為什么扁線電機(jī)更適合新能源汽車
發(fā)布時(shí)間：2023年9月21日 |
文章來(lái)源：旺材電機(jī)與電控 |
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扁線電機(jī)與圓線電機(jī)的區(qū)別在于銅線的成形方式，扁線有利于電機(jī)槽滿率的提升，一般圓線電機(jī)的槽滿率為40%左右，而扁線電機(jī)的槽滿率能達(dá)到60%以上。槽滿率的提升意味著在空間不變的前提下，可以填充更多的銅線，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，提升功率密度。
扁線電機(jī)是一種新型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它的導(dǎo)線是扁的而不是圓的，但它并不是一個(gè)新鮮事物，幾十年前就已經(jīng)出現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域。
但是，在新能源汽車上使用扁線電機(jī)卻是近幾年的事情。那么，扁線電機(jī)到底是怎么工作的呢？它又如何實(shí)現(xiàn)那些優(yōu)勢(shì)呢？接下來(lái)，本文將從多個(gè)方面來(lái)詳細(xì)介紹扁線電機(jī)。
扁線電機(jī)并不是一個(gè)新鮮的概念，它的發(fā)展由來(lái)已久，幾十年了。最初，它主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的大功率電機(jī)和發(fā)電機(jī)組，因?yàn)檫@些場(chǎng)合對(duì)電機(jī)的功率和效率要求很高。
后來(lái)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)逐漸興起，扁線電機(jī)也開(kāi)始應(yīng)用到車輛領(lǐng)域。車輛上很多應(yīng)用功能采用扁線電機(jī)，比如汽車發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、EPS（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向）電機(jī)、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、P2（平行混合動(dòng)力）系統(tǒng)電機(jī)等等。
把線做“扁”帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)
那么，在新能源汽車中，扁線電機(jī)有什么優(yōu)勢(shì)呢？接下來(lái)將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：
首先，槽滿率是指電機(jī)定子插槽中銅導(dǎo)體的填充比例。扁線電機(jī)使用銅條代替銅線，使得插槽中的銅導(dǎo)體更多，從而提高了槽滿率。這有什么好處呢？
想象一下，如果你要用一根繩子把一個(gè)箱子捆起來(lái)，是用一根粗繩子還是用幾根細(xì)繩子呢？顯然，用一根粗繩子會(huì)更省力，因?yàn)樗軌蚋o密地包裹住箱子。
同理，扁線電機(jī)的銅條就像粗繩子一樣，能夠更緊密地包裹住定子齒。這樣就能夠減少磁場(chǎng)泄漏和磁阻，提高電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩。
其次，功率密度和效率是指電機(jī)在單位體積或重量下輸出的功率或效果。扁線電機(jī)由于槽滿率高，能夠在相同或更小的體積和重量下輸出更大的功率。這對(duì)于新能源汽車來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗馕吨梢怨?jié)省空間和成本，提升能和里程。
最后，噪音和舒適是指電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的或振動(dòng)對(duì)人們感覺(jué)的影響。扁線電機(jī)由于槽滿率高，在低轉(zhuǎn)速高扭矩或高轉(zhuǎn)速低扭矩的工況下工作效率更高。
這意味著它可以在較低的轉(zhuǎn)速下輸出較大的扭矩或在較高的轉(zhuǎn)速下輸出較小的扭矩。這樣就能夠減少轉(zhuǎn)速變化帶來(lái)的噪音或振動(dòng)。
綜上所述，扁線電機(jī)相比圓線電機(jī)，具有槽滿率高、功率密度和效率高、噪音和舒適好等優(yōu)點(diǎn)。
這些優(yōu)點(diǎn)使得扁線電機(jī)在新能源汽車領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。那么，扁線電機(jī)是怎么實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)的呢？它的工作原理又是什么呢？
