四、电驱动发展趋势

随着汽车电动化、集成化、轻量化程度的加深，同时为了应对市场多样化的应用需求，整车端对于电驱动的需求逐渐朝着高效率、高功率密度、高集成、低成本、更高压、具有良好的NVH以及具有更快速且安全的冷却系统等方向发展。

高效率：高效区间所占有的比例更大；

高功率密度：同等体积下具有更高的功率；

高集成：体积更小，可集成更多系统单元；

低成本：总成成本相较于传统产品更低；

更高压：相对于当前的400V高压平台，可适应800V甚至更高压平台；

良好的NVH：在NVH上具有更优秀的表现；

更优秀的冷却系统：相对于传统的风冷、水冷，可采用油冷方式。

而对于整车端的这些高需求，传统的驱动电机在某一方面或可做到提升，但想要将需求全满足则显得力不从心了，因此在业内的多方技术革新与应用之下，扁线电机得以走上历史舞台。

五、扁线电机

扁线电机是相对于传统的圆线电机而命名的，其与圆线电机最根本的区别在于原本定子绕组中所使用的圆柱形漆包线的外形变为了扁的长方体形铜线，并在工艺上将其加工成‘发卡状’使用，如下图所示：

如上所示，圆线电机的定子绕组由于使用了圆柱形铜线，其在排列上会存在大量的空隙无法使用，而矩形的扁线由于弧形少，因此在排列上可利用的空间则变多了。联想一下，这与动力电池电芯是圆柱形还是方形其实很类似。由于扁线的空间利用率提高了，因此在同等定子槽中，可塞入更多的铜丝线以实现更高的槽满率，相较之下，扁线电机的槽满率比圆线电机要高约20%-30%左右。

具有更高槽满率的扁线电机则意味着其所使用的铜线更多，自然其可输出电流也就更大，则可输出的功率、扭矩也就更高。而在同等功率下，由于定子槽空间利用率的提升，电机总成体积自然也就更小了，而增加的绕组铜线重量是远低于体积减小后节省的重量的，因此在整体重量上也要轻于原本的产品。

据数据统计，在同等功率水平下，扁线电机与圆线电机相比，其总重量下降约12%，轴向缩短约15%，径向缩小约10%。所以扁线的使用，首先使得电机具有了更高的功率密度并且让该产品朝着轻量化的方向发展。

在电机的工作过程中，由于电流通过绕组时会产生热量，根据Q=I²R，当电流一定时，热量与电流所通过的导线的阻值呈正相关。而在扁线电机的应用过程中，由于矩形铜线之间的接触面相较于圆柱形会更大，在图8所示的绕组的横切面上也可一目了然，由于其可让电流通过的面积更大因此相对电阻阻值也就更小，因此所产生的热量自然也就更低些，而更低的热量所带来的便是更低的损耗，低损耗获得的便是更高的效率。

不过，虽然扁线电机绕组具有更大的横截面使得电流通过时具了有更小的电阻，但当电机在高转速工况下工作时，由于交流电的存在，在某一频率下本应均匀通过线圈横截面的电流会有一部分集中在铜丝线的表面，而由于铜丝线表面电流密度增加，随着相互接触面的增加（横截面越大），其形成的涡流现象也就越明显，涡流会产生热量形成损耗。虽然涡流现象在圆线电机与扁线电机中都会存在，但具有更大横截面的扁线电机该现象则更加明显，因此在高速工况下扁线电机的高效率、低损耗的优势就不那么明显了。这种高速工况下由于交变电流影响产生的电流不均现象被称为趋肤效应及邻近效应。

由于趋肤效应、邻近效应产生的涡流现象的存在，因此为了抑制该现象，传统的圆线电机一般采用多股细丝线组成的绕组设计方式，同理，扁线电机采用多层绕组设计，通过增大回路电阻，削弱回路电流，从而减少热损耗。由于股线或层数的增加，铜丝线之间的空隙也会增多，从而会使槽满率下降，因此常需要在损耗与性能之间进行综合评估。目前在扁线电机的应用中，绕组层数已达到10层，但在实际应用中以6-8层居多。

通过多层绕组设计，可让扁线电机在高速工况下保留低损耗的优势，同时由于扁线绕组的接触面更大所带来的是更低的发热量。据数据统计，在同等条件下扁线电机比圆线电机在温升上降低了约8%-12%。同时由于扁线电机的绕组端部导体间隙相较于圆线电机会更大些，使用油冷技术可让冷却油直接渗透到绕组端部，从而让电机具有更好的降温效果。但圆线电机的绕组端部在浸漆后是一个整体，在油冷技术下，冷却油难以渗透其内部，所以使用油冷技术其散热效果并不如扁线电机。

在集成化方面由于扁线电机具有更小的体积与更轻的重量，因此在各主机厂/供应商推行多合一的技术路线上其优势明显。就目前技术状态背景下，已推行的多合一产品有如三合一、五合一甚至八合一。但由于产品应用以及市场状态等方面的原因，当前在整车搭载上主要以三合一居多。

总结：在新能源汽车对动力系统需求不断提高的当下，传统被应用于400V高压平台的圆线电机已经开始表露出不足之处，其技术需要被进一步革新，而扁线电机在目前的应用中虽也存在一些尚进一步优化的问题，同时该产品在研发、生产等投入也要高于圆线电机，但这些阻碍正在被逐个解决，由于扁线电机具有优越的性能表现且发展方向与整车的轻量化方向一致，因此该产品在未来的汽车行业中或将大放异彩。

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