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【瑞·达利欧与施一公2022世纪对话——探索变化世界的原则】许多人说,从2020年初的冬天到现在,世界仿佛按下了暂停键,时光在不确定中缓缓流动,而越来越多的人,在沧桑巨变之中,期待着自身的突破与进化。
荀子曾说,“蓬生麻中,不扶而直;白沙在涅,与之俱黑。”与什么样的人在一起,就会有什么样的人生。而当今时代的一大幸事,就是我们依然有机会与智者同行,倾听理性的声音。
有这样两个人,他们的存在影响了世界,而他们关于当下世界的对谈,可能会影响你我的人生。
在旁人看来,施一公的过往履历可谓辉煌。细细看来,他的多个选择更写满“不可思议”。
1984年,17岁的施一公获全国高中数学联赛一等奖,被保送至清华大学生物科学与技术系。
1989年,施一公修完生物学和数学双学位全部课程,以生物系第一名的成绩提前一年毕业。
1990年,施一公赴美深造,在约翰·霍普金斯大学医学院攻读生物物理博士学位。1996年进入史隆凯特琳癌症中心进行博士后研究。
1998年2月,施一公还未完成博士后研究课题,便被普林斯顿大学分子生物学系聘为助理教授。35岁成为普林斯顿大学分子生物学系历史上最年轻的正教授。
2008年2月,40岁的施一公辞职回到中国,受聘为清华大学终身教授,并出任清华大学生命科学与医学研究院副院长。他的离开,让美国生物学界颇为讶异不解,因为彼时的施一公,是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身讲席教授,拥有一整层楼的实验室、充裕的科研经费和优越的生活条件。
2013年,施一公当选中科院院士。
2015年9月,施一公出任清华大学副校长。
施一公曾在一次毕业典礼上,提出自己的看法:
有些学生,有时候会陷入一种无端的狭隘——在一些消极的舆论影响下,天天想着找工作,天天想着只为个人奋斗。为个人奋斗是很重要,但这只是你生命中的一部分,因为你生活在一个大世界中,你看看这个国家、中国社会的方方面面,有多少人需要你的关爱?你超越了多少人才有机会参加今天的毕业典礼?你难道不应该有一点社会责任感?你不觉得到大学以后,如果你的人生目标还只是为自己、为家庭找一份工作,其实很狭隘?天下之大,有这么多事情需要我们去做,当你把自己限制到这么小的一个圈子里的时候,你的路只会越走越窄!
2018年1月,施一公请求辞去清华大学副校长职务,筹建西湖大学。“中国未来发展的核心竞争力是人才。”这是施一公深深的牵挂。
如今,在《自然》杂志最新发布的2021年度年轻大学自然指数中,他带领的西湖大学是上升最快的25所年轻大学中最年轻的;出顶尖成果,带拔尖人才,向世界一流研究型大学迈进……55岁的西湖大学校长、中国科学院院士施一公,一次次挑战极限。
施一公的名字带着深深的时代烙印:父母亲给他取名“一公”,希望他“一心为公”。而施一公的精神,或许更能在当下的世界启迪你我:其实我们不必纠结人生轨迹,不必迷惘前途无定。施一公的事业我们或许无法复制,但施一公所传递的为社会进步而奋斗的精神,或许能在当下的世界中给予你我启发。
瑞·达利欧,在很多中国人的眼里,并不陌生。
在金融业界,他是全球首屈一指的资产管理公司——桥水创始人。这家公司是他26岁在自己家里创办的,现在旗下掌管约一万亿元人民币。
