四、電驅(qū)動發(fā)展趨勢

隨著汽車電動化、集成化、輕量化程度的加深，同時為了應(yīng)對市場多樣化的應(yīng)用需求，整車端對于電驅(qū)動的需求逐漸朝著高效率、高功率密度、高集成、低成本、更高壓、具有良好的NVH以及具有更快速且安全的冷卻系統(tǒng)等方向發(fā)展。

高效率：高效區(qū)間所占有的比例更大；

高功率密度：同等體積下具有更高的功率；

高集成：體積更小，可集成更多系統(tǒng)單元；

低成本：總成成本相較于傳統(tǒng)產(chǎn)品更低；

更高壓：相對于當(dāng)前的400V高壓平臺，可適應(yīng)800V甚至更高壓平臺；

良好的NVH：在NVH上具有更優(yōu)秀的表現(xiàn)；

更優(yōu)秀的冷卻系統(tǒng)：相對于傳統(tǒng)的風(fēng)冷、水冷，可采用油冷方式。

而對于整車端的這些高需求，傳統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)在某一方面或可做到提升，但想要將需求全滿足則顯得力不從心了，因此在業(yè)內(nèi)的多方技術(shù)革新與應(yīng)用之下，扁線電機(jī)得以走上歷史舞臺。

五、扁線電機(jī)

扁線電機(jī)是相對于傳統(tǒng)的圓線電機(jī)而命名的，其與圓線電機(jī)最根本的區(qū)別在于原本定子繞組中所使用的圓柱形漆包線的外形變?yōu)榱吮獾拈L方體形銅線，并在工藝上將其加工成‘發(fā)卡狀’使用，如下圖所示：

如上所示，圓線電機(jī)的定子繞組由于使用了圓柱形銅線，其在排列上會存在大量的空隙無法使用，而矩形的扁線由于弧形少，因此在排列上可利用的空間則變多了。聯(lián)想一下，這與動力電池電芯是圓柱形還是方形其實很類似。由于扁線的空間利用率提高了，因此在同等定子槽中，可塞入更多的銅絲線以實現(xiàn)更高的槽滿率，相較之下，扁線電機(jī)的槽滿率比圓線電機(jī)要高約20%-30%左右。

具有更高槽滿率的扁線電機(jī)則意味著其所使用的銅線更多，自然其可輸出電流也就更大，則可輸出的功率、扭矩也就更高。而在同等功率下，由于定子槽空間利用率的提升，電機(jī)總成體積自然也就更小了，而增加的繞組銅線重量是遠(yuǎn)低于體積減小后節(jié)省的重量的，因此在整體重量上也要輕于原本的產(chǎn)品。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在同等功率水平下，扁線電機(jī)與圓線電機(jī)相比，其總重量下降約12%，軸向縮短約15%，徑向縮小約10%。所以扁線的使用，首先使得電機(jī)具有了更高的功率密度并且讓該產(chǎn)品朝著輕量化的方向發(fā)展。

在電機(jī)的工作過程中，由于電流通過繞組時會產(chǎn)生熱量，根據(jù)Q=I2R，當(dāng)電流一定時，熱量與電流所通過的導(dǎo)線的阻值呈正相關(guān)。而在扁線電機(jī)的應(yīng)用過程中，由于矩形銅線之間的接觸面相較于圓柱形會更大，在圖8所示的繞組的橫切面上也可一目了然，由于其可讓電流通過的面積更大因此相對電阻阻值也就更小，因此所產(chǎn)生的熱量自然也就更低些，而更低的熱量所帶來的便是更低的損耗，低損耗獲得的便是更高的效率。

不過，雖然扁線電機(jī)繞組具有更大的橫截面使得電流通過時具了有更小的電阻，但當(dāng)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速工況下工作時，由于交流電的存在，在某一頻率下本應(yīng)均勻通過線圈橫截面的電流會有一部分集中在銅絲線的表面，而由于銅絲線表面電流密度增加，隨著相互接觸面的增加（橫截面越大），其形成的渦流現(xiàn)象也就越明顯，渦流會產(chǎn)生熱量形成損耗。雖然渦流現(xiàn)象在圓線電機(jī)與扁線電機(jī)中都會存在，但具有更大橫截面的扁線電機(jī)該現(xiàn)象則更加明顯，因此在高速工況下扁線電機(jī)的高效率、低損耗的優(yōu)勢就不那么明顯了。這種高速工況下由于交變電流影響產(chǎn)生的電流不均現(xiàn)象被稱為趨膚效應(yīng)及鄰近效應(yīng)。

由于趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象的存在，因此為了抑制該現(xiàn)象，傳統(tǒng)的圓線電機(jī)一般采用多股細(xì)絲線組成的繞組設(shè)計方式，同理，扁線電機(jī)采用多層繞組設(shè)計，通過增大回路電阻，削弱回路電流，從而減少熱損耗。由于股線或?qū)訑?shù)的增加，銅絲線之間的空隙也會增多，從而會使槽滿率下降，因此常需要在損耗與性能之間進(jìn)行綜合評估。目前在扁線電機(jī)的應(yīng)用中，繞組層數(shù)已達(dá)到10層，但在實際應(yīng)用中以6-8層居多。

通過多層繞組設(shè)計，可讓扁線電機(jī)在高速工況下保留低損耗的優(yōu)勢，同時由于扁線繞組的接觸面更大所帶來的是更低的發(fā)熱量。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在同等條件下扁線電機(jī)比圓線電機(jī)在溫升上降低了約8%-12%。同時由于扁線電機(jī)的繞組端部導(dǎo)體間隙相較于圓線電機(jī)會更大些，使用油冷技術(shù)可讓冷卻油直接滲透到繞組端部，從而讓電機(jī)具有更好的降溫效果。但圓線電機(jī)的繞組端部在浸漆后是一個整體，在油冷技術(shù)下，冷卻油難以滲透其內(nèi)部，所以使用油冷技術(shù)其散熱效果并不如扁線電機(jī)。

在集成化方面由于扁線電機(jī)具有更小的體積與更輕的重量，因此在各主機(jī)廠/供應(yīng)商推行多合一的技術(shù)路線上其優(yōu)勢明顯。就目前技術(shù)狀態(tài)背景下，已推行的多合一產(chǎn)品有如三合一、五合一甚至八合一。但由于產(chǎn)品應(yīng)用以及市場狀態(tài)等方面的原因，當(dāng)前在整車搭載上主要以三合一居多。

總結(jié)：在新能源汽車對動力系統(tǒng)需求不斷提高的當(dāng)下，傳統(tǒng)被應(yīng)用于400V高壓平臺的圓線電機(jī)已經(jīng)開始表露出不足之處，其技術(shù)需要被進(jìn)一步革新，而扁線電機(jī)在目前的應(yīng)用中雖也存在一些尚進(jìn)一步優(yōu)化的問題，同時該產(chǎn)品在研發(fā)、生產(chǎn)等投入也要高于圓線電機(jī)，但這些阻礙正在被逐個解決，由于扁線電機(jī)具有優(yōu)越的性能表現(xiàn)且發(fā)展方向與整車的輕量化方向一致，因此該產(chǎn)品在未來的汽車行業(yè)中或?qū)⒋蠓女惒省?/span>