סקירת יתרונות וחסרונות של מנוע סליל מישורי, ניתוח יישומים ו triểnויות התפתחות עתידיות

כיום, מנועי חוט שטוח מושפעים יותר בסין, אך היישום שלהם קטן יותר, בעיקר משום שלשוק האנרגיה החדשה יש זמן פיתוח קצר, ונתח השוק העיקרי מרוכז בשוק מכוניות נוסעים זעירות. מוצרי מנוע שטוחים בוגרים מחו"ל משמשים בכלי רכב אנרגיה חדשים, במיוחד ביפן, חברות אירופאיות ואמריקאיות, טויוטה וג'נרל מוטורס השתמשו במנוע חוט שטוח. דוגמאות מייצגות הן שברולט VOLT (רמי מוטור) וטויוטה פריוס (דנסו), ששניהם משתמשים בפתרונות מקוררי שמן. בנוסף לספקים זרים כמו רמי, דיסו והיטאצ'י, הספקים המקומיים עם משלוחים יציבים הם בעיקר הואיי אלקטריק וסאונגז'נג מוטור, ופונדר מוטור שיוכנסו בקרוב לייצור.

המנוע החשמלי מורכב בעיקר מרכיבי סטטור, אספה רוטורית, מכסה קצה וחלקים סטנדרטיים עזריים, והכריכה של הסטטור כוללת ליבת פליז, כריכת חוט נחושת, חומרי בידוד וכו'.

כפי ששמם מרמז, מנוע החוט השטוח משתמש בחוט נחושת שטוח בסליל הסטטור, תחילה יוצרים את הסליל בצורתו של כרטיס שיער, חודרים איתו לחור הסטטור, ואזحام את קצה הכרטיס השיערי בצד השני.

יתרונות של מנועי חוט שטוח

יתרון 1: אותו הספק, נפח קטן יותר, חומרים פחותים, עלות נמוכה יותר, או נפח זהה, שיעור מילוי גבוה יותר של הסליל, צפיפות הספק גבוהה יותר. החוט העגול הופך לחוט שטוח. תיאורטית, בהינתן אותו מרחב, מנוע החוט השטוח יכול להשיג שיעור מילוי של 70%, וכתוצאה מכך ניתן להגדיל את כמות הנחושת שמסתדרת במנוע ב-20%-30%, לייצור שדה מגנטי חזק יותר, דבר שמקביל להגברת הספק ב-20%-30%.

יתרון 2: ביצועי טמפרטורה טובים יותר. הפער הפנימי קטן יותר, שטח המגע בין החוט השטוח לחוט השטוח גדול יותר, פיזור החום והולכת החום טובים יותר; המגע בין הליפוף לבין פחית הליבה טוב יותר, הולכת חום טובה יותר, והמנוע רגיש מאוד לפיזור החום ולטמפרטורה, לפיכך פיזור חום טוב יותר משפר את הביצועים. באמצעות סימולציה של שדה הטמפרטורה, נקבע כי עליית הטמפרטורה בליפוף של מנוע חוט נחושת שטוח עם עיצוב זהה היא נמוכה ב-10% לעומת מנוע חוט נחושת עגול.

יתרון 3: רעש אלקטרומגנטי נמוך יותר. לחוט המנוע השטוח יש מאמץ גדול וصلיבות גבוהה יותר, הקטיפה קשוחה יותר, ולכן מפחיתה את הרעש הקטיפתי; ניתן להשתמש בגודל פחית קטן יחסית, מקטין באופן יעיל את מומנט הפחית, ופחת את הרעש האלקטרומגנטי של המנוע.

יתרון 4: קצה קצר, חוסך נחושת, משפר את היעילות. במנועים מסורתיים עם תיל עגול, עקב בעיות בתהליך הייצור, הקצה בדרך כלל ארוך למדי, אחרת יש סיכון לפגוע בתיל הנחושת בתהליך. במנוע עם תיל שטוח, מאחר שהחוטים הם קשיחים, ניתן לייצור קצה קטן יותר, וمقارنة למנוע עם תיל עגול, גודל הקצה מופחת ב-20%, והמרחב יכול להופחת עוד יותר, מה שמאפשר להפחית את נפח המערכת ולהשיג מיניאטיזציה וקלילות.

