Einführung der Vorteile und Nachteile von Flachdrahtmotoren, Anwendungsanalyse und Entwicklungstrend

Derzeit gibt es in China ein größeres Interesse an Flachdrahtmotoren, ihre Anwendung ist jedoch geringer, hauptsächlich weil der Markt für Neuergy (neue Energie) eine kurze Entwicklungsdauer hat und der größte Marktanteil im Sektor der Klein-PKW liegt. Ausländische reife Flachdrahtmotorprodukte werden in Fahrzeugen mit neuer Energie eingesetzt, insbesondere in Japanischen, europäischen und amerikanischen Unternehmen; sowohl Toyota als auch GENERAL Motors verwenden Flachdrahtmotoren. Beispiele sind der Chevrolet VOLT (Remy Motor) und der Toyota Prius (Denso), die beide Ölgekühlte Lösungen nutzen. Neben ausländischen Lieferanten wie Remy, Dso und Hitachi haben sich in China hauptsächlich Huayu Electric und Songzheng Motor etabliert, während Founder Motor bald in Produktion gehen wird.

Der Antriebsmotor besteht hauptsächlich aus Statorkomponenten, Rotorbaugruppe, Enddecke und Hilfsnormteilern, wobei der Statorwicklung Eisenkern, Kupferdrahtwicklung, Isolierungsmaterialien etc. umfasst.

Wie der Name bereits sagt, verwendet der Flachdrahtmotor Flachkupferdraht im Statorwicklungssystem. Zuerst wird die Wicklung in einer Form wie ein Haarkamm geformt, in den Statorschlitz eingeführt und dann am anderen Ende des Haarkamms verschweißt.

Vorteile von Flachdrahtmotoren

Vorteil 1: Bei gleicher Leistung, kleineres Volumen, weniger Material, geringere Kosten oder bei gleichem Volumen erhöhte Füllrate des Tanks, erhöhte Leistungsdichte. Der runde Draht wird zu einem flachen Draht. Theoretisch kann unter dem Aspekt konstanter Raum der Flachdrahtmotor eine Füllrate von 70 % erreichen, und das gefüllte Kupfer kann um 20-30 % erhöht werden, was eine stärkere Magnetfeldstärke erzeugt. Dies ist in gewissem Maße äquivalent zum Erhöhen der Leistung um 20-30 %.

Vorteil 2: bessere Temperaturleistung. Der interne Spalt wird kleiner, die Kontaktfläche zwischen der flachen Leitung und der flachen Leitung ist groß, Wärmeabgabe und Wärmeleitung sind besser; der Kontakt zwischen Wicklung und Kerb des Kerns ist besser, mit besserer Wärmeleitung, und das Motor ist sehr empfindlich gegenüber Wärmeabgabe und Temperatur, bessere Wärmeabgabe führt zu einer Verbesserung der Leistung. Durch Simulation des Temperaturfeldes wurde festgestellt, dass die Temperaturerhöhung der Wicklung eines flachen Kupferdrahtmotors bei derselben Designkonstruktion um 10 % geringer ist als beim runden Kupferdrahtmotor.

Vorteil 3: geringerer elektromagnetischer Lärm. Die flache Motordraht hat großen Spannung, große Steifigkeit, das Armatur hat eine bessere Steifigkeit und unterdrückt den Armatur-Lärm; man kann eine relativ kleinere Schlitze Größe wählen, was den Schlitztorque effektiv reduziert und den elektromagnetischen Lärm des Motors weiter senkt.

Vorteil 4: kurzes Ende, sparen Sie Kupfer, verbessern Sie die Effizienz. Bei traditionellen Runddrahtmotoren ist aufgrund von Verarbeitungsproblemen das Ende im Allgemeinen relativ lang, andernfalls kann es während des Prozesses leicht zu Beschädigungen der Kupferdrähte kommen. Bei Flachdrahtmotoren sind die Leitungen Hartleitungen, daher kann das Ende bei der Bearbeitung etwas kleiner gemacht werden, und die Endgröße wird um 20 % im Vergleich zu Runddrahtmotoren reduziert. Der Raum kann weiter minimiert werden, was das Volumen des Systems weiter verringert und Miniaturisierung und Leichtbau ermöglicht.

