Inleiding van voordelen en nadelen van platdraadmotoren, toepassingsanalyse en ontwikkelingsuitzichten

Momenteel zijn platte draadmotoren in China meer onderwerp van interesse, maar de toepassing is beperkt, voornamelijk omdat de markt voor hernieuwbare energie een korte ontwikkelingstijd heeft en de belangrijkste marktaandeel geconcentreerd is in de markt voor kleine personenwagens. Buitenlandse volwassen producten van platte draadmotoren worden gebruikt in elektrische voertuigen, met name in Japanse, Europese en Amerikaanse bedrijven zoals Toyota en GENERAL Motors, die al platte draadmotoren gebruiken. Voorbeeldige gevallen zijn de Chevrolet VOLT (Remy Motor) en de Toyota Prius (Denso), die beide oliekoeling gebruiken. Naast buitenlandse leveranciers zoals Remy, Dso en Hitachi, zijn de binnenlandse leveranciers met stabiele leveringen voornamelijk Huayu Electric en Songzheng Motor, en Founder Motor die spoedig in productie zal gaan.

De aandrijfmotor bestaat voornamelijk uit statoronderdelen, rotorassemblage, eindbedekking en bijbehorende standaardonderdelen, en de statorwinding omvat kerndelen, koperdraadwinding, isolatiematerialen, etc.

Zoals de naam al suggereert, gebruikt de platdraadmotor platte koperdraad in de statorwinding, eerst wordt de winding in de vorm van een haarklem gemaakt, doorgevoerd in de statorgroef en vervolgens wordt het einde van de haarklem aan de andere kant geweld.

Voordelen van platdraadmotoren

Voordel 1: bij dezelfde vermogen, kleiner volume, minder materialen, lagere kosten, of bij gelijk volume, de vulgraad verhoogd, verhoogde vermogensdichtheid. De ronde draad wordt een platte draad. Theoretisch gezien kan de motor met platte draad onder het voorbehoud van constante ruimte een vulgraad van 70% bereiken, en kan het gevulde koper met 20-30% worden verhoogd, wat een sterker magnetisch veld oplevert. Dit komt in zekere mate overeen met een vermogensverhoging van 20-30%.

Voordelen 2: betere temperatuurprestaties. De interne kloof wordt kleiner, het contactoppervlak tussen de platte draad en de platte draad is groot, koeling en warmteoverdracht zijn beter; de winding en kernsleufcontacten zijn beter, betere warmtegeleiding, en de motor is zeer gevoelig voor koeling en temperatuur, koeling is beter, prestaties zullen verbeteren. Door middel van simulatie van het temperatuurveld is geconcludeerd dat de temperatuurstijging van de winding van een platte koperdraadmotor met dezelfde ontwerp 10% lager is dan die van een ronde koperdraadmotor.

Voordelen 3: lagere elektromagnetische geluid. De platte motordraad heeft grote spanning, grote stijfheid, de armatuur heeft een betere stijfheid, en onderdrukt de armatuurgeluiden; kan relatief kleine gleuvgrootte nemen, effectief verminderen de gleufkoppelingsmomenten, en verder verminderen de elektromagnetische geluiden van de motor.

Voordelen 4: korte uiteinden, bespaar koper, verbeter efficiëntie. Bij traditionele ronde draadmotoren is, vanwege procesproblemen, de uitslag meestal relatief lang, anders is er kans op beschadiging van de koperdraad tijdens het proces. Bij de vlakke draadmotor zijn de draden harde draden, waardoor de uitslag kleiner gemaakt kan worden bij verwerking. De uitslaggrootte is 20% kleiner in vergelijking met de ronde draadmotor en de ruimte kan verder verminderd worden, wat het volume van het systeem verder kan reduceren en miniaturisering en lichtgewicht kan bereiken.

Voordelen 5: het hoogste efficiëntiepunt van de vlakke draadmotor is niet noodzakelijk veel hoger dan dat van de ronde draad, maar het efficiënte gebied kan verder verbreed worden.

Nadelen van vlakke draadmotoren

Nadeel 1: Effect van hoge snelheid op het verzamelen van warmte. Nieuwe energievoertuigen stellen hoge eisen aan de krachtontwikkeling bij hoge snelheden, vroeger was dat om te gaan naar 10.000 of zelfs 12.000, nu gaat het in de richting van 16.000 of zelfs 20.000. Er moeten goede manieren worden gevonden om dit op te lossen tijdens het ontwerpen van de motor, wat een nadeel is.

Nadeel 2: De eisen aan koperdraad zijn hoog, ronde draadmotoren produceren veel nationale fabrikanten en de kwaliteit kan heel goed zijn. Er zijn niet veel fabrikanten die een platte draadmotor kunnen maken, de eisen zijn relatief hoog en we moeten samenwerken om het materiaalprobleem op te lossen.

