众所周知,新能源汽车驱动系统的核心是——驱动电机。为了在有限的体积内,提升车辆的动力性、经济性,驱动电机不断的朝着高功率密度、高电机效率方向发展。
用工程师的语言来说,就是——传统的圆形漆包线绕组,往往存在有效铜面积低,绕组铜耗较大等问题。为提高有效铜面积,需要槽内铜线排列更为规整,提高槽满率。因此,Hair-pin发卡绕组方式得以应用。
或者用更直白的话来说——通过改进绕组形状和编排方式,相比原本略显凌乱的漆包线绕组,Hair-pin发卡绕组能在同样的体积里塞进更多的导线。这样,电机的效率和功率密度就上升了。
雪佛兰Volt与丰田第四代Pruis已经开始应用Hair-pin电机,国内这方面的研究虽起步较晚,但发展迅速。
MG EZS 搭载高功率电机:
扭矩密度比同类竞品高约10%-15%
电机效率比同类竞品高约0.5%-1%
最大扭矩350N·m
最大电机功率110kW
0-50km加速仅需3.1s
领先动力的秘诀,也要归功于Hair-pin定子绕组设计。
什么是Hair-pin绕组?
和传统绕组相比,结构上有何不同?
Hair-pin绕组“强”在哪里?为什么如此“高能”?
为使大家便于理解,我们先带大家了解电机结构和工作原理。
(典型永磁同步电机电机总成内部结构展示)
永磁同步电机的结构包括定子组件、转子组件以及端盖、机座和其他辅助结构件。
脑海中是不是依稀浮现出你的高中物理老师已经模糊的身影?
给定子绕组通入交流电时, 绕组周围将会因电流方向变化,而产生变化的磁场。
(定子磁场随电流变化图)
Hair-pin绕组设计电机,是指在驱动电机定子绕组采用扁铜发卡线代替传统的细圆线的一种技术。
Hair-pin因为定子绕组的线圈形状像发卡,又俗称发卡电机,或者扁线电机。
是不是长得比较像?
定子组件制造时,首先把绕组做成像发卡一样的形状,穿进预制的定子槽;
然后,在另一端将绕组扭曲,焊接在一起,形成完整绕组。
Hair-pin绕组方式带来的优势,是显而易见的↓
1 | 槽满率更高 从圆线变为扁线,可以在相同的空间填充更多的铜材,槽满率可以提升20%以上。从而提升电机的功率密度,提高性能。 |
2 | 热性能更好 扁导线与铁芯以及导线之间的接触面积更大,散热性能更好;导线电阻与导线横截面积反比,相同的空间下扁导线的面积更大,所以电机运行时导线上的直流铜耗更小。电机温升可以降低,效率得到提升。 |
3 | 运行噪音更低 Hair-pin绕组采用的扁导线较圆导线绕组刚度更高,可以有效降低电机运行时的电磁噪声与机械噪声。 |
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