扁線電機(jī)普遍采用4層或8層扁導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，各工序可以通過專有設(shè)備實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，產(chǎn)品一致性好，生產(chǎn)效率高。但對于設(shè)備專一性要求高，經(jīng)濟(jì)型上不適用于樣機(jī)的小批量生產(chǎn)。

扁線電機(jī)繞組在定子槽內(nèi)布置規(guī)整，槽滿率高，純銅槽滿率達(dá)到70%，提升電機(jī)扭矩輸出能力與散熱能力；磁鋼雙V結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，磁鋼利用率高，提升電機(jī)扭矩與功率能力；扁線電機(jī)定子PIN腳端采用激光焊接，焊點飽滿圓潤，焊接強(qiáng)度大，焊接效率高，焊點一致性好。

圖二、繞組布置情況

扁線電機(jī)具有體積小、重量輕、功率密度高的結(jié)構(gòu)特點，方正設(shè)計的扁線電機(jī)定子鐵芯外徑220mm，每槽8根導(dǎo)體，C型絕緣紙，繞組采用行星連接，4路并聯(lián)，中心點通過匯流環(huán)連接，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。

圖四、扁線電機(jī)外形尺寸

圖五、扁線電機(jī)爆炸圖

扁線電機(jī)具有高的輸出性能，方正此款扁線電機(jī)峰值性能350Nm/170kW，持續(xù)性能150Nm/65kW。

電機(jī)最高效率97.5%，NEDC平均效率》94%。

圖六、扁線電機(jī)與圓線電機(jī)效率對比

扁線電機(jī)的優(yōu)勢

1、具有較高的槽滿率；通?？梢赃_(dá)到70%以上的槽滿率，提高槽滿率可以有效的提升電機(jī)的功率密度與改善定子槽內(nèi)散熱；

2、具有更強(qiáng)的散熱能力；除了扁線在中低速由于交流電阻下降導(dǎo)致發(fā)熱降低以外，相對圓線定子，降低齒槽內(nèi)熱阻，使熱傳導(dǎo)更好；

3、具有更強(qiáng)功率扭矩能力；扁線電機(jī)更低的發(fā)熱與更好的散熱能力，電磁設(shè)計中適當(dāng)提升定子繞組的熱負(fù)荷，給轉(zhuǎn)子更多的空間，保證扁線定子溫度與圓線定子相似的情況下增加轉(zhuǎn)子外徑，提升電機(jī)的峰值輸出能力；

4、扁線繞組電機(jī)相對于圓線繞組電機(jī)，在低速下更具效率優(yōu)勢，更適合中國城市路況對于車輛的需求。

扁線未來有百倍市場空間。根據(jù)測算，2020 年扁線電機(jī)的滲透率約為 10%， 疊加新能源汽車滲透率約 5.4%，扁線的綜合滲透率不到 1%。未來新能源汽車取 代傳統(tǒng)燃油車，扁線電機(jī)取代傳統(tǒng)圓線電機(jī)，扁線有百倍的市場空間。

一、 行業(yè)發(fā)展驅(qū)動力，扁線電機(jī)的五大優(yōu)勢

優(yōu)勢一：高能量轉(zhuǎn)換效率帶來電池成本節(jié)約。 扁線電機(jī)能大幅度提升轉(zhuǎn)換效率，降低電池成本。根據(jù)上汽綠芯頻道評估， 在 WLTC 工況，扁線電機(jī)比傳統(tǒng)圓線電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率高 1.12%；在全域平均下， 兩者效率值相差 2%；在市區(qū)工況（低速大扭矩），兩者效率值相差 10%。按照典 型的續(xù)航 500km 的 A 級轎車（搭載 60kwh 電池包和 150kw 電機(jī)）計算，WLTC 工況下，搭載扁線電機(jī)的電池成本節(jié)約 672 元，市區(qū)工況下，電池成本節(jié)約 6000 元。

單車千元級別的成本節(jié)約對車企意義重大。以蔚來汽車為例，2021Q1 單車 毛利 8417元，單車凈利僅-2239元。在新能源車和動力電池成本仍然偏高的情況， 如何降低成本是車企的永恒追求，提高電機(jī)工作效率則是降本的有效途徑之一。

銅耗降低帶來扁線電機(jī)轉(zhuǎn)換效率高于圓線。電機(jī)損耗的能源中，有 65%來自 于銅耗，20%來自于鐵耗，10%來自于風(fēng)摩損耗，5%來自于雜散損耗。而銅耗來 自于電流通過銅線時的電阻發(fā)熱 Q=I2R，當(dāng)槽滿率越高時，相同功率電機(jī)所需要 的銅線更短，進(jìn)而內(nèi)阻降低，發(fā)熱減少，銅耗降低。

