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800V架构下,扁线电机如何“绕”?

800V高压平台下,整车电池系统、充电系统、电驱动系统都必须针对高压平台开发。电机作为三电系统的核心,其效率直接影响整车的性能。 800V架构下,电机的设计也与低压平台不同,要求电驱动系统向高效率、轻量化、低成本方向发展。在此背景下,扁平铜线绕制的电机越来越受到供应商和整车厂的青睐。

扁线电机和圆线电机的区别

理论上,扁线电机和圆线电机的主要区别在于铜线的形成方式,但实际上远不止于此。与圆线电机相比,扁线电机的槽填充率和功率密度均优于圆线电机。理论上,在保持一定空间的前提下,扁线电机可以实现70%的满槽容量。槽比、填充铜含量可增加20%-30%,产生更强的磁场强度,相当于功率增加20-30%。因此,在相同功率下,扁线电机体积更小,用料更少,成本更低。

另外,扁铜线电机线的应力比较大,刚性也比较好。对电枢噪声具有抑制作用,可以设计成比较小的缺口尺寸,可以有效降低齿槽转矩,进一步降低电机的电磁噪声,提高NVH性能。

扁线电机绕组形式

按制造工艺分类,扁线电机的绕制方式主要有发针式、工字针式和连续波形绕组。

1)工字绕线

I 针绕组是轴向嵌入绕组。将扁线导体直接轴向嵌入铁芯槽内后,两端扭绞焊接。制造工艺比较简单,但由于焊接部分占用了额外的径向尺寸,尾部较长,铜耗量较大,而且效率会随着温度升高而降低。

800V架构下,扁线电机如何“绕”?

2) 发夹式绕线

发夹式绕组的制造工艺相对工字形绕组更为复杂,并且在制造过程中多了一个预成型步骤。发夹式绕线需要将扁铜线预制成发夹状,另一端为焊接端,制造工艺难度较大。但由于减少了一端焊接,整体铜耗比I脚绕组低,电机效率也得到一定程度的提升。

除了成型工艺难度外,扁线发夹式绕组的工艺难度还在于绕组端部的绝缘处理,避免绕组与定子直接接触。同时,为了保证结构紧凑,绕组之间的间隙必须足够小。一个小的间隙会导致两个问题:

(1)间隙小,工艺公差小,呼吸量小的区域容易出现匝间击穿短路问题和隐藏的固有缺陷。

(2)匝间树脂绝缘材料损坏的问题一般通过在绕组间隙内安装绝缘纸来解决,但工艺成本较高。

使用发夹形电机的绕线也遇到末端高度的限制。传统发夹式绕组的端部呈三角形,端部高度Lc受到三角形夹角和间隙的限制。

目前,针对绕组高度问题,日本电装DENSO采用阶梯式端部设计,减小绕组的转弯半径,使端部高度Lc减少三角形棱角,从而形成更加紧凑的绕组结构。为了解决绕组之间的绝缘问题,DENSO在扁线的基本绝缘中添加了高分子绝缘材料,使得不同的线圈即使接触后也能满足绝缘要求。

值得注意的是,虽然发夹式绕组和工字针绕组在最大效率和峰值扭矩方面不相上下,但工字针绕组工艺更为简单。但由于焊点问题,焊点增多导致的失效风险也较高,因此Hair-pin绕线工艺是国内外广泛采用的工艺。目前,22款特斯拉Model 3/Y后轮驱动车型均配备发夹式绕线扁线电机。

800V架构下,扁线电机如何“绕”?

