發(fā)卡電機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-07-29
發(fā)卡電機(jī)的實(shí)例教程
具體展開如下：
缺點(diǎn)①：損耗高
扁線電機(jī)不可避免會遭遇“趨膚效應(yīng)”——當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場時，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流會趨向于集中在導(dǎo)體表面“皮膚”部分。
這一效應(yīng)帶來的結(jié)果是導(dǎo)體的電阻增加，導(dǎo)體的損耗功率也隨之增加。在扁線電機(jī)中的具體表現(xiàn)為當(dāng)頻率越高，扁線繞組的交流銅耗會越高。
同時該效應(yīng)還和電磁設(shè)計(jì)有關(guān)，比如槽內(nèi)磁密幅值、槽口高度等，也和扁銅線的尺寸有關(guān)。
缺點(diǎn)②：銅線難
這里的銅線難，指的是扁線電機(jī)對于銅線的要求相對于圓線電機(jī)更高。要求其具有一定的彈性，且彎折后會有一定程度的反彈。
這一要求，就使得設(shè)計(jì)難度直線上升，同時電線的絕緣層也會因?yàn)閺澱酆头磸椬兊酶讚p壞，產(chǎn)生缺口。
而扁線中的發(fā)卡電機(jī)對于銅線要求更高，傳統(tǒng)扁線電機(jī)在繞組成型后可以進(jìn)行包裹絕緣處理，但是發(fā)卡電機(jī)不行。
值得一提的是，日立金屬還專門為普銳斯電機(jī)開發(fā)了銅線，來解決這方面的問題。
缺點(diǎn)③：設(shè)備難
扁線由于工序復(fù)雜、精度要求高，通過人工制造基本不可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，必須依賴專業(yè)的高端設(shè)備，這是大規(guī)模普及的前提，也是制約其國產(chǎn)化的一個重要原因。
從供應(yīng)商來看，目前國內(nèi)這方面的設(shè)備供應(yīng)商尚未達(dá)到成熟完備的狀態(tài)；而在國外，日本、意大利、德國是世界主要的扁線電機(jī)供應(yīng)商國家，但其價(jià)格非常高昂。
展開 一、車用電機(jī)本體電磁性能優(yōu)化
磁鋼渦流損耗計(jì)算
發(fā)卡式繞組附加損耗計(jì)算
發(fā)卡式繞組環(huán)流計(jì)算
電機(jī)斜槽與斜極分析
電機(jī)幾何模型參數(shù)化分析
電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化分析
電機(jī)徑向電磁力分析
電機(jī)軸向電磁力計(jì)算
永磁體充磁和退磁分析
電機(jī)效率Map圖計(jì)算
永磁電機(jī)等效電路ECE模型抽取
感應(yīng)電機(jī)等效電路模型抽取
二、電機(jī)NVH性能分析
電機(jī)電磁力分析與優(yōu)化
電機(jī)模態(tài)分析
電機(jī)諧響應(yīng)分析
電機(jī)輻射聲功率瀑布圖計(jì)算
電機(jī)聲品質(zhì)分析
多學(xué)科性能優(yōu)化
三、電驅(qū)動系統(tǒng)EMC分析
電機(jī)ECE模型抽取
電機(jī)驅(qū)動電路仿真
IGBT建模與仿真
磁性元件建模與仿真
Busbar、Cable等寄生參數(shù)抽取
傳導(dǎo)干擾分析
輻射干擾分析
四、電機(jī)本體快速概念設(shè)計(jì)
Motor-CAD電磁分析
展開 圖4 汽車座椅激光焊接工作站
電動汽車核心部件激光焊接系統(tǒng)
新能源汽車核心零部件激光焊接系統(tǒng)主要用于新能源電機(jī)及電池托盤激光焊接(圖5、圖6)，焊接系統(tǒng)配備激光擺動焊接頭、焊縫跟蹤系統(tǒng)、在線檢測系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)等，解決銅、鋁合金等材料焊接工藝。目前主要應(yīng)用在發(fā)卡電機(jī)銅端子、電機(jī)定子、感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子銅條，以及5 系/6 系鋁合金、碳鋼、高強(qiáng)鋼電池托盤等汽車核心部件。
圖5 電機(jī)定子激光焊接機(jī)
圖6 電池托盤激光焊接機(jī)
全自動激光拼焊系統(tǒng)
全新智能化全自動激光拼焊板生產(chǎn)線(圖7)，是集激光焊接、自動上下料、焊縫跟蹤、焊縫質(zhì)量檢測、產(chǎn)品數(shù)據(jù)化管理系統(tǒng)等于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。激光拼焊系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)客戶需求提供手動、半自動、全自動拼焊系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)多張不同厚度、強(qiáng)度、材質(zhì)鋼板拼焊接成能進(jìn)行沖壓的板材，已成功應(yīng)用于車身立柱、門內(nèi)板、側(cè)圍、前縱梁、天窗等汽車零部件的焊接。
