Predstavitev prednosti in slabosti ravnega žice motorja, analiza uporabe in perspektiva razvojne tendence

Trenutno so v večini pozornosti ravninski motorji v Kitajski, vendar je njihova uporaba manjša, predvsem zaradi kratkega razvojnega časa na trgu z novimi energijami, glavni tržni delež pa je osredotočen na mikro osebna vozila. Tuji zreli proizvodi ravnih vodnikov se uporabljajo v vozilih z novimi energijami, zlasti v Japonski, evropskih in ameriških podjetjih, Toyota in GENERAL Motors že uporabljata ravninski motor. Značilni primeri so Chevrolet VOLT (Remy Motor) in Toyota Prius (Denso), ki oba uporabljata rešitev s hlajenjem z oljem. Poleg tujih dobaviteljev, kot sta Remy in Dso ter Hitachi, so domači dobavitelji z stabilnimi dobavami predvsem Huayu Electric in Songzheng Motor ter Founder Motor, ki bo kmalu začel z masovno proizvodnjo.

Pogonski motor je sestavljen predvsem iz statornih komponent, rotorja, končne pokrovke in pomožnih standardnih delov, statorsko navitje pa vključuje magnetno jedro, bakrene žice, izolacijske materiale itd.

Kot že samo ime pove, motor z ravno žico uporablja ravno bakreno žico v statorju. Najprej zavijemo žico v obliko kot je zobnica, nato pa jo vstavimo v statorske utorje in na drugem koncu zvarimo konce zobnice.

Prednosti motorja z ravno žico

Prednost 1: pri enaki moči manjša prostornina, manj materiala, nižji stroški ali pri enaki prostornini se poveča napolnjenost utorjev in gostota moči. Okrogla žica postane ravna žica. Teoretično, ob enakem prostoru, motor z ravno žico dosegne 70 % napolnjenosti utorjev, bakra pa lahko napolnimo 20–30 % več, kar ustvari močnejše magnetno polje in je v določeni meri enakovredno povečanju moči za 20–30 %.

Prednost 2: boljše temperaturno delovanje. Notranji razmak se zmanjša, stikalna površina med ravno žico in ravno žico je večja, odvajanje toplote in prevod toplote je boljše; med navijanjem in žlebom je boljši stik, boljša prevodnost toplote, motor pa je zelo občutljiv na odvajanje toplote in temperaturo, odvajanje toplote je boljše, zato se izboljša učinkovitost. S simulacijo temperaturnega polja je bilo ugotovljeno, da je dvig temperature navitja motorja s ploščatimi bakrenimi žicami pri enakem načrtovanju za 10 % nižji v primerjavi z motorjem s kroglemi bakrenimi žicami.

Prednost 3: nižji elektromagnetni hrup. Ravna motorjeva žica ima velik natezni moment, veliko togost, armatura ima boljšo togost in zmanjša hrup armature; mogoče je uporabiti relativno majhne žlebove, kar učinkovito zmanjša navor žleba in dodatno zmanjša elektromagnetni hrup motorja.

Prednost 4: kratek konec, prihrani baker, izboljša učinkovitost. Pri tradicionalnem motorju s kroglem žico je zaradi tehnoloških problemov konec običajno precej dolg, sicer pa je med procesom lažje poškodovati bakreno žico. Pri motorju s plosko žico, ker so žice trde, je konec med obdelavo mogoče narediti malo krajši, dolžina konca pa se zmanjša za 20 % v primerjavi z motorjem s kroglem žico, zato se lahko prostor dodatno zmanjša, kar omogoča dodatno zmanjšanje prostornosti sistema in doseganje miniaturizacije in lažje konstrukcije.

Prednost 5: točka visoke učinkovitosti motorja s plosko žico ni nujno bistveno višja kot pri motorju s kroglem žico, vendar se lahko območje visoke učinkovitosti še dodatno razširi.

Slabosti motorjev s plosko žico

Nedostatek 1: Učinek zbiranja kože pri visokih hitrostih. Za zahteve nove energije vozil na visoko močnostno gostoto je potrebno doseči visoko hitrost, prej 10.000 ali celo 12.000, zdaj pa v smeri 16.000 ali celo 20.000. V procesu načrtovanja motorja je potrebno najti dobre načine za reševanje, kar je slabost.

Nedostatek 2: Zahteve glede bakrenih žic so visoke, proizvajalci bakrenih žic domačih proizvajalcev jih delajo več, kakovost pa je lahko zelo dobra. Proizvajalcev, ki znajo izdelovati motor z ravno žico, ni veliko, zahteve so relativno visoke, skupaj pa moramo rešiti vprašanje materiala.