桥水被《财富》杂志评为“美国最重要的私营公司”第五位,美联储已故主席保罗·沃尔克曾称桥水的经济统计分析比美联储的都准确。它的客户主要是机构投资者,包括养老基金、主权基金等。因为掌管着包括美国在内的多国主权基金,达利欧一度被称为“美国的隐形财政部长”。他的传奇故事还历经了一次次危机的加持。
1987年10月19日“黑色星期一”,道琼斯指数下跌508点,跌幅达到22.6%,桥水逆势收获了高达20%的利润。
2008年,达利欧成功预测金融危机,金融危机爆发,雷曼兄弟倒闭,贝尔斯登被收购,无数公司破产倒闭,桥水获得14%的盈利。
2010年,欧债危机爆发,桥水收益高达45%。当时桥水掌管多达700亿美元的资金,如此庞大的体量,业绩却如此辉煌,这种表现是很惊人的。
2016年,英国脱欧等事件发生,几乎叫得上名字的对冲基金的亏损都以亿美元计,桥水反而狂揽49亿美元。
美国的对冲基金公司平均存活年数只有4年,桥水已经屹立近50年。
更为难得的是,他对中国怀有特殊的感情。据桥水中国区总裁王沿所说,达利欧曾经对他的中国老友们说,“我知道,你们说我上辈子是中国人”。
1984年,达利欧首次访问中国,应中国国际信托投资公司(中信集团前称)的邀请,帮助他们理解世界金融市场是如何运作的。
1994年,达利欧成立了“桥水中国合作伙伴”,确信中国注定会在21世纪成为全球最大的经济体,但苦于无法兼顾中美两头的业务,最终还是不得不关闭了这家分公司。但是桥水一直关注中国市场,2018年在中国证券投资基金业协会完成私募基金管理人登记,正式成为境内私募管理人。到现在为止,“桥水在全世界都不设分公司,唯独在中国设有全资的子公司”。
1995年,达利欧与妻子、11岁的儿子麦修共同决定,麦修将进入北京史家胡同小学上一年学,与他们的朋友顾阿姨一起生活。这个决定即使在现在看来,也是极为震撼的。
在现在的风云变幻中,对于中国,达利欧的看法一直没有改变。达利欧一再表示看好中国的发展潜力,期待中国。
在大众眼里,他是畅销书《原则》作者。2018年,达利欧所著的《原则》上市,被创投圈誉为“黑色宝典”的这本书仅在中国大陆就畅销200万册。达利欧在这本书中,将自己人生经历、经历的挫败、由此得出的感悟,以及桥水的工作准则全部写了下来,这些都是他近50年来所依据的成功秘诀。全书共有525条生活和工作原则,提供了一套可靠的人生算法。他客观分析了人生路上可能遇到的问题,区分类别,提出相应的解决原则。他特立独行的思想,影响了全球百万读者。
此后他陆续出版了《债务危机》《原则(绘本版)》,更在今年年初写就“原则”系列第二部:《原则:应对变化中的世界秩序》。
这一次,他将他近50年来作为宏观经济投资者所观察到的世界的运行方式,总结为衡量国际秩序、国家兴衰的最重要、普适永恒的规律,提炼出大周期模型,以帮助我们以客观、理性的方法理解和应对当前的事态,更预测未来走势,更好地应对这个多变时代。他的观点被运用于桥水投资实际,经受了市场严苛考验,将帮助你打开另一重可能。
过去两年,每人的生活方式都受到了极大撼动,不确定性与未知仿佛成了生活的主旋律。从社会角度出发,各行各业的秩序需要重组与整合;从个人角度出发,每个人都亟须在寒冬之中实现自我突破与进化,从而更积极地应对沧桑巨变。
更具体地说,每个人都需要在历史大周期与百年大变局当中,找准自己的定位,寻求一种全新的发展方式。比如,为什么在最艰难的时刻,我们仍然需要保持创新精神?再比如,除了财富回报,人生更应该追求哪种价值实现?
