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发卡还能做电机?解读号称代表未来的Hairpin电机技术!

2022-09-10 04:00:00 袁圣

发卡还能做电机?解读号称代表未来的Hairpin电机技术!

【卡车之家 原创】伴随着电动车逐渐进入了咱们的视野,论坛里的卡友们也开始聊起了电动车。前两天,小编在论坛里看到了一位卡友晒出了一个电机的照片。而这个电机,正好是乘用车,也就是小轿车里面被誉为“未来”的发卡电机。那么,今天咱们就来聊聊这发卡电机有什么不一样。

发卡还能做电机?解读号称代表未来的Hairpin电机技术!

发卡还能做电机?解读号称代表未来的Hairpin电机技术!

其实,咱们所属的发卡电机,出于一个英文名字:Hairpin电机。根据百度百科“Hairpin”词条显示,Hairpin这个单次意义为发卡、发叉的意思。而其也有180°回头弯的意思。在电机里,其代表着采用发卡形线圈的电机。

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咱们常见的发卡电机,就是上面卡友贴出的图中,这种表面能够看到规律的方形电线组成绕组的电机。而这种电机,也因为其采用的导线偏扁,其也被称之为扁线电机。在小编之前与福田智蓝研究院的总工程师沟通的过程中,工程师表示现在这种电机还主要用在小轿车上,卡车上用得还比较少。但这种电机的效率比较高,未来很可能在卡车上应用。

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小编查询了这种电机的发展史,资料显示,这种电机最早在丰田第四代普锐斯和雪佛兰沃蓝达上面使用,而在近年来,上汽、长城、保时捷、东风、宝马、大众等品牌也都开始加快了脚步,采用起了Hairpin电机。

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看到这里,卡友们可能会比较晕,你说了半天发卡电机,那我们现在用的不是发卡电机吗?还真不是,现在咱们用的一半都是散线电机,也叫圆线电机。电机里面使用的铜线呢,也就是咱们常见的圆柱形状的导线。

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这时候看文章的卡友可能更迷糊了,合着这电机就是变了个导线的形状,那能有什么区别?这不是概念产品智商税吗?还真不是,这发卡电机虽然只是换了导线的形式,但其从本质上来讲,却相较于散线电机提升了不小的效率。但在聊这些之前,咱们先得聊聊电机里面的损耗。

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就电机来说,它就是一个将电能转化为机械能的东西,而只要是转换,就有损耗。而电机的损耗,主要分为以下几点:铜损耗、铁损耗、风磨损耗、杂散损耗。其中铜损耗主要是导电过程中由于铜的电阻生热产生的损耗,以及绕组各股线路之间的循环电流引起的其他损耗;而铁损耗,主要是电机内的磁通是在铁芯上流动的,铁芯对磁通具有磁阻,会产生热量,这样的损耗较“磁滞损耗”;风磨损耗就很好理解了,就是转子高速旋转过程中产生的风阻,以及轴承滚动的摩擦;至于杂散损耗,咱们就不多解释了。

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众所周知,现在咱们使用的电机主要原理就是电生磁,而如何合理利用线圈生磁,就是成为了电机提高效率的关键。而发卡电机,就是利用了这一点,来提升效率。也就是说发卡电机的效率更高,更省电,更能跑。

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前面咱们说过了,电机的核心原理就是电生磁。而电生磁的很重要一点就是单位面积里有多少铜来构成线圈做成。这个参数在电机行业内,叫做槽满率。为了方便卡友们理解,我画了一张图。

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我们可以看到,如果同样的线槽里用散线,线边上永远有空隙没被占用满,而如果线变成了方形,那么其就能占满有限的空间了。有相关资料的数据显示,Hairpin电机的裸铜槽满率能够相比散线提升20%-30%。

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此外,更多的铜进入了电机线圈的横截面,这无疑也增加了线圈的横截面积。导线越粗,电阻越小,这个知识我们在初中的时候就学过。而电阻越小,导线上因为电阻而产生的发热量也就更小,更新少的热量被用在发热上,无疑也是提升了电机的效率。

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通过上面这张电机的拆解图,我们能够看到线圈和上面是有一部分端部导线的,而这部分其实在电机工作的时候,不会起到什么提升功率的作用的,它们只起到连接作用。采用Hairpin电机,端部也能够更短,也能够提升电机的效率,减少损耗。

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除了电路部分以外,Hairpin电机这种线圈形式能让导线与线槽贴得更加紧密,带来更好的散热效果,良好的散热效果,不仅能够进一步降低电阻,还能让车辆电机得到更好的散热,以保障其寿命与使用体验。

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刚刚说了,Hairpin电机提高裸铜槽满率20%-30%。相同体积情况下,Hair-pin电机可以塞进更多的线圈用来提供动力,这样在相同损耗下Hairpin电机就可以能输出更高的功率和扭矩乐。有数据显示,采用Hairpin绕组的电机最高功率密度达到4.7kW/kg,相比普通电机,最大可以提升20%以上。

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这时候肯定就有卡友要问了,你说的这么厉害,这Hairpin电机到底能提升多少效率呢?资料显示其能够提升大约1%的电机效率。先别着急骂街,这1%可能带来不少好处。简单地说,这1%的效率提升,是基于电动机本来就高达96%-97%的基础上的。所以它的提升,就有点不同了。

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有数据显示,Hairpin电机在电机效率的map图上,能够明显看出,其让电机的高效区间扩大了不少。而这对于日常使用来说,就能带来翻天覆地的变化。打个比方,原来咱们用散线电机,车可能只有起步是最高效率区间省电,之后跑得越快越费电。其扩大了高效区间之后,咱们就可能变成高中低速都是高效区间了,有数据显示低速大扭矩工作点,Hairpin电机最高甚至可提升效率10%。而这,将会为咱们省下不少的电能。再加上它更轻,跑得远就更不是问题了。

●  编后语:

当然,Hairpin电机就现在而言,其制造过程还比较复杂。在制造上,其先需要将导线生产成特殊的发卡形状,然后在通过自动化设备插入到定子的铁芯槽内,外部还需要进行端部的扭头和焊接。其基本上没办法手工制造,而这生产线的投入可就大了。所以,咱们卡车真想要用上它可能还需要一段时间。但这种东西,你们期待吗?(文/袁圣 部分内容引用自百度百科Hairpin词条、绿芯频道公众号

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