Nadeel 3: Een platte draad heeft veel bewerkingsprocessen, de precisie-eis voor apparatuur is hoog en de initiële investering is groot, omdat als de precisie niet hoog is, de betrouwbaarheid en consistentie van het product relatief slecht zullen zijn. Automarkten maken zich ook zorgen over de betrouwbaarheid en stabiliteit van de kwaliteit.

Nadeel 4: serialisatieontwerp is moeilijk, de motor wil kosten verlagen, goed is om het te serialiseren, het serialisatieontwerp is bij de huidige platendraadmotor niet zo goed als bij de ronddraadmotor.

Nadeel 5: Er zijn te veel patentbarrières. Momenteel bevinden zich de patents voor platendraadmotoren voornamelijk bij Europese, Amerikaanse en Japanse bedrijven. Chinese bedrijven hebben weinig patents. Wij hebben een patentstrategie, maar deze is niet bevredigend.

Nadeel 6: de eisen voor het vormgeven van een vlakke draad zijn hoog en de verwerking is moeilijk. Omdat de koperdraad een bepaalde elasticiteit heeft, moet er in het ontwerp rekening worden gehouden met een vervormingsmarge.

Nadeel 7: de isolatielaag zal na drogen contractievorming ondergaan. Als het een ronde draad is, is de contractie gelijkmatiger, en de platte draad is gevoeliger voor schade, wat resulteert in een opbrengst tijdens de praktische verwerking die ver onder de normale ligt.

Productieproces van de platendraadmotor

Het hoofdproces van de productie van de stator van de kaartuitgiftemotor bestaat uit draadvorming en papiermolden en papierinvoegen, deze twee processen worden gelijktijdig uitgevoerd. Vervolgens gaat men over tot het invoegen van de stator, waarna de draad wordt gedraaid en het draaien afgerond met een solderingsproces. Nadat het solderen is voltooid, is het basisproces van de stator van de motor afgerond, gevolgd door het lakken en daarna de prestatietest en -verificatie. Dit is het basisk proces, met veel details er tussen.

Productieproces van vlakdraadmotor: gleufpapierfabrikatie, inschrijven van ringisolatiebewerking, vastmaken van eindring, welsolderen, stercontact

Toepassings­situatie van vlakdraadmotor

Op lange termijn zullen miniaturisering en hoge snelheid de belangrijkste ontwikkelingstrends zijn van de motor voor elektrische voertuigen. Miniaturisering vereist dat de krachtendichtheid van de motor aanzienlijk wordt verbeterd. Vanuit technisch oogpunt stelt "much starker choices-and graver consequences-in planning" dat de piekkrachtendichtheid van de aandrijfmotor voor elektrische voertuigen moet bereiken 4kW/kg, en momenteel ligt dit gegeven tussen 3,2-3,3kW/kg.

De vlakke lintwondmotor is al succesvol toegepast door buitenlandse fabrikanten zoals in de Chevrolet Volt 2, Nissan elektrische voertuigen en de vierde generatie Toyota Prius. Dit is een onvermijdelijke trend in de ontwikkeling van motoren voor elektrische voertuigen. Ondernemingen zoals BYD, SAIC, Beijing Precision, en andere producenten van elektrische voertuigen en motorfabrieken hebben het bijbehorende onderzoek gelanceerd.

Voor 2020 was het vervangings-effect van platte lijnmotoren op circulaire motoren nog niet duidelijk genoeg. Dankzij het voordeel van de kleine afmetingen van platte draadmotoren zullen deze motoren prioriteit krijgen voor grote toepassingen in hybride modellen, vooral voor plug-in modellen. Door nationale beleids- en marktfactoren namen plug-in modellen echter een relatief lage proportie in. In het veld van zuivere elektriciteit is alleen de SAIC Roewe ERX 5 uitgerust met een platte draadmotor, wat minder gebruikt wordt.

Het ontwikkelingsproces van de derde generatie algemene platte lijnmotor geeft ons inspiratie

Algemene 1e generatie platte draadmotor

Chevrolet Voltec, het 4ET50 aandrijfsysteem (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) is een dual-motor architectuur systeem. De Motor B motor is een platte draad haarpinmotor met een vermogen van 110 kW, koppel van 370 NM, snelheid van 9500rpm en een gleuverhouding van 12 polen 72 gleuven.

De motor gebruikt de haarspeldwindingstechnologie van axiale plug-in, oftewel de enkelvoudige haarspeldwinding. Deze haarspeldwinding zorgt ervoor dat de winding in de gleuf zeer netjes is gerangschikt, wat de vulgraad van de gleuf aanzienlijk verbetert, terwijl de eindassemblage versterkt kan worden. Het eindresultaat van deze twee verbeteringen is een reductie van de DC-weerstand met 30~40%.

Hoewel de haarspeldmotor de DC-weerstand kan verminderen, is het gemakkelijk om bij hoge frequenties een hoogfrequente stroomvelden eddy-current te detecteren op de winding, waardoor een huideffect ontstaat.