我们应该知道:在这些变化背后,存在着永恒和普遍的规律,答案可能近在眼前。或许听听智者们的声音,会对当下迷茫的我们产生诸多启迪。
https://t.cn/A66vSt0R 、《原则》作者瑞·达利欧,对话知名结构生物学家、西湖大学校长施一公,二位将围绕“探索变化世界的原则”的话题开展深入对话,共同探讨“个人如何应对变化世界”“创新对人类和国家的意义”“如何鼓励创新和探索”“如何调整心态,实现人生价值”等社会各界广泛关注的话题。
他们的对谈议题如下:
1.在《原则:应对变化中的世界秩序》中,瑞·达利欧提出创新是衡量国家实力的最重要指标之一,也是推动社会发展的最有力因素。施一公强调对科学未知的不懈探索是人类进步的不竭动力。创新为什么具备如此重大的意义?对社会、国家、个人而言,创新的影响是什么?
2.两位都是在多个领域不断探索的创新者,是什么推动两位不断探索?如何保持对新生事物的好奇心?怎么对待探索中不可避免的挫折和失败?
3.达利欧在《原则:应对变化中的世界秩序》中提出,提高教育水平有助于推进技术创新;施一公则认为,中国未来发展的核心竞争力是人才。从国家、社会到家庭、个人,如何培养高质量人才?
4.施一公非常注重培养学生“富有社会责任感”,达利欧也提到在自己现在的人生阶段,最重要的事是将自己所领悟到的原则传递出去帮助更多人。个人对社会有着什么样的责任?除了财富回报,个人能如何更好地实现人生价值与社会价值?
5. 达利欧认为,在未来几年,人类和世界秩序都会面临巨大的挑战和变化,但只要我们聪明和互相理解,有能力妥善应对挑战。施一公也曾说过,唯有通过人类的协同努力才能应对重重挑战。在当今环境下,我们应如何协作才能应对未来?
https://t.cn/A66vSt0s ,让我们相约在这场与智者同行的时空之旅,共同实现人生的突破与进化。
荀子曾说,“蓬生麻中,不扶而直;白沙在涅,与之俱黑。”与什么样的人在一起,就会有什么样的人生。而当今时代的一大幸事,就是我们依然有机会与智者同行,倾听理性的声音。
有这样两个人,他们的存在影响了世界,而他们关于当下世界的对谈,可能会影响你我的人生。
在旁人看来,施一公的过往履历可谓辉煌。细细看来,他的多个选择更写满“不可思议”。
1984年,17岁的施一公获全国高中数学联赛一等奖,被保送至清华大学生物科学与技术系。
1989年,施一公修完生物学和数学双学位全部课程,以生物系第一名的成绩提前一年毕业。
1990年,施一公赴美深造,在约翰·霍普金斯大学医学院攻读生物物理博士学位。1996年进入史隆凯特琳癌症中心进行博士后研究。
1998年2月,施一公还未完成博士后研究课题,便被普林斯顿大学分子生物学系聘为助理教授。35岁成为普林斯顿大学分子生物学系历史上最年轻的正教授。
2008年2月,40岁的施一公辞职回到中国,受聘为清华大学终身教授,并出任清华大学生命科学与医学研究院副院长。他的离开,让美国生物学界颇为讶异不解,因为彼时的施一公,是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身讲席教授,拥有一整层楼的实验室、充裕的科研经费和优越的生活条件。
2013年,施一公当选中科院院士。
2015年9月,施一公出任清华大学副校长。
施一公曾在一次毕业典礼上,提出自己的看法:
有些学生,有时候会陷入一种无端的狭隘——在一些消极的舆论影响下,天天想着找工作,天天想着只为个人奋斗。为个人奋斗是很重要,但这只是你生命中的一部分,因为你生活在一个大世界中,你看看这个国家、中国社会的方方面面,有多少人需要你的关爱?你超越了多少人才有机会参加今天的毕业典礼?你难道不应该有一点社会责任感?你不觉得到大学以后,如果你的人生目标还只是为自己、为家庭找一份工作,其实很狭隘?天下之大,有这么多事情需要我们去做,当你把自己限制到这么小的一个圈子里的时候,你的路只会越走越窄!
