Düz tel motorun avantaj ve dezavantajlarının tanıtımı, uygulama analizi ve gelişim trendinin geleceği

Günümüzde, düz tel motorlar Çin'de daha çok ilgi görmektedir, ancak uygulama alanı sınırlıdır. Bunun temel nedeni, yeni enerji piyasasının gelişim süresinin kısa olması ve piyasanın büyük kısmının mikro yolcu arabası segmentinde yoğunlaşmasıdır. Yabancı ülkelerde olgunlaştırılmış düz tel motor ürünleri yeni enerjili araçlarda kullanılmaktadır, özellikle Japonya, Avrupa ve Amerika'daki firmalar tarafından. Toyota ve General Motors gibi şirketler düz tel motorlardan faydalanmaktadır. Temsili örnekler arasında Chevrolet VOLT (Remy Motor) ve Toyota Prius (Denso) gösterilebilir; her ikisi de yağ soğutmalı çözümler kullanmaktadır. Remy, Dso ve Hitachi gibi yabancı tedarikçilerin yanı sıra, Huayu Electric, Songzheng Motor ve yakın zamanda üretimine başlayacak olan Founder Motor, yurt içi piyasada istikrarlı sevkiyat yapan temel tedarikçilerdir.

Sürücü motoru temel olarak stator komponentlerinden, rotor montajından, uç kapaktan ve yardımcı standart parçalardan oluşur. Stator sargısı ise demir nüve, bakır tel sargı ve izolasyon malzemelerini içerir.

Adından da anlaşılacağı gibi, düz tel motor, stator sargısında düz bakır tel kullanır. Öncelikle sargı, bir fırça gibi şekillendirilir, stator oluklarına geçirilir ve ardından fırçanın ucundaki uçlar diğer uçta kaynaklanır.

Düz tel motorların avantajları

Avantaj 1: Aynı güçte, daha küçük hacim, daha az malzeme, daha düşük maliyet ya da aynı hacimde, oluk doluluk oranı artar, güç yoğunluğu artar. Yuvarlak tel, düz tele dönüşür. Teorik olarak, sabit bir alan üzerinden, düz tel motorun oluk doluluk oranı %70'e ulaşabilir ve doldurulan bakır miktarı %20-30 artırılabilir. Bu da daha güçlü bir manyetik alan oluşturur ve dolayısıyla güç açısından %20-30'luk bir artışa eşdeğerdir.

Avantaj 2: Daha iyi sıcaklık performansı. İç boşluk azalır, düz hat ile düz hat arasındaki temas alanı büyük olduğundan ısı dağıtımı ve ısı iletimi daha iyidir; sargı ile nüve oluğu arasındaki temas daha iyi olur, ısı iletimi daha verimli olur. Motorun ısı dağıtımına ve sıcaklığa karşı duyarlılığı çok yüksektir, ısı dağıtımı iyi olursa performans artar. Sıcaklık alanı simülasyonu sonucunda aynı tasarıma sahip düz bakır tel motor sargılarında sıcaklık artışının yuvarlak bakır tel motora göre %10 daha düşük olduğu sonucuna varılmıştır.

Avantaj 3: Daha düşük elektromanyetik gürültü. Düz motor telinin gerilimi ve sertliği yüksektir, armatürün daha iyi sertliği vardır ve armatür gürültüsünü bastırır; nispeten küçük oluk boyutu kullanılabilir, oluk torkunu etkili bir şekilde azaltır ve motorun elektromanyetik gürültüsünü daha da düşürür.

Avantaj 4: Kısa son, bakır tasarrufu sağlar, verimliliği artırır. Geleneksel yuvarlak tel motor, süreç problemleri nedeniyle genellikle son kısmı oldukça uzundur, aksi takdirde süreçte bakır telin zarar görmesi kolaydır. Düz tel motor için tel sert olduğu için işleme sırasında uç kısmı biraz daha küçük yapılabilir, yuvarlak tel motora göre uç kısmın boyutu %20 oranında küçültülebilir ve bu da daha fazla alan kazandırarak sistemin hacmini ve ağırlığını azaltmaya olanak sağlayarak minyatürleşme ve hafifletme sağlanabilir.

