Ambrell感应加热系统、Ambrell感应解决方案-贯穿电机核心与电动汽车全域应用

电动汽车正日益普及,其在环保方面的优势尤为显著:混合动力车能大幅减少排放,而纯电动车则实现零排放。数年前尚难想象电动汽车会如此迅猛发展,如今其已成为交通领域不可或缺的一部分。然而,电动汽车的制造过程也带来了全新挑战,需要创新性的解决方案。

纯电动汽车通过车载电池组向电机输送电能,驱动车轮转动,从而取代传统发动机。与内燃机相比,典型电动车的运动部件数量减少约90%,这意味着更少的装配零件、更简化的结构以及更轻量化的整体设计。电动汽车可瞬间输出峰值扭矩,实现快速起步(虽然传统技术也能达到相同扭矩,但需达到特定转速)。因此,电动汽车不仅驾驶体验更轻快,在制造环节也更具优势。

电动汽车的动力总成与电机直连,电机主要由机壳、定子和转子构成。定子为固定部件,转子则通过旋转驱动传动轴产生扭矩,进而带动车轮。定转子通过磁场相互作用,将电能转化为机械能。电机所需电能来自逆变器,而逆变器能量则取自车载电池组。

在电动汽车制造过程中,感应加热已成为金属部件热处理的首选工艺。典型感应加热系统由电源、匹配电路和感应线圈组成:线圈采用水冷铜管制造,通入高频交流电后在其周围形成强磁场,使置于磁场中的金属部件产生涡流。涡流在克服金属电阻时高效转化为热能。该技术凭借其迅捷性、精确度、可重复性及高效能等优势被广泛采用。

热套装配是一种无需紧固件或其他机械连接装置即可连接两个或多个部件的常用工艺。早在古代,人们就认识到这种连接方法既实用简便又成本低廉。以马车木轮为例:工匠将钢环加热膨胀后套在木轮外缘,冷却后的钢环与木轮形成过盈配合,既在车轮与路面间建立耐磨屏障,又确保两者紧密固结。这项古老技术至今仍广泛应用于要求真同心运转的精密部件装配。

机座与定子热套装配工艺
减轻电机机座重量对电动汽车至关重要。减少紧固件不仅能实现轻量化目标,还可节省昂贵且耗时的安装工序。

定子作为磁路核心部件,由钢质叠片与精密排布的铜绕组构成,通过热套装配工艺嵌入铝合金机座。铝制机座不仅能有效导出内部元件热量,其加热温度(通常为200-300°C/350-550°F)更根据机座与定子间的过盈量精准设定。

在加热过程中,铝制机座受热膨胀,为定子装入创造充足装配间隙。通常采用内径式感应线圈进行加热,虽然其效率不及外径线圈,但通过最小化线圈与铝材表面间距(气隙越小加热越快,所需电源功率越低)可优化能效。当铝合金机壳壁面带有冷却流道时(这类设计通常用于维持系统工作温度),同样不推荐采用外径线圈方案。

转子内钢轴热套装配工艺
电机定子内的转子采用钢质叠片结构,旨在降低运行时的涡流发热(因散热困难而特别关键)。通过感应加热热套装配工艺,可实现钢轴与转子的精密配合。该工艺通常同步冷却钢轴并加热转子,以最大化装配过程的温差效应。转子设计的槽状结构不仅用于安置永磁体,还兼具轻量化功能。

钢质转子总成的感应加热存在两种方案:外径线圈加热与内径线圈加热。鉴于感应热效应仅局限于线圈表面数毫米范围内,外径加热方案会导致磁钢间隙与圆周区域的薄壁部位过热,故不推荐采用。若为避免过热而采用缓慢加热,又会大幅延长工艺时间,导致能量输入不足,使得感应加热工艺失去实用性。

加热转子组件中钢质叠片的唯一可行方案是采用内径式线圈。尽管这种加热方式在实现整体表面均匀热传导方面存在挑战,但它能更高效地将能量传递至组件内部。更高的能量传输速率使得叠片组件能够快速达到目标温度,因此即使在多数安装环境中需要配置多个加热工位,该方案仍具有显著优势。

在某些应用场景中,采用外径线圈对钢制转子总成进行加热是更为可行的方案。这种加热方式能实现感应加热系统的最大能效,且感应线圈的制造与维护更为简便。外径与内径之间的温度差主要取决于金属基体的导热性能。以钢这种首选材料为例,其导热特性会限制热量向中心传递的速度

转子与定子滴浸绝缘漆/蜡工艺

为消除铜线与定子叠片间的振动,防止铜线在叠片槽内移位,通常需使用绝缘漆、蜡或环氧树脂等填充材料填补空隙。若钢质叠片处于室温状
态,填充材料流动性差且易凝固。通过对叠片与铜线进行预热,可显著提升填充材料的流动渗透性。此工艺能使转子或定子形成抵御污染物侵入的密封结构,同时使绕组固化为刚性整体并提升散热效能。当前存在多种感应加热方案可用于定子/转子预热:大型部件因热量需沿叠片厚度方向传导,故需要更长的热渗透时间。值得注意的是,为实现更高电机效率而采用的超薄叠片设计,反而需要足够时间使整体质量均匀受热。

通道式加热方案:该方案通过传送带或丝杠机构实现多工件连续加热。当部件沿线圈长度方向行进时,温和的热能输入可确保整体质量均匀达到目标温度。

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