新能源汽車(chē)的動(dòng)力角逐，本質(zhì)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)博弈！定子繞組從傳統(tǒng)徑向到軸向的跨越式發(fā)展，Hair-pin、I-pin 等技術(shù)路線百家爭(zhēng)鳴。與此同時(shí)，高轉(zhuǎn)速、低成本等難題橫亙?cè)谇埃姍C(jī)材料與工藝該如何破局？一起探尋驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)的演進(jìn)與突圍之路。

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

定子繞組技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新

隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組技術(shù)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)徑向嵌裝到現(xiàn)代軸向嵌裝的變革。目前，軸向嵌裝繞組技術(shù)已成為主流，其中Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術(shù)路線各具優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)了新能源汽車(chē)電機(jī)性能的不斷提升。

01繞組技術(shù)發(fā)展歷程

第一代：徑向嵌裝繞組技術(shù)

徑向嵌裝繞組是將銅導(dǎo)體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口裝配進(jìn)鐵芯槽內(nèi)。早期以分布式圓線徑向嵌裝為主，1942年發(fā)展出集中式圓線徑向嵌裝，1995年進(jìn)一步發(fā)展為集中式扁線繞組和分布式波繞扁線繞組。這種技術(shù)受限于鐵芯槽口極靴形狀，影響電機(jī)的峰值/持續(xù)特性及NVH性能，且生產(chǎn)工藝難以實(shí)現(xiàn)高節(jié)拍自動(dòng)化生產(chǎn)。

第二代：軸向嵌裝繞組技術(shù)

從1958年開(kāi)始，軸向嵌裝繞組技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)應(yīng)用。該技術(shù)將扁銅線導(dǎo)體沿定子鐵芯端面槽口裝配進(jìn)鐵芯槽內(nèi)，具有更高的自動(dòng)化生產(chǎn)潛力和更好的性能表現(xiàn)。目前，軸向嵌裝繞組技術(shù)主要有Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術(shù)路線。

02主流軸向嵌裝繞組技術(shù)對(duì)比

Hair-pin繞組：Hair-pin繞組是目前的主流技術(shù)，槽滿率可達(dá)70%，具有電磁設(shè)計(jì)靈活、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造均衡度好的優(yōu)勢(shì)。其繞組嵌裝所需的裝配預(yù)留空間和導(dǎo)體間隙小，適合大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)。

I-pin繞組：目前以聯(lián)合電子、博世為代表。I-pin繞組無(wú)需預(yù)成型且為單槽裝配，槽滿率可達(dá)74%，功率、扭矩與效率性能優(yōu)異。其制造難度低，但焊接工藝繁瑣，端部高度較大，裝配復(fù)雜度較高。

S-winding繞組：目前以博格華納為代表。S-winding繞組成型后兩頭端部無(wú)需焊接，端部空間尺寸更小，具有更優(yōu)秀的NVH性能和冷卻效果。其扭矩密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度可達(dá)10kW/kg。然而，制造難度大，電磁設(shè)計(jì)靈活度低，對(duì)扁線要求高，加工成本也較高。

X-pin繞組：目前以聯(lián)合電子和博格華納為代表。X-pin繞組被認(rèn)為是未來(lái)可能沖擊現(xiàn)有技術(shù)的新興技術(shù)，端部高度顯著降低（如博格華納的X-pin產(chǎn)品端部高度僅為17mm），焊接工藝和焊點(diǎn)設(shè)計(jì)先進(jìn)，靜態(tài)電性能參數(shù)優(yōu)異。但目前仍面臨焊接、爬電距離等問(wèn)題，應(yīng)用場(chǎng)景受限，預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

03總結(jié)

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組技術(shù)從傳統(tǒng)的徑向嵌裝發(fā)展到現(xiàn)代的軸向嵌裝，Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術(shù)路線各具優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，X-pin繞組有望成為未來(lái)的發(fā)展方向。同時(shí)，冷卻技術(shù)的創(chuàng)新也為電機(jī)性能的提升提供了重要支撐。這些技術(shù)的不斷發(fā)展將推動(dòng)新能源汽車(chē)電機(jī)向更高功率密度、更高效率和更小體積的方向邁進(jìn)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)（定轉(zhuǎn)子）核心零部件

技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為新能源汽車(chē)的核心部件，面臨著高轉(zhuǎn)速、高效率、低材料成本、長(zhǎng)壽命和短軸向尺寸等多方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。本文將從這些關(guān)鍵趨勢(shì)出發(fā)，分析當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀、面臨的困難及行業(yè)期待。

01高轉(zhuǎn)速需求趨勢(shì)

現(xiàn)狀及趨勢(shì)：新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速化是重要發(fā)展趨勢(shì)。比亞迪于2024年批產(chǎn)應(yīng)用最高工作轉(zhuǎn)速超過(guò)23000rpm，小米計(jì)劃在2025年推出超過(guò)27000rpm的電機(jī)，預(yù)計(jì)到2028年電機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速將突破30000rpm。

面臨的挑戰(zhàn)：

1）離心應(yīng)力問(wèn)題：高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的離心應(yīng)力需要通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段克服。 2）鐵損和交流損耗：高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致電流頻率增加，鐵損和交流損耗顯著上升，影響電機(jī)效率。 行業(yè)期待：

