電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）近幾年來(lái)，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)以及大功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，再加上高壓、高速電機(jī)制造技術(shù)的提升，電機(jī)迎來(lái)了快速的發(fā)展。

汽車(chē)領(lǐng)域，隨著新能源時(shí)代的到來(lái)，電機(jī)在其中發(fā)揮了決定性的作用。如何發(fā)揮出更好的電機(jī)性能成為新能源汽車(chē)的核心問(wèn)題。過(guò)去內(nèi)燃機(jī)時(shí)代發(fā)動(dòng)機(jī)不同技術(shù)路線之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)也由此變成了圓線電機(jī)和扁線電機(jī)之間的競(jìng)爭(zhēng)。

更緊湊更強(qiáng)勁，扁線電機(jī)引領(lǐng)新能源汽車(chē)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

電驅(qū)系統(tǒng)，是新能源汽車(chē)的核心系統(tǒng)之一，被譽(yù)為新能源汽車(chē)的心臟。它的作用是高效率地將動(dòng)力電池組的能量轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能，或者將車(chē)輪上的動(dòng)能反饋到動(dòng)力電池組中，電驅(qū)系統(tǒng)中電機(jī)又是絕對(duì)的核心，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標(biāo)。

隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的逐年發(fā)展，新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量也快速增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)高性能、高效率的電機(jī)需求越來(lái)越大。同時(shí)工信部和發(fā)改委也提出規(guī)劃，要在2025年實(shí)現(xiàn)乘用車(chē)功率度大于4kW/kg，政策和需求進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)電機(jī)更高功率密度的追求。在對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)要求越來(lái)越高的背景下，電驅(qū)系統(tǒng)正在向扁線電機(jī)、油冷電機(jī)、多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成方向演變。

扁線電機(jī)，是相對(duì)于傳統(tǒng)圓線電機(jī)來(lái)說(shuō)的，扁線驅(qū)動(dòng)電機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)與圓線電機(jī)沒(méi)有大的區(qū)別，都包括了外殼、前后軸承、定子組件、轉(zhuǎn)子組件等幾大部分。但是扁線電機(jī)定子繞組所用的導(dǎo)線形態(tài)發(fā)生了變化，繞組從多根細(xì)的圓線轉(zhuǎn)變成幾根粗的矩形導(dǎo)線，這也就是扁線電機(jī)稱(chēng)呼的由來(lái)。

新能源汽車(chē)電機(jī)的小型化是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，電機(jī)體積的減小可以節(jié)約空間，降低成本。由于繞組形式的改變，實(shí)現(xiàn)同樣的功率，扁線電機(jī)相比于傳統(tǒng)圓線電機(jī)體積更小，耗材更少。在相同的體積下，扁線電機(jī)可以填充的導(dǎo)線可以多20%—30%，槽滿率更高，對(duì)功率密度提升也不小，電機(jī)槽數(shù)的優(yōu)化對(duì)提高轉(zhuǎn)矩也有幫助。當(dāng)然，槽滿率也不是說(shuō)提高就能提高的，高槽滿率也意味著成本和成品下線難度都會(huì)大幅增加。

其次，扁線的繞組設(shè)計(jì)使得導(dǎo)線和導(dǎo)線間的接觸面積增大，內(nèi)部間隙變小，散熱和熱傳導(dǎo)更好，這也使得扁線電機(jī)能夠承受更高的瞬時(shí)功率。眾所周知，電機(jī)對(duì)散熱和溫度是非常敏感的，散熱性變好，性能自然會(huì)提升，相比圓形電機(jī)這也是一個(gè)大提升。

此外，扁線電機(jī)能使電樞具備更好的剛度，能抑制電樞噪音，并進(jìn)一步降低電機(jī)電磁噪音，可靠性也超過(guò)圓線電機(jī)。目前已經(jīng)應(yīng)用在新能源汽車(chē)上的扁線電機(jī)以Hairpin扁線電機(jī)為主，部分車(chē)型采用了集中繞組扁線電機(jī)。

雖然扁線電機(jī)在很多方面都展現(xiàn)出了比圓線電機(jī)更契合新能源汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)的特性，但它也有弱勢(shì)的地方。除了前面提到的高槽滿率也意味著成本和下線難度會(huì)增加，還有高轉(zhuǎn)速下受集膚效應(yīng)影響，交流電阻變大，扁線電機(jī)的效率會(huì)降下來(lái)，目前絕大部分車(chē)型的大部分工況都在中低轉(zhuǎn)速里，扁線電機(jī)的效率還是要高出圓線電機(jī)的。高轉(zhuǎn)速下降低損耗提高效率這也是扁線電機(jī)在持續(xù)突破的技術(shù)方向。

扁線電機(jī)需求上升，加速新能源汽車(chē)突破更高性能

扁線電機(jī)作為提升電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率密度以及效率的主要手段，隨著近幾年產(chǎn)業(yè)鏈上下技術(shù)的突破，可以說(shuō)扁線電機(jī)的發(fā)展目前看是超出預(yù)期的。根據(jù)汽車(chē)之家數(shù)據(jù)，2022年新能源車(chē)扁線電機(jī)出貨量已經(jīng)達(dá)276.2萬(wàn)套，占比超過(guò)40%。

