扁线电机的概念和定义是什么（扁线电机的概念和定义图解）

电驱动系统作为新能源汽车的核心部件，对车辆的动力性、经济性、舒适性、安全性和寿命具有重要影响。

在电力驱动系统中，电机是核心中的核心。电机的性能很大程度上决定了整车的性能。从当前工业化的需求来看，低成本、小型化、智能化是重中之重。

今天我们就来看看新型电机技术——扁线电机的概念和定义，以及扁线电机相对于传统圆线电机的优缺点。

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扁线电机定义

扁线电机的特定定子绕组所用的导线形状由多根细圆线变为多根粗矩形线，俗称扁线。

扁线驱动电机的整体结构与圆线电机没有太大区别。主要包括铝壳、前后轴承、定子组件、转子组件、温度传感器、旋转变压器、EMC元件等。

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扁线电机优点

扁线电机的核心优势是体积小、效率高、导热性强、温升低、噪音低。详情如下所示：

优点：体积小

相同功率下，与传统圆线电机相比，扁线电机体积更小，用料更少，成本更低。或者，相同体积下，提高槽满率，提高功率密度。

圆线变成扁线。理论上，在空间不变的情况下，铜填充量可以增加20-30%。

这在某种程度上也意味着功率的提升20-30%。也就是说，在功率相同的情况下，电机的外径和体积减小，从而减少了电机材料的用量。

有学者研究表明，永磁电机的损耗由绕组铜损、铁损、风磨杂散、磁体涡流损耗等组成。

其中，绕组铜损占50%以上，铜损的大小与绕组电阻成正比P=I^2*R，或Q=I^2*R*t（其中P=导线发热功率） ；I=电流；R=绕组电阻；t为上电时间）。降低绕组电阻可以直接降低铜损，提高电机效率和功率密度。

根据导线电阻R=p*I/S（其中p=绕组电阻；I=长度；S=横截面积），可以看出，当电阻率和长度一定时，绕组横截面积只能加大阻力来减小。即提高时隙满率。

优点：更好的温度性能

综上所述，扁线电机的内部更加紧凑，间隙也更少。扁线之间的接触面积更大，散热和导热更好。同时，绕组与铁芯槽的接触较好，导热较好。更好的。

我们知道电机对散热和温度非常敏感，散热的改善也带来了性能的提升。

通过温度场模拟，实验表明，相同设计的扁线电机绕组温升比圆线电机低10%。除了更好的散热性能之外，其他一些与温度相关的性能也可以得到改善。

优点：噪音小

NVH也是当前电驱动领域的热点话题之一。扁线电机可以使电枢具有更好的刚度并抑制电枢噪声。

另外，可以采用相对较小的缺口尺寸，有效降低齿槽转矩，进一步降低电机的电磁噪声。

优点：两端较短

端部是指铜线在槽外的部分。槽内的铜线对电机的工作起到作用，而末端的铜线对电机的实际输出没有贡献。它仅用于连接插槽之间的电线。

由于工艺问题，传统的圆线电机需要在端部之间留出较长的距离。这是为了防止槽内的铜线在加工等过程中受到损坏。扁线电机从根本上解决了这个问题。

圆线与扁线绕组截面比较

由于铜线都是硬线，所以加工时不需要在末端留一段。较短的一端可以节省铜材并提高效率。

看完优点，我们再看看扁线电机目前面临的挑战。

目前，行业人员普遍认为扁线电机存在损耗高、设计难度大、设备难度大、扁线难度大等缺点。详情如下所示：

缺点：损耗高

扁线电机不可避免地会遇到“集肤效应”——。当导体中有交变电流或交变电磁场时，导体内部的电流分布会不均匀，电流会倾向于集中在导体的“集肤”部分。导体表面。

这种效应的结果是导体的电阻增大，导体的功率损耗也增大。在扁线电机中的具体表现是，当频率较高时，扁线绕组的交流铜损会较高。

同时，这种影响还与电磁设计有关，如槽内的磁密度幅值、槽的高度等，也与扁铜线的尺寸有关。

缺点：铜线较难

这里铜线的难点是指扁线电机比圆线电机对铜线的要求更高。要求具有一定的弹性和弯曲后一定的回弹力。

这个要求使得设计变得更加困难。同时，电线的绝缘层会更容易因弯曲和回弹而受到损坏，产生间隙。

扁线发夹式电机对铜线的要求更高。传统的扁线电机可以在绕组形成后进行缠绕和绝缘，但发夹电机则不能。

值得一提的是，日立金属还专门为普锐斯电机开发了铜线来解决这一问题。

缺点：设备难度大

由于扁线工艺复杂、精度要求高，通过手工制造基本上不可能实现大规模批量生产。必须依靠专业的高端设备。这是大规模普及的前提，也是制约其本土化的重要原因。

从供应商角度来看，国内该领域的设备供应商尚未达到成熟、完善的状态；而在国外，日本、意大利、德国是全球扁线电机的主要供应国，但其价格非常高。

发夹扁线电机的制备工艺复杂

缺点：设计困难

由于上述原因，扁线电机的串联设计难度很大，柔性设计“更是难上加难”，非常考验电机设计者的功力。

从设计角度来看，如果要打造100kW电机，则需要设计人员扩展解决方案系列，并在80-120kW范围内进行设计。一是满足潜在需求，二是与其他公司的设计差异化。

相比之下，圆线电机的设计要简单得多：它们的铁芯和槽数基本相同，区别在于线圈的长度和匝数，系列化设计相对简单。

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扁线电机是必然趋势

为什么扁线电机是必然趋势？

我国“十三五”规划提出，新能源汽车驱动电机峰值功率密度要达到4kW/kg，而且这是一个产品级标准。

来源：科技部高技术司《新能源汽车》

关于2017年试点项目申报指南的建议"

目前行业产品层面的平均功率密度约为3.2-3.3kW/kg。这意味着我们的功率密度将提高至少30%。

扁线电机是提高功率密度的解决方案之一。业界对于扁线电机的发展趋势已达成基本共识，其背后的原因是其潜力非常巨大。

以国外车企为例，不少知名品牌早已开始采用扁线技术。

例如，雪佛兰VOLT采用发夹扁线电机技术。值得一提的是，雪佛兰当时的供应商雷米于2015年被汽车零部件巨头博格华纳收购，而后者目前是电驱动技术领域的领导者之一。

此外，日产2013年还在电动汽车上使用了日立的扁线电机； 2015年的丰田普锐斯4也采用了日本电装提供的扁线电机。这也使得普锐斯插电式混合动力车2017年上半年销量接近26,900辆，位居全球第一。

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国内布局及市场空间

除了上面提到的雷米、日立、日本电装等知名企业外，国内还有不少企业正在加速布局。

此前我们也曾报道过，方正电机拟投资5亿元，在浙江丽水建设100万台/年新能源汽车驱动电机项目。除了方正汽车这样的老牌企业外，国内还有不少新生力量也在加速布局。

市场空间方面，业内人士此前分析，按2020年新能源乘用车销量160万辆估算，国内需求扁线电机80万台，市场规模近30亿元；

此后，2021年至2022年，预计扁线电机在新能源乘用车领域的渗透率将达到90%，届时需求量将达到288万台，市场规模也将达到9%亿元。

从技术要求、整体行业趋势和政策导向来看，扁线电机必将成为新能源领域的一大趋势，而这一趋势背后将蕴藏着更多机遇。

审稿人：李茜