Vorteil 5: Der Hocheffizienzpunkt des Flachdrahtmotors ist nicht unbedingt viel höher als der des Runddrahtmotors, aber der Bereich hoher Effizienz kann weiter erweitert werden.

Nachteile von Flachdrahtmotoren

Nachteil 1: Effekt der hohen Geschwindigkeit bei der Sammlung von Oberflächen. Neue Energieautombile erfordern aufgrund hoher Leistungsdichte Anforderungen eine höhere Geschwindigkeit, früher lag dies bei 10.000 oder sogar 12.000, heute geht es in Richtung 16.000 oder sogar 20.000. Dabei muss im Prozess der Motorentwicklung eine gute Lösung gefunden werden, was ein Problem darstellt.

Nachteil 2: Hohe Anforderungen an Kupferdraht, für Runddrahtmotoren produzieren inländische Hersteller viel Kupferdraht und die Qualität ist sehr gut. Es gibt jedoch nur wenige Hersteller, die flache Drahtmotoren herstellen können, die Anforderungen sind relativ hoch und wir müssen gemeinsam Materialprobleme lösen.

Nachteil 3: Flacher Draht erfordert viele Bearbeitungsprozesse, die Gerätegenauigkeit ist hoch und die Anfangsinvestitionen sind groß, da eine geringe Genauigkeit die Zuverlässigkeit und Konsistenz des Produkts beeinträchtigen würde. Automobilhersteller sorgen sich auch um die Qualitätshaltbarkeit und -stabilität.

Nachteil 4: Die Serienentwicklung ist schwierig. Der Motor möchte die Kosten senken, es ist gut, ihn zu serialisieren. Die Serienentwicklung ist bei derzeitigen Flachdrahtmotoren nicht so gut wie bei Runddrahtmotoren.

Nachteil 5: Es gibt zu viele Patentbarrieren. Derzeit liegen die Patente für Flachdrahtmotoren hauptsächlich bei europäischen, amerikanischen und japanischen Unternehmen. Chinesische Unternehmen besitzen nur wenige Patente. Wir haben eine Patentstrategie, aber sie ist nicht zufriedenstellend.

Nachteil 6: Hohe Anforderungen an die Formgebung von Flachdrähten und Verarbeitungsschwierigkeiten. Da Kupferdraht eine gewisse Elastizität aufweist, muss im Design ein Deformationspuffer vorgesehen werden.

Nachteil 7: Die Isolierungsschicht verursacht nach dem Trocknen Schrumpfdeformationen. Bei einem Runddraht ist die Kontraktion gleichmäßiger, während Flachdraht leicht beschädigt wird. Dadurch ist die Ausbeute bei der praktischen Verarbeitung des Flachdrahts viel geringer als bei Runddraht.

Fertigungsprozess des Flachdrahtmotors

Der Hauptproduktionsprozess des Stators des Kartenausgabemotors umfasst Drahtformung und Papierformung sowie Papier-einfügung, diese beiden Prozesse werden gleichzeitig durchgeführt. Anschließend erfolgt der Stator-Einfügungsprozess, dann wird der Draht verdreht und nach dem Verdrehen wird der Schweißprozess abgeschlossen. Nachdem der Schweißvorgang abgeschlossen ist, ist der grundlegende Stator-Prozess des Motors abgeschlossen, gefolgt von der Beschichtung und anschließend der Leistungstest und -verifizierung. Dies ist der grundlegende Prozess, mit vielen Details dazwischen.

Produktionsprozess des Flachdrahtmotors: Schlittpapierherstellung, Kartenausgabe, Ringisolierung, Behandlung des festen Endrings, Schweißen, Sternanbindung

Anwendungssituation des Flachdrahtmotors

Langfristig werden Miniaturisierung und Hochgeschwindigkeit die Hauptentwicklungsrichtungen von Antriebsmotoren für Elektrofahrzeuge sein. Dabei muss die Miniaturisierung erfordern, dass die Leistungsdichte des Motors erheblich gesteigert wird. Aus technischer Sicht fordert dies "schärfere Entscheidungen und schwerwiegendere Konsequenzen in der Planung", indem eine Leistungsdichte von 4 kW/kg für den Spitzengang des Antriebsmotors von Elektrofahrzeugen verlangt wird, während diese Daten momentan nur bei 3,2-3,3 kW/kg liegen.