2018年1月,施一公请求辞去清华大学副校长职务,筹建西湖大学。“中国未来发展的核心竞争力是人才。”这是施一公深深的牵挂。
如今,在《自然》杂志最新发布的2021年度年轻大学自然指数中,他带领的西湖大学是上升最快的25所年轻大学中最年轻的;出顶尖成果,带拔尖人才,向世界一流研究型大学迈进……55岁的西湖大学校长、中国科学院院士施一公,一次次挑战极限。
施一公的名字带着深深的时代烙印:父母亲给他取名“一公”,希望他“一心为公”。而施一公的精神,或许更能在当下的世界启迪你我:其实我们不必纠结人生轨迹,不必迷惘前途无定。施一公的事业我们或许无法复制,但施一公所传递的为社会进步而奋斗的精神,或许能在当下的世界中给予你我启发。
瑞·达利欧,在很多中国人的眼里,并不陌生。
在金融业界,他是全球首屈一指的资产管理公司——桥水创始人。这家公司是他26岁在自己家里创办的,现在旗下掌管约一万亿元人民币。
桥水被《财富》杂志评为“美国最重要的私营公司”第五位,美联储已故主席保罗·沃尔克曾称桥水的经济统计分析比美联储的都准确。它的客户主要是机构投资者,包括养老基金、主权基金等。因为掌管着包括美国在内的多国主权基金,达利欧一度被称为“美国的隐形财政部长”。他的传奇故事还历经了一次次危机的加持。
1987年10月19日“黑色星期一”,道琼斯指数下跌508点,跌幅达到22.6%,桥水逆势收获了高达20%的利润。
2008年,达利欧成功预测金融危机,金融危机爆发,雷曼兄弟倒闭,贝尔斯登被收购,无数公司破产倒闭,桥水获得14%的盈利。
2010年,欧债危机爆发,桥水收益高达45%。当时桥水掌管多达700亿美元的资金,如此庞大的体量,业绩却如此辉煌,这种表现是很惊人的。
2016年,英国脱欧等事件发生,几乎叫得上名字的对冲基金的亏损都以亿美元计,桥水反而狂揽49亿美元。
美国的对冲基金公司平均存活年数只有4年,桥水已经屹立近50年。
更为难得的是,他对中国怀有特殊的感情。据桥水中国区总裁王沿所说,达利欧曾经对他的中国老友们说,“我知道,你们说我上辈子是中国人”。
1984年,达利欧首次访问中国,应中国国际信托投资公司(中信集团前称)的邀请,帮助他们理解世界金融市场是如何运作的。
1994年,达利欧成立了“桥水中国合作伙伴”,确信中国注定会在21世纪成为全球最大的经济体,但苦于无法兼顾中美两头的业务,最终还是不得不关闭了这家分公司。但是桥水一直关注中国市场,2018年在中国证券投资基金业协会完成私募基金管理人登记,正式成为境内私募管理人。到现在为止,“桥水在全世界都不设分公司,唯独在中国设有全资的子公司”。
1995年,达利欧与妻子、11岁的儿子麦修共同决定,麦修将进入北京史家胡同小学上一年学,与他们的朋友顾阿姨一起生活。这个决定即使在现在看来,也是极为震撼的。
在现在的风云变幻中,对于中国,达利欧的看法一直没有改变。达利欧一再表示看好中国的发展潜力,期待中国。
在大众眼里,他是畅销书《原则》作者。2018年,达利欧所著的《原则》上市,被创投圈誉为“黑色宝典”的这本书仅在中国大陆就畅销200万册。达利欧在这本书中,将自己人生经历、经历的挫败、由此得出的感悟,以及桥水的工作准则全部写了下来,这些都是他近50年来所依据的成功秘诀。全书共有525条生活和工作原则,提供了一套可靠的人生算法。他客观分析了人生路上可能遇到的问题,区分类别,提出相应的解决原则。他特立独行的思想,影响了全球百万读者。
此后他陆续出版了《债务危机》《原则(绘本版)》,更在今年年初写就“原则”系列第二部:《原则:应对变化中的世界秩序》。
这一次,他将他近50年来作为宏观经济投资者所观察到的世界的运行方式,总结为衡量国际秩序、国家兴衰的最重要、普适永恒的规律,提炼出大周期模型,以帮助我们以客观、理性的方法理解和应对当前的事态,更预测未来走势,更好地应对这个多变时代。他的观点被运用于桥水投资实际,经受了市场严苛考验,将帮助你打开另一重可能。
过去两年,每人的生活方式都受到了极大撼动,不确定性与未知仿佛成了生活的主旋律。从社会角度出发,各行各业的秩序需要重组与整合;从个人角度出发,每个人都亟须在寒冬之中实现自我突破与进化,从而更积极地应对沧桑巨变。
更具体地说,每个人都需要在历史大周期与百年大变局当中,找准自己的定位,寻求一种全新的发展方式。比如,为什么在最艰难的时刻,我们仍然需要保持创新精神?再比如,除了财富回报,人生更应该追求哪种价值实现?
