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电机之争

书名:风驰电车 作者:孔凡铎 本章字数:3569字 更新时间:2022-02-15 14:27

首先是更高的槽满率:相比传统圆线电机,裸铜槽满率可提升20%~30%,有效降低绕组电阻进而降低铜损耗。

其次更短的端部尺寸:相比圆线电机绕组端部尺寸更短,端部总高度短5~10mm,有效降低端部绕组铜耗。

再有更好的NVH表现:扁线结构绕组有更好的刚度,同时扁线绕组通过铁芯端部插线,电磁设计上可以选择更小的槽口设计,有效降低齿槽转矩脉动。

但缺点也明显,贵,量产慢。

首先这是新技术,大量的专利分散在国外的的企业和院校里,要整合出一个新玩意耗费的钱和精力都不小。

其次,就算整合出来了,那么必须要新建专用生产线,原本成产圆线电机的流水线完全没用。

扁线电机制造工艺复杂、设备要求高,国产替代、降本增效需求迫切。扁线电机现多采用第二代轴向绕组技术(包括Hair-pin和Ipin),制作工艺多且复杂、对绕组成型的精度和应力要求极高,此外,因采用轴向嵌装的方式使得端部需要进行扭弯、焊接、绝缘等工艺过程处理,而这依赖于高端自动化设备。

高端自动化设备……谁都知道是好东西,大流水线开起来,成品保质保量,源不断地出来。可就算如程自豪这样的新丁都知道,大工业流水线不是那么好设计,好调试,好开动的,当初在snk和精益精,碰到的问题都是最简单的轴承流水线,还把他折磨得欲仙欲死。要知道轴承才七八个部件,十几道工序,都会产能那么多莫名其妙的问题,要是换成有几十种零部件,工艺工序接近三位数的电机,这可真不是多加点传感器就能解决问题的。

眼下大家都知道扁线电机是未来,但在技术方面也是如此,可落实到现实中的大规模生产,那要考虑就不仅仅是技术先进问题,产量、质量稳定度,成本,细算起来都是极度重要的指标,随便哪个出问题,都会导致无法按时交货的。

圆线电机还有个优点,因为技术和工艺简单,当需要爆产能的时候,咳咳,必要时可以用人海战术,反正不就是绕线圈么……但凡是精细手工活儿就没中国人搞不定的。

而且因为之前中国在制造业弯道超车时,就是靠这种半手工套路成为的世界工厂,现在是鸟枪换炮都上流水线了,但大量的熟练工人阶层依然存在,必要时完全可以拉出来爆个产能。

但扁线电机就不行……或者说,能手工绕,但新产品,新工艺,新夹具,新质量体系,光培训工人就得花大量时间,等工人都成熟手了,大家的产能也都起来了,完全没必要。

所以,欧姆的新车,采用看似落后的圆线电机也就顺理成章。

第一,技术稳定可靠,哪怕是新产品也不大会出现巨大质量问题。

第二,便宜。

第三,备用供应商多。

万一其中一家电机厂失火了或者地震了,那么立刻可以启动备用供应商补上产能,不至于重蹈当年诺基亚退出固定电话市场的惨剧。

选择圆线电机说起来还有点好玩,因为其优点和其本身的性能没啥关系,都是各种外部因素,或者说是非技术性因素在起主要作用。

圆线电机最大的问题是功率密度不够,这也是其被扁线电机超越的主要原因。

功率密度与转矩和转速成正比,扁线电机大部分是内转子永磁电机,转子半径小可靠性强,是高速电机首选,圆线电机大部分是外转子,转子半径大,效率方面自然要下降。

既然转速是先天缺陷,那么为了提高功率密度,只有在转矩上下功夫。

欧姆新能源的这台圆线电机看似落后,但在指标方面倒还过得去。

这是尚成的成果,他带领团队提出了高转矩密度的解决方案,通过提高磁阻转矩比例、谐波注入、提高单位体积内的磁场能量等方式,让老架构跑出新成绩,同时可以通过增加线圈的槽满率来适度减少电动机的体积。

槽满率是指线圈放入槽内后占用槽内空间的比例。

简单说就是在尽可能少的面积中挤入更多的线圈。

尚成不愧为优秀的工程管理者,他提出的这些方案,看起来复杂,但通过运用合理的工程管理能力,充分发挥团队作战又是,最终基本都得到了实现。

让使用圆线电机的车辆在纸面性能上达到了主流水平。

在内部会议上,尚成也明确表示,欧姆新能源第一台车,能够平稳下线,平稳行驶,平稳交货就是最大的成就,所以技术上只能保守些,他承诺第二辆车不管情况如何,肯定会采用新型的扁线电机,而不是用老东西继续修修补补。

用圆线电机各方面都可以接受,但带来的问题就是……

温度……

更小的体积更高的槽线率必然使得撒热问题更加突出。

这时候原本的水冷体系就有些不够用了。

但程自豪觉得,可以通过重新设计外壳,增加水冷通道来解决,还可以加大液体流速,总之,工厂原本的冷水方案有不足之处,但可以通过小修小改来达到要求。

魏余聪坚决不认同,在他看来在,这是换汤不换药的做法。

修改电动机外壳以提高冷却效率不是不行,但一来提升有限,这次是或许能够满足技术标准。

但下一次呢?