Flachdrahtwicklungs-Motoren wurden bereits erfolgreich von ausländischen Herstellern wie im Chevrolet Volt 2, Nissan-Elektrofahrzeugen und dem vierten Toyota Prius eingesetzt. Dies ist die unvermeidliche Entwicklungstendenz für Motoren in Elektrofahrzeugen. Auch Hersteller wie BYD, SAIC, BJEV sowie präzise eingebaute Neuentwicklungen haben entsprechende Forschungen zur Produktion solcher Motoren gestartet.

Vor 2020 war der Ersatzeffekt von flachen Motorsystemen auf runde Motoren noch nicht deutlich genug. Dank des Vorteils der kleineren Größe von flachen Drahtmotoren werden diese für eine großflächige Anwendung in Hybridmodellen priorisiert, insbesondere für Plug-in-Modelle. Aufgrund nationaler politischer und marktbedingter Faktoren stellten jedoch Plug-in-Modelle einen relativ geringen Anteil dar. Im Bereich der reinen Elektrik ist nur der SAIC Roewe ERX 5 mit einem flachen Drahtmotor ausgestattet, was seltener vorkommt.

Der Entwicklungsprozess der dritten Generation der allgemeinen flachen Drahtmotoren gibt uns Inspiration

Allgemeine 1. Generation flacher Drahtmotor

Chevrolet Voltec, Das 4ET50-Antriebssystem (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) ist ein System mit Doppel-Motor-Architektur. Der Motor B ist ein flacher Draht-Haarnadelmotor mit einer Leistung von 110 kW, einem Drehmoment von 370 NM, einer Geschwindigkeit von 9500 Umdrehungen pro Minute und einem Schlitzverhältnis von 12 Polen und 72 Schlitzen.

Der Motor verwendet die Haarnadelwicklungs-Technologie von axialen Steckverbindungen, das heißt die Einzel-Haarnadelwicklung. Diese Haarnadelwicklung sorgt dafür, dass die Anordnung in der Rinne sehr ordentlich ist, was den Füllfaktor der Rinne erheblich verbessert, während die Endmontage verstärkt werden kann. Das Ergebnis dieser beiden Verbesserungen ist eine Reduktion des Gleichstromwiderstands um 30~40%.

Obwohl der Haarnadelmotor den Gleichstromwiderstand reduzieren kann, ist es bei hohen Frequenzen leicht, ein hochfrequentes Wirbelstrom-Elektrofeld auf der Wicklung zu spüren, was den Skin-Effekt verursacht.

GM verwendete das Voltec-Modell, um die Geschwindigkeitsstatistik des Motor-Arbeitspunkts zu berechnen und feststellte, dass die Motordrehzahl im Stadtverkehr und nach US06 grundsätzlich unter 6000 Umdrehungen pro Minute liegt und nicht über 8000 Umdrehungen pro Minute steigt. Das bedeutet, dass der Widerstands-Vorteil der Flachleitung genutzt werden kann. Aus diesem Blickwinkel ist der Flachdraht-Motor besser für mittlere und niedrige Geschwindigkeiten geeignet.

Nachdem die runde Drahtwicklung am Ende bemalt wurde, wird sie zu einem festen Ganzheit. Es ist schwierig für das Kühlöl, in das Innere einzudringen. Mit der Hitze des Mittelschichtleiters kann es leicht zu einer Wärmeinsel innerhalb der Wicklung kommen. Der 4ET50-Motor verwendet die End öl-Spritz-Kühl-Technologie, da zwischen den Endleitungen des Flachdrahtes ein großer Spalt besteht, dringt das Düsenöl direkt in das Ende der Flachdrahtwicklung ein und führt die Wärme jedes Leiters weg. Die Kombination aus Flachdraht und Endöl-Kühlung kann die Wärmeabfuhrkapazität erheblich verbessern und die Leistungsdichte erhöhen.

