Воведување на предности и недостатоци на моторот со рамен проводник, анализа на примена и перспектива на развојниот тренд

Во моментов, рамните жичани мотори повеќе се користени во Кина, но примената е помала, главно затоа што пазарот на нови енергии има кратко време на развој, а главниот пазарен дел е концентрiran во пазарот на микро патнички возила. Стручни рамни линиски мотори од странство се користени во возила со нова енергија, особено во Јапонија, европските и американските претпријатија, Тојота и Дженерал Моторс користат рамни жичани мотори. Претставнички примери се Чевролет Волт (Реми мотор) и Тојота Приус (Денсо), кои оба работат со масло-ладење. Покрај странски доставувачи како Реми, ДСО и Хитачи, локалните доставувачи со стабилни испораки главно се Хуају Електрик и Сонгженг Мотор, и Фондер Мотор кој ќе започне производство во наредната фаза.

Погонскиот мотор главно е составен од статорни компоненти, роторна склопка, крајна поклопка и помошни стандардни делови, а статорното навивка вклучува јадро, навивка од медна жица, изолациони материјали итн.

Како што името кажува, моторот со рамно жице користи рамна бакарна жица во статорот, прво правејќи ја намотката во облик како картичка за коса, потоа ја внесува во жлебот на статорот и на крајот ја заварува другата страна на картичката.

Предности на моторите со рамна жица

Предност 1: иста моќ, помал волумен, помалку материјали, пониска цена, или ист волумен, зголемен степен на исполнетост на жлебот, зголемена моќна густина. Кружен проводник се претвора во рамен. Теоретски, под претпоставка за непроменет простор, моторот со рамна жица може да постигне 70% исполнетост на жлебот, а исполнетоста со бакар може да се зголеми за 20-30%, со што се создава позасилен магнетно поле, што во некоја мера е еквивалентно на зголемување на моќта за 20-30%.

Предност 2: подобро термичко однесување. Внатрешниот празен простор станува помал, контактната површина помеѓу рамната жица и рамната жица е поголема, одведувањето на топлина и топлинската проводливост се подобри; контактот помеѓу навивката и јадрото е подобар, подобра топлинска проводливост, а моторот е многу чувствителен на одведување на топлина и температура, подоброто одведување на топлина ќе подобри перформансите. Со симулација на температурното поле, се заклучува дека температурниот пораст кај навивките на моторот со рамна бакарна жица со ист дизајн е за 10% понизок во однос на моторот со кружна бакарна жица.

Предност 3: понизок електромагнетен шум. Рамната моторска жица има голем напон, голема тврдост, арматурата има подобар отпор, и го потиска шумот од арматурата; може да се користи релативно помало корито, ефективно го намалува вртежниот момент во коритото и понатаму го намалува електромагнетниот шум на моторот.

Предност 4: краток крај, зачувај мед, подобри ефикасност. Традиционалниот мотор со кружни жици, поради процесни проблеми, обично има подолги краеви, инаку постои веројатност жиците да се оштетат во процесот. Кај моторите со рамни жици, поради тоа што линиите се тврди, крајот може да биде помалку обработен и големината на крајот е намалена за 20% во споредба со моторите со кружни жици, а просторот може понатаму да се намали, што овозможува понатамошно намалување на волуменот на системот и постигнување на минијатуризација и намалување на тежината.

Предност 5: точката на висока ефикасност кај моторите со рамни жици не е задолжително значително повисока од онаа кај кружните жици, но областа на висока ефикасност може да се прошири понатаму.

Недостатоци на моторите со рамни жици

Недостаток 1: Ефект на собирање на кожата на висока брзина. Потребите за нови енергетски возила со висока густина на моќноста на висока брзина, претходно беа 10.000 или дури 12.000, сега се во насока од 16.000 или дури 20.000. Потребно е да се пронајдат добри начини за решавање на овој проблем во процесот на дизајнирање на моторите, што е лошо место.

Недостаток 2: Захтевите за кабел се високи, кружниот кабел кај моторите со кабел повеќе го прават домашните производители, а квалитетот може да биде многу добар. Малку производители можат да прават мотори со рамен кабел, заштитните захтеви се релативно високи, и мора да соработуваме за решавање на материјалот.

