Den flade motorwire har stor spænding, stor stivhed, ankeret har bedre stivhed og undertrykker ankerstøj bedre; kan anvende relativt mindre furestørrelse, effektivt reducere furemomentet og yderligere reducere motorens elektromagnetiske støj.

Fordele 4: kort endestykke, mindre kobberforbrug og forbedret effektivitet. Traditionelle rundtrådsmotorer har på grund af produktionsmæssige problemer almindeligvis en relativ lang ende, ellers er kobbertråden nem til at skade under processen. For fladtrådsmotoren, hvor trådene er hårde, kan endestykket gøres lidt mindre under produktionen, og endestykkets størrelse reduceres med 20 % sammenlignet med rundtrådsmotoren. Dette giver mulighed for yderligere reduktion af pladsbehovet og gør det muligt at gøre hele systemet mindre og lettere.

Fordele 5: Det høje effektivitetspunkt for fladtrådsmotoren er ikke nødvendigvis væsentligt højere end for rundtrådsmotoren, men området med høj effektivitet kan gøres bredere.

Ulemper ved fladtrådsmotorer

Ulempe 1: Effekt ved højhastighedsskinneindsamling. Nye energibiler stiller krav om høj effekttæthed ved høje hastigheder. Tidligere var omdrejningstallet 10.000 eller endda 12.000, nu går tendensen i retning af 16.000 eller endda 20.000. Der skal være nogle gode løsninger under motordesignprocessen, hvilket er en ulempe.

Ulempe 2: Kravene til kobbertråd er høje. Rundtrådsmotorers kobbertråd bliver produceret af mange indenlandske producenter, og kvaliteten kan være meget god. Der er ikke mange producenter, der kan fremstille fladtrådsmotorer, og kravene er relativt høje. Vi skal samarbejde om at løse materialernes problemer.

Ulempe 3: Fladtråd har mange produktionsprocesser, kravene til udstyrets nøjagtighed er høje, og den forudgående investering er stor. Hvis nøjagtigheden ikke er tilstrækkelig, bliver produktets pålidelighed og konsistens relativt dårlige. Bilvirksomheder er også bekymret for kvalitetens pålidelighed og stabilitet.

Ulempe 4: Serielles design er svært, motoren ønsker at reducere omkostningerne, det er bedre at gøre det serielles, serielles design er i øjeblikket ikke så godt som rundtrådsmotoren.

Ulempe 5: Der er for mange patentbarrierer. I øjeblikket er fladtrådsmotorpatenter primært hos europæiske og amerikanske samt japanske virksomheder. Kinesiske virksomheder har få patenter. Vi har en patentstruktur, men den er ikke tilfredsstillende.

Ulempe 6: Fladtrådsformningskravene er høje og vanskelige at bearbejde. Da kobbertråden har en vis elasticitet, skal der være en forformingsmargen i designet.

Ulempe 7: Isoleringsoverfladen vil danne krympning ved tørring. Hvis det er en rundtråd, vil krympningen være mere jævn, og fladtråden er nemmere at skade, hvilket resulterer i, at det faktiske bearbejdning udbytte for fladtråden er langt lavere end for rundtråden.

Produktionsproces for fladtrådsmotor

Den primære produktionsproces for statoren i kortudgivelsesmotoren, ledningsformning og papirformning samt papirindsættelse, disse to processer foregår samtidigt. Gå ind i stator-indsættelsesprocessen, og drej derefter ledningen, og afslut lodningsprocessen efter drejningen. Når lodningen er færdig, er den grundlæggende statorproces for motoren afsluttet, derefter følger overfladeforbehandling, og herefter udføres ydelsestest og verifikation. Dette er den grundlæggende proces, med mange detaljer i mellem.

Produktionsproces for fladtrådsmotor: fremstilling af spolerisolering, fremstilling af kortudgivelsesring, isoleringsbehandling, lodning af faste enderinge, stjernepunktsforbindelse

Anvendelsessituation for fladtrådsmotor

På lang sigt vil miniaturisering og høj hastighed være den primære udviklingstrend for elmotoren i nye energibiler, og miniaturisering vil kræve, at den specifikke effekt i elmotoren markant forbedres. Ud fra tekniske krav stiller "meget højere krav og alvorligere konsekvenser i planlægningen" nyt krav om, at elmotoren til nye energibiler opnår en spids effekttæthed på 4 kW/kg, mens denne data i øjeblikket kun opnår 3,2-3,3 kW/kg.

Motoren med flad vikling er allerede blevet succesfuldt anvendt i udenlandske producenters elbiler såsom Chevrolet Volt 2, Nissan's elbiler og Toyotas fjerde generation Prius, og er den uundgåelige udviklingstrend for elmotoren i nye energibiler. Både virksomheder som BYD, SAIC, Beijing og Precision til nye energi, producenter og motorproduktionsselskaber har lanceret tilhørende forskning.

Før 2020 var erstatningseffekten af fladviklede motorer på rundviklede motorer stadig ikke tydelig nok. Takket være fordelene ved den kompakte størrelse af fladviklede motorer, vil de prioriteres til store anvendelser i hybridmodeller, især i plug-in-modeller. På grund af hjemlige politiske og markedsmæssige faktorer udgjorde plug-in-modeller dog en relativt lav andel. I ren el-sektoren er kun SAIC Roewe ERX 5 udstyret med fladviklet motor, hvilket betyder en begrænset anvendelse.

