Hiusneulakäämitykset sähköajoneuvojen sähkömoottoreissa

Abstract

Tämä kandidaatintyö tarkastelee hiusneulakäämityksen käyttöä sähköajoneuvojen moottoreissa ja analysoi sen sähköisiä ja lämpöteknisiä vaikutuksia. Työssä selvitetään hiusneulateknologian etuja ja haasteita verrattuna perinteiseen käämitykseen sekä muodostetaan kokonaiskuva käämityksen rakenteesta, valmistuksesta ja toiminnasta. Lisäksi analysoidaan, miten geometria ja valmistusmenetelmät vaikuttavat moottorin hyötysuhteeseen, lämmönhallintaan ja mitoitukseen.

Keskeisinä tuloksina todetaan hiusneulakäämityksellä saavutettavan jopa yli 70 prosentin kuparintäyttöasteen, mikä pienentää tasavirtavastusta ja parantaa ajoneuvon suorituskykyä sekä energiatehokkuutta. Säännöllinen rakenne tehostaa lämmönjohtavuutta ja mahdollistaa edistyksellisen suoran öljyjäähdytyksen hyödyntämisen. Suurtaajuusilmiöistä johtuvia häviöitä voidaan hallita tehokkaasti käämityksen kerrosmäärää kasvattamalla.

Johtopäätöksenä todetaan hiusneulateknologian olevan keskeinen järjestelmätason mahdollistaja siirryttäessä 800 voltin jännitearkkitehtuureihin. Vaikka teknologia vaatii merkittäviä alkuinvestointeja, sen soveltuvuus automatisoituun massatuotantoon takaa lyhyet sykliajat ja tasaisen laadun. Työ osoittaa hiusneulakäämityksen merkityksen sähköisen liikenteen suorituskyvyn ja resurssitehokkuuden jatkuvassa kasvussa.

This bachelor’s thesis examines the use of hairpin windings in electric vehicle motors and analyzes their electrical and thermal effects. The work investigates the advantages and challenges of hairpin technology compared to traditional random windings while providing a comprehensive overview of the winding structure, manufacturing, and operation. Furthermore, it analyzes how geometry and manufacturing methods influence motor efficiency, thermal management, and sizing.

The key results indicate that hairpin windings can achieve a copper fill factor of over 70 percent, which reduces DC resistance and enhances both vehicle performance and energy efficiency. The regular geometric structure improves thermal conductivity and enables the utilization of advanced direct oil cooling, thereby increasing the continuous power density of the motor. Although the solid conductors are susceptible to high-frequency phenomena, these AC losses can be effectively managed by increasing the number of winding layers.

In conclusion, hairpin technology is identified as a key system-level enabler for the transition to 800-volt architectures. While technology requires significant initial investments in automated production lines, it ensures short cycle times and consistent quality in mass production. The study demonstrates the critical role of hairpin winding in the continuous advancement of performance and resource efficiency in electric mobility.