יתרון 5: נקודת היעילות הגבוהה של המנוע בשילוב תיל שטוח אינה בהכרח גבוהה בהרבה מהמנוע עם תיל עגול, אך אזור היעילות הגבוהה ניתן להרחבה רבה יותר.

חסרונות של מנועים עם תיל שטוח

חסרון 1: אפקט איסוף העור במהירות גבוהה. דרישות עוצמה נפחית גבוהה לרכב אנרגיה חדש במהירות, בעבר היינו עושים 10,000 או אפילו 12,000, עכשיו הכיוון הוא ל-16,000 או אפילו 20,000. יש צורך בדרכים טובות כדי לפתור זאת בתהליך עיצוב המנוע, זהו מקום רע.

חסרון 2: דרישות החוטות הנחושתיות גבוהות, חוטות נחושת של מנועי חוט עגול מיוצרות על ידי יצרנים מקומיים רבים, והאיכות יכולה להיות מצוינת. יש מעט יצרנים שיכולים לייצר מנועי חוט שטוח, הדרישות יחסית גבוהות, וعلينا לעבוד יחד כדי לפתור את החומר.

חסרון 3: למשטח השטוח תהליכי עיבוד רבים, דרישות הדיוק של המכונה גבוהות, והשקעה מוקדמת גדולה, כיוון שאם הדיוק שלו אינו גבוה, האמינות והעקביות של המוצר יהיו יחסית נמוכות. חברות מכוניות מודאגות גם מהאמינות והיציבות של האיכות.

חסרון 4: עיצוב סדרתי הוא מורכב, המנוע צריך להפחית את העלות, מומלץ לעשות אותו סדרתי, עיצוב סדרתי הוא לא טוב כרגע כמו chez מנועי החוט העגול.

חסרון 5: ישנן יותר מדי מכשולים הקשורים לפטנטים. כרגע, רוב פטנטי המנועים בעלי הסליל השטוח שייכים לחברות אירופאיות, אמריקאיות ויפניות. לחברות סיניות יש מספר קטן של פטנטים. יש לנו חלוקת פטנטים, אך היא אינה מספקת.

חסרון 6: דרישות עיצוב החוט השטוח גבוהות וקשות לעיבוד. מכיוון שחוט הנחושת בעל אלסטיות מסוימת, אז במבנה חייב להיות סיבולת לעיוות.

חסרון 7: השכבת הבידוד תיצור עיוות כיווץ לאחר הייבוש. אם מדובר בחוט עגול, הכיווץ יהיה אחיד יותר, החוט השטוח נ prone to damage, מה שמוביל לעובדה שבפועל, שיעור התפוקה של החוט השטוח נמוך בהרבה מהחוט העגול.

תהליך הייצור של מנוע חוט שטוח

התהליך העיקרי לייצור סטטור של מנוע מפלג כולל צורף חוט ועיצוב נייר והטמנת נייר, שני תהליכים אלו מתבצעים במקביל. לאחר מכן נכנסים לתהליך הטמנת הסטטור, ואז מסובבים את החוט ומחברים בלחמה. לאחר השלמת הלحام, הסטטור של המנוע הושלם באופן בסיסי, לאחר מכן מתקדמים לטיפול משטח, ובסיום בודקים ובוחנים את הביצועים. זהו התהליך הבסיסי, וישנם פרטים רבים באמצע.

