電機繞組技術的案例
新能源車用驅動電機定子繞組技術
2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
第一代繞組技術：徑向嵌裝繞組
徑向嵌裝繞組是指將銅導體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口將繞組從徑向方向裝配進鐵芯槽內（如圖3，圖4所示為聯合電子開發的圓線/扁線徑向嵌裝繞組）。
從1888年開始，工業電機上應用的主流繞組技術均為徑向嵌裝繞組，初期繞組技術以分布式圓線徑向嵌裝繞組為主，1942年又逐漸衍生出集中式圓線徑向嵌裝繞組，隨后到1995年發展出集中式扁線繞組以及分布式波繞扁線繞組。
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2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
新能源車用驅動電機定子繞組技術
2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
新能源汽車動力密碼：定子繞組技術演變與驅動系統的未來圖景
新能源汽車的動力角逐，本質是驅動電機的技術博弈！定子繞組從傳統徑向到軸向的跨越式發展，Hair-pin、I-pin 等技術路線百家爭鳴。與此同時，高轉速、低成本等難題橫亙在前，電機材料與工藝該如何破局？一起探尋驅動電機技術的演進與突圍之路。
新能源汽車驅動電機
定子繞組技術的發展與創新
隨著新能源汽車行業的快速發展，驅動電機定子繞組技術經歷了從傳統徑向嵌裝到現代軸向嵌裝的變革。目前，軸向嵌裝繞組技術已成為主流，其中Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術路線各具優勢，推動了新能源汽車電機性能的不斷提升。
01繞組技術發展歷程
第一代：徑向嵌裝繞組技術
徑向嵌裝繞組是將銅導體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口裝配進鐵芯槽內。早期以分布式圓線徑向嵌裝為主，1942年發展出集中式圓線徑向嵌裝，1995年進一步發展為集中式扁線繞組和分布式波繞扁線繞組。這種技術受限于鐵芯槽口極靴形狀，影響電機的峰值/持續特性及NVH性能，且生產工藝難以實現高節拍自動化生產。
第二代：軸向嵌裝繞組技術
從1958年開始，軸向嵌裝繞組技術進入市場應用。該技術將扁銅線導體沿定子鐵芯端面槽口裝配進鐵芯槽內，具有更高的自動化生產潛力和更好的性能表現。目前，軸向嵌裝繞組技術主要有Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術路線。
02主流軸向嵌裝繞組技術對比
Hair-pin繞組：Hair-pin繞組是目前的主流技術，槽滿率可達70%，具有電磁設計靈活、產品設計與制造均衡度好的優勢。其繞組嵌裝所需的裝配預留空間和導體間隙小，適合大規模自動化生產。
I-pin繞組：目前以聯合電子、博世為代表。I-pin繞組無需預成型且為單槽裝配，槽滿率可達74%，功率、扭矩與效率性能優異。
展開 
新能源汽車扁線電機的繞組交流損耗分析
1．前言
永磁電機的主要功率損耗部件是鐵心，磁鋼和繞組。Hair-Pin電機在高速時有較大的繞組AC損耗，特別是發生在繞組端部的損耗。發生在端部繞組區域中的磁力線模式不同于鐵心中的繞組長度內的磁力線模式。
這些損耗可以通過直流和交流損耗來定義，直流繞組損耗很容易通過繞組的電路分析來計算，并且是算術計算。AC損耗分量是由于導體相互靠近產生的磁場的各種影響而引起的。這通常是通過創建原型和對線圈部件進行繁瑣的測量來估計的。這將使設計工作流程既昂貴又耗時。
然而，通過在JMAG中將線圈創建三維模型并進行3D的有限元分析，可以相對快速和經濟地分析AC損耗。
2．背景
（1）Bar-winding廣泛用于新能源汽車的電機設計中。
圖1 圓線繞組和扁線繞組對比
A. 優點：
1)用銅量少。
2)提高散熱性。
3)端部整齊免綁扎。
4)提高生產率。
B .缺點：存在較大渦流損耗。
（2）交流損耗的電磁場
引起交流損耗的原因主要是：漏磁通、集膚效應和臨近效應。
（3）漏磁通
漏磁通將引起線圈中的AC 損耗，它在旋轉過程分布性將變化，并且如果電流是PWM，它將具有很高的諧波分量。
（4）集膚效應
a）高速和PWM引起的高頻分量。
b）集膚效應增加了損耗。
圖2 集膚效應和頻率關系
上圖為交流電流應用于單根導線，從圖2可以看出較高的頻率如高速會導致集膚效應并增加損耗。
（5）鄰近效應
槽內的導體會產生鄰近效應。從圖3可以看出，距離越近鄰近效應越明顯，因此交流損耗也越大。
圖3 鄰近效應和距離
交流電流施加到兩根導線上。來自每根導線的磁通鏈接到另一根導線中導致了渦流。槽內的許多導體會增加AC損耗。
展開 電機繞組I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding的區別
