2021年10月27日
按照材料形狀,電磁線可分為圓線、扁平線、異型線。圓線是最早發(fā)展的技術(shù),目前仍是產(chǎn)量最大、應用最廣泛的電磁線。圓線繞成線圈會形成空隙,空間利用率較低,進而電機效率和功率密度也較低。為進一步提升電機效率,扁線電機技術(shù)開始得到業(yè)界關(guān)注。
扁線電機是一種繞組技術(shù),采用橫截面為方形的電磁線。定子組件制造時,首先把繞組做成發(fā)卡狀,穿進預制的定子槽;然后,在另一端將繞組扭曲、焊接,形成完整繞組。在正方形的定子的截面中,方形的銅線可以完全填滿整個截面,提升銅線的利用效率。
扁線電機具有體積小,用材少,功率高,效率高,噪音少等優(yōu)勢,契合新能源汽車發(fā)展的需要,是未來電機行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
優(yōu)勢1:體積小,功率高。相同功率,體積更小,重量減小約11%,用材更少,成本更低; 或者相同體積,槽滿率(指線圈放入槽內(nèi)后占用槽內(nèi)空間的比例)提升,磁場更強,功率密度提升。圓線變成扁線,理論上相同空間提下,扁線電機可達70%的槽滿率,填充的銅可以增加20-30%,產(chǎn)生更強的磁場強度,增加功率。
優(yōu)勢2:溫度性能更好。內(nèi)部空隙變少,扁線間的接觸面積提升,繞組和鐵心槽之間接觸更好,熱傳導散熱更好,提升電機性能。相同設計的扁銅線電機繞組溫升比圓銅線電機低10%。
優(yōu)勢3:減少銅耗。永磁同步電機最高效率可達97%左右, 3%左右的電機損耗主要來自于銅耗、鐵耗、風損等,其中銅耗占比最大,約為50%。扁線電機通過提高銅滿率,能夠減少40%的銅耗,降低電機損耗。
優(yōu)勢4:電機的平均效率將提升1%-2%,全速效率提升2-3%,扁線電機在中低轉(zhuǎn)速的高效區(qū)域要大于圓線電機。
優(yōu)勢5:電磁噪音更低。扁線電機導線的應力比較大,剛性比較大,電樞具備更好的剛度,對電樞噪音具有抑制作用;可以取相對較小的槽口尺寸,有效降低齒槽力矩,進一步降低電機電磁噪音。
優(yōu)勢6:繞組的端部短,節(jié)省銅材,提升效率。傳統(tǒng)的圓線電機為避免加工中損傷銅線,其端部通常留有較長銅線。扁線電機可以在加工的時候把端部做得小一點。與圓線電機相比減少20%的端部尺寸,進一步降低體積。
扁線電機起初用于大功率工業(yè)電機,大功率發(fā)電機組,后來延伸到車輛領(lǐng)域。
扁線的趨勢替代在產(chǎn)業(yè)界中已然開啟。扁線電機最先在國外車企得以應用,早在2007年雪佛蘭沃藍達就搭載了麥格納的扁線電機。而后續(xù)豐田、日產(chǎn)也裝配了日本電裝的扁線電機。特斯拉扁線電機也已經(jīng)開始量產(chǎn)。
目前,國內(nèi)也在加速扁線技術(shù)的研究。上汽、比亞迪、北汽、長城、吉利、蔚來等整車廠都在推進使用扁線電機;方正電機、漢拿電機等電機企業(yè)也開始推出扁線產(chǎn)品。
目前大部分廠家采用hairpin導體結(jié)構(gòu)制造扁線電機;另外一種正在研發(fā)的定子類型是wave winding,它具有沒有焊點,能縮短端部高度,節(jié)省生產(chǎn)成本的優(yōu)點。
特斯拉國產(chǎn)電機版本落地,帶動行業(yè)扁線電機滲透率持續(xù)提升。使用扁線能提升電機效率進而提升整車續(xù)航里程,新能源車扁線電機趨勢確定,自主品牌和合資品牌都在推進扁線進程。今年是扁線應用的元年,特斯拉國產(chǎn)電機版本的交付將加速行業(yè)扁線電機滲透過程,預計到明年年底,扁線電機在新能源新車型上的滲透率能夠提升到90%左右。
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