扁线电机的定义
电驱动系统作为新能源汽车的核心零部件之一，对新能源汽车的性能有着重要影响，对于新能源汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性、可靠性、耐久性有着重要意义。而提高电驱动的技术水平和质量，需要从驱动能力、驱动效率、控制精度、系统稳定、电磁性能、工作寿命等关键技术入手。此外，从产业化的需求来讲，低成本、小型化、智能化是核心中的核心。
电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。
参考观研天下发布《2018-2023年中国减速器、减速电机产业市场发展需求调研与投资前景趋势研究报告》
二级市场对传统的新能源驱动电机的认知已经非常清楚，比如电机的构成包括定子、转子、端盖、轴承、接线盒、接线端子等，而扁线电机市场之前了解的非常少，公开资料查到的信息也非常有限。经过对产业的长期跟踪，和多位产业专家的研讨，我们发现新能源扁线电机的趋势已经非常确定，反而市场对此认知极其有限，在此，我们期望通过本篇行业深度报告为大家做一次比较详细的描述。首先是扁线电机的定义，特指的是定子绕组所用的导线形态发生变化，从多根细的圆线转变成几根粗的矩形导线，俗称扁线。
扁线电机的优缺点
经过和产业专家的交流，和对公开资料的整理，我们总结出扁线电机优缺点都很多优点简单说即体积小、材料省、效率高、导热强、温升低、噪音小。具体如下:
优势1:相同功率，体积更小，用材更少，成本更低，或者相同体积，槽满率提升，功率密度提升。圆线变成扁线，从理论上来说，在空间不变的前提下，填充的铜可以增加20-30%。这意味着，在整个电机的空间不变的情况下，可以增加20-30%左右的铜，从某种程度上等同于增加20-30%的功率。反过来，在功率相同的情况下，可以减小电机外径和体积，进而减少电机其他材料的用量。
比如，有人做过研究，发现永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗组成，其中绕组铜耗占比50%以上，铜耗大小又和绕组电阻成正比P=I^2*R(或者Q=I^2*R*t，其中P代表导线发热功率，I代表电流，R代表绕组电阻>t为通电时间)，减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。根据导线电阻R=p*I/S ( p为绕组电阻率，I为长度，S为横截面积)可以看出，电阻率、长度一定的情况下，只能提升绕组横截面积来降低电阻，即想办法提升槽满率。
优势2:温度性能更好。内部空隙变少，扁线与扁线之间的接触面积大，散热和热传导更好;绕组和铁心槽之间接触更好，热传导更好;而电机对散热和温度是非常敏感的，散热性变好，性能会提升。有人通过温度场仿真，得出相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。除了散热性能变好，包括与温度相关的其他一些性能都能得到改善。
优势3:电磁噪音更低。使电枢具备更好的刚度，对电枢噪音具有抑制作用;可以取相对较小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音。
优势4:端部短，节省铜材，提升效率。如果是圆线电机，将一捆细圆线直接填到槽里，槽中的线对电机做功是有贡献的，而在槽外的线即端部，对电机的出力是没有贡献的，但它又是必不可少。如果没有这段线，它是不可能把槽与槽之间的线连在一起。传统的圆线电机，由于工艺问题，它的端部一般留得比较长，否则很容易在工艺过程中损伤铜线。对扁线电机来说，因为线都是硬线，可以在加工的时候把端部做得小一点，节省铜材，还可以提高效率等。
和圆线电机相比，扁线电机也有它的缺点，简单的概括为设计难、工艺难、设备难、扁线难、有损耗。具体如下:
缺点1:集肤效应导致损耗增加。圆线电机可以用细线，线比较多，而扁线比较粗，会产生一种集肤效应，该效应会使扁线电机的损耗有所增加，但影响有限。具体的影响表现为频率越高，扁铜线绕组的交流铜耗会越高。同时该效应还和电磁设计有关，比如槽内磁密幅值、槽口高度等，也和扁铜线的尺寸有关。
