本田推出矩形波浪線圈 減少電機(jī)長度

為了減少電動(dòng)車中電機(jī)的軸向長度，本田目前正在開發(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)能夠在更多車輛架構(gòu)中方便搭載，需要縮短電機(jī)的軸向長度，從而使動(dòng)力總成整體寬度縮短。

為了縮短電機(jī)軸向長度，工程師決定從減少線圈末端長度著手，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程中鐵粉的晶界以及壓實(shí)過程中鐵粉的張力所致。因此，他們?cè)噲D通過將鐵粉進(jìn)行退火處理增加鐵粉晶粒的體積，并通過增加壓實(shí)后熱處理的溫度防止鐵粉張力過高。

由于絕緣涂層在鐵粉壓實(shí)或650℃的熱處理過程中會(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)在長度上減少了32%

鐵粉的壓實(shí)過程會(huì)破壞氧化鎂涂層，關(guān)于這一點(diǎn)，可以通過減少鐵粉表面的粗糙度以及提升壓實(shí)過程中的流動(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，并增加樹脂粘合劑的體積以及使用潤滑劑的量，以改善鐵粉壓實(shí)過程中的流動(dòng)性。

研究者利用一層線圈保護(hù)膜滿足矩形波浪線圈的成形性以及絕緣性的要求，同時(shí)他們開發(fā)出一種能夠滿足生產(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脂（perfluoroalkoxy resin，PFA），該材料具有良好的延展性并且在制造過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%。