Pengenalan kelebihan dan kekurangan motor kawat datar, analisis aplikasi serta prospek tren pengembangan

Saat ini, motor kawat pipih lebih banyak diminati di Tiongkok, tetapi penerapannya masih sedikit, terutama karena pasar energi baru memiliki waktu pengembangan yang singkat, dan pangsa pasar utama terpusat pada pasar mobil penumpang mini. Produk motor garis datar yang matang di luar negeri digunakan dalam kendaraan energi baru, khususnya di Jepang, perusahaan-perusahaan Eropa dan Amerika, Toyota dan General Motors telah menggunakan motor kawat pipih. Contoh representatifnya adalah Chevrolet VOLT (Remy Motor) dan Toyota Prius (Denso), keduanya menggunakan solusi pendinginan oli. Selain pemasok asing seperti Remy, Dso, dan Hitachi, pemasok domestik yang pengirimannya stabil terutama adalah Huayu Electric dan Songzheng Motor, serta Founder Motor yang segera diproduksi.

Motor penggerak terutama tersusun dari komponen stator, perakitan rotor, tutup ujung, dan komponen standar pelengkap, sedangkan lilitan stator mencakup inti besi, lilitan kawat tembaga, bahan isolasi, dan lainnya.

Sesuai namanya, motor kawat pipih menggunakan kawat tembaga pipih pada lilitan stator, pertama-tama membuat lilitan berbentuk seperti kartu rambut, memasukkannya ke dalam alur stator, kemudian mengelas ujung kartu rambut tersebut di ujung lainnya.

Keunggulan motor kawat pipih

Keunggulan 1: daya sama, volume lebih kecil, material lebih sedikit, biaya lebih rendah, atau volume sama, tingkat pengisian alur meningkat, densitas daya meningkat. Kawat bulat berubah menjadi kawat pipih. Secara teori, dengan asumsi ruang tetap, motor kawat pipih dapat mencapai tingkat pengisian alur sebesar 70%, jumlah tembaga yang terisi dapat meningkat sebesar 20-30%, menghasilkan medan magnet yang lebih kuat, yang dalam tingkat tertentu setara dengan peningkatan daya sebesar 20-30%.

Keunggulan 2: performa suhu yang lebih baik. Celah internal menjadi lebih kecil, area kontak antara kawat datar dengan kawat datar lebih besar, sehingga pendinginan dan konduksi panas lebih optimal; kontak antara belitan dan alur inti lebih baik, konduksi panas lebih baik, dan motor sangat sensitif terhadap pendinginan serta suhu, semakin baik pendinginannya maka performa akan semakin meningkat. Melalui simulasi medan suhu, disimpulkan bahwa kenaikan suhu belitan motor kawat tembaga datar dengan desain yang sama 10% lebih rendah dibandingkan motor kawat tembaga bulat.

Keunggulan 3: kebisingan elektromagnetik lebih rendah. Kawat motor datar memiliki tegangan lebih besar dan kekakuan tinggi, sehingga armatur memiliki kekakuan yang lebih baik dan dapat meredam kebisingan armatur; ukuran alur yang relatif lebih kecil dapat digunakan untuk secara efektif mengurangi torsi alur, dan selanjutnya menurunkan kebisingan elektromagnetik motor.

Keunggulan 4: ujung pendek, hemat tembaga, tingkatkan efisiensi. Motor kawat bulat konvensional, karena masalah proses, umumnya memiliki ujung yang relatif panjang, jika tidak maka kawat tembaga mudah rusak selama proses pengolahan. Untuk motor kawat pipih, karena kabelnya merupakan kabel keras, ujungnya dapat dibuat sedikit lebih kecil saat diproses, ukuran ujung berkurang sekitar 20% dibandingkan motor kawat bulat, dan ruang dapat dikurangi lebih lanjut, sehingga volume sistem dapat dikurangi untuk mencapai miniaturisasi dan ringan.

Keunggulan 5: titik efisiensi tinggi motor kawat pipih tidak selalu jauh lebih tinggi daripada kawat bulat, tetapi area efisiensi tinggi dapat diperluas lebih lanjut.

Kekurangan motor kawat pipih

Kekurangan 1: Efek pengumpulan kulit pada kecepatan tinggi. Kendaraan energi baru memiliki persyaratan kepadatan daya tinggi untuk kecepatan tinggi, sebelumnya hingga 10.000 atau bahkan 12.000, sekarang cenderung menuju arah 16.000 atau bahkan 20.000. Diperlukan beberapa cara yang baik untuk menyelesaikannya dalam proses desain motor, ini merupakan kekurangan tersendiri.

Kekurangan 2: Persyaratan kawat tembaga tinggi, kawat tembaga untuk motor kawat bulat lebih banyak diproduksi oleh produsen domestik, dan kualitasnya bisa sangat baik. Hanya sedikit produsen yang mampu membuat motor kawat pipih, persyaratannya relatif lebih tinggi, dan kita perlu bersama-sama menyelesaikan masalah bahan.

