Introduksjon av fordeler og ulemper med flattrådmotor, applikasjonsanalyse og utsikter for utviklingstrend

For øyeblikket er flate trådmotorer mer omtalt i Kina, men bruken er mindre, hovedsakelig fordi markedet for nye energiløsninger har en kort utviklingstid, og hovedandelen av markedet er konsentrert innenfor mikro personbils markedet. Utseilte flate trådmotorer fra utlandet blir brukt i kjøretøy med ny energi, spesielt hos selskaper i Japan, Europa og USA. Toyota og General Motors har brukt flate trådmotorer. Representantive eksempler er Chevrolet VOLT (Remy Motor) og Toyota Prius (Denso), som begge bruker oljekjølte løsninger. I tillegg til utenlandske leverandører som Remy, Dso og Hitachi, er de lokale leverandørene med stabile leveranser hovedsakelig Huayu Electric og Songzheng Motor, samt Founder Motor som snart skal tas i produksjon.

Drivmotoren består hovedsakelig av statorkomponenter, rotorsett, endehus og hjelpende standarddeler, og statoren medfører jernkjerne, kobbertrådvikling, isolasjonsmaterialer osv.

Som navnet antyder, bruker flattrådsmotoren flate kobbertråder i statoren, lager først opphengningen i form av et hårkort, fører det inn i statordybden og lodder deretter endene av hårkortet i den andre enden.

Fordeler med flattrådsmotorer

Fordel 1: samme effekt, mindre volum, færre materialer, lavere kostnad, eller samme volum, økt fyllingsgrad, økt effekttetthet. Den runde tråden blir til en flat tråd. Teoretisk sett kan flattrådsmotoren oppnå 70 % fyllingsgrad under forutsetning av konstant plass, og kobberinnholdet kan økes med 20–30 %, noe som skaper et sterkere magnetfelt. Dette tilsvarer i en viss grad en effektøkning på 20–30 %.

Fordel 2: bedre temperaturytelse. Den indre avstanden blir mindre, og kontaktflaten mellom flatlina og flatlina er stor, noe som gir bedre varmeavgivelse og varmeledning; viklingen og kjernegrooves kontakten er bedre, bedre varmeledning, og motoren er svært følsom for varmeavgivelse og temperatur, varmeavgivelse er bedre, ytelsen vil forbedres. Gjennom simulering av temperaturfelt er det konkludert at temperaturstigningen til flakkobbertrådsmotoren med samme design er 10 % lavere enn for rundkobbertrådsmotoren.

Fordel 3: lavere elektromagnetisk støy. Flattråden har stor spenning og stor stivhet, armaturen har bedre stivhet og undertrykker armaturstøy; kan ha relativt mindre spoler, effektivt redusere grovemomentet og ytterligere redusere den elektromagnetiske støyen fra motoren.

Fordel 4: Kort sluttstykket, sparer kobber og forbedrer effektiviteten. Tradisjonelle rundtrådsmotorer har på grunn av produksjonsmessige problemer generelt relativt lange sluttstykker, ellers er det lett å skade kobbertråden i prosessen. For flattrådsmotoren er trådene stive, og sluttstykket kan derfor gjøres noe mindre under produksjon. Sluttstykkelengden er redusert med 20 % sammenlignet med rundtrådsmotoren, og rommet kan ytterligere reduseres, noe som gjør det mulig å redusere systemets volum og oppnå miniatyrisering og lettvikt.

Fordel 5: Det høye effektivitetsnivået til flattrådsmotoren er ikke nødvendigvis mye høyere enn det til rundtrådsmotoren, men området med høy effektivitet kan gjøres bredere.

Ulemper med flattrådsmotorer

Ulempe 1: Høyhastighets-skineffekt. Ny energi-kjøretøy har høye krav til effekttetthet ved høye hastigheter; tidligere var målet 10 000 eller til og med 12 000, nå går utviklingen mot 16 000 eller til og med 20 000. Det må finnes gode løsninger under motorens designprosess, og dette er en ulempe.

Ulempe 2: Kravene til kobbertråden er høye. Runde trådmotorer med kobbertråd produseres av mange lokale produsenter, og kvaliteten kan være svært god. Det er imidlertid få produsenter som klarer å lage flattrådmotorer, og kravene her er relativt høye. Vi må jobbe sammen for å løse materialutfordringene.