從理論上來說，圓線的槽滿率一般在約 40%左右，而扁線則可以提升至 70%。由于圓線的截面為圓形，不可避免在導(dǎo)線間存在不規(guī)則縫隙，而扁線間的間隙更 小，槽滿率更高。

扁線電機(jī)的高效率區(qū)間比圓線電機(jī)高出許多，圓線電機(jī)的高效區(qū)一般要求是 效率＞85%的區(qū)間占比不低于 85%，被稱為“雙 85”。而扁線電機(jī)的效率》90%的 區(qū)間占比不低于 90%，被稱為“雙 90”。電機(jī)的效率與轉(zhuǎn)速和扭矩相關(guān)，市區(qū)工況中出現(xiàn)的頻繁啟停工況屬于低轉(zhuǎn)速 高扭矩工況，而這正是圓線電機(jī)的低效率區(qū)間，而扁線電機(jī)在該工況下的轉(zhuǎn)換效 率更高。

優(yōu)勢二：散熱性好，提升高溫動力性。 扁線電機(jī)散熱性能好，溫升相對圓線電機(jī)降低 10%。因扁線相對圓線更為緊 密的接觸，散熱性提升，研究發(fā)現(xiàn)高槽滿率下繞組間的導(dǎo)熱能力是低槽滿率的 150%。繞組在熱傳導(dǎo)能力上具有各向異性，軸向的熱傳導(dǎo)能力是徑向方向的 100 倍。更低的溫升條件下，整車可以實現(xiàn)更好的加速性能。

優(yōu)勢三：高功率密度，整車動力更強(qiáng)勁。 電機(jī)的功率與銅含量成正相關(guān)，根據(jù)上汽綠芯頻道評估，扁線電機(jī)槽滿率提 升，相同體積下銅線填充量增加 20-30%，輸出功率有望提升 20-30%，整車動力 更強(qiáng)勁。國家政策層面倡導(dǎo)高電機(jī)功率密度。“十三五”規(guī)劃中提出，新能源乘用車電 機(jī)功率密度應(yīng)滿足 4.0kw/kg，高于當(dāng)前圓線電機(jī)約 3.5kw/kg 的水平。在圓線電機(jī) 功率密度提升進(jìn)入困難模式的當(dāng)前，發(fā)展扁線電機(jī)是必然之路，根據(jù)摩恩電氣的 公告顯示，當(dāng)前領(lǐng)先企業(yè)的扁線電機(jī)的功率密度約 4.5kw/kg。

優(yōu)勢四：電磁噪音低，整車更安靜。 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)勢五：小體積帶來高集成效率，契合多合一電驅(qū)發(fā)展趨勢。 因扁線更高的槽滿率，同功率電機(jī)銅線用量和對應(yīng)定子較少，體積有望下降 30%。此外，扁線電機(jī)因更為先進(jìn)繞線方式帶來更易裁剪的電機(jī)端部，與圓線電 機(jī)相比減少 15-20%的端部尺寸，空間進(jìn)一步降低，實現(xiàn)電機(jī)小型化和輕量化。

國內(nèi)主流廠商大力推廣扁線電機(jī)實現(xiàn)體積下降。上汽 ER6 的 8 層 hair-pin線電驅(qū)動系統(tǒng)，比上一代圓線電驅(qū)動系統(tǒng)體積下降 50%。目前華為的七合一電驅(qū) 包括：BCU 制動控制單元、PDU 電源分配單元、DCDC 低壓直流電源轉(zhuǎn)換器、 MCU 微控制單元、OBC 車載充電器、電機(jī)、減速器。

二 扁線電機(jī)應(yīng)用的障礙正在逐個化解

扁線擁有許多傳統(tǒng)繞組不可比擬的優(yōu)點，但同時扁線電機(jī)也有部分劣勢，但 總體而言瑕不掩瑜。隨著技術(shù)的發(fā)展和滲透率的逐漸提升，扁線電機(jī)應(yīng)用的障礙 正在被逐個化解。

應(yīng)用障礙一：“趨膚效應(yīng)”、“鄰近效應(yīng)”明顯，交流阻抗增大，高轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)換 效率降低。趨膚效應(yīng)指當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場時，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分 布不均勻，且電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分的一種現(xiàn)象。鄰近效應(yīng)指相互靠近的導(dǎo) 體，通有交變電流時，每一根導(dǎo)體都處于自身電流產(chǎn)生的磁場中，同時還處于其 他導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的磁場中，這使得每個導(dǎo)體中電流分布都會受到鄰近導(dǎo)體影響 而不均勻現(xiàn)象?！摆吥w效應(yīng)”、“鄰近效應(yīng)”都會增加交流阻抗，交流阻抗增大，高 轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)換效率降低。