扁線電機(jī)如何“扁”出優(yōu)勢(shì)
扁線電機(jī)和圓線電機(jī)的工作原理本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，都是通過(guò)電流在磁場(chǎng)中受力作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。不同之處在于，扁線電機(jī)采用扁平的矩形導(dǎo)線而不是傳統(tǒng)的圓形導(dǎo)線。這樣做有什么好處呢？我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻來(lái)理解。
假設(shè)要填滿一個(gè)盒子，盡可能不留空隙，你會(huì)選圓柱體還是扁平的長(zhǎng)方體？如果選圓柱體，那么你會(huì)發(fā)現(xiàn)盒子里還有很多空隙，圓柱體之間不能緊密地排列。如果是扁平的長(zhǎng)方體，它們之間幾乎沒(méi)有空隙。
同樣地，如果用扁平的矩形導(dǎo)線替代圓形導(dǎo)線，就可以提高槽滿率，即線圈放入槽內(nèi)后占用槽內(nèi)空間的比例，因?yàn)楸饩€之間沒(méi)有空隙，而圓線之間有空隙。
高槽滿率意味著什么？意味著在相同體積內(nèi)，扁線電機(jī)可以多填充20-30%的導(dǎo)線。這就相當(dāng)于增加了電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)數(shù)量和強(qiáng)度。
磁場(chǎng)越強(qiáng)，則電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩（即轉(zhuǎn)動(dòng)能力）就越大。因此，在相同體積下，扁線電機(jī)比圓線電機(jī)具有更高的功率密度（即單位體積內(nèi)輸出功率）和效率（即輸出功率與輸入功率之比）。
此外，扁線還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它可以降低繞組中皮爾斯損耗（即由于交流電流在繞組中引起渦流損耗）。因?yàn)楸馄綄?dǎo)線相對(duì)于圓形導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，在垂直于繞組軸向上具有更小截面積和更大周長(zhǎng)。
這樣一來(lái)，在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流時(shí)所需穿過(guò)截面積較小、周長(zhǎng)較大、阻值較大、渦流較小；反之則截面積較大、周長(zhǎng)較小、阻值較小、渦流較大。因此，在相同條件下，扁平導(dǎo)線比圓形導(dǎo)線具有更低皮爾斯損耗。
綜上所述，扁線導(dǎo)線使得扁線電機(jī)在相同體積下，具有更高的槽滿率、功率密度、效率和過(guò)載能力，從而提升了電機(jī)的能和可靠。這就是扁線電機(jī)的工作原理和優(yōu)勢(shì)所在。
扁線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)不僅在理論上有所體現(xiàn)，更在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證。在新能源汽車領(lǐng)域，扁線電機(jī)已經(jīng)成為了多個(gè)知名品牌的首選驅(qū)動(dòng)電機(jī)，展現(xiàn)出了卓越的能和效果。下面，就來(lái)看看一些扁線電機(jī)在不同類型的新能源汽車中的具體應(yīng)用體現(xiàn)。
首先，是舍弗勒P2電機(jī)。這是一款集成式混合動(dòng)力系統(tǒng)，將扁線電機(jī)、離合器和變速箱整合在一起，形成一個(gè)緊湊的模塊。這樣可以節(jié)省空間和重量，提高安裝效率和可靠。
舍弗勒P2電機(jī)采用了高效率的扁線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最高120kW的功率輸出和300Nm的峰值扭矩，在低轉(zhuǎn)速時(shí)也能保持高效率。舍弗勒P2電機(jī)已經(jīng)被奧迪、寶馬、大眾等多個(gè)豪華品牌采用，并獲得了良好的市場(chǎng)反饋。
其次，是通用Volt發(fā)電機(jī)。這是一款插電式混合動(dòng)力汽車，采用了兩臺(tái)扁線電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力源，并配備了一個(gè)小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為備用發(fā)電裝置。