Ulempe 3: Flattråd har mange prosesser i produksjonen, det stilles høye krav til utstyrets nøyaktighet, og den initielle investeringen er stor. Dersom nøyaktigheten ikke er tilstrekkelig, blir produktets pålitelighet og konsistens relativt dårlig. Bilselskaper er også bekymret for pålitelighet og kvalitetens stabilitet.

Ulempe 4: Seriedesign er vanskelig, motoren ønsker å redusere kostnadene, det beste er å gjøre det serialisert, seriedesign er i dag ikke så godt som rundledermotor.

Ulempe 5: Det er for mange patentbarrierer. For øyeblikket er patentene for flate ledere hovedsakelig hos europeiske, amerikanske og japanske selskaper. Kinesiske selskaper har få patenter. Vi har en patentstruktur, men den er ikke tilfredsstillende.

Ulempe 6: Kravene til formingen av flate ledere er høye og vanskelige å bearbeide. Siden kobbertråden har en viss elastisitet, må det være en toleranse for deformasjon i designet.

Ulempe 7: Isolasjonsbelegget vil produsere krymping etter tørring. Hvis det er en rund ledning, vil krympingen være mer jevn, mens flate ledere lett skades, noe som fører til at utbyttet ved faktisk produksjon er betydelig lavere enn for rundledere.

Produksjonsprosessen for flate-ledermotorer

Hovedproduksjonsprosessen til statoren i kortutstedende motor, wire forming og papirform og papirinnsetting, disse to prosessene foregår samtidig. Gå inn i statorinnsettingsprosessen, og snurr deretter wiren, etter fullført snurring utføres sveisingen. Når sveisingen er ferdig, er den grunnleggende statorprosessen til motoren fullført, etterfulgt av belegg, og deretter yttestest og verifisering. Dette er den grunnleggende prosessen, med mange detaljer i mellom.

Produksjonsprosess for flatwire-motor: sporplateproduksjon, kortutstedende ring isolasjon, behandling av fast endering, sveising av stjernepunkt

Brukssituasjon for flatwire-motor

På lang sikt vil miniatyrisering og høy hastighet være den viktigste utviklingstrenden for motorer i nye energibilene, og miniatyrisering krever selvfølgelig at motorens effekttetthet forbedres betraktelig. Ut fra tekniske krav stiller «mye sterkere valg – og alvorligere konsekvenser i planleggingen» krav om at drivmotoren i nye energibilene skal nå en spiss effekttetthet på 4 kW/kg, og denne data har i dag bare nådd 3,2–3,3 kW/kg.

Motorer med flateviklet spole er allerede blitt vellykket tatt i bruk i fremmede fabrikanters elektriske kjøretøy som Chevrolet Volt 2, Nissan og Toyotas fjerdegenerasjons Prius, og er den uteblivende trenden i utviklingen av motorer til nye energibiler. Også produsenter og motorproduksjonsbedrifter som BYD, SAIC, Beijing og Precision innen ny energi har satt i gang tilsvarende forskning.

Før 2020 er erstatningseffekten til flate linjemotorer på rundmotorer fremdeles ikke tydelig nok. Takket være fordelene med liten størrelse på flate wiremotorer, vil flate wiremotorer prioriteres for storskalig anvendelse i hybride modeller, spesielt for ladebare modeller. På grunn av innenlandske politiske og markedsmessige faktorer imidlertid, utgjorde ladebare modeller en relativt liten andel. På området for ren elektrisitet er kun SAIC Roewe ERX 5 utstyrt med flate wiremotor, noe som er mindre vanlig.

Utviklingsprosessen til den tredje generasjonen av generelle flate linjemotorer gir oss inspirasjon

Generell 1. generasjons flate wiremotor

Chevrolet Voltec, 4ET50-driftssystemet (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) er et dobbelt motorsystem. Motoren B-motoren er en flate wire hårnål-motor med effekt på 110 kW, moment på 370 Nm, hastighet på 9500 omdreininger per minutt og sporforhold på 12 poler og 72 spor.

Motoren benytter hårnålsviklingsteknologi for aksial stiftelinje, det vil si enkelt hårnålsvikling. Denne hårnålsviklingen gjør at ordningen i hullet er svært ryddig, noe som betydelig forbedrer fyllingsraten i hullet, mens endemonteringen kan forbedres. Den endelige effekten av disse to forbedringene er å redusere likestrandsmotstanden med 30–40 %.