圖7 全自動激光拼焊板生產(chǎn)線
圖8 飛輪焊接生產(chǎn)線
汽車傳動部件激光焊接工作站(圖8)，可根據(jù)焊接產(chǎn)品進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多工位快速焊接及不同工件的加工切換。汽車零部件焊接采用高功率激光焊代替其他焊接方法，零件焊接部位變形很小，連接精度高，焊接速度快，連接強(qiáng)度高，而且不需要焊后熱處理。主要應(yīng)用在汽車零部件組焊，與多家汽車主機(jī)廠以及汽車零部件廠商都有良好合作，包括一汽、上汽、寶馬、霍利韋爾、博格華納等。
目前大族激光智能裝備集團(tuán)汽車傳動部件激光焊接系統(tǒng)已成功應(yīng)用于齒輪、發(fā)動機(jī)減振器、渦輪增壓器、防撞梁、安全氣囊、撥叉發(fā)動機(jī)油泵、發(fā)動機(jī)活塞等汽車部件的制造中，擁有著豐富的應(yīng)用案例及專業(yè)技術(shù)，極大地為汽車產(chǎn)業(yè)輕量化生產(chǎn)助力，具備智能化制造接口和遠(yuǎn)程維護(hù)技術(shù)，可與工廠MES系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和質(zhì)量追溯，輕松實(shí)現(xiàn)智能制造。
展開 一
車用電機(jī)本體電磁性能優(yōu)化
磁鋼渦流損耗計(jì)算
發(fā)卡式繞組附加損耗計(jì)算
發(fā)卡式繞組環(huán)流計(jì)算
電機(jī)斜槽與斜極分析
電機(jī)幾何模型參數(shù)化分析
電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化分析
電機(jī)徑向電磁力分析
電機(jī)軸向電磁力計(jì)算
永磁體充磁和退磁分析
電機(jī)效率Map圖計(jì)算
永磁電機(jī)等效電路ECE模型抽取
感應(yīng)電機(jī)等效電路模型抽取
二
電機(jī)NVH性能分析
電機(jī)電磁力分析與優(yōu)化
作為保時捷品牌首款純電動跑車，Taycan也具備了多方面的創(chuàng)新性技術(shù)，其所搭載的“扁線電機(jī)”（Hair-Pin發(fā)卡電機(jī)）不僅發(fā)揮了出色的驅(qū)動性能，更是一項(xiàng)將領(lǐng)銜下一代新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)。在法蘭克福車展上，長城汽車旗下蜂巢易創(chuàng)及零部件供應(yīng)商舍弗勒等都展示了各自扁線電機(jī)的技術(shù)實(shí)力。該技術(shù)的實(shí)力究竟幾何？為何業(yè)內(nèi)普遍又將其視為開啟新電驅(qū)動時代的“鑰匙”呢？
60秒快速閱讀：
1、相比起傳統(tǒng)電機(jī)所采用的圓形導(dǎo)線，扁線電機(jī)采用的是扁平導(dǎo)線。其優(yōu)勢在于電機(jī)體積更緊湊、更節(jié)約材料、功率更強(qiáng)勁。
2、扁線電機(jī)率先由國外車企發(fā)起應(yīng)用，如豐田普銳斯、雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)等。國內(nèi)應(yīng)用案例較少，車企尚未進(jìn)行大規(guī)模采用。
3、技術(shù)層面，國內(nèi)扁線電機(jī)在設(shè)計(jì)、制造、原材料等方面均面臨挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)尚未成熟，由此帶來前期應(yīng)用成本高。市場成熟后，扁線電機(jī)將能降低整車成本并提升其性能。
● 何謂扁線電機(jī)？
與扁線電機(jī)相對應(yīng)的就是“圓線電機(jī)”，扁線、圓線的區(qū)別就在于電機(jī)中定子繞組所用的導(dǎo)線的形態(tài)不同。傳統(tǒng)電機(jī)采用的圓形導(dǎo)線，而扁線電機(jī)則采用了扁平的矩形導(dǎo)線。
扁線電機(jī)之所以會成為未來趨勢，是由新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)發(fā)展決定的，小型化、集成化、高功率密度等特點(diǎn)都是新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)的演進(jìn)方向。畢竟，體積大、重量大、動力弱的驅(qū)動系統(tǒng)在新能源汽車市場是不招待見的。
