Introduktion av fördelar och nackdelar med flätrörmotor, applikationsanalys och utblick mot utvecklingstrenden

För närvarande är plattledarmotorer mer aktuella i Kina, men användningen är begränsad, främst på grund av att marknaden för förnybar energi har en kort utvecklingshistoria, och huvuddelen av marknadsandelarna är koncentrerade till marknaden för mikrovagnar. Mogna utländska plattledningsmotorer används i fordon med förnybar energi, särskilt hos japanska, europeiska och amerikanska företag. Toyota och General Motors har till exempel använt plattledningsmotorer. Exempel på detta är Chevrolet VOLT (Remy Motor) och Toyota Prius (Denso), där båda använder oljekylning. Förutom utländska leverantörer såsom Remy, Dso och Hitachi är de inhemska leverantörerna som främst har stabila leveranser Huayu Electric och Songzheng Motor, samt Founder Motor som snart kommer att tas i drift.

Drivmotorn huvudsakligen uppbyggd av statorkomponenter, rotoruppsättning, ändlock och hjälpstandarddelar, och statorlindningen inkluderar kärna, koppartrådslindning, isolatormaterial etc.

Som namnet antyder använder flätrörmotorn flack koppartråd i statorlindningen, först forma lindningen till en form som liknar en hårkard, föra in i statorns spår och sedan svetsa ändarna av hårkarden i den andra änden.

Fördelar med flätrörmotorer

Fördel 1: samma effekt, mindre volym, färre material, lägre kostnad, eller samma volym, ökad fyllnadsgrad, vilket ökar effekttätheten. Den runda tråden blir till en platt tråd. Teoretiskt sett kan flätrörmotorn uppnå 70 % fyllnadsgrad i spåret vid konstant utrymmesstorlek, och den kopparfyllda delen kan ökas med 20–30 %, vilket genererar ett starkare magnetfält. Detta är till viss del detsamma som att öka effekten med 20–30 %.

Fördel 2: bättre temperaturprestanda. Avståndet inuti minskas, kontaktytan mellan fläten och fläten är stor, vilket ger bättre värmeledning och kylning; kontakt mellan lindningen och kärnslotet är bättre, vilket ger förbättrad värmeledning, och motorn är mycket känslig för kylning och temperatur, så bättre kylning förbättrar prestandan. Genom simulering av temperaturfält har det visats att temperaturhöjningen i en flätmotorlindning med samma design är 10 % lägre än hos en motor med rund koppartråd.

Fördel 3: lägre elektromagnetisk brus. Den platta motorns tråd har stor spänning och styvhet, vilket ger bättre styvhet i ankaret och minskar bruset från ankaret; man kan använda ett relativt mindre ländsstorlek, vilket effektivt minskar ländstorquet och därmed ytterligare minskar den elektromagnetiska bullernivån i motorn.

Fördel 4: kort slut, spara koppar, förbättra effektivitet. Traditionell rundtråds motor, på grund av processproblem, är dess slut i allmänhet ganska långt, annars är det lätt att skada koppartråden i processen. För fläkttråds motorn, eftersom ledningarna är hårda ledningar, kan slutet göras lite mindre vid bearbetning, och slutstorleken minskas med 20% jämfört med rundtråds motorn, och utrymmet kan ytterligare minskas, vilket kan ytterligare minska systemets volym och uppnå miniatyrisering och lättvikt.

Fördel 5: det högeffektiva området för fläkttråds motorn är inte nödvändigtvis mycket högre än rundtråden, men det högeffektiva området kan vidgas ytterligare.

Nackdelar med fläkttråds motorer

Nackdel 1: Effekt vid höghastighetsinsamling av yta. Nya energifordon kräver hög effekttäthet vid höga hastigheter; tidigare var målet 10 000 eller till och med 12 000, nu går trenden mot 16 000 eller till och med 20 000. Det krävs bra lösningar under motorns designprocess, vilket är en svag punkt.

Nackdel 2: Kraven på koppartråd är höga. Rundtrådsmotorers koppartråd tillverkas av många inhemska tillverkare, och kvaliteten kan vara mycket god. Det finns dock få tillverkare som kan tillverka plattrådsmotorer, eftersom kraven är högre, och vi behöver samarbeta för att lösa materialet.