缺点2:铜线要求高。粗的铜材料具有一定的弹性，弯折后会有一定程度的反弹，这个需要设计师提前设计好，这非常考验设计师水平。正式因为弯折和反弹等因素，绝缘层容易损坏而产生缺口。于是对铜线的质量提出了更高的要求。并且扁线中的发卡电机对铜线的要求更高，传统扁铜线电机在绕组成型后可以进行包裹绝缘处理，但是发卡电机不行。据报道，日立金属专门为普锐斯电机专门开发了铜线。
缺点3:设备要求高。扁线由于工序复杂、精度要求高，通过人工制造基本不可能实现大规模量产，必须依赖专业的高端设备，这是大规模普及的前提，也是制约其国产化的一个重要原因。从厂家看，目前国内暂时还没有合格的设备供应商。国外有日本、意大利、德国的供应商，价格高昂是一方面因素，同时像日本产线也很难引入到国内。
缺点4:系列化设计难，对设计师要求高。扁线电机最主要的缺点是很难做到非常密的系列化设计，即柔性不够，所以非常考验电机设计师的功力。从设计电机的角度来说，一般会设计及一套方案，扩展出一系列的不同设计。如果只需要1 OOKW电机，但在设计时，需要设计80-120KW这个区间内一系列的电机，一是为了满足潜在的需求，二是为了拉开与其他企业在设计上的差异。对于圆线电机，铁芯和槽数想同，只是长度和线圈的匝数不同，可以比较容易设计出一个系列。但是扁线电机很难达到这个效果。因为扁线电机的匝数都比较少，减少一根或两根线会对整个电机的性能带来较大的影响。所以，扁线做系列化设计是比较困难，但是，并不是无法实现，这对设计师又是重大考验。
对以上提到的缺点，换个角度去看，我们认为原材料、工艺、设备上的难点，正是扁线电机的壁垒所在。而且原材料和工艺已经有海外企业能解决，说明可行性没有问题，核心问题在国内电机企业或整车企业怎样在国产方向上实现突破。
电驱动系统作为新能源汽车的核心零部件之一，对新能源汽车的性能有着重要影响，对于新能源汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性、可靠性、耐久性有着重要意义。而提高电驱动的技术水平和质量，需要从驱动能力、驱动效率、控制精度、系统稳定、电磁性能、工作寿命等关键技术入手。此外，从产业化的需求来讲，低成本、小型化、智能化是核心中的核心。
电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。
参考观研天下发布《2018-2023年中国减速器、减速电机产业市场发展需求调研与投资前景趋势研究报告》
二级市场对传统的新能源驱动电机的认知已经非常清楚，比如电机的构成包括定子、转子、端盖、轴承、接线盒、接线端子等，而扁线电机市场之前了解的非常少，公开资料查到的信息也非常有限。经过对产业的长期跟踪，和多位产业专家的研讨，我们发现新能源扁线电机的趋势已经非常确定，反而市场对此认知极其有限，在此，我们期望通过本篇行业深度报告为大家做一次比较详细的描述。首先是扁线电机的定义，特指的是定子绕组所用的导线形态发生变化，从多根细的圆线转变成几根粗的矩形导线，俗称扁线。
图：电驱动系统示意图
图：定子示意图
图：转子示意图
图：电机组成
扁线电机的优缺点
经过和产业专家的交流，和对公开资料的整理，我们总结出扁线电机优缺点都很多优点简单说即体积小、材料省、效率高、导热强、温升低、噪音小。具体如下:
优势1:相同功率，体积更小，用材更少，成本更低，或者相同体积，槽满率提升，功率密度提升。圆线变成扁线，从理论上来说，在空间不变的前提下，填充的铜可以增加20-30%。这意味着，在整个电机的空间不变的情况下，可以增加20-30%左右的铜，从某种程度上等同于增加20-30%的功率。反过来，在功率相同的情况下，可以减小电机外径和体积，进而减少电机其他材料的用量。
比如，有人做过研究，发现永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗组成，其中绕组铜耗占比50%以上，铜耗大小又和绕组电阻成正比P=I^2*R(或者Q=I^2*R*t，其中P代表导线发热功率，I代表电流，R代表绕组电阻>t为通电时间)，减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。根据导线电阻R=p*I/S ( p为绕组电阻率，I为长度，S为横截面积)可以看出，电阻率、长度一定的情况下，只能提升绕组横截面积来降低电阻，即想办法提升槽满率。
