800V能显著降低高压线束线径,减少发热,降低质量,节约线束成本。
然而,800V平台也带来了新的技术挑战,其中最为显著的是电晕腐蚀问题。电晕放电(corona discharge)是一种在气体介质中的不均匀电场局部自持放电现象,常发生在曲率半径很小的尖端电极附近,如绕组出槽口处、绕组绝缘层内部等。电晕放电会导致热效应、机械损坏和化学损坏,对电机绝缘造成重大危害。因此,如何解决电晕腐蚀问题,成为800V平台技术发展的关键。
上图(左):脉冲电压 (右):电晕腐蚀
为了满足800V平台的技术要求,主要有两种技术路线来解决电晕腐蚀问题。
厚漆膜工艺:通过增加漆膜厚度,可以提高漆包线的局部放电起始电压(PDIV)值和耐电晕性能。然而,厚漆膜工艺也存在一些缺陷,如产能下降、单位能耗上升、废气排放增加等。此外,漆膜过厚还可能影响漆膜的柔韧性和驱动电机线圈的长期使用性能。
薄漆膜+PEEK膜包工艺:聚醚醚酮(PEEK)作为一种高性能工程塑料,具有耐高温、耐磨损、耐电晕腐蚀等优异性能。采用薄漆膜+PEEK膜包工艺,可以在保证绝缘性能的同时,降低漆膜厚度,提高电机的功率密度和槽满率。此外,PEEK材料的综合性能优于传统漆包产品,特别是在极端工作环境下表现更为出色。
上图(左):PEEk 化学方程式 (右):PEEK的应用
PEEK与波绕
PEEK更是因其优秀的综合能力作为高压电机扁线解决方案。
这几年X-pin电机的概念备受关注,然而有不少人认为X-pin只是过渡产品,如果能够优化波绕工艺并克服技术难题,W-pin(即波绕技术)有望超越X-pin。
波绕工艺简单分为:导线成型-线圈排布-卷绕成型-嵌线。其示意图如下,相较于发卡电机,波绕工艺少了扭头、切平、焊接工艺,其工艺流程相对简化,但是对应的难度也相对较大。
首先,导线成型是波绕工艺中的关键环节,该过程主要对设备的要求高。由于波绕的导线是连续的,线成型机的体积相对较大,且需要实现高精度的控制。这要求设备具备出色的稳定性和精确度,以确保导线成型的质量和一致性。
其次,波绕工艺在线圈排布和嵌线过程中也存在一定的挑战。导线在绕制过程中需要保持一定的张力和形状,以避免在插入定子槽时损伤漆皮,确保绝缘性能。这要求工艺以及设备要不断调整达到最优解。
针对这些问题,PEEK则可以作为解决方案,为新能源汽车的发展注入新的动力。
PS:扁线电机杂谈↓
高槽满率: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。这种设计能够减少磁场泄漏和磁阻,提高电机的磁通量和转矩。高槽满率意味着在相同的体积或重量下,扁线电机能够输出更大的功率,这对于新能源汽车来说非常重要,因为它可以节省空间和成本,提升能量密度和里程。
高功率密度和效率:由于槽满率高,扁线电机能够在相同或更小的体积和重量下输出更大的功率。这对于需要高性能、高效率的应用场景非常有利,如新能源汽车等1。
良好的温度性能:扁线电机的内部空隙变少,扁线与扁线之间的接触面积大,散热和热传导更好。这种设计可以提升电机的温度性能,通过温度场仿真,相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。
低电磁噪音:扁线电机在低转速高扭矩或高转速低扭矩的工况下工作效率更高,这减少了转速变化带来的噪音或振动。因此,扁线电机相比圆线电机,具有更好的噪音和舒适性。
综上所述,扁线电机通过其独特的设计和材料选择,在提高功率密度、效率、温度性能以及降低噪音方面表现出色,使其成为许多高性能应用的首选。
扁线电机的铜条,你可以想象成粗绳子,它紧紧地裹住定子齿,就像咱们绑东西一样扎实。这样一来,磁场就不容易泄漏,磁阻也小了,电机的磁通量和转矩就自然提高了。这设计,真是既实用又巧妙啊!
说到电机的性能啊,有个很重要的指标就是功率密度和效率。简单来说,这就是电机在有限的空间或重量里能释放出多少劲儿。扁线电机在这方面就挺牛的,它的槽满率很高,也就是说在同样的空间或重量下,它能释放出更多的功率。这对新能源汽车来说太重要了,能省空间、省成本,还能让车子跑得更快、更远!
