在電動汽車大趨勢的背景下,電動驅動器通過在汽車傳動系統中的使用而獲得了巨大的創新推動力,增加功率密度的相關需求和降低批量生產成本的必要性將改進電機繞組和相關的生產過程。棒繞繞組代表了具有許多優點的有前途的替代方案,在發夾式電機的特殊情況下,繞組由大量涂漆銅線制成的預制元件組成,這些元件必須組裝并相互連接。與之前的生產鏈不同,扁平線首先被預彎曲,然后插入,最后將末端扭曲。
高效率和低成本是全電動汽車動力傳動系統實現高行駛里程和低電池成本的一些挑戰。對低損耗電機的最大影響是高銅槽填充系數,所謂的“發夾式繞組”概念在歐洲汽車制造商中非常流行,盡管具有很有前途的特性,但電機設計工程師仍面臨許多困難,其中一些如趨膚效應和鄰近效應會導致高速區域的大量損失,從而降低汽車的整體性能。
似乎有無窮無盡的電動機拓撲結構、架構和配置,工程師面臨的眾多設計選擇之一是纏繞在定子中的銅線的形狀。比較了在電動汽車中一些最常見的電機技術中使用扁線發夾繞組和絞合圓線:感應、同步永磁和繞線磁場電機拓撲。為了優化電機的效率,與圓線繞組相比,發夾技術增加了同等條件下的布線面積。在某些類型的電機中使用扁平線發夾繞組具有顯著優勢,與平行槽配置相關的扁平線繞組的優勢是更高的銅槽填充因子。
牽引應用中的電機要求在功率密度和效率方面不斷提高,發夾式繞組的使用是一個相對較新的發展,并因其有益的效果而受到越來越多的關注電磁和熱性能。發夾繞組是實心導體,而不是傳統使用的絞線,因此可以實現高填充因子和良好的熱性能,這使得發夾繞組在需要高功率密度和效率的設計中具有吸引力。事實證明,在可用區域中塞入更多的銅線可以縮短端匝空間,減少熱量并提高扭矩和功率密度,最終可以減小給定應用的電機尺寸。發夾式繞組方案可以更容易地加強導體之間關鍵連接的構造,繞組也非常適合液體冷卻,這進一步提高了性能和可靠性。
電線越粗,電阻越小,電線上的熱量損失的能量就越少,發夾電機的繞組端部尺寸比圓線電機短,降低了銅損,進一步提高了效率,電機使用更少的能量。與沒有發夾式接線的電機相比,它增加了最大效率區的面積,兩種電機在相同工況下的平均效率差異,發夾式電機機高出1.12%。低于平均水平,兩種電機之間的效率差異可能為 2%,在低速高扭矩的工作點,效率差異甚至可以達到驚人的10%。
發夾式定子繞組可以裝載更多的扁平線,這意味著電機可以在相同的能量損失下輸出更高的功率和扭矩。 發夾式電機中使用的扁平線具有更規則的形狀,并降低了定子槽中的熱阻,它提供了更高的傳熱效率,從而進一步提高了峰值功率和持續性能。繞組提供了更大的剛度,電機本身提供了更好的剛度。在電磁設計上,可以采用更小的槽口,減少機械和電磁噪聲。
發夾工藝的自動化程度非常高,因此可以攤銷更大的投資成本,電機定子可實現的尺寸也有限制,直徑約100毫米的中到大尺寸都是可能的。與傳統的卷繞工藝相比,可以實現中等的循環時間,插入式線圈技術的繞組模式是無與倫比的。層繞組形成具有非常高的凹槽填充因子和有序的繞組頭,電機具有良好的電氣特性。綜上所述,可以看出,每個繞線工藝都有其目的,必須根據具體情況選擇最佳繞線工藝。
結論
發夾技術沒有得到廣泛應用主要是發夾式繞組制造工藝非常復雜,需要將線材成形為發夾狀,然后才能自動插入定子鐵芯槽中,然后,末端必須扭曲和焊接。發夾式電機無法手工制造,為這些電機建造一條高效的生產線需要巨大的投資。