本田推出矩形波浪線圈 減少電機(jī)長(zhǎng)度

為了減少電動(dòng)車(chē)中電機(jī)的軸向長(zhǎng)度，本田目前正在開(kāi)發(fā)一款采用矩形波浪線圈的橫向磁通電機(jī)（Transverse Flux motor）。在2013汽車(chē)工程師年會(huì)上，工程師對(duì)這款新型三維磁通電機(jī)原理進(jìn)行了闡述。

與傳統(tǒng)使用鐵芯定子和繞組線構(gòu)成的電機(jī)相比，這款橫向磁通電機(jī)由軟磁復(fù)合材料（soft magnetic composite，SMC）定子和線圈組成。這款電機(jī)總共只有5個(gè)部件，此外，它引發(fā)了新的技術(shù)話(huà)題，即如何進(jìn)一步提升電動(dòng)機(jī)效率以及矩形波形線圈的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)技術(shù)。

本田的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)和無(wú)級(jí)變速箱之間安置了一個(gè)電機(jī)，由于電機(jī)的軸向長(zhǎng)度使動(dòng)力總成的寬度增加。為了使IMA混動(dòng)系統(tǒng)能夠在更多車(chē)輛架構(gòu)中方便搭載，需要縮短電機(jī)的軸向長(zhǎng)度，從而使動(dòng)力總成整體寬度縮短。

為了縮短電機(jī)軸向長(zhǎng)度，工程師決定從減少線圈末端長(zhǎng)度著手，提出了橫向磁通電機(jī)方案，由于線圈末端不直接提供扭矩，因此不會(huì)對(duì)電機(jī)性能造成影響。最初的橫向磁通電機(jī)原型采用的是內(nèi)部環(huán)形線圈。這項(xiàng)設(shè)計(jì)隨后被用來(lái)應(yīng)對(duì)磁性飽和短路現(xiàn)象。

凸極集中繞組電動(dòng)機(jī)的定子中，包含110個(gè)齒牙，橫向磁通電機(jī)通過(guò)三維定子磁芯以及兩個(gè)矩形波浪形成簡(jiǎn)單的定子結(jié)構(gòu)。

然而，由于軟磁性復(fù)合材料的鐵損特性，原始設(shè)計(jì)的電機(jī)效率相對(duì)較低，電磁效率僅為79.1%。另外，矩形線圈的制造工藝與圓形線圈也有所不同。工程師因此利用矩形波浪線圈作為一個(gè)折中的方案。

為了提升電機(jī)效率，工程師對(duì)軟磁性復(fù)合材料芯子的結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)條件參數(shù)進(jìn)行了研究，然后得到了減少磁性損失的方案，電機(jī)中的磁滯損耗和渦輪損耗帶來(lái)的磁性損失將得到抑制。

要減少磁滯損耗，首先需要降低鐵粉的矯頑力，矯頑力形成的主要因素是在壓縮過(guò)程中鐵粉的晶界以及壓實(shí)過(guò)程中鐵粉的張力所致。因此，他們?cè)噲D通過(guò)將鐵粉進(jìn)行退火處理增加鐵粉晶粒的體積，并通過(guò)增加壓實(shí)后熱處理的溫度防止鐵粉張力過(guò)高。

由于絕緣涂層在鐵粉壓實(shí)或650℃的熱處理過(guò)程中會(huì)遭到破壞，因此需要減少電機(jī)的渦流損耗，必須使絕緣涂層的鐵粉保持原始狀態(tài)。

采用矩形波浪線圈的橫向磁通電機(jī)比傳統(tǒng)橫向磁通電機(jī)在長(zhǎng)度上減少了32%

鐵粉的壓實(shí)過(guò)程會(huì)破壞氧化鎂涂層，關(guān)于這一點(diǎn)，可以通過(guò)減少鐵粉表面的粗糙度以及提升壓實(shí)過(guò)程中的流動(dòng)性得以緩解。因此，工程師利用離心粉碎機(jī)減少鐵粉表面的粗糙度，并增加樹(shù)脂粘合劑的體積以及使用潤(rùn)滑劑的量，以改善鐵粉壓實(shí)過(guò)程中的流動(dòng)性。

研究者利用一層線圈保護(hù)膜滿(mǎn)足矩形波浪線圈的成形性以及絕緣性的要求，同時(shí)他們開(kāi)發(fā)出一種能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)矩形波浪線圈需求的繞組和沖壓成型工藝。

線圈膜利用壓鑄工藝制成，而其材料則選用全氟烷氧基樹(shù)脂（perfluoroalkoxy resin，PFA），該材料具有良好的延展性并且在制造過(guò)程中能夠幫助線圈膜成型更加快速。而線圈繞組在制造時(shí)，導(dǎo)線分別散繞在線圈外側(cè)，工程師利用三維可移動(dòng)沖壓成型法將原來(lái)的圓形線圈彎曲成帶有矩形波浪的線圈，因此在相同量的材料下，線圈的直徑得到減小。

制造的得到的原型橫向磁通電機(jī)，其峰值扭矩達(dá)到140牛·米，實(shí)驗(yàn)證明其電磁效率從79.1%提升至了83.7%。