Udviklingsprocessen for den tredje generation af generelle flat wire-motorer giver os inspiration

Generel 1. generation flat wire-motor

Chevrolet Voltec, 4ET50-driftssystemet (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) er et dual-motor arkitektursystem. Motorens B-motor er en flat wire hairpin-motor med en effekt på 110 kW, drejningsmoment på 370 NM, omdrejninger på 9500 omdr./min. og en forholdstal på 12 poler og 72 furer.

Motoren anvender hårnålsviklingsteknologien for aksial stikledning, altså enkelt hårnålsvikling. Denne hårnålsvikling gør arrangementet i nuten meget pænt, hvilket markant forbedrer nutfyldningsraten, mens endekonstruktionen kan forbedres. Den endelige effekt af disse to forbedringer er at reducere jævnstrødsmodstanden med 30~40%.

Selvom hårnålmotoren kan reducere jævnstrødsmodstanden, er det let at opleve det højfrekvente virvelstrømsfelt i viklingen ved høj frekvens, hvilket skaber skineffekt.

GM anvendte Voltec-modellen til at beregne motorarbejdspunktshastighedsstatistikker og fastslog, at motorens hastighed i grundtræk er under 6000 o/min under by2 og US06, og ikke overstiger 8000 o/min. Det vil sige, at fordelene ved fladledningens lave modstand kan udnyttes. Ud fra dette synspunkt er fladtrådsmotoren mere egnet til anvendelse ved mellem- og lavhastighed.

Efter at den runde ledningsvikling er malet, bliver den til en solid helhed. Det er svært for køleolie at trænge ind i interiøret. Med varmen fra den midterste leder, er det nemt at danne en varmeø inden i viklingen. 4ET50-motoren anvender teknologi til oliekøling ved enden, fordi der er en stor åbning mellem endelektrikerne i fladtråden, hvor dyset direkte trænger ind i enden af fladtrådsviklingen og fjerner varmen fra hver leder. Kombinationen af fladtråd og oliekøling ved enden kan markant forbedre varmeafledningsevnen og forbedre effekttætheden.

Almindelig fladtrådsmotor af 2. generation

Sparket blev udgivet i 2014, og hoveddrevet er en 105 kW motor med en lav omdrejningstal på 4.500 omdr./min. Kombinationen af teknologier er: aksial indsat fladtråd + dobbelte V-torsionsstruktur + oliesprøjtningsteknologi.

Det særlige arbejde på motoren blev udført af GM's laboratorium i Wickham, en forstad til Detroit, og til masseproduktion i Baltimore, Maryland.

Driftstiden for den rent elektriske/udvidede rækkevidde hybridmotor er meget længere end for den almindelige/ladbare hybridmotor, og kravene til drejningsmoment og effekt er også højere. Ekstra rækkevidde hybrid vælger i almindelighed en effektbortledningsdrevsstruktur med B-motoren som den primære drevsmotor.

Driftssystemet i Chevrolet Walker er hele fremdriften drevet af B-motoren, så B-motoren skal opfylde kravene til acceleration og fremdrift. En permanentmagnetisk B-motor med hårnålsvikling og en centralspolen permanentmagnetisk A-motor er designet til de tidlige produkter. Valget af koncentreret vikling skyldes hovedsagelig pladsbegrænsning.

Dog kræver den anden generation Volt køretøjsarkitektur at kravene til fremdriften deles mellem A/B-motorerne. Størrelsen på end-B-motoren blev markant reduceret. På grund af de lave drejningsmomentkrav til A-motoren er en ferritmotor designet.

Desuden bruges batteridrevne køretøjer almindeligvis med et fremdriftssystem med én motor, så motoren har ofte en stor kapacitet for at opfylde behovet for køretøjets acceleration og fremdrift. GM's batteridrevne Chevrolet Spark-motor valgte en lavhastigheds-IPM og en lille reduktionsforhold.

Hvis en standard rundtrådsvikling bruges som referencestyring, er modstanden i rundtråden 1,44 gange så høj som fladtrådens modstand i Voltec, mens modstanden i rundtråden er 1,56 gange så høj som fladtrådens modstand i Spark. Det betyder, at modstanden i Sparks fladtråd falder mere skarpt. Ud over selve protokolparametrene skyldes dette fremskridt også den modne proces for fladtrådsvikling.

I Spark-motoren er formningen og deformationen af hårkortet fremstillet ved CNC-præcisionsstyring + formformning. I formningsprocessen kontrolleres ikke kun servorejsen, men også den lukkede realtidstilbagemeldingsløkke. Gennem disse tekniske midler sikres formningsnøjagtigheden, og det er muligt at kontrollere viklingens spænding, så kvaliteten af hver viklingsspole er fuldstændigt ens.

Almindelig 3. generation fladtrådsmotor

I 2017 udgav GM Chevrolet Blot med en maksimalt tilgængelig drejningsmoment på 360 Nm, maksimal ydelse på 150 kW, maksimal omløbstal på 8810 omdr/min og maksimal motorstrøm på 400 Arms.

Reduceringshastighedsforholdet stiger, og motorens hastighed stiger med næsten 2 gange. Når hastigheden stiger, øges hudeffekten af fladtrådsmotorens leder ved høj hastighed, hvilket fører til en stigning i vekselstrødsmodstanden.