新能源车用驱动电机定子绕组技术.pdf

NO.670 1 2 3 定子绕组是新能源车用驱动电机的动力心脏，通常指由多个线圈 或者线圈组通过不同的绕制方式构成的对称电路连接回路。 1. 驱动电机定子绕组的定义与功能 定子绕组是新能源车用驱动电机的动力心脏，通常指由多个线圈 或者线圈组通过不同的绕制方式构成的对称电路连接回路。 如图1 ，图2所示，由联合电子自主开发的分离式驱动电机定子绕 组。 在驱动工况下，当外部的电能通过高压线束连接到定子绕组的输 入端子时，定子绕组可以将输入的电能转换成磁能并存储在定转 子气隙中，最终转换为机械能提供驱动力。 2. 驱动电机定子绕组技术的发展 电机绕组的发展史，就是研究如何将更多的铜导体更方便地嵌入 到定子铁芯槽内的过程，从而实现更高的槽满率（槽满率是表征 驱动电机绕组技术的关键指标，本文中定义为裸导体截面积除以 铁芯槽截面积）。 从驱动电机定子绕组技术的发展历程看，可以将其划分为第一代 径向嵌装绕组技术与第二代轴向嵌装绕组技术。 第一代绕组技术：径向嵌装绕组 径向嵌装绕组是指将铜导体绕制成型后，沿定子铁芯齿部的极靴 口将绕组从径向方向装配进铁芯槽内（如图3 ，图4所示为联合电 子开发的圆线/扁线径向嵌装绕组）。 从1888年开始，工业电机上应用的主流绕组技术均为径向嵌装绕 组，初期绕组技术以分布式圆线径向嵌装绕组为主，1942年又逐 渐衍生出集中式圆线径向嵌装绕组，随后到1995年发展出集中式 扁线绕组以及分布式波绕扁线绕组。 随着新能源车用驱动电机市场的发展，上述工业电机领域的绕组 技术被逐一应用到驱动电机领域，如下表1所示为驱动电机典型 径向嵌装绕组中分布式圆线绕组、集中式扁线绕组、分布式波绕 扁线绕组的主要性能对比（所有的性能对比均为换算到相同电磁 设计方案下的典型值）： 第一代绕组：径向嵌装绕组 类别 分布式圆线绕组 集中式扁线绕组 分布式波绕扁线绕组 槽满率 48% 55% 60% 最高效率 96.5% 96.7% 96.9% 峰值扭矩 310Nm[15s] 310Nm[20s] 310Nm[23s] 持续扭矩 130Nm 150Nm 162Nm 持续功率 52KW 59KW 65KW 表1 典型径向嵌装绕组的性能对比 然而，对于径向嵌装式绕组技术，由于其铁芯槽口极靴形状的结 构设计受限，会直接影响到电机的峰值/持续特性以及NVH性能， 此外在生产工艺上往往还需要手工介入调整，难以实现高节拍 （60s以内）的自动化生产。 第二代绕组技术：轴向嵌装绕组 从1958年开始，随着绕组技术的进一步成熟，第二代轴向嵌装绕 组技术开始进入市场应用，初期的轴向嵌装绕组也主要应用在大 中型工业电机中。 轴向嵌装绕组是指将半成型或者未经预成型的扁铜线导体，沿定 子铁芯的端面槽口将绕组从轴向方向装配进铁芯槽内。 轴向嵌装绕组的第一个技术分支: Hairpin绕组 1995年以来，随着新能源车用驱动电机市场的发展，雷米、电装、 日立、LG、联合电子、博世等电驱供应商吸收了工业电机中的轴 向嵌装绕组思想，相继开发了“发卡”式Hairpin扁线绕组应用于 驱动电机，这属于轴向嵌装绕组的第一个技术分支。 Hairpin绕组工艺是先将扁线绕组预成型为“发卡”式结构，沿轴 向整体装配进定子铁芯槽内（如图5 ，图6所示为联合电子开发的 同轴式驱动电机Hairpin绕组）