A lapos huzalú motor előnyeinek és hátrányainak bemutatása, alkalmazáselemzés és a fejlesztési trendek kilátásai

Jelenleg Kínában nagyobb az érdeklődés a lapos vezetékkel készült motorok iránt, de alkalmazásuk még korlátozott, főként az új energiaforrások piacának rövid fejlődési ideje miatt, ahol a fő piaci részesedés a mikro személygépkocsi piacon koncentrálódik. Külföldön már érett, lapos vezetékkel készült motorokat alkalmaznak az új energiaforrású járművekben, különösen Japánban, valamint európai és amerikai vállalatoknál, ahol a Toyota és a General Motors is használ lapos vezetékkel készült motorokat. Jellemző példák a Chevrolet VOLT (Remy Motor) és a Toyota Prius (Denso), amelyek mind olajhűtéses megoldást alkalmaznak. A külföldi szállítókon kívül, mint például Remy, Dso és Hitachi, hazai szállítók közül elsősorban a Huayu Electric és a Songzheng Motor, valamint a hamarosan megkezdődő termelésű Founder Motor rendelkezik stabil szállítási kapacitással.

A hajtómotor főként a statormegfúró alkatrészekből, a rotor összeépítéséből, a ház végfedeléből és kiegészítő szabványos alkatrészekből áll, és a statorkerengés magában foglalja a vasmagot, a rézvezeték csévélését, szigetelőanyagokat stb.

Ahogy a neve is sugallja, a lapos vezetékes motor a stator tekercselésében lapos rézvezetéket használ, először a tekercselést hajlítja meg olyan formára, mint egy hajszálkártya, átdugja a stator hornyán, majd hegeszti a hajszálkártya végét a másik végén.

A lapos vezetékes motorok előnyei

Előny 1: azonos teljesítmény esetén kisebb méret, kevesebb anyag, alacsonyabb költség, vagy azonos méret esetén növekszik a horonytelítettség, növekszik a teljesítménysűrűség. A kerek vezeték lapos vezetékké alakul. Elméletileg állandó tér mellett a lapos vezetékes motor elérheti a 70%-os horonytelítettséget, és a beépített rezet 20-30%-kal növelheti, így erősebb mágneses tér erősséget produkálva, ami bizonyos mértékig egyenlő a teljesítmény 20-30%-os növekedésével.

Előny 2: jobb hőmérsékleti teljesítmény. A belső rés csökken, a sík vezeték és a sík vezeték közötti érintkezési felület nagyobb, így a hőelvezetés és hővezetés is hatékonyabb; a tekercselés és a vas test hornyának érintkezése is jobb, a hőátadás hatékonyabb, és a motor nagyon érzékeny a hőelvezetésre és a hőmérsékletre, így a jobb hőelvezetés javítja a teljesítményt. Hőmérsékleti tér szimuláció alapján megállapították, hogy a sík rézvezetékes motor tekercselésének hőmérséklet-emelkedése azonos kialakítás esetén 10%-kal alacsonyabb, mint a kör keresztmetszetű rézvezetékes motoré.

Előny 3: alacsonyabb elektromágneses zaj. A sík vezetékkel készült motor nagyobb feszültségre és merevségre bír, az armatúra merevebb, így csökkenti az armatúra által kibocsátott zajt; a horony mérete viszonylag kisebb lehet, ami hatékonyan csökkenti a fogazási nyomatékot, és tovább csökkenti a motor elektromágneses zaját.

Előny 4: rövid vég, réztakarékosság, hatékonyság javítása. A hagyományos kerekhuzalos motoroknál folyamatbeli problémák miatt általában viszonylag hosszú a végük, különben a gyártási folyamat során könnyen megsérülhet a rézhuzal. A laposhuzalos motoroknál, mivel a huzalok merevek, a végük feldolgozás során kisebbre is készíthető, így a végméret 20%-kal csökkenthető a kerekhuzalos motorokhoz képest, a helyigény tovább csökkenthető, ami a rendszer térfogatának csökkenését eredményezi, valamint a kisebb méretet és könnyűsúlyt teszi lehetővé.

Előny 5: a laposhuzalos motor hatékonysági pontja nem feltétlenül lényegesen magasabb, mint a kerekhuzalos motoré, de a magas hatékonysági terület tovább szélesíthető.

A laposhuzalos motorok hátrányai

Hátrány 1: Nagy sebességű fogás effektus. Az új energiaforrású járművek nagy teljesítménysűrűségű motorokat igényelnek, korábban 10 000 vagy akár 12 000-as fordulatszámra készültek, jelenleg pedig a 16 000 vagy akár 20 000-as irányba tart. A motorok tervezése során valamilyen jó megoldást kell találni a probléma kezelésére, ami egy hátrányos helyzet.

Hátrány 2: A rézdrótra vonatkozó követelmények magasak. A kerek drótot használó motorok gyártásában a hazai gyártók már sokat dolgoznak, és a minőségük is kiváló. Viszont kevés gyártó állít elő lapos drótot használó motorokat, mivel az ehhez szükséges követelmények viszonylag magasak, anyagok tekintetében pedig együtt kell dolgoznunk a megoldás érdekében.

