為什么扁線電機更適合新能源汽車
發布時間：2023年9月21日 |
文章來源：旺材電機與電控 |
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扁線電機與圓線電機的區別在于銅線的成形方式，扁線有利于電機槽滿率的提升，一般圓線電機的槽滿率為40%左右，而扁線電機的槽滿率能達到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，產生更強的磁場強度，提升功率密度。
扁線電機是一種新型的驅動電機，它的導線是扁的而不是圓的，但它并不是一個新鮮事物，幾十年前就已經出現在工業領域。
但是，在新能源汽車上使用扁線電機卻是近幾年的事情。那么，扁線電機到底是怎么工作的呢？它又如何實現那些優勢呢？接下來，本文將從多個方面來詳細介紹扁線電機。
扁線電機并不是一個新鮮的概念，它的發展由來已久，幾十年了。最初，它主要應用于工業領域的大功率電機和發電機組，因為這些場合對電機的功率和效率要求很高。
后來，新能源汽車產業逐漸興起，扁線電機也開始應用到車輛領域。車輛上很多應用功能采用扁線電機，比如汽車發電機、起動機、EPS（電動助力轉向）電機、主驅動電機、P2（平行混合動力）系統電機等等。
那么，在新能源汽車中，扁線電機有什么優勢呢？接下來將從以下幾個方面進行分析：
首先，槽滿率是指電機定子插槽中銅導體的填充比例。扁線電機使用銅條代替銅線，使得插槽中的銅導體更多，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箱子捆起來，是用一根粗繩子還是用幾根細繩子呢？顯然，用一根粗繩子會更省力，因為它能夠更緊密地包裹住箱子。
同理，扁線電機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泄漏和磁阻，提高電機的磁通量和轉矩。
其次，功率密度和效率是指電機在單位體積或重量下輸出的功率或效果。扁線電機由于槽滿率高，能夠在相同或更小的體積和重量下輸出更大的功率。這對于新能源汽車來說非常重要，因為它意味著可以節省空間和成本，提升能和里程。
最后，噪音和舒適是指電機在運行過程中產生的或振動對人們感覺的影響。扁線電機由于槽滿率高，在低轉速高扭矩或高轉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速下輸出較大的扭矩或在較高的轉速下輸出較小的扭矩。這樣就能夠減少轉速變化帶來的噪音或振動。
綜上所述，扁線電機相比圓線電機，具有槽滿率高、功率密度和效率高、噪音和舒適好等優點。
這些優點使得扁線電機在新能源汽車領域有著廣闊的應用前景和市場潛力。那么，扁線電機是怎么實現這些優點的呢？它的工作原理又是什么呢？
扁線電機和圓線電機的工作原理本質上沒有區別，都是通過電流在磁場中受力作用產生轉動。不同之處在于，扁線電機采用扁平的矩形導線而不是傳統的圓形導線。這樣做有什么好處呢？我們可以用一個簡單的比喻來理解。
假設要填滿一個盒子，盡可能不留空隙，你會選圓柱體還是扁平的長方體？如果選圓柱體，那么你會發現盒子里還有很多空隙，圓柱體之間不能緊密地排列。如果是扁平的長方體，它們之間幾乎沒有空隙。
同樣地，如果用扁平的矩形導線替代圓形導線，就可以提高槽滿率，即線圈放入槽內后占用槽內空間的比例，因為扁線之間沒有空隙，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，扁線電機可以多填充20-30%的導線。這就相當于增加了電流通過導線時產生的磁場數量和強度。
磁場越強，則電機產生的轉動力矩（即轉動能力）就越大。因此，在相同體積下，扁線電機比圓線電機具有更高的功率密度（即單位體積內輸出功率）和效率（即輸出功率與輸入功率之比）。
此外，扁線還有一個優點，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）。因為扁平導線相對于圓形導線來說，在垂直于繞組軸向上具有更小截面積和更大周長。