3)连续波绕组

波绕扁线是一种焊点较少、设计灵活性较高的绕制工艺。然而,现有的线圈布置主要存在以下问题:

(1)绕组支路不对称,造成反电动势、电阻、电感差异,降低电机性能。同时,绕组循环会增加电机的附加损耗,造成电机局部过热。

(2)电机绕组排列困难,易重叠,不易放入定子槽中。

(3)波形绕组跨度不同时,制造工艺复杂,模具投资成本高,生产难度大。

电机冷却散热研究

800V高压平台和扁线绕线技术的应用,必然导致电机向大功率、高速方向发展。特别是在采用发夹式绕组的电机中,集肤效应和涡流引起的热损耗不仅降低了电机的整体效率,而且在电机运行时会造成磁体退磁、绝缘材料老化以及齿轮箱等驱动单元的退化。长期在高温环境下运行。使用寿命问题。因此,这对电机的散热方式提出了新的要求。

电机冷却方式主要有三种:风冷、油冷、水冷。由于风冷散热效果有限,现有电机很少采用这种冷却形式。

800V架构下,扁线电机如何“绕”?

水冷电机借鉴了油车发动机的冷却方式,采用冷却水和乙二醇的混合液,通过机壳的冷却回路对电机进行冷却。但随着电机功率密度的增大,往往需要对热源进行直接冷却才能获得良好的散热效果。但水本身的导电性和磁性、沸点低、易膨胀等,导致水冷技术难以满足电机高功率要求等问题。

油冷却是目前采用的主要冷却方式。冷却油本身不导电、无磁性。可直接对电机壳体内部的齿轮轴、定子等进行冷却,可达到较好的冷却效果。另外,通过调整冷却油的配方,还可以在冷却的同时润滑电驱动系统的内部部件。因此,采用具有优异配比的油冷却方案将成为未来电机冷却方案的主流趋势。

随着油冷技术的应用,与油冷相关的控制部件逐渐成为市场主流,因为电机冷却需要精确的温度测量和控制。一般来说,测量电机温度的策略是将温度传感器布置在电机外部。但这种策略方法通常不准确,不能准确、实时地反映电机内部温度。采用油冷工艺后,可以直接测量电机内部油冷的温度,以监测电机温度。特斯拉在这方面做得非常出色。它采用最新的电子油泵专利来检测驱动系统内部的油温,根据油泵系统的读数分析驱动装置的状态,优化车辆的润滑系统和冷却。功效。

基于上述油冷测量,不少新势力也考虑了一体电机技术中的智能油温测量。以华为一驱高速智能油冷四驱系统为例,计划采用喷雾油道设计,直接冷却齿轮轴等产生摩擦发热的部件,以获得最佳的冷却效果。

结论

用户评论

陌離

800V架构,厉害!想看看扁线电机在这样电压下的控制效果怎么样?

    有18位网友表示赞同!

你与清晨阳光

这个话题很关键啊,很多时候电机的绕组是决定效率的关键因素。

    有8位网友表示赞同!

不忘初心

800V的话确实需要考虑一些特殊的材料和设计方案才能保证可靠性.

    有15位网友表示赞同!

陌颜

扁线电机在高压下更容易出现高温过载的问题,需要特别注意散热设计呀!

    有16位网友表示赞同!

墨城烟柳

这个标题好吸引人!期待看看具体的方法和参数,学习学习!

    有11位网友表示赞同!

∞◆暯小萱◆

感觉800V架构下,传统绕组方式可能不太合适,需要探索新的方案。

    有8位网友表示赞同!

恰十年

我关注一下,最近也在做一些高压电机相关的项目!

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笑叹★尘世美

扁线电机绕组工艺比较复杂,在大电压下更需要注意一点。

    有14位网友表示赞同!

命硬

太有意思了!希望分享一些具体的案例和经验,能让我对这个主题有更深层次的理解。

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孤街浪途

800V架构的未来可期!高效率扁线电机一定很有潜力。

    有5位网友表示赞同!

〆mè村姑

高手在民间!期待更多大神分享绕组的经验啊!

    有20位网友表示赞同!

你身上有刺,别扎我

我最近也在研究 800V 电机,对这个主题很感兴趣!

    有6位网友表示赞同!

命里缺他

800V 架构下的扁线电机绕组技术是未来电机发展的趋势。

    有9位网友表示赞同!

青山暮雪

学习学习!

    有12位网友表示赞同!

回到你身边

电压高、电流大,对电机和材料的挑战很大。

    有17位网友表示赞同!

绳情

这个技术的应用场景有哪些?期待详细介绍!

    有6位网友表示赞同!

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