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他们的对谈议题如下:
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2.两位都是在多个领域不断探索的创新者,是什么推动两位不断探索?如何保持对新生事物的好奇心?怎么对待探索中不可避免的挫折和失败?
3.达利欧在《原则:应对变化中的世界秩序》中提出,提高教育水平有助于推进技术创新;施一公则认为,中国未来发展的核心竞争力是人才。从国家、社会到家庭、个人,如何培养高质量人才?
4.施一公非常注重培养学生“富有社会责任感”,达利欧也提到在自己现在的人生阶段,最重要的事是将自己所领悟到的原则传递出去帮助更多人。个人对社会有着什么样的责任?除了财富回报,个人能如何更好地实现人生价值与社会价值?
5. 达利欧认为,在未来几年,人类和世界秩序都会面临巨大的挑战和变化,但只要我们聪明和互相理解,有能力妥善应对挑战。施一公也曾说过,唯有通过人类的协同努力才能应对重重挑战。在当今环境下,我们应如何协作才能应对未来?
https://t.cn/A66vSt0s ,让我们相约在这场与智者同行的时空之旅,共同实现人生的突破与进化。
扁线电机优点
优势1:相同功率,体积更小,用材更少,成本更低,或者相同体积,槽满率提升,功率密度提升。
永磁同步电机的转化效率可达到96%-97%,已经远远高于只有30-40%热效率的内燃机。如何在这个数字上更进一步?使用更合理的定子绕组,在能量损耗最大的铜耗上做文章,是业内的共识。
对于电机来说,损耗来自于这几个方面:
圆线变成扁线,从理论上来说,在空间不变的前提下,填充的铜可以增加20-30%,扁线电机可以做到70%的槽满率。
这意味着,增加20-30%左右的铜,产生更强的磁场强度,从某种程度上等同于增加20-30%的功率。简单来说,就是单位体积内,铜变多了。相比圆线绕组,扁线电机能在同样条件下,塞进更多体积的导线。
相同功率,体积更小,用材更少,成本更低,或者相同体积,槽满率提升,功率密度提升;反过来,在功率相同的情况下,可以减小电机外径和体积,进而减少电机其他材料的用量。
Hair-pin电机提高裸铜槽满率20%~30%,目前国内较高水平可达75%槽满率,未来还有较大增长空间。
目前国内采用扁线绕组的电机最高功率密度达到5kW/kg,而普通电机在3kW/kg时就遇到了瓶颈,而国家《节能与新能源产业发展规划》要求电机须达到4kW/kg以上,扁线电机的应用成为必然。
比如,有人做过研究,发现永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗组成,其中绕组铜耗占比50%以上,铜耗大小又和绕组电阻成正比P=I^2*R(或者Q=I^2*R*t,其中P代表导线发热功率,I代表电流,R代表绕组电阻>t为通电时间),减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。
根据导线电阻R=p*I/S ( p为绕组电阻率,I为长度,S为横截面积)可以看出,电阻率、长度一定的情况下,只能提升绕组横截面积来降低电阻,即想办法提升槽满率。
导线越粗、电阻越小,在导线上因发热损失的能量就会越小。
优势2:温度性能更好
因槽满率的提高使得导线之间的内部空隙变少,扁线与扁线之间的接触面积大,散热和热传导更好;绕组和铁心槽之间接触更好,热传导更好;而电机对散热和温度是非常敏感的,散热性变好,性能会提升。
