叠片铁心连接工艺对电动汽车性能及续航里程的影响

在焊接过程中，焊接和铆接是两种最常用的连接工艺。

交流电动机叠片铁心的制造一般采用铆接、互锁、焊接和胶粘等连接工艺。不同的连接工艺会从不同程度上影响材料的磁性能，比如铁损的增加和磁化能力的降低。

伴随着大量残余应力的消散，由于维拉里效应，残余应力的增加会导致电工钢的磁化能力降低。因此，研究铁心组件的连接工艺对于其磁性能劣化的影响程度将有助于提高驱动系统在高扭矩低速运行时的性能。

德国亚琛工业大学（RWTH Aachen University）的David Ukwungwu等研究人员对不同连接工艺下电机铁心进行磁性能检测，了解其磁特性劣化情况；同时设计了一个适用于1550公斤轻型车辆、整体效率为85%的驱动系统模型，通过该模型来评估在不同驾驶环境下，驱动系统组件变化对电动汽车续航里程的影响。该项研究获得了德国研究基金会（DFG）的资助。

实验中使用胶接工艺的环芯作为参考样品，参考样品测得的铁损和磁感性能定义为未受影响的层压环形铁心磁性能。对比样品则是采用点焊、线焊以及铆接方式连接的环芯样品。如图1，2所示。为了消除实验中切割工艺对铁心带来的影响，参考样品和对比样品均采用激光切割方式制造。

通过对采用胶粘、点焊、线焊、铆接工艺下环形铁心样品的实验分析，研究人员对比分析了不同连接工艺对电驱动系统性能的影响：
（1）在磁通密度介于0.6 T至1.5 T之间时，除了8个铆扣的铁心样品外，其他铁心样品均出现了磁化能力的显著恶化。8个铆扣样品则是在整个磁通密度范围内都表现出高度恶化，这是由于该连接方案下具有较高的残余应力造成的。

（2）由于闭合的涡流路径（短路）没有显著增加，因此观察到的铁心连接工艺对涡流损耗的影响很小或者几乎没有影响。由于残余应力对磁滞损耗的影响（磁滞损耗是主要损耗）较大，因此点焊相较于线焊和铆接工艺，其磁滞损耗更低，因此在低速和中等速度的驾驶环境中，点焊可以具备更高的电机效率。

（3）铁心连接工艺的不同会导致电动汽车续航里程的改变。研究表明铆扣的数量会减小电动汽车的续航里程。在使用8个铆扣的情况下，城市驾驶环境中电动汽车续航里程减少了2.1％（与胶粘相比），而在高速公路和WLTC-C3驾驶环境中，续航里程分别减少1.0％和1.4％。