扁线电机知识干货

瞬的知识世界 2022-05-18 发布于上海

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前言

最近常常看到介绍扁线电机的文章，为了记住知识点，我就做了这篇学习笔记。

在这个知识爆炸的时代，只有不断的学习和钻研，才能不被时代所抛弃，正所谓“吾生也有涯，而知也无涯”。

值此汽车行业寒冬肆虐之际，送给所有辛苦钻研的汽车工程师们共勉：天道酬勤，厚德载物，但行好事，莫问前程。

黑格尔说过：“存在即合理”，我们就先从扁线电机与圆线电机的对比中来探讨其存在及发展的本质特性有哪些。

扁线电机的结构示例

扁线电机通常也叫做发卡电机，就是定子绕组中采用扁铜线，先把绕组做成类似发卡一样的形状，穿进定子槽内，再在另外一端把发卡的端部焊接起来。

焊接完的定子端部

扁线电机数模

扁线与圆线电机的优劣势对比

同功率样本综合参数对比

相同硅钢片结构下扁线绕组电机与圆线绕组电机的效率map对比如下：

扁线电机高效区面积更大，效率提升1.5%，损耗由4.5%下降至3%，下降33%！

相同硅钢片结构下扁线绕组电机与圆线绕组电机的交流电阻与效率map对比如下：

结论：扁线绕组电机相对于圆线绕组电机，在低速下更具效率优势。

总结

扁线电机优劣势原理与分析解读

综合性能改善

圆线变成扁线，从理论上来说，在空间不变的前提下，扁线电机可以做到70%的槽满率，填充的铜可以增加20-30%，产生更强的磁场强度，从某种程度上等同于增加20-30%的功率；
相同功率，体积更小，用材更少，成本更低，或者相同体积，槽满率提升，功率密度提升；
平行槽使电枢齿宽增加，降低了铁芯饱和度，提升磁阻转矩并减少了铁损，因而提高了整机的磁阻转矩；
扁线电机导线的应力比较大，刚性比较大，电枢具备更好的刚度，对电枢噪音具有抑制作用；
可以应用相对较小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音；
扁线导体，每线圈匝数为1，相邻两个线圈通过焊接串联连接；
在并联支路数一定的情况下，改变电机匝数唯有调整极槽数和每槽导体数；
扁线电机在设计中不同功率等级可调整性与传统圆铜线电机相比变差，需要电驱动系统平台顶层整体的优化匹配设计。

散热能力增强

因槽满率的提高使得导线之间的内部空隙变少，扁线和扁线之间的接触面积增大，散热和热传导更好；
绕组和铁心槽之间接触更好，热传导更好；
扁线电机中导体与槽型尺寸整体匹配，两者有效接触面积大且接触紧密，传热系数高，同等条件中扁线绕组电机比圆线电机温升可降低约8~12%；
通常条件下，电机散热性的好坏直接影响着电机可应用的性能范围，散热性变好，将会直接提升电机的性能曲线；
扁线电机通常采用电机绕组端部喷油冷却，可以使电机绕组温度降低68%以上，大大提升了电机的功率密度和转矩密度水平。
若在电机中采用了端部喷油冷却技术，圆线绕组端部因在浸漆后，成为一个实心整体，冷却油很难渗入内部，带走中间层导体的热量，容易在绕组内部形成热孤岛。而扁线绕组端部导体间存在较大的间隙，喷头出油后，冷却油可以直接渗透入扁线绕组端部，带走每一个导体的热量。
所以扁线和端部喷油冷却配合使用能大幅度提高散热能力，提高功率密度。
广汽GE3应用的ChevroletVolt的发卡永磁电机同时采用了端部喷油和水冷机壳两种冷却技术，取得了优秀的散热效果。

体积小

端部短，节省铜材，提升效率。传统的圆线电机，由于工艺问题，它的端部一般留得比较长，否则很容易在工艺过程中损伤铜线。对扁线电机来说，因为线都是硬线，可以在加工的时候把端部做得小一点，与圆线电机相比减少20%的端部尺寸，空间进一步降低，可以把系统的体积进一步缩小，实现小型化和轻量化。
扁铜线较传统圆线强度高，整形后不反弹，扁线绕组端部结构尺寸稳定，节省了绝缘套管和绑扎线的人力物力成本。