高槽满率下绕组间的导热能力是低槽满率的150%;绕组在热传导能力上具有各向异性,轴向的热传导能力是径向方向的100倍。
相对于圆线,扁线电机扁线形状更规则,在定子槽内紧密贴合,与定子铁芯齿部和轭部更好接触,降低槽内热阻,热传导效率更高,进一步提升电机峰值和持续性能。
扁线电机中导体与槽型尺寸整体匹配,两者有效接触面积大且接触紧密,传热系数高,同等条件中扁线绕组电机比圆线电机温升可降低约8~12%;通常条件下,电机散热性的好坏直接影响着电机可应用的性能范围,散热性变好,将会直接提升电机的性能曲线。
有人通过温度场仿真,得出相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。除了散热性能变好,包括与温度相关的其他一些性能都能得到改善。
若在电机中采用了端部喷油冷却技术,圆线绕组端部因在浸漆后,成为一个实心整体,冷却油很难渗入内部,带走中间层导体的热量,容易在绕组内部形成热孤岛。而扁线绕组端部导体间存在较大的间隙, 喷头出油后,冷却油可以直接渗透入扁线绕组端部,带走每一个导体的热量。
扁线电机通常采用电机绕组端部喷油冷却,可以使电机绕组温度降低68%以上,大大提升了电机的功率密度和转矩密度水平。所以扁线和端部喷油冷却配合使用能大幅度提高散热能力,提高功率密度。
广汽GE3应用的Chevrolet Volt的发卡永磁电机同时采用了端部喷油和水冷机壳两种冷却技术,取得了优秀的散热效果。从使用中去看就是持续性能更强,能够降低电动车在跑高速时的疲软。
优势3:更好的NVH表现
使用扁线结构的电机,由于绕组有更好的刚度,整机也将具备更好的刚度。
同时扁线绕组是通过铁芯端部插线,不需要从槽口嵌线,电磁设计上可以选择更小的槽口设计,有效降低齿槽转矩脉动,机械和电磁的振动噪音都能有效降低。
扁线电机导线的应力比较大,刚性比较大,电枢具备更好的刚度,对电枢噪音具有抑制作用;可以应用相对较小的槽口尺寸,有效降低齿槽力矩,进一步降低电机电磁噪音。
优势4:端部短,节省铜材,提升效率
如果是圆线电机,将一捆细圆线直接填到槽里,槽中的线对电机做功是有贡献的,而在槽外的线即端部,对电机的出力是没有贡献的,但它又是必不可少。如果没有这段线,它是不可能把槽与槽之间的线连在一起。
传统的圆线电机,由于工艺问题,它的端部一般留得比较长,否则很容易在工艺过程中损伤铜线。端部的铜对电机功率没有帮助,只是起到连接作用,会产生额外电损耗,所以越短越好。
对扁线电机来说,因为线都是硬线,可以在加工的时候把端部做得小一点,与圆线电机相比减少20%的端部尺寸,空间进一步降低,可以把系统的体积进一步缩小,实现小型化和轻量化。
Hair-pin电机相比圆线电机绕组端部尺寸更短,端部总高度短5~10mm,有效降低端部绕组铜耗,进一步提升电机效率。这些结构上的优化,可以使得电机平均效率,相比不使用扁线技术的电机,提高1%以上。
扁铜线较传统圆线强度高,整形后不反弹,扁线绕组端部结构尺寸稳定,节省了绝缘套管和绑扎线的人力物力成本。
优势5:扁线电机最高效率点不一定比圆线高多少,但高效区可以进一步拓宽
从电机特性图上我们可以看出四槽扁线绕组电机,最高效区间的面积被明显放大了。
横轴方向上的放大,说明最高效区间的转速范围变大了;从城市拥堵的低速工况到高速巡航工况,都能享受到最高的效率。
纵轴方向上的放大,说明最高效区间的扭矩范围变大了;从小油门匀速,到大油门急加速,确保最多的能量被用于驱动车辆。
