扁線電機定子的案例
解析丨扁線電機的特點、優(yōu)勢、技術性能提升
圖六、扁線電機與圓線電機效率對比
扁線電機的優(yōu)勢
1、具有較高的槽滿率；通常可以達到70%以上的槽滿率，提高槽滿率可以有效的提升電機的功率密度與改善定子槽內散熱；
2、具有更強的散熱能力；除了扁線在中低速由于交流電阻下降導致發(fā)熱降低以外，相對圓線定子，降低齒槽內熱阻，使熱傳導更好；
3、具有更強功率扭矩能力；扁線電機更低的發(fā)熱與更好的散熱能力，電磁設計中適當提升定子繞組的熱負荷，給轉子更多的空間，保證扁線定子溫度與圓線定子相似的情況下增加轉子外徑，提升電機的峰值輸出能力；
4、扁線繞組電機相對于圓線繞組電機，在低速下更具效率優(yōu)勢，更適合中國城市路況對于車輛的需求。
展開 扁線電機定子核心制造工藝
不積跬步無以至千里，今天不論是社會意識還是技術進步都在慢慢進步，在最追求高效節(jié)能的道路上藝達電驅動、天津松正、方正電機等生產企業(yè)并沒有停下腳步，大到扁線技術的應用落地，小到散熱降噪的精巧設計。正是這些一點又一點的技術進步，才催生了電機低效到高效的質變。
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(tǒng)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(guī)格”。
01
Hair pin / 發(fā)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(fā)夾，所以也叫發(fā)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 對比分析扁線電機VS圓線電機
電驅動系統(tǒng)中，又以電機作為核心中的核心。電機的性能很大程度上決定了整車的性能。當前從產業(yè)化的需求來講，低成本、小型化、智能化是重中之重。
今天我們就來看看電機新技術——扁線電機的概念和定義，以及相對于傳統(tǒng)的圓線電機，扁線電機都有哪些優(yōu)劣勢。
01
扁線電機定義
扁線電機特指定子繞組所用的導線形態(tài)發(fā)生變化，從多根細的圓線轉變成幾根粗的矩形導線，俗稱扁線。
扁線驅動電機整機結構與圓線電機沒有大的區(qū)別，基本包括鋁殼、前后軸承、定子總成、轉子總成、溫感器、旋變器、EMC部件等幾大部分。
02
扁線電機優(yōu)勢
扁線電機的核心優(yōu)勢在于其體積小、效率高、導熱強、溫升低、噪音小。具體展開如下：
優(yōu)點①：體積小
在相同功率下，相比于傳統(tǒng)圓線電機，扁線電機的體積更小，用材更少，成本更低，或者相同體積，槽滿率提升，功率密度提升。
圓線變成扁線，從理論上來說，在空間不變的前提下，填充的銅可以增加20-30%。
這也意味著，某種程度上功率增加了20-30%。換言之，當功率相同時，電機的外徑和體積減小，進而減少了電機材料的用量。
有學者研究表明，永磁電機損耗由繞組銅耗、鐵耗、風磨雜散、磁鋼渦流損耗組成。
其中繞組銅耗占比50%以上，銅耗大小又和繞組電阻成正比P=I^2*R，或者Q=I^2*R*t（其中P=導線發(fā)熱功率；I=電流；R=繞組電阻；t為通電時間），減小繞組電阻能直接降低銅耗、提升電機效率和功率密度。
展開 
電機繞組I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding的區(qū)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
—
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
—
Hair-pin
Hair-pin繞組形似發(fā)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
—
X-pin
X-pin繞組主要是在焊接端進行優(yōu)化，如下圖所示。
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線材升級，帶來扁線電機新事物
扁線應用于永磁同步電機的銅線繞組當中。以絕大部分新能源汽車采用的永磁同步電機為例，電機結構包括定子組件、轉子組件、基座、端蓋以及其他輔助標準件。定子組件包含了定子鐵芯、銅線繞組、引出線和絕緣材料，一般與電機殼體固定。銅線繞組又區(qū)分為傳統(tǒng)圓線繞組以及新型扁線繞組。轉子組件包含轉子鐵芯、永磁體、轉軸、軸承等部件，和輸出轉軸相連，帶動齒輪驅動車輛行駛。
電機的發(fā)展始終圍繞整車需求，扁線電機對傳統(tǒng)圓線電機有碾壓性的技術優(yōu)勢。新能源汽車目前處于快速發(fā)展時期，產品質量快速提升，消費者對整車性能要求越來越高。整車對電驅系統(tǒng)的主要需求包括：高效率，高功率密度，優(yōu)秀NVH，高集成性和低成本；扁線電機在這5個技術指標上均碾壓傳統(tǒng)圓線電機。
電機繞組導線橫截面積為四邊形，與傳統(tǒng)圓線電機差異明顯。在扁線電機的定子組件制造過程中，需要把繞組做成發(fā)卡形狀，通過插入方式安裝入定子，故這種扁線電機又被稱為發(fā)卡電機。
1.2. 滲透率展望，百倍市場空間
扁線電機滲透率快速提升。2021年特斯拉換裝國產扁線電機，帶動滲透率大幅提升，扁線電機的趨勢已經確定。
眾多潛在爆款車型使用扁線電機，預計2025年滲透率將快速提升至95%。 2021年上海車展中，扁線電機大放異彩，眾多高端車型均搭載扁線電機。比亞迪的DMI車型和e++平臺全系都是扁線電機，大眾MEB、蔚來ET7、智己L7、極氪001等明星車型采用的都是扁線電機。
預估2025年新能源汽車全球銷量2367萬輛。
展開 Hair-pin 扁線電機技術解析
電機剖面與效率損耗分布圖
什么是Hair-pin技術？
永磁同步電機，主要由定子組件、轉子組件以及其他輔助件組成。
定子組件是決定電機性能的關鍵，由定子鐵芯、繞組、引出線、以及絕緣材料組成。
就連我們漢字的“田”字，也來源于此
WLTC是即將執(zhí)行的新能源油耗測試標準。與NEDC相比，WLTC在測試時間、模擬路況變化情況、怠速時間等方面都更加嚴苛，可取得較NEDC更接近實際駕駛的油耗表現。
當然，Hair-pin技術帶來的不只是高效率。
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【免責聲明】版權歸原作者所有，僅用于技術分享與交流，非商業(yè)用途！對文中觀點判斷均保持中立，若您認為文中來源標注與事實不符，若有涉及版權等請告知，將及時修訂刪除，謝謝大家的關注！
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來源：旺材電機與電控
技研丨扁線電機研發(fā)路線研究
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轉丨扁線電機研發(fā)路線研究
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車用扁線電機技術現狀及發(fā)展趨勢
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