Avantaj 5: Düz tel motorun yüksek verim noktası, mutlaka yuvarlak tel motorunki kadar yüksek olmayabilir; ancak yüksek verim bölgesi daha fazla genişletilebilir.

Düz tel motorların dezavantajları

Dezavantaj 1: Yüksek hızda sargı etkisi. Yeni enerjili araçlar yüksek güç yoğunluğu için yüksek hıza ihtiyaç duyar, eskiden 10.000 hatta 12.000 yapıyordu, şimdi 16.000 hatta 20.000'in yönünde gidiyor. Motor tasarımı sürecinde bunu çözecek bazı iyi yöntemlere ihtiyaç var, bu da kötü bir nokta.

Dezavantaj 2: Bakır tel gereksinimi yüksektir, yuvarlak tel motor bakır telini yerel üreticiler daha çok yapıyor ve kalite çok iyi olabiliyor. Fakat düz tel motor yapabilecek üretici sayısı azdır, gereksinimler nispeten yüksektir, malzeme konusunda çözümü birlikte üretmemiz gerekiyor.

Dezavantaj 3: Düz telin birçok işlenme süreci vardır, ekipman hassasiyet gereksinimi yüksektir ve başlangıç yatırımı büyüktür, çünkü hassasiyet yeterince yüksek değilse ürünün güvenilirliği ve tutarlılığı nispeten düşük olur. Otomobil firmaları da ürün kalitesinin güvenilirliği ve stabilitesinden endişe eder.

Dezavantaj 4: Seri tasarımı yapmak zordur, motor maliyetini düşürmek istersek, seri üretimi yapmak iyidir, ancak seri tasarım konusunda mevcut düz tel motorlar yuvarlak tel motorlar kadar iyi değildir.

Dezavantaj 5: Çok fazla patent engeli vardır. Şu anda düz tel motor patenti çoğunlukla Avrupa, Amerika ve Japonya'daki firmalarda bulunmaktadır. Çinli firmaların patent sayısı oldukça azdır. Bizim patent yerleşimimiz vardır ancak yeterince tatmin edici değildir.

Dezavantaj 6: Düz telin şekillendirilmesi yüksek gereksinimlere ve işleme zorluğuna sahiptir. Çünkü bakır telin belli bir elastikiyeti vardır, bu yüzden tasarım sırasında belli bir deformasyon payı bırakılmalıdır.

Dezavantaj 7: İzolasyon kaplaması kuruduktan sonra büzülme deformasyonuna uğrar. Eğer tel yuvarlaksa büzülme daha dengeli olur, düz tel ise kolayca zarar görür ve bu da uygulamada düz telin veriminin yuvarlak tele göre çok daha düşük olmasına neden olur.

Düz tel motor üretim süreci

Kart veren motorun statörünün ana üretim süreci, tel şekillendirme ve kağıt kalıplama ile kağıt yerleştirme olmak üzere bu iki işlem aynı anda gerçekleştirilir. Statör yerleştirme işlemine girilir ve ardından tel bükülür, bükme işlemi tamamlandıktan sonra kaynak işlemi yapılır. Kaynak işlemi tamamlandığında motorun temel statör süreci tamamlanmış olur, ardından kaplama işlemi yapılır ve sonra performans testi ve doğrulama işlemi gerçekleştirilir. Bu temel süreçtir, arada birçok detay vardır.