Hátrány 3: A lapos drót feldolgozása több lépésből áll, a felszerelések pontossági követelményei magasak, és a kezdeti beruházás jelentős. Ennek oka, hogy ha a pontosság nem elegendő, akkor a termék megbízhatósága és konzisztenciája viszonylag gyenge lesz. Az autógyártók emiatt aggódnak a minőség megbízhatósága és stabilitása miatt.

Hátrány 4: a szériatervezés nehéz, a motor költségcsökkentés érdekében jó, ha szériatervezést alkalmaznak, a szériatervezés jelenleg a lapos vezetékes motoroknál nem olyan jó, mint a kerek vezetékes motoroknál.

Hátrány 5: túl sok szabadalmi akadály van. Jelenleg a lapos vezetékes motorok szabadalmait elsősorban európai, amerikai és japán vállalatok birtokolják. A kínai vállalatoknak kevés ilyen szabadalmuk van. Mi rendelkezünk szabadalmi elrendezéssel, de az nem kielégítő.

Hátrány 6: a lapos vezeték alakítási követelményei magasak, és a feldolgozás nehézségei vannak. Mivel a rézvezetéknek bizonyos rugalmassága van, ezért a tervezés során biztosítani kell deformációs tűrést.

Hátrány 7: a szigetelő bevonat száradás után összehúzódási deformációt okoz. Ha kerek vezetékről van szó, az összehúzódás egyenletesebb, míg a lapos vezeték esetében a deformáció könnyebben károsodást okoz, amely miatt a tényleges feldolgozás során a lapos vezeték kihozatala lényegesen alacsonyabb, mint a kerek vezetéké.

Lapos vezetékes motor gyártási folyamata

A kártya kiadó motor állórészének fő gyártási folyamata a vezeték alakítás és a papír formázás, valamint a papír behelyezése, amelyeket párhuzamosan hajtanak végre. Ezután következik az állórész behelyezési folyamata, majd a vezeték csavarása, a csavarás befejezése után pedig a hegesztési folyamat. A hegesztés befejezése után az motor állórész alapfolyamata kész, majd következik a bevonat felhordása, majd a teljesítményteszt és ellenőrzés. Ez az alapfolyamat, amely közben számos részlet is szerepet játszik.

Lapos vezetékű motor gyártási folyamata: horony papír gyártás, kártya kiadó gyűrű szigetelési kezelése, rögzített gyűrű hegesztése, csillagpont kialakítása

A lapos vezetékű motorok alkalmazási helyzete

Hosszú távon a miniatürizálás és a nagy sebesség lesz az új energiájú járműmotorok fejlődésének fő iránya, a miniatürizáláshoz pedig a motor teljesítménysűrűségének jelentős növekedése szükséges. A műszaki követelmények szempontjából megfogalmazott „sokkal szigorúbb választások és súlyosabb következmények tervezésnél” új energiájú jármű hajtómotor csúcsteljesítmény-sűrűségének 4 kW/kg értékre kell emelkednie, jelenleg ez az adat csupán 3,2-3,3 kW/kg.

A lapos vezetékes tekercselésű motor már a Chevrolet Volt 2, Nissan elektromos járműveiben, valamint a Toyota negyedik generációs Prius modelljében sikeresen alkalmazásra került, ez az új energiájú autók motorfejlesztésének elkerülhetetlen iránya. A BYD, SAIC, Peking, valamint az új energiájú járművekbe bepillantó gyártók és motor gyártó vállalatok is bevezették a megfelelő kutatásokat.

2020 előtt a síkdrótmotoroknak a körkábeles motorokkal szembeni helyettesítő hatása még nem volt elég jelentős. A síkdrótmotorok kis méretüknek köszönhetően elsődlegesen hibrid modelleken, különösen dugaszolható hibrid modelleken kerülnek majd nagy léptékű alkalmazásra. Ugyanakkor a belföldi politikai és piaci tényezők miatt a dugaszolható modellek aránya viszonylag alacsony maradt. A tisztán elektromos területen csupán a SAIC Roewe ERX5 van síkdrótmotorral felszerelve, amelynek használata így meglehetősen korlátozott.

A harmadik generációs általános síkdrótmotor fejlesztési folyamata ihletést adott számunkra

Az általános első generációs síkdrótmotor

Chevrolet Voltec, A 4ET50 hajtásrendszer (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) egy kétmotoros architektúra rendszer. A Motor B motor egy síkdrót-pinfaragó motor 110 kW teljesítménnyel, 370 Nm nyomatékkal, 9500 1/min fordulatszámmal és 12 pólusú, 72 hornyos tekercselési aránnyal.

A motor az axiális dugulású hajtű tekercselési technológiát alkalmazza, azaz egyedi hajtű tekercselést. Ez a hajtű tekercselés rendkívül rendezett elhelyezkedést biztosít a hornyokban, jelentősen növelve a kitöltési tényezőt, miközben a tekercsvégek összeszerelése is javul. Ennek a két fejlesztésnek a végső eredményeként a DC ellenállás 30–40%-kal csökken.