“趨膚效應(yīng)”并不影響扁線電機(jī)滲透率的快速提升，但工程師也已經(jīng)有改善 方案：1）提高扁線的寬高比，間接增加扁線的比表面積；2）減小導(dǎo)線尺寸，間 接增加扁線的比表面積，但這同時也會降低槽滿率，需要綜合評估；3）采用多檔 變速箱，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，代表車型為保時捷 Taycan；4）3D 打印銅線，導(dǎo)體尺寸 和橫截面可以任意變化，給了繞組設(shè)計極大的自由空間，該方案導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)的電 分離結(jié)構(gòu)，所述電分離結(jié)構(gòu)用于限制渦流路徑，因此電流密度被“強(qiáng)制”到剩余的 導(dǎo)體橫截面上，此外借助于 3D 打印可以實現(xiàn)任意連接的幾何形狀，不需要傳統(tǒng) 的繞組接頭焊接工藝，該方案短期內(nèi)無法實現(xiàn)量產(chǎn)。

應(yīng)用障礙二：非標(biāo)準(zhǔn)化；不同車企的設(shè)計方案不一樣，而定子是電機(jī)設(shè)計的 核心，定子尺寸定型后，導(dǎo)線的線型、尺寸任意一點發(fā)生改變，都需要定制昂貴的 工裝模具，兼容性低，系列化難度高。同一車企或電機(jī)企業(yè)的設(shè)計系列化趨勢初現(xiàn)，以上汽 E2 架構(gòu)為例，在設(shè)計 之初就考慮了共線生產(chǎn)，三款不同功率的電機(jī)（150kw，180kw，250kw）適用于 該架構(gòu)上的所有車型，最大程度上實現(xiàn)模塊化。第三方電機(jī)的壯大也會改善系列 化難度，扁線電機(jī)的技術(shù)門檻和初始投資門檻遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)圓線電機(jī)，技術(shù)基礎(chǔ)較弱的車企只能廣泛依賴于第三方電機(jī)廠商，第三方電機(jī)廠商的電機(jī)型號有限，也 會成為市場上的主流產(chǎn)品。

應(yīng)用障礙三：扁線電機(jī)生產(chǎn)線投資額是圓線的 2-5 倍。扁線電機(jī)對產(chǎn)品的一 致性要求高，技術(shù)難度大，需要投入精度較高的自動化伺服設(shè)備、焊接設(shè)備、HairPin 線成形設(shè)備和工裝模具等。汽車電動化和電機(jī)扁線化的趨勢已經(jīng)確定，扁線電機(jī)逐漸成為資本寵兒。方 正電機(jī)的年產(chǎn) 100 萬臺新能源汽車驅(qū)動電機(jī)項目，總投資 5 億元人民幣，項目達(dá) 產(chǎn)后可新增銷售收入 25 億。

應(yīng)用障礙 4：對扁線要求高，扁線成本高、技術(shù)難度大。

扁線的加工難度增 大。

1）從圓形切換到矩形形狀，導(dǎo)致銅線生產(chǎn)加工工藝更加復(fù)雜。

2）涂覆難度增 大，扁平線 R 角處的漆膜涂覆非常困難，很難保證此處絕緣層的均勻性；絕緣涂 層在烘干后會產(chǎn)生收縮，扁線是非均勻收縮，容易變形，需要改良使得 R 角處的 涂覆厚度更厚；

3）扁線彎折成發(fā)卡后，R 角處應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致涂覆層破損；

4）對扁線的精度要求高，扁線截面積大、匝數(shù)少，單根導(dǎo)線不一致對整體性能的 影響顯著增大，對扁線的一致性要求高，復(fù)雜的加工成本使得扁線成本更高，也使得扁線加工企業(yè)享受更高的技術(shù)溢價；

5）新能源汽車所使用的漆包線直接關(guān)系 到整車運(yùn)行穩(wěn)定性，對電磁線廠家的質(zhì)量控制流程、研發(fā)與工藝設(shè)計能力提出了 很高的要求，需要對拉絲和包漆速度、拉絲與包漆的協(xié)調(diào)、拉絲模具配置、張力控 制、涂漆模具配置、烘焙溫度、絕緣漆粘度、工作環(huán)境等多個控制點的合理設(shè)計、 嚴(yán)格控制。

扁線的最大成本是原材料無氧銅桿，加工費(fèi)在電機(jī)中的價值量并不高。穩(wěn)定地供給合格的產(chǎn)品是與車企合作的關(guān)鍵，在原材料是主要成本的情況下，車企尋 求加工費(fèi)更低的供應(yīng)商的動力并不高。

審核編輯 ：李倩