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一文讀懂Hair-pin發(fā)卡電機(jī)

來源：新能源汽車網(wǎng)
時(shí)間：2019-06-20 07:05:24
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一文讀懂Hair-pin發(fā)卡電機(jī)眾所周知，新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心是——驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為了在有限的體積內(nèi)，提升車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不斷的朝著高功率密度、高電機(jī)效率方向發(fā)展。用

眾所周知，新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心是——驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為了在有限的體積內(nèi)，提升車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不斷的朝著高功率密度、高電機(jī)效率方向發(fā)展。

用工程師的語言來說，就是——傳統(tǒng)的圓形漆包線繞組，往往存在有效銅面積低，繞組銅耗較大等問題。為提高有效銅面積，需要槽內(nèi)銅線排列更為規(guī)整，提高槽滿率。因此，Hair-pin發(fā)卡繞組方式得以應(yīng)用。

或者用更直白的話來說——通過改進(jìn)繞組形狀和編排方式，相比原本略顯凌亂的漆包線繞組，Hair-pin發(fā)卡繞組能在同樣的體積里塞進(jìn)更多的導(dǎo)線。這樣，電機(jī)的效率和功率密度就上升了。

雪佛蘭Volt與豐田第四代Pruis已經(jīng)開始應(yīng)用Hair-pin電機(jī)，國內(nèi)這方面的研究雖起步較晚，但發(fā)展迅速。

MGEZS搭載高功率電機(jī)：

扭矩密度比同類競品高約10%-15%

電機(jī)效率比同類競品高約0.5%-1%

最大扭矩350N·m

最大電機(jī)功率110kW

0-50km加速僅需3.1s

領(lǐng)先動(dòng)力的秘訣，也要?dú)w功于Hair-pin定子繞組設(shè)計(jì)。

什么是Hair-pin繞組？

和傳統(tǒng)繞組相比，結(jié)構(gòu)上有何不同？

Hair-pin繞組“強(qiáng)”在哪里？為什么如此“高能”？

為使大家便于理解，我們先帶大家了解電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理。

一、電機(jī)結(jié)構(gòu)

以絕大部分新能源汽車采用的永磁同步電機(jī)為例，下圖為結(jié)構(gòu)圖：

定子組件，就是固定不動(dòng)的部分。包括了定子鐵芯、銅線繞組、引出線和絕緣材料，一般與電機(jī)殼體固定。

轉(zhuǎn)子組件，就是電機(jī)中旋轉(zhuǎn)的部件。包含轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)軸軸承等部件。和輸出轉(zhuǎn)軸相連，帶動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

二、電機(jī)為什么會(huì)“轉(zhuǎn)”？

電機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，基本原理是利用磁場間的相互作用。

定子組件的功能——由電生磁。

高中物理老師或許給你講過，麥克斯韋大神，和他留下的精美絕倫的方程組。

看到這路徑積分符號(hào)就一臉懵逼？沒關(guān)系，我們只要知道，這個(gè)方程式的第四條的第一部分告訴我們，導(dǎo)線通過電流，就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的磁場。

那么給定子繞組中通入電流時(shí)，定子周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場。而且，磁場方向與電流方向相關(guān)，可以根據(jù)“安培定則”，也就是右手螺旋定則判定。

腦海中是不是依稀浮現(xiàn)出你的高中物理老師已經(jīng)模糊的身影？

給定子繞組通入交流電時(shí)，繞組周圍將會(huì)因電流方向變化，而產(chǎn)生變化的磁場。

（定子磁場隨電流變化圖）

轉(zhuǎn)子組件的功能——跟隨定子磁場而旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子中包含永磁體，其自身帶有穩(wěn)定的磁場。磁場間的相互作用：“同性相斥、異性相吸”

對(duì)于永磁同步電機(jī)而言，當(dāng)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場磁性相反時(shí)，兩者之間相互吸引力會(huì)推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。而且，如果定子磁場方向不斷改變，就可以控制轉(zhuǎn)子不斷受到磁場力的作用發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

最終轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場以相同的轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定的夾角（相位差）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。推動(dòng)轉(zhuǎn)子組件和電機(jī)輸出軸產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)，完成機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換。電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。

三、什么是Hair-pin繞組

Hair-pin繞組設(shè)計(jì)電機(jī)，是指在驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組采用扁銅發(fā)卡線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的細(xì)圓線的一種技術(shù)。

Hair-pin因?yàn)槎ㄗ永@組的線圈形狀像發(fā)卡，又俗稱發(fā)卡電機(jī)，或者扁線電機(jī)。

是不是長得比較像？

定子組件制造時(shí)，首先把繞組做成像發(fā)卡一樣的形狀，穿進(jìn)預(yù)制的定子槽；

然后，在另一端將繞組扭曲，焊接在一起，形成完整繞組。

四、結(jié)構(gòu)上有何不同？為何如此“高能”？

Hair-pin繞組與傳統(tǒng)圓導(dǎo)線繞組結(jié)構(gòu)如圖所示：

1槽滿率更高

從圓線變?yōu)楸饩€，可以在相同的空間填充更多的銅材，槽滿率可以提升20%以上。從而提升電機(jī)的功率密度，提高性能。

2熱性能更好

扁導(dǎo)線與鐵芯以及導(dǎo)線之間的接觸面積更大，散熱性能更好；導(dǎo)線電阻與導(dǎo)線橫截面積反比，相同的空間下扁導(dǎo)線的面積更大，所以電機(jī)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線上的直流銅耗更小。電機(jī)溫升可以降低，效率得到提升。

3運(yùn)行噪音更低

Hair-pin繞組采用的扁導(dǎo)線較圓導(dǎo)線繞組剛度更高，可以有效降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁噪聲與機(jī)械噪聲。

Hair-pin繞組槽內(nèi)的銅線排列十分規(guī)整、槽滿率高，從而電機(jī)功率密度、電機(jī)效率以及散熱性能方面有明顯提高，擁有許多傳統(tǒng)繞組不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

你可能會(huì)想，這么好的技術(shù)，為什么沒有被大規(guī)模應(yīng)用？主要是因?yàn)槟壳癏air-pin的工藝復(fù)雜，前期制造產(chǎn)線投入較大，并且技術(shù)有專利保護(hù)。

上汽作為新能源領(lǐng)導(dǎo)者，自2016年便自主研發(fā)成功了Hair-pin繞組電機(jī)，隨后在榮威ERX5、榮威Ei5、MG EZS量產(chǎn)應(yīng)用。

搭載的110kW高功率電機(jī)的MG EZS ，0-50km加速僅需3.1s。領(lǐng)先動(dòng)力科技，才能讓用戶駕駛感受帶來質(zhì)變。

熱門標(biāo)簽：定子和轉(zhuǎn)子 電機(jī) 定子繞組 新能源汽車行業(yè)動(dòng)態(tài)

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