Allgemein 2. Generation Flachdrahtmotor

Der Spark wurde 2014 veröffentlicht, und der Hauptantrieb ist ein 105 kW-Motor mit niedriger Drehzahl von 4.500 Umdrehungen pro Minute. Die Technikkombination besteht aus: axialer Einfügungsflachlinie + Doppel-V-Drehmomentstruktur + Öl-Spritz-Kühltechnologie.

Die spezielle Arbeit am Motor wurde von GMs Labor in Wickham, einem Vorort von Detroit, durchgeführt, und für die Massenproduktion in Baltimore, Maryland.

Die Betriebszeit des rein elektrischen / erweiterten Reichweiten-Hybridmotors ist viel länger als die des vollständigen / Steckdosen-Hybridmotors, und die Anforderungen an Drehmoment und Leistung sind ebenfalls höher. Der zusätzliche Reichweitenhybrid wählt normalerweise die Kraftaufteilungsantriebsstruktur, mit dem B-Motor als Hauptantriebsmotor.

Das Antriebssystem des Chevrolet Walker wird vollständig vom B-Motor angetrieben, daher muss der B-Motor den Beschleunigungs- und Fahrwerksanforderungen gerecht werden. Für frühe Produkte wurde ein Haarnadel-Dauermagnettmotor B und ein zentral gewickelter Dauermagnettmotor A entwickelt. Die Wahl der zentralen Wicklung erfolgt hauptsächlich aus Gründen der Raumbeschränkung.

Die Antriebsanforderungen der Fahrzeugarchitektur der zweiten Generation von Volt werden jedoch zwischen den Motoren A/B aufgeteilt. Die Größe des End-B-Motors wurde erheblich reduziert. Aufgrund der geringen Drehmomentanforderungen des Motors A wird ein Ferritmotor entworfen.

Darüber hinaus werden reine Elektrofahrzeuge normalerweise mit einem Ein-Motor-Antriebssystem betrieben, so dass der Antriebsmotor tendenziell eine große Kapazität aufweist, um die Bedürfnisse bei der Fahrzeugbeschleunigung und dem Antrieb zu decken. Der Motor des rein elektrischen Chevrolet Sparks von GM hat einen Niedrigdrehzahl-IPM und ein kleines Verzögerungsverhältnis ausgewählt.

Wenn die Standardkreislinienwicklung als Referenzsteuerung verwendet wird, beträgt der Kreiswiderstand in Voltec 1,44 Mal den Widerstand der Flachleitung, während der Kreiswiderstand im Spark 1,56 Mal den Widerstand der Flachleitung beträgt. Das bedeutet, dass der Widerstand der Flachleitung im Spark deutlicher abnimmt. Neben den Protokollparametern selbst ist dieser Fortschritt auch dem Reifeprozess der Flachleittechnologie geschuldet.

Bei der Spark-Motor-Technik werden das Formen und die Verzerrung der Haarkarte durch CNC-Präzisionskontrolle + Formfertigung vorgenommen. Im Formungsprozess wird nicht nur die Servoreise kontrolliert, sondern auch eine echte Zeitrückkopplungsschleife geschlossen. Durch diese technischen Mittel wird sowohl die Genauigkeit des Wicklungsformens sichergestellt als auch der Spannungszustand der Wicklung kontrolliert, sodass die Qualität jeder Wicklung vollständig konsistent ist.

Allgemein 3. Generation Flachdrahtmotor

Im Jahr 2017 veröffentlichte GM den Chevrolet Blot mit einem Spitzenmoment von 360 Nm, einer Spitzenleistung von 150 kW, einer Spitzenrpm von 8810 und einem Spitzenstrom des Motors von 400 Arms.

Das Übersetzungsverhältnis des Reduktors nimmt zu, und die Motordrehzahl erhöht sich um fast das Doppelte. Wenn die Geschwindigkeit zunimmt, verstärkt sich der Hauteffekt des Leiters im Flachdrahtmotor bei hoher Geschwindigkeit, was zur Erhöhung des Wechselstromwiderstands führt.