Nackdel 3: Plattråd har många bearbetningssteg, kraven på utrustningens precision är höga, och den initiala investeringen är stor. Om precisionen inte är tillräcklig blir produkten mindre pålitlig och konsekvent. Bilföretag är också oroliga för kvalitetens pålitlighet och stabilitet.

Nackdel 4: Seriedesign är svårt, motorn vill minska kostnaden, bra är att göra det i serie, seriedesign är just nu inte lika bra hos flätmotorn som hos rundtrådsmotorn.

Nackdel 5: Det finns för många patentbarriärer. För närvarande är patent för flätmotorer huvudsakligen hos europeiska, amerikanska och japanska företag. Kinesiska företag har få patent. Vi har en patentlayout, men den är inte tillfredsställande.

Nackdel 6: Kraven på formning av flättråd är höga och bearbetningen är svår. Eftersom koppartråden har en viss elasticitet måste det finnas en tolerans för deformation i designen.

Nackdel 7: Isoleringstäcket kommer att krympa efter torkning. Om det är en rundtråd kommer krympningen att vara mer jämn, medan flättråden lätt skadas, vilket innebär att avkastningen vid faktisk bearbetning är betydligt lägre för flättråd jämfört med rundtråd.

Tillverkningsprocess för flätmotor

Den främsta produktionsprocessen för statorn i motorn för kortutgivning, trådformning och pappersformning samt papperinsättning, dessa två processer utförs samtidigt. Gå vidare till statorinsättningsprocessen och vrid därefter tråden, när vridningen är klar utförs svetsningen. När svetsningen är klar är statorprocessen för motorn i grund och botten färdig, därefter utförs beläggning samt prestandatest och verifiering. Detta är den grundläggande processen, med många detaljer emellan.

Produktionsprocess för flätrörmotor: tillverkning av spårfodring, kortutgivningsring, isoleringsbehandling, fästning av ring, svetsning, stjärnkoppling

Användningsfall för flätrörmotor

På lång sikt kommer miniatyrisering och hög hastighet att bli den främsta utvecklingstrenden för elmotorn i nya energibilen, och miniatyrisering kommer att kräva att motorns effekttäthet förbättras avsevärt. Ur teknisk synvinkel har "betydligt starkare valmöjligheter och allvarligare konsekvenser i planering" tagits fram så att elmotorns effekttäthet för nya energibilen ska nå upp till 4 kW/kg, och denna data har idag bara uppnått 3,2-3,3 kW/kg.

Motorn med platt lindning har redan tillämpats med framgång hos utländska tillverkare såsom Chevrolet Volt 2, Nissan elbilar och Toyotas fjärde generation Prius, och är den oundvikliga utvecklingstrenden för elmotorns utveckling inom nya energibilindustrin. Även företag såsom BYD, SAIC, Beijing, Precision i ny energi, tillverkare och motorproduktionsföretag har inletts motsvarande forskning.

Innan 2020 är ersättningseffekten av flätrörsmotorer på cirkulära motorer fortfarande inte tillräckligt tydlig. Takket vara fördelen med liten storlek hos flätrörsmotorer, kommer flätrörsmotorer att prioriteras för storskalig tillämpning i hybrider, särskilt för laddhybrider. Dock, på grund av inhemska politiska och marknadsfaktorer, utgjorde laddhybrider en relativt liten andel. Inom området för ren el, är endast SAIC Roewe ERX 5 utrustad med flätrörsmotor, vilket används i mindre utsträckning.

Utvecklingsprocessen för den tredje generationen allmänna flätrörsmotor ger oss inspiration

General 1:a generationens flätrörsmotor

Chevrolet Voltec, Driftsystemet 4ET50 (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) är ett dubbelt motorsystem. Motorn B är en flätrörs hårnålsmotor med effekt 110 kW, vridmoment 370 Nm, varvtal 9500 rpm och spårkvot på 12 poler och 72 spår.

Motorn använder hårfästningstekniken för axiala stickledningar, det vill säga enkel hårfästning. Denna hårfästning gör att anordningen i spåret blir mycket prydlig, vilket förbättrar fyllnadsgraden hos spåret avsevärt. Samtidigt kan den elektriska ledningen förbättras, och slutresultatet av dessa två förbättringar är att likstridsresistansen minskas med 30–40 %.

