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更高要求的爪極設計和鍛造工藝适應扁線電機及分析優缺點

2018-12-11 21:38:01

随着設備技術生産技術的提高,扁線電機也逐漸走強。比如汽車發電機的轉子、定子中扁銅線的應用等等。這樣促使其它零部件的設計要求會更高。程達鍛件已經開發了多款适用于扁銅線爪極:有94、100、109等等規格,性能非常優越,設計難度也是非常高的,鍛造工藝也要求較高。下面我們分析扁線電機的優缺點就不難發現各種壁壘的存在。

經過和産業專家的交流,和對公開資料的整理,我們總結出扁線電機優缺點都很多優點簡單說即體積小、材料省、效率高、導熱強、溫升低、噪音小。具體如下:
優勢1:相同功率,體積更小,用材更少,成本更低,或者相同體積,槽滿率提升,功率密度提升。圓線變成扁線,從理論上來說,在空間不變的前提下,填充的銅可以增加20-30%。這意味着,在整個電機的空間不變的情況下,可以增加20-30%左右的銅,從某種程度上等同于增加20-30%的功率。反過來,在功率相同的情況下,可以減小電機外徑和體積,進而減少電機其他材料的用量。
比如,找鍛件:熱鍛件、冷擠壓件請聯系程達鍛件有人做過研究,發現永磁電機損耗由繞組銅耗、鐵耗、風磨雜散、磁鋼渦流損耗組成,其中繞組銅耗占比50%以上,銅耗大小又和繞組電阻成正比P=I^2*R(或者Q=I^2*R*t,其中P代表導線發熱功率,I代表電流,R代表繞組電阻>t為通電時間),減小繞組電阻能直接降低銅耗、提升電機效率和功率密度。根據導線電阻R=p*I/S ( p為繞組電阻率,I為長度,S為橫截面積)可以看出,電阻率、長度一定的情況下,隻能提升繞組橫截面積來降低電阻,即想辦法提升槽滿率。
優勢2:溫度性能更好。内部空隙變少,扁線與扁線之間的接觸面積大,散熱和熱傳導更好;繞組和鐵心槽之間接觸更好,熱傳導更好;而電機對散熱和溫度是非常敏感的,散熱性變好,性能會提升。有人通過溫度場仿真,得出相同設計的扁銅線電機繞組溫升比圓銅線電機低10%。光速生肖專業生産各類熱鍛鍛件、冷擠壓件、冷拉件)除了散熱性能變好,包括與溫度相關的其他一些性能都能得到改善。
優勢3:電磁噪音更低。使電樞具備更好的剛度,對電樞噪音具有抑制作用;可以取相對較小的槽口尺寸,有效降低齒槽力矩,進一步降低電機電磁噪音。
優勢4:端部短,節省銅材,提升效率。如果是圓線電機,将一捆細圓線直接填到槽裡,槽中的線對電機做功是有貢獻的,而在槽外的線即端部,對電機的出力是沒有貢獻的,但它又是必不可少。如果沒有這段線,它是不可能把槽與槽之間的線連在一起。傳統的圓線電機,由于工藝問題,它的端部一般留得比較長,否則很容易在工藝過程中損傷銅線。對扁線電機來說,因為線都是硬線,可以在加工的時候把端部做得小一點,節省銅材,還可以提高效率等。

和圓線電機相比,扁線電機也有它的缺點,簡單的概括為設計難、工藝難、設備難、扁線難、有損耗。具體如下:
缺點1:集膚效應導緻損耗增加。圓線電機可以用細線,線比較多,而扁線比較粗,程達鍛件是專業的鍛件生産廠家,産品包括各類汽車鍛件、機械配件鍛件等)會産生一種集膚效應,該效應會使扁線電機的損耗有所增加,但影響有限。具體的影響表現為頻率越高,扁銅線繞組的交流銅耗會越高。同時該效應還和電磁設計有關,比如槽内磁密幅值、槽口高度等,也和扁銅線的尺寸有關。
缺點2:銅線要求高。粗的銅材料具有一定的彈性,彎折後會有一定程度的反彈,這個需要設計師提前設計好,這非常考驗設計師水平。正式因為彎折和反彈等因素,絕緣層容易損壞而産生缺口。于是對銅線的質量提出了更高的要求。并且扁線中的發卡電機對銅線的要求更高,傳統扁銅線電機在繞組成型後可以進行包裹絕緣處理,但是發卡電機不行。據報道,日立金屬專門為普銳斯電機專門開發了銅線。
缺點3:設備要求高。扁線由于工序複雜、精度要求高,通過人工制造基本不可能實現大規模量産,必須依賴專業的高端設備,這是大規模普及的前提,也是制約其國産化的一個重要原因。從廠家看,目前國内暫時還沒有合格的設備供應商。國外有日本、意大利、德國的供應商,價格高昂是一方面因素,同時像日本産線也很難引入到國内。
缺點4:系列化設計難,對設計師要求高。(找爪極滑塊管件等熱鍛件、冷擠壓件、冷拉件就找程達鍛件扁線電機最主要的缺點是很難做到非常密的系列化設計,即柔性不夠,所以非常考驗電機設計師的功力。從設計電機的角度來說,一般會設計及一套方案,擴展出一系列的不同設計。如果隻需要1 OOKW電機,但在設計時,需要設計80-120KW這個區間内一系列的電機,一是為了滿足潛在的需求,二是為了拉開與其他企業在設計上的差異。對于圓線電機,鐵芯和槽數想同,隻是長度和線圈的匝數不同,可以比較容易設計出一個系列。但是扁線電機很難達到這個效果。因為扁線電機的匝數都比較少,減少一根或兩根線會對整個電機的性能帶來較大的影響。所以,扁線做系列化設計是比較困難,但是,并不是無法實現,這對設計師又是重大考驗。

對以上提到的缺點,換個角度去看,我們認為原材料、工藝、設備上的難點,正是扁線電機的壁壘所在。而且原材料和工藝已經有海外企業能解決,說明可行性沒有問題,核心問題在國内電機企業或整車企業怎樣在國産方向上實現突破。



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