优势2:温度性能更好。内部空隙变少，扁线与扁线之间的接触面积大，散热和热传导更好;绕组和铁心槽之间接触更好，热传导更好;而电机对散热和温度是非常敏感的，散热性变好，性能会提升。有人通过温度场仿真，得出相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。除了散热性能变好，包括与温度相关的其他一些性能都能得到改善。
优势3:电磁噪音更低。使电枢具备更好的刚度，对电枢噪音具有抑制作用;可以取相对较小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音。
优势4:端部短，节省铜材，提升效率。如果是圆线电机，将一捆细圆线直接填到槽里，槽中的线对电机做功是有贡献的，而在槽外的线即端部，对电机的出力是没有贡献的，但它又是必不可少。如果没有这段线，它是不可能把槽与槽之间的线连在一起。传统的圆线电机，由于工艺问题，它的端部一般留得比较长，否则很容易在工艺过程中损伤铜线。对扁线电机来说，因为线都是硬线，可以在加工的时候把端部做得小一点，节省铜材，还可以提高效率等。
图：圆线和扁线绕组截面对比
缺点1:集肤效应导致损耗增加。圆线电机可以用细线，线比较多，而扁线比较粗，会产生一种集肤效应，该效应会使扁线电机的损耗有所增加，但影响有限。具体的影响表现为频率越高，扁铜线绕组的交流铜耗会越高。同时该效应还和电磁设计有关，比如槽内磁密幅值、槽口高度等，也和扁铜线的尺寸有关。
缺点2:铜线要求高。粗的铜材料具有一定的弹性，弯折后会有一定程度的反弹，这个需要设计师提前设计好，这非常考验设计师水平。正式因为弯折和反弹等因素，绝缘层容易损坏而产生缺口。于是对铜线的质量提出了更高的要求。并且扁线中的发卡电机对铜线的要求更高，传统扁铜线电机在绕组成型后可以进行包裹绝缘处理，但是发卡电机不行。据报道，日立金属专门为普锐斯电机专门开发了铜线。
缺点3:设备要求高。扁线由于工序复杂、精度要求高，通过人工制造基本不可能实现大规模量产，必须依赖专业的高端设备，这是大规模普及的前提，也是制约其国产化的一个重要原因。从厂家看，目前国内暂时还没有合格的设备供应商。国外有日本、意大利、德国的供应商，价格高昂是一方面因素，同时像日本产线也很难引入到国内。
缺点4:系列化设计难，对设计师要求高。扁线电机最主要的缺点是很难做到非常密的系列化设计，即柔性不够，所以非常考验电机设计师的功力。从设计电机的角度来说，一般会设计及一套方案，扩展出一系列的不同设计。如果只需要1 OOKW电机，但在设计时，需要设计80-120KW这个区间内一系列的电机，一是为了满足潜在的需求，二是为了拉开与其他企业在设计上的差异。对于圆线电机，铁芯和槽数想同，只是长度和线圈的匝数不同，可以比较容易设计出一个系列。但是扁线电机很难达到这个效果。因为扁线电机的匝数都比较少，减少一根或两根线会对整个电机的性能带来较大的影响。所以，扁线做系列化设计是比较困难，但是，并不是无法实现，这对设计师又是重大考验。
对以上提到的缺点，换个角度去看，我们认为原材料、工艺、设备上的难点，正是扁线电机的壁垒所在。而且原材料和工艺已经有海外企业能解决，说明可行性没有问题，核心问题在国内电机企业或整车企业怎样在国产方向上实现突破。
图：发卡式扁线电机的制备工艺比较繁琐
资料来源：观研天下整理，转载请注明出处（ZTT）
更多好文每日分享，欢迎关注公众号
【版权提示】观研报告网倡导尊重与保护知识产权。未经许可，任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题，烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至kf@chinabaogao.com，我们将及时沟通与处理。
