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与圆形电机相比,为什么扁线电机更适合新能源汽车领域?

发布时间:2023年7月24日 | 文章来源:今日电机 | 浏览次数:388 | 访问原文

扁线电机与圆线电机的区别在于铜线的成形方式,扁线有利于电机槽满率的提升,一般圆线电机的槽满率为40%左右,而扁线电机的槽满率能达到60%以上。槽满率的提升意味着在空间不变的前提下,可以填充更多的铜线,产生更强的磁场强度,提升功率密度。
扁线电机是一种新型的驱动电机,它的导线是扁的而不是圆的,但它并不是一个新鲜事物,几十年前就已经出现在工业领域。但是,在新能源汽车上使用扁线电机却是近几年的事情。那么,扁线电机到底是怎么工作的呢?它又如何实现那些优势呢?接下来,本文将从多个方面来详细介绍扁线电机。

 扁线电机是什么

扁线电机并不是一个新鲜的概念,它的发展由来已久,几十年了。最初,它主要应用于工业领域的大功率电机和发电机组,因为这些场合对电机的功率和效率要求很高。

后来,新能源汽车产业逐渐兴起,扁线电机也开始应用到车辆领域。车辆上很多应用功能采用扁线电机,比如汽车发电机、起动机、EPS(电动助力转向)电机、主驱动电机、P2(平行混合动力)系统电机等等。

把线做“扁”带来的优点

那么,在新能源汽车中,扁线电机有什么优势呢?接下来将从以下几个方面进行分析:

首先,槽满率是指电机定子插槽中铜导体的填充比例。扁线电机使用铜条代替铜线,使得插槽中的铜导体更多,从而提高了槽满率。这有什么好处呢?

想象一下,如果你要用一根绳子把一个箱子捆起来,是用一根粗绳子还是用几根细绳子呢?显然,用一根粗绳子会更省力,因为它能够更紧密地包裹住箱子。

同理,扁线电机的铜条就像粗绳子一样,能够更紧密地包裹住定子齿。这样就能够减少磁场泄漏和磁阻,提高电机的磁通量和转矩。

其次,功率密度和效率是指电机在单位体积或重量下输出的功率或效果。扁线电机由于槽满率高,能够在相同或更小的体积和重量下输出更大的功率。这对于新能源汽车来说非常重要,因为它意味着可以节省空间和成本,提升能和里程。

最后,噪音和舒适是指电机在运行过程中产生的或振动对人们感觉的影响。扁线电机由于槽满率高,在低转速高扭矩或高转速低扭矩的工况下工作效率更高

这意味着它可以在较低的转速下输出较大的扭矩或在较高的转速下输出较小的扭矩。这样就能够减少转速变化带来的噪音或振动。

综上所述,扁线电机相比圆线电机,具有槽满率高、功率密度和效率高、噪音和舒适好等优点

这些优点使得扁线电机在新能源汽车领域有着广阔的应用前景和市场潜力。那么,扁线电机是怎么实现这些优点的呢?它的工作原理又是什么呢?

扁线电机如何“扁”出优势

扁线电机和圆线电机的工作原理本质上没有区别,都是通过电流在磁场中受力作用产生转动。不同之处在于,扁线电机采用扁平的矩形导线而不是传统的圆形导线。这样做有什么好处呢?我们可以用一个简单的比喻来理解。

假设要填满一个盒子,尽可能不留空隙,你会选圆柱体还是扁平的长方体?如果选圆柱体,那么你会发现盒子里还有很多空隙,圆柱体之间不能紧密地排列。如果是扁平的长方体,它们之间几乎没有空隙。

同样地,如果用扁平的矩形导线替代圆形导线,就可以提高槽满率,即线圈放入槽内后占用槽内空间的比例,因为扁线之间没有空隙,而圆线之间有空隙。

高槽满率意味着什么?意味着在相同体积内,扁线电机可以多填充20-30%的导线。这就相当于增加了电流通过导线时产生的磁场数量和强度。

磁场越强,则电机产生的转动力矩(即转动能力)就越大。因此,在相同体积下,扁线电机比圆线电机具有更高的功率密度(即单位体积内输出功率)和效率(即输出功率与输入功率之比)。

此外,扁线还有一个优点,它可以降低绕组中皮尔斯损耗(即由于交流电流在绕组中引起涡流损耗)。因为扁平导线相对于圆形导线来说,在垂直于绕组轴向上具有更小截面积和更大周长。