扁線電機已經是目前主流的電機繞組形式，與圓線相比，扁線有利于電機槽滿率的提升，一般圓線電機的槽滿率為50%左右，而扁線電機的槽滿率能達到70%以上。槽滿率的提升意味著在定子槽空間不變的條件下，可以填充更多的銅線，通過更大的電流，產生更強的磁場，進而提升功率密度。
先看一個扁線電機定子繞組裝配過程視頻。
扁線電機的繞組形式主要有I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding。下面是對四種扁線繞組的整理介紹。
01
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I-pin
I-Pin繞組形如I，直接插線，然后雙邊焊接。無需預成型且為單槽裝配，可以進一步降低繞組的裝配預留空間，缺點是焊接工藝繁瑣，端部尺寸較大。
02
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Hair-pin
Hair-pin繞組形似發卡，先成型再插線，然后單邊焊接。是目前應用最多的扁線繞組形式。
03
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X-pin
X-pin繞組主要是在焊接端進行優化，如下圖所示。
展開 電動汽車用分裂繞組永磁同步電機設計
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什么是電機繞組熱保護，它們如何限制浪涌電流？
電機的熱繞組保護是自動化設備中的關鍵組件，這樣就可以防止繞組溫度過高，最終避免繞組絕緣永久性擊穿和失效。所使用的熱保護可能有所不同，主要取決與熱測量的方法以及該保護設備與變頻驅動器（VFD）的相互作用方式。
新能源驅動電機定子幾種常見的扁線繞組型式
“定子繞組是指安裝在定子上的繞組,也就是繞在定子上面的銅線。繞組是由多個線圈或線圈組構成一相或整個電磁電路的統稱。電機繞組根據線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分布式兩類。集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。目前的交流電機定子絕大部分都是采用分布式繞組，根據不同機種、型號及線圈嵌繞的工藝條件，電機各自設計采用不同的繞組型式和規格”。
01
Hair pin / 發夾式繞組
Hairpin是目前比較常見的扁線繞組形式，由于單根形狀比較像發夾，所以也叫發夾式繞組。該繞組型式的特點是只需要焊接一端。
02
i-pin繞組
i-pin最大的特點是制造工藝簡單，一字型扁銅線直接插入定子槽內后扭頭焊接，特點是端部兩頭都需要焊接。
展開 定子繞組技術PIW、 HPW、FLW怎么選？
來源：
RIO電驅動
定子繞組是提高電機效率（efficiency）、壽命（lifetime）、體積（volume）和成本的關鍵因素。因此，要滿足交通電氣化的挑戰性，選擇合適的繞組技術和適當的設計是必須的。本文討論并對比用于電驅動的高速電機（high speed electrical machines）的定子繞組技術。
汽車應用中最常用的繞組配置（winding configurations），絞合線（stranded wire）、發夾式（hairpin）以及創新型成型利茲線（formed litzwires）。本文從相位電阻（phase resistance）、交流損耗系數（AC loss factor）和熱特性（thermal behavior）來分析三個繞組方案的主要優點。
現代電動汽車中最常見的電機拓撲（motor topologies）結構，包括感應電機（IM）、永磁同步電機（PMSM）、外勵磁機（EEM）。本文選擇的基準電機（reference machine）是一臺24 krpm的永磁輔助同步磁阻電機（Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Machine），峰值功率為200 kW。
展開 電機技術干貨：振動原因一網打盡，扁線繞組成新能源工業新寵
航空航天電機</p><p>場景：飛機電傳操縱系統電機、衛星姿態控制電機、航天器推進系統電機。</p><p>優勢：高可靠性（扁線繞組結構更穩固，抗振動能力強）、輕量化（符合航空減重要求），如部分無人機和輕型飛機的驅動電機已采用扁線技術。</p><p>2）. 特種裝備</p><p>場景：艦艇推進電機、軌道交通牽引電機（如高鐵輔助供電系統電機）、軍工設備驅動電機。</p><p>優勢：耐高負荷、抗干擾能力強，滿足特種環境下的長期穩定運行需求。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">5、新興應用方向</strong></p><p>1）. 氫燃料電池壓縮機電機</p><p>場景：氫燃料電池系統的高轉速壓縮機（轉速可達10萬轉/分鐘以上），如豐田Mirai、現代NEXO的燃料電池系統。</p><p>優勢：扁線繞組的高功率密度和散熱性適配高轉速壓縮機。</p><p>2）. 儲能系統用電機</p><p>場景：儲能變流器（PCS）的驅動電機。</p><p>優勢：提升能量轉換效率，降低儲能系統整體損耗。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">6、未來趨勢</strong></p><p>隨著扁線繞組制造工藝（如發卡成型、焊接技術）的成本下降，其應用將向更多中小功率場景滲透，如兩輪電動車、智能家居等領域。扁線繞組的核心適配場景將不斷擴大，推動更多行業的技術進步和產業升級。