Недостаток 3: Рамниот кабел има многу процеси на обработка, захтевите за прецизност на опремата се високи, а почетните инвестиции се големи, бидејќи ако прецизноста не е висока, можно е производот да има релативно лоша постојаност и согласност. Возилните компании исто така се загрижени за постојаноста и стабилноста на квалитетот.

Недостаток 4: серијализацијата е тешка за дизајнирање, моторот сака да ја намали цената, добро е да се направи серијализација, а дизајнот на серијализацијата кај моторите со рамен проводник моментално не е толку добар колку кај моторите со крук проводник.

Недостаток 5: Постојат премногу патентни бариери. Во моментов, патентите за мотори со рамен проводник главно се во европско-американски и јапонски компании. Кинеските компании имаат малку патенти. Ние имаме патентна организација, но не е задоволителна.

Недостаток 6: рамната жица има високи барања за формирање и тешкотии при обработка. Бидејќи бакарната жица има одредена еластичност, мора да се предвиди дозволено деформирање во дизајнот.

Недостаток 7: изолационниот слој ќе се деформира по сушењето. Ако е кружна жица, контракцијата ќе биде поеднакво распределена, додека кај рамната жица лесно доаѓа до оштетување, со што при стварната обработка приносот од рамната жица е значително понизок во однос на кружната жица.

Производен процес на мотор со рамен проводник

Основниот производствен процес на статорот на моторот за издавање на картици, формирање на жицата и моделирање на хартијата и вметнување на хартијата, овие два процеса се изведуваат истовремено. Влезете во процесот на вметнување на статорот, а потоа извиткајте ја жицата, завршете го виткањето и процесот на варење. По завршувањето на варењето, основниот процес на статорот на моторот е завршен, па следи каландрирање, а потоа тестирање и верификација на перформансите. Ова е основниот процес, со многу детали во средината.

Производствен процес на мотор со рамна жица: производство на хартија за слот, изолација на прстенот за издавање на картици, третман на фиксниот прстен, варење, ѕвезден спој

Ситуација на примена на мотор со рамна жица

На долг рок, минијатуризацијата и високата брзина ќе бидат главни развојни тенденции на моторите за возила со нови енергии, а минијатуризацијата мора да бара значително подобрување на густината на моќноста на моторот. Од техничка гледна точка, „многу посилни избори и посериозни последици во планирањето“ поставуваат нови захтеви за возила со нови енергии, каде што густината на пиковата моќност на погонскиот мотор треба да достигне 4 kW/kg, додека моментално овие податоци изнесуваат само 3,2-3,3 kW/kg.

Моторите со рамна намотка се успешно применуваат кај возила како Chevrolet Volt 2, возила на Nissan, како и Toyota Prius од четвртата генерација, што ги произведуваат странските производители. Ова е неизбежна тенденција во развојот на моторите за возила со нови енергии. Компаниите како BYD, SAIC, Beijing Precision и други произведувачи на возила со нови енергии, како и производители на мотори, веќе започнале со истражувања во оваа насока.

Пред 2020 година, ефектот на замена на рамните мотори врз кружни мотори сè уште не беше доволно очигледен. Благодарение на предноста на малата големина на рамните мотори, рамните мотори ќе бидат приоритетни за голема примена во хибридни модели, особено за плагин модели. Сепак, поради домашни политички и пазарни фактори, плагин моделите имаа релативно нисок процент. Во областа на чистата електрична енергија, само SAIC Roewe ERX 5 е опремен со рамен мотор, што е помалку користено.

Развојниот процес на третата генерација на општи рамни мотори ни дава инспирација

Општа прва генерација рамен мотор

Chevrolet Voltec, Системот за погон 4ET50 (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) е систем со архитектура од два мотори. Моторот B е рамен мотор со моќност од 110 kW, вртежен момент од 370 Nm, брзина од 9500 rpm и однос на жлебови од 12 полюси и 72 жлеба.

Моторот ја применува технологијата на намотување со пин во облик на четка, односно, поединечно намотување со пин. Ова намотување со пин го прави распоредот во жлебот многу подреден, што значително го подобрува пополнувањето на жлебот, додека завршната конструкција може да се подобри, а крајниот ефект од овие две подобрувања е да го намали отпорот на наизменична струја за 30~40%.