在WLTC工况下两者的平均效率差,扁线电机要高1.12%。(备注:WLTC是即将执行的新能源油耗测试标准。与NEDC相比,WLTC在测试时间、模拟路况变化情况)
但是在全域平均情况下,两者效率值相差达到2%,低速大扭矩工作点,最高甚至可提升效率10%。
优势6:更小的重量和体积
在同等功率下扁线电机因为槽满率、效率的提升,铜材用量下降,这就使得扁线电机能够拥有更小的体积和重量,对乘用车企业来说,电机体积的缩小使得车辆整体有了更大的空间可以利用,比如增大电池的容量。
而较小的重量也使得车辆速度、续航能有一定的提升。
原创 驱动视界 驱动视界
优势1:相同功率,体积更小,用材更少,成本更低,或者相同体积,槽满率提升,功率密度提升。
永磁同步电机的转化效率可达到96%-97%,已经远远高于只有30-40%热效率的内燃机。如何在这个数字上更进一步?使用更合理的定子绕组,在能量损耗最大的铜耗上做文章,是业内的共识。
对于电机来说,损耗来自于这几个方面:
圆线变成扁线,从理论上来说,在空间不变的前提下,填充的铜可以增加20-30%,扁线电机可以做到70%的槽满率。
这意味着,增加20-30%左右的铜,产生更强的磁场强度,从某种程度上等同于增加20-30%的功率。简单来说,就是单位体积内,铜变多了。相比圆线绕组,扁线电机能在同样条件下,塞进更多体积的导线。
相同功率,体积更小,用材更少,成本更低,或者相同体积,槽满率提升,功率密度提升;反过来,在功率相同的情况下,可以减小电机外径和体积,进而减少电机其他材料的用量。
Hair-pin电机提高裸铜槽满率20%~30%,目前国内较高水平可达75%槽满率,未来还有较大增长空间。
目前国内采用扁线绕组的电机最高功率密度达到5kW/kg,而普通电机在3kW/kg时就遇到了瓶颈,而国家《节能与新能源产业发展规划》要求电机须达到4kW/kg以上,扁线电机的应用成为必然。
比如,有人做过研究,发现永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗组成,其中绕组铜耗占比50%以上,铜耗大小又和绕组电阻成正比P=I^2*R(或者Q=I^2*R*t,其中P代表导线发热功率,I代表电流,R代表绕组电阻>t为通电时间),减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。
根据导线电阻R=p*I/S ( p为绕组电阻率,I为长度,S为横截面积)可以看出,电阻率、长度一定的情况下,只能提升绕组横截面积来降低电阻,即想办法提升槽满率。
导线越粗、电阻越小,在导线上因发热损失的能量就会越小。
优势2:温度性能更好
因槽满率的提高使得导线之间的内部空隙变少,扁线与扁线之间的接触面积大,散热和热传导更好;绕组和铁心槽之间接触更好,热传导更好;而电机对散热和温度是非常敏感的,散热性变好,性能会提升。
高槽满率下绕组间的导热能力是低槽满率的150%;绕组在热传导能力上具有各向异性,轴向的热传导能力是径向方向的100倍。
相对于圆线,扁线电机扁线形状更规则,在定子槽内紧密贴合,与定子铁芯齿部和轭部更好接触,降低槽内热阻,热传导效率更高,进一步提升电机峰值和持续性能。
扁线电机中导体与槽型尺寸整体匹配,两者有效接触面积大且接触紧密,传热系数高,同等条件中扁线绕组电机比圆线电机温升可降低约8~12%;通常条件下,电机散热性的好坏直接影响着电机可应用的性能范围,散热性变好,将会直接提升电机的性能曲线。