顯而易見，采用扁線可以大幅提高槽滿率（指線圈放入槽內(nèi)后占用槽內(nèi)空間的比例），因?yàn)閳A線之間存在著空隙，而扁線則更加緊密。通俗來講，槽滿率越高，就代表著線圈中導(dǎo)線越多，產(chǎn)生的磁場會更強(qiáng)，那么電機(jī)的功率就會更大。
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2、帶高性能硅膠片驅(qū)動電機(jī)
e平臺3.0的驅(qū)動電機(jī)采用發(fā)卡式扁線電機(jī)，扁線電機(jī)槽滿率提高15%，并且用上超薄高性能硅膠片優(yōu)化磁路設(shè)計(jì)，一頓操作下來整個驅(qū)動電機(jī)額定功率提升 40% ，電機(jī)最高效率可達(dá)97.5%。
而扁線中的發(fā)卡電機(jī)對于銅線要求更高，傳統(tǒng)扁線電機(jī)在繞組成型后可以進(jìn)行包裹絕緣處理，但是發(fā)卡電機(jī)不行。
值得一提的是，日立金屬還專門為普銳斯電機(jī)開發(fā)了銅線，來解決這方面的問題。
對于大功率驅(qū)動電機(jī)，發(fā)卡式定子繞組帶來的環(huán)流損耗也更加突出[7,8]。發(fā)卡式繞組的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，扁銅線彎折后絕緣層容易損壞產(chǎn)生缺口或破面。降低發(fā)卡式定子繞組的趨膚效應(yīng)和渦流損耗是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。提高發(fā)卡式定子繞組的材料加工技術(shù)和制造精度將有利于該項(xiàng)技術(shù)國產(chǎn)化的推廣。
這個總成由一臺16,000rpm的高效發(fā)卡繞組電機(jī)驅(qū)動，配有一臺高功率密度電機(jī)控制器（內(nèi)部集成了電子駐車模塊）和高輸出、低噪音減速器。該EDM的半軸機(jī)械輸出功率超過200kW，扭矩超過4000Nm，轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘16,000轉(zhuǎn)，特別適合高端車型的動力性和最高車速要求。
圖14 135kW電驅(qū)平臺
表3 15kW電驅(qū)平臺參數(shù)
5.2 150kW電驅(qū)動系統(tǒng)平臺
技術(shù)特點(diǎn)：
同軸行星系集成設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，更易于整車布置；
殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和NVH優(yōu)化；
行星系速比可調(diào)范圍大，具有更大的扭矩容量；齒輪受載均勻且軸向載荷小，利于軸承和油封選型；
電機(jī)發(fā)卡式扁線繞組，高槽滿率、高效率軸承、少油量、總成最高效率93% ；
在扁線電機(jī)的定子組件制造過程中，需要把繞組做成發(fā)卡形狀，通過插入方式安裝入定子，故這種扁線電機(jī)又被稱為發(fā)卡電機(jī)。
1.2. 滲透率展望，百倍市場空間
扁線電機(jī)滲透率快速提升。2021年特斯拉換裝國產(chǎn)扁線電機(jī)，帶動滲透率大幅提升，扁線電機(jī)的趨勢已經(jīng)確定。
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典型應(yīng)用案例：永磁電機(jī)快速電磁概念設(shè)計(jì)、電機(jī)熱網(wǎng)絡(luò)分析、電機(jī)穩(wěn)態(tài)熱分析、電機(jī)效率map圖與路況分析、永磁體充磁和退磁分析、發(fā)卡電機(jī)附加損耗、效率Map圖計(jì)算、斜槽與斜極分析、電機(jī)溫度和散熱分析、電機(jī)NVH分析、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)分析、電驅(qū)動系統(tǒng)EMC分析
從電機(jī)來看，共有的策略是從圓線電機(jī)轉(zhuǎn)向發(fā)卡式扁線電機(jī)，充分利用低損耗、高效率、高散熱性能，特點(diǎn)是提高槽滿率、減少用銅量，通過降低電阻來提升電機(jī)額定功率和電機(jī)最高效率。
表1 各家的集成式控制器
從這個角度來看，后驅(qū)的系統(tǒng)由于空間受限，可能集成度會稍微低一些，這里涉及到不同企業(yè)規(guī)劃平臺前驅(qū)和后驅(qū)的比例問題。
同時提供與MotorCAD之間的無縫連接，創(chuàng)建發(fā)卡繞組電機(jī)模型，生成的模型在Maxwell中可高效率的劃分網(wǎng)格。
GPU功能增強(qiáng)
隨著電腦的發(fā)展，GPU的功能越來越強(qiáng)大，用戶可以選擇使用GPU輔助加速求解。
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