展開 
汽車專題第七期 |新能源汽車—電機篇（三）
應用Ansys Fluent計算定子，轉子，繞組溫升。
車用永磁同步電機設計不簡單！
LD/LQ計算和判斷
一般規律：Ld隨電機弱磁升速和扭矩增加，數值基本不變。Lq隨扭矩增加（或磁密飽和）而減小，隨弱磁升速（磁密降低）而增大。
電機進行FOC控制時，電機的交直軸電流都是同時加載。在同一定轉子沖片磁路下，交直軸的磁路是相關影響的。仿真求解和加載條件必須相同。
七、永磁同步電機的設計輸出參數
1. 反電勢或空載磁鏈
2. 短路電流
3. 最大相電流和最高工作電流頻率）（是否和控制器IGBT一致）
4. Ld/Lq表
5. 負載特性（特別是峰值扭矩、功率時直軸電流和短路電流的關系）
6. 齒槽扭矩
7. 0N.m最高轉速下需要的最小相電流和磁密分布
8. 效率MAP
9. 電流密度和熱負荷判斷
10. 槽滿率
11. 繞組端部尺寸
總結
國內車用驅動電機技術和國外還有一定差距。在國內外同行的共同努力下，電機技術日新月異。市場對電機性能和成本的要求沒有極限。
展開 技術聚焦前沿：雙電機驅動與材料變革，解碼電機產業新動能
奧迪e-tron：采用中央雙電機構型，兩個電機和減速器對置布置，通過半軸驅動車輪。這種設計簧下質量小，制造技術成熟，但傳動系統占用底盤空間較大，多用于高性能汽車。
蔚來ES8創始版：搭載前后感應+永磁雙電機，感應電機提供高功率和大扭矩，永磁電機提升效率。系統綜合功率480kW，峰值扭矩850N·m，零百加速4.1秒。其電機采用扁線繞組工藝，效率和功率密度顯著提升。
雙永磁電機
比亞迪漢：漢EV四驅版采用前后雙永磁同步電機，前置電機最大功率163kW，后置電機最大功率200kW。最高轉速15500轉/分，搭載刀片電池，NEDC續航里程550公里。其后置電機采用SIC電控，提升高溫工況下的可靠性。
小鵬P7四驅版：前后軸各布置一個永磁同步電機，前電機最大功率196kW，后電機最大功率120kW。綜合功率316kW，扭矩655N·m，0-100km/h加速時間4.3秒。雙電機四驅系統可全域無級動力分配，提升車輛穩定性和操控性能。
保時捷Taycan：采用前后永磁同步電機，后電機提供更強動力。其電機采用hairpin繞組技術，提升性能和效率，但高速時需注意交流損耗問題。
永磁同步+感應異步雙電機
特斯拉Model 3性能版&Model Y：前軸采用交流異步電機，后軸采用永磁同步電機。這種搭配利用感應電機在高速、永磁電機在低速的高效區，實現效率互補。Model Y的扁線電機進一步優化了體積和功率密度。
全新蔚來ES8：采用前180kW永磁+后300kW感應電機，系統綜合功率480kW，峰值扭矩850N·m。前后電機功率升級，體積更小，效率更高。
展開 博格華納丨集成式電驅動模塊iDM
博格華納iDM的三大主要模塊：
（1）高速電機：博格華納的iDM系統中的電機是最高轉速16000 rpm的永磁同步電機。可以支持更高速比從而提升輪端扭矩輸出，減小電機尺寸。該電機也采用發卡式定子繞組技術以大幅提升電機的功率密度。
憑借該項專利技術，博格華納的高速電機在噪聲、振動與聲振粗糙度等方面表現卓越。某德國競爭對手2019年初剛剛收購電機繞線設備供應商，并開始汲取其繞線設備與關鍵技術。在該方面，博格華納先人一步，掌握高效電機制造的核心技術。未來電機將往體積更小，功率密度更高的方向發展。
（2）功率電子：不同于已量產的eDM產品，博格華納iDM eAxle系統集合了電子控制裝置。博格華納iDM eAxle電子控制裝置目前采用主流的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor) 絕緣柵雙極型晶體管技術。
（3）齒輪傳動機構：能否提供靈活的減速比以適應各種客戶需求是考量一套電驅動系統的關鍵指標之一。博格華納的iDM系統采用固定速比，目前可為客戶提供12.5的減速比，基本覆蓋大部分客戶各種車型的動力傳輸需求。從市場情況來看，博格華納的齒輪傳動比高于平均水平。
博格華納iDM的新功能
（1）電子矢量控制系統；
為了保證電動汽車通過彎道時的穩定性，博格華納開發出同軸帶矢量控制電機。
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