四、電驅動發(fā)展趨勢

隨著汽車電動化、集成化、輕量化程度的加深，同時為了應對市場多樣化的應用需求，整車端對于電驅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)產品更低；

更高壓：相對于當前的400V高壓平臺，可適應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)的驅動電機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)內的多方技術革新與應用之下，扁線電機得以走上歷史舞臺。

五、扁線電機

扁線電機是相對于傳統(tǒng)的圓線電機而命名的，其與圓線電機最根本的區(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，扁線電機的槽滿率比圓線電機要高約20%-30%左右。

具有更高槽滿率的扁線電機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，電機總成體積自然也就更小了，而增加的繞組銅線重量是遠低于體積減小后節(jié)省的重量的，因此在整體重量上也要輕于原本的產品。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在同等功率水平下，扁線電機與圓線電機相比，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，首先使得電機具有了更高的功率密度并且讓該產品朝著輕量化的方向發(fā)展。

在電機的工作過程中，由于電流通過繞組時會產生熱量，根據(jù)Q=I2R，當電流一定時，熱量與電流所通過的導線的阻值呈正相關。而在扁線電機的應用過程中，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，但當電機在高轉速工況下工作時，由于交流電的存在，在某一頻率下本應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，渦流會產生熱量形成損耗。雖然渦流現(xiàn)象在圓線電機與扁線電機中都會存在，但具有更大橫截面的扁線電機該現(xiàn)象則更加明顯，因此在高速工況下扁線電機的高效率、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生的電流不均現(xiàn)象被稱為趨膚效應及鄰近效應。

由于趨膚效應、鄰近效應產生的渦流現(xiàn)象的存在，因此為了抑制該現(xiàn)象，傳統(tǒng)的圓線電機一般采用多股細絲線組成的繞組設計方式，同理，扁線電機采用多層繞組設計，通過增大回路電阻，削弱回路電流，從而減少熱損耗。由于股線或層數(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行綜合評估。目前在扁線電機的應用中，繞組層數(shù)已達到10層，但在實際應用中以6-8層居多。

通過多層繞組設計，可讓扁線電機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比圓線電機在溫升上降低了約8%-12%。同時由于扁線電機的繞組端部導體間隙相較于圓線電機會更大些，使用油冷技術可讓冷卻油直接滲透到繞組端部，從而讓電機具有更好的降溫效果。但圓線電機的繞組端部在浸漆后是一個整體，在油冷技術下，冷卻油難以滲透其內部，所以使用油冷技術其散熱效果并不如扁線電機。

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

總結：在新能源汽車對動力系統(tǒng)需求不斷提高的當下，傳統(tǒng)被應用于400V高壓平臺的圓線電機已經開始表露出不足之處，其技術需要被進一步革新，而扁線電機在目前的應用中雖也存在一些尚進一步優(yōu)化的問題，同時該產品在研發(fā)、生產等投入也要高于圓線電機，但這些阻礙正在被逐個解決，由于扁線電機具有優(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，因此該產品在未來的汽車行業(yè)中或將大放異彩。