Düz tel motorun üretim süreci: oluk kağıdı üretimi, kart verme halkasının izolasyon işlemi, sabit uç halkasının kaynaklanması, yıldız bağlantı

Düz tel motorun kullanım durumu

Uzun vadede, miniyatürleştirme ve yüksek hız yeni enerji aracı motorunun ana gelişim trendi olacaktır ve miniyatürleştirme mutlaka motor güç yoğunluğunun büyük ölçüde artmasını gerektirecektir. Teknik gereksinimler açısından, "planlamada çok daha sert seçimler ve daha ciddi sonuçlar" yeni enerji aracı tahrik motorunun tepe güç yoğunluğunun 4 kW/kg seviyesine ulaşmasını talep etmektedir. Şu anda bu veri sadece 3,2-3,3 kW/kg seviyesine ulaşmıştır.

Düz tel sargılı motor, Chevrolet Volt 2, Nissan elektrikli araçları ve Toyota'nın dördüncü nesil Prius gibi yabancı üreticilerde başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Bu, yeni enerji otomobilleri motorlarının gelişiminde kaçınılmaz bir gelişim trendidir. BYD, SAIC, Pekin ve yeni enerjiye geçiş yapan diğer üreticiler ile motor üretim firmaları da buna uygun araştırmaları başlatmıştır.

2020'den önce, düz tel motorların dairesel motorlar üzerindeki ikame etkisi hâlâ yeterince belirgin değil. Düz tel motorların küçük boyut avantajı sayesinde, bu motorlar özellikle tak taklalar için, hibrit modellerde büyük çapta uygulamada öncelikli olacaklardır. Ancak yurt içi politika ve piyasa faktörleri nedeniyle tak taklalı modellerin oranı nispeten düşük kalmıştır. Saf elektrik alanında yalnızca SAIC Roewe ERX 5 düz tel motorla donatılmıştır ve kullanımı sınırlıdır.

Üçüncü nesil genel düz tel motorun geliştirilme süreci bize ilham vermektedir

Genel 1. nesil düz tel motor

Chevrolet Voltec, 4ET50 tahrik sistemi (Chevrolet Voltec 4ET50-2011) çift motor mimarili bir sistemdir. Motor B motoru, 110 kW güç, 370 Nm tork, 9500 rpm hız ve 12 kutup 72 oluk oranına sahip bir düz tel fırça motorudur.

Motor, eksenel fiş hattı şeklindeki saç iğnesi sarım teknolojisini benimsemiştir, yani tek saç iğnesi sarımı. Bu saç iğnesi sarımı, oluk içindeki yerleşimi çok düzgün hale getirir, bu da oluk dolum oranını önemli ölçüde artırır. Aynı zamanda sargı sonu montajı güçlendirilebilir ve bu iki iyileştirmenin nihai etkisi, DC direnci %30-40 azaltmaktır.

Saç iğnesi motor DC direnci azaltabilse de, frekans yüksek olduğunda sargılarda yüksek frekanslı girdap akımı elektrik alanı oluşmasına neden olmakta ve deri etkisi meydana gelmektedir.

GM, motor çalışma noktası hız istatistiklerini hesaplamak için Voltec modelini kullanmış ve motor hızının şehir2 ve US06 koşullarında temelde 6000 dev/dak'dan daha düşük olduğunu, 8000 dev/dak'ı geçmediğini tespit etmiştir. Yani düz telin düşük direnç avantajı etkili şekilde kullanılabilmektedir. Bu açıdan, düz tel motor orta ve düşük hız uygulamaları için daha uygundur.

Tur bobin sargısının sonlandırılması ve boyanmasının ardından içeriye soğutma yağı zorlukla nüfuz edebilir. Ortadaki iletkenin ısısıyla sargı içinde kolayca ısı adası oluşabilir. 4ET50 motor, düz telin uç kısmında büyük boşluklar olduğu için yağ püskürtme soğutma teknolojisini benimsemiştir. Memeden gelen yağ doğrudan düz tel sargı ucuna nüfuz ederek her iletkenin ısısını uzaklaştırır. Düz tel ile uç yağ soğutmasının birleşimi ısı dağıtım kapasitesini büyük ölçüde artırır ve güç yoğunluğunu iyileştirir.

