淺談扁線電機的四大應(yīng)用阻礙

扁線擁有許多傳統(tǒng)繞組不可比擬的優(yōu)點，但同時扁線電機也有部分劣勢，但總體而言瑕不掩瑜。隨著技術(shù)的發(fā)展和滲透率的逐漸提升，扁線電機應(yīng)用的障礙正在被逐個化解。

應(yīng)用障礙一“趨膚效應(yīng)”、“鄰近效應(yīng)”明顯，交流阻抗增大，高轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)換效率降低。趨膚效應(yīng)指當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場時，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，且電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分的一種現(xiàn)象。鄰近效應(yīng)指相互靠近的導(dǎo)體，通有交變電流時，每一根導(dǎo)體都處于自身電流產(chǎn)生的磁場中，同時還處于其他導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的磁場中，這使得每個導(dǎo)體中電流分布都會受到鄰近導(dǎo)體影響而不均勻現(xiàn)象。“趨膚效應(yīng)”、“鄰近效應(yīng)”都會增加交流阻抗，交流阻抗增大，高轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)換效率降低。

上圖左：趨膚效應(yīng)上圖右：鄰近效應(yīng)

“趨膚效應(yīng)”并不影響扁線電機滲透率的快速提升，但工程師也已經(jīng)有改善方案：

提高扁線的寬高比，間接增加扁線的比表面積；

減小導(dǎo)線尺寸，間接增加扁線的比表面積，但這同時也會降低槽滿率，需要綜合評估；

采用多檔變速箱，降低電機轉(zhuǎn)速，代表車型為保時捷Taycan；

3D打印銅線，導(dǎo)體尺寸和橫截面可以任意變化，給了繞組設(shè)計極大的自由空間，該方案導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)的電分離結(jié)構(gòu)，所述電分離結(jié)構(gòu)用于限制渦流路徑，因此電流密度被“強制”到剩余的導(dǎo)體橫截面上，此外借助于3D打印可以實現(xiàn)任意連接的幾何形狀，不需要傳統(tǒng)的繞組接頭焊接工藝，該方案短期內(nèi)無法實現(xiàn)量產(chǎn)。

上圖左：3D打印銅線示意圖上圖右：3D打印銅線樣件

應(yīng)用障礙二

非標準化；不同車企的設(shè)計方案不一樣，而定子是電機設(shè)計的核心，定子尺寸定型后，導(dǎo)線的線型、尺寸任意一點發(fā)生改變，都需要定制昂貴的工裝模具，兼容性低，系列化難度高。

同一車企或電機企業(yè)的設(shè)計系列化趨勢初現(xiàn)，以上汽E2架構(gòu)為例，在設(shè)計之初就考慮了共線生產(chǎn)，三款不同功率的電機（150kw，180kw，250kw）適用于該架構(gòu)上的所有車型，最大程度上實現(xiàn)模塊化。第三方電機的壯大也會改善系列化難度，扁線電機的技術(shù)門檻和初始投資門檻遠高于傳統(tǒng)圓線電機，技術(shù)基礎(chǔ)較弱的車企只能廣泛依賴于第三方電機廠商，第三方電機廠商的電機型號有限，也會成為市場上的主流產(chǎn)品。

上圖：保時捷Taycan電機細節(jié)圖

應(yīng)用障礙三

扁線電機生產(chǎn)線投資額是圓線的2-5倍。扁線電機對產(chǎn)品的一致性要求高，技術(shù)難度大，需要投入精度較高的自動化伺服設(shè)備、焊接設(shè)備、Hair-Pin線成形設(shè)備和工裝模具等。

汽車電動化和電機扁線化的趨勢已經(jīng)確定，扁線電機逐漸成為資本寵兒。方正電機的年產(chǎn)100萬臺新能源汽車驅(qū)動電機項目，總投資5億元人民幣，項目達產(chǎn)后可新增銷售收入25億。

應(yīng)用障礙4

對扁線要求高，扁線成本高、技術(shù)難度大。扁線的加工難度增大。

從圓形切換到矩形形狀，導(dǎo)致銅線生產(chǎn)加工工藝更加復(fù)雜；

涂覆難度增大，扁平線R角處的漆膜涂覆非常困難，很難保證此處絕緣層的均勻性；絕緣涂層在烘干后會產(chǎn)生收縮，扁線是非均勻收縮，容易變形，需要改良使得R角處的涂覆厚度更厚；

扁線彎折成發(fā)卡后，R角處應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致涂覆層破損；

對扁線的精度要求高，扁線截面積大、匝數(shù)少，單根導(dǎo)線不一致對整體性能的影響顯著增大，對扁線的一致性要求高，復(fù)雜的加工成本使得扁線成本更高，也使得扁線加工企業(yè)享受更高的技術(shù)溢價；

新能源汽車所使用的漆包線直接關(guān)系到整車運行穩(wěn)定性，對電磁線廠家的質(zhì)量控制流程、研發(fā)與工藝設(shè)計能力提出了很高的要求，需要對拉絲和包漆速度、拉絲與包漆的協(xié)調(diào)、拉絲模具配置、張力控制、涂漆模具配置、烘焙溫度、絕緣漆粘度、工作環(huán)境等多個控制點的合理設(shè)計、嚴格控制。

扁線的最大成本是原材料無氧銅桿，加工費在電機中的價值量并不高。穩(wěn)定地供給合格的產(chǎn)品是與車企合作的關(guān)鍵，在原材料是主要成本的情況下，車企尋求加工費更低的供應(yīng)商的動力并不高。

編輯：黃飛