本文摘要：（由ai生成）
本文介绍了扁线电机在新能源汽车市场中的应用及其技术发展。扁线技术以其轻量化、小型化、高槽满率等优势逐渐成为主流。文章详细解析了扁线电机的结构、层数对性能的影响，以及特斯拉等企业在扁线层数选择上的权衡。提到了扁线电机的铜耗受交流损耗影响，包括集肤效应和临近效应。最后指出，8层扁线在当前新能源汽车高电压、高转速趋势下具有优势，但新技术的发展仍是关键。文章由李勇撰写，国家新能源汽车创新中心马永志老师提供图源，翟悦编审。
01.
扁线技术让电机变得更轻量化和小型化，凭借槽满率高、绕组端部又短、直流电阻小、带来的铜耗也小、功率密度大以及效率高等优势，逐渐成为新能源汽车市场主流。 一个典型的扁线永磁同步电机的主要零部件可以拆分为定子组件、转子组件、端盖和辅助标准件，在这些部件中，定子组件是决定电机性能的关键，由定子铁芯、铜线绕组、引出线、以及绝缘材料组成，铜线绕组是指在铜线外侧加绝缘涂层制成漆包线后，再首尾相连组成绕组，这一部分占到电机总成本的17%，扁线绕组便是其中的一种绕组形式，因其单根漆包线形状像发卡，又俗称发卡电机。 
现在的扁线基本上是Hair-pin和I-pin，线型直接决定了设备的工艺，所以满足这两种线型的设备也是最多，从工艺上来看，Hair-pin比I-pin多了折弯成型，I-pin则多了一倍的焊点数量。 I-pin，因为不仅两头要焊接，端部尺寸也太长，不好布置，所以目前主流还是Hair-pin。此外，还有X-pin、W-pin等绕组形式。 02.
那么，大家经常提到的6层扁线、10层扁线到底是什么意思呢？ 现在扁线的层数由原来的2层、4层增加到6层、8层、10层，甚至12层。第一代扁线是2层4层，这种设计的缺点就是高速的时候损耗比较大，效率比较低，为了克服这个问题，很快就开发了第二代。 
▲ (左图)第一代扁线S型绝缘纸（右图）第一代扁线B型绝缘纸 目前主流还是第二代扁线6层8层，当然层数也不能随便增加，层数越高成本、技术都会有很大的提高，特斯拉的10层已经做得很困难了，但据透露，下一步可能要改回8层。 
推测原因有二：一方面是设备成本太大，设备产线的重新设计致使降本艰难；另一方面是效率提升渐微，在更高速、更高功率时，效率提升并没有多少优势了。 扁线的优势在于功率扭矩密度的提升，体积重量的减小，材料成本的降低。随着动力系统往更加高速、更加高压的趋势发展，第二代扁线电机技术也需要有一个新的更迭提升。 第三代扁线的主要方向是在不牺牲槽满率的情况下，进一步降低电机的交流损耗，实现20000rpm高效率驱动。 2021年，EVK公司提出了第三代扁线电机的概念，在第二代扁线电机的基础上，提出要采用不等长宽的梯形绕组，空间利用率提高15%，进一步提高功率密度。EVK 3rd扁线电机集成了低槽压降绕组技术，在800VDC电压系统供电时，可以实现槽压降≤100Vp，极大地提高了绕组的可靠性，为进一步提高了产品的功率密度创造了条件。但是，第三代扁线电机技术需要解决的问题远不止这么多。 综合来看，8层扁线的平均效率是最佳的，举例对比4层Hair-pin绕组电机和8层Hair-pin绕组电机效率≥90%的区间，8层绕组为88.8%，4层绕组为83.9%，8层绕组平均效率高了约5%。 
同样对比4层Hair-pin绕组电机和8层Hair-pin绕组电机的平均电耗，从13.8kWh/100km下降到12.2kWh/100km，降幅超过11.5%。 对比之下，8层扁线电机效率、高效区占比均比4层电机略高，也一定程度证明了通过增加扁线绕组导体层数对降低交流损耗有明显作用，导体层数的增加还能有效提高系统电压和功率，也是应对当下的800V高压趋势。 艺达电驱动推出了采用8层绕组的扁线双U-Pin高效驱动电机，相对于常见4层电机来说，增加了绕组表面积，更利于散热，对控制温升有明显作用；且交流电阻下降，绕组损耗降低；同时平台化设计更加便利。
目前艺达电驱动8线绕组电机可满足600Vdc、800Vdc额定电压，符合高压化趋势。艺达电驱动通过增加电机绕组层数，有效提高系统电压和功率，车身重量、电控损耗均有望降低，整车续航里程呈现提升；同时高压也能提高充电效率，加快充电速度并解决补能时间痛点。 03.
电机的效率是车企最关心的，它决定了整车的性能，选用扁线的目的无非也就是「压榨」性能，降本增效。而效率无非就是减少损耗，高速满效率的电机会带来较大的损耗也叫交流损耗，那这部分损耗又是怎么产生的呢？ 扁线铜耗需要考虑它的交流损耗，交流损耗由集肤效应和临近效应引起的。 电机采用的是交流电，在电机运行的时候电流是不均匀排布的，电流集中在导体的「皮肤」部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加，这一现象也称为趋肤效应。 在交流电流过的电导体中，电流密度由于电势而下降。电流密度下降的程度取决于定子频率，进而取决于电机的转速。然而，包围导体的磁场也影响相邻的导体，这种耦合被称为临近效应。此外，转子旋转导致经过开口槽的磁场在导体中引起涡流，同样引起损耗。 
扁线的结构主要取决于电机的性能，增加导线表面积，降低集肤效应，使电机效率提高才是主方向，越是高频的电机趋肤效应就越明显，所以「玩儿命」地增加层数也许会适得其反，因为损耗分布是不均的，靠近气隙的损耗最大，而气隙处的磁密最大，随着距离气隙的逐渐增大，损耗逐渐降低。 目前的扁线正在慢慢往第三代过渡，扁线的层数往8层以上突破还有很长的路要走，一方面是高转速下损耗会更高，单增加扁线层数或者改变结构已经不能满足当下高速高压的新能源趋势；另一方面是成本的考量、产线设备及产品技术等考验。 04.