Иако моторот со пин може да го намали отпорот на наизменична струја, лесно може да се појави високочестотен вртложен електричен тек во намотката кога честотата е висока, со што се предизвикува кожен ефект.

GM го користел моделот Voltec за пресметување на статистиката за брзината на работната точка на моторот и утврдил дека брзината на моторот е во основа под 6000rpm под Urban2 и US06, не повеќе од 8000rpm. Тоа значи дека може да се искористи предноста на нискиот отпор на рамната линија. Гледано од оваа страна, моторот со рамен проводник е повеќе погоден за примена во средни и ниски брзини.

По завршувањето на намотката со крајна линија, таа се бои и станува цврста целина. На маслото за ладење му е тешко да продре во внатрешноста. Со топлината од средниот слој на проводник, лесно се формира топлински остров во внатрешноста на намотката. Моторот 4ET50 усвојува технологија за ладење со инјекција на масло на крајот, бидејќи постои голема празнина помеѓу крајните проводници на рамната жица, млазот со масло директно продира во крајот на намотката со рамна жица и ја однесува топлината од секој проводник. Комбинацијата на рамна линија и ладење со масло на крајот значително ја подобрува способноста за расејување на топлината и ја подобрува моќноста на густината.

Општ мотор со рамна жица од втора генерација

Спарк беше објавен во 2014 година, а главниот погон е мотор од 105 kW со ниска брзина од 4.500 rpm. Комбинацијата на технологија е: аксијален вметнување рамна линија + двојна V структура на вртежен момент + технологија за ладење со инјекција на масло.

Специјалната работа на моторот беше изведена од лабораторијата на GM во Викхам, предградие на Детроит, а за масовна производство во Балтимор, Мериленд.

Времето на работа на чист електричен / проширени гибрид мотор е многу подолго од она на полни / плагин гибрид мотор, а и захтевите за вртежен момент и моќ се повисоки. Дополнителниот опсег на гибриди најчесто избира структура со напојување со сила, каде што B моторот е главен погонен мотор.

Погон системот на Chevrolet Walker е целосно погонет од B моторот, така што B моторот мора да ги задоволи захтевите за забрзување и погон. За раните производи се дизајнирани B мотор со трајни магнети во форма на ѓерданче и A мотор со централно навивка со трајни магнети. Изборот на концентрата навивка најчесто е ограничување на просторот.

Сепак, барањата за возење на архитектурата на возилото од втора генерација Волт е поделена на моторите А/Б. Големината на моторот на крајот Б е значително намалена. Поради ниските барања за вртежен момент на моторот А, дизајниран е феритен мотор.

Покрај тоа, кај чисто електричните возила обично се користи систем за погон со еден мотор, па затоа погонскиот мотор има тенденција да има голем капацитет за да ги задоволи потребите за забрзување и возење на возилото. За чисто електричниот Чевроле Спарк мотор на GM избран е нискобрzin IPM и мал степен на забавување.

Ако стандардната кружна намотка се користи како контрола, отпорот на кружната линија е 1,44 пати поголем од отпорот на рамната линија во Волтек, додека отпорот на кружната линија е 1,56 пати поголем од отпорот на рамната линија во Спарк. Тоа значи дека отпорот на рамната линија кај Спарк паднува поостро. Освен самите протоколни параметри, овој напредок исто така проистекува од зрелоста на процесот на рамната линија.

Во Spark моторот, формирањето и деформирањето на картичката за коса се прават со CNC прецизен контроль + формирање со користење на форма. Во процесот на формирање, контролирано е не само патувањето на серво моторите, туку и затворен е реален фидбек луп. Со овие технички средства, осигурува точноста на намотката, а исто така може да се контролира напонот на групата на намотките, така што квалитетот на секоја намотка е целосно идентичен.

Генерален мотор со рамен проводник, трета генерација

Во 2017 година, GM ја пушти Chevrolet Blot, со пиков вртен момент од 360 Nm, пиков моќност од 150kW, пиков брзина од 8810rpm и пиков струја на моторот од 400 Arms.

Односот на редукторот се зголемува, а брзината на моторот се зголемува за скоро 2 пати. Кога брзината се зголемува, ефектот на собирање на кожата на проводникот на рамниот линиски мотор се зголемува на висока брзина, што доведува до зголемување на AC отпорот.