Kekurangan 3: Kawat pipih memiliki banyak proses pengerjaan, persyaratan akurasi peralatan tinggi, serta investasi awal besar, karena jika akurasinya tidak tinggi, maka tingkat keandalan dan konsistensi produk akan relatif rendah. Perusahaan mobil juga khawatir terhadap keandalan dan stabilitas kualitasnya.

Kekurangan 4: desain serialisasi sulit, motor ingin mengurangi biaya, yang terbaik adalah melakukan serialisasi, desain serialisasi motor kawat pipih saat ini tidak sebaik motor kawat bulat.

Kekurangan 5: Terlalu banyak hambatan paten. Saat ini, paten motor kawat pipih terutama dimiliki perusahaan-perusahaan Eropa, Amerika, dan Jepang. Perusahaan Tiongkok memiliki sedikit paten. Kami memiliki susunan paten, tetapi hasilnya belum memuaskan.

Kekurangan 6: persyaratan pembentukan kawat pipih tinggi dan kesulitan dalam pemrosesan. Karena kawat tembaga memiliki elastisitas tertentu, maka dalam desain harus tersedia toleransi deformasi.

Kekurangan 7: lapisan isolasi akan mengalami deformasi susut setelah mengering. Jika berupa kawat bulat, penyusutannya akan lebih merata, sedangkan kawat pipih lebih mudah rusak, sehingga pada proses aktual, hasil produksi kawat pipih jauh lebih rendah dibandingkan kawat bulat.

Proses produksi motor kawat pipih

Proses produksi utama stator motor penerbit kartu, yaitu pembentukan kawat dan pembentukan kertas serta penyisipan kertas, kedua proses ini dilakukan secara bersamaan. Setelah itu memasuki proses penyisipan stator, lalu kawat dipilin dan setelah pemilinan selesai dilakukan proses pengelasan. Setelah pengelasan selesai, proses stator motor dasar telah selesai, dilanjutkan dengan pelapisan (coating), kemudian uji kinerja dan verifikasi. Inilah proses dasar yang melibatkan banyak detail di tengahnya.

Proses produksi motor kawat pipih: pembuatan kertas slot, manufaktur cincin penerbit kartu, perlakuan isolasi ujung tetap, pengelasan cincin, pengelasan sambungan bintang

Situasi penerapan motor kawat pipih

Dalam jangka panjang, miniaturisasi dan kecepatan tinggi akan menjadi tren utama pengembangan motor kendaraan energi baru, dan miniaturisasi tentunya menuntut peningkatan signifikan pada kerapatan daya motor. Dari perspektif persyaratan teknis, "pilihan yang jauh lebih sulit dan konsekuensi yang lebih serius dalam perencanaan" mengharuskan kerapatan daya puncak motor penggerak kendaraan energi baru mencapai 4 kW/kg, sedangkan data ini saat ini baru mencapai 3,2-3,3 kW/kg.

Motor berlilitan datar (flat line winding) telah berhasil diterapkan pada kendaraan listrik Chevrolet Volt 2, Nissan, dan generasi keempat Toyota Prius. Ini merupakan tren tak terelakkan dalam pengembangan motor kendaraan energi baru. Termasuk BYD, SAIC, Beijing, serta produsen dan perusahaan komponen motor energi baru lainnya telah meluncurkan penelitian terkait.

Sebelum 2020, efek penggantian motor berbentuk datar terhadap motor berbentuk bulat masih belum cukup jelas. Berkat keunggulan ukuran motor kawat datar yang lebih kecil, motor kawat datar akan diprioritaskan untuk aplikasi berskala besar pada model hybrid, terutama untuk model plug-in. Namun, karena faktor kebijakan dan pasar domestik, proporsi model plug-in relatif rendah. Dalam bidang kendaraan listrik murni, hanya SAIC Roewe ERX5 yang dilengkapi dengan motor kawat datar, sehingga penggunaannya lebih sedikit.

Proses pengembangan generasi ketiga motor kawat datar umum memberikan inspirasi bagi kami

Motor kawat datar generasi pertama General

Chevrolet Voltec, Sistem penggerak 4ET50 (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) merupakan sistem dual motor. Motor B adalah motor kawat datar berbentuk hairpin dengan tenaga 110 kW, torsi 370 Nm, kecepatan 9500 rpm, dan rasio alur 12 kutub 72 alur.

Motor ini menggunakan teknologi lilitan hairpin dari garis aksial, yaitu lilitan hairpin tunggal. Lilitan hairpin ini membuat susunan pada alur sangat rapi, sehingga meningkatkan tingkat pengisian alur secara signifikan, sementara ujung lilitan dapat diperkuat. Efek akhir dari kedua perbaikan ini adalah mengurangi hambatan DC sebesar 30~40%.