תהליך הייצור של מנוע חוט שטוח: ייצור נייר סליפ, עיבוד כרונולוגי, טיפול בטחנה, חיבורי קצה קבועים, חיבור כוכבה

מצב השימוש במנוע חוט שטוח

בשורה ארוכה, מיניאטיריזציה ומהירות גבוהה יהיו המגמות המרכזיות בפיתוח מנועי רכב חשמלי, ומיניאטיריזציה תחייב שיפור משמעותי בצפיפות ההספק של המנוע, מנקודת המבט של דרישות טכניות, "בחירות קשות יותר ותוצאות חמורות יותר בתכנון" העלו את הדרישה שהצפיפות להספק pic של מנועי הנעה ברכב חשמלי תגיע ל-4 קילוואט/ק"ג, כרגע נתון זה מגיע רק ל-3.2-3.3 קילוואט/ק"ג.

מנוע סליל שטוח נמצא בשימוש מוצלח בדגמים זרים שונים, כמו צ'ברולט וולט 2, רכב חשמלי של ניסאן והדור הרביעי של הפוריוס של טויוטה. מדובר במנוע שמייצג את הכיוון ההכרחתי להתפתחות מנועי רכב חשמלי, ובما כולל BYD, SAIC, בייג'ינג, Precison Electric Vehicles, יצרנים וחברות ייצור מנועים שפתחו מחקר בתחום.

בשנים לפני 2020, האפקט של מחליקי חוט שטוח על מנועים עגולים עדיין לא היה ברור דיו. בהתחשב בכמות הקטנה של מנועי חוט שטוח, הם יישמו אותם ראשית בדגמים היברידיים בקנה מידה גדול, במיוחד בדגמים עם אפשרות להטענה חיצונית. אך עקב מדיניות פנים-ארצית וגורמים שוקיים, דגמים עם אפשרות להטענה חיצונית היוו אחוז קטן יחסית. בתחום הכוח החשמלי הוגו רק ב-SAIC Roewe ERX 5 מותקן מנוע חוט שטוח, והשימוש היה מוגבל.

תהליך ההתפתחות של הדור השלישי של מנוע חוט שטוח כללי מעורר השראה

מנוע חוט שטוח כללי דור ראשון

Chevrolet Voltec, מערכת ה4ET50 (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) היא מערכת כפולה של מנועים. מנוע B הוא מנוע חוט שטוח בצורת סליל עם הספק 110 קילוואט, טורק 370 ניוטון-מטר, מהירות 9500 סל"ד ויחס של 12 קוטבים ו-72 תיילים.

המנוע משתמש בטכנולוגיית סליל סיכת השיער בצורת ציר, כלומר סליל סיכת שיער בודד. סליל הסיכת הזה מאפשר סידור מסודר של החוט בתושבת, מה שמשפר משמעותית את אחוז המילוי בתושבת, ובנוסף ניתן לשפר את אספה הסופית. האפקט הסופי של שיפורים אלו הוא ירידה של 30~40% בהתנגדות ה-DC.

למרות שהמנוע הפינני מפחית את התנגדות ה-DC, קל יותר לחוש בשדה זרם מערבולת בתדר גבוה על הلف כשהתדר גבוה, ויוצר אפקט עור.

GM השתמשה במודל Voltec כדי לחשב את סטטיסטיקת המהירות של נקודת העבודה של המנוע, וקבעה שהמהירות של המנוע נמצאת בעיקר מתחת ל-6000 סל"ד תחת urban2 ו-US06, ולא עולה על 8000 סל"ד. כלומר, ניתן להכניס לפעולה את היתרונות של התנגדות נמוכה של קו שטוח. מנקודת מבט זו, המנוע בעל הסליל השטוח מתאים יותר ליישומים במהירות בינונית ונמוכה.

לאחר סיום הلف סיבת הסיבוב מצופה, והיא הופכת למסה מוצקה. קשה לשמן הקירור לחדור פנימה. בעזרת החום של המוליך בחלקו המרכזי, נוצרת פנימה אזור חם. המנוע 4ET50 מאמץ טכנולוגיית קירור על ידי זריקת שמן לסיום, מאחר שיש רווח גדול בין מוליכי הסיבת השטוחים, השמן חודר ישירות אל קצה הلف הסיבת השטוחה ומסיר את החום מכל מוליך. שילוב בין הסיבת השטוחה לקירור השמן בסיום מאפשר להגביר משמעותית את יכולת פיזור החום ולשפר את צפיפות ההספק.

