扁線電機(jī)緣何成為新能源汽車提高驅(qū)動(dòng)效率首選？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）前不久，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局信息顯示，蔚來動(dòng)力科技（合肥）有限公司申請(qǐng)一項(xiàng)名為“扁線波繞組、定子及電機(jī)”的專利，公開號(hào)CN 118826343 A，申請(qǐng)日期為2023年4月。

專利內(nèi)容顯示，該申請(qǐng)涉及一種扁線波繞組、定子及電機(jī)，扁線波繞組包括第一成型導(dǎo)線、第二成型導(dǎo)線、第三成型導(dǎo)線及第四成型導(dǎo)線，形成的第一線圈和第二線圈的長(zhǎng)度一致，能夠有效解決支路間的環(huán)流問題。該申請(qǐng)的扁線波繞組還可大幅減少傳統(tǒng)的扁線波繞組的導(dǎo)線切斷、折彎及焊接等風(fēng)險(xiǎn)操作。

為什么車企如此重視扁線電機(jī)呢？主要原因在于，與同等功率的圓線電機(jī)對(duì)比，扁線電機(jī)擁有更小巧的體積、更高的效率、更小的噪音、更強(qiáng)的導(dǎo)熱性能和更低的溫升，作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，扁線電機(jī)能夠進(jìn)一步提升效率。

扁線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

相比圓線繞組，扁線電機(jī)采取的扁線繞組通過采用扁平的銅線，其截面形狀更接近矩形或橢圓形，在電機(jī)槽中的填充效果更好，因此能夠提高電機(jī)的槽滿率，充分利用了槽位，提高了繞組的緊湊度和導(dǎo)線填充率。一般而言，圓線電機(jī)的槽滿率大概為50%左右，扁線電機(jī)的槽滿率可以達(dá)到70%以上，電機(jī)就可以承載更大的電流，產(chǎn)生更高的電樞磁勢(shì)，進(jìn)而提升電機(jī)的扭矩密度。

因此，從結(jié)構(gòu)來說，扁線電機(jī)和圓線電機(jī)沒有什么區(qū)別，也是由鋁殼、前后軸承、定子總成、轉(zhuǎn)子總成、溫感器、旋變器、EMC部件等幾大部分組成。從繞組類型來看，扁線電機(jī)主要采用I-pin、Hair-pin、X-pin繞組類型。其中，I-pin繞組形如I，直接將每根扁銅線獨(dú)立地插入到定子槽內(nèi)，并在兩端進(jìn)行扭頭處理并焊接，從而構(gòu)成完整的電機(jī)繞組；Hair-pin繞組的獨(dú)特之處在于其先將銅線彎曲成H型發(fā)卡狀，這種形狀的扁銅線需在制造過程中預(yù)先成型再將成型后的發(fā)卡狀銅線插入到定子槽內(nèi)，并在一端進(jìn)行焊接；X-pin繞組與Hair-pin繞組類似，主要體現(xiàn)在優(yōu)化磁場(chǎng)分布和提高電機(jī)效率上，通過特殊的形狀和排列方式，在焊接端進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，取消了部分直線段，使端部結(jié)構(gòu)更加緊湊。

由于線型和繞組的差異，扁線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于，如果是相同功率，扁線電機(jī)體積更小，用材更少，成本更低；如果是相同體積，扁線電機(jī)槽滿率提升，功率密度提升。另外，扁線電機(jī)的溫度性能更好，有更好的NVH表現(xiàn)。當(dāng)然，扁線電機(jī)也有一些挑戰(zhàn)，包括設(shè)計(jì)難、工藝難、設(shè)備難、扁線難、有損耗。尤其是設(shè)備難方面，扁線電機(jī)的繞組設(shè)備大都百萬級(jí)以上，對(duì)相關(guān)企業(yè)的資金投入帶來了很大的挑戰(zhàn)。

新能源汽車積極布局扁線電機(jī)

由于效率更高，扁線電機(jī)得到了新能源汽車廠商的廣泛重視。早在2007年，雪佛蘭VOLT采用的電動(dòng)汽車新技術(shù)中就有發(fā)卡式扁線電機(jī)，由供應(yīng)商雷米提供。2015年，豐田第四代普銳斯也選擇搭配扁線電機(jī)，其扁線電機(jī)供應(yīng)商為電裝。

目前，特斯拉、蔚來、理想、小鵬、上汽和長(zhǎng)城等眾多品牌的新能源汽車?yán)锒即钶d了扁線電機(jī)，同時(shí)汽車各級(jí)別的供應(yīng)商也在積極開發(fā)扁線電機(jī)。

以方正電機(jī)為例，該公司研發(fā)生產(chǎn)的扁線電機(jī)在散熱能力、轉(zhuǎn)矩\功率密度、效率、NVH性能等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，隨著技術(shù)工藝的進(jìn)一步成熟，會(huì)有更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。同時(shí)，國(guó)際知名的舍弗勒集團(tuán)、博格華納、電裝、日立、麥格納國(guó)際等企業(yè)也是扁線電機(jī)市場(chǎng)的主要參與者。有分析報(bào)告指出，后續(xù)兩年扁線電機(jī)在新能源乘用車領(lǐng)域滲透率將達(dá)到90%，屆時(shí)將達(dá)到288萬套的需求，市場(chǎng)規(guī)模也將達(dá)到90億元。

結(jié)語

憑借體積小、效率高、導(dǎo)熱強(qiáng)、溫升低、噪音小的優(yōu)勢(shì)，扁線電機(jī)成為提升功率密度的解決方案之一。業(yè)界對(duì)于扁線電機(jī)趨勢(shì)已達(dá)成基本共識(shí)，背后原因就在于其潛力非常大。相信未來會(huì)有更多的新能源汽車選擇扁線電機(jī)，扁線電機(jī)也會(huì)滲透到更廣泛的領(lǐng)域里。

活動(dòng)推薦

最后為大家推薦一個(gè)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)。11月21日，電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的“2024|第十二屆（秋季） 電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研試會(huì)”將在深圳益田威斯汀酒店舉辦，屆時(shí)行業(yè)代表性廠商將分享在電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)方面的前沿產(chǎn)品和應(yīng)用，歡迎大家掃碼關(guān)注！