Även om hårfästmotorn kan minska likstridsresistansen är det lätt att uppfatta det högfrekventa virvelström-fältet i lindningen vid hög frekvens, vilket orsakar skinneffekt.

GM använde Voltec-modellen för att beräkna statistiken för motorns arbetspunktsvarvtal och kom fram till att motorns varvtal i huvudsak är under 6000 rpm vid stads2 och US06, och inte överstiger 8000 rpm. Det vill säga att fördelen med låg resistans hos fläten kan tas tillvara. Ur detta perspektiv är flätmotorn mer lämplig för medelhög och låg hastighetsanvändning.

Efter att lindningen avslutats målas den upp och blir en fast helhet. Det är svårt för kyloljan att tränga in i lindningens inre. Med värmet från mellanledaren bildas lätt en värmekälla inuti lindningen. Motorn 4ET50 använder tekniken med oljekylning i änden, eftersom det finns en stor lucka mellan plattledarnas ändar. Munstycket sprutar olja direkt in i ändarna av plattledarlindningen och leder bort värmen från varje ledare. Kombinationen av plattledar- och ändkylning med olja kan avsevärt förbättra värmeavledningsförmågan och förbättra effekttätheten.

Allmän 2:a generationens plattledarmotor

Spark lanserades 2014, och huvuddriften är en motor på 105 kW med en låg varvtal på 4 500 varv per minut. Kombinationen av teknik är: axialinfogad plattledare + dubbel V-vridmomentstruktur + teknik med oljekylning.

Det speciella arbetet på motorn utfördes av GM:s laboratorium i Wickham, en förort till Detroit, och för massproduktion i Baltimore, Maryland.

Driftstiden för den renodlade elektriska/extended range hybridmotorn är mycket längre än för den konventionella/laddhybridmotorn, och kraven på vridmoment och effekt är också högre. Extended range hybrid använder i allmänhet en kraftdelningsdrivstruktur, med B-motorn som den huvudsakliga drivmotorn.

Drivsystemet för Chevrolet Walker är helt och hållet framdrivet av B-motorn, så B-motorn måste uppfylla kraven på acceleration och drivning. En permanentmagnetiserad B-motor med hårväv och en koncentrerad lindningspermanentmagnet A-motor är utformade för tidiga produkter. Valet av koncentrerad lindning beror huvudsakligen på platsbegränsningar.

Vidare är kraven på andra generationens Voltfordonsarkitektur uppdelade mellan motorerna A/B. Storleken på motorn i änden B minskades markant. På grund av de låga momentkraven för motorn A, konstruerades en ferritmotor.

Dessutom används vanligtvis en-motorsdriftssystem i elfordon, så dragmotorn tenderar att ha en stor kapacitet för att möta kraven på fordonets acceleration och drivning. GM:s elfordon Chevrolet Spark använder en lågvarvigt IPM-motor och en liten reduktionsöversättning.

Om den standardmässiga cirkulära lindningen används som referensstyrning, är cirkeltrådens resistans 1,44 gånger så hög som plattrådens resistans i Voltec, medan cirkeltrådens resistans är 1,56 gånger så hög som plattrådens resistans i Spark. Det innebär att plattrådens resistans i Spark sjunker mer brant. Förutom själva protokollparametrarna beror denna utveckling också på att plattrådsprocessen mognat.

I Spark-motorn sker formning och förvrängning av hårvajern genom CNC-precisionstyrning + formgivning med formar. I formningsprocessen styrs inte bara servoresan, utan även en sluten reglerloop i realtid. Genom dessa tekniska medel säkerställs lindningsformningens noggrannhet, och spänningsbelastningen i lindningsgruppen kan regleras, så att kvaliteten på varje lindning är helt enhetlig.

Generationsmotor med platt lindning, tredje generationen

2017 lanserade GM Chevrolet Blot, med en maxvridmoment på 360 Nm, maxeffekt på 150 kW, maxvarvtal på 8810 rpm och motorström på 400 Arms.

Reduktorns växelöversättning ökar, och motorns varvtal stiger med nästan 2 ggr. När varvtalet ökar ökar skinneffekten i plattledaren vid höga hastigheter, vilket leder till ökad växelströmsresistans.