Bár a hajtű tekercselésű motor csökkenti a DC ellenállást, a tekercselésnél magas frekvenciás örvényáramú elektromos tér jön létre, ami bőrhatást okozhat.

A GM a Voltec modell segítségével kiszámolta a motor munkapontjának sebességstatisztikáit, és megállapította, hogy a motor sebessége alapvetően 6000 1/min alatt marad a városi2 és az US06 üzemmódokban, legfeljebb 8000 1/min. Ez azt jelenti, hogy a lapos vezeték alacsony ellenállású előnye hatékonyan kihasználható. Ebből a szempontból a lapos vezetékkel készült motor kifejezetten közepes és alacsony sebességtartományban való alkalmazásra alkalmas.

A körvonalú tekercselés befejezése után a festés révén a tekercs egy szilárd egésszé válik. A hűtőolaj nehezen tud behatolni a belsejébe. A középső réteg vezetőjének hőjétől könnyen kialakulhat hősziget a tekercs belsejében. A 4ET50-as motor a végződésnél történő olajbefecskendezéses hűtési technológiát alkalmazza, mivel a lapos vezeték végződése között nagy a rés, így a fúvókán keresztüli olaj közvetlenül behatol a lapos vezeték tekercselés végébe, és elviszi az egyes vezetők hőjét. A lapos vezeték és a végpontnál történő olajhűtés kombinálása jelentősen fokozza a hőelvezető képességet, és javítja a teljesítménysűrűséget.

Általános 2. generációs lapos vezetékű motor

A Spark 2014-ben jelent meg, fő meghajtását egy 105 kW-os motor biztosítja, amely alacsony fordulatszámon, 4500 perc-1 értéken üzemel. A technológiai kombináció a következő: tengelyirányú beillesztésű lapos vezeték + dupla V nyomatékszerkezet + olajbefecskendezéses hűtési technológia.

A motoron végzett különleges munkát a GM laboratóriuma vezette Detroit elővárosában, Wickhamben, és a tömeggyártást Maryland állam Baltimore városában végezték.

A tisztán elektromos / meghosszabbított hatótávolságú hibrid motor üzemideje sokkal hosszabb, mint a teljes / dugd be a hibrid motort, és a nyomaték- és teljesítményigények is magasabbak. A meghosszabbított hatótávolságú hibrid általában a teljesítmény elágazó meghajtási struktúrát választja, a B motor pedig a fő meghajtómotor.

A Chevrolet Walker meghajtási rendszere teljesen a B motor meghajtásával történik, ezért a B motor teljesítenie kell a gyorsítási és meghajtási igényeket. A korai termékekhez kialakítottak egy tüske alakú permanens mágneses B motort és egy központosított tekercselésű permanens mágneses A motort. A koncentrált tekercselés kiválasztásának fő oka a helykorlát volt.

Azonban a második generációs Volt járműarchitektúra meghajtási követelményei az A / B motorokra vannak felosztva. Az end-B motor mérete jelentősen csökkent. Az A motor alacsony nyomatéki igénye miatt egy ferritmotort terveztek.

Ezen felül a tisztán elektromos járművek általában egyetlen motoros meghajtási rendszert használnak, így a hajtómotor nagyobb teljesítményű, hogy kielégítse a jármű gyorsítási és hajtási igényeit. A General Motors tisztán elektromos Chevrolet Spark motorjához egy alacsony sebességű IPM-t és egy kis lassítási arányt választott.

Ha a szabványos körkábeles tekercselést vesszük alapuló vezérlésként, akkor a körkábel ellenállása a Voltec esetében 1,44-szerese a lapkábel ellenállásának, míg a Spark esetében 1,56-szorosa a lapkábel ellenállásának. Ez azt jelenti, hogy a Spark lapkábelének ellenállása még élesebben csökken. Ez a fejlődés nemcsak a protokollparamétereknek köszönhető, hanem a lapkás technológia érettségének is.

A Spark motorban a hajlítókártya formázását és torzulását CNC pontos vezérlés + formaöntés végzi. Az öntési folyamatban nemcsak a szervómenetet szabályozzák, hanem a valós idejű visszacsatolási hurkot is lezárják. Ezekkel a technikai megoldásokkal biztosítják a tekercselési forma pontosságát, valamint a tekercscsoport feszültségének szabályozását, így minden menet tekercsének minősége teljesen azonos.

Általános 3. generációs lapvezetékes motor

2017-ben a GM bemutatta a Chevrolet Blot modellt, amelynek csúcsnyomatéka 360 Nm, csúcs teljesítménye 150 kW, csúcssebessége 8810 rpm, a motor csúcsáramárama pedig 400 Arms.

A reduktor áttételi aránya növekszik, és a motor sebessége majdnem duplájára nő. A sebesség növekedésekor a lapvezetékes motor vezetőjének felületi gyűjtő effektusa megnő nagy sebességnél, ami az egyenáramú ellenállás növekedéséhez vezet.