Nedostatek 3: Ravna žica ima veliko obdelovalnih procesov, zahteva visoko natančnost opreme in visoko začetno investicijo, saj če natančnost ni dovolj visoka, bo zanesljivost in enakost izdelka relativno slaba. Avtomobilske podjetja skrbijo tudi zanesljivost in stabilnost kakovosti.

Nedostatek 4: serijalizacijski načrt je težaven, motor želi zmanjšati stroške, dobro je narediti serijalizacijo, serijalizacijski načrt trenutnega ravnožičnega motorja ni tako dober kot pri okrogložičnem motorju.

Nedostatek 5: Preveč patentnih ovir. Trenutno so patenti ravnožičnih motorjev predvsem v evropskih, ameriških in japonskih podjetjih. Kitajski podjetji imajo malo patentov. Imamo patentno postavitev, vendar ni zadovoljiva.

Nedostatek 6: ravna žica zahteva visoko kakovost oblikovanja in je težje obdelati. Ker baker ima določeno elastičnost, mora projekt vsebovati dopust za deformacijo.

Nedostatek 7: izolacijski premaz povzroči krčenje ob sušenju. Če gre za okroglo žico, bo krčenje bolj enakomerno, pri ravni žici pa pride do poškodb, zaradi česar je v dejanski proizvodnji izkoristek ravne žice veliko nižji kot okrogle žice.

Proizvodni proces ravnožičnega motorja

Glavni proizvodni proces statorja motorja za izdajanje kartic, oblikovanje žice in modeliranje papirja ter vstavljanje papirja, ti dva procesa potekata hkrati. Vstop v proces vstavljanja statorja, nato zvitje žice, po zaključku zvijanja sledi varjenje. Ko je varjenje zaključeno, je osnovni proces statorja motorja končan, sledi prevleka, nato testiranje in preverjanje zmogljivosti. To je osnovni proces, vmes pa je veliko podrobnosti.

Proizvodni proces ploskega žičnega motorja: izdelava papirja za utor, izolacijska obdelava karičnega obroča, varjenje pripravljenega koničastega obroča, zvezovanje v zvezdo

Uporabna situacija ploskega žičnega motorja

Na dolgi rok bodo miniaturizacija in visoka hitrost glavni trend razvoja motorjev za vozila na nova energijo, pri čemer bo miniaturizacija zahtevala znatno izboljšanje močnostne gostote motorjev. Z vidika tehničnih zahtev je bila postavljena zahteva, da mora dosegati vršna močnostna gostota pogonskih motorjev vozil na nova energijo kar 4 kW/kg, vendar trenutno ta podatek znaša le 3,2–3,3 kW/kg.

Motorji s plosko žico so že bili uspešno uporabljeni v tujih proizvajalcih, kot so Chevrolet Volt 2, Nissanova električna vozila in Toyotaeva četrta generacija Priusa. To je neizbežen trend v razvoju motorjev za vozila na nova energijo. Tudi podjetja, kot so BYD, SAIC, Beijing, Precision in druga podjetja, specializirana za proizvodnjo vozil na nova energijo ter proizvajalci motorjev, so že začela ustrezna raziskovalna dela.

Pred letom 2020 nadomestni učinek ploščatih motorjev na krogle motorjev še ni bil dovolj očiten. Zaradi prednosti majhnih ploščatih motorjev bodo ploščati motorji imeli prednost pri masovni uporabi v hibridnih modelih, zlasti za vtične modele. Vendar zaradi domačih političnih in tržnih dejavnikih so vtični modeli predstavljali relativno majhen delež. Na področju čiste elektrike je samo SAIC Roewe ERX 5 opremljen s ploščatim motorjem, kar se uporablja redkeje.

Razvojna pot tretje generacije splošnih ploščatih motorjev nam daje navdih

Splošna prva generacija ploščatega motorja

Chevrolet Voltec, pogonski sistem 4ET50 (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) je sistem z dvojnim motorjem. Motor B je ploščat motor z močjo 110 kW, navorom 370 Nm, hitrostjo 9500 vrt/min in razmerjem 12 polov 72 žlebov.

Motor uporablja tehnologijo zanke z vlečno žico, to je posamezno zanko zanke. Ta zanka zanke omogoča zelo urejeno razporeditev v žlebu, kar znatno izboljša nasičenost žleba, medtem ko se lahko izboljša tudi končna montaža, in končni učinek obeh izboljšav je zmanjšanje enosmerne upornosti za 30~40%.