通用Volt發(fā)電機(jī)利用了扁線技術(shù)的低噪音優(yōu)勢(shì)，在純電模式下可以提供安靜舒適的駕乘體驗(yàn)，并且可以實(shí)現(xiàn)最高149kW的功率輸出和370Nm的峰值扭矩，在加速時(shí)也能保持平穩(wěn)流暢。通用Volt發(fā)電機(jī)已經(jīng)在、歐洲、中國(guó)等多個(gè)市場(chǎng)銷售，并獲得了消費(fèi)者和專業(yè)評(píng)測(cè)者的認(rèn)可。
最后，來(lái)看看豐田普銳斯驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這是一款全球知名的混合動(dòng)力汽車，采用了一臺(tái)扁線電機(jī)作為輔助驅(qū)動(dòng)力源，并配備了一個(gè)阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力源。
豐田普銳斯驅(qū)動(dòng)電機(jī)利用了扁線技術(shù)的高功率密度優(yōu)勢(shì)，在相同體積下可以提供更大的功率輸出和更強(qiáng)的過(guò)載能力，并且可以實(shí)現(xiàn)最高53kW的功率輸出和163Nm的峰值扭矩，在低速時(shí)也能提供足夠的動(dòng)力支持。
豐田普銳斯驅(qū)動(dòng)電機(jī)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)銷售了超過(guò)1000萬(wàn)輛，并獲得了無(wú)數(shù)用戶和環(huán)保組織的贊譽(yù)。
從這些案例中，可以看出，扁線電機(jī)已經(jīng)成為了新能源汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向，它不僅可以提高汽車的能和效率，還可以降低汽車的成本和環(huán)境影響。這就是為什么扁線電機(jī)一夜之間從燙手山芋變成了人見(jiàn)人愛(ài)的香餑餑！
扁線電機(jī)雖然有著諸多優(yōu)勢(shì)，但是也不是沒(méi)有缺點(diǎn)和困難。在實(shí)際的生產(chǎn)和應(yīng)用中，扁線電機(jī)還面臨著一些技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，需要不斷地研究和改進(jìn)。
首先，扁線電機(jī)的制造工藝比較復(fù)雜。由于扁線電機(jī)的導(dǎo)體截面是矩形的，而不是圓形的，所以在繞組過(guò)程中需要更多的精度和技巧，以保證導(dǎo)體之間的間距和排列均勻，并避免導(dǎo)體之間的磨損和損傷。此外，扁線電機(jī)的繞組也需要更多的材料和時(shí)間，從而增加了生產(chǎn)成本和周期。
其次，扁線電機(jī)的散熱問(wèn)題比較突出。由于扁線電機(jī)的槽滿率更高，導(dǎo)致了繞組內(nèi)部空氣流通不暢，難以有效地散發(fā)熱量。
同時(shí)，由于扁線電機(jī)的功率密度更高，在高負(fù)荷工況下會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，并可能導(dǎo)致繞組溫度過(guò)高、絕緣老化、能下降等問(wèn)題。因此，扁線電機(jī)需要采用更好的散熱設(shè)計(jì)和材料，以保證其穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
最后，扁線電機(jī)還存在一些其他方面的挑戰(zhàn)。比如，在使用過(guò)程中可能會(huì)受到外界干擾或者自身故障而影響其控制精度和效果；在與其他部件配合時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)匹配或者兼容問(wèn)題；在市場(chǎng)推廣時(shí)可能會(huì)遇到用戶認(rèn)知或者接受程度不高等問(wèn)題。
結(jié)語(yǔ)：通過(guò)上文的介紹，我們可以了解到扁線電機(jī)是一種新型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它與傳統(tǒng)的圓線電機(jī)相比，有著更高的槽滿率、功率密度、效率和過(guò)載能力，以及更低的體積、重量、噪音和成本。這些優(yōu)勢(shì)使得扁線電機(jī)在新能源汽車領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間。
因此，為什么扁線電機(jī)一夜之間從燙手山芋變成了人見(jiàn)人愛(ài)的香餑餑？原因就是扁線電機(jī)符合了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求和方向，它可以為新能源汽車提供更高效、更節(jié)能、更舒適、更環(huán)保的驅(qū)動(dòng)方案。
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