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电动汽车驱动 ★ 5.0

用于电动汽车应用的发卡式定子绕组绝缘质量保证测试的频率响应分析

Frequency Response Analysis for Quality Assurance Testing of Hairpin Stator Winding Insulation for Electric Vehicle Applications

作者 J. Kim · S. Shin · B. Battulga · M. F. Shaikh · Y. Park · C. Lim
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电动汽车 发卡式绕组定子 绝缘质量 质量保证测试 频响分析
语言:

中文摘要

随着电动汽车(EV)的快速发展,发卡式绕组定子正逐步取代散绕定子,原因在于前者具有更高的功率密度和效率,且易于实现高速自动化制造。由于直流母线电压升高以及宽带隙器件的应用,电动汽车电机定子绝缘所承受的电应力不断增大,定子绝缘失效成为一个主要问题。为保证电动汽车电机的质量和可靠性,同时降低生产成本,实施一系列快速有效的质量保证(QA)测试以筛选出有缺陷的产品至关重要。电动汽车电机的实际应用经验表明,定子绝缘质量不佳是发卡式绕组制造缺陷的主要原因。本文评估了应用频响分析法(FRA)识别发卡式定子绝缘缺陷的可行性。对浸渍不良的电动汽车电机进行频响分析和6种常见绝缘测试,结果表明,频响分析法能最有效、最可靠地评估发卡式绕组定子的绝缘质量。

English Abstract

With the rapid growth in electric vehicles (EV), hairpin wound stators are replacing random wound stators due to their higher power density and efficiency, and because of the ease with which manufacturing can be automated at a fast rate. Failure in the EV motor stator insulation is a major concern with increasing electrical stresses due to higher dc link voltage and wide bandgap devices. It is critical to implement a series of fast and effective quality assurance (QA) tests to screen defective units to maintain the quality and reliability, while keeping the production cost of EV motors low. Experience with EV motors showed that poor stator insulation quality is a leading cause of manufacturing defects in hairpin windings. In this work, the feasibility of applying frequency response analysis (FRA) for identifying defective hairpin stator insulation is evaluated. Test results on poorly impregnated EV motors with FRA and 6 common insulation tests show that FRA provides the most effective and reliable assessment of the insulation quality of hairpin wound stators.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对电动汽车发卡式定子绕组绝缘的频率响应分析(FRA)技术具有重要的借鉴价值和应用潜力。尽管研究聚焦于电动汽车驱动电机,但其核心质检方法与阳光电源在电机驱动、储能系统及新能源装备制造领域面临的绝缘质量挑战高度相关。

阳光电源在储能变流器、光伏逆变器以及电动汽车电驱动系统业务中,均涉及大量电机及电磁部件的制造与集成。随着碳化硅等宽禁带器件在公司产品中的广泛应用,系统直流母线电压不断提升,绝缘系统承受的电应力显著增加,这与论文所述的行业趋势完全一致。传统的绝缘质检方法在识别发卡绕组浸渍不良等制造缺陷时效率有限,而FRA技术展现出的高灵敏度和可靠性为解决这一痛点提供了新思路。

该技术的应用价值体现在三个层面:首先,可直接应用于公司电动汽车驱动系统产品线,提升发卡电机的出厂质量控制水平;其次,储能系统中的冷却泵、风机等辅助电机同样面临绝缘可靠性要求,FRA可作为快速筛查工具;第三,技术原理可延伸至变压器、电抗器等电磁部件的质量检测,支撑公司全产业链的制造升级。

从技术成熟度看,FRA在传统电力设备检测中已有应用基础,但针对发卡绕组的特定适配仍需工程化验证。主要挑战在于建立适用于不同功率等级、不同绕组结构的频谱特征数据库,以及将检测周期压缩至满足大规模生产节拍。对阳光电源而言,这既是技术引进的机遇,也是通过自主研发建立质检技术壁垒、降低制造成本、提升产品可靠性的战略契机。