隨著各主機(jī)廠緊鑼密鼓地布局扁線電機(jī)業(yè)務(wù)，預(yù)計(jì)未來(lái)3—5年扁線電機(jī)滲透率還將進(jìn)一步提升，有望在2025年左右滲透率超過(guò)80%。中航證券則預(yù)計(jì)2025年中國(guó)扁線電機(jī)需求量為978萬(wàn)個(gè)，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間為342億元。

扁線電機(jī)其實(shí)很早就應(yīng)用在汽車(chē)上了，雪佛蘭和豐田是最早采用扁線電機(jī)的車(chē)廠。此后隨著扁線電機(jī)的發(fā)展和普及，許多新能源汽車(chē)公司如上汽、比亞迪、特斯拉、蔚來(lái)等主流車(chē)企紛紛換裝扁線電機(jī)。

特斯拉為Model 3和Model Y設(shè)計(jì)的扁線電機(jī)，采用的Hairpin扁線繞組技術(shù)，效率在95%以上，相關(guān)參數(shù)220kW/19000rpm/440Nm（3D6）。此前已經(jīng)做到過(guò)10層繞組，不過(guò)目前四代又回到了8層繞組，看來(lái)現(xiàn)階段還是8層繞組性價(jià)比更高，10層不論是良率還是成本無(wú)法保證利潤(rùn)，還需要迭代。

比亞迪扁線電機(jī)采用的1槽6線扁線繞組技術(shù)，電機(jī)效率最高可達(dá)97.5%，額定功率提高了32%，高效區(qū)間（效率大于90%）占比高達(dá)90.3%，質(zhì)量功率密度達(dá)到5.8kW/kg。同時(shí)采用了油冷技術(shù)，電機(jī)功率密度44.3kW/L。

去年長(zhǎng)安發(fā)布了全新的數(shù)智電驅(qū)混動(dòng)系統(tǒng)，采用了10層Hairpin扁線油冷電機(jī)技術(shù)，是混動(dòng)領(lǐng)域首個(gè)應(yīng)用10層扁線技術(shù)的。電機(jī)效率達(dá)到97.8%，并且高效區(qū)間占比超過(guò)90%，電機(jī)峰值功率達(dá)到158kW，質(zhì)量功率密度達(dá)到7kW/kg。

去年年末，小米超級(jí)電機(jī)面世，同樣采用了扁線電機(jī)。其中超級(jí)電機(jī)V8s采用54槽6極設(shè)計(jì)，8 層Hairpin扁線繞組，槽滿率為77%，鐵損降低了25%。該扁線電機(jī)有635Nm峰值扭矩、98.11%的最高效率，電機(jī)質(zhì)量功率密度可達(dá)10.14kW/kg。

扁線電機(jī)的上車(chē)，讓我們看到了電機(jī)技術(shù)突破給新能源汽車(chē)帶來(lái)的強(qiáng)大性能提升，雖然還面臨著一些挑戰(zhàn)，但是扁線電機(jī)在各主機(jī)廠緊鑼密鼓地布局下，正漸漸成為新能源汽車(chē)市場(chǎng)的強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

扁線電機(jī)匹配高算力主控與SiC電控

扁線電機(jī)強(qiáng)大的性能自然不假，6層也好，8層也好，10層也好，都需要相匹配的系統(tǒng)才能充分發(fā)揮出電機(jī)的實(shí)力，這就包括高效率高算力的電機(jī)控制器、高可靠的熱管理系統(tǒng)、高效的傳動(dòng)系統(tǒng)等等。

在長(zhǎng)安的數(shù)智電驅(qū)上，電機(jī)控制器就采用了四核、單核300MHz算力的TC38X作為MCU主芯，算力相比類(lèi)似的兩個(gè)單核芯片提升50%，因此才能實(shí)現(xiàn)高精度動(dòng)態(tài)扭矩響應(yīng)控制。為了扁線電機(jī)實(shí)現(xiàn)更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音，扁線電機(jī)控制對(duì)更快的指令響應(yīng)時(shí)間和更優(yōu)異的高頻擾動(dòng)抑制能力的需求是很明顯的，因此主機(jī)廠需要更強(qiáng)算力的主控芯片來(lái)匹配更強(qiáng)性能的扁線電機(jī)電驅(qū)系統(tǒng)。

電機(jī)控制器核心功率控制模塊里SiC器件為高效的車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)賦能也已經(jīng)是確定的趨勢(shì)，特斯拉、極氪、蔚來(lái)、小鵬、小米等品牌均開(kāi)始陸續(xù)為車(chē)輛裝配SiC電驅(qū)電控系統(tǒng)。SiC在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用將在保證汽車(chē)的強(qiáng)度和安全性能的前提下大大減輕汽車(chē)的重量，有效提升電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程，并顯著減少電控系統(tǒng)體積。SiC加扁線電機(jī)，將大幅提升新能源汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)性能以及可靠性。

小結(jié)

雖然還有一些技術(shù)挑戰(zhàn)存在，但扁線電機(jī)在大多數(shù)關(guān)鍵性能指標(biāo)上都展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)，特別是在體積、散熱能力和效率方面，其在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，為新能源汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)帶來(lái)顯著的提升。