有人通过温度场仿真,得出相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。除了散热性能变好,包括与温度相关的其他一些性能都能得到改善。
若在电机中采用了端部喷油冷却技术,圆线绕组端部因在浸漆后,成为一个实心整体,冷却油很难渗入内部,带走中间层导体的热量,容易在绕组内部形成热孤岛。而扁线绕组端部导体间存在较大的间隙, 喷头出油后,冷却油可以直接渗透入扁线绕组端部,带走每一个导体的热量。
扁线电机通常采用电机绕组端部喷油冷却,可以使电机绕组温度降低68%以上,大大提升了电机的功率密度和转矩密度水平。所以扁线和端部喷油冷却配合使用能大幅度提高散热能力,提高功率密度。
广汽GE3应用的Chevrolet Volt的发卡永磁电机同时采用了端部喷油和水冷机壳两种冷却技术,取得了优秀的散热效果。从使用中去看就是持续性能更强,能够降低电动车在跑高速时的疲软。
优势3:更好的NVH表现
使用扁线结构的电机,由于绕组有更好的刚度,整机也将具备更好的刚度。
同时扁线绕组是通过铁芯端部插线,不需要从槽口嵌线,电磁设计上可以选择更小的槽口设计,有效降低齿槽转矩脉动,机械和电磁的振动噪音都能有效降低。
扁线电机导线的应力比较大,刚性比较大,电枢具备更好的刚度,对电枢噪音具有抑制作用;可以应用相对较小的槽口尺寸,有效降低齿槽力矩,进一步降低电机电磁噪音。
优势4:端部短,节省铜材,提升效率
如果是圆线电机,将一捆细圆线直接填到槽里,槽中的线对电机做功是有贡献的,而在槽外的线即端部,对电机的出力是没有贡献的,但它又是必不可少。如果没有这段线,它是不可能把槽与槽之间的线连在一起。
传统的圆线电机,由于工艺问题,它的端部一般留得比较长,否则很容易在工艺过程中损伤铜线。端部的铜对电机功率没有帮助,只是起到连接作用,会产生额外电损耗,所以越短越好。
对扁线电机来说,因为线都是硬线,可以在加工的时候把端部做得小一点,与圆线电机相比减少20%的端部尺寸,空间进一步降低,可以把系统的体积进一步缩小,实现小型化和轻量化。
Hair-pin电机相比圆线电机绕组端部尺寸更短,端部总高度短5~10mm,有效降低端部绕组铜耗,进一步提升电机效率。这些结构上的优化,可以使得电机平均效率,相比不使用扁线技术的电机,提高1%以上。
扁铜线较传统圆线强度高,整形后不反弹,扁线绕组端部结构尺寸稳定,节省了绝缘套管和绑扎线的人力物力成本。
优势5:扁线电机最高效率点不一定比圆线高多少,但高效区可以进一步拓宽
从电机特性图上我们可以看出四槽扁线绕组电机,最高效区间的面积被明显放大了。
横轴方向上的放大,说明最高效区间的转速范围变大了;从城市拥堵的低速工况到高速巡航工况,都能享受到最高的效率。
纵轴方向上的放大,说明最高效区间的扭矩范围变大了;从小油门匀速,到大油门急加速,确保最多的能量被用于驱动车辆。
在WLTC工况下两者的平均效率差,扁线电机要高1.12%。(备注:WLTC是即将执行的新能源油耗测试标准。与NEDC相比,WLTC在测试时间、模拟路况变化情况)
但是在全域平均情况下,两者效率值相差达到2%,低速大扭矩工作点,最高甚至可提升效率10%。
优势6:更小的重量和体积
在同等功率下扁线电机因为槽满率、效率的提升,铜材用量下降,这就使得扁线电机能够拥有更小的体积和重量,对乘用车企业来说,电机体积的缩小使得车辆整体有了更大的空间可以利用,比如增大电池的容量。
而较小的重量也使得车辆速度、续航能有一定的提升。
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