這樣一來，在交變磁場中產生渦流時所需穿過截面積較小、周長較大、阻值較大、渦流較小；反之則截面積較大、周長較小、阻值較小、渦流較大。因此，在相同條件下，扁平導線比圓形導線具有更低皮爾斯損耗。
綜上所述，扁線導線使得扁線電機在相同體積下，具有更高的槽滿率、功率密度、效率和過載能力，從而提升了電機的能和可靠。這就是扁線電機的工作原理和優勢所在。
扁線電機的優勢不僅在理論上有所體現，更在實踐中得到了驗證。在新能源汽車領域，扁線電機已經成為了多個知名品牌的首選驅動電機，展現出了卓越的能和效果。下面，就來看看一些扁線電機在不同類型的新能源汽車中的具體應用體現。
首先，是舍弗勒P2電機。這是一款集成式混合動力系統，將扁線電機、離合器和變速箱整合在一起，形成一個緊湊的模塊。這樣可以節省空間和重量，提高安裝效率和可靠。
舍弗勒P2電機采用了高效率的扁線技術，可以實現最高120kW的功率輸出和300Nm的峰值扭矩，在低轉速時也能保持高效率。舍弗勒P2電機已經被奧迪、寶馬、大眾等多個豪華品牌采用，并獲得了良好的市場反饋。
其次，是通用Volt發電機。這是一款插電式混合動力汽車，采用了兩臺扁線電機作為主要驅動力源，并配備了一個小型汽油發動機作為備用發電裝置。
通用Volt發電機利用了扁線技術的低噪音優勢，在純電模式下可以提供安靜舒適的駕乘體驗，并且可以實現最高149kW的功率輸出和370Nm的峰值扭矩，在加速時也能保持平穩流暢。通用Volt發電機已經在、歐洲、中國等多個市場銷售，并獲得了消費者和專業評測者的認可。
最后，來看看豐田普銳斯驅動電機。這是一款全球知名的混合動力汽車，采用了一臺扁線電機作為輔助驅動力源，并配備了一個阿特金森循環發動機作為主要驅動力源。
豐田普銳斯驅動電機利用了扁線技術的高功率密度優勢，在相同體積下可以提供更大的功率輸出和更強的過載能力，并且可以實現最高53kW的功率輸出和163Nm的峰值扭矩，在低速時也能提供足夠的動力支持。
豐田普銳斯驅動電機已經在全球范圍內銷售了超過1000萬輛，并獲得了無數用戶和環保組織的贊譽。
從這些案例中，可以看出，扁線電機已經成為了新能源汽車驅動技術的重要發展方向，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境影響。這就是為什么扁線電機一夜之間從燙手山芋變成了人見人愛的香餑餑！
扁線電機雖然有著諸多優勢，但是也不是沒有缺點和困難。在實際的生產和應用中，扁線電機還面臨著一些技術難題和挑戰，需要不斷地研究和改進。
首先，扁線電機的制造工藝比較復雜。由于扁線電機的導體截面是矩形的，而不是圓形的，所以在繞組過程中需要更多的精度和技巧，以保證導體之間的間距和排列均勻，并避免導體之間的磨損和損傷。此外，扁線電機的繞組也需要更多的材料和時間，從而增加了生產成本和周期。
其次，扁線電機的散熱問題比較突出。由于扁線電機的槽滿率更高，導致了繞組內部空氣流通不暢，難以有效地散發熱量。
同時，由于扁線電機的功率密度更高，在高負荷工況下會產生更多的熱量，并可能導致繞組溫度過高、絕緣老化、能下降等問題。因此，扁線電機需要采用更好的散熱設計和材料，以保證其穩定可靠地運行。
最后，扁線電機還存在一些其他方面的挑戰。比如，在使用過程中可能會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可能會出現匹配或者兼容問題；在市場推廣時可能會遇到用戶認知或者接受程度不高等問題。
結語：通過上文的介紹，我們可以了解到扁線電機是一種新型的驅動電機，它與傳統的圓線電機相比，有著更高的槽滿率、功率密度、效率和過載能力，以及更低的體積、重量、噪音和成本。這些優勢使得扁線電機在新能源汽車領域有著廣闊的應用前景和市場空間。
因此，為什么扁線電機一夜之間從燙手山芋變成了人見人愛的香餑餑？原因就是扁線電機符合了新能源汽車產業的發展需求和方向，它可以為新能源汽車提供更高效、更節能、更舒適、更環保的驅動方案。
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