1）高強(qiáng)度硅鋼材料：開(kāi)發(fā)更高強(qiáng)度的硅鋼材料和新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)離心應(yīng)力。 2）低損耗材料：研制更低鐵損的軟磁材料和更低交流損耗的扁線電機(jī)結(jié)構(gòu)。

02高效率需求趨勢(shì)

現(xiàn)狀及趨勢(shì)：電機(jī)效率已成為整車(chē)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵指標(biāo)。特斯拉Model Y的百公里電耗達(dá)到12.7kWh/100km。華為和小米均宣稱其電機(jī)最高工作效率已超過(guò)98%，部分企業(yè)計(jì)劃在2030年推出最高效率超過(guò)99%的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

面臨的挑戰(zhàn)：在成本控制和輕量化的要求下，電機(jī)效率的提升受限于材料和工藝的發(fā)展，特別是銅損和鐵損的降低。

行業(yè)期待：

1）高導(dǎo)磁能力材料：研制更高導(dǎo)磁能力且更低損耗的硅鋼材料。

2）新型導(dǎo)電材料：開(kāi)發(fā)能夠提高直流導(dǎo)電能力的新型導(dǎo)電材料或降低交流損耗的新工藝。 3）冷卻措施：提供更好的冷卻措施以降低導(dǎo)線溫度。

03低材料成本目標(biāo)趨勢(shì)

現(xiàn)狀及趨勢(shì)：自2023年以來(lái)，整車(chē)價(jià)格戰(zhàn)打響，動(dòng)力總成面臨巨大價(jià)格挑戰(zhàn)。電機(jī)產(chǎn)品需要在高性能的同時(shí)降低成本。

面臨的挑戰(zhàn)：電機(jī)材料成本占總成本的80%以上，主要材料為金屬，成本難以因量大而顯著下降。 行業(yè)期待：

1）新型磁鋼加工工藝：在維持性能不變的情況下，降低貴金屬的應(yīng)用。

2）新型沖壓工藝：提高材料利用率，降低電機(jī)成本。

3）新型絕緣結(jié)構(gòu)：改善絕緣材料的導(dǎo)熱能力，提高功率密度。

04長(zhǎng)壽命要求趨勢(shì)

現(xiàn)狀及趨勢(shì)：汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，長(zhǎng)壽命質(zhì)保成為售后服務(wù)的重要部分。2024年，電動(dòng)商用車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的質(zhì)保壽命已提高到40萬(wàn)公里，預(yù)計(jì)到2026年部分卡車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的質(zhì)保壽命將超過(guò)60萬(wàn)公里。 面臨的挑戰(zhàn)：電機(jī)壽命主要取決于絕緣材料的工作溫度、電源特性和絕緣空間尺寸。隨著成本要求的提高，電機(jī)工作溫度和電控PWM頻率增加，不利于絕緣壽命的提高。

行業(yè)期待：研制新型低放電絕緣材料，具備更高PDIV值、機(jī)械強(qiáng)度和耐溫性，同時(shí)簡(jiǎn)化應(yīng)用工藝。

05短軸向尺寸趨勢(shì)

現(xiàn)狀及趨勢(shì)：2024年，比亞迪、奇瑞、吉利等車(chē)企推出帶原地掉頭功能的高端車(chē)型，輪邊驅(qū)動(dòng)要求電機(jī)具有更短的軸向尺寸。預(yù)計(jì)到2026年，短繞組端部的扁線焊接工藝和設(shè)計(jì)將逐步成為市場(chǎng)主流。

面臨的挑戰(zhàn)：

1）專利壁壘：雙短距繞組設(shè)計(jì)需要避開(kāi)豐田的技術(shù)專利壁壘。

2）焊接工藝：X-pin或Mini-pin焊接需要突破精密扭頭工藝和激光焊接工藝，提高產(chǎn)品合格率。

06主要原材料的發(fā)展趨勢(shì)

電機(jī)鐵芯材料：當(dāng)前，電機(jī)鐵芯材料主要采用無(wú)取向硅鋼材料。未來(lái)，轉(zhuǎn)子用材將向高強(qiáng)、超高強(qiáng)度（500MPa、600MPa、750MPa、900MPa）發(fā)展，定子用材可能采用性能更優(yōu)異的取向硅鋼。

磁鋼材料：釹鐵硼作為主流磁鋼材料，未來(lái)將朝著提高磁性能、降低成本的方向發(fā)展。研究方向包括低重稀土或無(wú)重稀土磁石的開(kāi)發(fā)，以及高豐度廉價(jià)稀土的應(yīng)用。

漆包線材料：隨著高壓、油冷技術(shù)的發(fā)展，漆包線材料將向高壓、耐電暈、耐油水、低交流損耗方向發(fā)展。未來(lái)，利茲線、換位導(dǎo)線等特殊導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將成為解決高速電機(jī)交流損耗的有效方案。

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展面臨著多方面的技術(shù)挑戰(zhàn)，但同時(shí)也帶來(lái)了巨大的創(chuàng)新機(jī)遇。通過(guò)材料升級(jí)、工藝改進(jìn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，行業(yè)有望在高轉(zhuǎn)速、高效率、低材料成本、長(zhǎng)壽命和短軸向尺寸等方面取得突破，推動(dòng)新能源汽車(chē)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。