Genel 2. nesil düz tel motor

Spark 2014 yılında piyasaya sürüldü, ana sürüşü 4.500 rpm düşük devirli 105 kW motordan oluşmaktadır. Teknoloji kombinasyonu şöyledir: eksenel yerleştirilmiş düz tel + çift V tork yapısı + yağ püskürtme soğutma teknolojisi.

Motorda yapılan özel çalışma, Detroit'in bir banliyösü olan Wickham'daki GM laboratuvarı tarafından yürütüldü ve Maryland eyaletindeki Baltimore'da seri üretime geçildi.

Saf elektrik/uzatılmış menzilli hibrit motorun çalışma süresi, tam/takviyeli hibrit motora göre çok daha uzundur ve tork ve güç gereksinimleri de daha yüksektir. Ek menzil hibrit genellikle B motoru ana tahrik motoru olmak üzere güç şönt sürüş yapısını seçer.

Chevrolet Walker'ın tahrik sistemi, B motoru tarafından sağlanan tüm itici güç ile çalışmaktadır, bu nedenle B motoru hızlanma ve sürüş gereksinimlerini karşılamalıdır. Erken ürünlere yönelik olarak bir saç pimi sabit mıknatıslı B motoru ve bir merkezileştirilmiş sargılı sabit mıknatıslı A motoru tasarlandı. Yoğun sargılı yapının seçilmesinin nedeni esas olarak alan sınırlamasıdır.

Ancak ikinci nesil Volt araç mimarisi sürüş gereksinimleri A / B motorlarına bölünmüştür. B motorunun sonunda boyut olarak önemli ölçüde küçültülmüştür. A motorunun düşük tork gereksinimleri nedeniyle, bir ferrit motor tasarımı yapılmıştır.

Ek olarak, tamamen elektrikli araçlar genellikle tek motorlu sürüş sistemleriyle kullanılır, bu yüzden sürüş motoru, araç ivmesi ve sürüş ihtiyaçlarını karşılamak için büyük kapasiteli olma eğilimindedir. General Motors'un tamamen elektrikli Chevrolet Spark motoru, düşük devirli IPM (interior permanent magnet - iç sabit mıknatıs) motor ve küçük bir yavaşlatma oranı seçmiştir.

Standart dairesel tel sargı referans kontrolü olarak kullanılırsa, Voltec'te dairesel telin direnci düz telin direncinin 1,44 katıdır, Spark'ta ise dairesel telin direnci düz telin direncinin 1,56 katıdır. Bu, Spark düz telinin direncinin daha dik düştüğü anlamına gelir. Protokol parametrelerinin kendisi dışında, bu ilerleme düz tel üretim sürecinin olgunlaşmasından da faydalanmaktadır.

Kıvılcım motorunda, fırça kartın şekillendirilmesi ve distorsiyonu CNC hassas kontrol + kalıp şekillendirme ile yapılır. Şekillendirme sürecinde sadece servo seyahat mesafesi kontrol edilmez, aynı zamanda gerçek zamanlı geri bildirim döngüsü de kapatılır. Bu teknik yöntemler sayesinde sargıların şekillendirilmesinin doğruluğu garanti altına alınır ve sargı grubunun gerilimi kontrol edilebilir, böylece her bir sargı bobininin kalitesi tamamen aynı olur.

Genel 3. nesil düz tel motor

2017 yılında GM, Chevrolet Blot’u 360 Nm tork, 150 kW güç, 8810 rpm tepe hız ve 400 Arms motor akımı ile piyasaya sürdü.

Redüktör dişli oranı artar ve motor hızı yaklaşık 2 katına çıkar. Hız arttıkça düz tel motor iletkenindeki deri toplama etkisi yüksek hızlarda artar ve buna bağlı olarak AC direnci de artar.