最后,咱们来说说噪音和舒适性这块儿。电机在转的时候,会发出声音或者有点震动,这会影响我们的感觉。而扁线电机呢,它的槽满率挺高,所以在低转速但扭矩大,或者转速高但扭矩小的时候,它都能更好地干活,效率杠杠的。这可真是让人省心啊!
这就是说,不论是在转速慢的时候还是快的时候,它都能根据需要输出合适的扭矩,既不会太大也不会太小。这样一来,它就能让机器转得更平稳,减少那种烦人的噪音和震动,真是挺实用的!
总的来说啊,扁线电机比圆线电机就是强在那么几个方面:首先啊,它的槽满率特高,这样就能装下更多的线,提高功率密度;其次呢,效率也特别好,能量利用率高,省电又环保;最后啊,噪音还小,用起来特舒服,真是好处多多啊!
扁线电机啊,真是个神奇的东西,它在新能源汽车这块儿可有不小的用武之地和前景呢。那大家想不想知道,这货到底怎么做到这么牛的?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其实工作起来差不多,都是靠电流在磁场里受力转起来。不过啊,扁线电机用的是扁扁的矩形导线,不是圆的那种。那这样有啥好处呢?我来打个比方吧,这就好比咱们跑步,穿轻便的运动鞋肯定比穿厚重的皮鞋跑得快,扁线电机用的导线就像那轻便的运动鞋,让电机转得更轻松、更有效率。
要想把一个盒子装得满满的,不留啥缝隙,你说是选圆柱体好还是那种扁扁的长方体好?要我说啊,要是选圆柱体,那盒子里头肯定还有好多空隙,它们之间根本挨不紧。但要是选那种扁扁的长方体,它们就能挨得紧紧的,几乎没啥缝隙了。所以嘛,我还是觉得扁扁的长方体更合适。
咱们换种方式说说,要是咱用那种扁平的矩形导线替换掉圆形导线,那线圈放到槽里以后,占用的空间就能更多了,这就叫槽满率提高了。为啥呢?因为扁线它们挨得紧紧的,中间没啥空隙,不像圆线那样,一个个之间都有空当儿。这样一换,效率可就上去了!
高槽满率有啥好处啊?简单来说,就是同样大小的电机里,扁线电机可以多塞进去20-30%的导线。这样一来,导线多了,电流流过时产生的磁场也就更强大、更密集了。
磁场要是越强,那电机转起来的力量就越大。这么一来,同样大小的电机里,扁线电机可比圆线电机厉害多了。它能在那么小的地方发出更大的功率,效率也更高。说白了,就是同样的体积,扁线电机能做出更多的活儿,还不怎么费电。
其实啊,扁线还有一个挺厉害的好处呢,就是它能把绕组里的皮尔斯损耗给降下来。你们可能不知道,皮尔斯损耗就是交流电流在绕组里搞出来的涡流损耗。为啥扁线能做到这点呢?那是因为跟圆形导线比起来,扁线在垂直于绕组的那个方向上,截面积更小,但周长更大。这样一来,损耗就自然减少了。
在交变磁场里搞涡流,要是截面积小、周长大、电阻大,那涡流就小;反过来,截面积大、周长短、电阻小,涡流就大。这样看,扁平导线在同样条件下,比圆形导线皮尔斯损耗小多了。简单来说,就是扁线比圆线在磁场里搞涡流时损耗更少。
总结来说啊,扁线电机之所以那么牛,全得归功于扁线导线。这扁线导线让电机在同样的空间下,槽里能塞得更多,功率更大,效率更高,还能承受更多负荷。这样一来,电机的性能和稳定性都得到了大大的提升。这就是扁线电机为啥能这么受欢迎的原因啦!
【扁线电机的用武之地】
扁线电机的厉害之处,可不只是纸上谈兵,它在实际应用中也是经受住了考验的。现在,新能源汽车里好多大品牌都选它当驱动电机,效果特别好。接下来,咱就聊聊扁线电机在各种新能源汽车里是怎么用的,表现又咋样。
首先来说说这个舍弗勒P2电机吧,这货可真的是个集成小能手啊!它就是一个整合了扁线电机、离合器和变速箱的混合动力系统,就像把一堆零部件都塞进了一个盒子里,变成了个紧凑的小模块。这样一来,不仅省下了不少空间和重量,安装起来也更方便了,效率噌噌往上涨,而且啊,还特靠谱!真的是既实用又方便,让人不得不爱啊!