Meskipun motor hairpin dapat mengurangi hambatan DC, motor ini mudah menimbulkan arus eddy frekuensi tinggi pada lilitan ketika frekuensi tinggi, yang menghasilkan efek kulit (skin effect).

GM menggunakan model Voltec untuk menghitung statistik kecepatan titik kerja motor, dan menentukan bahwa kecepatan motor pada dasarnya berada di bawah 6000rpm dalam kondisi urban2 dan US06, tidak melebihi 8000rpm. Artinya, keunggulan hambatan rendah dari kawat datar dapat dimanfaatkan secara maksimal. Dari sudut pandang ini, motor kawat datar lebih cocok untuk aplikasi kecepatan menengah dan rendah.

Setelah lilitan ujung kabel selesai dilakukan pengecatan, lilitan menjadi satu kesatuan yang padat. Minyak pendingin sulit menembus ke bagian dalam. Dengan panas dari konduktor lapisan tengah, mudah terbentuk pulau panas di dalam lilitan. Motor 4ET50 mengadopsi teknologi pendinginan injeksi minyak pada ujung kabel, karena terdapat celah besar antar konduktor ujung kabel pipih, minyak dari nozzle langsung menembus ke ujung lilitan kabel pipih dan membawa panas dari setiap konduktor. Kombinasi antara kabel pipih dan pendinginan minyak pada ujung kabel dapat sangat meningkatkan kemampuan pendinginan dan memperbaiki kepadatan daya.

Motor kabel pipih generasi kedua secara umum

Spark diluncurkan pada tahun 2014, penggerak utamanya adalah motor 105 kW dengan putaran rendah sebesar 4.500 rpm. Kombinasi teknologinya adalah: kabel pipih axial insert + struktur torsi double V + teknologi pendinginan injeksi minyak.

Pekerjaan khusus pada motor dilakukan oleh laboratorium GM di Wickham, sebuah pinggiran kota Detroit, dan untuk produksi massal di Baltimore, Maryland.

Waktu operasi motor listrik murni/hibrida jangkauan ekstensi jauh lebih lama dibandingkan motor hibrida penuh/plug-in, dan persyaratan torsi serta daya juga lebih tinggi. Hibrida jangkauan tambahan umumnya memilih struktur penggerak pembagi daya, dengan motor B sebagai motor penggerak utama.

Sistem penggerak Chevrolet Walker sepenuhnya menggunakan tenaga propulsi dari motor B, sehingga motor B perlu memenuhi persyaratan akselerasi dan penggerak. Motor B magnet permanen berpola hairpin dan motor A magnet permanen berlilitan terpusat dirancang untuk produk awal. Pemilihan lilitan terpusat ini terutama karena keterbatasan ruang.

Namun, kebutuhan penggerak arsitektur kendaraan generasi kedua Volt dibagi antara motor A / B. Ukuran motor ujung-B secara signifikan dikurangi. Karena torsi yang dibutuhkan motor A rendah, maka dirancanglah motor ferrite.

Selain itu, kendaraan listrik murni biasanya menggunakan sistem penggerak dengan satu motor, sehingga motor penggerak cenderung memiliki kapasitas besar untuk memenuhi kebutuhan percepatan dan penggerakan kendaraan. Motor Chevrolet Spark listrik murni milik GM memilih IPM berkecepatan rendah dan rasio perlambatan kecil.

Jika penggulungan kawat berbentuk bulat standar digunakan sebagai kontrol referensi, maka hambatan kawat bulat adalah 1,44 kali hambatan kawat pipih di Voltec, sedangkan hambatan kawat bulat mencapai 1,56 kali hambatan kawat pipih di Spark. Artinya, penurunan hambatan kawat pipih Spark jauh lebih tajam. Selain karena parameter protokol itu sendiri, kemajuan ini juga didukung oleh kematangan proses kawat pipih.

Pada motor Spark, pembentukan dan distorsi kartu rambut dibuat melalui kontrol presisi CNC + pembentukan cetakan. Dalam proses pembentukan, bukan hanya perjalanan servo yang dikontrol, tetapi juga loop umpan balik real-time ditutup. Melalui sarana teknis ini, yaitu untuk memastikan akurasi pembentukan lilitan, serta dapat mengontrol tegangan pada kelompok lilitan, sehingga kualitas setiap kumparan benar-benar konsisten.

Motor flat wire generasi ke-3 secara umum

Pada tahun 2017, GM memperkenalkan Chevrolet Blot, dengan torsi puncak 360 Nm, daya puncak 150 kW, kecepatan puncak 8810 rpm, dan arus motor puncak sebesar 400 Arms.

Rasio kecepatan reduktor meningkat, dan kecepatan motor naik hampir 2 kali lipat. Ketika kecepatan meningkat, efek pengumpulan kulit pada konduktor motor flat wire meningkat pada kecepatan tinggi, menyebabkan peningkatan hambatan AC.