要知道这是电动车啊!是可以通过OTA来压榨提升电动机功率的,现在180马力能够维持在68度的标准工况,那么当电动机功率提升到200呢?这可是新能源车的一个卖点了。

这就是极限工况了。

到时候总不能告诉客户,你这个车可以提升马力,一切条件都ok,你找个地方停好车,20分钟后升级完毕就好……

……但因为电动机外壳无法满足冷却需要,所以……

会被砸店的。

所以从魏余聪乃至尚成的角度而言,都更愿意去使用更加复杂但效率更高的油冷系统。

毕竟油冷再复杂也肯定比扁线电机简单。

何况油冷水冷的基础技术和工艺都已经非常成熟,眼下要做的只是整合,然后弄个最优解出来。

这点程自豪也清楚,他本科是学机械的,虽然不精,但各种方案的优劣好坏还是能一眼看出来的。

油冷电机能够直接冷却温度最高的绕组端部,尤其是端部裸露面积更大的线绕组效果更明显,能够主动冷却到内部转子部件,冷却效果更好;同时有利于电机与变速箱的集成,提高轴承的润滑冷却效果;有利于电机与整车热管理系统的集成,环境温度较低时加热变速箱油提高润滑搅拌效率、加热电池等部件提高热利用效率,因此,从整个驱动系统上讲,油冷电机相对水冷具备一定的技术优势。

放在课堂里,两方案二选一的话,必须是油冷。

但这是现实中,不能光看数据来决定的,和圆线扁线之争一样,最要紧的往往不是技术和性能问题。

还要考虑到工程实现效果,油冷的话,等于是电机的外型和部分内部模具都要重新设计。

这个工作量绝对不小,并且技术难度也有点吓人-因为电机的核心结构的都已经定型,完全不可能修改,这就相当于螺丝壳里做道场。

而且冷油为了达到更好的冷却效果还有个独门绝技,在转轴上动脑筋,通常转轴都是实心的钢棍,油冷呢,就要求把钢棍制成空心的,然后在里面布设冷却管道,这样一来,冷却效果自然能达到最优。别的都是从外冷到里,这个反其道而行之,从里冷到外,可谓釜底抽薪。

这技术早就成熟了。

但还是那话……

实施起来麻烦啊。

转轴怎么也算是电动机的核心部件之一,技术含量么,说实话确实不算高,平整度光洁度挠度指标都一般,哪怕是换成空心的问题也不大。

但工程原理上讲是一回事,量产投产又是另一回事。

换转轴要重新经过一系列测试,确保不会产生质量故障。

当然,电机厂之前就有在做类似新技术测试,并且效果还不错。

再加上油冷还有定子喷油与转子甩油等,如通过机壳上设计喷油管、导油管或增设其他油路结构喷洒冷却电机定转子。

相对于简单粗暴的水冷技术,油冷在冷却效率上高了不止一星半点。

托国内制造业大发展的福,各种配件油泵电机与控制器、油管、冷凝器、滤网等,都一应俱全。

油冷原本的缺点是成本高,结构复杂,但在中国完善的工业门类体系之下,这缺点倒是缩小了不少,综合来看油冷的性价比似乎更高。

当然,这里面就要靠魏余聪程自豪等工程师去玩命的进度做测试,把一个相对复杂系统的可靠性做到指标标准之内。

而且油冷的技术先进性,在进一步提高功率密度,驱动系统高速化是未来趋势,当电机转速达到诸如20000rpm时,转子散热与轴承的润滑和冷却成为了主要的限制瓶颈因素。这时普通水冷几乎无计可施,只有转子油冷方案才能是唯一的解决方案。

除此之外,尚成倾向于油冷还有些其他因素,不如北方城市冬季用车不敢开空调或者整车续航里程不够,通过油冷也可以适度解决。

油冷电机通过电机堵转等工况可以适时调节电机与减速箱油温,提高低温下减速箱的搅拌与润滑效率;同时通过与整车热管理继承,比如拉斯特就直接省掉了专门的ptc灯电池加热器,只通过电机油冷冷却介质对电池进行加热,从整车热管理角度提高废热利用率与整车续航里程。

再有虽然油冷系统整体比水冷,但在某些方面也有成本和工艺上的节约,不如不需要电机与变速箱之间油封,从系统工程角度来说也是个创举,减少了一个检修点。

湿式的油冷转子,通过特定的径向/转向油路、油道设计,冷却钻子磁钢,降低转子推辞风险的同时提高磁钢材料利用率,

磁钢是电动机的心脏部件之一,各种永磁体可是非常昂贵的啊。

转子在得到足够冷却后,相应的会让轴承温度也降下来,尤其是可以有效的降低轴承的内外圈温差,提高轴承运行寿命与可靠性。

总之,油冷大法好,虽然比水冷贵不少,但从整车角度尤其是整车全寿命角度来看,这点涨价并非不可承受。

但现在最大的问题就是工期。

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