舍弗勒P2电机可真是个厉害家伙,它用上了高效率的扁线技术,这种技术可不是盖的,能让它最大输出120kW的功率和300Nm的峰值扭矩,哪怕是在低转速的时候,也能保持高效率。现在啊,奥迪、宝马、大众这些豪华品牌都抢着用舍弗勒P2电机,市场反馈也是好得不得了。你说这电机厉不厉害?大家都说好啊!
另外啊,通用Volt发电机也是个不错的选择。这车子是插电式混合动力的,主要靠两台扁线电机来驱动,还有个小汽油发动机,万一需要的话也能发电。这样设计真是既环保又实用,挺接地气的。
通用Volt发电机采用了扁线技术,让它在纯电模式下运行时特别安静,坐着特别舒服。它最大能输出149kW的功率,峰值扭矩能达到370Nm,就算是加速也感觉特别顺畅。这款发电机已经在美国、欧洲、中国等地卖得很火,大家都说好用,连专业评测人员都赞不绝口。
最后,咱们来聊聊丰田普锐斯这车吧,它的驱动电机可是个亮点。作为全球知名的混合动力汽车,它用了一台扁线电机来辅助驱动,然后再加上一个阿特金森循环发动机作为主要的动力源。这车可真是个技术实力派,驾驶起来肯定很给力!
丰田普锐斯这车的驱动电机啊,可真是用了高科技的扁线技术。这种技术的好处就是能在同样的空间里,给车子输出更大的功率和更强的过载能力。听起来厉害吧?它还能实现最高53kW的功率输出和163Nm的峰值扭矩呢!就算是低速行驶,这动力也是杠杠的,绝对够用!
丰田普锐斯的驱动电机可真火啊,全球销量都超过1000万辆了!这玩意儿不仅深受用户喜爱,还得到了环保组织的一致好评。大家都说它好,可见它的实力不一般啊!
从这些例子咱们就能看出来,扁线电机现在可是新能源汽车驱动技术里的当红炸子鸡!它不仅能提升汽车的性能和效率,还能帮咱们省钱,对环境也友好。所以啊,扁线电机这玩意儿,一夜之间就从被人嫌弃的烫手山芋变成了大家都抢着要的香饽饽!
【扁线电机面临的困难】
扁线电机啊,好处确实不少,但也不是完美无缺的,它也有自己的短板和困难。在实际生产和使用过程中,这扁线电机还是碰到了不少技术上的难题和挑战,需要咱们不断地去琢磨、去改进才行。
扁线电机的制作可不是闹着玩的,挺复杂的。因为它的导体截面是矩形的,不像圆形的那么简单。所以,在绕线的时候,得特别小心,得保证线之间的间距和排列都刚刚好,不然容易磨损或者损坏。而且啊,因为绕线这么麻烦,所以用的材料和时间也更多,这就让生产成本和时间都增加了不少。哎,制作扁线电机可真是个技术活儿啊!
然后吧,扁线电机有个挺明显的问题,就是散热效果不太好。因为扁线电机的槽满得满满的,导致绕组里面的空气流通受阻,热量就很难散发出去。所以啊,这散热问题得好好解决一下。
其实啊,扁线电机因为它的功率密度大,所以在高负荷下会发热得更厉害。这样一搞,绕组温度就可能过高,绝缘也会老化,性能也跟着下降。所以啊,扁线电机得用更好的散热设计和材料,才能让它稳定可靠地工作。
扁线电机虽然强大,但也难免有些小烦恼。就拿使用过程来说吧,它可能会受到外面的干扰或者自己出点小故障,结果就会导致控制没那么精确、效果没那么好了。再说到它跟其他部件搭配,有时也会出现些配合不太好的情况,或者是兼容性问题。还有啊,市场推广也是个挑战,因为有些用户可能还不太了解它,或者觉得接受起来有点难。不过啊,这些都不是大问题,只要我们努力克服,扁线电机一定会越来越好的!
【结语】
通过上文的讲解,我们知道扁线电机这个新玩意儿可是个厉害角色。跟传统的圆线电机比起来,它的槽满率、功率密度、效率和过载能力都更强,而且体积更小、重量更轻、噪音更低、成本也更实惠。这些好处让扁线电机在新能源汽车领域大放异彩,未来发展潜力和市场空间可都不小哦。
那为啥扁线电机突然之间就从那让人头疼的烫手山芋,变成了大家都抢着要的香饽饽呢?说起来,还不是因为它太符合现在新能源汽车产业的需求和方向了呗。扁线电机啊,能给新能源汽车提供更高效、更节能、更舒适、更环保的驱动方案,你说这能不让人喜欢吗?
数据来源:
1、德邦研究所
EDC电驱未来
龚淑娟
李峥
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