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新能源汽车扁线电机的理论与设计1

1、扁线电机概述:扁线电机是电机的一种,下面我们看下什么是电机。电机在我们日常生活、工作中经常会用到。乘坐的电梯、家里的冰箱、洗衣机、地铁上都有电机,燃油车上大大小小的电机也几十个。如果翻看电机学书籍,第一章一般都是讲变压器,所以说变压器也是一种电机,静止的电机。电机从广义上讲就是实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械和装置。从狭义上讲就是:基于电磁感应定律,利用通电线圈(一般为定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。电机有大有小,汽轮发电机、风力发电机、工业上各种电机、新能源汽车驱动电机等等。如果把电机简单粗暴概括一下就由两个部分组成:定子和转子。顾名思义,定子就是固定不动的,转子就是旋转的部分。如左图,就是一个电机简化模型,线圈通电后,转子就可以旋转起来,右图为电机电磁仿真模型,外圈是定子,内圈是转子,通过不同设置可以仿真出电机的各种性能:力矩功率效率、电压电流、电感磁链等。

*下面两个照片为一个扁线电机的定子和转子。转子没有什么特殊的,区别在定子上,绕组的漆包线是扁线,而不是圆线。

2、 扁线电机的设计特点
2.1、 扁线层数:扁线电机相对于圆线电机有什么设计特点呢,下面我们来看下,第一个点就是扁线层数,它是1个定子槽内布置的扁线导体根数。我们可以看到左图:一个槽内分别有2根、4根、6根、8根,所以它们的层数分别是:2、4、6、8。中间一个照片是绕好的8层扁线绕组,最右边照片是只插入了绝缘纸,通过绝缘纸可以看到它是4层的扁线。其实扁线电机也出现了很多年了,只是没应用在新能源汽车驱动电机上,而是应用在工业领域的大功率电机、发电机组、燃油车汽车启动机、发电机,层数较少,一般为两层。而后应用到新能源汽车驱动电机上,因为受到当时工艺水平的限制,一般为4层绕组。随着整车性能需求的提升、扁线加工技术的发展,槽内层数逐渐增多,由原来的4层增加到6层、8层、10层,甚至12层。从现在主流技术看,一般扁线电机槽内层数为偶数,但随着电机技术的创新性地发展,奇数层的绕组也逐渐出现。如下照片为广汽埃安的5层扁线定子,几年前天津松针也研发出了奇数层扁线定子。

2.2、 槽满率:槽满率为:槽内漆包线的截面积/槽面积。设计上圆线的槽满率一般42-45%,而扁线可以做到60-70%,较高的槽满率可以使绕组电阻R减小,直流铜耗减小,一定范围内提高电机效率。扁线一般设计成平行槽,由于扁线通常不从槽口嵌入,所以槽口大小与扁线尺寸无关,可以设计小些,便于降低齿槽转矩。扁线导体尺寸可以根据国标GB7095设计或定制尺寸。扁线绕组一般需要模具挤压成型、焊接等,具体如下:

2.3、 绕组端部:扁线绕组端部较短,可以降低电机端部空间用铜量,其绕组端部用铜量能够较传统散嵌绕组降低10%-15%,特别是在电机呈现扁平形状时,优势更加明显,较短的绕组端部,可使绕组电阻R减小,直流铜耗减小。

 

发布时间:2024/4/11 0:13:00 查看:117次

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