Selv om hårnålsmotoren kan redusere likestrandsmotstanden, er det lett å oppdage det høye frekvensvirvelstrømsfeltet i viklingen når frekvensen er høy, noe som skaper skineffekt.

GM brukte Voltec-modellen til å beregne statistikken for motorarbeidspunktshastighet, og fant ut at motorhastigheten er grunnleggende under 6000 omdreininger per minutt under urban2 og US06, ikke over 8000 omdreininger per minutt. Det vil si at fordelene med lav motstand i flatkabel kan utnyttes. Ut fra dette synspunkt er flatkabelmotoren mer egnet for middels og lav hastighet.

Etter at viklingen av rundkabelen er ferdig, males den og blir en solid helhet. Det er vanskelig for kjøleoljen å trenge inn i viklingen. Med varmen fra lederen i midtsonen, er det lett å danne varmeøyer inne i viklingen. 4ET50-motoren benytter injeksjonssystem for oljekjøling i enden, fordi det er store mellomrom mellom endene av flatekabelen. Oljen fra dysen trengeer direkte inn i enden av flatekabelviklingen og leder bort varmen fra hver leder. Kombinasjonen av flatekabel og oljekjøling i enden kan sterkt forbedre varmeavgivelsesevnen og forbedre effekttettheten.

Generasjon 2 flatkabelmotor

Spark ble lansert i 2014, hoveddriften er en motor på 105 kW med lavt turtall på 4 500 omdreininger per minutt. Kombinasjonen av teknologier er: aksialinnsetting av flatekabel + dobbel V-torsjonstruktur + injeksjonssystem for oljekjøling.

Det spesielle arbeidet med motoren ble utført av GMs laboratorium i Wickham, et forsted til Detroit, og for massetilvirkning i Baltimore, Maryland.

Driftstiden for ren elektrisk/utvidet rekkevidde hybridmotor er mye lengre enn for full/pluggbar hybridmotor, og turtalls- og effektbehovene er også høyere. Utvidet rekkevidde hybrid velger generelt en kraftfordelingsdrivstruktur, med B-motor som hoveddrivmotor.

Drivsystemet til Chevrolet Walker er hele fremdriften drevet av B-motoren, så B-motoren må oppfylle akselerasjons- og driftskravene. En permanentmagnetisk B-motor med hårnålsvikling og en sentral viklet permanentmagnetisk A-motor er designet for tidlige produkter. Valget av konsentrisk vikling skyldes hovedsakelig plassbegrensninger.

Imidlertid er kravene til bilarkitekturens drift for den andre generasjonen Volt fordelt mellom A/B-motorene. Størrelsen på motoren i enden B ble betraktelig redusert. På grunn av de lave momentkravene til A-motoren, er en ferritmotor designet.

I tillegg brukes rent elektriske biler vanligvis med et enkeltmotordriftssystem, så drivmotoren har gjerne stor kapasitet for å møte behovet for kjøretøyets akselerasjon og fremdrift. GMs rent elektriske Chevrolet Spark-motor valgte en lavhastighets-IPM og en liten reduksjonsforhold.

Hvis den standardiserte rundtrådslikningen brukes som referansekontroll, er motstanden i rundtråden 1,44 ganger så høy som motstanden i flattråden i Voltec, mens motstanden i rundtråden er 1,56 ganger så høy som motstanden i flattråden i Spark. Det betyr at motstanden i Spark-flattråden faller mer bratt. I tillegg til selve protokollparameterne skyldes denne utviklingen også modenhet i flattrådprosessen.

I Spark-motorer er formingen og forvrengningen av hårfilet produsert av CNC-presisjonskontroll + moldform. I formingsprosessen kontrolleres ikke bare servoreisen, men også den sanntidsbaserte tilbakemeldingsløkken lukket. Gjennom disse tekniske metodene sikres nøyaktigheten av viklingens form, og det er mulig å kontrollere spenningen i viklingsgruppen, slik at kvaliteten på hver enkeltvikling er helt konsistent.

Generell 3. generasjons flattrådsmotor

I 2017 lanserte GM Chevrolet Blot, med en maksimaltork på 360 Nm, maksimal effekt på 150 kW, maksimalturtall på 8810 omdreininger per minutt og maksimal motorstrøm på 400 Arms.

Reduksjonsforholdet øker, og motorens hastighet øker med nesten 2 ganger. Når hastigheten øker, øker hudeffekten til flathåndlederen i flattrådsmotoren ved høy hastighet, noe som fører til økning av vekselstrømsmotstanden.