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扁線電機(jī)優(yōu)勢突出，行業(yè)趨勢確定

2021年10月27日

按照材料形狀，電磁線可分為圓線、扁平線、異型線。圓線是最早發(fā)展的技術(shù)，目前仍是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的電磁線。圓線繞成線圈會形成空隙，空間利用率較低，進(jìn)而電機(jī)效率和功率密度也較低。為進(jìn)一步提升電機(jī)效率，扁線電機(jī)技術(shù)開始得到業(yè)界關(guān)注。


扁線電機(jī)是一種繞組技術(shù)，采用橫截面為方形的電磁線。定子組件制造時(shí)，首先把繞組做成發(fā)卡狀，穿進(jìn)預(yù)制的定子槽；然后，在另一端將繞組扭曲、焊接，形成完整繞組。在正方形的定子的截面中，方形的銅線可以完全填滿整個截面，提升銅線的利用效率。



扁線電機(jī)具有體積小，用材少，功率高，效率高，噪音少等優(yōu)勢，契合新能源汽車發(fā)展的需要，是未來電機(jī)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。


優(yōu)勢1：體積小，功率高。相同功率，體積更小，重量減小約11%，用材更少，成本更低; 或者相同體積，槽滿率（指線圈放入槽內(nèi)后占用槽內(nèi)空間的比例）提升，磁場更強(qiáng)，功率密度提升。圓線變成扁線，理論上相同空間提下，扁線電機(jī)可達(dá)70%的槽滿率，填充的銅可以增加20-30%，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場強(qiáng)度，增加功率。


優(yōu)勢2：溫度性能更好。內(nèi)部空隙變少，扁線間的接觸面積提升，繞組和鐵心槽之間接觸更好，熱傳導(dǎo)散熱更好，提升電機(jī)性能。相同設(shè)計(jì)的扁銅線電機(jī)繞組溫升比圓銅線電機(jī)低10%。



優(yōu)勢3：減少銅耗。永磁同步電機(jī)最高效率可達(dá)97%左右， 3%左右的電機(jī)損耗主要來自于銅耗、鐵耗、風(fēng)損等，其中銅耗占比最大，約為50%。扁線電機(jī)通過提高銅滿率，能夠減少40%的銅耗，降低電機(jī)損耗。


優(yōu)勢4：電機(jī)的平均效率將提升1%-2%，全速效率提升2-3%，扁線電機(jī)在中低轉(zhuǎn)速的高效區(qū)域要大于圓線電機(jī)。


優(yōu)勢5：電磁噪音更低。扁線電機(jī)導(dǎo)線的應(yīng)力比較大，剛性比較大，電樞具備更好的剛度，對電樞噪音具有抑制作用；可以取相對較小的槽口尺寸，有效降低齒槽力矩，進(jìn)一步降低電機(jī)電磁噪音。



優(yōu)勢6：繞組的端部短，節(jié)省銅材，提升效率。傳統(tǒng)的圓線電機(jī)為避免加工中損傷銅線，其端部通常留有較長銅線。扁線電機(jī)可以在加工的時(shí)候把端部做得小一點(diǎn)。與圓線電機(jī)相比減少20%的端部尺寸，進(jìn)一步降低體積。



扁線電機(jī)起初用于大功率工業(yè)電機(jī)，大功率發(fā)電機(jī)組，后來延伸到車輛領(lǐng)域。


扁線的趨勢替代在產(chǎn)業(yè)界中已然開啟。扁線電機(jī)最先在國外車企得以應(yīng)用，早在2007年雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)就搭載了麥格納的扁線電機(jī)。而后續(xù)豐田、日產(chǎn)也裝配了日本電裝的扁線電機(jī)。特斯拉扁線電機(jī)也已經(jīng)開始量產(chǎn)。


目前，國內(nèi)也在加速扁線技術(shù)的研究。上汽、比亞迪、北汽、長城、吉利、蔚來等整車廠都在推進(jìn)使用扁線電機(jī)；方正電機(jī)、漢拿電機(jī)等電機(jī)企業(yè)也開始推出扁線產(chǎn)品。


目前大部分廠家采用hairpin導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造扁線電機(jī)；另外一種正在研發(fā)的定子類型是wave winding，它具有沒有焊點(diǎn)，能縮短端部高度，節(jié)省生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)。


特斯拉國產(chǎn)電機(jī)版本落地，帶動行業(yè)扁線電機(jī)滲透率持續(xù)提升。使用扁線能提升電機(jī)效率進(jìn)而提升整車?yán)m(xù)航里程，新能源車扁線電機(jī)趨勢確定，自主品牌和合資品牌都在推進(jìn)扁線進(jìn)程。今年是扁線應(yīng)用的元年，特斯拉國產(chǎn)電機(jī)版本的交付將加速行業(yè)扁線電機(jī)滲透過程，預(yù)計(jì)到明年年底，扁線電機(jī)在新能源新車型上的滲透率能夠提升到90%左右。


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