מנוע חוט שטוח דור שני כללי

ה-SPARK שוחרר ב-2014, והמנוע הראשי הוא מנוע של 105 קילוואט עם מהירות נמוכה של 4,500 סל"ד. שילוב הטכנולוגיה כולל: חוט שטוח עם הכנסה צירית + מבנה טורקי כפול V + טכנולוגיית קירור על ידי זריקת שמן.

העבודה המיוחדת על המנוע הופנתה על ידי המעבדה של GM בויקהם, פרוור של דטרויט, ולצורך ייצור המוני בבולטימור, מרילנד.

זמן הפעלה של המנוע ההיברידי חשמלי טהור / טווח מוגדל הוא ארוך בהרבה מזה של המנוע ההיברידי полно / טעינה חיצונית, וגם דרישות הכוח וההספק גבוהות יותר. ההיברידים בעלי טווח מוגדל בוחרים לרוב במבנה הנעה של ספליט-כוח, כאשר המנוע B הוא המנוע הראשי.

מערכת הנעה של צ'ברולט ווקר היא נעה 추진ית לחלוטין על ידי המנוע B, ולכן המנוע B חייב לעמוד בדרישות ההאצה והנעה. עבור דגמים מוקדמים, פותח מנוע B קבעים קבועים מגנטיים מתוחמים ומנוע A מגנטי קבל סליל מרכזי. הבחירה בסליל מרוכז נבעה בעיקר ממגבלת מרחב.

עם זאת, דרישות הנעה של ארכיטקטורת הרכב של דור ה-Volt השני מופרדות למסבים A/B. גודל המנוע בקצה B הופחת משמעותית. עקב הדרישות הנמוכות של מומנט סיבוב של המנוע A, פותח מנוע פריט.

יתרה מכך, ברכב חשמלי טהור נהוג להשתמש במערכת הנעה עם מנוע יחיד, ולכן לרוב המנוע חשמלי בעל קיבולת גדולה כדי לעמוד בדרישות ההאצה והנעה של הרכב. בחרו במנוע חשמלי טהור עבור ה-Chevrolet Spark של GM במנוע IPM איטי וביחס איטי יחסית.

במידה ומשתמשים בכריכה עגולה סטנדרטית כפקחון, ההתנגדות של הקו העגול ב-Voltec היא פי 1.44 מההתנגדות של הקו השטוח, כאשר ההתנגדות של הקו העגול ב-Spark היא פי 1.56 מההתנגדות של הקו השטוח. כלומר, ירידת ההתנגדות של הקו השטוח ב-Spark חדה יותר. מעבר לפרמטרים עצמם, ההתקדמות הזו נובעת גם מהבגרות של תהליך הקו השטוח.

במנוע Spark, העיצוב והעיוות של כרטיס השיער מתבצעים על ידי בקרת CNC מדויקת + עיצוב תבנית. בתהליך העיצוב, לא רק מהלך הסרוו נשלט, אלא גם לולאת המשוב בזמן אמת סגורה. באמצעות אמצעים טכניים אלה, כלומר, כדי להבטיח את דיוק עיצוב הסליל, ניתן לשלוט במאמץ של קבוצת הסליל, כך שאיכות כל סליל סיבוב תהיה עקבית לחלוטין.

מנוע סליל שטוח דור ג'

ב-2017, שחררה ג'נרל מוטורס את צ'ברולט בולט, עם מומנט מרבי של 360 נמ", קצב הספק מרבי של 150 קילוואט, מהירות מרבית של 8810 סל"ד וזרם מרבי של 400 Arms.

יחס ההפחתה גדל, והמהירות של המנוע גדלה בכ-2 פעמים. כאשר המהירות גדלה, אפקט איסוף העור של המוליך במנוע הסליל השטוח גובר במהירות גבוהה, מה שמוביל להגברת התנגדות ה-AC.