这样一来,在交变磁场中产生涡流时所需穿过截面积较小、周长较大、阻值较大、涡流较小;反之则截面积较大、周长较小、阻值较小、涡流较大。因此,在相同条件下,扁平导线比圆形导线具有更低皮尔斯损耗。

综上所述,扁线导线使得扁线电机在相同体积下,具有更高的槽满率、功率密度、效率和过载能力,从而提升了电机的能和可靠。这就是扁线电机的工作原理和优势所在。

扁线电机的用武之地

扁线电机的优势不仅在理论上有所体现,更在实践中得到了验证。在新能源汽车领域,扁线电机已经成为了多个知名品牌的首选驱动电机,展现出了卓越的能和效果。下面,就来看看一些扁线电机在不同类型的新能源汽车中的具体应用体现。

首先,是舍弗勒P2电机。这是一款集成式混合动力系统,将扁线电机、离合器和变速箱整合在一起,形成一个紧凑的模块。这样可以节省空间和重量,提高安装效率和可靠。

舍弗勒P2电机采用了高效率的扁线技术,可以实现最高120kW的功率输出和300Nm的峰值扭矩,在低转速时也能保持高效率。舍弗勒P2电机已经被奥迪、宝马、大众等多个豪华品牌采用,并获得了良好的市场反馈。

其次,是通用Volt发电机。这是一款插电式混合动力汽车,采用了两台扁线电机作为主要驱动力源,并配备了一个小型汽油发动机作为备用发电装置。

通用Volt发电机利用了扁线技术的低噪音优势,在纯电模式下可以提供安静舒适的驾乘体验,并且可以实现最高149kW的功率输出和370Nm的峰值扭矩,在加速时也能保持平稳流畅。通用Volt发电机已经在、欧洲、中国等多个市场销售,并获得了消费者和专业评测者的认可。

最后,来看看丰田普锐斯驱动电机。这是一款全球知名的混合动力汽车,采用了一台扁线电机作为辅助驱动力源,并配备了一个阿特金森循环发动机作为主要驱动力源。

丰田普锐斯驱动电机利用了扁线技术的高功率密度优势,在相同体积下可以提供更大的功率输出和更强的过载能力,并且可以实现最高53kW的功率输出和163Nm的峰值扭矩,在低速时也能提供足够的动力支持。

丰田普锐斯驱动电机已经在全球范围内销售了超过1000万辆,并获得了无数用户和环保组织的赞誉。

从这些案例中,可以看出,扁线电机已经成为了新能源汽车驱动技术的重要发展方向,它不仅可以提高汽车的能和效率,还可以降低汽车的成本和环境影响。这就是为什么扁线电机一夜之间从烫手山芋变成了人见人爱的香饽饽!

扁线电机面临的困难

扁线电机虽然有着诸多优势,但是也不是没有缺点和困难。在实际的生产和应用中,扁线电机还面临着一些技术难题和挑战,需要不断地研究和改进。

首先,扁线电机的制造工艺比较复杂。由于扁线电机的导体截面是矩形的,而不是圆形的,所以在绕组过程中需要更多的精度和技巧,以保证导体之间的间距和排列均匀,并避免导体之间的磨损和损伤。此外,扁线电机的绕组也需要更多的材料和时间,从而增加了生产成本和周期。

其次,扁线电机的散热问题比较突出。由于扁线电机的槽满率更高,导致了绕组内部空气流通不畅,难以有效地散发热量

同时,由于扁线电机的功率密度更高,在高负荷工况下会产生更多的热量,并可能导致绕组温度过高、绝缘老化、能下降等问题。因此,扁线电机需要采用更好的散热设计和材料,以保证其稳定可靠地运行。

最后,扁线电机还存在一些其他方面的挑战。比如,在使用过程中可能会受到外界干扰或者自身故障而影响其控制精度和效果;在与其他部件配合时可能会出现匹配或者兼容问题;在市场推广时可能会遇到用户认知或者接受程度不高等问题。

结语:通过上文的介绍,我们可以了解到扁线电机是一种新型的驱动电机,它与传统的圆线电机相比,有着更高的槽满率、功率密度、效率和过载能力,以及更低的体积、重量、噪音和成本。这些优势使得扁线电机在新能源汽车领域有着广阔的应用前景和市场空间。

因此,为什么扁线电机一夜之间从烫手山芋变成了人见人爱的香饽饽?原因就是扁线电机符合了新能源汽车产业的发展需求和方向,它可以为新能源汽车提供更高效、更节能、更舒适、更环保的驱动方案