Двигатель с плоским проводом и двигатель со шпилькой: в чем разница и какой лучше для электромобилей?

1. Введение: технологическая революция электромобилей и основные решения.

Глобальный переход к электромобилям (EV) привел к быстрым инновациям в автомобильных технологиях. Два ведущих соперника —Мотор с плоской проволокойs и Hairpin Motors — меняют баланс между производительностью, эффективностью и стоимостью электромобилей. Хотя оба они направлены на оптимизацию выходной мощности и снижение потерь энергии, их структурные конструкции и подходы к производству создают явные компромиссы. В этой статье разбираются различия по ключевым показателям, чтобы помочь инженерам, автопроизводителям и энтузиастам электромобилей принимать обоснованные решения.

2. Техническая основа: конструкции и принципы работы двух двигателей.

2.1 Двигатель с плоской проволокой

Структурные особенности:
В двигателях с плоским проводом используются прямоугольные медные провода (вместо традиционных круглых проводов), плотно намотанные в пазы статора. Такая конструкция увеличивает коэффициент заполнения слотов (до 75 % по сравнению с 45 % для круглых проводов), позволяя разместить больше меди в том же пространстве.

Принцип работы:
Плоская форма уменьшает скин-эффект (скопление тока на высоких частотах), снижая потери в меди. В сочетании с масляным или водяным охлаждением этот двигатель превосходно справляется с высокими крутящими моментами и низкими скоростями, например, при движении по городу.

2.2Шпилька Мотор

Структурные особенности:
В шпильковых двигателях используются медные стержни U-образной формы (напоминающие шпильки), вставленные в пазы статора и приваренные на концах. Эта модульная конструкция упрощает автоматизацию и повышает удельную мощность.

Принцип работы:
Форма шпильки минимизирует длину конечной обмотки, уменьшая сопротивление и повышая эффективность на высоких скоростях. Его компактная структура также поддерживает интеграцию с масляным охлаждением для управления температурным режимом.

3. Сравнение производительности: эффективность, плотность мощности и тепловыделение.

3.1 Эффективность

Двигатель с плоской проволокой:
Пиковая эффективность: 97%+ на низких и средних скоростях (например, при движении по городу).
Слабость: более высокие потери в железе на высоких оборотах из-за более толстых пакетов проводов.

Шпилька Мотор:
Пиковая эффективность: 96–97 % на высоких скоростях (например, при движении по шоссе).
Слабость: немного более низкий КПД на низких скоростях из-за потерь в сварных соединениях.

3.2 Плотность мощности

Двигатель с плоской проволокой:
Более высокая плотность крутящего момента (Нм/кг) благодаря компактной обмотке, идеально подходит для тяжелых электромобилей (например, внедорожников, грузовиков).

Шпилька Мотор:
Более высокое соотношение мощности и веса, подходит для легких электромобилей (например, компактных автомобилей, спортивных автомобилей).

3.3 Рассеяние тепла и управление температурным режимом

Двигатель с плоской проволокой:
Большая площадь поверхности для рассеивания тепла, но используется внешняя система охлаждения.

Шпилька Мотор:
Статоры с масляным охлаждением напрямую передают тепло от концов шпилек, обеспечивая более высокую длительную выходную мощность.

4. Стоимость и производство: проблемы крупномасштабного производства

4.1 Материальные затраты

Двигатель с плоской проволокой:
Прямоугольный медный провод на 20–30% дороже круглого, но он компенсирует эти затраты за счет более высокой эффективности.

Шпилька Мотор:
Стандартизированные шпильки сокращают отходы материала, но сварочные процессы увеличивают производственные затраты на 5–10%.

4.2 Производственный процесс

Двигатель с плоской проволокой:
Ручной завод сложен; автоматизация требует высокоточного оборудования (например, лазерной сварки).

Шпилька Мотор:
Массовое производство с помощью роботизированной вставки и лазерной сварки, что снижает затраты на рабочую силу.

4.3 Уровень качества и техническое обслуживание

Двигатель с плоской проволокой:
Более низкая частота отказов в контролируемых средах, но их труднее ремонтировать из-за тугих обмоток.

Шпилька Мотор:
Модульная конструкция упрощает ремонт в полевых условиях, но требует строгого контроля качества для предотвращения дефектов сварки.

5. Сценарии применения: совместимость различных моделей электромобилей.

5.1 Пассажирские транспортные средства (BEV/PHEV)

Двигатель с плоской проволокой:
Лучше всего подходит для роскошных электромобилей, в которых приоритет отдается тихой работе и мгновенному крутящему моменту (например, Lucid Air).
Шпилька Мотор:
Доминирует над массовыми электромобилями, такими как Tesla Model 3, благодаря своей экономической эффективности и масштабируемости.

5.2 Коммерческий транспорт (логистический транспорт/автобусы)

Двигатель с плоской проволокой:
Выдерживает частые остановки и движения в грузовых фургонах благодаря долговечным термическим характеристикам.
Шпилька Мотор:
Оптимизирован для автобусов дальнего следования, которым требуется устойчивая эффективность на высоких скоростях.

5.3 Высокопроизводительные автомобили и суперкары

Двигатель с плоской проволокой:
Обеспечивает взрывное ускорение для таких гиперкаров, как Rimac Nevera.
Шпилька Мотор:
Позволяет использовать несколько двигателей (например, шпильковые двигатели на задней оси Porsche Taycan) для маневренности в управлении.

6. Тенденции отрасли: технологическая итерация и будущие направления

6.1 Материальные инновации

Двигатели с плоским проводом: использование ультратонких эмалевых покрытий для уменьшения толщины обмотки.
Шпильковые двигатели: изучение алюминиевых шпилек для сокращения затрат (хотя и за счет проводимости).

6.2 Интегрированный дизайн

Обе технологии объединяются с инверторами и коробками передач в компактные «электронные оси» (например, BYD e-Platform 3.0).

6.3 Интеллектуальное управление

Алгоритмы теплового прогнозирования на основе искусственного интеллекта оптимизируют эффективность в режиме реального времени для обоих типов двигателей.

7. Заключение: как выбрать? Ключевые факторы принятия решения

Выбирайте двигатели с плоской проволокой, если:
Вашему электромобилю необходим высокий крутящий момент на низких скоростях (например, городским внедорожникам, тяжелым грузовикам).
Вы отдаете предпочтение долгосрочному повышению эффективности, а не первоначальным затратам.

Выбирайте Hairpin Motors, если:
Ваш электромобиль предназначен для движения на высоких скоростях (например, седаны, кроссоверы).
Вам требуется масштабируемое и недорогое производство для рынков с большими объемами.

О Pumbaa: ваш надежный поставщик двигателей PMSM

Pumbaa специализируется на синхронных двигателях с постоянными магнитами (PMSM) для электромобилей, предлагая решения для двигателей с плоским проводом и шпилькой, адаптированные к вашим потребностям. Делая упор на высокую эффективность, долговечность и экономичность, двигатели Pumbaa используются как на легковых автомобилях, так и на коммерческих автопарках.