Čeprav lahko motor z zanko zmanjša enosmerno upornost, je pri visoki frekvenci težko zaznati visokofrekvenčno vrtinčno električno polje na navitju, kar povzroča kožni učinek.

GM je za izračun statistike hitrosti delovnih točk motorja uporabil model Voltec in ugotovil, da je hitrost motorja pod mestnim2 in US06 v osnovi pod 6000 vrt/min, največ 8000 vrt/min. To pomeni, da se lahko izkoristi prednost nizke upornosti ravne žice. Iz tega vidika je motor z ravno žico bolj primeren za srednje in nizke hitrosti.

Po koncu navijanja končnih linij je navitje prebarvano, kar postane trdna cela enota. Hladilno olje je težko prodreti v notranjost. Zaradi toplote srednjega vodnika se znotraj navitja lahko hitro oblikuje toplotni otok. Motor 4ET50 uporablja tehnologijo hlajenja z vbrizgavanjem olja na koncu, ker obstaja velika vrzel med končnimi vodniki ravne žice, olje iz šobe neposredno prodre v konec ravne žice in odnese toploto vsakega vodnika. Kombinacija ravne žice in hlajenja z oljem na koncu znatno izboljša odvajanje toplote in poveča močnostno gostoto.

Splošni motor ravnih žic druge generacije

Spark je bil izdan leta 2014, glavni pogon pa je motor 105 kW z nizko hitrostjo 4500 vrt/minute. Kombinacija tehnologij je: aksialno vstavljanje ravne žice + struktura z dvojnim V navorom + tehnologija hlajenja z vbrizgavanjem olja.

Posebno delo na motorju je vodilna laboratorij GM-ovega podružnice v Wickhamu, predmestju Detroit, in za masovno proizvodnjo v Baltimoru, Maryland.

Čas delovanja čistega električnega / podaljšanega hibridnega motorja je veliko daljši kot pri polnem / vtičnem hibridnem motorju, zahteve glede navora in moči pa so tudi višje. Hibridni pogon z dodatnim dosegom generalno izbere strukturo pogona z razdelilnimi močmi, pri kateri je B motor glavni pogonski motor.

Pogonski sistem Chevrolet Walkerja je popolnoma pogonjen s B motorjem, zato mora B motor ustrezati zahtevam pospeševanja in vožnje. Za zgodnje izdelke sta bila zasnovana B motor s stalnim magnetom z zankami in A motor s stalnim magnetom s centralnim navijanjem. Izbira koncentriranega navijanja je predvsem posledica omejitev prostora.

Vendar so zahteve pogonske arhitekture vozila druge generacije razdeljene na A / B motorje. Velikost končnega B motorja je bila znatno zmanjšana. Zaradi nizkih zahtev glede navora A motorja je bil zasnovan feritni motor.

Poleg tega se pri čistih električnih vozilih običajno uporablja enojni pogonski sistem z enim motorjem, zato pogonski motor teži k večji zmogljivosti, da bi ustrezal potrebam pospeševanja in vožnje vozila. Pri čistem električnem vozilu Chevrolet Spark je General Motors izbral nizkohitrostni IPM motor in majhen razmerje zaviranja.

Če se za referenčno krmiljenje uporabi standardna kroglevina, je upornost kroglevine v primerjavi s ploščato žico v sistemu Voltec 1,44-krat večja, medtem ko je upornost kroglevine v primerjavi s ploščato žico v sistemu Spark 1,56-krat večja. To pomeni, da se upornost plošče v sistemu Spark močneje zmanjša. Poleg samih protokolnih parametrov temu napredku prispeva tudi zrelost procesa uporabe ploščate žice.

V motorju Spark se oblikovanje in deformacija kosi opravita s CNC natančno krmiljenje + oblikovanje z obliko. V procesu oblikovanja se ne krmili samo poti servomotorja, temveč se tudi zapre zanka s pravočasnim odzivom. S temi tehničnimi sredstvi se zagotovi natančnost navijanja in oblikovanja ter nadzor nad napetostjo v skupini navitij, da bo kakovost vsakega posameznega navitja popolnoma enaka.

Splošni motor s plosko žico tretje generacije

Leta 2017 je GM izdal Chevrolet Blot z vrhuncem navora 360 Nm, vrhunsko močjo 150 kW, vrhunsko hitrostjo 8810 vrt/min in vrhunskim tokom motorja 400 Arms.

Prenosno razmerje reduktorja se poveča in hitrost motorja naraste za skoraj 2-krat. Ko se hitrost poveča, se pri visokih hitrostih poveča efekt kože vodnika motorja s plosko žico, kar vodi do povečanja izmeničnega upora.