GM gebruikte het Voltec-model om de snelheidsstatistieken van de motorwerkpunten te berekenen en vast te stellen dat de motorsnelheid onder urban2 en US06 vrijwel altijd onder de 6000 toeren per minuut blijft, en niet meer dan 8000 toeren per minuut overschrijdt. Dit betekent dat het voordeel van lage weerstand van de vlakke draad kan worden benut. Vanuit dit perspectief is de vlakkedraadmotor geschikter voor middel-en lagere snelheidsapplicaties.

Na het afronden van de ronde draadwinding wordt deze geschilderd, waarna het een compact geheel wordt. Het is moeilijk voor de koelolie om door te dringen tot in het binnenste. Door de warmte van de middellaggeleider kan er gemakkelijk een warmte-eiland ontstaan binnen de winding. De 4ET50-motor gebruikt de eind oliedruppelingstechnologie, omdat er een grote ruimte is tussen de eindgeleiders van de vlakke draad. Het sproeikanol dringt rechtstreeks door tot in het einde van de vlakke draaiwinding en neemt de warmte van elke geleider mee. De combinatie van vlakke draad en eind oliekoeling kan de warmteafscheidingscapaciteit aanzienlijk verbeteren en de vermogendichtheid verhogen.

Algemene 2e generatie vlakke draadmotor

De Spark werd in 2014 gelanceerd, met als hoofddrijfmotor een 105 kW-motor met een lage toerental van 4.500 toeren per minuut. De technologische combinatie bestaat uit: axiale insertvlakke lijn + dubbele V-torquestructuur + olie-injectiekoelingstechnologie.

Het bijzondere werk aan de motor werd uitgevoerd door GM's laboratorium in Wickham, een voorstad van Detroit, en voor massa-productie in Baltimore, Maryland.

De looptijd van de zuiver elektrische / verlengde bereik hybridmotor is veel langer dan die van de volledige / plug-in hybridmotor, en de vereisten voor koppel en vermogen zijn ook hoger. De verlengde bereik hybrid kiest meestal voor de krachtverdelende aandrijfstructuur, met de B-motor als hoofdaandrijfmotor.

Het aandrijfsysteem van de Chevrolet Walker wordt volledig aangedreven door de B-motor, dus de B-motor moet voldoen aan de versnelling- en aandrijfvereisten. Voor vroege producten is een haarpinnen permanente magneet B-motor en een geconcentreerd gewonden permanente magneet A-motor ontworpen. De keuze voor geconcentreerde windingen komt voornamelijk door ruimtelijke beperkingen.

De aandrijvingseisen van de tweede generatie Volt voertuigarchitectuur zijn verdeeld over de A/B-motoren. De grootte van de eind-B motor is aanzienlijk verminderd. Vanwege de lage koppelvereisten van de A-motor is er voor een ferrietmotor gekozen.

Daarnaast worden zuivere elektrische voertuigen doorgaans uitgerust met een enkel-motor aandrijfsysteem, waardoor de aandrijfmotor vaak een grote capaciteit heeft om de behoeften van voertuigversnelling en aandrijving te dekken. GM's zuivere elektrische Chevrolet Spark-motor maakte keuze voor een laagsnelheids IPM en een klein vertragingsschema.

Indien de standaardcirkelvormige draadwinding als referentie wordt gebruikt, is de cirkellijnweerstand in Voltec 1,44 keer zo groot als die van de vlakke lijnweerstand, terwijl de cirkellijnweerstand in Spark 1,56 keer zo groot is als die van de vlakke lijnweerstand. Dit betekent dat de weerstand van de vlakke lijn in Spark scherper daalt. Behalve door de protocolparameters zelf komt deze vooruitgang ook voort uit de volwassenheid van het vlaklijnproces.

In de Spark-motor worden het vormgeven en de vervorming van de haarcardan door CNC-nauwkeurige controle + vormgevende modellen gerealiseerd. In het vormgevingsproces wordt niet alleen de servo-stroke beheerd, maar ook de real-time feedbacklus gesloten. Door deze technische middelen te gebruiken, wordt de nauwkeurigheid van de windingvorming gegarandeerd en kan de spanning van de windingengroep worden beheerd, zodat de kwaliteit van elke spoel volledig consistent is.

Algemene 3e generatie platdraadmotor

In 2017 lanceerde GM de Chevrolet Blot, met een piekcouple van 360 Nm, een piekmacht van 150 kW, een pieksnelheid van 8810 rpm en een piekstroom van de motor van 400 Arms.

Het versnellingssaldo neemt toe en de motordraaisnelheid neemt bijna twee keer toe. Wanneer de snelheid toeneemt, neemt het huideffect van de geleider van de platte draadmotor bij hoge snelheden toe, wat leidt tot een verhoging van de AC-weerstand.